METABLISME EERGI Metabolisme : segala proses reaksi kimia yang terjadi dalam tubuh makhluk hidup Energi : kemampuan makhluk hidup untuk melakukan aktivitas Metabolisme energi dipelajari bioenergitika Disebut juga termodinamika biokimia yang merupakan ilmu pengetahuan tentang perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia Studi tentang transformasi energi atau aliran perpindahan energi yang terjadi dalam tubuh makhluk hidup
Metabolisme Anabolisme Sintesa molekul-molekul kecil menjadi lebih besar Katabolisme Merombak/proses penguraian molekul-molekul besar menjadi molekul-molekul kecil membutuhkan energi Melepaskan energi Reaksi reduksi Reaksi oksidasi
Energi bebas : - merupakan energi yang berguna dalam sebuah sistem - mempertahan makhluk hidup pada status yang jauh dari seimbang - dapat diperoleh dari lingkungan Dalam sistem kimia dikenal dengan istilah potensial kimia Fototrof : memperoleh energi dengan menangkap cahaya Kemotrof : memperoleh energi melalui oksidasi bahan makanan ditansformasikan ke dalam bentuk yang sangat mudah digunakan Makhluk hidup memerlukan energi bebas untuk 3 tujuan utama 1. Pelaksanaan kerja mekanis, kontraksi otot, dan gerakan sel lainnya 2. Transpor aktif molekul-molekul dan ion-ion 3. Sintesis makromolekul dan biomolekul lainnya dari zat mula yang sederhana
Tahapan pembentukan energi dari bahan makanan LEMAK PLISAKARIDA PRTEI Asam lemak dan gliserol Glukosa dan gula lainnya Asam amino Tahap I Tahap II Asetil KoA KoA ATP ADP 2 Fosforilasi oksidatif e Daur asam sitrat Tahap III 2 2
ΔG : adalah perubahan energi bebas merupakan bagian dari total perubahan energi dalam sebuah sistem yang tersedia untuk melakukan pekerjaan Sistem non biologis : dapat meggunakan energi panas untuk melakukan kerja Sistem biologis : bersifat isotermik meggunakan energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan abang ilmu fisika yang Mengikuti kaidah umum termodinamika membahas tentang energi dan transformasinya Kaidah I : total energi sebuah sistem termasuk energi sekitarnya adalah konstan Hukum penyimpanan energi Artinya bahwa tidak ada energi yang hilang ataupun yang diperoleh pada saat terjadinya perubahan akan tetapi energi dalam keseluruhan sistem dapat dialihkan dari satu bagian sistem ke bagian lain atau ditranformasikan menjadi bentuk energi lainnya. Ex. Energi kimia menjadi energi panas, listrik, pancaran, mekanis
Kaidah II : Entropi total sebuah sistem harus meningkat bila suatu proses berlangsung spontan. Entropi menggambarkan taraf kelainan/keteracakan sistem dan akan mencapai taraf maksimal dalam sebuah sistem ketika ketika keseimbangan sebenarnya tercapai Kondisi suhu dan ph konstan Perubahan energi bebas (ΔG) pada sebuah sistem yang bereaksi dan perubahan entropi (ES) adalah : ΔE : perubahan total energi ΔG = ΔE - TΔS internal dalam reaksi TΔS : suhu absulut ΔG = negatif Reaksi berlangsung spontan dengan kehilangan energi bebas atau bersifat eksergonik ΔG sangat besar, reaksi benar-benar berlangsung sampai selesai dan pada hakekatnya tidak bisa balik kembali (irreversible)
ΔG = positif Reaksi berlangsung hanya kalau dapat diperoleh energi bebas atau bersifat endergonik ΔG sangat besar, sistem akan stabil dengan sedikit atau tanpa kecenderungan untuk terjadinya reaksi ΔG = 0 Sistem berada dalam keseimbangan dan tidak ada perubahan netto yang terjadi ΔG 0 Perubahan energi bebas yang baku pada keadaan standar (ph 7) ΔG 0 Perubahan energi bebas pada konsentrasi reaktan 1,0 mol/l
Energi bebas A D Panas Energi kimia A + B + D + panas B Perangkaian reaksi eksegonik dengan endergonik
1. Senyawa pirofosfat Senyawa-senyawa berenergi tinggi ATP (adenosin triphosphat) senyawa fosfat berenergi tinggi karena memperlihatkan penurunan energi yang sangat besar jika terjadi hidrolisis Donor energi bebas Terlibat dalam berbagai reaksi, baik eksergonik maupun endergonik dalam semua jenis kehidupan Peran utamanya dalam pertukaran energi pada sistem biologi diperlihatkan oleh Fritz Lipmann dan Herman Kalckar tahun 1941 ATP : terdiri dari adenin, ribosa, dan trifosfat pengemban energi pada bagian fosfatnya molekul kaya energi karena unit trifosfatnya mengandung ikatan fosfoanhibrida ikatan berenergi tinggi
H 2 H H 2 H P 4 AMP (adenosin monophosphat) P P H 5 H 2 H H H 3 2 H P H 1 H 4 H H 5 H 2 H 2 H H 3 2 H H 1 H P P H 4 H H 5 H 2 H H 3 2 H H 1 H ADP (adenosin diphosphat) Bentuk aktifnya membentuk kompleks dengan kation Mg 2+ atau Mn 2+ ATP (adenosin triphosphat)
ATP + H 2 ADP + P i + H + ΔG 0 = -7,3kkal/mol ATP + H 2 AMP + P ii + H + ΔG 0 = -7,3kkal/mol Bisa sampai -12 kkal/mol Gerakan Transpor aktif, Biosintesis, Amplifikasi sinyal < = > tergantung pada kekuatan ion dalam medium dan konsentrasi Mg 2+ dan a 2+ serta protein (enzim) ATP ADP Enzim yang mengkatalisis adenilat kinase (miokinase) Fotosintesis atau oksidasi molekul-molekul bahan bakar Daur ATP-ADP adalah cara dasar pertukaran energi pada sistem biologi
ATP yang utama lebih banyak sebagai donor langsung energi bebas daripada bentuk simpanan jangka panjang Dipakai 1 menit setelah dibentuk Pergantiannya sangat cepat Aktivitas (gerakan, transpor aktif, biosintesis, sinyal) terjadi jika ATP terus menerus kembali dibentuk dari ADP 2. ukleotida trifosfat yang analog dengan ATP ukleotida monofosfat GMP UMP MP GTP (guanosin trifosfat) UTP (uridin trifosfat) TP (sitidin trifosfat) Beberapa reaksi biosintesis dijalankan nukleotida ini ATP + GDP ADP + GTP ATP + GMP ADP + GDP Enzim dapat mengkatalisis transfer gugus fosforil terminal dari satu nukleotida ke nukleotida yang lain
3. Asil fosfat ex. 1,3-Difosfogliserat 1,3-Difosfogliserat + H 2 1,3-fosfogliserat + P i ΔG0 = -11,8 kkal/mol 4. Fosfat enolik fosfoenolpiruvat Memiliki potensi fosforil (pemindahan gugus fosforil) tinggi. Dapat memindahkan gugus fosforil ke ADP untuk membentuk ATP. fosfoenolpiruvat + H 2 asam piruvat (bentuk keto) + P i ΔG0 = -14,8 kkal/mol 5. Guadinium fosfat Kreatin fosfat/fosfokreatin, argininafosfat Mempertahankan konsentrasi ATP tetap tinggi selama periode kerja otot. Sumber utama ~ P bagi pelari selama 4 detik pertama lari cepat 100 m. Gudang ~ P (gugus fosforil) pada otot Kelimpahan dan potensial transfer fosforil yang lebih tinggi dari ATP menjadikannya donor ~ P yang sangat efektif Berperan sebagai fosfagen simpanan energi ATP. Fosfagen tidak berperan langsung dalam fungsi biologis tapi akan bermanfaat lewat ADP Kreatin fosfat + ADP + H + ATP + kreatin ΔG0 = -10,3 kkal/mol Dikatalisis oleh kreatin kinase
6. ADH dan FADH 2 Molekul bahan bakar = glukosa dan asam lemak oksidasi Akseptor elektron ke 2 tetapi tidak secara langsung Disebut juga pengemban tereduksi Dipindahkan kepengembanpengemban khusus Memindahkan elektron potensi tinggi ke 2 melalui transpor elektron yang terdapat pada sisi dalam membran mitokondria Gradien proton yang terbentuk sebagai hasil aliran elektron mendorong sintesis ATP dari ADP + P i Proses disebut fosforilasi oksidatif
AD + akseptor elektron utama pada oksidasi bahan bakar / substrat atom nitrogen tetravalen dan mengemban 1 muatan positif Bagian reaktif = cincin nikotinamida derivat piridin Pada oksidasi substrat cincin nikotinamida menerima 1 ion hirdrogen dan 2 elektron yang ekuivalen dengan satu ion hidrida Bentuk tereduksi adalah ADPH ADH atom nitrogen trivalen H AD + + R R ADH + R R + H + H FAD dan FADH 2 Bagian reaktifnya cincin isoaloksazim Dapat menerima 2 elektron H H FAD + R R FADH 2 + R = R H H H H
Biosintesis reduktif donor elektronnya adalah ADPH Mengemban elektron dengan cara yang sama dengan ADP tapi hanya untuk biosintesis reduktif, sedang ADP untuk pembentukan ATP Bentuk tereduksi dari ADP 7. Ester tiol asetil KoA : Pengemban universal gugus asil Gugus atau situs reaktifnya adalah gugus sulfidril Ditemukan Lipmann 1945 Kofaktor stabil panas Gugus asil diikatkan dengan KoA dengan ikatan tioester Derivatnya asil KoA Unit asetil Asetil KoA Asetil KoA + H 2 Asetat + KoA + H + ΔG 0 = -7,5 kkal/mol
Beberapa pengemban aktif dalam metabolisme Molekul pengemban ATP ADH dan ADPH FADH 2 FMH 2 Koenzim A Lipoamid Tiamin pirofosfat Biotin Tetrahidrofolat S-adenosilimetionin Uridin difosfat glukosa Sitidin difosfat diasilgliserol ukleosida trifosfat Gugus yang dibawa dalam bentuk aktif Fosforil Elektron Elektron Elektron Asil Asil Aldehida 2 Unit satu karbon Metil Glukosa Fosfatidat nukleotida