Selasa, 15 Desember 2009

Editor: Sussy Listiasasih

BIOENERGETIKA

Dra. Salmah Orbayinah,Apt.,M.Kes

Email: orbayinah_salmah@yahoo.com)

HP: 08122720218

Waa…apa tuh bioenergetika? Baru denger… di SMA blum pernah

denger tuh kata-kata ini,, Walaupun belum pernah denger, setelah

baca pasti temen-temen bakalan familiar dengan istilah-istilah yang

ada di bioenergetika ini. Secara di SMA juga udah dibahas sekilas gitu

loo…Masa siyy??? Baca aja kalo gak percaya…oke, selamat belajar…

^_^

Bioenergetika adalah ilmu yang mempelajari perubahan energi yang

menyertai reaksi biokimia. Ilmu ini berguna pula bagi kepentingan

biomedis, diantaranya:

1. Kelaparan (kekurangan energi dari karbohidrat)

2. Marasmus (kekurangan energi dari protein dan kalori)

3. Obesitas ( kelebihan energi kalori)

Energy berhubungan dengan hukum termodinamika:

Hukum Termodinamika I :

Energi total dari sistem dan lingkungan adalah konstan. Jika

terjadi perubahan, tidak ada energi yang hilang ataupun bertambah,

yang ada hanya perubahan bentuk dari energi satu ke bentuk yang

lain.

Misalnya: perubahan energy dari energy listrik menjadi energi cahaya.

Yang jelas, energi hanya dapat berubah bentuk dan tak dapat

dimusnahkan.

Hukum Termodinamika II :

Entropi total sebuah sistem harus meningkat jika reaksi berjalan

spontan. Entropi yaitu keteracakan sistem, yang mencapai maksimal

jika dalam keadaan kesetimbangan.

ENDERGONIK dan EKSERGONIK

Dalam tubuh, dikenal pula proses ENDERGONIK dan EKSERGONIK.

Dulu dikenal sebagai ENDOTERM dan EKSOTERM, tapi panas tresebut

bukan energi, setiap energy yang diproses pasti menghasilkan panas

dan hanya akan terbuang begitu saja. Di dalam tubuh panas yang

dibuang tersebut adalah ATP. Saat terjadi reaksi endergonik, pasti

nantinya akan diikuti oleh reaksi eksergonik, begitu pula sebaliknya.

Reaksi endergonik dan eksergonik selalu berpasangan. Lihat

gambar….

Endergonik dan eksergonik memiliki perbedaan, yaitu:

• ENDERGONIK :

1. Membutuhkan panas/energi

2. Prosesnya disebut

anabolisme

• EKSERGONIK :

1. Melepas panas

2. Prosesnya disebut

katabolisme

3. Cth: sintesis, kontraksi otot,

eksitasi saraf, transport aktif,

dll.

3. Cth: Respirasi

Kombinasi proses katabolik dan anabolik adalah metabolisme

Gambar 1. Penggabungan reaksi endergonik dan eksergonik

Gambar 2. Pemindahan energy bebas dari reaksi eksergonik ke reksi

endergonik nmelalui senyawa perantara berenergi tinggi ??

Gambar diatas merupakan skema terjadinya energy dari proses

endergonik dan eksergonik. Energy yang dihasilkan adalah energy

kimia dan energy panas. Energy kimia yang dihasilkan adalah ATP

yang nantinya digunakan tubuh untuk beraktifitas, sedangkan panas

Ener gi k im

ia

Pa na s

Ener gi

be ba sE

nd

Eks

AC

DB

A +

C

B +

D +

Pa na s

Ener gi

be ba s A

BC

DE~

E

hanya akan dibuang melalui respirasi, keringat, urine, feses,dll. Itulah

sebabnya ketika kita sedang beraktifitas kita merasa panas dan tubuh

kita menjadi hangat. Itu terjadi karena proses metabolisme berjalan

lancar.

Reaksi eksergonik (mis: respirasi) yang ada di dalam tubuh di

ubah menjadi energy yang nantinya akan digunakan untuk reaksi

endergonik (mis: sintesis, kontraksi otot, eksitasi –hantaran impuls-

saraf, transport aktif). Hubungan peran siklus ATP-ADP terhadap

kontraksi otot ditunjukan pada gambar selanjutnya.

Note:

- Sintesis: sintesis lemak, sintesis protein, sintesis karbohidrat,

sistesis kolesterol.

Reaksieksergonik

1

2

3

4

~ E

Reaksi endergonik

Sintesis

Kontraksi otot

Eksitasi saraf

Transpor aktif

- Kontraksi otot: banyak pekerjaan yang menyebabkan kontraksi

otot, misalnya menyanyi, marah (kegiatan yang paling banyak

mmbutuhkan energy, semua bergerak), berlari.

- Eksitasi saraf: berpikir, belajar.

- Transport aktif: penyebaran glukosa.

- Glukomyogenesis adalah pembentukan karbohidrat yang bukan

dari unsur karbohidrat (sintesis karbohidrat)

- Glukosa cadangan diambil dari glikogen yang berada di hepar

dan otot, misalnya saat olahraga. Prosesnya disebut

glikogenolisis dan glukosanya mengalasi glikolisis yang

menghasilkan ATP untuk energi.

Phosphat energi tinggi memegang peranan utama dalam

penangkapan dan pengalihan energi (lambang : ~ P)

Ada 3 sumber utama ~ P yang mengambil bagian dalam penangkapan

energi :

1. Fosforilasi Oksidatif

ATP ADP ~P

+ kreatin Kreatin ~P Kontraksiotot

~P

Peran siklus ATP-ADP dan Kreatin Phosphatdalam kontraksi otot

Fosfolirasi adalah proses pembentukan posfat dan oksidatif adalah

proses reoksidasi NADH menjadi NAD. Jadi, fosfolirasi oksidatif adalah

proses pembentukan posfat, dalam hal ini ATP dan merupakan

kuantitatif ~ P paling besar.

Di dalam tubuh, sumber energy tidak harus berbentuk ATP, ada

reaksi-reaksi yang menghasilkan NAD (koenzim). NAD akan tereduksi

dan menjadi NADH, kemudian NADH akan masuk ke dalam fosforilasi

oksidatif dan menghasilkan 3 ATP. Jadi, tidak harus langsung dalam

bentuk ATP, tapi bisa juga berbentuk NADH atau FADH. NADH setara

dengan 3 ATP dan FADH setara dengan 2 ATP. Seperti lemak yang

menghasilkan energy terbesar, tapi tidak langsung dalam bentuk ATP,

melainkan NADH dan FADH.

2. Glikolisis

Glikolisis adalah proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat

dalam keadaan aerob. Terjadi akibat pembentukan laktat dari satu

molekul glukosa yang dihasilkan dalam 2 reaksi, yang dikatalisis

masing-masing oleh enzim fosfogliserat kinase dan piruvat

kinase.

3. Siklus asam sitrat / Siklus Krebs

Siklus yang mana akan mengubah asetil KoA menjadi Co2+H2O.

Disinilah semua siklus metabolisme akan berakhir. Siklus Krebs

merupakan jalur akhir dari hampir semua metabolism. Dapat dikatakan

oksidatif sempurna jika telah melalui siklus krebs. Dihasilkan langsung

di dalam siklus ini pada tahap suksinil tiokinase.

OKSIDASI BIOLOGI

Proses oksidasi yaitu proses pelepasan elektron dan reduksi sebagai

pemerolehan elektron. Contoh : ferro menjadi ferri. Bila reaksinya

dibalik, maka di sebut reduksi.

oks

Fe 2+ Fe 3+

Besi di absorpsi dalam tubuh dalam bentuk ferro. Besi pada wanita

sering menjadi salah satu kandungan yang kurang dalam tubuh,

karena setiap bulah wanita mengeluarkan darah menstruasi, saat

melahirkan kehilangan banyak darah, dan saat nifas, sehingga sering

kekurangan besi.

Sumber besi ada 2, yaitu dari nabati dan hewani.

Nabati (Fe nonHem)

Besi yang terkandung pada sumber nabati masih berbentuk ferri.

Besi tersebut dapat di absorpsi oleh tubuh bila dalam bentuk ferro,

sehingga harus direduksi terlebih dahulu menjadi ferro. Zat yang

membantu reduksi dalam tubuh adalah vitamin C.

Jadi, setelah maka sayur bayam sebaiknya kita minum sesuatu

yang banyak mengadung vit C yang memiliki sifat antioksidan dan

berperan sebagi reduktor, seperti jeruk. Agar besi dapat di absorpsi

dengan baik oleh tubuh. Sebaliknya, bila kita minum teh atau susu

bersamaan akan menghambat absorpsi besi, karena kalsium dapat

menghambat absorpsi besi.

Hewani (Fe Hem)

Besi yang terkandung pada sumber hewani sudah berbentuk ferro,

sehingga dapt langsung di absorpsi oleh tubuh.

Kepentingan biomedis dalam oksidasi biologi adalah untuk :

1. Proses respirasi. Yaitu proses pengambilan energy oleh sel dalam

bentuk ATP dari reaksi terkendali antara hydrogen dengan

oksigen yang membentuk air. Respirasi disini adalah respirasi

seluler.

2. Enzim –enzim. Maksudnya adalah proses-proses yang di

metabolisasi oleh enzim. Seperti saat respirasi, molekul oksigen

disatukan ke dalam sejumlah besar substrat oleh enzim yang

dinamakan oksigenase.

Jika kita berbicara tentang redoks, maka akan berhubungan dengan

potensial redoks, yaitu kecenderungan senyawa untuk menerima atau

melepas elektron. Memiliki satuan volt. Berikut ini adalah tabel

potensial redoks sistem oksidasi mamalia yang mendapatkan

perhatian khusus. Adanya tabel ini dikarenakan proses respirasi

tersusun atas senyawa-senyawa berikut.

Nilai : dibandingkan dengan elektrode hidrogen (pH 0 : 0 volt, pH 7 : -

0,42 volt)

Tabel potensial redoks sistem oksidasi mamalia yang

mendapatkan perhatian khusus

SISTEM E VOLT

H+

/ H2- 0,42

NAD+

/ NADH- 0,32

Lipoat oks/red - 0,29

Asetoasetat / 3-hidroksibutirat

- 0,27

Piruvat / laktat - 0,19

Oksaloasetat / malat - 0,17

Fumarat / suksinat + 0,03

Sitokrom b, Fe3+

/ Fe 2+

+ 0,08

Ubikuinon, oks / red + 0,10

Sitokrom c1, Fe3+

/ Fe 2+

+ 0,22

Sitokrom a1 Fe3+

/ Fe 2+

+ 0,29

Oksigen / air + 0,82Note:

NAD : suatu koenzim berupa vit B3. Reaksinya, nikotin adenin

di nukleotida. Koenzim adalah senyawa yang membantu kerja

enzim. Seperti motor, bensin di analogikan sebagai koenzim

dan motor adalah enzimnya.

Jadi,table ini merupakan table senyawa-senyawa yang memberikan

energy pada rantai respirasi. Oksigen bila sudah sampai di sel, akan

digunakan untuk respirasi seluler dan transport elektron dimana

komponen-komponennya adalah koenzim. Seperti Fp (Flavoprotein),

Vit B2, vit B3, ubikuinon, sitokrom c1, sitokrom a1, dan senyawa-

senyawa lain yang mengandung electron yang nantinya akan di

tanngkap oleh oksigen dan akan menghasilkan H2O dan CO2.

ENZIM GOLONGAN OKSIDASERDUKTASE

1. Oksidase

Suatu enzim yang mengkatalisis pengeluaran hidrogen (H) dari

substrat. Oksigen sebagai akseptor dan menghasilkan H2O atau

H2O2 (Hidrogen Peroksida meruakan senyawa yang bebahaya,

nantinya akan di netralkan menjadi H2O dan senyawa lain oleh

enzim Hidroperoksidase)

H2O2 + hidroperoksida [H2O]2 + O2

Contoh : Sitokrom oksidase, asam L-amino oksidase(FMN),

xantin oksidase(Mfp), glukosa oksidase(FAD)

Note:

Flavoprotein adalah suatu gugus prostetik enzim. Contoh:

FMN, FAD, Metalloprotein

2. Dehidrogenase

Suatu enzim yang memindahkan H dari substrat satu ke substrat

lain, atau mengangkut elektron dari substrat ke oksigen, tapi

tidak menggunakan O sebagai akseptor H. Enzim-enzim

dehidrogenase pasti namanya menggunakan DH

(dehidrogenase).

Contoh : malat DH, Suksinat DH, Asil KoA DH, G3P DH, Sitokrom

kec. Sitokrom oksidase ( enzim yang memindahkan hidrogen dan

menggunakan koenzim NAD)

Note:

Sitokrom :

Merupakan suatu hemoprotein (cntoh lain: hemoglobin,

myoglobin) yg mengandung Fe (ferro atau ferri) berungsi

untuk membawa elektron.

Contoh : Cyt b, c, c1, a, a3

Koenzim nikotinamid:

Enzim dehidrogenase pasti menggunakan koenzim

nikotinamid yang merupakan derivat niasin.

Contoh : NAD+ (mengeluarkan energy 3 ATP), NADP+ (tidak

mengeluarkan energy, hanya berguna sebagai

koenzim pada pembentukan lemak, kolesterol, dsb)

3. Hidroperoksidase

Suatu enzim yang menggunakan hydrogen peroksida atau

peroksida organik sebagai substrat. Fungsinya untuk melindungi

dari senyawa peroksi yang dapat menghasilkan radikal bebas

(H2O2 disebut jg oksidan) sehingga nantinya akan merusak

membran sel dan kemungkinan menimbulkan penyakit kanker

serta aterosklerosis.

Agar terhindar dari oksidan, maka kita perlu anti-oksidan,

diantanya yaitu vit C, vit E, vit A

Contoh : peroksidase, katalase

4. Oksigenase .

Berperan pada sintesis dan degradasi metabolit (hasil

metabolism). Jadi, ada beberapa metabolit yang mengandung

toksik dan harus dinetralkan dulu sebeluk diekskresikan

menggunakan enzim oksigenase. Baru setelah netral, metabolit

ini dapat dikeluarkan dengan mudah dari tubuh melui keringat,

feses, urine, dsb.

Contoh : monooksigenase, dioksigenase

FOSFORILASI OKSIDATIF

Fosforilasi oksidatif yaitu proses perangkaian respirasi dengan

produksi zat antara berenergi tinggi misal ATP yang terjadi di

mitokondria

Pada kepentingan biomedis, hal ini berguna untuk mempelajari

proses obat/racun yg dpt menghambat fosfolirasi oksidatif dan

mempelajari kelainan bawaan (miopati, encepalopati, dll)

Respirasi yaitu suatu proses pembebasan energi yang tersimpan

dalam zat sumber energi melalui proses kimia dengan menggunakan

oksigen. Dari respirasi akan dihasilkan energi kimia ATP untak kegiatan

kehidupan, seperti sintesis (anabolisme), gerak, pertumbuhan,dll.

Respirasi terjadi di dalam mitokondria.

Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa

sebagai NADH2 (NADH + H+ + 1 elektron) dan FADH2, sehingga di

dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan

dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan

terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi selain CO2. Skemanya

seperti ini:

oksidasiDaur Krebs NADH2 (NADH + H + 1 elektron +

FADH2 Pernapasan O2+CO2 Ke lingkungan

Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar

tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada

peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi.

Komponen rantai respirasi :

1. Flavoprotein (FMN, FAD)

Flavoprotein adalah gugus prostetik enzim yang merupakan

derivat riboflavin (vitamin B2).Gugus prostetik berperan pula

sebagai koenzim, tetapi ada perbedaan dengan koenzim. Yaitu,

gugus prostetik merupakan bagian dari enzim, setelah reaksi

selesai gugus prostetik tetap berada di enzim. Sedangkan

koenzim perannya hanya sebagai pembantu reaksi enzim. Jadi,

setelah membantu reaksi enzim, ia kembali ke tempatnya

semula.

Contoh : FAD, FMN, NAD, Biotin.

2. Kompleks besi sulfur (FeS)

Kompleks besi-sulfurpada rantai respirasi akan berikatan dengan

flavin dan koenzim Q.

3. Koenzim Q (ubiquinon)

Koenzim Q merupakan titik pengumpul ekuivalen pereduksi (H)

dari proses rantai respirasi

4. Sitokrom oksidase (sitokrom aa3)

Sitokrom oksidase ini pada tahap akhir akan menggabungkan

oksigen & membentuk air (H2O).

INHIBITOR

Inhibitor adalah setiap bahan yang mengganggu reaksi kimia,

reaksi enzim, pertumbuhan, atau aktivitas biologis lain.

Diataranya yaitu:

Amobarbital, piersidin, rotenon (mencegah oksidasi

substrat)

Dimerkaprol, antimisin A (menghambat mekanisme dari

sitokrom b ke c)

CO, CN, H2S (menghambat sitokrom oksidasi)

Karboksin (menghambat pemindahan ekuivalen perekduksi

dari suksinat DH ke koenzin Q)

Oligomisin (menghambat pada tahap fosfolorasi)

Atraktilosid (menghambat pengangkutan ADP ke dalam

mitokondria dan ATP keluar mitokondria)

Dinitroferol (penghambat rantai respirasi dengan proses

fosfolirasi)

Peran rantai respirasi pada mitokondria adalah dalam mengubah

energy makanan menjadi ATP. Oksidasi bahan makanan utama

Makanan

Lemak (Asam Lemak +gliserol) Kabohidrat (Glukosa)

Protein (Asam Amino)

SK: Siklus Asam Sitrat

AsetilKoA SK 2H Rant.resp H2O

Mitokondria Sumber ekuivalen-

pereduksi ekstramitokondria

β-oksidasi

SKATP (O2)

ADP

menghasilkan ekuivalen pereduksi (2H) yang dikmpulkan oleh rantai

respirasi bagi pasangan proses oksidasi dan proses pembentukan ATP.

Mitokondria mengandung seri katalisator yang dikenal sebagai

rantai respirasi, yang mengumpulkan, mengangkut unsur ekuivalen

pereduksi, dan mengarahkannya pada reaksi akhir dengan oksigen

untuk membentuk air. Mitokondria juga mengandung berbagai sistem

enzim yang memang pada dasarnya bertanggung jawab memproduksi

sebagian besar unsur ekuivalen pereduksi, yaitu enzim-enzim β-

oksidasi dan siklus asam sitrat.

Siklus asam sitrat ini merupakan lintasan metabolisme umum

terakhir untuk oksidasi semua bahan makanan utama.

Lipoat Fp NAD Fp Q Cyt b Cyt c1 Cyt c Cyt aa3 O2

Piruvat

Alfa KGFAD FMN

FeSFeS

FesETF (FAD)

Fp (FAD)

AsetlKoASarkosinDimetilglisin

Fp (FAD)FeS

Gliserol 3P

SuksinatKolin

Fp (FAD)FeS