Bioenergetika Dan Metabolisme

Helmin Elyani

PENDAHULUAN Energi penting bagi suatu sel hidup, yaitu untuk : Membuat senyawa – senyawa baru, Menjalankan kerja mekanik pada pergerakan, Melakukan transport senyawa, Menghasilkan panas, dll BIOENERGETIKA : ilmu tentang perubahan energi yang menyertai reaksi-reaksi biokimia (Harper,2003)

Perubahan energi di dalam sel hidup, seperti yang lain, tunduk pada hukum termodinamika I dan II.

HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA: Energi total adalah konstan HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA: Derajat ketidak teraturan harus meningkat jika reaksi ingin terjadi secara spontan. pada titik kesetimbangan, entropi (derajat ketidak teraturan) yang terbentuk berada pada tingkat paling maksimum  energi terurai secara maksimal dan reaksi berlangsung irreversibel

ENTROPI derajat ketidak teraturan/keteracakan  Adalah energi dalam keadaan acak atau tidak teratur.  energi yang “ tidak berguna “. ENERGI YANG BERMANFAAT ada dua, yaitu : - Energi bebas : Jenis energi yang dapat melakukan kerja pada Suhu dan tekanan tetap. - Energi panas : Jenis energi yang dapat melakukan kerja hanya melalui suatu perubahan suhu atau tekanan.

Hubungan antara perubahan energi bebas ( G ) pada sebuah sistem yang bereaksi , dan perubahan entropi ( S ) pada kondisi suhu dan tekanan yang konstan  disampaikan lewat persamaan yang menggabungkan 2 kaidah termodinamika :

G = H – T.S dimana :

H adalah perubahan entalpi ( panas ) pada sistem tersebut T adalah suhu absolut pada saat proses sedang berlangsung S adalah perubahan dalam entropi semesta, termasuk sistem yang sedang beraksi

Jadi, ΔG suatu reaksi bergantung kepada :

ΔH atau entalpi (panas) Perbedaan energi ikatan kimia antara produk dan substrat Δ S atau peningkatan entropi Jumlah energi yang tidak tersedia untuk melakukan kerja (karena energi tersebut pergi untuk meningkatkan ketidakteraturan sistem ) Konsentrasi awal substrat dan produk Suhu absolut

Jika tanda G negatif, reaksi berlangsung spontan dengan kehilangan energi bebas. Dengan kata lain reaksi ini bersifat EKSERGONIK

Sebaliknya, jika G positif, reaksi berlangsung hanya kalau dapat diperoleh energi bebas. Dengan kata lain reaksi ini bersifat ENDERGONIK Jika G adalah nol, sistem tersebut berada dalam keseimbangan dan tidak ada perubahan netto yang terjadi.

Perubahan energi bebas ( G ) : Dalam setiap proses kimia atau fisik yang berjalan spontan, energi bebas dari sistem reaksi selalu menurun, artinya G bertanda negatif. Energi bebas baku atau Go adalah : Perbedaan diantara kandungan energi – bebas pereaksi, dan energi bebas produk pada keadaan baku (standar) yaitu pada suhu 25oC ( 298 K ); tekanan 1,0 atm; dan pereaksi serta produk berada pada konsentrasi baku 1,0 M.

Jika  Go bertanda negatif : Produk mengandung energi bebas lebih sedikit dari pereaksi, dan karenanya reaksi akan berjalan ke arah pembentukan produk pada keadaan baku Atau dengan kata lain : jika reaksi dimulai dengan dengan konsentrasi semua komponen ( baik pereaksi maupun produk ) 1,0 M sampai terjadi keseimbangan maka reaksi – reaksi dengan Go bertanda negatif akan berjalan ke depan ke arah seperti yang dituliskan

Jika Go bertanda positif : Produk mengandung energi bebas lebih banyak dari pereaksi, dan karenanya reaksi akan berjalan ke arah kebalikannya, karena semua reaksi kimia cenderung menuju arah reaksi yang mengakibatkan penurunan energi bebas sistem. Atau dengan kata lain jika reaksi dimulai dengan dengan konsentrasi semua komponen ( baik pereaksi maupun produk ) 1,0 M maka reaksi dengan Go bertanda positif akan berjalan ke arah kebalikan dari yang dituliskan

ENERGETIKA DAN KELANGSUNGAN SUATU PROSES

Suatu proses tertentu , apakah dapat berlangsung secara spontan atau tidak, tergantung pada perbedaan potensial keadaan awal dan akhir, apakah positif atau negatif. Di mana : ( ΔP = P2 – P1 )

Proses EKSERGONIK Bila P2 lebih kecil P1, maka DP negatif, dan proses berlangsung spontan, serta menghasilkan kerja.

Proses ENDERGONIK ΔP (P3 lebih besar dari P1)= lebih besar dari 0. Proses semacam ini berlangsung tidak spontan

Proses KESEIMBANGAN Bila tidak terdapat perbedaan potensial, sistem berada dalam keadaan keseimbangan.

PROSES YANG TERANGKAI DAPAT BERLANGSUNG SPONTAN PROSES ENDERGONIK BERLANGSUNG LEWAT PERANGKAIAN DENGAN PROSES EKSERGONIK

1. Proses sangat penting / vital – misalnya, berbagai reaksi sintesis, kontraksi muskuler, hantaran impuls saraf dan transportasi aktif  mendapatkan energi lewat perangkaian (coupling) atau pembentukan hubungan kimiawi dengan reaksi oksidatif. Dalam bentuk yang paling sederhana, tipe perangkaian seperti disebut di atas dapat digambarkan seperti dalam gambar berikut

2. Sebagian reaksi eksergonik dan endergonik dalam sistem biologik dirangkaikan dengan cara sebagai berikut : A+C I B+D Melalui zat antara ( I ) yang ikut mengambil bagian dalam kedua reaksi Atau dalam reaksi dehidrogenasi (senyawa-antara pembawa dirangkaikan dengan reaksi hidrogenasi)

3. Metode alternatif lainnya untuk merangkaikan proses eksergonik dengan endergonik adalah mensintesis senyawa dengan potensial energi tinggi dalam reaksi eksergonik dan menyatukan senyawa baru ini ke dalam reaksi endergonik

Dalam sel hidup, senyawa pembawa atau senyawa antara energi tinggi yang utama ( diberi tanda ~E ) adalah adenosin trifosfat ( ATP )

Selama berlangsungnya reaksi katabolik yang memberikan energi, senyawa fosfat berenergi super tinggi dihasilkan, dengan menggunakan energi yang dibebaskan pada degradasi nutrien sel organik. X ATP

+ ADP P

ATP

Y

X +

kinase

+ Y

ADP + P

kinase

Tidak semua sel punya kinase, ATP dapat perantara / memindahkan gugus fosfat kepada berbagai molekul penerima untuk menghasilkan senyawa fosfat berenergi rendah.

Pada tahun 1941, Fritz Lipmann mengajukan suatu konsep umum bahwa ATP adalah pembawa energi kimia utama dan universal di dalam sel. Hal tersebut dapat dilihat dalam gambaran siklus ATP sebagai berikut :

AMP dapat kembali ke siklus ATP melalui kerja enzim yang ada pada semua sel hewan yaitu adenilat kinase, yang mengkatalisis fosforilasi dapat balik AMP menghasilkan ADP :

ADP yang dibentuk sekarang dapat terfosforilasi kembali menjadi ATP.

Adenilat kinase memiliki fungsi penting lainnya. Jika enzim ini bekerja dengan arah sebaliknya

Pada otot yang berkontraksi, adenilat kinase membiarkan penggunaan kedua gugus fosfat g dan b pada ATP sebagai sumber energi. Sebagai akibatnya, adenilat kinase yang bekerja pada ADP dapat membantumenghasilkan fosfokreatin sebagai sumber ATP selama kontraksi otot.

Otot Dalam Keadaan Relaks

ATP

Kreatin

Kreatin kinase

Otot Berkontraksi

ADP

Pi

Fosfokreatin

3 fase transformasi energi 1. Pembentukan energi dari

oksidasi bahan bakar 2. Perubahan energi ini menjadi ikatan fosfat berenergi tinggi (ATP) 3. Penggunaan energi pada ikatan fosfat ATP untuk menjalankan proses yang memerlukan energi

ATP juga dapat terbentuk tanpa adanya O2 molekuler. Satu – satunya jalur metabolisme bahan bakar yang dapat menghasilka n ATP tanpa oksigen adalah : GLIKOLISIS ANAEROBIK .

Overview metabolisme lemak

Overview metabolisme protein

Jalur mayor metabolisme karbohidrat

TERIMA KASIH