Oksidasi Reduksi Dan Bioenergetika

OKSIDASI - REDUKSI (KONSEP

BIOENERGETIKA)

DEPARTEMEN BIOKIMIAFK UNIMAL

2010

Introduction

Dalam setiap reaksi biokimia selalu dikeluarkan panas

Panas suatu bentuk energi Energi yang dapat dipakai oleh tubuh

energi kimia (ATP) Panas dapat digunakan tubuh untuk

mempertahankan suhu badan

Introduction

Reaksi yang menghasilkan panas eksotermik

Panas dapat digunakan langsung untuk kapal uap

Introduction

Reaksi yang memerlukan panas endotermik

Pada sistem biologi:Eksotermikeksergonik (exergonik)

Endotermikendergonik

Reaksi dalam tubuh umunya merupakan gabungan dari proses katabolisme (exergonik) dan anabolisme (endergonik)

Karena reaksi exergonik terangkai dengan reaksi endergonik maka harus ada molekul perantara yang dapat mengemban/menangkap energi kimia agar tidak hilang/dapat dimanfaatkan

Berbagai reaksi exergonik yang merupakan sumber utama penghasil/penangkapan energi dalam tubuh antara lain:GlikolisisFosforilasi oksidatifSiklus asam sitrat/siklus krebs

Reaksi endergonik antara lain adalah:BiosintesisKontraksi ototEksitasi syarafTranspot antar membran

Molekul perantara sebagai pembawa fosfat energi tinggi ada bermacam-macam yaituFosfoenol piruvat, Karbamoil fosfat,1,3 bifosfogliserat,Kreatin fosfatAdenosin Trifosfat

Senyawa berenergi tinggi yang lain: Tiolester (seperti Ko-A) S- adenosil metionin Uridin difosfoglukosa 5- Fosforibosil 1 pirofosfat (PRPP)

Senyawa fosfat energi rendah adalah:Adenosin difosfatPirofosfatGlukosa-1 fosfatFruktosa 6 fosfatAdenosin MonofosfatGlukosa 6 fosfatGliserol 3 fosfat

Oksidasi Biologis Teori lama:

Oksidasi adalah reaksi suatu senyawa dengan oksigen

Teori BaruOksidasi adalah reaksi pelepasan elektron

danReduksi adalah penerimaan elektron

Definisi ini sangat penting untuk diingat. Dalam hal transfer elektron:

REAKSI OKSIDASI: (Reaksi pelepasan elektron)

Contoh : Na → Na+ + e 2Cl- → Cl2 + 2e

REAKSI REDUKSI (Reaksi penambahan elektron)

Contoh : Na+ + e → Na Cl2 + 2e → 2Cl-

CONTOH Lainnya… Oksidasi

Ion fero yang melepas satu elektron berubah menjadi ion feri

Fe 2+ Fe 3+ + elektron Reduksi

Ion feri bila menerima satu elektron menjadi ion fero

Fe 3+ + elektron Fe 2+

Reaksi oksidasi dan reduksi terjadi secara simultan. Artinya, apabila ada reaksi oksidasi, maka akan disertai dengan reaksi reduksi.

Reaksi Reduksi Oksidasi REDOKS

Contoh reaksi redoks Reaksi redoks dalam hal transfer elektron:

Tembaga(II)oksida dan magnesium oksida keduanya bersifat ion. Sedang dalam bentuk logamnya tidak bersifat ion.

Jika reaksi ini ditulis ulang sebagai persamaan reaksi ion,

Pd persamaan reaksi di atas, magnesium mereduksi ion tembaga(II) dengan memberi elektron untuk menetralkan muatan tembaga(II). Dapat dikatakan: magnesium adalah zat pereduksi (reduktor).

Sebaliknya, ion tembaga(II) memindahkan elektron dari magnesium untuk menghasilkan ion magnesium. Jadi, ion tembaga(II) beraksi sebagai zat pengoksidasi (oksidator).

Zat yang mengalami reduksi zat pengoksidasi (oksidator)

Zat yang mengalami oksidasi zat pereduksi (reduktor).

Dapat disimpulkan sebagai berikut, apa peran pengoksidasi dalam transfer elektron: Zat pengoksidasi, mengoksidasi zat lain. Oksidasi berarti kehilangan elektron (OIL RIG). Itu berarti zat pengoksidasi mengambil

elektron dari zat lain. Jadi suatu zat pengoksidasi harus mendapat

elektron

Dalam reaksi sistem biologis umumnya bila suatu senyawa teroksidasi maka ada senyawa yang tereduksi

Dalam proses penerimaan/pelepasan elektron ini diikuti oleh pertukaran energi bebas tinggi

Besarnya energi bebas ini dapat diukur melalui potensiometer

Pada sistem biologik energi bebas diwujudkan dalam potensial redoks yang diukur pada pH 7,0.

Beberapa potensial redoks yang telah terukur yaitu: Ion H -0,42 NAD/NADPH -0,32 Lipoat -0,29 Asetoasetat -0,27 Piruvat/laktat -0,19 Oxaloasetat/malat -0,17

NAD (Nikotinamid adenin dinukleotida) NADP (Nikotinamid adenin dinukleotida phosfat)

Fumarat/suksinat +0,03 Sitokrom B +0,08 Ubiquinon +0,10 Sitokrom C +0,22 Sitokrom a1 +0,29 Oksigen/air +0,82

Pada suatu reaksi oksidasi-reduksi yang berantai maka elektron akan mengalir dari sistem yang elektronegatif (ion H) ke arah sistem yang lebih elektropositif yaitu oksigen/air

Dalam setiap loncatan elektron terjadi pelepasan energi bebas. Pada rantai respirasi maka energi ini akan ditangkap utuk proses fosforilasi ADP menjadi ATP

Oksidase Oksidase adalah kelompok enzim yang

memerlukan oksigen sebagai akseptor hidrogen (elektron)

AH2 H2O2

Oksidase

A H2O

Enzim oksidase yang banyak terdapat di jaringan adalah sitokrom oksidase. Enzim ini mengandung besi sehingga disebut hemoprotein, juga mengandung Cu.

Heme besi

Aktivitas enzim ini dapat dihambat oleh sianida, hidrogen sulfida dan karbonmonoksida oksidasi terhenti mati

Enzim xantin oksidase mengandung molibdenum dan penting pada hiperurisemia (Kadar asam urat dalam darah yang tinggi yang memberikan gejala artritis rheumatoid=GOUT)

Oksidase yang memerlukan FAD adalah aldehid dehidrogenase

Glukosa oksidase juga memerlukan FAD, penting dalam pemeriksaan lab (untuk penentuan kadar glukosa darah) dapat mengoksidasi glukosa

Dehidrogenase Enzim ini berperan dalam pemindahan

elektron tetapi tidak menggunakan oksigen sebagai akseptornya

Ada 2 jenis:Dehidrogenase anggota rantai respirasiNon rantai respirasi

Sebagai enzim anggota rantai respirasi:

Berperan untuk transfer hidrogen dalam reaksi berantai dari suatu substrat ke substrat lain yang akhirnya sampai ke oksigen.

Umumnya memerlukan koenzim NAD atau NADP dan Zn. Reaksi bersifat reversibel

Karena tidak memerlukan oksigen maka dapat bekerja pada keadaan anaerob (Glikolisis anaerobik)

Yang memerlukan NAD: banyak terlibat pada proses glikolisis, siklus as sitrat (siklus Krebs), dan rantai respirasi

Yang memerlukan NADP: berperan pada reaksi sintesis reduktif seperti sintesa asam lemak dan steroid

Dehidrogenase lain ada yang memerlukan riboflavin seperti FMN dan FAD dan umumnya berperan dalam transfer elektron

Contoh: Suksinat dehidrogenase, asil Ko-a dehidrogenase, gliserol 3 P dehidrogenase dalam mitokondria

Pada umumnya enzim sitokrom kecuali sitokrom oksidase merupakan enzim yang bekerja pada proses dehidrogenasi (merupakan enzim dehidrogenase)

Enzim peroksidase terdapat dalam air susu, lekosit dan trombosit juga bekerja dalam proses reduksi peroksida dan memerlukan senyawa lain sebagai akseptor elektron yaitu vit C, sitokrom C dan Quinon

Di dalam eritrosit ada enzim khusus yaitu glutation peroksidase yang mengandung selenium (Se) sebagai gugus prostetik.

Enzim tsb dapat menghilangkan hidrogen peroksida dan senyawa peroksida lipid lain sehingga melindungi kerusakan oksidatif membran sel eritrosit

H2O + AH2 2 H2O + A Peroksidase

Termasuk peroksidase lain adalah katalase yang berperan memecah hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen

Oksigenase Ada 2 jenis enzim ini yaitu dioksigenase, dan

monoksigenase. Berperan mengikatkan oksigen ke dalam suatu molekul tetapi bukan suatu proses oksigenasi

Prosesnya berlangsung 2 tahap Pertama terjadi pengikatan olsigen dengan

enzim, selanjutnya oksigen tersebut direduksi dan dialihkan ke substrat

Dioksigenase mengikat 2 molekul oksigen ke substrat

A + O2 AO2 Dioksigenase

Umumnya enzim ini mengandung Fe, misalnya homogentisat dioksigenase, 3 hidroksi antranilat dioksigenase dan L triptofan dioksigenase ,di dalam hepar

Enzim monooksigenase fungsinya merupakan campuran oksidase dan hidroksilase yaitu mengikatkan hanya satu molekul oksigen kepada substrat, sedangkan 1 molekul oksigen lainnya direduksi menjadi air.

Pada proses ini diperlukan adanya donor elektron/ko substrat tambahan.

Di dalam sel hepar terdapat monooksigenase khusus yang bersama sitokrom P 450 dan sitokrom b5 serta NADH dan NADPH yang berperan untuk hidroksilasi obat.

Prosesnya berantai melewatkan banyak enzim yang secara kolektif disebut siklus hidroksilase.

Reaksi ini bermanfaat untuk meningkatkan efek teurapeutik obat dan menurunkan toksisitas obat, sebab obat menjadi lebih mudah larut.

Di dalam banyak jaringan terbentuk oksigen reaktif atau radikal bebas oksigen/superoksid. Gugus radikal bebas ini sangat toksis dan dapat merusak jaringan dan membran sel melalui proses oksidasi yang menghasilkan (antara lain) lipid peroksidasi

Oksigen reaktif ini dapat dihilangkan opleh enzim superoksid dismutase .

Superoksid dismutase mengandung ion Cu, Mn, Zn

Rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif Rantai respirasi ,terdapat kumpulan

enzim dengan koenzimnya yang terangkai berurutan untuk reaksi transfer equivalen pereduksi (H-elektron) sampai terjadi pembentukan air (H2O).

Proses oksidasi dalam rantai respirasi terangkai (coupled) dengan proses fosforilasi oksidatif ADP menjadi ATP.

Proses ini berlangsung dalam mitokondria dan merupakan penghasil energi terbanyak dalam tubuh power house

Elektron/hidrogen yang dikeluarkan pada oksidasi mengalir dalam rantai respirasi dari komponen yang paling elektronegatif ke arah yang paling elektro positif dan diikuti kenaikan potensial redoksnya.

Inhibitor rantai respirasi Ada beberapa senyawa yang dapat:

menghambat oksidasi dalam rantai respirasiMenghambat fosforilasiSecara total menghambat oksidasi dan

fosforilasi, akibatnya fosforiloasi oksidatif tidak terjadi dan tidak ada energi yang terbentuk.

Mis: Obat tidur barbiturat, antibiotik pierisidin A dan racun ikan rotenon menghambat kerja dehidrogenase yang tergantung NAD yaitu menghambat transfer elektron dari FMN atau FeS ke koenzim Q

Senyawa lain: Dimerkaprol dan antimicin A menghambat transfer elektron antara sitokrom b ke sitokrom c.

Senyawa racun hidrogen disulfida, sianida dan karbonmonoksida menghambat kerja sitokrom aa3

Oligomisin dapat menghambat total semua proses oksidasi dan fosforilasi,

Dinitrofenol bekerja memisahkan rangkaian oksidasi dan fosforilasi, disini oksidasi rantai respirasi tetap berlangsung tetapi tidak menghasilkan ATP