BIOENERGETIKA

dr. Sudarno, M.Kes.
BIOENERGETIKA
MEMPELAJARI DINAMIKA/ PERUBAHAN ENERGI
PADA REAKSI BIOKIMIAWI (REAKSI KIMIA
PADA ORGANISME)
• PADA ILMU KIMIA TELAH DIKENAL ADANYA:
1.REAKSI
EKSOTERMIS:
REAKSI
YG
MENGHASILKAN PANAS
2.REAKSI
ENDOTERMIS:
REAKSI
YG
MEMERLUKAN PANAS
PADA SISTEM NON BIOLOGIS ENERGI PANAS
DAPAT DIUBAH MENJADI ENERGI MEKANIS
ATAU ENERGI LISTRIK
PADA SISTEM BIOLOGIS:
• MANUSIA BERSIFAT ISOTERMIS (SUHU TUBUH
KONSTAN).
• MANUSIA MENGGUNAKAN
PANAS YANG
TERBENTUK PADA SUATU REAKSI ANTARA LAIN
UNTUK MEMPERTAHANKAN SUHU TUBUH TETAPI
TIDAK DAPAT MENGUBAHNYA MENJADI ENERGI
MEKANIK ATAU ENERGI LISTRIK, SISA PANAS
AKAN DIBUANG KE LUAR. OLEH KARENA ITU
YANG
LEBIH
PENTING
DIPERHITUNGKAN
ADALAH BENTUK ENERGI KIMIA (ATP DLL)
• PADA SISTEM BIOLOGIS PROSES YG MEMERLUKAN
ENERGI
MENDAPATKANNYA
DENGAN
CARA
MENGAITKAN REAKSI YG PERLU ENERGI (REAKSI
ENDERGONIK) DENGAN DENGAN REAKSI YANG
MENGHASILKAN ENERGI (REAKSI EKSERGONIK)
• R. EKSERGONIK 1 
2 ~E
3
4
 PROSES SINTESIS
 KONTRAKSI OTOT
PENGHANTARAN SARAF
TRANSPOR AKTIF
Eksergonik
G
Panas
Energi
kimia
E
Eks
Endergonik
~E
End
• MEKANISME PENGAITAN:
 1. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA ANTARA:
A + C  | SA |  B + D
 2. MELALUI PEMBENTUKAN SENYAWA KAYA ENERGI
(~ E )
AD2:
CARA: SUATU SENYAWA (E) AKAN MENANGKAP ENERGI YG
DIHASILKAN OLEH REAKSI EKSERGONIK  ~E, DAN
KEMUDIAN ~E AKAN MEMBERIKAN ENERGINYA UNTUK
REAKSI ENDERGONIK
~ ADALAH SIMBOL UNTUK
MENUNJUKKAN
IKATAN
BERENERGI TINGGI
• SENYAWA KAYA ENERGI (~ E ) YG PALING BANYAK
DIDAPAT ADALAH ATP: ADENOSIN – P ~ P ~ P
SENYAWA KAYA ENERGI (~E)
• ATP: ADENOSIN – P ~ P ~ P (ADENOSIN
TRIFOSFAT)
 ATP ADALAH SUATU NUKLEOTIDA YG DALAM
BENTUK AKTIFNYA MEMBENTUK KOMPLEKS
DENGAN Mg++ ATAU Mn++
 PERANAN ATP SBG PEMBAWA ENERGI TERLETAK
PADA GUGUSAN TRIFOSFAT YG MENGANDUNG 2
IKATAN FOSFOANHIDRID. HIDROLISIS IKATAN INI
AKAN MELEPASKAN BANYAK ENERGI BEBAS.
 ANALOG ATP : GTP, CTP, UTP


SENYAWA KAYA ENERGI (~ E ) LAINNYA
MISALNYA FOSFOENOLPIRUVAT,
KREATINFOSFAT ( ADA SIMBOL IKATAN
BERTENAGA TINGGI (~)
TUMBUHAN MENDAPATKAN ENERGINYA DARI
FOTOSINTESIS SEDANGKAN HEWAN DAN MANUSIA
MENDAPATKANNYA DARI BAHAN MAKANAN
PERUBAHAN ENERGI BEBAS
• PADA REAKSI A + B ==== C + D
SECARA TERMODINAMIKA:
APABILA Δ G < 0  DIKATAKAN REAKSI KE
KANAN
BERSIFAT
EKSERGONIK
(DAPAT
BERLANGSUNG SPONTAN)
APABILA Δ G =
0
 DIKATAKAN REAKSI
SETIMBANG
APABILA Δ G > 0  DIKATAKAN REAKSI KE
KANAN BERSIFAT ENDERGONIK (TIDAK DAPAT
BERLANGSUNG SPONTAN,
KARENA UNTUK
DAPAT
BERLANGSUNG
PERLU
ENERGI/
DIKAITKAN DGN REAKSI EKSERGONIK)

REAKSI BIOKIMIA DI DALAM SEL UMUMNYA
TAK DAPAT BERLANGSUNG DGN SENDIRINYA
OLEH KARENA ADANYA HAMBATAN ENERGI
(ENERGY BARRIER)  JADI PERLU ENZIM
UNTUK MENGATASI HAMBATAN ENERGI INI
( ENZIM MENURUNKAN ENERGI AKTIVASI ,
TETAPI TIDAK MENGUBAH HARGA Δ G )
SKEMA
kead. transisi
tanpa katalisator
E. bebas
E. level
=
G
Ea
dgn katalisator inorg
Ea'
dgn enzim
Ea''
kead. awal
G = Perubahan
E. bebas
kead. akhir
Perjalanan
reaksi
OKSIDASI BIOLOGIS
ENZIM DAN KOENZIM REAKSI REDOKS
• 1. OKSIDASE
 MENGKATALISIS PEMBEBASAN HIDROGEN DARI SUBSTRAT
DAN
SECARA ALAMI MENGGUNAKAN O2 SEBAGAI AKSEPTORNYA.
 MENGHASILKAN H2O ATAU H2O2
AH2 + ½ O2 === A + H2O
AH2 + O2 === A + H2O2
OKSIDASE
OKSIDASE
 SEBAGIAN MENGANDUNG FAD/FMN SEBAGAI GUGUS
PROSTETIK  JADI MERUPAKAN FLAVOPROTEIN
CONTOH: L-ASAM AMINO OKSIDASE, GLUKOSA OKSIDASE,
ALDEHID DEHIDROGENASE
REAKSI : FP + AH2 === FPH2 + A LALU FPH2 +O2 === FP + H2O2
BILA JUGA MENGANDUNG LOGAM DISEBUT
METALLOFLAVOPROTEIN
 SEBAGIAN TIDAK MENGANDUNG FLAVIN
CONTOH: SITOKROM OKSIDASE (MENGANDUNG Cu)
•
2. DEHIDROGENASE
TIDAK DAPAT MENGGUNAKAN O2 SEBAGAI
AKSEPTOR HIDROGEN YANG DIBEBASKAN DARI
SUBSTRAT.
MACAM :
1. YANG TERKAIT RANTAI RESPIRASI
A. DEHIDROGENASE NAD PADA RANTAI RESPIRASI
B. DEHIDROGENASE YG PERLU RIBOFLAVIN (FMN /
FAD)
YG TERKAIT RANTAI RESPIRASI
C. SITOKROM2 KECUALI SITOKROM OKSIDASE
R.R. : S  NAD+  Fp  Q  SISTEM SITOKROM
 O2
2. YANG TAK TERKAIT RANTAI RESPIRASI;
a.
AH2
P
A
DEHIDROGENASE KHUSUS A
PH2
BH2
B
DEHIDROGENASE KHUSUS B
MEMUNGKINKAN PROSES OKSIDATIF BERLANGSUNG DALAM KEADAAN ANAEROB
CONTOH : LAKTAT DEHIDROGENASE (LDH)
PIRUVAT + NADH + H+ === LAKTAT + NAD+
b.
DEHIDROGENASE NADP
NADPH DIPAKAI UNTUK SINTESIS ASAM LEMAK, STEROID DLL.
3. HIDROPEROKSIDASE: SUBSTRATNYA H2O2
1. PEROKSIDASE :
H2O2 + AH2  2 H2O + A
2. KATALASE
H2O2 + H2O2  2 H2O + O2
4. OKSIGENASE :
1. MONOOKSIGENASE (HIDROKSILASE)
AH2 + O2 + ZH2  AOH + H2O + Z
CONTOH: ENZIM2 PADA SINTESIS STEROID
ENZIM2 HIDROKSILASI OBAT2-AN
2. DIOKSIGENASE (OKSIGEN TRANSFERASE) : A + O2  AO2
PEMBENTUKAN ATP

PEMBENTUKAN ATP DALAM SEL :
1. PEMBENTUKAN ATP PADA TINGKAT RANTAI RESPIRASI
TERJADI DALAM MITOKONDRIA
CARA PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA
2. PEMBENTUKAN ATP PADA TINGKAT SUBSTRAT:
LEWAT REAKSI BIASA
MISALNYA :
fosfogliserat kinase
1,3 BISFOSFOGLISERAT + ADP + Pi
3 FOSFOGLISERAT + ATP
RANTAI RESPIRASI
RANTAI RESPIRASI
• MITOKONDRIA
 TEMPAT PEMBENTUKAN ATP PALING UTAMA DALAM SEL, SEBAB
A. MENGANDUNG JALUR/ DAUR YANG BYK MENGHASILKAN
ENERGI:
1. SIKLUS ASAM SITRAT
2. OKSIDASI BETA ASAM LEMAK  MENGHASILKAN ASETIL
KO-A
 MASUK SIKLUS ASAM SITRAT
B. TEMPAT BERLANGSUNGNYA RANTAI RESPIRASI
JADI JALUR/ DAUR TSB DI ATAS MENYEDIAKAN BAHAN BAKU
H+ DAN ELEKTRON YG AKAN MASUK KE RANTAI RESPIRASI
(PABRIK ATP, MEMBENTUK ATP DARI ADP + Pi DENGAN
BANTUAN
ENZIM ATP SINTASE). H+ DAN ELEKTRON
AKHIRNYA DENGAN OKSIGEN MEMBENTUK H2O.
SUKSINAT
Fp(FAD)
ATP
ATP
ATP
S  NAD+  Fp  Q  SIT b  SIT c1  SIT c  SIT a  SIT a3  ½O2
(FMN)
ADP + Pi
ADP +Pi
ADP + Pi
SITE I
SITE II
SITE III
NAD = NIKOTINAMID ADENIN DINUKLEOTIDA
FAD = FLAVIN ADENIN DINUKLEOTIDA
Q = KOENZIM Q = UBIQUINON
NAD+  NADH + H+

Fp  FpH2

Q  QH2

SISTEM SITOKROM

½ O2  H2O
 ALIRAN ELEKTRON: DARI YG ELEKTRONEGATIF KE YG
ELEKTROPOSITIF
 SEBELUM SIT a3 TERGOLONG DEHIDROGENASE
 SIT a3 TERGOLONG OKSIDASE , JADI DISEBUT
SITOKROM OKSIDASE
• RANTAI RESPIRASI MERUPAKAN SERANGKAIAN
KATALISATOR DALAM MITOKONDRIA UNTUK TRANSPOR
HIDROGEN ATAU H+ DAN e- UNTUK AKHIRNYA
DIREAKSIKAN DENGAN O2 MEMBENTUK H2O
• RANTAI RESPIRASI HANYA BERJALAN DALAM KEADAAN
AEROB (ADA O2 )
• PADA RANTAI RESPIRASI TERJADI 3 HAL:
1.TRANSPOR HIDROGEN ATAU H+ DAN e-  RANGKAIAN
PROSES OKSIDASI
2. PEMBENTUKAN ATP : PROSES FOSFORILASI OKSIDATIF
3. PEMAKAIAN O2
JUMLAH ATP YANG TERBENTUK:
 LEWAT DEHIDROGENASE NAD : RATIO P:O = 3:1
 LEWAT DEHIDROGENASE FAD TANPA LEWAT NAD :
RATIO P:O=2:1
INHIBITOR RANTAI RESPIRASI
SUKSINAT
Fp (FAD)
S  NAD+  Fp  Q  SIT b SIT c1 SIT c SIT a SIT a3 ½O2
(FMN)
I
II
III
INHIBITOR SISTEM RANTAI RESPIRASI ADALAH SENYAWA2 YANG
MENGAKIBATKAN : - RANTAI RESPIRASI TIDAK BERJALAN
- ATP TIDAK TERBENTUK
•
1.
2.
3.
TITIK TANGKAP:
SITE I : PIERICIDIN A, AMOBARBITAL, ROTENON
SITE II: BAL, ANTIMYCIN A
SITE III: H2S, CO, CN-
AD 1 DAN 2: MENGHAMBAT ALIRAN ELEKTRON  TAK
TERBENTUK ATP
AD 3 : MENGHAMBAT PEMAKAIAN O2  TAK TERBENTUK
ATP
•
OLIGOMISIN : MENGHAMBAT FOSFORILASI ADP
•
ATRAKTILOSIDA : MENGHAMBAT TRANSPOR ADP MASUK
DAN ATP KE LUAR MITOKONDRIA
ASAM BONGKREK : SEPERTI ATRAKTILOSIDA
• UNCOUPLER :
CONTOH: 2,4 DINITROFENOL
• MENGHAMBAT PEMBENTUKAN ATP
TETAPI TIDAK MENGHAMBAT OKSIDASI
SUBSTRAT MAUPUN PEMAKAIAN O2
OKSIDASI NADH DARI LUAR
MITOKONDRIA
NADH TIDAK DAPAT MENEMBUS MEMBRAN MITOKONDRIA 
OKSIDASI DITERUSKAN SECARA TAK LANGSUNG :
1. LEWAT MALAT SHUTTLE: 1 MOL NADH + H+  3 MOL ATP
2. LEWAT α-GLISEROFOSFAT SHUTTLE
NAD+
GLISEROL-3P
GLISEROL-3P
NADH+ H+
DHAP
DHAP
SITOSOL
MEMBRAN
FAD
FADH2
MITOKONDRIA
DHAP = DIHIDROKSIASETON FOSFAT
1 MOL NADH + H+  2 MOL ATP
HIPOTESIS KIMIA OSMOTIK
M
Membran dalam
----- A
mitokondria
RUANG
INTERMEMBRAN
T
R
I
X
M
I
T
NADH + O2
RANTAI RESPIRASI
H+
H+
H+
H+
H+
H+
NAD+ + H2O
ADP + Pi
H+
ATP
H+
H+
ATP SINTASE
H+
2,4 DINITROFENOL (UNCOUPLER)
• MITCHELL MENYEBUTKAN BAHWA OKSIDASI DAN
FOSFORILASI DIKAITKAN OLEH GRADIEN PROTON.
• GRADIEN ELEKTROKIMIA (GRADIEN PROTON)
DIBENTUK OLEH POMPA PROTON PADA MEMBRANDALAM MITOKONDRIA.
• POMPA PROTON TSB DIOPERASIKAN OLEH ALIRAN
ELEKTRON DAN MENGAKIBATKAN PROTON
DILEMPAR KE LUAR DARI RUANG MATRIX
(MELALUI MEMBRAN ).
• PROTON AKAN BERGERAK KEMBALI MENUJU KE
DALAM MATRIX SESUAI GRADIEN ELEKTROKIMIA,
DAN ENERGI YG DILEPASKAN AKAN DIGUNAKAN
UNTUK SINTESIS ATP DARI ADP DAN Pi OLEH ATP
SINTASE .