Metabolisme: Respirasi sel

Metabolisme: Respirasi sel
Enzim, Hukum Termodinamika, Respirasi Sel Aerob
FUNGSI SEL: Metabolisme Sel
Metabolisme sel berarti membicarakan perubahan
energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya
Secara definisi energi adalah kapasitas untuk
melakukan kerja atau kemampuan untuk melakukan
kerja.
Bentuk energi:
• Energi Kinetik
energi pergerakan
• Energi Potensial
kapasitas tersimpan untuk melakukan kerja
Pengaturan konversi atau pemindahan energi mengikuti
hukum termodinamika
Hukum Termodinamika adalah:
(1)Jumlah energi di alam raya adalah konstan, energi
tersebut dapat dipindahkan atau diubah tetapi tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan
(2)Setiap perubahan energi menghasilkan disorder
atau entropi
Chemical
energy
Heat
co2
+
H2O
(b)
(a)
First law of thermodynamics:
Energy can be transferred or
transformed but Neither
created nor destroyed.
For example, the chemical
(potential) energy in food will
be converted to the kinetic
energy of the cheetah’s
movement in (b).
Second law of thermodynamics:
Every energy transfer or transformation
increases the disorder (entropy) of the
universe. For example, disorder is added
to the cheetah’s surroundings in the form
of heat and the small molecules that are
the by-products of metabolism.
Hubungan energi dengan mahluk hidup memiliki arti
pembahasan mengenai reaksi kimia yang terjadi dalam
sel.
Ada dua reaksi yaitu:
(1)reaksi endergonik yaitu reaksi yang membutuhkan
input atau pemasukan energi atau endergonik
berarti energi masuk, dan
(2)reaksi eksergonik yaitu reaksi kimia yang
melepaskan energi atau eksergonik berarti energi
keluar
• ATP adalah molekul yang memiliki 3 bagian yaitu
basa adenin, gula ribosa, dan tiga gusus fosfat yang
diikatkan dengan ikatan kovalen.
• Ikatan kovalen antar gugus fosfat kedua dan ketiga
tidak
stabil,
sehingga
kita
akan
mendapatkan
pelepasan gugus fosfat, yang berarti hidrolisis ATP
menjadi ADP.
• Perpindahan gugus fosfat ke suatu molekul disebut
fosforilasi. ATP adalah sumberdaya dalam sel yang
dapat diperbarui dan itu sebabnya dikenal siklus ATP
Adenine
N
O
O
-O
O
-
O
-
Phosphate groups
Figure 8.8
O
O
C
C
N
HC
O
O
O
NH2
N
CH2
-
O
H
N
H
H
H
OH
CH
C
OH
Ribose
• Energy is released from ATP
– When the terminal phosphate bond is broken
P
P
P
Adenosine triphosphate (ATP)
H2O
Inorganic phosphate
P
i
+
P
P
Adenosine diphosphate (ADP)
Energy
The Regeneration of ATP
• Catabolic pathways
– Drive the regeneration of ATP from ADP and phosphate
ATP hydrolysis to
ADP + P i yields energy
ATP synthesis from
ADP + P i requires energy
ATP
Energy from catabolism
(exergonic, energy yielding
processes)
Energy for cellular work
(endergonic, energyconsuming processes)
ADP + P
i
ENZIM
• Untuk
dapat
memahami
arah
reaksi
dan
jalur
metabolisme, keduanya melibatkan apa yang disebut
enzim, yaitu protein dalam tubuh yang berfungsi sebagai
katalis biologi.
• Katalis adalah suatu molekul kimiawi yang dapat
mempercepat proses reaksi tetapi dirinya (molekul
bersangkutan) tidak ikut bereaksi atau digunakan.
• Jadi enzim dapat mempercepat reaksi kimia dalam sel
dengan cara menurunkan hambatan energi.
• Hambatan energi= energi aktivasi=jumlah energi yang
dibutuhkan untuk reaksi eksergonik.
• Enzim tertentu akan mengkatalisis reaksi seluler tertentu.
Cara kerja enzim adalah sisi aktif enzim mengikat substrat dan kemudian
mengubah substrat menjadi hasil, akibatnya hasil dilepaskan, karena
sudah tidak dapat kembali mengikat substrat lagi dan seterusnya satu
per satu substrat diubah menjadi hasil.
Kerja enzim ini dapat dihambat/dijegal atau dipengaruhi oleh faktor
lingkungan seperti temperatur, pH, konsentrasi garam dan lain-lain.
Beberapa enzim membutuhkan (dibantu) oleh ko-faktor yaitu materi
bukan protein yang membantu kerja enzim atau dibantu oleh co-enzim
seperti vitamin atau molekul organik lain.
Kerja enzim juga dihambat atau dijegal oleh molekul yang disebut
inhibitor, pestisida dan antibiotik.
Membran
• Posisi molekul enzim dalam sel dan hasil kerja enzim
sangat berhubungan dengan membran biologi.
• Proses metabolisme menyangkut transport materi asal dan
hasil metabolisme di mana akan melibatkan membran
biologi.
• Struktur membran biologi yaitu pemisah antara hidup dan
tidak hidup dan secara selektif dapat dilalui adalah tiga
lapis mosaik cair yang terdiri atas fosfolipid dan protein
Fungsi membran ada empat yaitu sebagai:
1) fungsi mosaik yang memfasilitasi proteinnya sebagai enzim, reseptor, sel
junction dan transporter atau protein pemindah
2) membran transport, yaitu fungsi difusi, osmosis, difusi yang difasilitasi
(oleh protein pemindah), dan transport aktif, yaitu pergerakan molekul
melewati membran yang memerlukan energi dari gradien rendah ke gradien
tinggi
3) memelihara keseimbangan air (osmoregulasi) yaitu fungsi membran di
mana ia bertindak sebagai membran semipermiabel antara isi sel dan
lingkungannya, yang meliputi kondisi isotonik, hipotonik, dan hipertonik
4) eksositosis/endositosis, yaitu fungsi membran untuk mengeluarkan atau
memasukkan materi dari dan ke luar sel. Termasuk dalam endositosis
adalah apa yang disebut fagositosis, pinositosis, dan pinositosis yang
diperantai reseptor.
• Proses metabolisme yang membutuhkan energi dan yang
menghasilkan energi terjadi dalam sel dalam organel
utama.
• Organel utama untuk proses metabolisme yang
membutuhkan energi fotosintesis adalah khloroplast.
• Organel utama untuk proses metabolisme yang
menghasilkan energi respirasi selular adalah mitokondria.
Respirasi Seluler
• Adalah
jalur
metabolisme
yang
memanen
atau
menghasilkan energi.
• Istilah respirasi sama dengan bernafas yaitu pertukaran
oksigen (O2) dan karbodioksida (CO2) antara organisme
dan lingkungannya.
• Respirasi
selular
yaitu
pemanenan
atau
proses
menghasilkan energi secara aerobik (perlu O2) dari
molekul makanan oleh sel.
• Oleh karena itu pernafasan dan respirasi seluler sangat
berhubungan.
• Rumus umum untuk respirasi selular adalah
• C6H12O6 + 6O2  6 CO2 + 6 H2O + ATP
• Ada tiga tipe jalur metabolisme yang menghasilkan energi.
1) Respirasi aerobik
• tipe yang paling umum terjadi dalam sel dan merupakan jalur
utama penghasil energi yang menghasilkan ATP (pembentukan
ATP), molekul energi biologi.
• Istilah aerobik menunjukkan makna bahwa jalur aerobik tidak
dapat berlangsung tanpa tersedianya oksigen yang cukup.
• Setiap pernafasan yang kau ambil, kau memasukkan oksigen
yang diperlukan sel untuk melangsungkan jalur aerobik ini.
2) jalur fermentasi dan
3) transport elektron anaerob.
• Kebanyakan bakteri dan protista lain sangat mengandalkan
jalur anaerob untuk membuat atau mengahasilkan ATP
yang diperlukannya.
• Ketiga tipe jalur metabolisme penghaisl energi tersebut
memulai prosesnya dengan reaksi yang sama yang disebut
reaksi glikolisis.
• Reaksi glikolisis memecah glukosa menjadi dua molekul
asam piruvat.
• Reaksi glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel tanpa
peranan oksigen.
Setelah reaksi glikolisis jalur berikutnya bisa berbeda, bisa
aerobik, bisa anaerob, tergantung kebutuhan sel dan atau
ketersediaan oksigen dalam sel.
Apabila jalur melalui aerob yang ditempuh, maka proses
akan dilangsungkan dalam organel mitrokondria.
Dalam mitokondria oksigen adalah penerima elektron
terakhir yang dilepaskan selama proses reaksi.
Apabila jalur anaerob yang dipilih maka proses
metabolisme berlangsung tetap pada sitoplasma sel dan
substansi selain oksigen dalam sitoplasma adalah
penerima elektron terakhir.
Dalam ketiga jalur tersebut, reaksi tidak dapat mereka
langsungkan sendiri, tetapi harus dibantu enzim.
Respirasi Aerobik
Respirasi aerobik adalah jalur yang paling banyak menghasilkan
energi ATP dari satu molekul glukosa, yaitu
• satu molekul glukosa melalui jalur respirasi aerobik dapat
dihasilkan 36 bahkan lebih molekul ATP,
• bila lewar jalur fermentasi satu molekul glukosa dihasilkan 2
ATP.