Proses oksidasi Peranan enzim, koenzim dan logam dalam oksidasi biologi Transfer elektron dalam sel Hubungan rantai pernapasan dengan senyawa fosfat berenergi tinggi
Oksidasi hidrogen (H) dalam mitokondria Struktur dan fungsi mitokondria Proses transfer elektron di mikrosom Proses oksidasi reduksi di sel darah merah
Oksidasi biologi - 2
Secara sederhana, oksidasi berarti reaksi dari material dengan oksigen Oleh karena itu diberi nama
OKSIDASI BIOLOGI
Secara
kimiawi:
Oksidasi
berarti melepaskan elektron atau menerima oksigen, yang sering diikuti dengan reduksi. Reduksi berarti menerima elektron atau melepaskan oksigen.
PADA MAKHLUK HIDUP Oksidasi biologi - 3
Oksidasi biologi - 4
1
Reaksi biokimia dalam organisme hidup pada dasarnya adalah transfer ENERGI (ATP), yang melibatkan reaksi oksidasi dan reduksi. ATP dihasilkan melalui fosforilasi ADP Fosforilasi tingkat substrat adalah transfer PO4energi tinggi ke ADP.
Semua molekul mengandung elektron sebagai bagian dari atomatom yang menyusun molekul. Setiap molekul memiliki energi (potensial) untuk memberi dan menerima elektron dari molekul lainnya.
NAD+ NADH NAD+ adalah senyawa intermediate (pembawa energi).
Oksidasi biologi - 5
Dalam sistem biologikal, elektron adalah atom hidrogen (H+). DEHIDROGENASI (pelepasan pasangan atom hidrogen dari substrat mereka).
Oksidasi biologi - 6
Oksidasi biologikal seringkali berupa
Sebagian besar energi sel diperoleh dari reaksi oksidasi reduksi. Energi disimpan dalam ikatan kovalen diantara fosfat, dengan jumlah energi terbesar (± 7 kcal/mole) dalam ikatan diantara gugus fosfat kedua dan ketiga.
Oksidasi biologi - 7
Ikatan kovalen ini disebut ikatan pirofosfat.
Terdapat beberapa reaksi oksidasi-reduksi di dalam sel, baik selama katabolisme maupun anabolisme.
Proses respirasi seluler : glikolisis, siklus Kreb’s, dan rantai transport elektron adalah reaksi biokimia yang melibatkan transfer elektron melalui reaksi OKSIDASI – REDUKSI.
Oksidasi biologi - 8
2
Proses pemecahan glukosa, dimana glukosa di oksidasi menjadi dua molekul 3-carbon (piruvat).
Tiga
energi (preparatory stages). Pemecahan gula 6carbon menjadi dua gula 3-carbon (asam piruvat) Produksi energi (Energy-Conserving Stage).
Glucose + 2 ATP + 2 ADP + 2 PO4– + 2 NAD+ 2 pyruvic acid + 4 ATP + 2 NADH + 2H+
Catatan:
bagian glikolisis:
Pemakaian
Energi yang dilepaskan dari glukosa dapat digunakan untuk memfosforilasi (penambahan gugus fosfat) pada ADP, membentuk ATP. Glikolisis terjadi didalam sitoplasma. Oksidasi biologi - 9
Oksidasi biologi - 10
6 Glucose
Digunakan
2 ATP Glukosa dipecah untuk membentuk 2 Glucose-3phosphate
1
Glucose 6-phosphate 2 Fructose 6-phosphate 3
4
Fructose 1,6-diphosphate
5 Dihydroxyacetone phosphate (DHAP)
Glyceraldehyde 3-phosphate (GP) Oksidasi biologi - 11
2
Glucose-3phosphate dioksidasi menjadi 2 asam piruvat Dihasilkan 4 ATP Dihasilkan 2 NADH
1,3-diphosphoglyceric acid 7
3-phosphoglyceric acid 8
2-phosphoglyceric acid 9
Phosphoenolpyruvic acid (PEP) 10 Pyruvic Oksidasi acid biologi - 12
3
Oksidasi biologi - 13
Oksidasi biologi - 14
Oksidasi biologi - 15
Oksidasi biologi - 16
4
Jika oksigen berlimpah, sel akan merubah asam piruvat menjadi asetil-KoA. Asam
piruvat (dari glikolisis) di oksidasi dan di dekarboksilasi. 2(Pyruvate- + Coenzyme-A + NAD+ Acetyl-CoA + CO2 + NADH).
Pembentukan asetil-KoA adalah TAHAP TRANSISI untuk mempersiapkan asam piruvat masuk kedalam siklus Kreb’s.
Oksidasi biologi - 17
Molekul
3-carbon (acetyl-CoA) di oksidasi lebih lanjut menjadi karbon dioksida. 2(Acetyl
Oksidasi biologi - 18
Dalam proses glikolisis dan siklus Kreb’s hanya dihasilkan 4 molekul ATP atau GTP (molekul energi yang mirip dengan ATP) per-molekul glukosa. Hasil
ini jauh dibawah jumlah yang diperlukan oleh tubuh untuk berfungsi secara normal. Akan tetapi, selama oksidasi glukosa, sejumlah besar NADH dan FADH2 diproduksi. Agent pereduksi ini secara dramatis meningkatkan jumlah ATP yang diproduksi.
3NAD+
CoA + + FAD + GDP3- + HPO42- + 2H2O 2CO2 + 3NADH + FADH2 + GTP4- + 2H+ + Coenzyme-A).
Dengan demikian, BAGAIMANA TUBUH MENGHASILKAN ATP LEBIH BANYAK LAGI? Oksidasi biologi - 19
Oksidasi biologi - 20
5
Rantai transport elektron terjadi didalam lipatan membran dalam mitokondrial (cristae). Sistem ini akan menggunakan energi yang tersimpan dalam NADH dan FADH2 untuk menghasilkan ATP.
NADH dan FADH2 yang terakumulasi selama proses glikolisis, reaksi transisi, dan siklus Kreb’s akan mentransfer atomatom hidrogen ke komponen-komponen dari rantai transport elektron.
Selama transport, hidrogen dan elektron ditransfer ke akseptor dengan cara proton dipompa melintasi membran mitokondrial bagian dalam. Hal ini menghasilkan gradien elektrochemical yang kemudian digunakan untuk fosforilasi ADP sambil proton berdifusi kembali melintasi membran.
Oksidasi biologi - 21
Melalui
rangkaian reaksi fosforilasi oksidatif.
Oksidasi biologi - 22
Membran luar
Oksidasi
NADH terangkai dengan reaksi fosforilasi ADP. Selain itu, reaksi reduksi akan menyertai oksidasi NADH.
Ruang antarmembran
Membran dalam
● Reaksi oksidasi selalu disertai reaksi reduksi, karena elektron yang diberikan oleh satu gugus harus diterima oleh gugus lainnya.
hal ini, molekuler oksigen adalah akseptor elektron, maka pada tahap akhir rangkaian ini, elektron ditransfer ke oksigen dan terbentuk air.
Dalam
Oksidasi biologi - 23
Mempertahankan bentuk mitokondria. Sangat permeabel terhadap molekul kecil.
Terdapat enzim creatine kinase & adenylate kinase.
Matrix
Mengandung enzim untuk siklus Kreb’s dan oksidasi asam lemak. Mengandung DNA, ribosome dan protein yang diperlukan untuk sintesis protein.
Struktur yang berlibat-lipat & tidak permeabel terhadap molekul & ion. Kaya dengan protein.
Cristae
Struktur yang berlipat-lipat dari membran dalam. Oksidasi biologi - 24
6
FUNGSI
MITOKONDRIA:
Transport
●Digunakan untuk memindahkan substansi melintasi membran bagian dalam. Rantai
respirasi
●Kompleks yang bertanggung jawab untuk produksi ATP dari sumber energi memerlukan oksigen. ATP
Enzim yang terlibat dalam proses oksidasi dan reduksi diberi nama oksidoreduktase. Mengkatalisis reaksi
oksidasi atau reduksi
Diklasifikasi menjadi empat kelompok: Oksidase Hidroperoksidase Oksigenase
Oksidasi biologi - 25
Enzim oksidase menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen. Enzim oksidase mengkatalisis pelepasan hidrogen dari substrat dengan menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen.
beberapa gugus kimia untuk menambahkan atau melepaskan atom hidrogen
Dehidrogenase
synthase
●Digunakan untuk fosforilasi ADP.
Bekerja pada
Enzim-enzim tersebut membentuk air atau hidrogen sebagai produk reaksi. Sebagian enzim oksidase mengandung logam.
Fe. Cu.
Oksidasi biologi - 27
Oksidasi biologi - 26
Golongan
enzim ini mengkatalisis substrat yang bergugus fungsional. Contoh enzim dehidrogenase adalah suksinat dehidrogenase, glutamat dehidrogenase dan sebagainya.
Oksidasi biologi - 28
7
Terdapat
dua koenzim penting dalam reaksi oksidasi – reduksi:
Eritrosit tidak memiliki mitokondria oleh karena itu, glukosa digunakan hanya sebagai sumber energi utama. Tanpa glukosa, sel darah merah akan mati.
NAD.
FAD.
Sel-sel darah membawa O2 dari paru-paru ke jaringan. Tanpa sel-sel darah merah, kebanyakan jaringan tubuh akan menderita kekurangan energi karena mereka memerlukan O2 untuk menyempurnakan perubahan makanan menjadi CO2 dan H2O.
Oksidasi biologi - 29
Sumber
energi (ATP) eritrosit diperoleh melalui proses glikolisis anaerobik dalam sitosol. glikolisis anaerobik piruvat yang terbentuk dirubah menjadi laktat dan kemudian dilepaskan kedalam darah.
Pada
Glikolisis
memberikan ATP untuk pompa ion membran dan NADH untuk reoksidasi methemoglobin. Oksidasi biologi - 31
Jalur utama dari metabolisme karbohidrat dalam sel darah merah adalah:
Glikolisis. PPP (Pentose Phosphate Pathway). Metabolisme 2,3bisphosphoglycerate (2,3BPG).
Oksidasi biologi - 30
PPP dalam erythrocyte merupakan jalur penting untuk memproduksi NADPH.
Gangguan dalam produksi NADPH dapat mempengaruhi kelangsungan hidup eritrosit. NADPH untuk mempertahankan kondisi reduksi dari glutathione. Glutathione membuang peroxide melalui aksi glutathione peroxidase.
Oksidasi biologi - 32
8
Ketidakmampuan untuk mempertahankan glutathione tereduksi dalam sel darah merah berperan terhadap peningkatan akumulasi peroxide, terutama H2O2, yang mengakibatkan melemahnya dinding sel dan hemolysis.
Akumulasi H2O2 juga berperan terhadap peningkatan kecepatan oksidasi hemoglobin menjadi methemoglobin yang juga melemahkan dinding sel.
Oksidasi biologi - 33
Sintesis 2,3-BPG merupakan jalur reaksi utama konsumsi glukosa dalam eritrosit.
Sintesis 2,3-BPG penting untuk mengontrol afinitas hemoglobin terhadap oksigen. Catatan, bila glukosa teroksidasi oleh jalur ini, maka eritrosit akan kehilangan kemampuan untuk memperoleh 2 mole ATP dari oksidasi glikolitik dari 1,3-BPG menjadi 3-phosphoglycerate melalui reaksi phosphoglycerate kinase.
Oksidasi biologi - 34
9
