By

Elni Sumarni, S.Si

SEKOLAH TINGGI ILMU KESEHATAN KOTA SUKABUMI

Program Study S1 Keperawatan

https://stikeskotasukabumi.wordpress.com

Bioenergetika atau termodinamika biokimia

adalah ilmu pengetahuan mengenai

perubahan energi yang menyertai reaksi

biokimia.

Sistem nonbiologik dapat menggunakan

energi panas untuk melangsungkan kerjanya.

Sedangkan sistem biologik bersifat isotermik

dan menggunakan energi kimia untuk

memberikan tenaga bagi proses kehidupan.

Hukum I Termodinamika

“Dalam setiap perubahan fisika atau kimiajumlah total energi pada lingkungan adalahtetap”

Hukum II Termodinamika

“Entropi total suatu sistem harus meningkatbila suatu proses berlangsung spontan”

Hubungan antara perubahan energi bebas (∆G) suatusistem yang bereaksi dengan perubahan entropi (∆S).

∆G = ∆H - T∆S

∆G = ∆E - T∆S

∆H = Perubahan entalpi (panas)

∆G = Perubahan energi total internal.

Jika ∆G negatif, reaksi berlangsung spontan dengankehilangan energi bebas. Reaksi bersifat Eksoterm

Jika ∆G positif, reaksi berlangsung hanya kalau dapatdiperoleh energi bebas. Reaksi bersifat Endoterm

Jika ∆G = 0, sistem tersebut berada dalamkeseimbangan dan tidak ada perubahan netto yang terjadi.

ATP (adenosine trifosfat) sebagai senyawaantara utama yang menghubungkan reaksikimia penghasil energi dan reaksi yang menghasilkan energi.

ATP terhidrolisis menjadi ADP (adenosine difosfat) dan Pi (fosfat anorganik)

ATP terhidrolisis menjadi AMP (adenosine monofosfat) dan PPi (pirofosfat)

Senyawa lain yang berenergi tinggi adalah

uridin trifosfat(UTP), guanisin

trifosfat(GTP) dan sistidin trifosfat(CTP),

merupakan senyawa yang mengambil

bagian dalam proses fosforilasi di dalam

sel. UTP, GTP dan CTP

ATP + UDP ADP + UTP

ATP + GDP ADP + GTP

ATP + CDP ADP + CTP

Pengertian sempit : reaksi suatu zat dg

molekul oksigen.

Pengertian luas : pelepasan hidrogen

(dehidrogenasi) atau pelepasan elektron

Contoh : ion feri dioksidasi menjadi ion fero,

reaksinya sebagai berikut :

e- (electron)

Fe2+ Fe3+

ion fero ion feri

Enzim yang terlibat dalam proses redoks

diberi nama oksidoreduktase.

Enzim ini dibedakan menjadi 4 golongan,

yaitu :

- enzim oksidase

- enzim dehidrogenase

- enzim hidroperoksidase

- enzim oksigenase

Enzim oksidase mengkatalisis pengeluaranhidrogen dari substrat dengan menggunakanoksigen sebagai akseptor hidrogen.

Enzim-enzim tersebut membentuk air atauhidrogen peroksida.

AH2 + 1/2O2oksidase A + H2O

AH2 + O2 oksidase A + H2O2

enzim oksidase antara lain sitokrom oksidase, oksidase asam L-amino, xantin oksidase, glukosaoksidase.

Enzim xantin oksidase terdapat dalam susu, usushalus, ginjal dan hati.

Enzim Dehidrogenase tidak dapat menggunakanoksigen sebagai akseptor hydrogen.

Enzim ini melaksanakan 2 fungsi utama yaitu :1 Penghalihan H dari substrat yang satu ke

substrat yang lain dalam redoks b4rpasangan.2. Sebagai komponen dalam rantai respiratorik,

pengangkutan electron dari substrat keoksigen

Contoh dari enzim dehidrogenase adalah suksinatdehidrogenase, asil-KoA dehidrogenase,gliserol-3-fosfat dehidrogenase, semuasitokrom kecuali sitokrom oksidase.

Enzim ini menggunakan H2O2 atau

peroksida organic sebagai substrat.

Enzim ini melindungi tubuh terhadap

senyawa-senyawa peroksida yang

berbahaya.

Enzim hidroperoksidase dibagi menjadi 2

kelompok;

a. peroksidase

b. katalase

Enzim Peroksidase adalah enzim yang mereduksisenyawa-senyawa peroksida dengan menggunakanbeberapa substansi sebagai akseptor electron.

H2O2 + AH2peroksidase 2H2O + A

- Enzim-enzim peroksidase ditemukan dalam air susu, dalam leukosit, trombosit.

- Dalam eritrosit dan jaringan lain, enzim glutationperoksidase yang mengandung selenium sebagaigugus protestik mengkatalisis penghancuran H2O2dan senyawa hidroperoksida lipid dengan glutationtereduksi.

Enzim Katalase, menggunakan H2O2 sebagai

donor electron dan akseptor electron.

Enzim katalase menggunakan satu molekul

H2O2 sebagai substrat atau donor electron

dan molekul lain H2O2 sebagai oksidan atau

akseptor electron.

H2O2katalase 2H2O + O2

Katalase ditemukan dalam; darah, sum-sum tulang, membrane mukosa, ginjaldan hati.

Enzim ini berfungsi untuk penghancuranhydrogen peroksida yang terbentuk olehkerja enzim-enzim oksidase.

Mikrobodi atau peroksisom dijumpaidalam banyak jaringan termasuk hati.Peroksisom kaya akan enzim oksidase dankatalase yang menunjukan adanyakeuntungan biologic bila enzim-enzimyang memproduksi H2O2 dikelompokandengan enzim yang menghancurkan H2O2.

Berhubungan dengan sintesis atau

penguraian berbagai tipe metabolis.

Enzim mengkatalis penyatuan oksigen ke

dalam substrat.

Peristiwa ini berlangsung dalam 2 tahap

yaitu:

a. Pengikatan oksigen dengan enzim pada

tempat aktif

b. Reaksi dimana oksigen yang terikat

direduksi ke substrat

Enzim Oksigenase dibagi menjadi 2 yaitu :

1. Enzim Dioksigenase

Enzim ini menyatukan kedua atom oksigenkedalam substrat

A + O2 AO2

Contoh enzim ini adalah enzim-enzim yangmengandung zat besi seperti homogentisatdioksigenase dan 3-hidroksiantranilat dioksigenase.

2. Enzim Monoksigenase

adalah enzim yang menyatukan hanya satu atom oksigen kedalam substrat, atom yang lainyadireduksi menjadi air sehingga diperlukan donor electron atau substrat tambahan.

A – H + O2 ZH2 A – OH + H2O + Z

Enzim monooksigenase ditemukan dalam mikrosomsel-sel hati bersama dengan enzim sitrokom P-450 dan sitrokom b5.

1. Dehidrogenase terkait pirimidin

enzim ini memerlukan NAD+ dan NADP+ sebagai koenzim. Digunakan untuk tujuan biosintesis

2. Dehidrogenase terkait flavin

enzim ini mengoksidasi/mereduksi memerlukan FMN dan FAD. Yang mentranfer e dari NADH keakseptor dan pernapasan

3. Protein zat besi sulfur

sebagai karier e.

4. Ubikuinon

merupakan koenzim larut lemak yang bertindak sebagai karier e

5. Sitokrom

protein yang mentranfer e

Rantai respirasi (pernapasan) terdiri dari serangkaian protein dengan gugus protestik yang terikat kuat, dan mampu menerima dan memberikan electron.

Setiap anggota dapat menerima electron dari anggota sebelumnya dan memindahkan electron ke molekul anggota berikutnya dalam urutan reaksi yang spesifik.

Elektron yang masuk kaya akan energi, saat electron tersebut melalui rantai menuju oksigen dengan setahap demi setahap electron kehilangan energi bebasnya.

NADH ADP + Pi

2e

NADH

Dehidrigenase ATP

2e

Ubikuinon

2e ADP + Pi

Sitokrom b

2e

Sitokrom c1 ATP

2e

Sitokrom c

2e ADP + Pi

Sitokrom oksisede

2e ATP

2H+ + ½ O2 H2O

Bagan diatas memperlihatkan asal mula pasanganatom hydrogen yang dipindahkan olehdehidrogenase, dengan memindahkan elektronnyamenuju rantai transport electron, yangmembawanya ke oksigen.

Reduksi setiap atom oksigen memerlukan 2e- + 2H+.energi yang dibebaskan selama transport pasanganelectron dari NADH menuju oksigen dipergunakanuntuk melangsungkan sintesis tiga molekul ATP dariADP dan fosfat di dalam proses fosforilasi oksidatif.

Rantai respirasi utama dalam mitokondria

berjalan dari sistem dehidrogenase yang

berikatan NAD lewat flavoprotein dan

sitokrom, menuju oksigen.

Piruvat α-ketoglutarat

Lipoat

Flavoprotein (FAD)

NADprolin, 3-hidroksil-KoA,

3-hidoksilbitirat, glutamate,

malat, isositrat

Fp (FMN) FeS

gliserol 2-fosfat

Fp (FAD) FeS

Fp ETF(FAD)QFp (FAD)

FeSSuksinat Fp(FAD)

Asetil ko-A,

sarkosin,

dimetilglisin

sitokrom b (FeS)

sitrokrom c1

sitokrom c2

sitokrom aa3 (Cu)

O2

Mitokondria mempunyai 2 sistem membrane,membrane luar bersifat licin mengelilingikeseluruhan mitokondria, strukturnya permiabelterhadap hampir semua molekul kecil dan ion.

Membrane sebelah dalam mengandung rantaitransport electron. Suksinat dehidrogenase, enzimyang mengkatalisis sintesis dan beberapa sistemtransport membrane. Bagian ini bersifat permiabelterhadap banyak ion kecil .

Matriks, mengandung hampir semua enzim-enzimsiklus asam sitrat. Sistem piruvat dehidrogenase,sistem oksidasi asam lemak, ATP, ADP, AMP, Posfat,NAD, NADP dan koenzim A, juga terdapat K+, Mg2+,dan Ca2+.

BENTUK ELIPS dengan

diameter 0,5 µm dan

panjang 0,5 – 1,0 µm.

sebagai pabrik energi sel

yang menghasilkan

energi dalam bentuk ATP

Fungsi Mitokondria

Mitokondria memegang peranan penting dalam

proses metabolic, yaitu :

apoptosis : proses kematian sel

proliferasi sel

sintesis heme

sintesis steroid

Pengangkutan electron yang terjadi dalam reticulum endoplasma (mikrosom) berlangsung dengan adanya system pengangkutan electron yang terikat pada membrane organel tersebut.

proses dalam organel ini dirangkai dalam proses hidroksilasi berbagai senyawa kimia (substrat) didalam sel.

System transfer electron di mikrosom yang terdapat didalam sel hati terdiri dari molekul pembawa electron NADP, NADP dehidrogenase, suatu flavoprotein yang disebut NADPH-sitokrom P450 reduktase (enzim yang mengandung FAD) dan sitokrom P450. bentuk tereduksi P450 yaitu P450.Fe(II) atau P450.Fe2+, breaksi dengan molekul O2. dalam reaksi ini satu atom O direduksi menjadi H2O dan satu atom O lainnya dimasukan kedalam molekul substrat.

NADPH

NADP+

FAD

FADH2

P450-A

Fe2+.O2

Fe2+.O2

P450-A

P450-A

P450-A

Fe2+

Fe3+

Fe3+

A

P450

O2

A-OH + H2O

Transfer Elektron di Mikrosom

Mekanisme dimulai dengan mengikat suatu molekulsubsrat A oleh system P450 dalam bentuk oksidanya(P450.Fe3+)

(P450.Fe3+) direduksi oleh satu electron dari NADPH(melalui FAD) menghasilkan bentuk reduksinya(P450.Fe2+).

(P450.Fe2+) ini dioksigenasi dan satu lagi electronNADPH dipakai untuk mengubah O2 (yang terikatpada P450) menjadi bentuk radikalnya, O2

-.

Suatu reaksi oksidasi dalam kemudian berlangsungmenghasilkan substrat yang terhidroksilasi dan H2O.

tahap mekanisme ini diakhiri dengan regenerasiP450 menjadi bentuk oksidanya kembali (P450.Fe3+).

I. CO2 dalam eritrosit cepat dihidrasi menghasilkankarbonat

CO2 + H2O H2CO3

II. H2CO3 mengalami ionisasi

H2CO3karbonat anhidrase H+ + HCO3-

HCO3- yang terbentuk keluar dari sel masuk ke plasma darah dengan penukaran ion (Cl-). H+ yang dihasilkan dari ionisasi H2CO3 menyebabkan terjadipelepasan O2 dan HbO2

H+ + HbO2 HHb+ + O2

Jika darah dalam vena banyak mengandung CO2kembali ke paru-paru terjadi kebalikan siklus.

HHb+ + O2 H+ + HbO2

H+ + HCO3 - H2CO3

H2CO3 CO2 + H2O