OKSIDASI BIOLOGIS

Oleh :

Dr MUH MARLIN

REAKSI OKSIDASI Merupakan peristiwa kehilangan elektron

atau hidrogen

Disebut juga dehidrogensi

Sebuah senyawa akan mengalami oksidasi dan senyawa lain mengalami reduksi

Contoh sederhana : Fe 2+ Fe 3+

Reaksi oksidasi ini akan menghasilkan energi

MACAM REAKSI OKSIDASI1. Oksidasi non biologis

Reaksi berlangsung diluar sel hidup Secara sekaligus Tanpa kendali

2. Oksidasi biologis Reaksi berklangsung dalam sel hidup Secara bertahap dengan menggunakan sistem

enzim Umumnya diawali dengan proses dehidrogenasi Banyak menghasilkan peroksida yang

berbahaya bagi sel itu sendiri

SISTEM PENANGKAL SELPeroksida yang berbahaya bagi sel akan ditangkal oleh sel dengan cara :

1. Enzim pemecah peroksida yaitu katalase dan peroksidase

2. Vitamin yang berrperan sebagai antioksidant seperti viatmin C, vitamin E dan beta karoten

MACAM REAKSI OKSIDASI

1. Oksidasi anaerobReaksi oksidasi yang berlangsung tanpa

adanya oksigen sebagai penerima akhir elektron

2. Oksidasi aerobReaksi oksidasi yang berlangsung dengan

menggunakan oksigen sebagai penerima akhir elektron atau hidrogen

OKSIDASI ANAEROB Berlangsung dalam suasana kekurangan

oksigen Contoh : peragian pada karbohidrat

dalam sel ragi dimana karbohidrat tersebut oleh enzim terbentuk dalam sel ragi tersebut menjadi CO2 + etanol

Etanol yang tersebut masih dapat diuraikan lebih lanjut sehingga oksidasi anaerob dinamakan juga reaksi oksidasi tidak lengkap

Energi yang dihasilkan jauh lebih sedikit

OKSIDASI AEROB Berlangsung dalam suasana cukup

oksigen

Reaksi ini banyak ditemukan dalam sel hidup

Hasil akhir dari oksidasi aerob : CO2 + H2O

H2O (air) yang terbetuk tidak dapat dioksidasi lagi sehingga reaksi ini dinamakan juga oksidasi lengkap

Energi yang terbentuk jauh lebih banyak

BIOENERGITIKA Ilmu yang mempelajari tentang perubahan

energi ysang menyertai proses reaksi kimia

Reaksi ini diikuti oleh pelepasan energi yang bergerak dari tingkat tinggi ke tingkat yang lebih rendah

Paling sering energi yang dilepaskan dalam bentuk panas

Panas yang dihasilkan tidak dapat langsung dipakai karena sistem biologiis pada hakikatnya adalah isotermis

ATURAN – ATURAN TERMODINAMIKA DALAM SISTEM BIOLOGIKA

Aturan pertama termodinamika: Aturan pertama ini merupakan hukum

penyimpanan energi energi total sebuah sistem, termasuk

energi sekitarnya adalah konstan. Ini berarti bahwa saat terjadi perubahan di

dalam sistem tidak ada energi yang hilang atau diperoleh.

Namun energi dapat dialihkan antar bagian sistem atau dapat diubah menjadi energi bentuk lain.

Contohnya energi kimia dapat diubah menjadi energi listrik, panas, mekanik dan sebagainya

Aturan kedua termodinamika: Aturan kedua berbunyi: entropi total

sebuah sistem harus meningkat bila proses ingin berlangsung spontan.

Entropi adalah derajat ketidakteraturan atau keteracakan sistem.

Entropi akan mencapai taraf maksimal di dalam sistem seiring sistem mendekati keadaan seimbang yang sejati.

Dalam kondisi suhu dan tekanan konstan, hubungan antara perubahan energi bebas (ΔG) pada sebuah sistem yang bereaksi, dengan perubahan entropi (ΔS), diungkapkan dalam persamaan:

ΔG = ΔH – TΔS

SUMBER UTAMA YANG BERPERAN DALAM KONSERVASI ATAU PENANGKAPAN ENERGI.

1. Fosforilasi oksidatifFosforilasi oksidatif adalah sumber terbesar dalam organisme aerobik. Energi bebas untuk menggerakkan proses ini berasal dari oksidasi rantai respirasi di dalam mitokondria dengan menggunakan oksigen.

SIKLUS FOSFORILASI OKSIDATIF

2.GlikolisisDalam glikolisis terjadi pembentukan netto dua yang terjadi akibat pembentukan laktat

3.Siklus asam sitratDalam siklus asam sitrat satu dihasilkan langsung pada tahap suksinil tiokinase.

SIKLUS RESPIRASI AEROBIK

SISTEM KOPPELING ENERGI Konversi metabolit A menjadi metabolit B terjadi

dengan pelepasan energi

Reaksi ini dikaitkan dengan reaksi yang memerlukan energi untuk mengubah metabolit C menjadi metabolit D

Sejumlah energi yang dilepaskan pada reaksi degradasi (eksergonik) dipindahkan ke reaksi sintesis (endergonik ) dalam bentuk energi bukan panas

Hanya sedikti energi yang dihasilkan menjadi energi panas untuk mempertahankan suhu tubuh tetap berkisar 36-37 ºC

PROSES METABOLISME Anabolisme

Proses pembentukan senyawa yang vital untuk mempertahankan kehidupan sel

Proses ini membutuhkan energiReaksi yang terjadi dinamakan reaksi

endorgenik Katabolisme

Proses pengadaan energi untuk memenuhi kebutuhan dalam melakukan aktivitas sehari- hari serta mempertahankan suhu tubuh agar tetap berkisar 36-37 C

Proses ini akan menghasilkan energiReaksi yang terjadi dinamakan reaksi

eksorgenik

SENYAWA BERENERGI TINGGISenyawa berenergi tinggi ditemukan

dalam bentuk : Ikatan anhidra, misalnya ATP, ADP dan

senyawa 1,3 bifosfogliserat Ikatan enolfosfat misalnya

fosfoenolpiruvat Ikatan fosfoguanidin misalnya kreatin

fosfat dan arginin fosfat Senyawa berenergi tinggi lainnya

misalnya KoA-SH, ACP (Acyl Carier Protein) , S-Adenosil methionin, UDPG (uridin Di Phospho glucose)

ENZIM PADA PROSES OKSIDASI- REDUKSI

Oksidase Enzim yang mengkatalis pelepasan hidrogen dari

suatu substrat AH2 dan diterimakan hanya kepada Oksigen ( ½ O2) sebagai akseptor hidrogen

AH2 + ½ O2 = A + H2O

Dehidrogenase aerob Enzim yang mengkatalis pelepasan hidrogen daro

substrat tetapi berbeda dengan oksidase, dapat memakai oksigen maupun zat buatan seperti metilen biru sebagai akseptor hidrogen

Hasil akhirnya bukan H2O tetapi H2O2 AH2 + O2 = A + H2O2 AH2 + BM = A + BMH2 ..... BMH2 + O2 = BM +

H2O2

Dehidrogenase anaerobEnzim yang mengkatalis pelepasan

hidrogen dari substrat AH2 tetapi tidak menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen melainkan : Mentransfer hidrogen dengan tidak

menggunakan reaksi rantai pernapasn Mentransfer hidrogen dengan menggunakan

reaksi rantai pernapasan

HidroperoksidaseEnzim yang mengkatalisis H2O2 sebagai

substratAda 2 macam :

Katalase : 2H2O2 = 2H2O + O2 (pada hewan dan tumbuhan)

Peroksidase : H2O2 + AH2 = 2H2O + A (pada susu dan tanaman)

OksigenaseEnzim yang megkatalis penggambungan

oksigen secara langsung kepada substratAda 2 macam :

Dioksigenase (oksigen transferase / true oksigenase) : A + O2 = AO2

Monooksigenase (mixed function oxydase-hydroxylase) AH + O2 + H2 = AOH + H2O

Superoksida dismutaseEnzim yang mengkatalis reaksi reduksi

oksigen dalam jaringan menjadi superoksida

O2 + O2 + H2 = H2O2 + O2

RANTAI PERNAPASAN Proses pengaliran elektron secara bertahap

dari senyawa dengan elektron yang lebih negatif ke elektron yang lebih positif

Pada tahap akhir akan diterimakan kepada oksigen yang memilki elektropositif yang tertinggi

Tidak semua substrat mentransfer elektron kepada NAD (Niasin Amida Dinukleotida), tetapi dapat juga diberikan kepada FAD (Flavin Adenin Dinukleotida) untuk selanjutnya mengikuti urutan reaksi yang terdapat dalam rantai pernapasan

AH2

NAD

Fp

Sit Q

Sit b

Sit c1

Sit c

Sit a

Sit a3

O2

Urutan reaksi rantai pernapasan

Site ISite

IISite III

Site I, II dan III merupakan tempat tempat dihasilkannya ATP

RANTAI RESPIRASI

RANTAI TRANSPOR ELETKRON DALAM MITOKONDRIA