METABOLISME Pengaturan sumberdaya materi dan energi dari sel

METABOLISME Pengaturan sumberdaya materi dan energi dari sel. Katabolisme : jalur metabolisme yang membebaskan energi dengan cara merombak molekul-molekul kompleks menjadi senyawa yg lebih sedrhana. Contoh : Respirasi seluler Anabolisme : memakai energi untuk membangun molekul kompleks dari molekul-molekul yg lebih sederhana. Contoh : Sintesis protein

Activated carrier molecules are essential for biosynthesis - ATP, NADH/NADPH

ENZIM Protein katalitik, agen kimiawi yg mengubah laju reaksi tanpa harus dipergunakan oleh reaksi itu Memerlukan energi aktivasi untuk memulai aktivitasnya Memiliki substrat yang spesifik Memiliki sisi aktif untuk tempat berikatan dengan substrat Aktivitasnya dipengaruhi oleh faktor lingkungan umum, seperti suhu dan p. H, dan juga faktor kimiawi tertentu yg secara khusus mempengaruhi enzim itu, kofaktor/koenzim dan inhibitor enzim

A molecule requires activation energy before it can undergo a chemical reaction that leave it in a more stable state Enzyme can lower activation energy

Respirasi Sel

Rantai respirasi dan pembentukan ATP : Enz. Dehidrogenase melepas ion H+ dr substrat, lalu merduksi NADH + H+ Mol. NADH memasuki mem. dlm mitokdria sblh matriks dan masuk rantai respirasi NADH dioksidasi mnjd NAD+ dgn mentransfer ion H ke FAD yg bertindak sebagai carrier hidrogen Dari FAD tiap proton dilepas ke ruang antar membran, elektronnya masuk ke prot nonheme yg mengandung besi, selanjutnya bergerak ke berbagai komponen rantai respirasi dan terbentuk air Selama proses perpindahan elektron jg dilepas sejumlah energi yg sebagian digunakan untuk ATP

Fotosintesis • Fotosintesis: adalah sebuah proses dimana energi cahaya dirubah menjadi energi kimia (ATP) dan disimpan dalam bentuk ikatan kimia karbohidrat • 6 CO 2 + 6 H 20 6 O 2 + C 6 H 12 O 6 10

1. Penyerapan cahaya • 2 H 2 O cahaya O 2 + 4 H+ +4 e- 2. Transport elektron • 2 H 2 O + O 2 2 NADP+ cahaya 2 H+ + 2 NADPH + 3. Pembentukan ATP • H+ + ADP 3 - + Pi 2 - ATP 4 - + H 2 O 4. Fiksasi CO 2 menjadi karbohidrat 11

Gambar skematis kloroplast lumen 12

• Membran thylakoid terdiri dari lamela grana (bertumpuk) dan lamela stroma (tidak bertumpuk) • Klorofil terletak di membran thylakoid, sehingga reaksi terang fotosintesis berlangsung di membran thylakoid • Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh enzim yang larut dalam air, berlangsung di stroma • Stroma adalah bagian kloroplas diluar membran thylakoid 13

Organisasi dalam membran thylakoid • Pusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron, terletak terutama di lamela grana • Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan antena klorofil dan protein-protein yang berperan dalam transport elektron; dan enzim-ezsim untuk sintesis ATP (coupling factor enzymes) terletak terutama di lamela stroma • Kompleks sitokrom b 6 f, yang menghubungkan dua sistem tersebut, tersebar merata. 14

Gambaran skematik Z scheme BIOSEL 2006 15

• PSI yang menyerap cahaya merah panjang (700 nm) menghasilkan reduktan kuat, yang mampu mereduksi NADP + menjadi NADPH di membran dekat stroma; dan menghasilkan pula oksidan lemah • PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat, yang mampu mengoksidasi H 2 O menjadi O 2 di lumen thylakoid; serta menghasilkan reduktan lemah • ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui perpindahan H+ dari lumen ke stroma 16

Pembentukan ATP • Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi yang diserap disimpan dalam bentuk NADPH, sebagian lain dari energi photon digunakan untuk membentuk ATP • Pembentukan ATP dikenal dengan proses Fotofosforilasi • Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kimia osmotik • Mekanisme kimia osmotik (chemiosmotic mechanism) didasarkan pada prinsip: bahwa perbedaan konsentrasi ion dan potensial elektrik diantara membran, merupakan sumber energi bebas 17

• ATP dibentuk oleh kompleks enzim yang dikenal memiliki beberapa nama: ATP synthase, Coupling-Factor, ATPase, CFo - CF 1 • Enzim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan bagian yang mencuat keluar membran disebut CF 1 • CFo membentuk saluran menyeberangi membran, dimana proton mampu melewatinya • CF 1 merupakan bagian dari kompleks enzim yang membentuk ATP 18

• Karena perbedaan konsentrasi proton antara lumen dan stroma, maka akan timbul sebuah tenaga (proton motive force) • Proton motive force akan mengakibatkan terjadinya perpindahan proton dari lumen melalui CFo dan kemudian akan dilepaskan ke stroma melalui CF 1 • Sisi katalisis dari ATP synthase terletak di CF 1, dimana pada saat sintesis ATP, sisi ini akan berputar. 19

Gambaran skematik ATP synthase ADP +Pi ATP ß 20

CELL CYCLE INTERPHASE growth 1 G 1 synthesis- DNA replication takes place growth 2

MITOSIS I. prophase nuclear membrane disappears chromosomes supper coil II. metaphase double stranded chromosomes migrate to the equatorial plane

MITOSIS, cont. III. anaphase single stranded chromosomes form and migrate towards poles

MITOSIS, cont. IV. telophase cytokinesis occurs nuclear membrane reforms

Sistem Kontrol Siklus Sel 1. Sel tidak boleh memasuksi fase mitosis, sampai dengan DNA nukleus bereplikasi “sekali”. 2. Sitokinesis tidak boleh berlangsung jika terjadi malfungsi benang spindel yang menghambat segregasi kromosom secara sempurna selama mitosis. BIOSEL 2010 30

3. Karena kebanyakan sel yang terdifferensiasi berhenti dari siklus selama fase G 1, maka harus ada sistem kontrol yang memonitor dan merespon sinyal dan kondisi lingkungan sehingga keputusan untuk membelah atau berdeferensiasi merupakan keputusan yang tepat. 4. Replikasi kromosom tidak boleh dimulai jika mitosis dari siklus sebelumnya belum selesai. 5. Harus ada signal atau cek untuk meyakinkan perbanyakan organel-organel dan struktur sitoplasma ternasuk dalam framework pengaturan mitosis BIOSEL 2010 31

Chekpoit dalam Siklus Sel • Merupakan titik pengontrolan yg kritis dmn sinyal berhenti atau terus dpt mengetur siklus sel. • Tiga chekpoint utama dijumpai dalam siklus sel yaitu pada fase G 1, G 2 dan M • Chekpoint G 1 pd sel mamalia merupakan yang paling penting , sebab bila sel memperoleh sinyal terus maka akan menyelesaikan siklus dan membelah, namun bila tidak memperoleh sinyal terus akan keluar dari siklus dan berada pada fase Go. BIOSEL 2006 32

Siklin dan Kinase Tergantung Siklin Perubahan titer dan aktivitas molekul pengontrol memicu terjadinya urutan siklus sel Mol. Pengatur berupa protein kinase, suatu enzim yg mengaktifkan atau menginaktifkan protein lain dgn cara memfosforilasinya. Agar menjadi awktif protein kinase harus dilekatkan pada protein siklin. Oleh karena itu disebut kinase tergantung siklin (Cdk). Aktivitas Cdk naik turun seiring dengan keberadaan siklin MPF (maturation promoting factor) yi faktor pemacu fase M yg memicu jalan sel melewati chekpoint G 2 ke fase M BIOSEL 2006 33