BIOLOGI OKSIDASI & RESPIRASI SEL

1. BIOLOGI OKSIDASI&RESPIRASI SEL Dra.Yustini Alioes,MSi,Apt Bagian Biokimia Fakultas Kedokteran Universitas Andalas Padang

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 • Sitokrom oksidase • 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: • - 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 • 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

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.

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.