BIOLOGI OKSIDASI&RESPIRASI SEL

Dra.Yustini Alioes,MSi,AptBagian Biokimia Fakultas Kedokteran

Universitas AndalasPadang

2

Definisi

• Oksidasi = pengurangan elektron / ion H+

• Reduksi = penambahan elektron / ion H+

• Contoh oksidasi:

e

Fe2+ Fe3+

• Tujuan BO: untuk menghasilkan energi

3

Enzim Oksidoreduktase

• Adalah sekelompok enzim yang terlibat dalam reaksi reduksi-oksidasi

• Terdiri dari :

1. Oksidase

2. Dehidrogenase

3. Hidroperoksidase

4. Oksigenase

4

1. Oksidase

• Mengkatalisis pengeluaran hidrogen dari substrat dgn menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen.

• Enzim-enzim tsb membentuk;

- air (H2O)

- hidrogenperoksida (H2O2)

5

Enzim Oksidase

AH2 ½ O2 AH2 O2

Oksidase

A H2O A H2O2

(1) Air (2) Hidrogenperoksida

6

Enzim Oksidase

1. Sitokrom oksidase

2. Oksidase dgn flavoprotein;

- Asam L-amino oksidase

- Xantin oksidase

- Glukosa oksidase

- Aldehid dehidrogenase

7

Sitokrom Oksidase

• Adalah hemoprotein dengan gugus prostetik heme.

• Enzim ini dapat dirusak oleh:

- karbonmonoksida

- sianida

- hidrogen sulfida

8

Flavoprotein

• Kelompok enzim ini memiliki gugus prostetik flavin mononukleotida (FMN) atau flavin adenin dinukleotida (FAD).

• Gugus prostetik tsb dibentuk dari riboflavin.

9

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.

10

Rangkaian Reaksi Dehidrogenase

AH2 Pembawa BH2

(red) (oks) (red)

A Pembawa-H2 B(oks) (red) (oks)

A B dehidrogenase dehidrogenase

11

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

12

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.

13

Peroksidase

H2O2 + AH2 2H2O + A

14

Peroksidase

Glutation peroksidase dgn gugus prostetik selenium bekerjasama dengan glutation tereduksi melindungi membran lipid & hemoglobin terhadap oksidasi oleh senyawa peroksida.

15

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.

16

Katalase & Oksidase

A’H2 A’

AH2 A

O2 H2O2 Katalase 2H2O

Oksidase

H2O2 O2

17

4. Oksigenase

• Enzim dalam kelompok ini mengkatalisis pemindahan & inkorporasi (penyatuan) oksigen ke dalam molekul substrat.

• Terdiri dari:

- Dioksigenase

- Monooksigenase

18

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

19

Monooksigenase

• Penyatuan hanya satu atom molekul O ke dalam substrat.

• Atom O lainnya direduksi menjadi air.

20

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

21

Organisme Autotrofik

• Artinya memberi makan diri sendiri.• Organisme ini memperoleh pasokan energi

bebas melalui perangkaian metabolisme- nya dgn proses eksergonik sederhana tertentu dalam lingkungan sekitarnya.

• Contoh;

Tumbuhan hijau menggunakan energi dari cahaya matahari untuk fotosintesis.

22

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.

23

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 dilambang-kan sebagai P

24

Adenosin Trifosfat (ATP)

NH2

N N

N

Mg2+ N

O- O- O-

-O P O P O P O CH O

O O O

OH OH

25

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.

26

Metabolisme

Suatu proses endergonik tidak dapat berjalan sendiri,

tetapi harus menjadi komponen suatu sistem eksergonik-endergonik yg berpasangan,

sehingga keseluruhan perubahan bersih (netto) bersifat eksergonik.

27

Siklus ATP/ADP

• Berperan untuk menghubungkan proses-proses yg menghasilkan P-berenergi-tinggi dgn proses yg menggunakan P-berenergi-tinggi.

• ATP dikonsumsi & dibentuk kembali secara kontinu.

• Depot ATP/ADP sangat kecil, sehingga hanya cukup untuk mempertahankan jaringan aktif dlm waktu beberapa detik saja.

28

Siklus ATP/ADP

ATP

CO2

Pernapasan: Penggunaan energi: pembentukan energi - biosintesis makro- dari; - karbohidrat molekul - lemak - kontraksi otot

- protein - transpor ion aktif - termogenesis

O2

ADP + Pi

29

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.

30

Peran Rantai Respirasi

asam lemak

+ b-oksidasi

gliserol ATP

O2

glukosa Asetil KoA SAS 2H H2O

rantai respirasi

Asam amino ADP

mitokondria

31

32

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.

33

34

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.

35

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

36

ATP Sintase

37

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.