Oksidasi biologi


Proses oksidasi
 Peranan enzim,
koenzim dan logam
dalam oksidasi biologi
 Transfer elektron
dalam sel
 Hubungan rantai
pernapasan dengan
senyawa fosfat
berenergi tinggi

Oksidasi hidrogen (H)
dalam mitokondria
 Struktur dan fungsi
mitokondria
 Proses transfer
elektron di mikrosom
 Proses oksidasi
reduksi di sel darah
merah
Oksidasi biologi - 2
Secara sederhana, oksidasi berarti
reaksi dari material dengan oksigen
Oleh karena
itu diberi
nama
OKSIDASI BIOLOGI
PADA MAKHLUK HIDUP
Oksidasi biologi - 3
 Secara
kimiawi:
 Oksidasi
berarti
melepaskan elektron
atau menerima oksigen,
yang sering diikuti
dengan reduksi.
 Reduksi berarti
menerima elektron atau
melepaskan oksigen.
Oksidasi biologi - 4

Reaksi biokimia dalam organisme hidup pada
dasarnya adalah transfer ENERGI (ATP), yang
melibatkan reaksi oksidasi dan reduksi.
 ATP dihasilkan melalui fosforilasi ADP
 Fosforilasi tingkat substrat adalah transfer PO4energi tinggi ke ADP.
Oksidasi biologi - 5


Semua molekul
mengandung elektron
sebagai bagian dari atomatom yang menyusun
molekul.
Setiap molekul memiliki
energi (potensial) untuk
memberi dan menerima
elektron dari molekul
lainnya.


NAD+  NADH
NAD+ adalah senyawa
intermediate (pembawa
energi).
Oksidasi biologi - 6

Dalam sistem biologikal, elektron adalah atom
hidrogen (H+).
 Oksidasi
biologikal seringkali berupa DEHIDROGENASI
(pelepasan pasangan atom hidrogen dari substrat
mereka).
Oksidasi biologi - 7


Sebagian besar energi sel
diperoleh dari reaksi
oksidasi reduksi.
Energi disimpan dalam
ikatan kovalen diantara
fosfat, dengan jumlah
energi terbesar (± 7
kcal/mole) dalam ikatan
diantara gugus fosfat
kedua dan ketiga.

Ikatan kovalen ini disebut
ikatan pirofosfat.

Terdapat beberapa reaksi
oksidasi-reduksi di dalam
sel, baik selama
katabolisme maupun
anabolisme.

Proses respirasi seluler :
glikolisis, siklus Kreb’s,
dan rantai transport
elektron adalah reaksi
biokimia yang melibatkan
transfer elektron melalui
reaksi OKSIDASI –
REDUKSI.
Oksidasi biologi - 8

Proses pemecahan
glukosa, dimana glukosa di
oksidasi menjadi dua
molekul 3-carbon (piruvat).


Glucose + 2 ATP + 2 ADP +
2 PO4– + 2 NAD+ 
2 pyruvic acid + 4 ATP + 2
NADH + 2H+
Catatan:


Energi yang dilepaskan dari
glukosa dapat digunakan
untuk memfosforilasi
(penambahan gugus fosfat)
pada ADP, membentuk ATP.
Glikolisis terjadi didalam
sitoplasma.
Oksidasi biologi - 9
 Tiga
bagian glikolisis:
 Pemakaian
energi
(preparatory stages).
 Pemecahan gula 6carbon menjadi dua
gula 3-carbon (asam
piruvat)
 Produksi energi
(Energy-Conserving
Stage).
Oksidasi biologi - 10
Glucose
 Digunakan
2 ATP
 Glukosa dipecah
untuk membentuk 2
Glucose-3phosphate
1
Glucose
6-phosphate
2
Fructose
6-phosphate
3
4
Fructose
1,6-diphosphate
5
Dihydroxyacetone
phosphate (DHAP)
Glyceraldehyde
3-phosphate
(GP)
Oksidasi biologi - 11
6
2
Glucose-3phosphate
dioksidasi menjadi 2
asam piruvat
 Dihasilkan 4 ATP
 Dihasilkan 2 NADH
1,3-diphosphoglyceric acid
7
3-phosphoglyceric acid
8
2-phosphoglyceric acid
9
Phosphoenolpyruvic acid
(PEP)
10
Pyruvic acid
Oksidasi biologi - 12
Oksidasi biologi - 13
Oksidasi biologi - 14
Oksidasi biologi - 15
Oksidasi biologi - 16
Oksidasi biologi - 17

Jika oksigen berlimpah, sel
akan merubah asam piruvat
menjadi asetil-KoA.
 Asam
piruvat (dari glikolisis)
di oksidasi dan di
dekarboksilasi.
 2(Pyruvate- + Coenzyme-A +
NAD+  Acetyl-CoA + CO2
+ NADH).

Pembentukan asetil-KoA
adalah TAHAP TRANSISI
untuk mempersiapkan
asam piruvat masuk
kedalam siklus Kreb’s.
Oksidasi biologi - 18
 Molekul
3-carbon
(acetyl-CoA) di oksidasi
lebih lanjut menjadi
karbon dioksida.
CoA + 3NAD+ +
FAD + GDP3- + HPO42- +
2H2O  2CO2 + 3NADH
+ FADH2 + GTP4- + 2H+
+ Coenzyme-A).
 2(Acetyl
Oksidasi biologi - 19

Dalam proses glikolisis dan siklus Kreb’s  hanya
dihasilkan 4 molekul ATP atau GTP (molekul
energi yang mirip dengan ATP) per-molekul
glukosa.
 Hasil
ini jauh dibawah jumlah yang diperlukan oleh
tubuh untuk berfungsi secara normal.
 Akan tetapi, selama oksidasi glukosa, sejumlah besar
NADH dan FADH2 diproduksi.
 Agent pereduksi ini secara dramatis meningkatkan
jumlah ATP yang diproduksi.
Dengan demikian, BAGAIMANA TUBUH
MENGHASILKAN ATP LEBIH BANYAK LAGI?
Oksidasi biologi - 20

Rantai transport
elektron terjadi
didalam lipatan
membran dalam
mitokondrial (cristae).
 Sistem ini akan
menggunakan energi
yang tersimpan dalam
NADH dan FADH2
untuk menghasilkan
ATP.

NADH dan FADH2
yang terakumulasi
selama proses
glikolisis, reaksi
transisi, dan siklus
Kreb’s akan
mentransfer atomatom hidrogen ke
komponen-komponen
dari rantai transport
elektron.
Oksidasi biologi - 21


Selama transport,
hidrogen dan elektron
ditransfer ke akseptor
dengan cara proton
dipompa melintasi
membran mitokondrial
bagian dalam.
Hal ini menghasilkan
gradien elektrochemical
yang kemudian
digunakan untuk
fosforilasi ADP sambil
proton berdifusi kembali
melintasi membran.
Oksidasi biologi - 22
 Melalui
rangkaian reaksi fosforilasi
oksidatif.
 Oksidasi
NADH terangkai dengan reaksi
fosforilasi ADP.
 Selain itu, reaksi reduksi akan menyertai
oksidasi NADH.
● Reaksi oksidasi selalu disertai reaksi reduksi, karena
elektron yang diberikan oleh satu gugus harus
diterima oleh gugus lainnya.
 Dalam
hal ini, molekuler oksigen adalah
akseptor elektron, maka pada tahap akhir
rangkaian ini, elektron ditransfer ke oksigen dan
terbentuk air.
Oksidasi biologi - 23

Membran luar



Ruang antarmembran


Terdapat enzim creatine
kinase & adenylate kinase.
Matrix


Mengandung enzim untuk
siklus Kreb’s dan oksidasi
asam lemak.
Mengandung DNA, ribosome
dan protein yang diperlukan
untuk sintesis protein.
Membran dalam



Mempertahankan bentuk
mitokondria.
Sangat permeabel terhadap
molekul kecil.

Struktur yang berlibat-lipat &
tidak permeabel terhadap
molekul & ion.
Kaya dengan protein.
Cristae

Struktur yang berlipat-lipat
dari membran dalam.
Oksidasi biologi - 24
 FUNGSI
MITOKONDRIA:
Transport
●Digunakan untuk memindahkan substansi
melintasi membran bagian dalam.
Rantai
respirasi
●Kompleks yang bertanggung jawab untuk
produksi ATP dari sumber energi 
memerlukan oksigen.
ATP
synthase
●Digunakan untuk fosforilasi ADP.
Oksidasi biologi - 25

Enzim yang terlibat
dalam proses oksidasi
dan reduksi diberi
nama
oksidoreduktase.
 Mengkatalisis
reaksi
oksidasi atau reduksi
 Bekerja
pada beberapa
gugus kimia untuk
menambahkan atau
melepaskan atom
hidrogen

Diklasifikasi menjadi
empat kelompok:
 Oksidase
 Dehidrogenase
 Hidroperoksidase
 Oksigenase
Oksidasi biologi - 26

Enzim oksidase
menggunakan oksigen
sebagai akseptor
hidrogen.
 Enzim oksidase
mengkatalisis
pelepasan hidrogen
dari substrat dengan
menggunakan oksigen
sebagai akseptor
hidrogen.

Enzim-enzim tersebut
membentuk air atau
hidrogen sebagai
produk reaksi.
 Sebagian enzim
oksidase mengandung
logam.
 Fe.
 Cu.
Oksidasi biologi - 27
Golongan
enzim ini mengkatalisis
substrat yang bergugus fungsional.
Contoh enzim dehidrogenase
adalah suksinat dehidrogenase,
glutamat dehidrogenase dan
sebagainya.
Oksidasi biologi - 28
 Terdapat
dua
koenzim penting
dalam reaksi
oksidasi – reduksi:
 NAD.
 FAD.
Oksidasi biologi - 29


Eritrosit tidak memiliki
mitokondria  oleh
karena itu, glukosa
digunakan hanya sebagai
sumber energi utama.
Tanpa glukosa, sel darah
merah akan mati.


Sel-sel darah membawa O2
dari paru-paru ke jaringan.
Tanpa sel-sel darah merah,
kebanyakan jaringan tubuh
akan menderita kekurangan
energi karena mereka
memerlukan O2 untuk
menyempurnakan
perubahan makanan
menjadi CO2 dan H2O.

Jalur utama dari
metabolisme karbohidrat
dalam sel darah merah
adalah:



Glikolisis.
PPP (Pentose Phosphate
Pathway).
Metabolisme 2,3bisphosphoglycerate (2,3BPG).
Oksidasi biologi - 30
 Sumber
energi (ATP) eritrosit diperoleh
melalui proses glikolisis anaerobik
dalam sitosol.
glikolisis anaerobik  piruvat yang
terbentuk  dirubah menjadi laktat dan
kemudian dilepaskan kedalam darah.
Pada
 Glikolisis
memberikan ATP untuk
pompa ion membran dan NADH untuk
reoksidasi methemoglobin.
Oksidasi biologi - 31

PPP dalam erythrocyte
merupakan jalur penting
untuk memproduksi
NADPH.



Gangguan dalam produksi
NADPH dapat
mempengaruhi
kelangsungan hidup eritrosit.
NADPH untuk
mempertahankan kondisi
reduksi dari glutathione.
Glutathione membuang
peroxide melalui aksi
glutathione peroxidase.
Oksidasi biologi - 32

Ketidakmampuan
untuk
mempertahankan
glutathione tereduksi
dalam sel darah merah
berperan terhadap
peningkatan akumulasi
peroxide, terutama
H2O2, yang
mengakibatkan
melemahnya dinding
sel dan hemolysis.

Akumulasi H2O2 juga
berperan terhadap
peningkatan
kecepatan oksidasi
hemoglobin menjadi
methemoglobin yang
juga melemahkan
dinding sel.
Oksidasi biologi - 33

Sintesis 2,3-BPG merupakan
jalur reaksi utama konsumsi
glukosa dalam eritrosit.


Sintesis 2,3-BPG penting untuk
mengontrol afinitas hemoglobin
terhadap oksigen.
Catatan, bila glukosa
teroksidasi oleh jalur ini, maka
eritrosit akan kehilangan
kemampuan untuk
memperoleh 2 mole ATP dari
oksidasi glikolitik dari 1,3-BPG
menjadi 3-phosphoglycerate
melalui reaksi
phosphoglycerate kinase.
Oksidasi biologi - 34