KONVERSI ENERGI:MITOKONDRIA DAN

KLOROPLAS

2014

Mitokondria dan kloroplas merupakan organel yang penting bagi sel eukariotik, sebab tanpa mitokondria sel akan mati karena energi tidak akan terbentuk. sedangkan kloroplas berfungsi untuk menyediakan material untuk mendukung berlangsungnya proses pembuatan energi oleh mitokondria.

Pendahuluan

Peran utama mitokondria adalah memproduksi ATP yang terjadi pada membran bagian dalam. Hasil oksidasi dari proses glikolisis berupa piruvat dan NADH akan dikonversi menjadi ATP dengan bantuan oksigen sebagai aseptor elektron terakhir dan membentuk air sebagai hasil sampingannya.

Peristiwa konversi ini dikenal dengan respirasi sel, atau respirasi aerob.

Seperti respirasi sel, fotosintesis juga merupakan reaksi redoks yang membalik arah aliran elektron. Air terurai dan elektron ditransfer bersama dengan ion hidrogen dari air ke karbondioksida dan mereduksinya menjadi gula. Elektron bertambah energi potensialnya ketika elektron ini dipindahkan dari air ke gula.

Mitokondria eukariot menggunakan produk organik dari fotosintesis sebagi bahan bakar untuk respirasi seluler, yang juga mengkonsumsi oksigen yang dihasilkan oleh fotosintesis.

Respirasi memanen energi yang tersimpan dalam molekul organik untuk menghasilkan ATP, yang menggerakkan sebagian besar kerja seluler.

Produk respirasi, CO2 dan H2O merupakan bahan yang digunakan kloroplas sebagai bahan mentah untuk fotosintesis.

Dengan demikian, unsur kimiawi yang penting bagi kehidupan bisa didaur-ulang. Akan tetapi, energi tidak bisa didaur-ulang: Energi ini mengalir ke dalam ekosistem sebagai cahaya matahari dan meninggalkan ekosistem sebagai panas.

Mitokondria, kloroplas dan prokariot menggunakan proses yang disebut chemiosmotic coupling untuk menghasilkan ATP.

Kemiosmotik merupakan suatu mekanisme pengkopelan energi dengan menggunakan energi yang tersimpan dalam bentuk gradien H+ untuk menggerakkan kerja seluler.

Proses coupling terjadi dalam dua tahap yang dilakukan oleh protein kompleks yang tertanam dalam membran

Energi tinggi elektron (berasal dari oksidasi molekul makanan, dari sinar matahari, atau dari sumber lain) dipindahkan bersama serangkaian carrier e- yg tertanam dalam membran. Transfer-transfer e- melepaskan energi yang digunakan untuk pompa proton (H+) melintasi membran sehingga menghasilkan gradien elektrokimia proton

Sebuah gradien ion melintasi membran adalah bentuk energi yang tersimpan, yang dapat dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan yang berguna ketika ion mengalir kembali melintasi membran.

Tahap 1

Ion H+ mengalir melalui gradien elektrokimia protein membran yang disebut ATP sintase, yang mengkatalisis sintesis energi yang memerlukan ATP dari ADP dan fosfat anorganik. . Enzim ini di mana-mana memainkan peran turbin, yang memungkinkan gradien proton untuk mendorong produksi ATP

Tahap 2

Transport e- dalam mitokondria mengubah energi kimia dari bahan makanan, sedangkan di kloroplas mengubah energi dari sinar matahari.

Dalam mitokondria e- yang telah dikeluarkan dari molekul karbohidrat dalam proses degradasi untuk CO2 ditransfer melalui membran dengan rantai carrier e-, akhirnya mengurangi O2 untuk membentuk air.

Energi bebas dilepaskan selama aliran e-, dan digunakan untuk menggerakkan tiga pompa H + dalam membran mitokondria bagian dalam, mengkatalisis transfer elektron ke O2 (Gambar A)

Proses transport elektron

Proses trasnport elektron (A) mitokondria mengubah energi dari bahan bakar kimia. Input hijau muda, produk berwarna biru, dan jalur aliran elektron ditunjukkan oleh panah merah. Setiap kompleks protein (oranye) yang tertanam dalam membran mitokondria

Dlm kloroplas dapat digambarkan hal serupa, dan bbrp komponen utamanya adalah mirip dg mitokondria, tetapi dlm membran kloroplas berisi bbrp komponen penting yang tidak ditemukan dalam membran mitokondria. Terutama fotosistem, dimana energi cahaya ditangkap oleh pigmen klorofil dan dimanfaatkan untuk mendorong transfer e-

Elektron yang dihasilkan oleh fotosistem kloroplas mendorong transfer e- dlm arah yag berlawanan dg yg di mitokondria: elektron diambil dari air untuk menghasilkan O2, dan diberikan ke NADPH, untuk mensintesis Kh

Kloroplas menghasilkan O2 dan Kh, sedangkan mitokondria mengkonsumsinya (Gambar B)

(B) Kloroplas mengubah energi dari sinar matahari. Input hijau muda, produk berwarna biru, dan jalur aliran elektron ditunjukkan oleh panah merah Setiap kompleks protein (oranye) yang tertanam dalam membran. Aliran e_ yang dihasilkan oleh dua fotosistem kloroplas memungkinkan kloroplas untuk mendorong transfer elektron dari H2O untuk karbohidrat, dan ini berlawanan dengan arah energetik dari transfer elektron dalam mitokondria

MITOKONDRIA

Mitokondria menempati sebagian besar dari volume sitoplasma sel eukariotik. Tanpa mitokondria, sel harus bergantung pada glikolisis anaerobik untuk kebutuhan ATP.

Mitokondria banyak terdapat pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan banyak ATP dalam jml banyak, misalnya sel otot, hati dan jantung

Mitokondria mempunyai dua lapisan membran, yaitu lapisan membran luar dan lapisan membran dalam. Di dalam mitokondria terdapat 'ruangan' yang disebut matriks.

Pendahuluan

Struktur ultra mitokondria

Membran luar terdiri dari protein dan lipid dengan perbandingan yang sama serta mengandung protein porin yang menyebabkan membran ini bersifat permeabel terhadap molekul-molekul kecil yang berukuran sampai 5000 Dalton

Membran luar juga mengandung enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid dan enzim yang berperan dalam proses transpor lipid ke matriks untuk proses β-oksidasi menghasilkan asetil Ko-A

Membran dalam merupakan tempat utama pembentukan ATP. Membran dalam membentuk lipatan yang menonjol ke dalam matriks, disebut krista. Stuktur krista ini meningkatkan luas permukaan membran dalam sehingga meningkatkan kemampuannya dalam memproduksi ATP

Membran dalam mengandung protein yang terlibat dalam reaksi fosforilasi oksidatif, ATP sintase yang berfungsi membentuk ATP pada matriks mitokondria, serta protein transpor yang mengatur keluar masuknya metabolit dari matriks melewati membran dalam.

Enzim-enzim matriks berfungsi dalam metabolisme asam piruvat dan lemak untuk menghasilkan asetil Ko-A dan mengoksidasi asetil Ko-A dalam siklus asam sitrat. Produk akhir dari oksidasi adalah CO2 yang dilepaskan dari sel, dan NADH yang merupakan sumber utama untuk transport elektron di sepanjang rantai respirasi.

Proses respirasi seluler melibatkan 3 tahap, yaitu:1. Glikolisis2. Siklus Krebs3. Rantai transport elektron

Respirasi seluler

Pada sel eukariotik, glikolisis terjadi di luar mitokondria, dalam sitosol. Siklus Krebs dan rantai transpor elektron berlangsung di dalam mitokondria. NADH mentransfer elektron dari glikolisis dan siklus Krebs ke rantai transpor elektron, yang terjadi di dalam membran krista.

Rantai transpor elektron ini mengubah energi kimiawi menjadi bentuk yang dapat digunakan untuk menggerakkan fosforilasi oksidatif, yang bertanggung jawab atas sebagian besar ATP yang dihasilkan oleh respirasi seluler. Sejumlah kecil ATP dibentuk langsung selama glikolisis dan siklus Krebs oleh fosforilasi tingkat substrat.

Transport elektron berenergi tinggi dibawa oleh molekul : NADH dan FADH2

Elektron berenergi tinggi ditransfer ke membran dalam mitokondria

Elektron tersebut masuk ke rantai transport elektron

Elektron bersama O2 digunakan untuk menghasilkan NAD+ dan FAD

Pembentukan ATP melalui proses fosforilasi oksidatif pada membran dalam mitokondria

Reaksi eksergonik hidrogen dengan oksigen untuk membentuk air melepaskan sejumlah besar energi dalam bentuk panas dan cahaya: suatu ledakan

Pada respirasi seluler, suatu rantai transpor elektron memecah-mecah “jatuhnya” elektron dalam reaksi ini menjadi beberapa langkah yang lebih kecil dan menyimpan sebagian energi yang dilepas dalam bentuk yang dapat digunakan untuk mensintesis ATP (sisa energi itu dilepas sebagai panas).

Membran dalam mitokondria mengkopel transport elektron dengan fosforilasi oksidatif

NADH menggerakkan secara bolak balik elektron berenergi tinggi yang dilepas dari substrat selama glikolisis dan siklus Krebs ke rantai transpor elektron yang terdapat pada membran dalam mitokondria

Tanda panah merah adalah arah transport elektron yang lewat menuju molekul O2 pada ujung rantai untuk membentuk H2O

Kemiosmotik : mekanisme pengkopelan energi

1. NADH dehidrogenase Complex (Kompleks I), memindahkan e- dari NADH melewati mol FAD ke ubiquinone

2. Cytochrome b-c1 Complex (Kompleks II), menerima e- dari ubiquinone dan melewatinya ke cytochrome c, kemudian membawa e- ke cytochrome oksidase compleks

3. Cytochrome oksidase Complex , juga berfungsi sbg dimer. Kompleks ini berfungsi menerima e- dan meneruskannya ke O2 membentuk molekul H2O

Kompleks membran protein

Gradien proton (H+) mendorong sintesis ATP Terjadi di ATP synthase Tediri dari:

F1 ATP ase : 3α dan 3 β pembentukan ATP

Fo : a dan c bagian protein transmembran tempat masuknya proton H+ menuju F1 untuk sintesis ATP

Sintesis ATP

Mitokondria memiliki DNA dan ribosom sendiri, sehingga dapat mensintesis protein sendiri

DNA mitokondria berbentuk sirkular dan terdapat di matriks mitokondria.

mitochondrialDNA

Meskipun memiliki genom sendiri, kebanyakan protein mitokondria dikode di nukleus, dibuat di sitoplasma dan diimpor ke mitokondria.

Terima kasih Selamat Belajar