METABOLISME ENERGI

METABOLISME ENERGI
Metabolisme : segala proses reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh
makhluk hidup
Energi : kemampuan makhluk hidup untuk melakukan aktivitas
Metabolisme energi  dipelajari  bioenergitika
Disebut juga termodinamika
biokimia yang merupakan ilmu
pengetahuan tentang perubahan
energi yang menyertai reaksi
biokimia
Studi tentang transformasi
energi atau aliran perpindahan
energi yang terjadi dalam tubuh
makhluk hidup
Metabolisme
Anabolisme
Sintesa molekul-molekul
kecil menjadi lebih besar
membutuhkan energi
Reaksi reduksi
Katabolisme
Merombak/proses penguraian
molekul-molekul besar menjadi
molekul-molekul kecil
Melepaskan energi
Reaksi oksidasi
Energi bebas : - merupakan energi yang berguna dalam sebuah sistem
- mempertahan makhluk hidup pada status yang jauh dari
seimbang
- dapat diperoleh dari lingkungan
Dalam sistem kimia dikenal
dengan istilah potensial kimia
Fototrof : memperoleh energi dengan menangkap cahaya
Kemotrof : memperoleh energi melalui oksidasi bahan makanan 
ditansformasikan ke dalam bentuk yang sangat mudah
digunakan
Makhluk hidup  memerlukan energi bebas untuk 3 tujuan utama
1. Pelaksanaan kerja mekanis, kontraksi otot, dan gerakan sel lainnya
2. Transpor aktif molekul-molekul dan ion-ion
3. Sintesis makromolekul dan biomolekul lainnya dari zat mula yang
sederhana
Tahapan pembentukan energi dari bahan makanan
POLISAKARIDA
LEMAK
PROTEIN
Tahap
I
Asam lemak
dan gliserol
Glukosa dan
gula lainnya
Asam amino
Tahap
II
Asetil KoA
KoA
ADP
ATP
O2
e¯
Fosforilasi
oksidatif
Daur asam sitrat
2CO2
Tahap
III
ΔG : adalah perubahan energi bebas merupakan bagian dari total
perubahan energi dalam sebuah sistem yang tersedia untuk
melakukan pekerjaan
Sistem non biologis : dapat meggunakan energi panas untuk
melakukan kerja
Sistem biologis : bersifat isotermik  meggunakan energi kimia untuk
memberikan tenaga bagi proses kehidupan
Cabang ilmu fisika yang
Mengikuti kaidah umum termodinamika
membahas tentang energi
dan transformasinya
Kaidah I : total energi sebuah sistem termasuk energi sekitarnya
adalah konstan
Hukum penyimpanan energi
Artinya bahwa tidak ada energi yang hilang ataupun yang diperoleh
pada saat terjadinya perubahan akan tetapi energi dalam keseluruhan
sistem dapat dialihkan dari satu bagian sistem ke bagian lain atau
ditranformasikan menjadi bentuk energi lainnya. Ex. Energi kimia 
menjadi energi panas, listrik, pancaran, mekanis
Kaidah II : Entropi total sebuah sistem harus meningkat bila suatu
proses berlangsung spontan.
Entropi menggambarkan taraf kelainan/keteracakan sistem
dan akan mencapai taraf maksimal dalam sebuah sistem
ketika ketika keseimbangan sebenarnya tercapai
Kondisi suhu dan pH konstan
Perubahan energi bebas (ΔG) pada sebuah sistem yang bereaksi
dan perubahan entropi (ES) adalah :
ΔE : perubahan total energi
ΔG = ΔE - TΔS
internal dalam reaksi
TΔS : suhu absulut
ΔG = negatif
Reaksi berlangsung spontan dengan kehilangan energi bebas atau
bersifat eksergonik
ΔG sangat besar, reaksi benar-benar berlangsung sampai selesai
dan pada hakekatnya tidak bisa balik kembali (irreversible)
ΔG = positif
Reaksi berlangsung hanya kalau dapat diperoleh energi bebas atau
bersifat endergonik
ΔG sangat besar, sistem akan stabil dengan sedikit atau tanpa
kecenderungan untuk terjadinya reaksi
ΔG = 0
Sistem berada dalam keseimbangan dan tidak ada perubahan netto
yang terjadi
ΔG0’
Perubahan energi bebas yang baku pada keadaan standar (pH 7)
ΔG0
Perubahan energi bebas pada konsentrasi reaktan 1,0 mol/L
A
Panas
Energi bebas
D
Energi
kimia
C
A + C  B + D + panas
B
Perangkaian reaksi eksegonik dengan endergonik
Senyawa-senyawa berenergi tinggi
1. Senyawa pirofosfat
ATP (adenosin triphosphat)  senyawa fosfat berenergi tinggi
karena memperlihatkan penurunan
energi yang sangat besar jika terjadi
hidrolisis
Donor energi bebas
Terlibat dalam berbagai reaksi,
baik eksergonik maupun
endergonik dalam semua jenis
kehidupan
Peran utamanya dalam pertukaran
energi pada sistem biologi 
diperlihatkan oleh Fritz Lipmann dan
Herman Kalckar tahun 1941
ATP : terdiri dari adenin, ribosa, dan trifosfat  pengemban energi
 pada bagian fosfatnya
molekul kaya energi karena unit
trifosfatnya mengandung
ikatan berenergi tinggi
ikatan fosfoanhibrida
NH2
NH2
N
N
C
C
C
C
CH
N
N
O
P
¯O
¯O
O
4’C
¯O
H
H
3’ 2’
N
C
¯O
P
¯O
P
¯O
¯O
H
C
C
CH
N
O
O
P
¯O
O
O
4’C
C1’
H
H
3’ 2’
N
C
HO
H
OH
ADP (adenosin
diphosphat)
C
N
5’
CH2
O
4’C
H
O
N
5’
CH2
H
N
O
O
P
N
OH
HO
O
¯O
HC
O
N
O
P
NH2
C1’
H
AMP (adenosin
monophosphat)
O
N
5’
CH2
O
C
HC
C
HC
CH
N
C1’
H
H
3’ 2’
N
C
HO
H
Bentuk aktifnya membentuk
kompleks dengan kation Mg2+
atau Mn2+
OH
ATP (adenosin triphosphat)
ATP + H2O
↔ ADP + Pi + H+ ΔG0‘ = -7,3kkal/mol
ATP + H2O ↔ AMP + Pii + H+ ΔG0‘ = -7,3kkal/mol
< = > tergantung pada
kekuatan ion dalam medium
dan konsentrasi Mg2+ dan
Ca2+ serta protein (enzim)
Gerakan Transpor aktif,
Biosintesis, Amplifikasi sinyal
ADP
ATP
Bisa sampai
-12 kkal/mol
Fotosintesis atau
oksidasi molekul-molekul
bahan bakar
Daur ATP-ADP adalah cara dasar
pertukaran energi pada sistem biologi
Enzim yang mengkatalisis
 adenilat kinase
(miokinase)
ATP  yang utama lebih banyak sebagai donor langsung energi
bebas daripada bentuk simpanan jangka panjang
Dipakai
1 menit
setelah
dibentuk
Pergantiannya sangat cepat
Aktivitas (gerakan, transpor aktif,
biosintesis, sinyal)  terjadi jika ATP
terus menerus kembali dibentuk dari
ADP
2. Nukleotida trifosfat  yang analog dengan ATP
GTP (guanosin trifosfat)
UTP (uridin trifosfat)
CTP (sitidin trifosfat)
Nukleotida monofosfat  GMP
UMP
CMP
ATP + GDP ↔ ADP + GTP
ATP + GMP
↔ ADP + GDP
Beberapa reaksi
biosintesis
dijalankan
nukleotida ini
Enzim dapat mengkatalisis transfer
gugus fosforil terminal dari satu
nukleotida ke nukleotida yang lain
3. Asil – fosfat  ex. 1,3-Difosfogliserat
1,3-Difosfogliserat + H2O  1,3-fosfogliserat + Pi ΔG0‘ = -11,8 kkal/mol
4. Fosfat enolik  fosfoenolpiruvat
•Memiliki potensi fosforil (pemindahan gugus
fosforil) tinggi.
•Dapat memindahkan gugus fosforil ke ADP
untuk membentuk ATP.
fosfoenolpiruvat + H2O  asam piruvat (bentuk keto) + Pi ΔG0‘ = -14,8 kkal/mol
5. Guadinium fosfat  Kreatin fosfat/fosfokreatin, argininafosfat
•Mempertahankan
konsentrasi ATP tetap
tinggi selama periode
kerja otot.
•Sumber utama ~ P bagi
pelari selama 4 detik
pertama lari cepat 100 m.
•Gudang ~ P (gugus fosforil) pada otot
•Kelimpahan dan potensial transfer fosforil yang
lebih tinggi dari ATP menjadikannya donor ~ P
yang sangat efektif
•Berperan sebagai fosfagen  simpanan energi
ATP . Fosfagen tidak berperan langsung dalam
fungsi biologis tapi akan bermanfaat lewat ADP
Kreatin fosfat + ADP + H+  ATP + kreatin ΔG0‘ = -10,3 kkal/mol
Dikatalisis oleh kreatin kinase
6. NADH dan FADH2
Molekul bahan bakar = glukosa dan asam lemak
oksidasi
Akseptor elektron  ke O2  tetapi tidak secara langsung
Disebut juga pengemban
tereduksi
Dipindahkan kepengembanpengemban khusus
Memindahkan elektron potensi tinggi ke O2 melalui
transpor elektron yang terdapat pada sisi dalam
membran mitokondria
Gradien proton yang terbentuk sebagai hasil aliran
elektron  mendorong sintesis ATP dari ADP + Pi
Proses  disebut
fosforilasi oksidatif
NAD+  akseptor elektron utama pada oksidasi bahan bakar / substrat
atom nitrogen tetravalen dan mengemban 1 muatan positif
•Bagian reaktif = cincin nikotinamida derivat piridin
•Pada oksidasi substrat cincin nikotinamida menerima 1 ion hirdrogen
dan 2 elektron yang ekuivalen dengan satu ion hidrida
•Bentuk tereduksi adalah NADPH
NADH atom nitrogen trivalen
H
NAD+ + R – C – R
↔ NADH + R – C – R’ + H+
OH
O
FAD dan FADH2  Bagian reaktifnya cincin isoaloksazim
Dapat menerima 2 elektron
H H
FAD + R – C – C – R’
H
H
↔ FADH2 + R – C = C – R’
H
H
Biosintesis reduktif  donor elektronnya adalah NADPH
Mengemban elektron dengan cara
yang sama dengan NADP tapi hanya
untuk biosintesis reduktif, sedang
NADP untuk pembentukan ATP
Bentuk tereduksi dari NADP
7. Ester tiol  asetil KoA : Pengemban universal gugus asil
Gugus atau situs reaktifnya adalah
gugus sulfidril
Ditemukan Lipmann 1945
Kofaktor stabil panas
Gugus asil  diikatkan dengan KoA dengan ikatan tioester
Derivatnya  asil KoA
Unit asetil
Asetil KoA
Asetil KoA + H2O ↔ Asetat + KoA + H+ ΔG0‘ = -7,5 kkal/mol
Beberapa pengemban aktif dalam metabolisme
Molekul pengemban
Gugus yang dibawa dalam bentuk aktif
ATP
NADH dan NADPH
FADH2
FMNH2
Koenzim A
Lipoamid
Tiamin pirofosfat
Biotin
Tetrahidrofolat
S-adenosilimetionin
Uridin difosfat glukosa
Sitidin difosfat diasilgliserol
Nukleosida trifosfat
Fosforil
Elektron
Elektron
Elektron
Asil
Asil
Aldehida
CO2
Unit satu karbon
Metil
Glukosa
Fosfatidat
nukleotida