BIOKIMIA. Marisa Handajani

Transkripsi

1 BIOKIMIA Marisa Handajani

2 Biokimia: perubahan-perubahan kimia yang dilakukan oleh organisme hidup Reaksi yang berlangsung: Ekstraseluler reaksi hidrolisis(reaksi pemutusan ikatan kimia dengan penambahan air) Intraseluler Reaksi-reaksi kimia yang dilakukan oleh organisme ini terjadipadatemperaturjauhdibawahtemperaturyang sesungguhnya diperlukan untuk rekasi tersebut KATALIS Katalis menurunkan energi aktivasi untuk reaksi Katalis yang dihasilkan oleh organisme hidup ENZIM

3

4 Proses Biologi S S S S S S S S B S CO 2 C H 2 O O 2

5 ENZIM Enzim adalah katalis organik yang dihasilkan oleh sel hidupdandapatbekerjadiluarmaupundidalamsel Enzim ekstraseluler: enzim yang disekresikan oleh sel Enzim intraseluler: enzim yang bersatu dengan protoplasma sel dan melakukan fungsinya didalam sel Enzim berfungsi menginisiasi reaksi dan mengendalikan kecepatan reaksi spesifik untuk jenis organisme Enzim merupakan senyawa protein yang sensitif terhadap suhu Nomenklatur: reaksi yang terjadi diberi akhiran-ase

6

7 JenisEnzim Konstitutif(constitutive) : enzimyang dihasilkan terus menerus Inducibel(inducible) : enzim yang dihasilkan apabila dibutuhkan sebagai repons terhadap stimulus eksternal

8 6 KelompokEnzim Hidrolase(Karbosidase, Esterase, Proteoase, Amidase, Deaminase) Oksido-reduktase(Dehidogenase, Hidorksilase, Reductive dehalogenase, oksidase, oksiganase, metan monooksidase, toluen dioksidase, amonia monooksidase) Transferase Liase Isomerase Ligase

9 AktivitasEnzim Aktivitas enzim ditentukan oleh struktur proteinnya Aktivitas enzim dipengaruhi oleh: Kehadiran Ko-faktor: Temperatur ph Ketersediaan makronutrien dan mikronutrien

10 Ko-Faktor Co-factor : strukturnon protein metal: Zn, Mg, Mn, Fe, Cu, Co, Ni, K danna Co-enzim: strukturmolekulorganikyang tahan terhadap panas(heat stable)

11 Temperatur Reaksibiokimiamengikutiaturanvan thoff : laju reaksi meningkat 2x untuk setiap kenaikantemperatur10 o C dalamsuatu rentang suhu tertentu. Denaturasi enzim Q 10 : rasiolajureaksipadatemperatur tertentuterhadaplajupadasuhu10 o C dibawahnya NilaiQ10 dipengaruhioleh3 faktorutama: 1. Laju degradasi senyawa 2. Laju transfer oksigen 3. Kelarutan oksigen

12 ph KonsentrasiH + mempengaruhi kecepatan reaksi biokimia Rentang ph optimum untuk aktivitas enzim sangat sempit kebanyakan bekerja pada kondisi netral 6-9 Kondisi lingkungan diatur dengan sistem buffer

13 Makro-MikroNutrien Makro Nutrien: Unsur yang diperlukan bakteri dalam jumlah besar untuk reproduksi: C,N, P,S Mikro nutrien: unsur yang dibutuhkan dalam jumlah kecil(trace amount) untuk metabolisme sel(aktivitasenzimdankapasitasfisiologilainnya) Ca, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, K, Se danzn. (umum) Mo : bakteri fiksasi Nitrogen Ni : bakteri methanogen

14 Biodegradasi Mineralisasi: konversi senyawa organik oleh organisme hidup menjadi produk akhir berupa mineral (non organik) dalam kondisi aerob. Dalam mineralisasi akan dihasilkan energi Biotransformasi: konversi senyawa organik asal tidak menjadi mineral secara sempurna, namun sebagian dikonversi menjadi senyawa organik lain.

15 Biotransformasi

16 BiokimiaKarbohidrat Bakterimenggunakankarbohidratuntuksintesalemak, protein dan memperoleh energi serta jaringan sel (polisakarida di dalam dan diluar sel). Tahap pertama metabolisme karbohidrat: Hidrolisis sampaisedikitnyatingkatdisakaridasebelumtransfer ke dalam sel. Setelahdidalamselgulasederhana(monosakarida) dapat digunakan untuk energi dan sintesa. Pathway (jalur) metabolisme gula sederhana tergantung pada kondisi lingkungan(aerob atau anaerob)

17 BiokimiaKarbohidrat Dalamkeduakondisitersebutkonversiawalyang terjadi adalah: Aerob: (untuk menghasilkan energi) Anaerob: Asamorganik> kapasitassistembuffer :ph INHIBISI atau Menghentikan Asam organik

18 BiokimiaProtein Bakterisedikitmemerlukanprotein. Bakteri mampu mensintesa protein dari nitrogen inorganikdanorganiknon protein (karbohidrat, lemak, alkohol) protein (hidrolisis) α-asamamino (deaminasi dalam sel) amonia (dalam kondisi aerob dan anaerob)

19

20

21 BiokimiaMinyakdanLemak Degradasi lemak memiliki jalur yang sama untuk kondisi aerob dan anaerob. Lemak(hidrolisis) gliserol dan asam lemak Asam lemak bebas(hidrolisi material lemak; deaminasi asam Asam lemak bebas(hidrolisi material lemak; deaminasi asam amino; fermentasi karbohidrat dan oksidasi omega) akan dipecah melalui proses oksidasi pada atom karbon beta (beta oxydation) Knopp s theory Oksidasi ini berlangsung beberapa tahap Senyawa yang berperan dalam proses transformasi ini adalah Coenzim A Oksidasi tercapai melalaui penyisihan hidrogen(elektron) secara enzimatik yang difasilitasi oleh electron carrier (FAD dan NAD)

22 Padatahapakhirpemecahanmolekul, dihasilkan1 molekulasamasetatdan1 molekul(original) asam menjadi sebuah asam turunan dengan jumlah atom karbon dua atau kurang.

23

24 Aerob: elektrondibawafadh dannadh digunakan untuk mereduksi molekul O2 H2O dan menghasilkan energi Anaerob: transfer elektron tidak mengikuti skema ini.

25

26 KlasifikasiOrganisme Sumber Karbon untuk sintesa sel Senyawa organik: heterotrophs Karbon anorganik: autotrophs Cara menghasilkan energi Sinar matahari: photosynthetic/phototophic Oksidasi senyawa organik: chemoorganotrophs Oksidasi senyawa anorganik: chemolithotrophs

27 JalurBiokimiaUmum Mikroorganisme mendapatkan energi melalui oksidasi karbohidrat, protein dan lemak Reaksi oksidasi melibatkan perpindahan elektron: dari senyawa tereduksi(elektron donor) makanan mikroorganisme Senyawa organik Senyawaanorganik: NH 3, S 2-, H 2, Fe 2+ ke material pengoksidasi(elektron aksetor)

28 Energiyang dipindahkandaridonor elektron ke organisme untk sintesis dan pemeliharaan sel melalui serangkaian rekasi enzim dimulai dengan pembentukan pembawa elektron FADH dan NADH Senyawa kunci dalam rangkaian transfer enerrgiadalahnukleotida, Adenosine diphosphate(adp)

29 ADP menggunakan energi yang dihasilkan dari oksidasi untuk membentuk ikatan dengan fosfat untukmembentuknukeotidayang lain : Adenosine Triphosphate(ATP) ATP yang terbentukakanbergerakkedalamsel untuk memberikan energi bagi sintesis, dan pemeliharaan sel atau pergerakan. Dengan reaksi kebalikan persamaan di atas.

30 Fosforilasioksidatif(oxidative phosphorylation) : proses dimana energi yang terkandung dalam NADH (atau electron carriers lain FADH dan NADPH) dapat dikonversi ke ATP dan melibatkanterbentuknyagradienproton (H + ) proton motive force.

31 Energi yang tersimpan dalam gradien ini digunakanuntukmembentukatp. Jumlah energi yang terbentuk ditentukan oleh akseptor elektron akhir yang tersedia. Dalam kondisi aerob: Energi yang dihasilkan dari setiap mol NADH: Aerob > reduksi Fe dan denitrifikasi > anaerob

32

33

34 Ketersediaan energi dapat diketahui berdasarkan energibebas Reaksisetimbanguntukoksidasidonor elektron dan reduksi terminal elektron akseptor didapat dengan menggabungkan half reaction NilaiΔG 0 dapatdihitung, pengecualianuntuk H + = /eq, nilaiδg 0 padaph 7; [H + ]=10-7.

35

36 EnergidanPertumbuhanBakteri Mikroorganisme mengoksidasi senyawa organik maupun anorganik untuk memperoleh energi untuk pertumbuhan dan pemeliharaan sel. Informasi tentang transformasi yang terjadi akan membantu dalam perhitungan kebutuhan terminal elektron akseptor dan jumlahprodukakhirdanprodukantarayang terjadi NERACA MASSA

37 Pembuatan neraca massa memerlukan informasi reaksi kimia yang setimbang untuk keseluruhan konversi secara biologi, termasuk untuk keperluan sintesa dan energi PorsiSintesa: C 5 H 7 O 2 N Reaksi yang terjadi dapat menggunakan reaksi pada Tabel 6.4

38

39

40 Rc = setengahreaksiuntuksintesisselbakteri(1) atau(2) Ra = setengah reaksi untuk elektron aksetor Rd = setengah reaksi untuk donor elektron fs = porsielektrondonor untuksintesa fe = porsielektrondonor untukenergi fs+fe=1

41 V Sel muda yang tumbuh dengan cepat Seltua fs 20% fsmax energi untuk maintence > sintesa

42