OKSIDASI BIOLOGI DAN SENYAWA BERENERGI TINGGI Disusun oleh : drg. Rochmad Koesbiantoro, M.Kes. PENDAHULUAN Pembahasan materi perkuliahan oksidasi biologi dan senyawa berenergi ini meliputi : Proses oksidasi; Peranan enzim, koenzim, serta logam dalam oksidasi biologi; Hubungan rantai pernafasan dengan pembentukan senyawa fosfat berenergi tinggi; Cara-cara bagaimana H yang dihasilkan dalam sitoplasma dapat masuk dan dioksidasi dalam mitokondria; Struktur dan fungsi mitokondria; Proses transfer elektron di mikosom; dan proses oksidasi reduksi dalam sel darah merah. Sebelum membahas lebih dalam materi perkuliahan ini, mahasiswa diharapkan telah memiliki pengetahuan tentang : Biologi molekuler sel; Proses oksidasi dan reduksi; Enzim dan koenzim. Sehingga nantinya akan mempermudah dalam pemahaman materi oksidasi biologi dan senyawa berenergi tinggi. Pengetahuan tentang oksidasi biologi dan senyawa berenergi tinggi berguna bagi mahasiswa kelak jika mereka telah terjun dimasyarakat atau bekerja, khususnya dalam menyelamatkan jiwa penderita yang mengalami kegagalan respirasi atau sirkulasi dengan pemberian oksigen. Banyak obat, polutan dan karsinogen kimia (xenobiotik) dimetabolisisr oleh enzim-enzim kelompok oksidoreduktase atau yang dikenal sebagai sistem sitokrom P-450. Tujuan instruksional khusus (TIK) setelah mengikuti materi perkuliahan ini, diharapkan mahasiswa mampu : Menjelaskan pembentukan energi untuk kelangsungan hidup sel.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
OKSIDASI BIOLOGI
DAN
SENYAWA BERENERGI TINGGI
Disusun oleh : drg. Rochmad Koesbiantoro, M.Kes.
PENDAHULUAN
Pembahasan materi perkuliahan oksidasi biologi dan senyawa berenergi ini
meliputi : Proses oksidasi; Peranan enzim, koenzim, serta logam dalam oksidasi
biologi; Hubungan rantai pernafasan dengan pembentukan senyawa fosfat
berenergi tinggi; Cara-cara bagaimana H yang dihasilkan dalam sitoplasma dapat
masuk dan dioksidasi dalam mitokondria; Struktur dan fungsi mitokondria; Proses
transfer elektron di mikosom; dan proses oksidasi reduksi dalam sel darah
merah.
Sebelum membahas lebih dalam materi perkuliahan ini, mahasiswa
diharapkan telah memiliki pengetahuan tentang : Biologi molekuler sel; Proses
oksidasi dan reduksi; Enzim dan koenzim. Sehingga nantinya akan
mempermudah dalam pemahaman materi oksidasi biologi dan senyawa
berenergi tinggi. Pengetahuan tentang oksidasi biologi dan senyawa berenergi
tinggi berguna bagi mahasiswa kelak jika mereka telah terjun dimasyarakat atau
bekerja, khususnya dalam menyelamatkan jiwa penderita yang mengalami
kegagalan respirasi atau sirkulasi dengan pemberian oksigen. Banyak obat,
polutan dan karsinogen kimia (xenobiotik) dimetabolisisr oleh enzim-enzim
kelompok oksidoreduktase atau yang dikenal sebagai sistem sitokrom P-450.
Tujuan instruksional khusus (TIK) setelah mengikuti materi perkuliahan ini,
diharapkan mahasiswa mampu :
Menjelaskan pembentukan energi untuk kelangsungan hidup sel.
Menyebutkan 4 macam enzim oksidoreduktase yang terlibat dalam proses
oksidasi biologi
Menyebutkan koenzim, logam yang terdapat dalam kelompok enzim
oksidoreduktase dan peranannya.
Menggambarkan skema proses rantai pernafasan.
Menjelaskan konsep senyawa berenergi tinggi disertai contohnya.
Menunjukkan cara pembentukan ATP serta peranannya sebagai sumber
energi.
Menunjukkan peranan rantai pernafasan dalam pembentukan ATP.
Menggambarkan bagian mitokondria, sifat dan fungsinya yang khas serta
enzim-enzimnya.
Menjelaskan transfer elektron dan fungsi mikrosom.
Mengenal berbagai koenzim, vitamin yang diperlukan untuk transfer elektron
dalam mikrosom.
Menjelaskan proses oksidasi dan akibatnya pada haemoglobin.
Menjelaskan daya rusak oksigen terhadap eritrosit.
Menjelaskan mekanisme transfer elektron yang melindungi sel darah merah
akibat autooksidasi.
PENYAJIAN
I. Proses oksidasi reduksi
Secara kimiawi oksidasi didefinisikan sebagai pelepasan elektron dari
suatu substansi, sedangkan reduksi sebagai penambahan elektron.
Oxidation
Gambar 1. Oksidasi dan reduksi suatu zat. Zat A mengalami oksidasi dengan melepaskan electron, zat B mengalami reduksi dengan menerima electron yang berasal dari zat A.
Oksidasi selalu disertai reduksi akseptor elektron. Prinsip oksidasi reduksi ini
berlaku pula pada berbagai sistem biokimiawi dan merupakan konsep penting
yang melandasi pemahaman tentang sifat oksidasi biologi. Dalam biokimia,
oksidasi reduksi sering melibatkan perpindahan tidak hanya suatu elektron tetapi
atom hidrogen utuh.
H2 (teroksidasi) 2e- + 2H+ (donor elektron)
½ O2 (tereduksi) + 2e- + 2H+ H2O
O2 adalah aseptor elektron
Bakteri aerob memerlukan adanya oksigen untuk kelangsungan hidupnya.
Penggunaan utama oksigen adalah untuk proses respirasi, yaitu proses
pengambilan energi dalam bentuk ATP dari reaksi terkendali hidrogen dan
oksigen yang membentuk air. Energi juga dibutuhkan untuk proses kehidupan sel
seperti : biosintesis, transport aktif, pergerakan, dan sebagai mesin untuk
menghasilkan energi dalam sel adalah mitokondria. Semua energi bermanfaat
yang dibebaskan selama oksidasi asam lemak, asam amino, dan karbohidrat
akan tersedia di dalam mitokondria sebagai unsur ekuivalen pereduksi (-H atau
elektron). Mitokondria berisi sejumlah rangkaian katalisator rantai respirasi yang
mengumpulkan, mengangkut, dan dan mengarahkan unsur ekuivalen pereduksi
pada reaksi akhir dengan oksigen untuk membentuk air, juga mampu
menangkap energi bebas yang dilepas sebagai fosfat energi tinggi. Mitokondria
juga mengandung berbagai sistem enzim yang bertanggung jawab untuk
memproduksi sebagian besar unsur ekuivalen pereduksi, yaitu enzim-enzim pada
oksidasi- dan siklus asam sitrat. Siklus asam sitrat merupakan lintasan
metabolisme terakhir untuk oksidasi semua bahan makanan.
Gambar 2. Skema yang menjelaskan bahwa Siklus asam sitrat merupakan lintasan metabolisme terakhir untuk oksidasi semua bahan makanan, kemudian NADH dan FADH2
yang terbentuk akan memasuki rantai transport elektron dan fosforilasi oksidatif.
II. Peranan enzim, koenzim, serta logam dalam oksidasi biologi
Proses oksidasi biologi didalam sel memerlukan adanya enzim. Enzim yang
terlibat dalam proses oksidasi dan reduksi (oksidasi biologi) diberi nama
oksidoreduktase. Enzim oksidoreduktase ini terdiri dari 4 kelompok, yaitu:
a. Kelompok enzim oksidase
Enzim oksidase mengkatalisis pengeluaran hidrogen dari substrat dengan
menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen. Enzim-enzim oksidase
membentuk air atau hidrogen peroksida sebagai produk reaksi.
AH2 1/2 O2 AH2 O2
(Reduksi)
A H2O A H2O2
Oksidase Oksidase
(Oksidasi)
A B
Gambar 3. Oksidasi dari suatu metabolit yang dikatalisis oleh oksidase (A) membentuk H2O,(B) membentuk H2O2.
Contoh kelompok enzim oksidase :
1. Sitokrom oksidase (sitokrom a3)
Tersebar luas dalam banyak jaringan
Komponen terakhir rantai respirasi dalam mitokondria
Merupakan hemoprotein dengan gugus prostetik heme yang berikatan
dengan Fe.
2. Oksidase asam L-amino
Mengandung flavoprotein FMN
Banyak ditemukan pada ginjal
Fungsi deaminasi oksidatif asam L-amino
3. Xantin oksidase
Terdapat dalam susu, usus halus, ginjal, dan hati
Mengandung molybdenum
Penting dalam konversi basa purin menjadi asam urat
4. Glukosa oksidase
Enzim spesifik flavoprotein FAD yang dibuat dari jamur
b. Kelompok enzim dehidrogenase
Enzim-enzim ini mempunyai fungsi utama :
Pemindahan hydrogen dari substrat yang satu kepada substrat yang
lainnya dalam reaksi oksidasi reduksi yang terangkai
AH2 Carrier BH2
(Reduksi) (Oksidasi) (Reduksi)
A Carrier – H2 B
(Oksidasi) (Reduksi) (Oksidasi)
Gambar 4. Oksidasi metabolit yang dikatalisis oleh pasangan dehidrogenase
Komponen dalam rantai respirasi pengangkutan electron dari substrat ke
oksigen
Carrier Carrier-H2 Carrier
AH2 1 2 3 H2O
(Reduksi) (Oksidasi) (Reduksi) (Oksidasi)
Carrier-H2 Carrier Carrier-H3
A 1 2 3 ½ O2
(Oksidasi) (Reduksi) (Oksidasi) (Reduksi)
Gambar 5. Oksidasi metabolit oleh dehidrogenase dan akhirnya oleh oksidase dalam rantai respirasi
Kelompok enzim dehidrogenase meliputi :
1. Enzim dehidrogenase yang spesifik dengan koenzim NAD+, NADP+.