1

BIOENERGETIKA

Hendri Busman, M.Biomed

BIOENERGETIKA

* ILMU YANG YANG MEMPELAJARI PERUBAHAN ENERGI YANG TERJADI PADA SUATU REAKSI BIOKIMIA

* PADA SISTIM BIOLOGIS, ENERGI ADALAH DALAM BEN- TUK ENERGI KIMIA : ATP, GTP, ASETIL-KoA DSB. EMERGI INI DIGUNAKAN UNTUK MELAKSANAKAN PROSES BIOKIMIA : KONTRAKSI OTOT, BIOSINTESIS, PENGHANTARAN IMPULS, TRANSPORT AKTIF DSB.

* ENERGI KIMIA JUGA MENGIKUTI HUKUM KEKEKALAN ENERGI

3

EN

ER

GI

BE

BA

SE

NE

RG

I B

EB

AS

ENERGI PANASENERGI PANAS

ENERGI KIMIAENERGI KIMIA

ATP, GTP, DSBATP, GTP, DSB

DD

EKSERGONIK (- G)

EKSERGONIK (- G)

ENDERGONIK (+ G)

ENDERGONIK (+ G)

REAKSI : A + C B + DREAKSI : A + C B + D

AA

CC BB

4

PEMBENTUKAN DAN PERANAN ATP

PEMBENTUKAN ATP

1. TERJADI TERUTAMA DALAM MITOKHONDRIA MELALUI

PROSES POSFORILASI ADP (ADP + Pi ATP)

PROSES INI BERKAITAN ERAT DENGAN PROSES

OKSIDASI (TRANSFER e- / H+)

OLEH KARENA ITU DISEBUT POSFORILASI OKSIDATIF.

5

2. POSFORILASI TINGKAT SUBSTRAT

* DALAM GLIKOLISIS : (2 ATP) P.G. KINASE 1,3 BI-P.GLISERAT P. GLISERAT ADP ATP

PIRUVAT-KINASE POSFO-ENOL- ENOL PIRUVAT PIRUVAT (PEP) ADP ATP

6

* DALAM TCC : ( 1ATP ) SUKSINIL-TIOKINASE

SUKSINIL-KoA SUKSINAT

ADP + Pi ATP

KoA-SH

7

PERANAN ATP

* DALAM SEL, REAKSI EKSERGONIK DAN ENDERGONIK SELALU BERKAITAN

1

2

3

4

5

6

ATP

Biosintesis

Kontraksi Otot

Transport Aktif

Perangsangan Saraf

Dan sebagainya

REAKSIEKSERGONIK

REAKSI

EENDERGONIK

8

* POSFAT ENERGI TINGGI LAINNYA (POSFOGEN)

- KREATIN POSFAT * DALAM : OTOT RANGKA, JANTUNG, SPERMATOZOA, OTAK * MEMPERTAHANKAN KONSENTRASI ATP DLM OTOT

CREATIN KINASE

KREATIN POSFAT KREATIN ADP ATP

* PENENTUAN AKTIVITAS ENZIM KREATIN KINASE ( CK ) DIGUNAKAN DALAM DIAGNOSIS PENYAKIT MIOKARD INFARK (MI) (SERANGAN JANTUNG)

9

Phosphoenolpyruvate

Creatine ~ P

Creatine

(Store of ~ P)

ATP

ADP

ATP/ADPcycle

1,3-Bisphosphoglycerate

Succinyl-CoAOxidativePhosphorylation

Other Phosphorylation,Activationsand endergonic processes

Glycerol 3-phosphate

Glucose 6-phosphate

Fructose 1,6-bisphosphate

P~

P~

10

* POSFAT ENERGI TINGGI ( P ) DALAM BENTUK ATP,

(YANG BERASAL DARI POSFORILASI OKSIDATIF, POSFO-

RILASI TK. SUBSTRAT), DAN CREATIN POSFAT, AKAN

MELEPASKAN P YANG KEMUDIAN DIGUNA

KAN OLEH TUBUH SEBAGAI “PERANAN ATP”, YAITU :

1. POSFORILASI; MIS. : GLUK GLUK-6-P

2. AKTIVASI, MIS : FFA ASIL-KoA

3. REAKSI ENDERGONIK

* BIOSINTESIS

* TRANSPORT AKTIF

* KONTRAKSI OTOT

* PENGHANTARAN IMPULS SARAF

* DAN SEBAGAINYA

11

OKSIDASI BIOLOGIS• OKSIDASI : REAKSI PENGELUARAN e-

ATAU : REAKSI PENAMBAHAN O2

OKSFe ++ Fe +++ + e-

RED

OKSAH2 A

½ O2 H2O

12

* REDUKSI : REAKSI PENANGKAPAN e-

ATAU : REAKSI PENANGKAPAN H+

INGAT : H2 2H+ + 2e-

* OKSIDASI BIOLOGIS DAPAT BERLANGSUNG TANPA PERAN

O2, MISALNYA PROSES DEHIDROGENASI

* PROSES OKSIDASI DIIKUTI OLEH REDUKSI DARI AKSEPTOR

H+ ( AKSEPTOR e- ), JADI SATU PROSES REDUKSI-

OKSIDASI ( REDOKS )

* ENZIM YANG BERPERAN PADA REAKSI REDOKS : ENZIM

OKSIDO REDUKTASE

13

CONTOH

COO- NADH + H+ NAD+ COO-

C = O HO – C – H

LAKTAT DEHIDROGENASE

CH2 CH2

AS. PIRUVAT ( KETO ) LAKTAT

OKSIDASI ( DEHIDROGENASI )

REDUKSI

14

ENZIM OKSIDO-REDUKTASE

1. ENZIM OKSIDASE

2. ENZIM DEHIDROGENASE

3. ENZIM HIDRO PEROKSIDASE

4. ENZIM OKSIGENASE;

* DIOKSIGENASE

* MONO OKSIGENASE

15

ENZIM OKSIDASE

E* AH2 + ½ O2 A + H2O

E AH2 + O2 A + H2O2

* MENGKATALISIS PENARIKAN H+ DARI SUBSTRAT

* MENGGUNAKAN O2 SEBAGAI AKSEPTOR H+

* HASIL AKHIR : H2O ATAU H2O2

URICASE : H2O2

* MENGANDUNG : Cu++

16

* CONTOH

- SITOKHROM OKSIDASE

- FENOLASE

- ASCORBIC ACID OXIDASE

- URICASE

- L-AMINO ACID OXIDASE

- GLUCOSA OXIDASE

- XANTHIN OXIDASE

17

ENZIM DEHIDROGENASE

* AH2 CARRIER BH2

E1 E2

A CARRIER-H2 B

* MENGKATALISIS PENARIKAN H+ DARI SUBSTRAT

* TIDAK MENGGUNAKAN O2 SEBAGAI AKSEPTOR H+

TETAPI SUATU PROTEIN SPESIFIK ( CARRIER)

* CONTOH : - LAKTAT DEHIDROGENASE

- KG DEHIDROGENASE

- SUKSINAT DEHIDROGENASE

- MALAT DEHIDROGENASE

- ASIL Ko-A DEHIDROGENASE

18

* FUNGSI UTAMA (DEHIDROGENASE):

MENGHASILKAN NADH DAN FADH2

DALAM : TCC, GLIKOLISIS, -OKSIDASI

* NADH DAN FADH2 DIOKSIDASI DALAM

RANTAI PERNAFASAN, MENGHASILKAN :

- NADH 3 ATP

- FADH2 2 ATP

19

ENZIM PEROKSIDASE

* MENGGUNAKAN H2O2 SEBAGAI SUBSTRAT / AKSEPTOR H+

PEROKSIDASE AH2 + H2O2 A + 2H2O

KATALASE H2O2 + H2O2 O2 + 2H2O

20

ENZIM OKSIGENASE

* MENGKATALISIS TRANSFER O2 SECARA LANGSUNG KEPADA MOL “SUBSTRAT”* DIOKSIGENASE

DO

A + O2 AO2

CONTOH : - HOMOGENTISAT DIOKSIGENASE (HOMOGENTISAT OKSIDASE) - 3 HIDROKSI ANTRANILAT DIOKSIGENASE (H.A. OKSIDASE) - TRIPTOFAN DIOKSIGENASE ( PIROLASE ) * MONOOKSIGENASE MO

AH + O2 + ZH2 AOH + H2O + Z

21

RANTAI PERNAFASANDAN

POSFORILASI OKSIDATIF

* RANTAI PERNAFASAN

SISTIM TRANSFER ELEKTRON / PROTON H+ YANG

MERUPAKAN RANGKAIAN / RANTAI DARI ELEKTRON /

PROTON CARRIER

* SUSUNAN RANTAI PERNAFASAN TERSEBUT DITENTUKAN

OLEH POTENSIAL REDOKS (Eo) MASING-MASING ANGGO-

TANYA YAITU DIMULAI DARI YANG MEMPUNYAI POTENSIAL

REDOKS YANG LEBIH NEGATIF KEPADA YANG KURANG

NEGATIF SAMPAI KEPADA YANG LEBIH POSITIF

22

• MISAL : Eo SIST NAD/DADH : - 0.32 V

Eo SIST SITOKHROM : + 0,25 V

Eo O2 / H2O : + 0,82 V

MAKA NAD / NADH ADA PADA PERMULAAN RANTAI, SEDANGKAN O2

PADA UJUNG RANTAI PERNAFASAN

• AKIBAT PENGHANTARAN e- SEPANJANG RANTAI PERNAFASAN, AKAN TERBENTUK ENERGI YANG AKAN DI SIMPAN DAN DIGUNAKAN UNTUK MEMBENTUK ATP DARI ADP +Pi (POSFORILASI TINGKAT MITOKHONDRIA = POSFORILASI OKSIDATIF)

• 1 MOL NADH DIOKSIDASI DALAM RANTAI PERNAFASAN, MENGHASILKAN 3 ATP

• 1 MOL FADH2 2 ATP

• NAD / FAD MERUPAKAN CARRIER e- / H+

23

* LOKASI DIHASILKANNYA ATP PADA RANTAI PERNAPASAN

ATP

NAD Fp FeS CoQ

ATP ATP

O2 aa3 C SIT-C1 SIT-b

* OKSIDASI DENGAN NAD 3 ATP

OKSIDASI DENGAN FAD 2 ATP

24

BEBERAPA SUBSTRAT PENTING DALAM OKSIDASI, e-NYA MEMASUKI RANTAI

PERNAFASAN

GLUMATAT PIRUVAT MALAT ALFA KETOGLUTARAT ISOSITRAT NAD PROLIN

FP

FeS

GLISEROL-3P ASIL Ko-A SUKSINAT Q SARCOSIN CHOLIN DIMETIL-GLISIN

SITOKHROM

O2

25

RATIO

• RATIO : JUMLAH MOL ATP YANG DIHASILKAN PADA SETIAP 0,5 MOL O2 PADA PROSES OKSIDASI – REDUKSI DALAM RANTAI PERNAFASAN

• CONTOH TAHAP REAKSI RATIO PIRUVAT ASETIL – KoA 3

ISOSITRAT K. GLUTARAT 3SUKSINAT FUMARAT 2

MALAT OKSALO-ASETAT 3

26

KONVERSI ENERGI DARI MAKANAN MENJADI ATP

MITOCHONDRION

Citric

Acid

cycle

- -

dig

est

ion a

ndabsr

opti

on -

-FOOD Fatty acids

Fat + Glycerol

Carbohydrate Glucose etc Acetyl - CoA

Protein Amino acids

Respiratory chain

. ADP

ATP

-Oxidation ½ O2

2H H2O

Extramitochondrial sources

of reducing equivalents

27

RANTAI PERNAFASAN MERUPAKAN “POMPA PROTON”

1. PROSES OKSIDASI DALAM RANTAI PERNAFASAN MENG HASILKAN PROTON ( H+ )

2. H+ AKAN DIPOMPA KELUAR MELALUI MEMBRAN DALAM MITOKHONDRIA

3. AKIBATNYA TERJADI PERBEDAAN KONSENTRASI ( H+ ) DIDALAM DAN DILUAR “INNER MEMBRAN”, YANG MENYEBABKAN PERBEDAAN POTENSIAL ELEKTROKIMIA ( pH DAN POTENSIAL LISTRIK )

4. PERBEDAAN POTENSIAL ELEKTROKIMIA MENIMBULKAN ENERGI YANG MENGGERAKKAN ENZIM “ATP SINTASE” MENGUBAH ADP + Pi ATP

(POSFORILASI OKSIDATIF)

28

RACUN RANTAI PERNAFASAN

1. PENGHAMBATAN RANTAI PERNAFASAN

* PIERICIDIN A, AMO BARBITAL, ROTENON, ANTI-

MYCIN-A, BAL, H2S, CO, CN-, CARBOXIN, TTFA,

MALONAT

2. PENGHAMBAT PROSES POSFORILASI

* OLIGOMYCIN

3. PEMUTUS RANGKAIAN (UNCOUPLER) DARI PROSES

OKSIDASI DENGAN PROSES POSFORILASI

* RESPIRASI TAK TERKENDALI KARENA KONSEN-

TRASI ADP TIDAK MEMBATASI LAJU RESPIRASI

* 2,4 DINITRO-FENOL, DINITROCRESOL, PENTA-

KLORO FENOL, CCCP (CHLORO-CARONYL-

CIANIDA-PHENYL HIDRAZON)

29

ASPEK KLINIS

* BEBERAPA ENZIM YANG BERPERAN PADA PROSES POS-

FORILASI OKSIDATIF SECARA GENETIK AKTIVITASNYA

DAPAT MENURUN / HILANG, PADA ;

1. FATAL INFANTILE MITOCHONDRIAL MYOPATHY DAN

RENAL DISFUNCTION

- AKTIVITAS ENZIM OKSIDO-REDUKTASE MENURUN /

HILANG

2. M.E.L.A.S (MITOCHONDRIAL MYOPATHY, ENCEPHALO-

PATHY, LACTIC ACIDOSIS, AND STROKE)

- DEFISIENSI : UBIQUINON, ENZIM OKSIDO REDUKTASE

DAN CYTOCHROM OKSIDASE

30

TERIMAKASIH