metabolisme - WordPress.com

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
1.
2.
3.
4.
Untuk memperoleh energi kimia dari degradasi
(penguraian) zat makanan yang kaya energi dari
lingkungan atau dari energi cahaya matahari.
Untuk mengubah molekul nutrien menjadi
prekursor (zat perantara) sebagai unit
pembangun bagi makromolekul.
Untuk menggabungkan unit-unit pembangun ini
menjadi makromolekul, seperti protein,
polisakarida, lipida, asam nukleat, dan
komponen-komponen sel lainnya.
Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul
yang diperlukan di dalam fungsi khusus sel.
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, CO2 dan NH3 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
CO2
H2O
NH3
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 dan diubah menjadi
sejumlah molekul yang lebih sederhana. Jadi,
asam amino, glukosa, asam lemak dan gliserol
diubah menjadi satu jenis senyawa antara 3karbon, 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 CO2, H2O, NH3 dan energi. NH3
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
II
T
A
H
A
P
III
LINTAS KATABOLISME
PIRUVAT
PRODUK
DEGRADASI
UMUM
ASETIL-KoA
SIKLUS
ASAM
SITRAT
NH3
H2O
CO2
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 (CO2, H2O, 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
CO2
ATP
H2O
1.
2.
3.
4.
Katabolisme
O2
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 CO2 dan enam H2O, serta energi
yang dilepaskan dalam bentuk panas, atom
karbonnya mengalami kenaikan ketidakteraturan
(entropi meningkat)
► Dalam hal ini, atom C terpisah-pisah dalam bentuk
CO2 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 kemudian diangkut 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
CO2
OKSIDASI
MOLEKUL
PENGHASIL
ENERGI
O2
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
Karbohidrat
Lipid
Protein
Hidrogen
Batu arang (arang kayu)
Glukosa
Sukrosa
Pati
Lemak netral
Kasein
kreatinin
Kalori/gram
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 CO2 yang dihasilkan oleh suatu
reaksi oksidasi dengan jumlah volume O2
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,
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O + 673 kkal
► Nilai
RQ = 6CO2 = 1
6O2
► Karena volume untuk satu mol gas pada keadaan
baku adalah 22,4 liter, maka untuk reaksi di atas
jumlah volume masing-masing untuk O2 dan CO2
adalah 6x22,4 liter = 134,4 liter
► Dalam hal ini, oksidasi sempurna satu molekul
glukosa menghasilkan 673 kkal dan menggunakan
134,4 liter O2
► Dengan demikian jumlah kalori yang dihasilkan
per liter O2 adalah:
673 kkal = 5,01 kkal
134,4 ltr O2
► Untuk
senyawa lemak yang terdiri dari 2
molekul
stearat
dan
satu
palmitat
(C55H106O6), teroksidasi sempurna menjadi
CO2 + H2O menghasilkan 16.353 kkal,
dengan reaksi sbb:
REAKSI OKSIDASI LEMAK (C55H106O6)
2C55H106O6 + 157 O2
110CO2 + 106H2O + 16.353 kkal
Maka:
RQ = 110 =0,701
157
Volume CO2 (STP) = 110 X 22,4 liter = 2464 liter
Volume O2 (STP) = 157 X 22,4 liter = 3516,8 liter
► Jadi,
oksidasi 2 molekul lemak menghasilkan
16.353 kkal dan memakai 3516,8 liter O2
► Jumlah kalori yang dihasilkan per liter O2 adalah:
16.353 kkal = 4,65 kkal
3516,8 liter O2
► 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 O2 yang dipakai dalam
proses pernapasan, dan jumlah O2 dapat
dihitung dari harga RQ
► Nilai RQ rata-rata manusia pada keadaan
dasar adalah 0,82 dan nilai kalori 1 liter O2
pada RQ ini adalah 4,825 kkal, sehingga
jumlah panas yang dihasilkan dapat
ditentukan bilamana jumlah pemakaian O2
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 obatobatan, 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 m2 luas
tubuh, sedangkan untuk wanita dewasa sekitar 36
kkal per m2 luas tubuh
► Bila seorang dewasa menggunakan 1,5 liter O2
dalam waktu 6 menit, maka untuk tiap jamnya
jumlah O2 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 H2O
► 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-KoA 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
NH3
CO2
2H
2H
Piruvat
CO2
Asam lemak
2H
2H
Asetil-KoA
Oksaloasetat
Malat
Fumarat
Sitrat
Siklus
Asam
Sitrat
Isositrat
2H
-Ketoglutarat
2H
Suksinat
Suksinil-KoA
FADH
Dan
NADH
2H
FADH
Dan
NADH
ADP + Pi
NADH DEHIDROGENASE
ATP
UBIKUINON
FOSPORILASI
OKSIDATIF
&
TRANSPORT
ELEKTRON
SITOKROM-b
ADP + Pi
SITOKROM-c1
ATP
SITOKRON-c
ADP + Pi
SITOKROM OKSIDASE
2H + ½ O2
H 2O
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
Fe2+
ê + Fe3+
FOSFORILASI OKSIDATIF
► NADH
dan FADH2 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 FADH2 ke molekul O2 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 CO2
dan H2O
►
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 FADH2, terdapat pada matrik
mitokondria
2. Pengoksidasian NADH menghasilkan 3 ATP, dan
pengoksidasian FADH2 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 FADH2 ke O2, 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-KoA (dalam Mitokondria)
Terbentuk 2 NADH
C. Reaksi siklus asam sitrat (dalam
Mitokondria)
a). 2 Molekul GTP terbentuk dari 2 molekul
suksinil KoA
b). 6 NADH terbentuk pada oksidasi 2
molekul dari isositrat, -ketoglutarat,
dan malat
c). 2 FADH2 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 FADH2 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+ + 6O2
6 CO2 + 42 H2O + 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 O2
6 CO2 + 6 H2O
 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