Pi , kloroplas ADP + Pi + cahaya ATP + H2O

Penugasan Kelompok 6.
Metabolic Energy : ATP Metabolism
1. Bioernergy
2. The Role of ATP
3. ATP a generated by phyotosynthetic
( photophosphorilation)
4. ATP synthetic : oxydative phosphorilation in
monochondria.
5. Conclusion
References
Reaksi Oksidasi zat organik , dpt berlangsung :
1. melalui suatu proses pembakaran biasa
2. atau dapat melalui reaksi enzimatis.
Di dalam respirasi, pelepasan energi kimia
meliputi 3 proses :
1. Oksidasi (dehidrogenasi = pelepasan Hidrogen)
2. Perombakan molekul
3. Pemindahan Energi ( fosforilasi)
1) molekul-2
organik
intermediat
enzim
2) Donor H
H2O
3) ADP, Pi
ATP
CO2
Oksidasi biologi
1.
Reaksi antara zat dengan mol O2
A + (O)
AO
2. Pelepasan hidrogen (hidrogenase) atau
pelepasan elektron
XH2 +
Y
YH2 + X
X di-oksidasi pd proses dehidrogenase
Y merupakan aseptor hidrogenase ( y direduksi ) dan
enzimnya dehidrogenase
Reduksi = adalah proses penangkapan elektron-2
atau penangkapan hidrogen
oksidasi
( - elektron )
A
B
reduksi
( + elektron )
Jika didalam suatu reaksi salah satu gugusan mengalami OKSIDASI,
maka harus ada gugusan lainnya yang mengalami REDUKSI
A +
B
A (ter-0ksidasi ) + B (ter-reduksi)
Contoh Reaksi Oksidasi-reduksi
proses oksidasi
Zat organik + O2
CO2 + H2O
proses Reduksi
XH2 + Y
YH2
+ X
YH2
NAD
Y
NADH2
dehidrogenase
FADH2
FAD
Sit
Sit 2H
H2O
½ O2
sitokhrom oxidase
Dehidrogenase khusus NAD , hanya dpt mengkatalisa
pemindahan hidrogen dari substrat ke NAD
XH2
X
-
Y
H2O
YH2
½ O2
Reaksi oksidasi – reduksi
Y sebagai akseptor H
Oksigen biasanya sbg akseptor H yg terakhir
X dan Y sbg Hidrogen akseptor sebelum
Oksigen
Akseptor Hidrogen dalam Organisme
ada 3 bentuk utama :
1. Coenzim I
: NAD (nikotinamida
dinukleotida )
2. Co-enzim II : NADP (nikotin amida
dinukleotida fosfat )
3. FAD
: flavo adenin dinukleotida
bentuk tereduksi NADH = NAD+ + H+ + 2 eNADPH = NADP+ + H+ + 2 eFADH2 = FAD
+ 2 H+ + 2 e-
Fosforilasi = transfer energi membentuk ikatan kaya energi (
asam fosfat/fosfat ). Energi ini sewaktu-waktu dpt
dilepaskan utk menjalankan reaksi endergonik, ttp jika
belum dipakai, maka tersimpan dlm bentuk ATP.
Fosforilasi tingkat substrat (Substrate -level phosphorilation)
Terjadi pd proses pembongkaran substrat (KH, glukose)
pd glikolisis (respirasi) , melalui dehidrogenase langsung
membentuk suatu ikatan energi tinggi dan baru kemudian
terjadi fosforilasi.
Contoh 1 mol glukose yg masuk dlm lintasan glikolisis
menghasilkan sintesis 2 mol ATP , sehubungan dg transfer
langsung gugusan fosfat dari mol substrat ke ATP.
Persamaan fotosintesis (Alan Stemler & Richard
Radmer, 1975 ) :
kloroplas
nCO2 + 2nH2O + cahaya
(CH2O)n + nCO2 + nH2O
Perhatikan :
1. Rangkuman persamaan fotosintesis, tidak menyebutkan ttg
ATP, NADPH, atau NADP+ , alasannya : krn setelah
ATP dan NADPH terbentuk, energinya digunakan dlm
proses reduksi CO2 dan sintesis Karbohidrat., dan ADP
dan Pi serta NADP+ dilepaskan lagi.
2. ADP dan Pi segera dirubah menjadi ATP oleh oleh energi
cahaya, dan secepat itu pula ATP dirombak ketika
fotosintesis terjadi, pd laju yg tetap.
Fungsi Cahaya dlm fotosintesis ,
1. Mengangkut elektron dari H2O untuk mereduksi NADP+
menjadi NADPH
2. Menyediakan energi untuk membentuk ATP dari
ADP + Pi ,
kloroplas
ADP + Pi + cahaya
ATP + H2O
- ATP disintesis dlm khloroplas yg hanya saat ada cahaya,
yaitu pd kompleks ATP-sintase. Kompleks ini merupakan
gugus polipeptida yg mengubah ADP dan Pi menjadi ATP
dan H2O. Kompleks ini mengandung sebuah tangkai (
Cfo) yg mendukung bagian spt bola ( CF1) yg terletak di
STROMA.
- ATP yg dihasilkan dlm kloroplas dihasilkan lebih banyak dr
pd fosforilsdi oksidatif dlm mitochondria
Fase Terang :
cahaya
Kloroplas + H2O + ADP + Pi + NADP
½ O2 + ATP + NADPH2
Fase Gelap :
gelap
Kloroplas + O2 + CO + ATP + NADPH2
ADP + Pi + NADP + gula dan pati
Arnon (1984) menemukan bahwa ATP disintesis
dlm kloroplas yg diisolasi hanya pd waktu
cahaya , dan proses ini dsb fosforilasi
fotosintetik (=fotofosforilasi)
kloroplas
ADP + Pi + cahaya
ATP + H2O
Fotosintesis : Terang
Fotosintesis : Terang
FS I dan FS II menggunakan energi cahaya untuk
mengoksidasi H2O , dan secara bersama
memindahkan 2 elektron yg tersedia ke NADP+ ,
membentuk NADPH :
FS II
FS I
2 H2O
O2 + 4 H+
2 NADPH + 2 H+
2DNAP+
Jika cahaya dg panjang gelombang
merah yg lebih panjang, maka laju
fotosintesis bahkan lebih cepat dp yg
diharapkan dari penjumlahan laju bila
setiap warna itu diberikan sendiri-2 .
Sinergisme atau peningkatan ini kemudian
dikenal sbg Efek Peningkatan Emerson.,
Kerjasama antar –fotosistem
1. Aliran elektron nonsiklik melibatkan ke 2
fotosistem & memproduksi NADPH, ATP , O2.
2. Aliran elektron siklik hanya menggunkan FS I
, yg memproduksi ATP ttp tidak NADPH dan
O2. Produksi ATP selama reaksi terang disebut
fotofosforilasi.
3.Mekanismenya ialah kemiosmosis.
4. Reaksi redoks rantai transport elektron yg
menghubung-kan ke-2 FS ini menghasilkan
gradien H+ melintasi membran tilakoid .
5. ATP sintase menggunakan gaya gerak-proton
ini untuk membuat ATP.
Reaksi
Gelap
Fase Karboksilasi = adalah pengikatan CO2 kepada RBP
atau RuBP yg dikatalisis oleh enzim Rubisco dan
menghasilkan 2 mol PGA.
Fase reduksi= gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi
menjadi sebuah gugus aldehyda dalam
3-fosfogliseraldehida ( 3-PGaldehida)
Fase Regenerasi
= yg diregenerasi adalah RuBP, yang
diperlukan untuk bereaksi dg CO2 tambahan yg berdifusi
secara konstan ke dlm daun melalaui stomata.
ENERGY BALANCE
6CO2 + 18 ATP + 12 NADPH
C6H12O6 + 18 (ADP+Pi) + 12 NADP + 6 H2O
18 ATP
= > 140 kcal
Thus the energy input is
12 NADPH = > 615 kcal
= 755 kcal
The energy recovered in hexose is about 670 kcal/mole,
,which represents an efficiency of nearly 90 %.
The wasted 10% is the energy input used to keep the cycle
running.
Fosforilasi Oksidatif
1. Pembentukan ATP dari ADP dan Pi secara
tidak langsung didorong oleh kecenderungan
O2 secara termodinamika untuk reduksi , dan
proses ini dikatalisis oleh faktor ATPsintase. Merupakan pembentukan ATP dlm
respirasi, di dalam mitochondria.
2. ATP kmd dipindah dg segera melintasi
membran-luar yg jauh lebih permeabel
menuju sitosol, tempat ATP menjalankan
fungsinya.
1.
2.
3.
4.
Faktor-2 yg mempengaruhi fosforilasi
oksidatif, a.l
Dinitrifenol mempercepat pengangkutan
elektron dan respirasi, krn mampu
memperkecil gradien pH.
Ion NH4+ merupakan penghambat ,
meskipun kurang potensial.
Oligomisin ( antibiotika yg dihasilkan sp
Streotomyces)
Asam bongkrekat ( antibiotika yg dihasilkan
sp Pseudomonas).
RESPIRASI
Tahap 1. Glikolisis
Tahap 2
Oksidasi Isocitrate sampai terbentuk Succinyl CoA
NADH yg terdapat di mitokondria berasal dari 3
proses utama :
1. daur Krebs
2. glikolisis
3. di daun : oksidasi glisin yang dihasilkan
selama proses fotorespirasi ( pd tanaman tipe C3)
Jika NADH dioksidasi, akan dihasilkan ATP.
Di Kloroplas , NADP+ sangat melimpah.
Sebaliknya di Mitokondria, NAD+ yg digunakan
sebagai enzim dehidrogenase
Fungsi Utama siklus Krebs :
1. Reduksi NAD+ dan ubiquinon menjadi elektron
donor NADH dan ubikuinol, yg akan dioksidasi
utk menghasilkan ATP.
2. Sintesis langsung ATP dalam jumlah terbatas (
1 ATP utk setiap piruvat yg dioksidasi)
3. Pembentukan `kerangka carbon yg dpat digunakan
utk mengsintesis asam amino ttt yg kmd diubah
Fosforilasi Oksidatif
1. Utk tiap NADH yg dilepaskan pd glikolisis dan utk tiap ubikuinol yg
dibtuk pd daur Krebs oleh oksidasi suksinat, hanya terbentuk 2 ATP.
2. Glikolisis menghasilkan 2 ATP dan 2 NADH untuk tiap Hexosa yg
digunakan. NADH yg dioksidasi oleh pengangkutan elektron
menghasilkan 2 ATP. Total menjadi = 6 ATP.
3. Daur Krebs menyumbang 2 ATP per mol Hexosa atau per 2 piruvat,
bila suksinil CoA dipecah menjadi suksinat dan CoASH. Daur ini
juga menghasilkan 8 NADH per Hexosa di matriks mitokondria.dan
tiap NADH menghasilkan 3 ATP, atau 24 ATP per hexosa.
4. Setiap ubikuinol dari daur Krebz menghasilkan 2 ATP oleh
fosforilasi 0ksidatif, atau 4 ATP per Hexosa.
TOTAL daur Krebs = 30 ATP per Hexosa, di tambah 6 dari Glikolisis
.= 36 ATP.
1 mol glukose , menghasilkan 2 piruvat, dlm glikolisis.
Maka 1 glukose yang masuk siklus Krebs, dpt ditulis :
2 Piruvat + 8 NAD+ + 2 Ubikuinon + 2 ADP2- + 2
H2PO4- + 4 H2O
6 CO2 + 2 ATP3- + 8 NADH + 8 H+
+ 2 ubikuinol.
Katabolisme asam lemak, melalui jalur β oksidase:
1 mol NADH , setara 2 ATP
1 Mol asetil-Coa, setara 12 ATP
1 mol propionil-Coa
, setara 4 ATP
1 mol as piruvat, setara 3 ATP
Setiap pemotongan : 2 atom C , menghasilkan 5 ATP
Contoh: senyawa lemak yg dirombak
1) asam hexonoat ( 6 atom C , jumlah atom C genap)
c
c
c
c
c
c
2 kali pemotongan = 2 x 5 =
10 ATP
3 asetil-Coa
= 3 x 12 = 36 ATP
jumlah
= 46 ATP - 2 ATP
= 44 ATP
2) Asam lemak 15 C ( ganjil)
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
- 6 kali pemotongan = 6 x 5 = 30 ATP
- 6 acetyl CoA
= 6 x 12 = 72 ATP
- 1 propionyl CoA = 1 x 4 = 4 ATP
106 ATP - 2 ATP = 104 ATP
C
Contoh pada Substrat Karbohidrat :
hexosa ( = 6 atom C ) ( sumber Salisbury & Ross, 1992)
glikolisis
Siklus Krebs
= 2 ATP
2 NADH ( 2 x 2 )= 4 ATP
= 6 ATP
= 2 ATP
8 NADH ( 8 x 3 ) = 24 ATP
2 ubikuinol (2 x 2) = 4 ATP
= 36 ATP
Oksidasi Glukose
secara sempurna ( Sitompul, 1995)
1. Glikolisis ---- fosforilasi tingkat substrat
2 ATP
2. Glikolisis –TCA (Cytosol) -- 2 NADH x 2,6 5 ATP
3. TCA -- fosforilasi tingkat substrat
2 ATP
- via malate
 8 NADH x 2,6
20 ATP
- via Succinat
 2 FADH2 x 1,7
3 ATP
32 ATP
Sumber :
Campbell,N.A., J.B. Reece and L.G. Mitchell.
2000. BIOLOGY. Terjemahan. Fifth Edition.
Penerbit Erlangga. Jakarta.
Halaman …….165 dan hal 173
Untuk setiap mol glucose yang dirombak
menjadi CO2 dan air oleh respirasi, sel ini
menghasilkan kira-2 38 mol ATP.
1. Dengan mengasumsikan bhw yg aktif adlah jenis
bolak-balik yg menghasilkan lebih banyak energi,
kita dapat menambahkan max sebnyak 34 ATP yg
dihasilkanoleh fosforilasi oksidatif ke selisih 4
ATP dari fosforilasi tingkat substrat, sehingga
didapat 38 ATP pada garis terbawah. Dan ini agak
tinggi utk per glucose.
2. Efisiensi respirasi (dugaan kasar ) : oksidasi
sempurna per mol glucose melepaskan energi 686
kcal ( ΔG= - 686 kcal/mol).
3. Fosforilasi ADP utk membentuk ATP menyimpan
sedikitnya 7,3 kcal/ mol ATP. Oki efisiensi respirasi= 7,3 x 38 ATP, dibagi 686 = kira-2 40%.
ATP
A - P
3
P
2
P
1
AMP + H2O
adenosin + Pi
ADP + H2O
AMP + Pi
ATP + H2O
ADP + Pi
Kharacteristic siklus Fotosintesis Tan tipe C4
Asam C4 yg
Ditransp
Enzim dekarboksilasi
Nama
Asam C3
yg ditransp
Contoh
Malate
Enzim malate NADP-ME
yg tergantung
NADP (klroplas)
pyruvat
jagung, tebu,
cabgrass
shorgum
Aspartate
enzim malate
NAD-ME
yg tergantung
NAD (mitikond)
Alanine
Milet &
pigweed,
Panicum sp
Aspartate
Enzim PEPcarbo- PEP-CK
xykinase (cytoplasma)
Alanine/
piruvate
Guinea grass,
Panicum maximum