1 Bioenergetika Bioenergetikaatautermodinamikabiokimiaadalahilmupengetahuanmengenaiperubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Hukum I TermodinamikaUntuk setiap perubahan kimia atau fisika, jumlah energi total adalah konstan. Jadi,energidapatberubahbentukataudipindahkandarisatutempatketempatlain namun tidak dapat dihilangkan atau diciptakan. Hukum II TermodinamikaPerubahankimiaataufisikayangberlangsungspontanselaludiikutioleh peningkatan derajat keacakan (randomness). Padasuhudantekananyangtetap,hubunganGdanSberdasarhukumtermodinamika dinyatakan : Keterangan : G = perubahan energi bebasH= perubahan entalpi (panas) T = suhu absolutS= perubahan entropi Sandra Dewitha Que 102008167 Tugas Kimia G = H TS 2 Energi di dalam reaksi kimia 1.Energi bebas Gibbs (G) Energibebas:kemampuanmelakukankerjaselamareaksiyangberlangsungpada temperatur dan tekanan tetap. Jika,G(-)prosesberlangsungspontan(eksergonik),terdapatsejumlahenergi yang dibebaskan sistem G(+)prosesberlangsungtidakspontan(endergonik),sistemmembutuhkan energi. G nol proses berada pada keadaan seimbang. 2.Entalphi (H) Entalphi (H) merupakan panas yang terdapat dalam sistem. Jika, H (-) ada panas yang dilepaskan ke lingkungan (eksotermik) H (+) ada panas yang dibutuhkan sistem (endotermik) 3.Entropi (S) Entropimerupakannilaikuantitatifkeacakansistem.Untuksetiapreaksi,secara keseluruhan (total) selalu terjadi peningkatan entropi. Jika S (+) derajat keacakan sistem meningkat. Energi untuk sel Seladalahsistemyangbekerjapadatemperaturtetap(isotermal)dantekanan tetap. Sel tidak dapat memanfaatkan energi panas. Sel hanya dapat memanfaatkan energi bebas (G). Energi bebas yang diperoleh dikonversi ke senyawaan berenergi tinggi seperti ATP.ATP merupakan donor fosfat berenergi tinggi (donor energi bebas) bagi senyawa-senyawadibawahnya.Disisilain,ADPdapatmenerimafosfatberenergitinggiuntuk membentuk ATP 3 Ada3sumberutamagugusfosfatberenergitinggiyangberperandalamkonservasiatau penangkapan energi. 1.Fosforilasi oksidatif Fosforilasioksidatifadalahsumbergugusfosfatberenergitinggiterbesar dalamorganismeaerobik.Energibebasuntukmenggerakkanprosesiniberasaldari oksidasi rantai respirasi di dalam mitokondria dengan menggunakan oksigen. Padaorganismeaerob,akseptorelektronterakhiradalahoksigen.Namun elektrontidaklangsungditransferlangsungkeoksigen,melainkandipindahke pengemban-pengemban khusus antara lain nikotinamida adenin dinukleotida (NAD+) dan flavin adenin dinukleotida (FAD). Pengembantereduksiiniselanjutnyamemindahkanelektronkeoksigen melalui rantai transport elektron yang terdapat pada sisi dalam membran mitokondria. Gradien proton yang terbentuk sebagai hasil aliran elektron ini kemudian mendorong sintesisATPdariADPdanPidenganbantuanenzimATPsintase.Prosestersebut dinamakan fosforilasi oksidatif. 2.Glikolisis Tahapawalmetabolismekonversiglukosamenjadienergididalamtubuh akanberlangsungsecaraanaerobikmelaluiprosesyangdinamakanGlikolisis (Glycolysis). Proses ini berlangsung dengan mengunakan bantuan 10 jenis enzim yang berfungsisebagaikatalisdidalamsitoplasma(cytoplasm)yangterdapatpadasel eukaryotik(eukaryoticcells).IntidarikeseluruhanprosesGlikolisisadalahuntuk mengkonversi glukosa menjadi produk akhir berupa piruvat. Pada proses Glikolisis, 1 molekul glukosa yang memiliki 6 atom karbon pada rantainya(C6H12O6)akanterpecahmenjadiprodukakhirberupa2molekulpiruvat (pyruvate)yangmemiliki3atomkarbom(C3H3O3).Prosesiniberjalanmelalui beberapatahapanreaksiyangdisertaidenganterbentuknyabeberapasenyawaantara sepertiGlukosa6-fosfatdanFruktosa6-fosfat.Selainakanmenghasilkanproduk akhirberupamolekulpiruvat,prosesglikolisisinijugaakanmenghasilkanmolekul ATPsertamolekulNADH(1NADH3ATP).MolekulATPyangterbentukini kemudianakandiekstrakolehsel-seltubuhsebagaikomponendasarsumberenergi. Melalui proses glikolisis ini 4 buah molekul ATP & 2 buah molekul NADH (6 ATP) 4 akandihasilkansertapadaawaltahapanprosesnyaakanmengkonsumsi2buah molekul ATP sehingga total 8 buah ATP akan dapat terbentuk. Tahapmetabolismeenergiberikutnyaakanberlangsungpadakondisiaerobik dengan mengunakan bantuan oksigen (O2). Bila oksigentidak tersedia maka molekul piruvathasilprosesglikolisisakanterkonversimenjadiasamlaktat.Dalamkondisi aerobik,piruvathasilprosesglikolisisakanteroksidasimenjadiprodukakhirberupa H2OdanCO2didalamtahapanprosesyangdinamakanrespirasiselular(Cellular respiration). 3.Siklus asam sitrat Tahap kedua dari proses respirasi selularyaitu Siklus Asam Sitrat merupakan pusatbagiseluruhaktivitasmetabolismetubuh.Siklusinitidakhanyadigunakan untukmemproseskarbohidratnamunjugadigunakanuntukmemprosesmolekullain seperti protein dan juga lemak.Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) yang berfungsi sebagai pusat metabolisme tubuh. Enzimsitratsintasemengkatalisisreaksikondensasiantaraasetilkoenzim-A denganoksaloasetatmenghasilkansitrat.Pembentukanisositratdarisitratmelalui Cis-akonitdikatalisissecarareversibelolehenzimakonitase.Oksidasiisositrat menjadialfaketoglutaratberlangsungpembentukansenyawaantaraoksalosuksinat yangberikatandenganenzimisositratdehidrogenasedenganNADsebagaikoenzim. Oksidasi alfa ketoglutarat menjadi suksinat melalui pembentukan suksinil koenzim-A, merupakanreaksiyangirreversibeldandikatalisisolehenzimalfaketoglutarat dehidrogenase.SuksisnilkoenzimAadalahsenyawatioesteryangberenergitinggi. Selanjutnyasuksinilkoenzim-AmelepaskankoenzimAdengandirangkaikan denganreaksipembentukenergiGTPdariGDP.GTPyangterbentukdipakaiuntuk sintesisATPdariADPdenganenzimnukleosidadifosfatkinase.PembentukanGTP dikaitkandenganreaksideasilasisuksinilkoenzim-Ainidisebutfosforilasitingkat substratSuksinatdioksidasimenjadifumaratolehenzimsuksinatdehidrogenase denganFADsebagaikoenzim.FADberperansebagaiguguspenerimahidrogen. ReaksireversibelpenambahansatumolekulH2Okeikatanrangkapfumarat, menghasilkanmalatygdikatalisisolehfumarase.Tahapakhir,L-malatdioksidasi menjadioksaloasetatolehenzimL-malatdehidrogenaseygberikatandenganNAD (reaksiendergonik)ataulajureaksiberjalankekanan,karenareaksiberikut 5 kondensasioksaloasetatdengaasetilkoenzim-Ayaitureaksieksergonikyang irreversibel. Reaksi eksergonik endergonik oReaksi berpasangan (Coupled Reaction) Prosesendergoniktidakdapatberdirisendiri,tetapiharusmenjadikomponensuatu sistem eksergonik/endergonik yang berpasangan (coupling).Prinsip reaksi berpasangan : reaksiyang secara termodinamika disukai dapat dipakai untuk mendorong terjadinya reaksi yang secara termodinamika tidak disukai. oMetabolismeMetabolisme merupakan kombinasi proses katabolik dan anabolik.Reaksieksergonikdalamsistembiologikdiberinamakatabolismeyaitu pemecahan/oksidasimolekul bahan bakarAnabolismemerupakanreaksiendergonikyangmeliputireaksi-reaksisintesisuntuk membentuk berbagai substansi. Reduksi Oksidasi dalam sistem biologis Oksidasi = pelepasan elektronReduksi = pengikatan electron Reaksioksidasi-reduksimerupakanreaksikimiayangmelibatkantransferelektrondari satu zat ke zat yang lain. Oksidasi akan selalu disertai reduksiakseptor elektron. Prinsip oksidasireduksiberlakupadaberbagaireaksibiokimiaBanyakoksidasibiologidapat berlangsung tanpa peran serta molekul oksigen. Kinetika Kinetika : kecepatan dan meknisme reaksi. Kecepatan reaksi menjelaskan seberapa cepat reaktan dipergunakan atau seberapa cepat produk dihasilkan. 6 Faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi : -KonsentrasiMolekul-molekul harus bertumbukan agar terjadi reaksi dalam konteks ini laju reaksi proporsionaldengankonsentrasireaktan.Konsentrasireaktantinggiapabilaberada pada jarak lebih berdekatan dibandingkan dengan konsentrasi rendah. Kecepatan akan bertambah dengan bertambahnya konsentrasi. -Fase Besarnyajumlahtumbukanantarpartikelditentukanolehfasefisikpartikeltersebut. Partikeldalamfaseliquidlebihdekatdaripadafasesolid. Jikareaktanberupasolid, ukuranpartikelsolidyangsemakinkecilakanmemungkinkankontakyanglebih efektif, dibandingkan dengan solid berukuran besar. -Temperatur Molekulharusbertumbukandenganenergiyangcukupuntukbereaksi.Peran temperatur adalah meningkatkan energi dan jumlah tumbukan antar partikel. Naiknya temperatur akan menaikan kecepatan reaksi. -Katalis Katalisadalahsuatusenyawayangdapatmenaikkanlajureaksi,tetapitidakikut menjadi reaktan / produk dalam sistem itu sendiri. Setelah reaksi selesai, katalis dapat diperolehkembalitanpamengalamiperubahankimia.Katalisberperandengan menurunkan energi aktifasi. Sehingga untuk membuat reaksi terjadi, tidak diperlukan energiyang lebih tinggi. Dengan demikian, reaksi dapat berjalan lebih cepat. Karena katalis tidak bereaksi dengan reaktan dan juga bukan merupakan produk, maka katalis tidakditulispadasisireaktanatauproduk.Umumnyakatalisditulisdiataspanah reaksi yang membatasi sisi reaktan dan produk. Katalis terbagi menjadi dua golongan besar, yaitu 1.Katalis Homogen Suatukatalisdisebuthomogenapabilaberadadalamfasayangsamadenganreaktan maupunprodukreaksiyangdikatalisa.Katalisiniberperansebagaizatantaradalam reaksi. Tanpa penggunaan katalis, reaksi ini berlangsung sangat lambat, bahkan pada suhutinggisekalipun.Kelemahandarikatalishomogeniniadalahketikareaksi selesai,diperlukanperlakuankimiaselanjutnyauntukmemisahkankatalisdari campuran reaksi. 7 2.Katalis Heterogen Katalis heterogen adalah katalis yang fasanya tidak sama dengan reaktan atau produk reaksiyangdikatalisa.Katalisheterogenbiasanyaberfungsisebagaipermukaan tempat terjadinyareaksi. Contohnyaadalahreaksi antaraH2 dan O2 padapermukaan logam.LogamberfungsisebagaipermukaanadsorbendimanaH2danO2akan menempel dan bereaksi. Kecepatanreaksi(r)merupakanperubahankonsentrasiterhadapwaktu.Perubahan konsentrasidapatberupapenurunanataukenaikankonsentrasibaikkonsentrasireaktan atau produk. Satuan kecepatan reaksi :Ms-1 atau M jam-1. Hukum Kecepatan Reaksi Hukumkecepatanreaksi:menggambarkanhubunganantarakonsentrasireaktandan kecepatan. Misalkan suatu reaksi : A + B produk Maka, persamaan kecepatan dituliskan sebagai : r = k[A]m[B]n keterangan:k = konstanta kecepatan reaksi m, n = orde reaksi Ordereaksi:mengindikasikansensitivitaskecepatanterhadapperubahankonsentrasi reaktannya. Orde reaksi tidak berhubungan dengan koefisien reaksi. Eksponen nol untuk reaktan berarti kecepatan tidak bergantung pada konsentrasi reaktan. Sedangkaneksponen1artinyakecepatanberbandinglurusdengankonsentrasireaktan. Jikakonsentrasidikalidua,kecepatanmenjadiduakalilipat.Reaksitersebutmemiliki orde 1 terhadap reaktan. Orde reaksi keseluruhan adalah jumlah seluruh orde reaksi. 8 Contoh : r = k[A] [B]0 m = 1, n = 0 Reaksimemilikiorde1untukAdanordenoluntukB.Jumlahordereaksi=1+0=1. Dapatditulisjugar=k[A].Perludiingatbahwaordereaksiharusditentukanmelalui eksperimen. Orde reaksi tidak dapat ditentukan melalui persamaan. Hal-halyangperludiperhatikandalampenentuanhukumkecepatankonstantakecepatan (k) adalah : 1.Besaran k bergantung pada orde reaksi total 2.Besaran k tidak bergantung pada konsentrasi dan waktu3.Besarankmerujukpadatemperaturtertentudanperubahankecepatanapabila temperatur diubah. Hanyatemperaturyangmempengaruhikonstantakecepatanreaksi(k).Naiknya temperatur menyebabkan kenaikan nikai k. Dengan persamaan Arhenius : k=A e-Ea/RT dimanak =konstanta laju reaksi A=faktor pra eksponensial Ea =energi aktifasi (kJ/mol) R=tetapan gas ideal =8,314 kJ / mol =1,987 kal / mol K T=suhu mutlak (K) Jika persamaan di atas ditulis dalam bentuk logaritma, maka akan didapat ln k=ln A- |.|

\|T REa 1 Pada suhu yang berbeda dapat digunakan persamaan : ln ||.|

\|21kk =REa||.|

\|1 21 1T T 9 ataulog ||.|

\|21kk =REa. 303 , 2||.|

\|1 21 1T T Waktu paruh Waktuparuhdidefinisikansebagaiwaktuyangdibutuhkanuntukkonsentrasireaktan berkurang menjadi setengah dari konsentrasi mula-mula. k1=t1/21ln 2 / 11 k1=2 / 1693 , 0t 10 Daftar Pustaka 1.Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. Biokimia Harper. Dalam; Mayes PA.BioenergetikadanMetabolismeKarbohidratSertaLipid.Ed.25. Jakarta:EGC.2003.p.114-187. 2.Bioenergetika.2010.Diunduhdarihttp://mhanafi123.files.Wordpress.com/2010/0/ bioenegetika.pdf. 3 Agustus 2011. 3.BioenergetikadanFosforilasiOksidatif.2004.Diunduhdarihttp://repository.usu. ac.id/bitstream/123456789/3512/1/biokimia-helvi.pdf. 3 Agustus 2011. 4.PengertianDasarKinetika.2005.Diunduhdarihttp://usupress.usu.ac.id/files/Kin etika%20Kimia;%20Reaksi%20Elementer_Normal_bab%201.pdf. 3 Agustus 2011.