Biologi Oksidasi - Repository Unand

BIOLOGI OKSIDASI
&
RESPIRASI SEL
Dra.Yustini Alioes,MSi,Apt
Bagian Biokimia Fakultas Kedokteran
Universitas Andalas
Padang
Definisi
• Oksidasi = pengurangan elektron / ion H+
• Reduksi = penambahan elektron / ion H+
• Contoh oksidasi:
e
Fe2+
Fe3+
• Tujuan BO: untuk menghasilkan energi
2
Enzim Oksidoreduktase
•
•
Adalah sekelompok enzim yang terlibat
dalam reaksi reduksi-oksidasi
Terdiri dari :
1. Oksidase
2. Dehidrogenase
3. Hidroperoksidase
4. Oksigenase
3
1. Oksidase
• Mengkatalisis pengeluaran hidrogen dari
substrat dgn menggunakan oksigen sebagai
akseptor hidrogen.
• Enzim-enzim tsb membentuk;
- air
(H2O)
- hidrogenperoksida (H2O2)
4
Enzim Oksidase
AH2
½ O2
AH2
O2
Oksidase
A
(1) Air
H 2O
A
H2O 2
(2) Hidrogenperoksida
5
Enzim Oksidase
1. Sitokrom oksidase
2. Oksidase dgn flavoprotein;
- Asam L-amino oksidase
- Xantin oksidase
- Glukosa oksidase
- Aldehid dehidrogenase
6
Sitokrom Oksidase
•
•
Adalah
hemoprotein dengan
prostetik heme.
Enzim ini dapat dirusak oleh:
- karbonmonoksida
- sianida
- hidrogen sulfida
gugus
7
Flavoprotein
•
Kelompok enzim ini memiliki gugus
prostetik flavin mononukleotida (FMN) atau
flavin adenin dinukleotida (FAD).
•
Gugus prostetik tsb dibentuk dari riboflavin.
8
2. Dehidrogenase
Memiliki 2 fungsi utama:
1. - Memindahkan H dlm reaksi redoks.
- Sering memakai koenzim NAD+/NADP+
yg membutuhkan niasin.
2. - Sebagai komponen rantai respirasi.
9
Rangkaian Reaksi Dehidrogenase
AH2
Pembawa
BH2
(red)
(oks)
(red)
A
Pembawa-H2
(oks)
(red)
A
dehidrogenase
B
(oks)
B
dehidrogenase
10
3. Hidroperoksidase
•
•
•
Kelompok enzim ini melindungi tubuh
terhadap peroksida,
Karena akumulasi peroksida dapat
mencetuskan radikal bebas yg merusak
membran sel.
Terdiri dari 2 macam enzim:
1. Peroksidase
2. Katalase
11
Peroksidase
•
Banyak terdapat dalam susu, leukosit,
platelet, dan jaringan lain yg terlibat dalam
metabolisme eikosanoid.
•
Hidrogen peroksida direduksi dengan
mengorbankan substansi seperti; askorbat,
kuinon, & sitokrom C.
12
Peroksidase
H2O2 + AH2
2H2O + A
13
Peroksidase
Glutation peroksidase dgn gugus
prostetik selenium bekerjasama
dengan
glutation
tereduksi
melindungi
membran
lipid
&
hemoglobin terhadap oksidasi oleh
senyawa peroksida.
14
Katalase
•
•
•
Enzim ini banyak terdapat dalam;
darah, sumsum tulang, membran mukosa,
ginjal, dan hepar.
Berfungsi menghancurkan H2O2 yang
terbentuk oleh kerja oksidase.
Katalase & oksidase ini terdapat di dalam
peroksisom.
15
Katalase & Oksidase
A’H2
AH2
O2
A’
A
H2O2 Katalase 2H2O
Oksidase
H2O2
O2
16
4. Oksigenase
•
•
Enzim dalam kelompok ini mengkatalisis
pemindahan & inkorporasi (penyatuan)
oksigen ke dalam molekul substrat.
Terdiri dari:
- Dioksigenase
- Monooksigenase
17
Dioksigenase
•
•
Penyatuan molekul O2 ke substrat.
Terdiri dari:
1. Enzim yg mengandung Fe, seperti;
- homogentisat dioksigenase
2. Enzim yg menggunakan heme, seperti;
L-triptofan dioksigenase (triptofan
pirolase) dalam hepar
18
Monooksigenase
•
Penyatuan hanya satu atom molekul O ke
dalam substrat.
•
Atom O lainnya direduksi menjadi air.
19
Monooksigenase Sitokrom P450
•
•
•
Enzim ini terdapat dalam mikrosom sel
hepar.
Membutuhkan NADH & NADPH untuk
dioksidasi dalam reaksi yang disebut siklus
hidroksilase.
Penting untuk hidroksilasi obat-obatan
20
Organisme Autotrofik
•
•
•
Artinya memberi makan diri sendiri.
Organisme ini memperoleh pasokan energi
bebas melalui perangkaian metabolismenya dgn proses eksergonik sederhana
tertentu dalam lingkungan sekitarnya.
Contoh;
Tumbuhan hijau menggunakan energi
dari cahaya matahari untuk fotosintesis.
21
Organisme Heterotrofik
•
•
•
Artinya tidak mencukupi diri sendiri.
Adalah organisme yang memperoleh
pasokan energi bebas melalui perangkaian
metabolismenya dgn pemecahan molekul
organik komplek dalam lingkungannya.
Pada proses ini, ATP (Adenosin Trifosfat)
berperan dalam pemindahan energi bebas
dari proses eksergonik kepada proses
endergonik.
22
Adenosin Trifosfat (ATP)
•
•
•
•
Adalah nukleotida trifosfat yg mengandung
adenin, ribosa, & 3 gugus fosfat.
Agar dapat bekerja, ATP membentuk
komplek Mg2+.
ATP mengandung 2 gugus fosfat-berenergi
tinggi & sebuah fosfat berenergi-rendah
(ikatan ester biasa).
Gugus fosfat berenergi-tinggi dilambangkan sebagai
P
23
Adenosin Trifosfat (ATP)
NH2
N
N
N
Mg2+
O-O
P
O
N
O-
O
P
O
OO
P
O
CH
O
O
OH
OH
24
Metabolisme
• Reaksi katabolisme (eksergonik) ialah;
Pemecahan atau oksidasi molekul bahan
bakar.
• Reaksi anabolisme (endergonik) ialah;
Reaksi sintesis berbagai substansi.
• Jadi, Metabolisme ialah;
Kombinasi proses katabolik dan anabolik.
25
Metabolisme
Suatu proses endergonik tidak dapat berjalan
sendiri,
tetapi harus menjadi komponen suatu sistem
eksergonik-endergonik yg berpasangan,
sehingga keseluruhan perubahan
(netto) bersifat eksergonik.
bersih
26
Siklus ATP/ADP
•
•
•
Berperan untuk menghubungkan prosesproses yg menghasilkan P-berenergi-tinggi
dgn proses yg menggunakan P-berenergitinggi.
ATP dikonsumsi & dibentuk kembali secara
kontinu.
Depot ATP/ADP sangat kecil, sehingga
hanya cukup untuk mempertahankan
jaringan aktif dlm waktu beberapa detik
saja.
27
Siklus ATP/ADP
ATP
CO2
Pernapasan:
pembentukan energi
dari; - karbohidrat
- lemak
- protein
Penggunaan energi:
- biosintesis makromolekul
- kontraksi otot
- transpor ion aktif
- termogenesis
O2
ADP + Pi
28
Sumber Utama P-berenergi-tinggi
1. Fosforilasi oksidasi;
-Sumber P terbesar dlm organisme aerobik.
-Energi bebasnya berasal dari oksidasi
rantai respirasi.
2. Glikolisis;
-Pembentukan dua P dari hasil katalisis
fosfogliserat kinase & piruvat kinase.
3. Daur Krebs;
-Satu P-berenergi-tinggi dibentuk pada
tahap suksinil tiokinase.
29
Peran Rantai Respirasi
asam lemak
+
gliserol
b-oksidasi
ATP
O2
glukosa
Asetil KoA
SAS
2H
H2O
rantai respirasi
ADP
Asam amino
mitokondria
30
31
Rantai Respirasi
•
•
•
Penyedia sebagian besar energi untuk
metabolisme melalui fosforilasi oksidatif.
Komponen rantai respirasi tersusun dari
potensial redok lebih negatif ke komponen
dengan potensial redoks yg lebih positif.
Jalur ini mengumpulkan & mengoksidasi
sejumlah ekuivalen pereduksi (-H atau e)
yang dihasilkan dari oksidasi karbohidrat,
asam lemak, & protein.
32
33
Produk ATP pada Fosforilasi Oksidatif
Berdasarkan hipotesis kimiosmotik dari Mitchell
yaitu;
rantai bekerja --> proton dipompa keluar
dari membran dlm mitokondria --> pH antar
membran turun --> proton balik ke dalam
matrik lewat tonjolan ATP-sintase-->
fosforilasi ADP menjadi ATP.
34
Produk ATP pada Fosforilasi Oksidatif
•
•
•
Diperkirakan satu ATP disintesis setiap dua
proton melewati tonjolan tsb.
Hasilnya ialah;
- 3 mol. ATP utk oksidasi 1 mol. NADH
- 2 mol. ATP utk oksidasi 1 mol. FADH2
Laju fosforilasi oksidatif dikendalikan oleh;
NADH, oksigen, ADP
35
ATP Sintase
36
Kepustakaan
• Marks, DB., Marks, AD., Smith CM. Basic medical
biochemistry: a clinical approach. 1996. Dalam: B.U.
Pendit,
penerjemah.
Biokimia Kedokteran Dasar:
Sebuah Pendekatan Klinis. Eds. J. Suyono., V. Sadikin.,
L.I. Mandera. Jakarta: EGC, 2000
• R.K. Murray, D.K. Granner, P.A. Mayes, V.W. Rodwell
Harper’s Biochemistry. 27th ed. McGraw-Hill Companies,
New York. 2006.
37