Fosforilasi Fix
-
Upload
ratih-purbaningsih-widarmayanti -
Category
Documents
-
view
273 -
download
52
Transcript of Fosforilasi Fix
TUGAS BIOSEL
“ FOSFORILASI ”
Oleh :
1. Nizar Hanafi (083204208)
2. Erlian Krisainin R. (093204002)
3. Ma’dan Haikal Adhim (093204004)
4. Diah Ayu Rizayanti (093204022)
5. Inge Oktaviane W. (093204031)
6. Reni Istiningrum (093204038)
7. Nilam Retnosari (093204039)
8. Nurul Hidayati (093204043)
9. Nuril Maghfiroh (093204046)
10.Priskala Leoruslina (093204051)
11.Firman Zarkasy (093204054)
UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
JURUSAN BIOLOGI
2012
A. Fosforilasi oksidatif
Fosforilasi oksidatif adalah proses terbentuknya ATP akibat transport elektron dalam
membran mitokondria (krista). Yang menempati membran dalam mitokondria adalah protein
ATP sintese atau faktor penggandeng (CFO + CF1, enzim yang membuat ATP).
Ada tiga hipotesis yaitu hipotesis kimia, hipotesis konformasi, dan hipotesis
kemoosmotik.
1. Hipotesis kimia
Elektron dipasangkan ke ATP sintetase dengan suatu urutan reaksi, sehingga
terbentuk senyawa bertenaga tingggi. Senyawa tersebut dipecah, kemudian tenaga yang
dihasilkan untuk pembuatan ATP.
2. Hipotesis konformasional
Pemindahan elekton menyebabkan perubahan konformasi komponen protein,
sehingga terbentuk senyawa bertenaga tinggi, F0 – F1 ATPase aktif. Bila kembali ke
konformasi semula, energi yang dikeluarkan untuk mensintesis ATP.
3. Hipotesis kemoosmotik
Mekanisme fosforilasi oksidatif berdasarkan teori Chemiosmotic hypothesis:
1. Transport elektron memompa H+ dari matriks ke ruang antar membran, hal ini
menyebabkan terjadinya perbedaan konsentrasi H+. diruang antar membran
konsentrasi H+ lebih tinggi daripada dalam matriks.
2. Adanya perbedaan pH membentuk energi potensial kimia yang kuat untuk
mendorong berlangsungnya fosforilasi oksidatif, sehingga ion H+ dikembalikan
kepada matriks melalui lubang spesifik di dalam molekul FoF1ATP sintase.
3. Arus proton ini akan menghasilkan energi yang digunakan untuk menggabungkan
ADP + Pi menjadi ATP.(Fida Rachmadiarti dkk, Biologi Umum)
Fosforilasi oksidatif adalah suatu lintasan metabolisme yang menggunakan energi yang
dilepaskan oleh oksidasi nutrien untuk menghasilkan adenosina trifosfat (ATP). Walaupun
banyak bentuk kehidupan di bumi menggunakan berbagai jenis nutrien, hampir semuanya
menjalankan fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP. Lintasan ini sangat umum
digunakan karena ia merupakan cara yang sangat efisien untuk melepaskan energi,
dibandingkan dengan proses fermentasi alternatif lainnya seperti glikolisis anaerobik.
Selama fosforilasi oksidatif, elektron ditransfer dari donor elektron ke penerima elektron
melalui reaksi redoks. Reaksi redoks ini melepaskan energi yang digunakan untuk
membentuk ATP. Pada eukariota, reaksi redoks ini dijalankan oleh serangkaian kompleks
protein di dalam mitokondria, manakala pada prokariota, protein-protein ini berada di
membran dalam sel. Enzim-enzim yang saling berhubungan ini disebut sebagai rantai
transpor elektron. Pada eukariota, lima kompleks protein utama terlibat dalam proses ini,
manakala pada prokariota, terdapat banyak enzim-enzim berbeda yang terlibat.
Energi yang dilepaskan oleh perpindahan elektron melalui rantai transpor elektron ini
digunakan untuk mentranspor proton melewati membran dalam mitokondria. Proses ini
disebut kemiosmosis. Transpor ini menghasilkan energi potensial dalam bentuk gradien pH
dan potensial listrik di sepanjang membran ini. Energi yang tersimpan dalam bentuk ini
dimanfaatkan dengan cara mengijinkan proton mengalir balik melewati membran melalui
enzim yang disebut ATP sintase. Enzim ini menggunakan energi seperti ini untuk
menghasilkan ATP dari adenosina difosfat (ADP) melalui reaksi fosforilasi. Reaksi ini
didorong oleh aliran proton, yang mendorong rotasi salah satu bagian enzim.
Reaksi fosforilasi adalah keseimbangan, yang dapat digeser dengan mengubah gaya
proton-motif. Dengan tidak adanya kekuatan proton-motif, reaksi ATP sintase akan berjalan
dari kanan ke kiri, hidrolisis ATP dan memompa proton keluar dari matriks melewati
membran. Namun, ketika gaya proton-motif yang tinggi, reaksi dipaksa untuk berjalan
dalam arah yang berlawanan, melainkan hasil dari kiri ke kanan, sehingga proton mengalir
ke bawah gradien konsentrasi mereka dan mengubah ADP menjadi ATP. Memang, dalam.
terkait erat tipe vacuolar H +-ATPase, reaksi yang sama digunakan untuk mengasamkan
kompartemen selular, dengan memompa proton dan hydrolysing ATP.
ATP sintase adalah kompleks protein besar-besaran dengan bentuk seperti jamur.
Kompleks enzim mamalia berisi 16 subunit dan memiliki massa sekitar 600 kilodaltons.
Bagian tertanam dalam membran disebut UNTUK dan berisi cincin subunit c dan saluran
proton.. Tangkai dan topi baja berbentuk bola disebut F1 dan merupakan tempat sintesis
ATP. Kompleks berbentuk bola pada akhir bagian F1 berisi enam protein dari dua jenis yang
berbeda (subunit α tiga dan tiga subunit β), sedangkan “tangkai” terdiri dari satu protein:
subunit γ, dengan ujung tangkai memperluas ke dalam bola α dan subunit β. Baik α dan
subunit β nukleotida mengikat, tetapi hanya. sub-unit β mengkatalisis reaksi sintesis ATP.
Mencapai sepanjang sisi bagian F1 dan kembali ke membran adalah subunit batang-seperti
panjang yang jangkar subunit α dan β ke dasar enzim.
Sebagai proton menyeberangi membran melalui saluran di dasar ATP sintase, berputar
untuk proton motor-driven. Rotasi mungkin. Disebabkan oleh perubahan dalam ionisasi
asam amino dalam cincin subunit c menyebabkan interaksi elektrostatik yang menggerakkan
cincin subunit c masa lalu saluran proton. Ini cincin berputar di drive gilirannya rotasi poros
pusat (tangkai subunit γ) dalam α dan subunit β.. The α dan subunit β dicegah dari berputar
sendiri oleh lengan-side, yang bertindak sebagai sebuah stator. Gerakan ujung subunit γ
dalam bola α dan subunit β menyediakan energi untuk situs aktif dalam subunit β untuk
menjalani siklus gerakan yang memproduksi dan kemudian melepaskan ATP. Mekanisme
ATP sintase. ATP ditampilkan merah, ADP dan fosfat dalam warna pink dan subunit γ
berputar dalam warna hitam.
Reaksi sintesis ATP disebut mekanisme perubahan mengikat dan melibatkan situs aktif
dari bersepeda subunit β antara tiga negara. Dalam keadaan “terbuka”, ADP dan fosfat
masukkan situs aktif (ditunjukkan dalam coklat di diagram). protein kemudian menutup di
sekitar molekul dan mengikat mereka longgar – yang “longgar” negara (ditampilkan dalam
warna merah). Enzim kemudian berubah bentuk lagi dan pasukan molekul-molekul bersama,
dengan situs aktif di negara yang dihasilkan “ketat” (ditampilkan dalam warna pink) yang
mengikat yang baru dihasilkan ATP molekul dengan afinitas yang sangat tinggi. Akhirnya,
siklus situs aktif kembali ke keadaan terbuka, melepaskan dan mengikat ADP ATP lebih dan
fosfat, siap untuk siklus berikutnya.
Saat ion hidrogen atau elektron diambil dari sebuah molekul, maka molekul dikatakan
dioksidasi. Ketika ion hidrogen atau elektron diberikan kepada sebuah molekul maka
molekul tersebut direduksi. Saat molekul fosfat ditambahkan kepada sebuah molekul, maka
molekul tersebut dikatakan difosforilasi. Jadi fosforilasi oksidatif berarti proses yang
melibatkan penghilangan ion hidrogen dari satu molekul dan penambahan molekul fosfat ke
molekul lainnya.
Pada siklus Kreb, ion hidrogen atau elektron diberikan kepada dua molekul carrier.
Mereka ditangkap oleh NAD atau FAD dan molekul pembawa ini akan menjadi NADH dan
FADH (karena membawa ion hidrogen).
B. Fotofosforilasi
Fotofosforilasi adalah produksi ATP menggunakan energi dari sinar matahari .Dalam
fotofosforilasi, energi cahaya digunakan untuk menciptakan energi tinggi donor elektron dan
akseptor elektron rendah energi. Elektron kemudian bergerak secara spontan dari donor
kepada akseptor melalui rantai transpor electron. Fotofosforilasi dibagi menjadi
fotofosforilasi siklik dan non siklik. Fotofosforilasi siklik dan non siklik terjadi di grana
(tilakoid)
1. Fotofosforilasi Siklik
Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem,
yaitu fotosistem I. Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari
fotosistem I dan berakhir di fotosistem I.
Proses fotofosforilasi siklik:
1. Pertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari, membuat elektron-elektron di
P700 tereksitasi (menjadi aktif karena rangsangan dari luar), dan keluar menuju
akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron.
2. Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami
defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya.
3. Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi
transformasi hidrogen bersama-sama elektron.
4. Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion
H+ melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang
dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang
kemudian menghasilkan ATP.
5. Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I.
6. Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali
melaksanakan fungsinya.
Skema fotofosforilasi siklik
2. Proses Fotofosforilasi Non-Siklik
Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua
fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. Dalam fotofosforilasi
nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi
ke fotosistem II.
Skema fotofosforilasi non siklik
Langkah-langkah fotofosforilasi non siklik:
1. Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e-
2. Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II, sementara ion H+ akan
digunakan pada reaksi yang lain dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas.
3. Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi
tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer.
4. Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat
dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi.
5. Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka
melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan
akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700.
6. Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan “skema Z”.
7. Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi
untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.
8. Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang
cukup besar dari cahaya matahari.
9. Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya
sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh
NADP+ dan H+, yang berasal dari penguraian air.
10. Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR,
NADP+, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:
NADP+ + H+ + 2e- —> NADPH
NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson,
atau reaksi gelap.
C. Perbedaan Fotofosforilasi dan Fosforilasi Oksidatif
Perbedaan Fotofosforilasi Fosforilasi Oksidatif
Tempat terjadi Grana (tilakoid) Mitokondria
Pentransferan elektron
melalui
Transpor elektron Reaksi redoks
Energi untuk pembentukan
ATP
Cahaya matahari Oksidasi nutrien
Hasil Fotofosforilasi siklik :ATP
Fotofosforilasi non siklik :
ATP, NADPH dan O2
Dari oksidasi nutrien
menghasilkan ATP
Reduksi gas oksigen menjadi
air.
Ion Hidrogen Tidak ada penghilangan ion
hidrogen.
Penghilangan ion hidrogen
Eksitasi elektron Ada Tidak ada
D. Persamaan Fotofosforilasi dan Fosforilasi Oksidatif
Persamaan Fotofosforilasi Fosforilasi Oksidatif
Menghasilkan ATP
E. Anomali Fotorespirasi
Anomali adalah penyimpangan atau keanehan yang terjadi sedangkan Fotorespirasi
adalah sejenis respirasi pada tumbuhan yang dibangkitkan oleh penerimaan cahaya yang
diterima oleh daun. Diketahui pula bahwa kebutuhan energi dan ketersediaan oksigen dalam
sel juga memengaruhi fotorespirasi. Walaupun menyerupai respirasi biasa, yaitu proses
oksidasi yang melibatkan oksigen, mekanisme respirasi karena rangsangan cahaya ini agak
berbeda dan dianggap sebagai proses fisiologi tersendiri.
1. Proses Fotorespirasi
Proses yang disebut juga "asimilasi cahaya oksidatif" ini terjadi pada sel-sel mesofil
daun dan diketahui merupakan gejala umum pada tumbuhan C3, seperti kedelai dan padi.
Lebih jauh, proses ini hanya terjadi pada stroma dari kloroplas, dan didukung oleh
peroksisom dan mitokondria.
Secara biokimia, proses fotorespirasi merupakan cabang dari jalur glikolat. Enzim
utama yang terlibat adalah enzim yang sama dalam proses reaksi gelap fotosintesis,
Rubisco (ribulosa-bifosfat karboksilase-oksigenase). Rubisco memiliki dua sisi aktif: sisi
karboksilase yang aktif pada fotosintesis dan sisi oksigenase yang aktif pada fotorespirasi.
Kedua proses yang terjadi pada stroma ini juga memerlukan substrat yang sama, ribulosa
bifosfat (RuBP), dan juga dipengaruhi secara positif oleh konsentrasi ion Magnesium dan
derajat keasaman (pH) sel. Dengan demikian fotorespirasi menjadi pesaing bagi
fotosintesis, suatu kondisi yang tidak disukai kalangan pertanian, karena mengurangi
akumulasi energi.
Jika kadar CO2 dalam sel rendah (misalnya karena meningkatnya penyinaran dan suhu
sehingga laju produksi oksigen sangat tinggi dan stomata menutup), RuBP akan dipecah
oleh Rubisco menjadi P-glikolat dan P-gliserat (dengan melibatkan satu molekul air
menjadi glikolat dan P-OH). P-gliserat (P dibaca "fosfo") akan didefosforilasi oleh ADP
sehingga membentuk ATP. P-glikolat memasuki proses agak rumit menuju peroksisoma,
lalu mitokondria, lalu kembali ke peroksisoma untuk diubah menjadi serin, lalu gliserat.
Gliserat masuk kembali ke kloroplas untuk diproses secara normal oleh siklus Calvin
menjadi gliseraldehid-3-fosfat (G3P).
2. Kegunaan Fotorespirasi
Peran fotorespirasi diperdebatkan namun semua kalangan sepakat bahwa fotorespirasi
merupakan penyia-nyiaan energi. Dari sisi evolusi, proses ini dianggap sebagai sisa-sisa
ciri masa lampau (relik). Atmosfer pada masa lampau mengandung oksigen pada kadar
yang rendah, sehingga fotorespirasi tidak terjadi seintensif seperti masa kini. Fotorespirasi
dianggap bermanfaat karena menyediakan CO2 dan NH3 bebas untuk diasimilasi ulang,
sehingga dianggap sebagai mekanisme daur ulang (efisiensi). Pendapat lain menyatakan
bahwa fotorespirasi tidak memiliki fungsi fisiologis apa pun, baik sebagai penyedia asam
amino tertentu (serin dan glisin) maupun sebagai pelindung klorofil dari perombakan
karena fotooksidasi.
Karena tidak efisien, sejumlah tumbuhan mengembangkan mekanisme untuk
mencegah fotorespirasi. Untuk menekan fotorespirasi, tumbuhan C4 mengembangkan
strategi ruang dengan memisahkan jaringan yang melakukan reaksi terang (sel mesofil) dan
reaksi gelap (sel selubung pembuluh, atau bundle sheath). Sel-sel mesofil tumbuhan C4
tidak memiliki Rubisco. Strategi yang diambil tumbuhan CAM bersifat waktu (temporal),
yaitu memisahkan waktu untuk reaksi terang (pada saat penyinaran penuh) dan reaksi
gelap (di malam hari).
Jadi anomali fotorespirasi adalah penyimpangan yang terjadi ketika proses respirasi
pada tumbuhan yang telah dibangkitkan oleh penerimaan cahaya yang ditangkap daun.
Secara garis besar, ada beberapa poin penting tentang anomaly fotorespirasi, yaitu :
Anomali pemanfaatan oksigen oleh kloroplas
Gangguan karboksilasi akibat adanya interaksi antara RUBISCO dengan oksigen
Proses yang mengarah pada pembentukan hanya satu molekul PGA pada reaksi gelap
dalam kloroplas
Tumbuhan : C3
Fotorespirasi terjadi ketika kondisi panas dan kering – stomata menutup [O2] > [CO2]
Fotorespirasi terjadi karena Rubisco – ribulosa bifosfat karboksilase/ oksigenase.
Dimana Rubisco mengkatalisis reaksi pengikatan O2 pada RuBP
2‐fosfoglikolat glikolat (peroksisom) glisin (mitokondria)
3. Tumbuhan mengatasi fotorespirasi dengan ;
Menghindari penggunaan RUBISCO untuk mengikat CO2 dari lingkungan secara
langsung
Menggunakan enzim yang tidak bereaksi dengan O2
4. Solusi mengatasi fotorespirasi
Fiksasi CO2 berlangsung di mesofil
Fiksasi CO2 menggunakan enzim PEP karboksilase
Fiksasi CO2 menggunakan Rubisco tetap berlangsung,akan tetapi pada tempat yang
berbeda
5. Fotoefisiensi pada tumbuhan C3 vs C4
C3
Mengikat CO2 langsung dari lingkungan
Resipien : RuBP
RUBISCO terbuka
O2 dapat mengganggu
Fotorespirasi (+)
C4
Mengikat CO2 secara tidak langsung
Resipien PEP
RUBISCO terlindung
O2 tidak mengganggu proses fiksasi
Fotorespirasi (‐)
DAFTAR PUSTAKA
Budino, J Djoko. 2007. Biologi Sel. Surabaya: Unesa University Press.
Ibrahim, Muslimin. 2007. Mikrobiologi prinsip dan aplikasi. Surabaya: Unesa University Press.
http://id.wikipedia.org/wiki/Fosforilasi_oksidatif. Diakses pada tanggal 15 Mei 2012
http://biologigonz.blogspot.com/2010/02/fotofosforilasi-siklik-dan-non-siklik.html. Diakses pada
tanggal 15 Mei 2012
http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/1002/1/132305100.pdf. Diakses pada tanggal 15
Mei 2012
http://medicafarma.blogspot.com/2011/08/fosforilasi-oksidatif.html. Diakses pada tanggal 15
Mei 2012
http://id.wikipedia.org/wiki/Fotorespirasi. Diakses pada tanggal 15 mei 2012
http://www.beritakuliah.com/pdf/makalah-siklus-hidup-sel.html. Diakses pada tanggal 15 Mei
2012
http://www.artikelbagus.com/2012_01_01_archive.html. Diakses pada tanggal 15 Mei 2012
www.infogigi.com/pdf/pengertian-fotorespirasi.html. Diakses pada tanggal 15 Mei 2012
Biologimediacentre.com/fotosintesis-jenis-lain-tumbuhan-c4-dan-cam/. Diakses pada tanggal 15
Mei 2012