Penugasan Kelompok 6. Metabolic Energy : ATP Metabolism Bioernergy

Presentasi berjudul: "Penugasan Kelompok 6. Metabolic Energy : ATP Metabolism Bioernergy"— Transcript presentasi:

1 Penugasan Kelompok 6. Metabolic Energy : ATP Metabolism Bioernergy
The Role of ATP ATP a generated by phyotosynthetic ( photophosphorilation) 4. ATP synthetic : oxydative phosphorilation in monochondria. 5. Conclusion References

2 Reaksi Oksidasi zat organik , dpt berlangsung :
1. melalui suatu proses pembakaran biasa 2. atau dapat melalui reaksi enzimatis.

3 Di dalam respirasi, pelepasan energi kimia meliputi 3 proses :
Oksidasi (dehidrogenasi = pelepasan Hidrogen) Perombakan molekul Pemindahan Energi ( fosforilasi) molekul intermediat CO2 organik enzim Donor H H2O ADP, Pi ATP

4 Oksidasi biologi Reaksi antara zat dengan mol O2 A + (O) AO
2. Pelepasan hidrogen (hidrogenase) atau pelepasan elektron XH Y YH X X di-oksidasi pd proses dehidrogenase Y merupakan aseptor hidrogenase ( y direduksi ) dan enzimnya dehidrogenase    

5 Reduksi = adalah proses penangkapan elektron-2 atau penangkapan hidrogen
oksidasi ( - elektron ) A B reduksi ( + elektron ) Jika didalam suatu reaksi salah satu gugusan mengalami OKSIDASI, maka harus ada gugusan lainnya yang mengalami REDUKSI A B A (ter-0ksidasi ) + B (ter-reduksi)

6 Contoh Reaksi Oksidasi-reduksi
proses oksidasi Zat organik O CO H2O proses Reduksi XH Y YH X

7 YH NAD FADH Sit H2O Y NADH FAD Sit 2H ½ O2 dehidrogenase sitokhrom oxidase Dehidrogenase khusus NAD , hanya dpt mengkatalisa pemindahan hidrogen dari substrat ke NAD

8 XH Y H2O X YH ½ O2 Reaksi oksidasi – reduksi Y sebagai akseptor H Oksigen biasanya sbg akseptor H yg terakhir X dan Y sbg Hidrogen akseptor sebelum Oksigen

9 Akseptor Hidrogen dalam Organisme ada 3 bentuk utama :
1. Coenzim I : NAD (nikotinamida dinukleotida ) 2. Co-enzim II : NADP (nikotin amida dinukleotida fosfat ) 3. FAD : flavo adenin dinukleotida bentuk tereduksi NADH = NAD H e- NADPH = NADP H e- FADH2 = FAD H e-

10 Fosforilasi = transfer energi membentuk ikatan kaya energi ( asam fosfat/fosfat ). Energi ini sewaktu-waktu dpt dilepaskan utk menjalankan reaksi endergonik, ttp jika belum dipakai, maka tersimpan dlm bentuk ATP. Fosforilasi tingkat substrat (Substrate -level phosphorilation) Terjadi pd proses pembongkaran substrat (KH, glukose) pd glikolisis (respirasi) , melalui dehidrogenase langsung membentuk suatu ikatan energi tinggi dan baru kemudian terjadi fosforilasi. Contoh 1 mol glukose yg masuk dlm lintasan glikolisis menghasilkan sintesis 2 mol ATP , sehubungan dg transfer langsung gugusan fosfat dari mol substrat ke ATP.

11 Persamaan fotosintesis (Alan Stemler & Richard Radmer, 1975 ) :
kloroplas nCO2 + 2nH2O + cahaya (CH2O)n + nCO2 + nH2O Perhatikan : Rangkuman persamaan fotosintesis, tidak menyebutkan ttg ATP, NADPH, atau NADP+ , alasannya : krn setelah ATP dan NADPH terbentuk, energinya digunakan dlm proses reduksi CO2 dan sintesis Karbohidrat., dan ADP dan Pi serta NADP+ dilepaskan lagi. ADP dan Pi segera dirubah menjadi ATP oleh oleh energi cahaya, dan secepat itu pula ATP dirombak ketika fotosintesis terjadi, pd laju yg tetap.    

12 Fungsi Cahaya dlm fotosintesis ,
Mengangkut elektron dari H2O untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH Menyediakan energi untuk membentuk ATP dari ADP + Pi , kloroplas ADP + Pi + cahaya ATP + H2O - ATP disintesis dlm khloroplas yg hanya saat ada cahaya, yaitu pd kompleks ATP-sintase. Kompleks ini merupakan gugus polipeptida yg mengubah ADP dan Pi menjadi ATP dan H2O. Kompleks ini mengandung sebuah tangkai ( Cfo) yg mendukung bagian spt bola ( CF1) yg terletak di STROMA. - ATP yg dihasilkan dlm kloroplas dihasilkan lebih banyak dr pd fosforilsdi oksidatif dlm mitochondria

13 Fase Terang : cahaya Kloroplas + H2O + ADP + Pi + NADP
½ O2 + ATP + NADPH2 Fase Gelap : gelap Kloroplas + O2 + CO + ATP + NADPH2 ADP + Pi + NADP + gula dan pati    

14 Arnon (1984) menemukan bahwa ATP disintesis dlm kloroplas yg diisolasi hanya pd waktu cahaya , dan proses ini dsb fosforilasi fotosintetik (=fotofosforilasi) kloroplas ADP + Pi + cahaya ATP + H2O    

15

16 Fotosintesis : Terang

17 Fotosintesis : Terang

18

19

20

21 FS I dan FS II menggunakan energi cahaya untuk mengoksidasi H2O , dan secara bersama memindahkan 2 elektron yg tersedia ke NADP+ , membentuk NADPH : FS II FS I NADPH H+ 2 H2O O H DNAP+

22 Jika cahaya dg panjang gelombang merah yg lebih panjang, maka laju fotosintesis bahkan lebih cepat dp yg diharapkan dari penjumlahan laju bila setiap warna itu diberikan sendiri-2 . Sinergisme atau peningkatan ini kemudian dikenal sbg Efek Peningkatan Emerson., Kerjasama antar –fotosistem

23 1. Aliran elektron nonsiklik melibatkan ke 2 fotosistem & memproduksi NADPH, ATP , O Aliran elektron siklik hanya menggunkan FS I , yg memproduksi ATP ttp tidak NADPH dan O2. Produksi ATP selama reaksi terang disebut fotofosforilasi. 3.Mekanismenya ialah kemiosmosis. 4. Reaksi redoks rantai transport elektron yg menghubung-kan ke-2 FS ini menghasilkan gradien H+ melintasi membran tilakoid ATP sintase menggunakan gaya gerak-proton ini untuk membuat ATP.

24

25 Reaksi Gelap

26

27

28 Fase Karboksilasi = adalah pengikatan CO2 kepada RBP atau RuBP yg dikatalisis oleh enzim Rubisco dan menghasilkan 2 mol PGA. Fase reduksi= gugus karboksil dalam 3-PGA direduksi menjadi sebuah gugus aldehyda dalam 3-fosfogliseraldehida ( 3-PGaldehida) Fase Regenerasi = yg diregenerasi adalah RuBP, yang diperlukan untuk bereaksi dg CO2 tambahan yg berdifusi secara konstan ke dlm daun melalaui stomata.

29

30

31

32 ENERGY BALANCE 6CO ATP NADPH C6H12O (ADP+Pi) NADP H2O 18 ATP = > kcal Thus the energy input is 12 NADPH = > kcal = kcal The energy recovered in hexose is about 670 kcal/mole, ,which represents an efficiency of nearly 90 %. The wasted 10% is the energy input used to keep the cycle running.

33 Fosforilasi Oksidatif
Pembentukan ATP dari ADP dan Pi secara tidak langsung didorong oleh kecenderungan O2 secara termodinamika untuk reduksi , dan proses ini dikatalisis oleh faktor ATP-sintase. Merupakan pembentukan ATP dlm respirasi, di dalam mitochondria. ATP kmd dipindah dg segera melintasi membran-luar yg jauh lebih permeabel menuju sitosol, tempat ATP menjalankan fungsinya.

34 Faktor-2 yg mempengaruhi fosforilasi oksidatif, a.l
Dinitrifenol mempercepat pengangkutan elektron dan respirasi, krn mampu memperkecil gradien pH. Ion NH4+ merupakan penghambat , meskipun kurang potensial. Oligomisin ( antibiotika yg dihasilkan sp Streotomyces) Asam bongkrekat ( antibiotika yg dihasilkan sp Pseudomonas).

35 RESPIRASI Tahap 1. Glikolisis

36

37

38

39

40 Tahap 2

41

42

43

44

45

46

47 Oksidasi Isocitrate sampai terbentuk Succinyl CoA

48

49

50

51

52 NADH yg terdapat di mitokondria berasal dari 3 proses utama :
1. daur Krebs 2. glikolisis 3. di daun : oksidasi glisin yang dihasilkan selama proses fotorespirasi ( pd tanaman tipe C3) Jika NADH dioksidasi, akan dihasilkan ATP.

53 Di Kloroplas , NADP+ sangat melimpah.
Sebaliknya di Mitokondria, NAD+ yg digunakan sebagai enzim dehidrogenase Fungsi Utama siklus Krebs : Reduksi NAD+ dan ubiquinon menjadi elektron donor NADH dan ubikuinol, yg akan dioksidasi utk menghasilkan ATP. Sintesis langsung ATP dalam jumlah terbatas ( 1 ATP utk setiap piruvat yg dioksidasi) 3. Pembentukan `kerangka carbon yg dpat digunakan utk mengsintesis asam amino ttt yg kmd diubah menjadi mol yg lebih besar.

54 Fosforilasi Oksidatif
Utk tiap NADH yg dilepaskan pd glikolisis dan utk tiap ubikuinol yg dibtuk pd daur Krebs oleh oksidasi suksinat, hanya terbentuk 2 ATP. Glikolisis menghasilkan 2 ATP dan 2 NADH untuk tiap Hexosa yg digunakan. NADH yg dioksidasi oleh pengangkutan elektron menghasilkan 2 ATP. Total menjadi = 6 ATP. Daur Krebs menyumbang 2 ATP per mol Hexosa atau per 2 piruvat, bila suksinil CoA dipecah menjadi suksinat dan CoASH. Daur ini juga menghasilkan 8 NADH per Hexosa di matriks mitokondria.dan tiap NADH menghasilkan 3 ATP, atau 24 ATP per hexosa. 4. Setiap ubikuinol dari daur Krebz menghasilkan 2 ATP oleh fosforilasi 0ksidatif, atau 4 ATP per Hexosa. TOTAL daur Krebs = 30 ATP per Hexosa, di tambah 6 dari Glikolisis .= 36 ATP.

55 1 mol glukose , menghasilkan 2 piruvat, dlm glikolisis.
Maka 1 glukose yang masuk siklus Krebs, dpt ditulis : 2 Piruvat + 8 NAD+ + 2 Ubikuinon + 2 ADP H2PO H2O 6 CO2 + 2 ATP NADH + 8 H+ + 2 ubikuinol.

56 Katabolisme asam lemak, melalui jalur β oksidase:
mol NADH , setara 2 ATP 1 Mol asetil-Coa, setara 12 ATP mol propionil-Coa , setara 4 ATP 1 mol as piruvat, setara 3 ATP Setiap pemotongan : 2 atom C , menghasilkan 5 ATP

57 Contoh: senyawa lemak yg dirombak
asam hexonoat ( 6 atom C , jumlah atom C genap) c c c c c c 2 kali pemotongan = 2 x 5 = ATP 3 asetil-Coa = 3 x = ATP jumlah = 46 ATP ATP = 44 ATP

58 2) Asam lemak 15 C ( ganjil) C C C C C C C C C C C C C C C 6 kali pemotongan = 6 x 5 = ATP 6 acetyl CoA = 6 x 12 = 72 ATP 1 propionyl CoA = 1 x 4 = ATP 106 ATP - 2 ATP = ATP

59 Contoh pada Substrat Karbohidrat :
hexosa ( = 6 atom C ) ( sumber Salisbury & Ross, 1992) glikolisis = 2 ATP 2 NADH ( 2 x 2 )= 4 ATP = 6 ATP Siklus Krebs = 2 ATP 8 NADH ( 8 x 3 ) = 24 ATP 2 ubikuinol (2 x 2) = 4 ATP = 36 ATP

60 Oksidasi Glukose secara sempurna ( Sitompul, 1995)
Glikolisis ---- fosforilasi tingkat substrat ATP Glikolisis –TCA (Cytosol) -- 2 NADH x 2, ATP TCA -- fosforilasi tingkat substrat ATP - via malate  8 NADH x 2, ATP - via Succinat  2 FADH2 x 1, ATP 32 ATP

61

62 Sumber : Campbell,N.A., J.B. Reece and L.G. Mitchell BIOLOGY. Terjemahan. Fifth Edition. Penerbit Erlangga. Jakarta. Halaman …….165 dan hal 173 Untuk setiap mol glucose yang dirombak menjadi CO2 dan air oleh respirasi, sel ini menghasilkan kira mol ATP.

63 1. Dengan mengasumsikan bhw yg aktif adlah jenis bolak-balik yg menghasilkan lebih banyak energi, kita dapat menambahkan max sebnyak 34 ATP yg dihasilkanoleh fosforilasi oksidatif ke selisih 4 ATP dari fosforilasi tingkat substrat, sehingga didapat 38 ATP pada garis terbawah. Dan ini agak tinggi utk per glucose. Efisiensi respirasi (dugaan kasar ) : oksidasi sempurna per mol glucose melepaskan energi 686 kcal ( ΔG= kcal/mol). Fosforilasi ADP utk membentuk ATP menyimpan sedikitnya 7,3 kcal/ mol ATP. Oki efisiensi respi-rasi= 7,3 x 38 ATP, dibagi 686 = kira-2 40%.

64 ATP A - P P P AMP + H2O adenosin + Pi ADP + H2O AMP + Pi ATP + H2O ADP + Pi

65 Kharacteristic siklus Fotosintesis Tan tipe C4
Asam C4 yg Enzim dekar Nama Asam C Contoh Ditransp boksilasi yg ditransp Malate Enzim malate NADP-ME pyruvat jagung, tebu, yg tergantung cabgrass NADP (klroplas) shorgum Aspartate enzim malate NAD-ME Alanine Milet & yg tergantung pigweed, NAD (mitikond) Panicum sp Aspartate Enzim PEPcarbo- PEP-CK Alanine/ Guinea grass, xykinase (cyto piruvate Panicum ma- plasma) ximum

66

67