Rantai Respirasi dan Fosforilasi Rantai Respirasi dan Fosforilasi OksidatifOksidatif

Dr. Hairrudin, MKesDr. Hairrudin, MKes

Rantai Respirasi dan Rantai Respirasi dan Fosforilasi OksidatifFosforilasi Oksidatif

Lokasi : mitokondriaLokasi : mitokondria Tujuan : sintesis energiTujuan : sintesis energi

MitokondriaMitokondria

Mempunyai dua lapis membranMempunyai dua lapis membran– EksternaEksterna : permeabel: permeabel– Interna Interna : selektif permeabel: selektif permeabel

Pabrik energi energiPabrik energi energi– Oksidasi asam lemakOksidasi asam lemak– Oksidasi piruvatOksidasi piruvat– Siklus Kreb’sSiklus Kreb’s– Rantai respirasi & fosforilasi oksidatifRantai respirasi & fosforilasi oksidatif

Mitokondria mempunyai rangkaian mesin yang Mitokondria mempunyai rangkaian mesin yang menangkap energi bebas dan dilepas sebagai menangkap energi bebas dan dilepas sebagai fosfat berenergi tinggifosfat berenergi tinggi

Rantai RespirasiRantai Respirasi

Energi yang dibebaskan selama oksidasi Energi yang dibebaskan selama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein terdapat dalam karbohidrat, lipid dan protein terdapat dalam mitokondria sebagai unsur ekuivalen mitokondria sebagai unsur ekuivalen pereduksi (-H atau elektron)pereduksi (-H atau elektron)

Seri katalisator yang mengumpulkan, Seri katalisator yang mengumpulkan, mengangkut unsur ekuivalen pereduksi dan mengangkut unsur ekuivalen pereduksi dan mengarahkannya pada reaksi akhir dg mengarahkannya pada reaksi akhir dg oksigen untuk membentuk air = Rantai oksigen untuk membentuk air = Rantai respirasi respirasi

Rantai Respirasi 2Rantai Respirasi 2

Dari potensial redoks yang lebih negatif ke Dari potensial redoks yang lebih negatif ke positifpositif

Dari sistem dehidrogenase terikat-NAD Dari sistem dehidrogenase terikat-NAD lewat flavoprotein dan sitokrom menuju lewat flavoprotein dan sitokrom menuju molekul molekul OO22

Substrat yang potensial redoksnya lebih Substrat yang potensial redoksnya lebih positif (misal : fumarat, suksinat) positif (misal : fumarat, suksinat) berhubungan langsung dengan enzim berhubungan langsung dengan enzim flavoprotein dehidrogenaseflavoprotein dehidrogenase

Komponen Utama Rantai RespirasiKomponen Utama Rantai Respirasi

Komponen TambahanKomponen Tambahan

Koenzim QKoenzim Q Protein besi-sulfur (FeS)Protein besi-sulfur (FeS)

– Berikatan dg flavoprotein dan sitokrom bBerikatan dg flavoprotein dan sitokrom b– Berperan pada oksidoreduksi antara flavin dan Berperan pada oksidoreduksi antara flavin dan

koenzim Qkoenzim Q

Koenzim QKoenzim Q

= ubikuinon= ubikuinon Merangkaikan flavoprotein dg sitokrom bMerangkaikan flavoprotein dg sitokrom b Komponen mobil rantai respirasiKomponen mobil rantai respirasi Bentuk: Bentuk:

– Aerob: kuinon teroksidasiAerob: kuinon teroksidasi– Anaerob: kuinon tereduksiAnaerob: kuinon tereduksi

Komponen Rantai Respirasi Komponen Rantai Respirasi (terbaru) (terbaru)

Sitorom oksidase (aa3)Sitorom oksidase (aa3)

Gugus terminalGugus terminal Mengabungkan ekuivalen pereduksi dengan Mengabungkan ekuivalen pereduksi dengan

oksigen untuk membentuk Hoksigen untuk membentuk H2200

Mengkatalisis reaksi yang irreversibel (satu-Mengkatalisis reaksi yang irreversibel (satu-satunya reaksi irreversibel pada rantai satunya reaksi irreversibel pada rantai respirasi)respirasi)

Affinitas terhadap oksigen tinggiAffinitas terhadap oksigen tinggi

Fosforilasi OksidatifFosforilasi Oksidatif

Di dalam mitokondria juga terdapat mesin Di dalam mitokondria juga terdapat mesin untuk menangkap energi bebas yang untuk menangkap energi bebas yang dilepas sebagai fosfat berenergi tinggidilepas sebagai fosfat berenergi tinggi

Sistem dalam mitokondria yang Sistem dalam mitokondria yang memasangkan rantai respirasi dengan memasangkan rantai respirasi dengan pembentukan intermediet berenergi tinggi pembentukan intermediet berenergi tinggi (ATP) disebut fosforilasi oksidatif(ATP) disebut fosforilasi oksidatif

Kepentingan BiomedisKepentingan Biomedis

Fosforilasi oksidatif memungkinkan organisme Fosforilasi oksidatif memungkinkan organisme aerob menangkap energi bebas dari substrat aerob menangkap energi bebas dari substrat respiratorik dalam proporsi yang lebih besar dari respiratorik dalam proporsi yang lebih besar dari organisme anaeroborganisme anaerob

Sejumlah obat (seperti amobarbital) dan racun Sejumlah obat (seperti amobarbital) dan racun (seperti sianida dan CO) menghambat fosforilasi (seperti sianida dan CO) menghambat fosforilasi oksidatifoksidatif

Defek turunan yang mengalami gangguan pada Defek turunan yang mengalami gangguan pada rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif menyebabkan miopati dan encepalopatimenyebabkan miopati dan encepalopati

Rantai Respirasi - Fosforilasi Rantai Respirasi - Fosforilasi Oksidatif Menghasilkan EnergiOksidatif Menghasilkan Energi

Energi bebas yang dilepas ditangkap ADP Energi bebas yang dilepas ditangkap ADP membentuk ATPmembentuk ATP

Oksidasi NADH menghasilkan 3 ATPOksidasi NADH menghasilkan 3 ATP Oksidasi FADHOksidasi FADH22 menghasilkan 2 ATP menghasilkan 2 ATP

Oksidasi NADH Ekstra MitokondriaOksidasi NADH Ekstra Mitokondria

NADH tidak dapat menembus membran NADH tidak dapat menembus membran dalam mitokondriadalam mitokondria

Masuk ke dalam mitokondria melalui :Masuk ke dalam mitokondria melalui :– Gliserophospat shuttleGliserophospat shuttle : menghasilkan 2 ATP: menghasilkan 2 ATP– Malat shuttleMalat shuttle : menghasilkan 3 ATP : menghasilkan 3 ATP

Gliserophospat ShuttleGliserophospat Shuttle

Malat ShuttleMalat Shuttle

Pengendalian Rantai Respirasi Pengendalian Rantai Respirasi

Inhibitor Rantai RespirasiInhibitor Rantai Respirasi

Antara FeS dg Q: amobarbital, pierisidin A, Antara FeS dg Q: amobarbital, pierisidin A, insektisida, rotenon.insektisida, rotenon.

Antara sit b dan c : dimerkaprol, antimisin AAntara sit b dan c : dimerkaprol, antimisin A Sitokrom okisdase: HSitokrom okisdase: H22S, CO, CNS, CO, CN--

Antara FAD ke Q : KarboksinAntara FAD ke Q : Karboksin OLigomisin : blokade proses fosforilasi oksidatifOLigomisin : blokade proses fosforilasi oksidatif Atraktilosid : menghambat transport ADP dan ATP Atraktilosid : menghambat transport ADP dan ATP

melalui membran mitokondriamelalui membran mitokondria Senyawa uncoupler (dinitropenol, dinitrokresol, Senyawa uncoupler (dinitropenol, dinitrokresol,

pentakloropenol, CCCP) : memisahkan proses pentakloropenol, CCCP) : memisahkan proses oksidasi pada rantai respirasi dan fosforilasi.oksidasi pada rantai respirasi dan fosforilasi.

Inhibitor Rantai RespirasiInhibitor Rantai Respirasi

Teori kemiosmotik (Mitchel)Teori kemiosmotik (Mitchel)

Energi hasil oksidasi pada rantai respirasi Energi hasil oksidasi pada rantai respirasi dipasangkan dengan translokasi Hdipasangkan dengan translokasi H++ dari bagian dari bagian dalam ke bagian luar membran interna dalam ke bagian luar membran interna mitokondriamitokondria

Selisih potensial elektrokimia yang terjadi, Selisih potensial elektrokimia yang terjadi, digunakan untuk menggerakkan mekanisme yang digunakan untuk menggerakkan mekanisme yang bertanggung jawab atas pembentukan ATP (ATP bertanggung jawab atas pembentukan ATP (ATP sintase)sintase)

Setiap komplek rantai respirasi (I, III, IV) bekerja Setiap komplek rantai respirasi (I, III, IV) bekerja sebagai pompa sebagai pompa protonproton