METABOLISME Pengertian metabolisme Dalam tubuh manusia termasuk organisme

METABOLISME

Pengertian metabolisme ► Dalam tubuh manusia, termasuk organisme hidup lainnya, terdapat jutaan reaksi kimia. Reaksi-reaksi itu terjadi secara teratur, terorganisasi dengan rapi, dan sangat kompleks. Ada reaksi penguraian dan ada reaksi pembentukan (biosintesis). Semua reaksi itu terjadi di dalam sel dan berlangsung secara enzimatis dan berada dalam keadaan setimbang

► Studi tentang proses atau reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh organisme hidup disebut sebagai metabolisme. ► Metabolisme merupakan aktivitas sel yang amat terkoordinasi, mempunyai tujuan, dan mencakup berbagai kerjasama banyak sistem dengan multi enzim

Fungsi metabolisme Untuk memperoleh energi kimia dari degradasi (penguraian) zat makanan yang kaya energi dari lingkungan atau dari energi cahaya matahari. 2. Untuk mengubah molekul nutrien menjadi prekursor (zat perantara) sebagai unit pembangun bagi makromolekul. 3. Untuk menggabungkan unit-unit pembangun ini menjadi makromolekul, seperti protein, polisakarida, lipida, asam nukleat, dan komponen -komponen sel lainnya. 4. Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan di dalam fungsi khusus sel. 1.

Fase (lintas) metabolisme ► Reaksi metabolisme terjadi dalam dua fase, yaitu katabolisme dan anabolisme ► Katabolisme merupakan fase (lintas) metabolisme yang merupakan reaksi penguraian. Pada fase ini, molekul-molekul organik nutrien, seperti karbohidrat, lipid, protein, yang datang dari lingkungan atau dari cadangan makanan, terurai didalam raeksi-reaksi bertahap menjadi produk akhir yang lebih sederhana, seperti asam laktat, piruvat, CO 2 dan NH 3 serta diikuti dengan pelepasan energi bebas.

► Pada tahap-tahap tertentu, di dalam lintas katabolik, banyak dari energi bebas ini yang disimpan melalui reaksi-reaksi enzimatis membentuk molekul pembawa energi yang dinamakan Adenosin Trifosfat (ATP) ► Selain itu, sejumlah energi dapat pula tersimpan di dalam atom hidrogen berenergi tinggi yang dibawa oleh koenzim nikotinamida adenin dinukleotida( NADH ) dan nukleotida fosfat dalam bentuk tereduksinya, yaitu NADPH

► Anabolisme, yang juga disebut Biosintesa, merupakan fase metabolisme yang merupakan reaksi pembentukan atau sintesis dari prekursor atau unit pembangun yang lebih kecil menjadi makromolekul, yang merupakan komponen pembangun sel, seperti protein dan asam nukleat. ► Karena reaksi biosintesis mengakibatkan peningkatan ukuran dan kompleksitas struktur sel, maka proses ini memerlukan masukan energi bebas, yang diperoleh dari hasil penguraian molekul ATP menjadi ADP dan Fosfat. Biosintesis beberapa komponen sel juga memerlukan atom hidrogen berenergi tinggi yang disumbangkan oleh NADPH.

► Proses katatabolisme dan anabolisme terjadi secara bersamaan di dalam sel dan kecepatannya diatur sendiri-sendiri. SKEMA METABOLISME MAKROMOLEKUL SEL NUTRIEN PENGHASIL ENERGI KARBOHIDRAT LEMAK PROTEIN KATABOLISME PRODUK AKHIR YANG MISKIN ENERGI CO 2 H 2 O NH 3 ENERGI KIMIA ATP NADPH PROTEIN, POLISAKARIDA LIPID ASAM NUKLEAT ANABOLISME MOLEKUL PEMULA ASAM AMINO, GULA, ASAM LEMAK, BASA NITROGEN

Tahap-tahap lintas katabolisme ► Proses katabolisme zat makanan (nutrien) pada organisme Aerob pada umumnya terjadi dalam tiga tahap. ► Pada tahap I, makromolekul dalam sel di pecah menjadi unit-unit pembangun utama, seperti polisakarida dipecah menjadi heksosa dan pentosa; lipid dipecah menjadi asam lemak dan gliserol; protein dihidrolisis menjadi asam-asam amino.

► Pada tahap II, berbagai produk yang terbentuk di dalam tahap I dikumpulkan diubah menjadi sejumlah molekul yang lebih sederhana. Jadi, asam amino, glukosa, asam lemak dan gliserol diubah menjadi satu jenis senyawa antara 3 karbon, yaitu piruvat dan selanjutnya diubah menjadi molekul 2 -karbon, yaitu gugus asetil dari asetil-koenzim A. ► Pada tahap III, gugus asetil-koenzim A masuk ke dalam siklus asam sitrat, suatu lintas akhir yang bersifat umum yang dilalui oleh nutrien penghasil energi. Di sini terjadi oksidasi nutrien menghasilkan CO 2, H 2 O, NH 3 dan energi. NH 3 dihasilkan langsung melalui reaksi penguraian protein.

► SKEMA T A H A P I PROTEIN POLISAKARIDA LIPID BIOMOLEKUL ASAM AMINO GLUKOSA ASAM LEMAK DAN GLISEROL MOLEKUL UNIT PEMBANGUN T A H A P III LINTAS KATABOLISME PIRUVAT PRODUK DEGRADASI UMUM ASETIL-Ko. A SIKLUS ASAM SITRAT NH 3 H 2 O CO 2 PRODUK AKHIR METABOLISME

Tahap-tahap lintas anabolisme ► Proses anabolisme (biosintesis) juga berlangsung dalam tiga tahap, dimulai dari molekul kecil sebagai pemula. ► Sebagai contoh, biosintesis protein dimulai dari pembentukan asam -keto dan pemula lain. ► Pada tahap berikutnya, asam -keto teraminasi oleh donor gugus amino membentuk asam -amino.

► Pada tahap terakhir, asam amino disusun menjadi rantai polipeptida membentuk berbagai jenis protein. ► Dengan cara yang sama, gugus asetil dibangun menjadi asam lemak dan selanjutnya dirangkai menjadi berbagai lipid. ► Baik reaksi katabolik maupun anabolik berlangsung dengan disertai sejumlah energi. ATP membawa energi dari reaksi katabolik ke reaksi anabolik.

► Glukosa adalah molekul zat makanan (nutrien) yang mengandung banyak energi potensial karena derajat tingkat strukturalnya yang tinggi. ► Jika molekul glukosa dikatabolis dengan reaksi oksidasi membentuk akhir yang sederhana (CO 2, H 2 O, dsb), maka banyak energi bebas yang dilepaskan dan energi ini siap untuk dimanfaatkan oleh reaksi lain. ► Energi bebas adalah bentuk energi yang mampu melakukan kerja pada kondisi suhu dan tekanan tetap.

► Energi bebas yang dihasilkan oleh reaksi katabolis glukosa dan bahan bakar seluler lainnya disimpan oleh sintesis Adenosin Trifosfat (ATP) dari Adenosin Difosfat (ADP). ► Dengan demikian, energi bebas yang dikeluarkan melalui proses katabolisme disimpan dalam bentuk molekul ATP. ► Energi kimia yang terdapat dalam molekul ATP dapat melakukan empat jenis kegiatan, yaitu: 1. memberikan energi yang diperlukan oleh kerja reaksi biosintesis; 2. memberikan energi terhadap mobilitas dan kontraksi sel; 3. memberikan energi terhadap transport nutrien melalui membran; dan 4. energi ATP juga dalam pemindahan informasi genetik secara tepat.

SKEMA PERAN ATP CO 2 ATP H 2 O 1. 2. 3. 4. Katabolisme O 2 Bahan bakar ADP + Pi Biosintesis Kontraksi dan Mobilitaas Transport aktif Pemindahan informasi Genetik

► NADPH membawa energi dalam bentuk tenaga pereduksi. ► Cara lain untuk membawa energi kimia dari reaksi-reaksi katabolisme menuju reaksi anabolisme (biosintesis) yang memerlukan energi adalah dalam bentuk atom hidrogen atau elektron. ► Bentuk molekul pembawa atom hidrogen dari koenzim adalah Nikotinamid Adenin Dinukleotida Hidrogen (NADPH). Molekul ini merupakan pembawa elektron yang kaya energi dari reaksi katabolik menuju reaksi anabolik yang memerlukan elektron.

Skema peran NADPH BAHAN BAKAR TEREDUKSI KATABOLISME NADP+ PRODUK BIOSINTETIK TEREDUKSI PRODUK TEROKSIDASI NADPH REAKSI BIOSINTETIK REDUKTIF PREKURSOR TEROKSIDASI

METABOLISME ENERGI PENGERTIAN ► Sebagian besar aliran energi di dalam Biosfer (lapisan hidup) berhubungan dengan daur karbon ► Organisme yang berfotosintesis menyerap energi matahari secara langsung dan mengubahnya menjadi bentuk energi kimia: glukosa dan senyawa organik lainnya ► Organisme heterotrop menggunakan hasil energi ini sebagai sumber untuk pembentukan struktur Biomolekul dan senyawa kimia berenergi tinggi yang diperlukan untuk segala macam kegiatan yang memerlukan energi

PADA HAKEKATNYA: ► Energi matahari merupakan sumber kehidupan semua organisme (jasad hidup), baik yang berfotosintesis maupun yang heterotrop ► Energi matahari merupakan sumber awal energi dalam sel hidup ► Aliran energi dimulai dari sinar matahari, ditangkap oleh sel yang berfotosintesis, lalu diubah menjadi energi kimia (ATP dan NADPH), selanjutnya dipakai oleh sel heterotrop untuk melangsungkan segala macam kegiatan di dalam sel, seperti proses kontraksi, pengangkutan, biosintesis, dan akhirnya didegradasi menjadi bentuk energi yang tak terpakai lagi, seperti panas yang dilepaskan ke alam lingkungan. Proses ini disebut Metabolisme Energi

► Pertimbangan jumlah energi yang masuk ke dalam dan ke luar dari suatu organisme merupakan proses yang pokok dalam sistem kehidupan. Tanpa energi yang masuk secara kontinu dan konstan, kehidupan akan terhenti. DAUR ENERGI DI DALAM SEL ► Molekul-molekul organik yang kompleks, seperti glukosa, mempunyai energi potensial yang besar karena keteraturan struktur molekulnya (entropinya relatif rendah)

► Bila glukosa dioksidasi oleh oksigen dihasilkan enam molekul CO 2 dan enam H 2 O, serta energi yang dilepaskan dalam bentuk panas, atom karbonnya mengalami kenaikan ketidakteraturan (entropi meningkat) ► Dalam hal ini, atom C terpisah-pisah dalam bentuk CO 2 sehingga bertambahnya posisi yang berbeda dari molekul yang satu terhadap yang lainnya. Hal ini menyebabkan naiknya entropi dan turunnya energi bebas ► Dalam sistem biologi, khususnya dalam sel hidup, panas yang dihasilkan oleh proses oksidasi tidak dapat dipakai sebagai sumber energi. Proses pembakaran dalam sistem biologi berlangsung tanpa nyala atau pada suhu yang rendah

► Energi bebes yang terkandung dalam molekul organik diubah dan disimpan dalam bentuk energi kimia, yaitu dalam struktur ikatan kovalen dari gugus fosfat dalam bentuk molekul Adenosin Trifosfat (ATP), yang terbentuk dengan perantaraan enzim dari Adenosin Difosfat (ADP) dengan senyawa Fosfat Anorganik (Pi) ATP-ASE ADP + Pi ATP

► ATP yang terbentuk kemudiangkut ke setiap bagian dalam sel yang memerlukan energi. Dalam hal ini ATP berperan sebagai alat pengangkut energi bebas ► Sebagian dari energi kimia yang terkandung dalam ATP itu dipindahkan ke molekul penerima energi yang khas ► Proses pengangkutan energi kimia lainnya di dalam sel berlangsung dengan proses pengangkutan elektron dengan perantaraan enzim, dari reaksi penghasil energi (katabolisme) ke reaksi pemakai energi (anabolisme) melalui suatu senyawa koenzim pembawa elektron ► NAD dan NADP adalah dua koenzim yang berperan sebagai molekul pembawa elektron berenergi tinggi dari reaksi katabolisme ke reaksi anabolisme

SKEMA DAUR NAD/NADH ATAU NADP/NADPH ZAT (BENTUK OKSIDASI) ZAT (BENTUK REDUKSI) KATABOLISME NADH ATAU NADPH (BENTUK REDUKSI) NAD ATAU NADP (BENTUK OKSIDASI) ANABOLISME (REAKSI BIOSINTESIS BERSIFAT REDUKSI) PRA-ZAT (BENTUK OKSIDASI) HASIL AKHIR (BENTUK REDUKSI)

DAUR ATP ► Peranan ATP sebagai sumber energi untuk metabolisme di dalam sel berlangsung dengan suatu mekanisme mendaur ► ATP berperan sebagai alat angkut energi kimia dalam reaksi katabolisme ke berbagai proses reaksi dalam sel yang membutuhkan energi, seperti proses biosintesa, proses pengangkutan, kontraksi otot, proses pengaliran listrik dalam sistem syaraf dan proses pemancaran sinar (Bioluminesensi pada kunang-kunang

► ATP terbentuk dari ADP dan Pi dengan suatu reaksi fosforilasi yang dirangkaikan denga proses oksidasi molekul penghasil energi ► ATP yang terbentuk dialirkan ke proses reaksi yang membutuhkan energi dan dihidrolisa menjadi ADP dan Pi ► Terjadi daur ATP-ADP secara kontinu dan berkesinambungan

► DAUR CO 2 OKSIDASI MOLEKUL PENGHASIL ENERGI O 2 ATP SECARA UMUM ATP ENERGI KIMIA (BIOSINTESIS) ADP + Pi ENERGI OSMOSA (PENGANGKUTAN) ENERGI MEKANIK (KONTRAKSI OTOT) ENERGI LISTRIK (SYARAF) ENERGI SINAR (BIOLUMINESENSI)

► Dalam hal ini, gugus fosfat ujung pada molekul ATP dipindahkan ke molekul penerima gugus fosfat dan secara kontinu diganti oleh gugus fosfat lainnya selama proses katabolisme METABOLISME ENERGI DAN ZAT MAKANAN ► Metabolisme energi secara awam dapat diartikan sebagai metabolisme total yang ditunjukkan oleh energi (dalam bentuk panas atau kerja) yang dikeluarkan dari keseluruhan proses kimia yang terjadi di dalam tubuh binatang dan manusia, yang berasal dari oksidasi zat-zat makanan

► Pada dasarnya, pembahasan metabolisme energi meliputi kajian tentang nilai kalori bahan makanan, angka pernapasan (respiratory quotient), kalorimetri langsung dan tak langsung, metabolisme dasar serta penentuannya, keperluan kalori tubuh dan daya zat makanan menghasilkan kalori (energi) NILAI KALORI ZAT MAKANAN ► Energi yang diperlukan tubuh manusia dinyatakan dalam satuan kalori atau kilokalori (kkal), yaitu jumlah energi (panas) yang diperlukan oleh 1 kg air untuk menaikkan suhu dari 15°C ke 16°C

► Pengukuran kalori suatu zat (zat makanan) dapat dilakukan dengan kalorimeter BOM ► Nilai kalori berbagai senyawa kimia dan zat makanan yang diukur dengan kalorimeter BOM Zat Kalori/gram Karbohidrat Lipid Protein Hidrogen Batu arang (arang kayu) Glukosa Sukrosa Pati Lemak netral Kasein kreatinin 4, 10 9, 30 4, 10 34, 4 8, 00 3, 75 3, 95 4, 20 9, 40 5, 84 4, 50

ANGKA BAGI PERNAPASAN ► Angka bagi pernapasan adalah bilangan yang menunjukkan perbandingan jumlah volume CO 2 yang dihasilkan oleh suatu reaksi oksidasi dengan jumlah volume O 2 yang dipakai ► Harga tersebut menunjukkan jumlah energi dalam bentuk panas yang dihasilkan oleh reaksi tersebut ► Untuk reaksi oksidasi glukosa yang terjadi di dalam tubuh atau dalam kalorimeter BOM, C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O + 673 kkal

► Nilai RQ = 6 CO 2 = 1 6 O 2 ► Karena volume untuk satu mol gas pada keadaan baku adalah 22, 4 liter, maka untuk reaksi di atas jumlah volume masing-masing untuk O 2 dan CO 2 adalah 6 x 22, 4 liter = 134, 4 liter ► Dalam hal ini, oksidasi sempurna satu molekul glukosa menghasilkan 673 kkal dan menggunakan 134, 4 liter O 2 ► Dengan demikian jumlah kalori yang dihasilkan per liter O 2 adalah: 673 kkal = 5, 01 kkal 134, 4 ltr O 2

► Untuk senyawa lemak yang terdiri dari 2 molekul stearat dan satu palmitat (C 55 H 106 O 6), teroksidasi sempurna menjadi CO 2 + H 2 O menghasilkan 16. 353 kkal, dengan reaksi sbb: REAKSI OKSIDASI LEMAK (C 55 H 106 O 6) 2 C 55 H 106 O 6 + 157 O 2 110 CO 2 + 106 H 2 O + 16. 353 kkal Maka: RQ = 110 =0, 701 157 Volume CO 2 (STP) = 110 X 22, 4 liter = 2464 liter Volume O 2 (STP) = 157 X 22, 4 liter = 3516, 8 liter

► Jadi, oksidasi 2 molekul lemak menghasilkan 16. 353 kkal dan memakai 3516, 8 liter O 2 ► Jumlah kalori yang dihasilkan per liter O 2 adalah: 16. 353 kkal = 4, 65 kkal 3516, 8 liter O 2 ► Harga RQ dan kalori zat makanan utama: Zat makanan RQ Kalori/gram Karbohidrat Lemak Protein 1, 00 O, 70 -0, 71 0, 801 4, 1 9, 4 4, 1

METABOLISME DASAR ► Metabolisme dasar adalah laju metabolisme sel secara keseluruhan di dalam tubuh pada kondisi dasar ► Kondisi dasar adalah suatu keadaan seseorang yang berada dalam kondisi telah selesai proses penyerapannya, relaks, temperatur tubuh tetap (± 37°C), dan bebas dari rasa tertekan ► Laju metabolisme dasar (Basal Metabolic Rate = BMR) ditentukan oleh banyaknya panas yang keluar sebagai hasil samping reaksi metabolisme dalam tubuh

► Dalam hal ini, jumlah panas yang dihasilkan oleh tubuh seseorang dihitung dengan menentukan jumlah O 2 yang dipakai dalam proses pernapasan, dan jumlah O 2 dapat dihitung dari harga RQ ► Nilai RQ rata-rata manusia pada keadaan dasar adalah 0, 82 dan nilai kalori 1 liter O 2 pada RQ ini adalah 4, 825 kkal, sehingga jumlah panas yang dihasilkan dapat ditentukan bilamana jumlah pemakaian O 2 telah dihitung ► Pada umumnya, metabolisme dasar untuk tiap individu yang sejenis adalah konstan

► Berbagai faktor, seperti umur, ukuran tubuh, jenis kelamin, keadaan cuaca, macam bahan makanan yang masuk tubuh, latihan fisik, berbagai obatan, dan keadaan sakit dapat mempengaruhi metabolisme dasar ► Jumlah panas yang dihasilkan seseorang berbanding lurus dengan luas permukaan tubuh ► Telah diketahui laju metabolisme dasar untuk orang dewasa adalah sekitar 40 kkal per m 2 luas tubuh, sedangkan untuk wanita dewasa sekitar 36 kkal per m 2 luas tubuh ► Bila seorang dewasa menggunakan 1, 5 liter O 2 dalam waktu 6 menit, maka untuk tiap jamnya jumlah O 2 yang dipakai adalah (60/6) x 1, 5 liter = 15 liter, maka: jumlah kalori yang dihasilkan adalah 15 x 4, 825 kkal = 72, 4 kkal

TRANSPORT ELEKTRON ► Semua tahap-tahap reaksi enzimatis pada degradasi oksidatif karbohidrat, lemak dan asam amino di dalam sel aerobik menyatu menjadi tahap akhir yang disebut respirasi. ► Pada respirasi sel terjadi pengaliran elektron dari senyawa organik menuju oksigen, menghasilkan energi untuk membuat ATP dari ADP + Pospat.

► Suatu perhitungan kuantitatif tentang pentingnya fosforilasi oksidatif dalam tubuh manusia, sbb: § Seorang laki-laki dewasa normal, berat badan 70 kg, jabatan “bussiness” memerlukan 2800 kkal per hari § Energi sebanyak ini dapat dihasilkan oleh hidrolisis zat makanan pada keadaan baku sebanyak 190 kg ATP (2800/7, 3 = 384 mol ATP ~ 190 kg ATP) § Akan tetapi, jumlah total ATP yang sebenarnya tersedia “stand by” dalam tubuh manusia hanya sebanyak 50 gr

§ Untuk melengkapi energi kimia bagi kebutuhan tubuh manusia, sebanyak 50 gr ATP tersebut harus diuraikan menjadi ADP + Fosfat, kemudian disentesis kembali ribuan kali dalam sehari, melalui proses metabolisme zat makanan, sehingga kebutuhan ATP sebesar 190 kg sehari dapat dipenuhi § Kecepatan perputaran ATP di dalam tubuh juga bervariasi, dari kecepatan yang minimum selama tidur sampai kecepatan maksimum selama aktivitas otot intensif

► Aliran elektron dari substrat ke oksigen merupakan sumber energi ATP ► Pada setiap perputaran siklus asam sitrat, 4 pasang atom H dipindahkan dari isositrat, ketoglutarat, suksinat, dan malat, melalui aktivitas dehidrogenase spesifik ► Atom H ini, pada beberapa tahap memberikan elektronnya kepada rantai transpor elektron dan berubah menjadi ion H+ dan terlepas ke dalam medium cair

► Elektron yang terlepas tersebut diangkut disepanjang rantai molekul pembawa elektron, sampai elektron-elektron ini mencapai sitokrom oksidase, yang menyebabkan pemindahan elektron ke oksigen, yaitu molekul penerima elektron terakhir pada organisme aerobik ► Pada saat masing-masing atom oksigen menerima 2 elektron dari rantai tersebut, 2 atom H+ yang setara dengan 2 H+ yang dilepaskan sebelumnya dari 2 atom H yang dipindahkan oleh dehidrogenase, diambil dari medium cair untuk membentuk H 2 O

► Selain 4 pasang atom H yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat, atom H lain datang pula dari reaksi dehidrogenase yang bekerja terhadap piruvat, asam lemak, dan asam amino selama degradasinya menjadi Asetil-Ko. A dan produk lainnya. Semua atom H ini memberikan elektronnya kepada rantai transport elektron. ► Secara umum, semua atom H yang dihasilkan melalui aktivitas reaksi dehidrogenase terhadap molekul zat makan di dalam sel aerobik pada akhirnya memberikan elektronnya kepada rantai respirasi.

Bagan alir respirasi Asam amino NH 3 CO 2 2 H 2 H Piruvat CO 2 Asam lemak 2 H 2 H Asetil-Ko. A Oksaloasetat Malat Fumarat Sitrat Siklus Asam Sitrat Isositrat 2 H -Ketoglutarat 2 H Suksinat Suksinil-Ko. A FADH Dan NADH 2 H

FADH Dan NADH ADP + Pi NADH DEHIDROGENASE ATP UBIKUINON FOSPORILASI OKSIDATIF & TRANSPORT ELEKTRON SITOKROM-b ADP + Pi SITOKROM-c 1 ATP SITOKRON-c ADP + Pi SITOKROM OKSIDASE 2 H + ½ O 2 H 2 O ATP

► Rantai respirasi terdiri dari serangkaian protein dengan gugus prostetik yg terikat kuat, dan mampu menerima dan memberikan elektron ke molekul anggota berikutnya, melalui urutan reaksi yang spesifik ► Elektron yang masuk ke dalam rantai transport elektron kaya akan energi, tetapi pada saat elektron tersebut melewati rantai menuju oksigen, secara bertahap, elektron tersebut kehilangan kandungan energi bebasnya. ► Banyak dari energi bebas tersebut disimpan dalam molekul ATP

► Transport elektron dan fosforilasi oksidatif terjadi pada membran mitokondria ► Reaksi pemindahan elektron merupakan reaksi oksidasi reduksi ► Reaksi oksidasi-reduksi adalah reaksi kimia yang melibatkan pemindahan elektron dari satu molekul ke molekul lain ► Molekul pemberi elektron pada reaksi redok disebut pereduksi (reduktor), molekul penerima elektron disebut pengoksidasi (oksidator)

► Senyawa pereduksi dan pengoksidasi berfungsi sebagai pasangan reduktoroksidator (pasangan redok) ► Reaksi secara umum: Pemberi elektron ê + penerima elektron Reduktor ê + oksidator Fe 2+ ê + Fe 3+

FOSFORILASI OKSIDATIF ► NADH dan FADH 2 yang terbentuk dalam proses glikolisis, oksidasi asam lemak, dan siklus asam sitrat adalah molekul yang kaya energi, karena molekulnya mempunyai sepasang elektron yang memiliki kemampuan transfer tinggi ► Bila elektron ini ditransfer ke molekul oksigen, sejumlah besar energi dihasilkan. Energi yang dihasilkan ini dapat digunakan untuk membentuk ATP

► Fosforilasi oksidatif adalah proses pembentukan ATP melalui transfer elektron dari NADH atau FADH 2 ke molekul O 2 oleh serangkaian zat pembawa elektron. Proses ini merupakan sumber utama dari pembentukan ATP pada organisme aerobik ► Sebagai contoh: Fosforilasi oksidatif menghasilkan 32 dari 36 molekul ATP yang dihasilkan ketika glukosa dioksidasi secara sempurna menjadi CO 2 dan H 2 O

► Hal-hal penting tentang fosforilasi oksidatif adalah: 1. Fosforilasi oksidatif dilakukan oleh organ pernapasan yang terletak pada membran dalam mitokondria sel. Siklus asam sitrat dan jalur oksidasi asam lemak, yang menghasilkan NADH dan FADH 2, terdapat pada matrik mitokondria 2. Pengoksidasian NADH menghasilkan 3 ATP, dan pengoksidasian FADH 2 menghasilkan 2 ATP. Oksidasi dan fosforilasi merupakan proses yang kembar 3. Organ pernapasan mengandung sejumlah zat pembawa elektron, seperti cytochrom. Zat ini melakukan pemindahan elektron secara bertahap dari NADH atau FADH 2 ke O 2, dan memompakan proton keluar dari matrik mitokondria. ATP disintesis ketika proton kembali ke matrik mitokondria

PEMBENTUKAN ATP ► Atp yang dihasilkan dari oksidasi sempurna glukosa Urutan reaksi A. 1. 2. 3. 4. Reaksi Glikolisis Fosforilasi glukosa Fosforilasi fruktosa G-P Defosforilasi 2 molekul 1, 3 DPG Defosforilasi 2 molekul fosfoenol piruvat 2 NADH terbentuk pada oksidasi 2 molekul gliseraldehid 3 -P ATP yang dihasilkan -1 -1 +2 +2

Urutan reaksi B. Reaksi perubahan piruvat menjadi Asetil-Ko. A (dalam Mitokondria) Terbentuk 2 NADH C. Reaksi siklus asam sitrat (dalam Mitokondria) a). 2 Molekul GTP terbentuk dari 2 molekul suksinil Ko. A b). 6 NADH terbentuk pada oksidasi 2 molekul dari isositrat, -ketoglutarat, dan malat c). 2 FADH 2 terbentuk pada oksidasi 2 Atp yang dihasilkan - +2 -

Urutan reaksi ATP yang dihasilkan D. Reaksi fosforilasi oksidatif (dalam Mitokondria) a). 2 NADH terbentuk pada glikolisis: masing-masingnya menghasilkan 2 ATP b). 2 NADH terbentuk pada dekarboksilasi oksidatif piruvat: masing-masing menghasilkan 3 ATP c). 2 FADH 2 terbentuk dalam siklus asam sitrat: masing-masing menghasilkan 2 ATP d). 6 NADH terbentuk dalam siklus asam sitrat: masing-masingnya menghasilkan 3 ATP TOTAL ATP PER GLUKOSA (Lubert Stryer, 1981: 325) +4 +6 +4 +18 +36

BESAR ENERGI YANG DIHASILKAN GLUKOSA ► Oksidasi sempurna glukosa menghasilkan 36 ATP Reaksi total: Glukosa + 36 ADP + 36 Pi + 36 H+ + 6 O 2 6 CO 2 + 42 H 2 O + 36 ATP ► Perbandingan atom P: O adalah 1: 3 karena 36 ATP terbentuk dari 12 atom O yang bereaksi ► Kebanyakan ATP (32 dari 36 ATP) dihasilkan dari reaksi fosforilasi oksidatif

► Efisiensi pembentukan ATP dari glukosa cukup tinggi. Pada kondisi standar, oksidasi glukosa menghasilkan 686 kkal Glukosa + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O G° = -686 kkal ► Energi bebas yang tersimpan dalam 36 ATP adalah 263 kkal karena G° untuk hidrolisis ATP adalah 7, 3 kkal ATP HIDROLISIS ADP + Pi G° = -7, 3 kkal ► Karena itu, efisiensi termodinamik pembentukan ATP dari glukosa adalah: 263 x 100 % = 38 % (Kondisi standar) 686

THANK YOU