Bioenergitika
- 2. BIOENERGITIKA • Bioenergetika atau termodinamika biokimia adalah ilmu pengetahuan mengenai perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. • Bioenergetika adalah studi tentang proses bagaimana sel menggunakan, menyimpan dan melepaskan energi. Komponen utama dalam bioenergetik adalah transformasi energi, atau konversi energi dari suatu bentuk ke bentuk energi yang lain.
- 3. • Sistem nonbiologik dapat menggunakan energi panas untuk melangsungkan kerjanya. energi panas dapat diubah menjadi energi mekanis atau energi listrik. • Namun sistem biologik bersifat isotermik (suhu tubuh konstan) dan menggunakan energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan.
- 4. Pada ilmu kimia telah dikenal adanya : 1. Reaksi eksergonik adalah reaksi yang menghasilkan atau membebaskan energi. 2. Reaksi endergonik adalah reaksi yang memerlukan energi dalam bentuk panas. 3. Coupling reaction adalah Kedua reaksi tersebut saling berkaitan
- 5. Eksergonik & Endergonik • Perubahan metabolit A menjadi metabolit B terjadi dgn pelepasan energi dikaitkan dengan reaksi lain yg memerlukan energi utk mengubah metabolit C menjadi metabolit D • Sejumlah energi yg dilepaskan pada reaksi degradasi dipindahkan ke reaksi sintesis dlm bentuk bukan panas E. B e b a s D C B A Panas Energi Kimia A ke B Eksergonik C ke D Endergonik A + C B + D + Panas Menghasilkan Panas Menghasilkan Energi kimia
- 6. Coupling reaction • Pembentukan senyawa antara • Keuntungan adanya senyawa antara : Dapat mengendalikan kecepatan reaksi
- 7. Coupling mechanisme • Pembentukan senyawa kaya energi (~e). • (~E) menangkap energi dari reaksi eksergonik kemudian dialihkan pada reaksi endergonik. 1 2 3 4 Reaksi Eksergonik Reaksi Endergonik Sinetesis Transport aktif Kontraksi otot Eksitensi saraf E
- 8. Energi bebas • Energi Bebas merupakan energi dalam suatu sistem yang tersedia untuk melakukan kerja. • Perubahan energi bebas (∆G) : adalah bagian dari perubahan energi total pada sistem yang dapat melakukan kerja, yaitu energi yang bermanfaat • Satu sistem yg berbentuk satu reaksi kimia yaitu zat A yang berubah menjadi zat B pada perubahan itu terjadilah perubahan energi bebas
- 9. Hukum termodinamika yang digunakan pada sistem biokimia Hukum Termodinamika I: “energi total suatu sistem, ditambah energi sekitarnya, adalah konstan.” juga merupakan hukum penyimpanan energi Berarti: dalam seluruh sistem, energi tidak pernah hilang atau bertambah selama perubahan, tetapi energi dapat dipindahkan dari satu bagian ke bagian lainnya atau dapat diubah menjadi bentuk energi lain. Misal: Energi kimia diubah menjadi panas, listrik, radiasi atau energi mekanik
- 10. Hukum Termodinamika II: “entropi total suatu sistem harus meningkat bila proses terjadi spontan” Entropi: menyatakan besarnya perubahan suatu sistem dan menjadi maksimum sewaktu sistem mencapai keseimbangan Entropi: derajat ketidak teraturan atau keteracakan sistem. Dalam keadaan suhu & tekanan konstan, hubungan antara perubahan energi bebas (∆G) suatu sistem yg bereaksi dan perubahan entropi semesta (sistem + lingkungan) (∆S) adalah: ∆G = ∆H – T∆S ∆ H : perubahan pada entalpi T : Suhu absolut
- 11. Dalam keadaan reaksi biokimia: ∆G = ∆H – T∆S 1. Jika G negatif (< 0), reaksi disebut eksergonik. Reaksi ini berlangsung secara spontan dengan kehilangan energi bebas, dan reaksi kebalikanya tidak akan dapat berlangsung. 2. Jika G positif (> 0), reaksi disebut endergonik. Reaksi tidak akan terjadi secara spontan ke kanan, dan reaksi kebalikannya akan berlangsung secara spontan. Jika ∆G besar, maka sistem adalah stabil dengan sedikit atau tidak ada kecenderungan untuk terjadi reaksi, 3. Jika G sama dengan 0, reaksi berada dalam keadaan keseimbangan, tidak ada perubahan yang terjadi.
- 12. PERANAN ATP ATP adl suatu nukleotida trifosfat yang mengandung adenin, ribosa, dan 3 gugus fosfat. Peranan atp sebagai pembawa energi terletak pada gugusan trifosfat yg mengandung 2 ikatan fosfoanhidrid. hidrolisis ikatan ini akan melepaskan banyak energi bebas. Pada semua proses ATP memegang peranan utama dlm pemindahan energi bebas dr proses- proses eksergonik ke proses-proses endergonik.
- 13. ATP mempunyai peranan dalam pemindahan radikal fosfat Peranan ATP dalam bioenergetika biokimia diperlihatkan pada percobaan yang menunjukkan bahwa ATP & kreatin fosfat dipecah selama konstraksi otot & disintesis kembali yang tergantung pada suplai energi dari proses-proses oksidatif Pada reaksinya dalam sel, ia berfungsi sebagai kompleks Mg2+
- 15. ATP O P O ~P O ~P O O O O O- O- O- ADP O P O ~P O O O- O- O- AMP O P O O O-
- 18. Rumus empiris: C10H16N5O13P3 Rumus kimia: C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H ADP dan Pi beda: kalau adp mengandung adenin & ribosa. Itu termasuk organik karena masuk ke organ, Kalau Pi itu memisahkan diri menjadi Pi sendiri, itu termasuk anorganik. Pentingnya fosfat pd metabolisme menjadi jelas setelah ditemukan detail kimia dari glikolisis & peranan ATP, ADP dan fosfat anorganik (Pi) pada proses ini.
- 19. fosfat berenergi tinggi Utk menunjukkan adanya gugus fosfat berenergi tinggi Lipmann mengemukan simbol ~ P, menunjukkan ikatan fosfat berenergi tinggi. Simbol ~ P menunjukkan bahwa gugus yang melekat pada ikatan, pada saat peralihan pada suatu akseptor yang tepat, akan mengakibatkan pemindahan kuantitas energi bebas yang lebih besar. ATP mengandung 2 gugus fosfat berenergi tinggi dan ADP mengandung satu, sedangkan ikatan fosfat AMP adalah dari jenis energi rendah krn ikatan ester normal
- 20. sumber utama ~ P • Sumber ~ P yang paling besar pada organisme aerobik adl dr reaksi yg dikatalisis oleh ATP sintetase yg akibatnya membalikkan hidrolisis ATP energi bebas yg mengendalikan proses ini berasal dari reaksi oksidasi rantai pernapasan mitokondria Proses fosforilasi oksidatif adl bagian dari mekanisme dalam sel yg bekerja utk mencapai penyimpanan energi atau pengikatan energi.
- 21. • Sumber kedua adl glikolisis, membentuk total dua ~ P yang terjadi pada reaksi pemecahan glukosa menjadi laktat. 1 molekul glukosa yg dikatabolisme akan membentuk 2 gugus fosfat berenergi tinggi, yaitu 2 mol ATP • Sumber ketiga adl siklus asam sitrat, dimana satu ~ P dihasilkan langsung pada konversi suksinil ko-A menjadi suksinat. • Contoh senyawa energi tinggi: Adenosin Trifosfat, ADP, 1,3 difosfo asam gliserat, fosfoenol piruvat, fosfo guanidin, asetil fosfat, arginin fosfat, keratin fosfat
- 22. PERANAN FOSFAT BERENERGI TINGGI DLM BIOENERGETIKA & PENANGKAPAN ENERGI Utk mempertahankan proses kehidupan, organisme mendapatkan suplai energi bebas dari lingkungannya Organisme autotropik adalah organisme yang mampu menyediakan/mensintesis makanan sendiri Misal: Tumb. hijau menggunakan energi matahari • Organisme heterotropik organisme yang memanfaatkan bahan-bahan organik sebagai makanannya dan bahan tersebut disediakan oleh organisme lain. Yang tergolong heterotrof adalah manusia, hewan, jamur, dan mikroba