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

Definisi Oksidasi = pengurangan elektron / ion H+ Reduksi = penambahan elektron / ion H+ Contoh oksidasi: e Fe2+ Fe3+ Tujuan BO: untuk menghasilkan energi

Enzim Oksidoreduktase Adalah sekelompok enzim yang terlibat dalam reaksi reduksi-oksidasi Terdiri dari : 1. Oksidase 2. Dehidrogenase 3. Hidroperoksidase 4. Oksigenase

1. Oksidase Mengkatalisis pengeluaran hidrogen dari substrat dgn menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen. Enzim-enzim tsb membentuk; - air (H2O) - hidrogenperoksida (H2O2)

Enzim Oksidase AH2 ½ O2 AH2 O2 Oksidase A H2O A H2O2 (1) Air (2) Hidrogenperoksida

Enzim Oksidase Sitokrom oksidase Oksidase dgn flavoprotein; - Asam L-amino oksidase - Xantin oksidase - Glukosa oksidase - Aldehid dehidrogenase

Sitokrom Oksidase Adalah hemoprotein dengan gugus prostetik heme. Enzim ini dapat dirusak oleh: - karbonmonoksida - sianida - hidrogen sulfida

Flavoprotein Kelompok enzim ini memiliki gugus prostetik flavin mononukleotida (FMN) atau flavin adenin dinukleotida (FAD). Gugus prostetik tsb dibentuk dari riboflavin.

2. Dehidrogenase Memiliki 2 fungsi utama: - Memindahkan H dlm reaksi redoks. - Sering memakai koenzim NAD+/NADP+ yg membutuhkan niasin. 2. - Sebagai komponen rantai respirasi.

Rangkaian Reaksi Dehidrogenase AH2 Pembawa BH2 (red) (oks) (red) A Pembawa-H2 B (oks) (red) (oks) A B dehidrogenase dehidrogenase

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

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.

Peroksidase H2O2 + AH2 2H2O + A

Peroksidase Glutation peroksidase dgn gugus prostetik selenium bekerjasama dengan glutation tereduksi melindungi membran lipid & hemoglobin terhadap oksidasi oleh senyawa peroksida.

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.

Katalase & Oksidase A’H2 A’ AH2 A O2 H2O2 Katalase 2H2O Oksidase H2O2 O2

4. Oksigenase Enzim dalam kelompok ini mengkatalisis pemindahan & inkorporasi (penyatuan) oksigen ke dalam molekul substrat. Terdiri dari: - Dioksigenase - Monooksigenase

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

Monooksigenase Penyatuan hanya satu atom molekul O ke dalam substrat. Atom O lainnya direduksi menjadi air.

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

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.

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.

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

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

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.

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.

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.

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

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.

Peran Rantai Respirasi asam lemak + b-oksidasi gliserol ATP O2 glukosa Asetil KoA SAS 2H H2O rantai respirasi Asam amino ADP mitokondria

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.

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.

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

ATP Sintase

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.