PROGRAM STUDI PETERNAKAN S1 BIOKIMIA ENRIK S PAKPAHAN /1110612184 BIOENERGETIK PROGRAM STUDI PETERNAKAN S1 FAKULTAS PETERNAKAN UNIVERSITAS ANDALAS 9 September 2018 Workshop Pengembangan Sumber Daya Manusia Tenaga Akademik Berbasis Kompetensi

PENDAHULUAN Energi: merupakan suatu yang vital bagi kehidupan sel-sel makhluk hidup. Sel-sel makhluk hidup memproduksi zat-zat secara konstan dan untuk itu diperlukan energi yang dipakai dalam pergerakan, pemindahan zat-zat dan penghasil panas. Bioenergetik: yaitu ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang perubahan energi yang terjadi sebagai akibat dari reaksi-reaksi biokimia pada makhluk hidup. 9 September 2018

Bentuk-bentuk energi: 1. Listrik 2. Mekanik 3. Kimia 4. Panas 5. Cahaya 9 September 2018

Energi ini bisa saling berubah (Interkonversi) - kimia  listrik, contoh: baterai - panas  mekanik, contoh: tenaga uap untuk menjalankan lokomotif - cahaya  kimia, contoh: tanaman yang mengubah energi dari cahaya matahari menjadi gula, protein dan lipid 9 September 2018

SISTEM ISOTHERMIC - Terjadi pada sistem Biologi - Maksudnya perubahan energi terjadi pada perbedaan suhu yang sangat rendah atau hampir tidak ada perbedaan. - Energi yang digunakannya adalah energi kimia. 9 September 2018

HUKUM TERMODINAMIKA Hukum termodinamika I Pada setiap perubahan fisika atau kimia yang terjadi, jumlah energi di alam tetap konstan. Hukum ini merupakan prinsip dari konservasi energi, artinya energi tidak dapat diciptakan dan juga tidak dapat dihancurkan dan energi tersebut bisa diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. 9 September 2018

HUKUM TERMODINAMIKA Hukum termodinamika II Seluruh perubahan fisika dan kimia cenderung berlangsung dalam satu arah yaitu energi berguna berubah menjadi tidak teratur yang disebut entropi dan akan berhenti pada titik keseimbangan dimana entropi telah mencapai maksimum pada kondisi tersebut. Entropi merupakan sistem yang menuju kearah tidak teratur (disorder atau randomness) dan menjadi maksimum pada suatu sistem jika ia mendekati keseimbangan. 9 September 2018

Energi Berguna ada 2: 1. Energi bebas, yaitu semacam eenergi yang bisa melakukan kerja pada kondisi suhu dan tekanan konstan. 2. Energi panas, yaitu energi yang bisa melakukan kerja hanya apabila terjadi perubahan suhu. Entropi: yaitu energi yang tidak berguna karena ia tidak teratur. 9 September 2018

Contoh-contoh Entropi: Pemanasan air dalam teko, apabila air dalam teko dipanaskan maka terbentuk energi panas yang bisa melakukan kerja, tetapi apabila panas telah dilepas ke sekelilingnya, maka energi panas tersebut tidak bisa dipakai melakukan kerja, hal ini merupakan entropi. Oksidasi/pemecahan glukosa: C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O, dimana glukosa tersebut menuju kepada molekul-molekul yang tidak teratur, keadaan ini disebut entropi. Informasi: tersusun dari huruf-huruf yang membentuk kata-kata, dan rangkaian kata-kata ini menjadi informasi merupakan suatu bentuk energi karena mengandung makna tertentu, tetapi apabila huruf-huruf tersebut bertebaran, maka ia tidak mengandung makna, ini disebut entropi. 9 September 2018

HUBUNGAN ANTARA PERUBAHAN ENERGI BEBAS, PERUBAHAN PANAS DAN PERUBAHAN ENTROPI PADA SISTEM BIOLOGI ∆G = ∆H - T ∆S - ∆G = perubahan energi bebas - ∆H = perubahan panas (entalpi) - ∆S = perubahan entropi - T = suhu absolut 9 September 2018

Contoh perhitungan: Reaksi pemecahan glukosa menjadi CO2 dan H2O yang terjadi pada suhu dan tekanan konstan, yaitu pada suhu 25 oC atau 298 K dan tekanan 1 atm. ∆G = -686.000 kal/mol ∆H = -673.000 kal/mol ∆H - ∆G -673.000 - (-686.000) ∆S = -------------- = ----------------------------- = +44 kal/degradasi T 298 Dari hasil perhitungan reaksi ini dengan tanda positif (+) menunjukkan bahwa entropi di alam meningkat. 9 September 2018

PENGGOLONGAN MAKHLUK HIDUP BERDASARKAN ENERGI BEBAS YANG DIGUNAKAN Autotroph, yaitu organisme yang memerlukan energi bebas yang berasal dari cahaya matahari atau dari unsur kimia seperti Fe. Contoh: - yang menggunakan cahaya matahari: tanaman - yang menggunakan Fe yaitu: bakteri. Heterotroph, yaitu organisme yang menggunakan energi bebas yang berasal dari pemecahan zat-zat organik komplek seperti karbohidrat, lipid dan protein. Contoh: hewan dan manusia. 9 September 2018

PERUBAHAN ENERGI BEBAS STANDARD DARI REAKSI KIMIA ∆Go = -2.303 RT log K’eq ∆Go = perubahan energi bebas standard R = konstanta gas (1.987 kal/mol . K) T = suhu absolut K’eq = konstanta keseimbangan suatu reaksi (kondisi standard : Tekanan = 1 atm; suhu 25 oC atau 298 oK) Untuk reaksi biokimia biasanya berlangsung pada pH 7, maka: ∆Go  ∆Go’ 9 September 2018

K’eq = ----------------- = ----------- = 19.0 [glukosa 1-P] 0.00100 Contoh perhitungan: Pada perubahan dari glukosa 1-P menjadi glukosa 6-P yang dikatalis oleh enzim fosfoglukomutase. Konsentrasi awal dari glukosa 1-P yaitu 0.0200 M, setelah terjadi reaksi menjadi glukosa 6-P, maka konsentarasi glukosa 1-P = 0.00100 M dan konsentrasi glukosa 6-P = 0.019 M pada suhu 298 oK dan pH 7.0. [glukosa 6-P] 0.019 K’eq = ----------------- = ----------- = 19.0 [glukosa 1-P] 0.00100 ∆Go’ = -2.303 RT log K’eq = -2.303 (1.987) (298) log 19.0 = -1360 (1.28) = -1740 kal/mol = -1.74 kkal/mol 9 September 2018

Karakteristik ∆Go’ Pada Reaksi Kimia: - Positif : energi bebas bertambah (endergonik  katabolisme) - Negatif: energi bebas berkurang (eksergonik anabolisme) - Nol : reaksi seimbang  energi bebas tidak berubah Proses endergonik berlangsung berpasangan dengan proses eksergonik, contohnya: reaksi sintesis suatu senyawa, kontraksi otot, konduksi impuls saraf, dan transport aktif mendapatkan energinya melalui berpasangan dengan reaksi oksidatif. Perubahan senyawa A menjadi senyawa B terjadi melalui pelepasan energi bebas, dan hal ini berpasangan dengan perubahan senyawa C menjadi senyawa D yang membutuhkan energi bebas. 9 September 2018

Nilai ∆Go’ Bersifat Additif A  B ∆Go’1 B  C ∆Go’2 A  C ∆Go’s ∆Go’s = ∆Go’1 + ∆Go’2 Contoh 1: GLUKOSA 1 P ↓ ∆Go’1 = - 1.74 KKal/mol GLUKOSA 6 P ↓ ∆Go’2 = + 0.40 KKal/mol FRUKTOSA 6 P ∆Go’s = -1.74 + 0.40 = -1.34 KKal /mol 9 September 2018

Nilai ∆Go’ Bersifat Additif Contoh 2: Reaksi Glycolysis yang dikatalis Hexokinase: ATP + H2O  ADP + Pi DGo' = -31 kJ/mol Pi + glucose  glucose-6-P + H2O DGo' = +14 kJ/mol Coupled reaction: ATP + glucose  ADP + glucose-6-P DGo' = -17 kJ/mol 9 September 2018

SENYAWA PHOSPHATE BERENERGI TINGGI Merupakan sumber energi pada sel Energi bebas standard dari senyawa-senyawa phosphate: 1. Fosfoenolpiruvat = - 14.8 kkal/mol 2. Karbamoil fosfat = - 12.3 -,,- 3. 1,3 difosfo gliserat = - 11.8 -,,- 4. Kreatin fosfat = - 10.3 -,,- 5. ATP = - 7.3 -,,- 6. ADP = - 7.3 -,,- 7. AMP = - 3.4 -..- 8. Glukosa 1-P = - 5.0 -,,- 9. Fruktosa 6-P = - 3.8 -,,- 10. Glukosa 6-P = - 3.3 -,,- 11. Gliserol 3-P = - 2.2 -,,- 9 September 2018

ATP (Adenosine Triphosphate) Merupakan penghubung antara reaksi-reaksi kimia yang memerlukan dan menghasilkan energi pada sel. Bentuk aktifnya yaitu Mg-ATP. Merupakan senyawa fosfat berenergi tinggi. 9 September 2018

Kenapa ATP Berenergi Tinggi? Karena bisa terionisasi hampir sempurna: ATP4- + H2O  ADP3- + HPO42- + H+ Karena molekul ATP memiliki 4 muatan negatif yang saling menolak, sehingga menimbulkan energi tinggi Karena adanya hibrida resonansi dari ADP3- dan HPO42- yang merupakan produk dari hidrolisis ATP, dimana elektron dari kedua produk ini mempunyai energi yang lebih rendah dari energi ATP 9 September 2018

Fungsi ATP: Sebagai perantara pada reaksi-reaksi pemindahan gugus fosfat, contoh: - 3 fosfogliseroil fosfat + ADP  3 fosfogliserat + ATP - D-glukosa + ATP  Glukosa 6-P + ADP Untuk kontraksi otot Untuk transport aktif zat melintasi membran 9 September 2018

3 Sumber Penghasil Fosfat Berenergi Tinggi: Fosforilasi oksidatif melalui transport elektron yang terjadi secara aerobik. Glikolisis yang terjadi secara an-aerobik Siklus Kreb 9 September 2018

Bentuk Penyimpanan Fosfat Berenergi Tinggi Dalam Bentuk Fosfagen Fosfagen terbagi 2: 1. Fosfokreatin pada hewan-hewan vertebrata fosfokreatin + ADP  kreatin + ATP 2. Fosfoarginin pada hewan-hewan invertebrata fosfoarginin + ADP  arginin + ATP 9 September 2018

Phosphocreatine + ADP  ATP + creatine Phosphocreatine (creatine phosphate), is used in nerve & muscle for storage of ~P bonds. Creatine Kinase catalyzes the reversible reaction:   Phosphocreatine + ADP  ATP + creatine Phosphocreatine is produced when ATP levels are high. During exercise in muscle, phosphate is transferred from phosphocreatine to ADP, to replenish ATP. Phosphocreatine may also be used to transport ~P from one compartment of a cell to another. 9 September 2018

Peranan Adenilat Kinase pada Fosfat Berenergi Tinggi Enzim adenilat kinase ini bisa membentuk ATP dari AMP melalui reaksi sebagai berikut: ATP + AMP  2ADP 2ADP  ATP + AMP Reaksi di atas mempunyai 3 fungsi: 1. Memungkinkan ADP digunakan untuk sintesis ATP 2. Memungkinkan AMP untuk diubah menjadi ADP 3. Memungkinkan peningkatan AMP jika ATP dipecah dan merupakan sinyal bagi peningkatan reaksi katabolisme (pemecahan), sehingga membentuk kembali ATP 9 September 2018

Adenylate Cyclase catalyzes cAMP synthesis: ATP  cAMP + PPi. 3',5'-Cyclic AMP (cAMP), is used by cells as a transient signal. The reaction is highly spontaneous due to the production of PPi, which spontaneously hydrolyzes. Phosphodiesterase catalyzes hydrolytic cleavage of one Pi ester (red), converting cAMP  5'-AMP. This is a highly spontaneous reaction, because cAMP is sterically constrained by having a phosphate with ester links to 2 hydroxyls of the same ribose. The lability of cAMP to hydrolysis makes it an excellent transient signal. 9 September 2018

ATP Bisa Membentuk AMP dan Pyrophosphate Hal ini terjadi pada reaksi pengaktifan asam lemak rantai panjang yang dikatalis oleh enzim asil CoA sintetase seperti di bawah ini. - ATP + Co-SH + R-COOH  AMP + PPi + R-CO- SCoA - PPi + H2O  2Pi 9 September 2018

Bentuk Nukleosida Trifosfat Lain: ATP + UDP  ADP + UTP ATP + GDP  ADP + GTP ATP + CDP  ADP + CTP GTP + UDP  GDP + UTP ATP + dCDP  ADP + dCTP GTP + dADP  GDP + dATP Reaksi di atas berlangsung dengan bantuan enzim nukleosida difosfat kinase (nudiki) yang terjadi dalam sel. 9 September 2018

Terima Kasih 9 September 2018