rangkaian transpor elektron

RESPIRASI
• 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, menggunakan nitrat, sulfat.
• Kebanyakan bakteri dan protista lain sangat mengandalkan
jalur anaerob untuk membuat atau mengahasilkan ATP
yang diperlukannya.
• Ketiga tipe jalur metabolisme penghasil 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 38 ATP,
• bila lewar jalur fermentasi satu molekul glukosa dihasilkan 2
ATP.
KATABOLISME KARBOHIDRAT
Katabolisme
: Penguraian
sel menghasilkan energi
Anabolisme
: Pembentukan
sel menggunakan energi
Glikolisis
• Terjadi di sitoplasma.
• Memotong 1 molekul gula berkarbon 6
menjadi 2 molekul gula berkarbon 3 (asam
piruvat adalah hasil akhir).
• Tidak menghasilkan banyak energi (hanya
dihasilkan 2 ATP), tetapi dapat berlangsung
sangat cepat dan tidak membutuhkan
oksigen (anaerobik).
glukosa
ADP
ATP
glukosa 6-fosfat
fruktosa 6-fosfat
ATP
fruktosa 1,6-difosfat
ADP
fruktosa 1,6-difosfat
gliseraldehida 3-fosfat
2 NAD+ + 2 P
1 NADH -- 3 ATP
2 NADH
Asam 1,3-difosfogliserat
2 ADP
2 ATP
Asam 3-fosfogliserat
2 ADP
2 ATP
Asam piruvat
+ 2 H+
Glikolisis
 Beberapa bakteri dan jasad eukaryot hanya
menggunakan Glikolisis sebagai cara untuk
memperoleh energi.
 Fermentasi alkohol yang dilakukan khamir pada
keadaan tanpa oksigen mengubah asam piruvat
menjadi alkohol.
 Fermentasi asam laktat yang terjadi di banyak
sel jaringan hewan pada keadaan tanpa oksigen
mengubah asam piruvat menjadi asam laktat.
PERHITUNGAN ENERGI GLIKOLISIS
 Membutuhkan 2 ATP.
 Menghasilkan energi cukup untuk
menggabungkan fosfat ke 4 molekul
ADP membentuk 4 ATP.
 Hasil 4 ATP – perlu 2 ATP = Hasil
bersih 2 ATP.
 Jika aerob 2NADH masuk ke transport
e dan fosforilasi oksidatif 6ATP
Tahap-Tahapan Glikolisis
6 CH2OH
5
H
4
OH
O
H
OH
H
2
3
H
OH
glucose
6 CH OPO 2
2
3
5
O
ATP ADP
H
H
1
OH
4
Mg2+
OH
Hexokinase
H
OH
3
H
H
2
H
1
OH
OH
glucose-6-phosphate
1. Hexokinase mengkatalisis:
Glucose + ATP  glucose-6-P + ADP
Reaksi sangat spontan ∆G⁰ = − 4 kkal/mol
6 CH OPO 2
2
3
5
O
H
4
OH
H
OH
3
H
H
2
OH
H
1
OH
6 CH OPO 2
2
3
1CH2OH
O
5
H
H
4
OH
HO
2
3 OH
H
Phosphoglucose Isomerase
glucose-6-phosphate
fructose-6-phosphate
2. Phosphoglucose Isomerase mengkatalisis:
glucose-6-P (aldose)
fructose-6-P (ketose)
∆G⁰ = − 4 kkal/mol
Phosphofructokinase
6 CH OPO 2
2
3
O
H
5
H
4
OH
6 CH OPO 2
2
3
1CH2OH
O
ATP ADP
HO
2
3 OH
5
Mg2+
H
fructose-6-phosphate
1CH2OPO32
H
H
4
OH
HO
2
3 OH
H
fructose-1,6-bisphosphate
3. Phosphofructokinase mengkatalisis:
fructose-6-P + ATP  fructose-1,6-bisP + ADP
reaksi Sangat spontan
∆G⁰ = − 3,4 kkal/mol
1CH2OPO3
2C
O
HO 3C
H 4C
H
H
5
C
2
H
Aldolase
2
CH
OPO
2
3
3
OH
2C
OH
1CH2OH
2
CH
OPO
2
3
6
fructose-1,6bisphosphate
O
+
O
1C
H 2C OH
2
CH
OPO
3
2
3
dihydroxyacetone glyceraldehyde-3phosphate
phosphate
Triosephosphate Isomerase
4. Aldolase mengkatalisis:
fructose-1,6-bisphosphate
dihydroxyacetone-P + glyceraldehyde-3-P
∆G⁰ = + 5,7 kkal/mol
Triosephosphate Isomerase
H
H
C
OH
C
O
+
H H
H
+
+
H H
C
C
CH2OPO32
dihydroxyacetone
phosphate
OH
OH
+
H
C
H
CH2OPO32
enediol
intermediate
O
C
OH
CH2OPO32
glyceraldehyde3-phosphate
5. Triose Phosphate Isomerase (TIM)
mengkatalisis:
dihydroxyacetone-P
∆G⁰ = +1,8 kkal/mol
glyceraldehyde-3-P
Glyceraldehyde-3-phosphate
Dehydrogenase
H
O
NAD+
1C
H
2
C
OH
+ Pi
2
CH
OPO
2
3
3
glyceraldehyde3-phosphate
OPO32
+ H+ O
NADH
1C
H
C
2
OH
2
CH
OPO
2
3
3
1,3-bisphosphoglycerate
6. Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase
mengkatalisis:
glyceraldehyde-3-P + NAD+ + Pi 
1,3-bisphosphoglycerate + NADH + H+
∆G⁰ = +1,5 kkal/mol
H
O
H
H
C
C
NH2
+
N
O

NH2
+
2e + H
N
R
R
NAD+
NADH
NAD+ menerima 2 e dan H+ menjadi NADH
Phosphoglycerate Kinase
O
OPO32 ADP ATP O
O
1C
H 2C OH
2
CH
OPO
2
3
3
1,3-bisphosphoglycerate
C
1
Mg2+
H 2C OH
2
CH
OPO
2
3
3
3-phosphoglycerate
7. Phosphoglycerate Kinase mengkatalisis:
1,3-bisphosphoglycerate + ADP
3-phosphoglycerate + ATP
Phosphoglycerate Mutase
O
O
C
1
O
O
C
1
H 2C OH
2
CH
OPO
2
3
3
H 2C OPO32
3 CH2OH
3-phosphoglycerate
2-phosphoglycerate
8. Phosphoglycerate Mutase mengkatalisis:
3-phosphoglycerat  2-phosphoglycerate
fosfat dipindahkan dari OH pada C3 ke
OH pada C2.
Enolase
O
O

C
1
H 2 C OPO32
3 CH2OH
H

O
O
OH

C
C
O
O
1
OPO32
CH2OH
C
2C
OPO32
3 CH2
2-phosphoglycerate enolate intermediate phosphoenolpyruvate
9. Enolase mengkatalisis:
2-phosphoglycerate phosphoenolpyruvate
+ H2O
Reaksi ini membutuhkan Mg++ ,
2 Mg++ bereaksi dengan atom oksigen gugus
carboxyl substrat pada sisi aktif, menstabilkan
enolat.
Pyruvate Kinase
O
O
C
1
C
2
ADP ATP
O
O
C
1
OPO32
3 CH2
phosphoenolpyruvate
C
2
O
3 CH3
pyruvate
10. Pyruvate Kinase mengkatalisis:
phosphoenolpyruvate + ADP  pyruvate +ATP
Pyruvate Kinase
O
O
ADP ATP
C
1
C
2
O
O
C
C
1
OPO32
3 CH2
phosphoenolpyruvate
C
2
O
O
1
OH
3 CH2
enolpyruvate
C
2
O
3 CH3
pyruvate
phosphate ditransfer dari PEP ke ADP
secara spontan.
 PEP mempunyai DG hidrolisis lebihbesar dari ATP.
 Diperlukan cations K+ dan Mg++ mengikat
residu anionik pada sisi aktif Pyruvate Kinase.
glucose
Glycolysis
ATP
Hexokinase
ADP
glucose-6-phosphate
Phosphoglucose Isomerase
fructose-6-phosphate
ATP
Phosphofructokinase
ADP
fructose-1,6-bisphosphate
Aldolase
glyceraldehyde-3-phosphate + dihydroxyacetone-phosphate
Triosephosphate
Isomerase
Glycolysis continued
glyceraldehyde-3-phosphate
NAD+ + Pi
Glyceraldehyde-3-phosphate
Dehydrogenase
NADH + H+
Glycolysis
continued.
1,3-bisphosphoglycerate
ADP
Phosphoglycerate Kinase
ATP
3-phosphoglycerate
Phosphoglycerate Mutase
2-phosphoglycerate
Enolase
H2O
phosphoenolpyruvate
ADP
Pyruvate Kinase
ATP
pyruvate
Lactate Dehydrogenase
O
O
C
C
NADH + H+ NAD+
O
O
O
C
HC
OH
CH3
CH3
pyruvate
lactate
RESPIRASI SEL (dalam mitokondria)




Tiga tahap perolehan energi
Glikolisis
Daur Krebs
Rangkaian transpor elektron
glikolisis
membran
dalam
membrane
luar
Rangkaian
transpor
elektron
Daur
Krebs
H+
eO2
kompartemen
luar
H2O
kompartemen
dalam
Peralihan antara Glikolisis dan Daur Krebs
• Asam piruvat hasil glikolisis menuju ke
mitokondria.
• Berikatan dengan koenzim A membentuk
asetil koA, 1 molekul NADH, dan CO2.
• Daur Krebs terjadi di kompartemen dalam
dari mitokondria.
glikolisis
mitokondrion
Asam piruvat
cytosol
NAD+
koenzim
A
NADH
Menuju ke
rangkaian
transpor elektron
koA
CO2
Kompartemen dalam
asetll koenzim A
Daur Krebs
Ringkasan Daur Krebs
6 NADH
GLYCOLYSIS
2 FADH2
CoA
Daur
Krebs
asetil koenzim A
Rangkaian
transpor
elektron
asam oksaloasetat 1.
NADH
asam sitrat
NAD+
NAD+
2.
6.
CO2
asam a-ketoglutarat
asam malat
FADH2
NADH
3.
FAD+
5.
asam suksinat
ADP
NAD+
CO2
NADH
4.
turunan
asam a-ketoglutarat
ATP
CO2
2 ATP
Jalur reaksi Siklus Kreb’s
Ringkasan Daur Krebs
 Asetil koA didegradasi sempurna menjadi
CO2.
 Hanya 1 ATP yang dihasilkan dari setiap
asetil koA yang memasuki Daur Krebs
(total 2 ATP tiap glukosa).
 Semua elektron dapat diikat dalam
bentuk 6 NADH (per glukosa) untuk
diproses lebih lanjut melalui rangkaian
transpor elektron.
Glikolisis ( 1 glukosa): Respirasi Aerob
2 ATP
2 NADH
6 ATP
2 Asam piruvat 2 asetil-KoA = 2 NADH = 6 ATP
Siklus Krebs: 1 glukosa
6 NADH =18 ATP
2 FADH2 = 4 ATP
2 ATP = 2 ATP
Total
38 ATP
Katabolisme, Transfer Elektron dan
Reaksi Oksidasi Reduksi
• Elektron dibebaskan dari oksidasi
nutrisi selama katabolisme.
• Elektron dipindahkan oleh
pembawa elektron melalui suatu
proses untuk menghasilkan ATP.
Oksidasi - Reduksi
Oksidasi: Pengambilan/pemindahan
elektron dari suatu senyawa.
Reduksi:
Penambahan/pemberian elektron
kepada suatu senyawa.
OKSIDASI-REDUKSI DALAM SEL
• Dalam sel hidup, beragam molekul terlibat
dalam proses transfer energi. Masing-masing
molekul memiliki kecenderungan untuk
mendapatkan atau kehilangan elektron.
• Di dalam sel, proses oksidasi dan reduksi tidak
terjadi secara terpisah.
• Proses oksidasi-reduksi yang terjadi
berpasangan disebut REAKSI REDOKS.
PEMBAWA ELEKTRON
• Molekul yang memindahkan elektron
selama proses oksidasi reduksi di dalam
sel.
• NADH, FADH2 adalah molekul pembawa
elektron
NAD (Nikotinamida Dinukleotida)
Di dalam sel, NAD terdapat dalam 2
bentuk:
Bentuk membawa elektron atau atom
hidrogen ( NADH) dan tanpa atom hidrogen
(NAD+).
NAD+ berperan sebagai senyawa
pengoksidasi, bila menerima atom hidrogen
dan elektron, menjadi NADH.
NAD (Nikotinamida Dinukleotida)
 NADH dapat memindahkan elektron ke
molekul lain, dan kembali menjadi
NAD.
 Proses pemindahan ini
dikendalikan/dilakukan oleh enzim.
NAD+/NADH
H
O
H
H
C
C
NH2
+
N
O
 2 e + H+
NH2
N
R
R
NAD+
NADH
NAD+ + 2e + H+  NADH.
atau
NAD+ + 2e + 2H+  NADH + H+
dimethylisoalloxazine
O
H
C
C
N
O

H3C
C
C
C
NH
H3C
C
C
C
C
C
H
N
H
C
+
2e +2H
O
N
H
N
H3C
C
C
C
NH
H3C
C
C
C
C
C
H
CH2
FAD
N
O
N
H
CH2
HC
OH
HC
OH
HC
OH O
H2C
C
O
P
O-
Adenine
O
O
P
O
Ribose
O-
FAD menerima 2 e + 2H+
FAD + 2 e + 2H+  FADH2
FADH2
HC
OH
HC
OH
HC
OH O
H2C
O
P
O-
Adenine
O
O
P
O-
O
Ribose
 NAD+ adalah koenzim, yang secara bolak balik dapat
terikat dan tak terikat ke enzim.
 FAD adalah gugus prostetik , yg tetap terikat kuat di
sisi aktif enzim.
Rangkaian Transpor Elektron
■ NADH memindahkan elektron ke suatu
rangkaian molekul yang terdapat di
membran dalam mitokondria.
■ Perpindahan elektron mengakibatkan
perpindahan ion H+ melawan gradien
konsenrasi.
Rangkaian Transpor Elektron
■ Energi yang terbentuk pada saat masuknya
kembali ion H+ ke dalam mitokondria
melalui ATP sintase, digunakan untuk
menggabungkan fosfat dengan ADP untuk
membentuk ATP.
Rangkaian Transpor Elektron
■ Di akhir rangkaian
O2 + 2 electrons + 2 H+ = H2O.
■ Penyebab kebutuhan oksigen.
GLYCOLYSIS
ELECTRON
TRANSPORT
CHAIN
mitokondria
KREBS
CYCLE
32
ATP
inner
membrane
inner compartment
H2O
O2
outer compartment
Kompartemen bagian luar
H+
inner
membrane
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+
H+ H+
H+
SINTESIS ATP
H+ H+
H+
H+ H+
H+ H+
+
+
H
H
H+
H+
+
H
H+ H+ H+
H+
H+
H+
H+
NADH
H+
NAD+
ATP
synthesis
2 H+ + 1/2 O2
Kompartemen bagian dalam
ADP + P
H2O
RANGKAIAN TRANSPOR ELEKTRON
ATP
food
PROTEIN
KARBOHIDRAT
amino acids
sugars
Molekul
lain yang
digunakan
pada
respirasi
GLIKOLISIS
glukosa
Asam piruvat
acetyl CoA
DAUR
KREB
NH3
(ammonia)
RANGKAIAN
TRANSPOR
ELEKTRON
LEMAK
glycerol fatty acids