Bioenergetika Metabolisme energi

Dra Anna Roosdiana MAppScLaboratorium Biokimia

Jurusan Kimia-FMIPA-UB

Polimer :Protein,asam nukleat, polisakarida, lipida

Monomer : asam amino, gula, nukleotida, asam lemak,gliserol

Metabolit intermediet : Piruvat, asetil koA, siklus Krebs intermediet

Molekul sederhana

H2OCO2

NH3

energi energi

Katabolisme Anabolisme

Net inputNet output

• TERMODINAMIKA BIOKIMIA• SISTEM BIOLOGI : SISTEM ISOTERMIS, MENGGUNAKAN ENERGI

UNTUK PROSES KEHIDUPAN • SISTEM BIOLOGI MENGIKUTI HK. TERMODINAMIKA• TOTAL ENERGI SISTEM TERMASUK LINGKUNGANNYA ADALAH

KONSTAN• TOTAL ENTROPI DARI SISTEM AKAN BERTAMBAH APABILA PROSES

BERJALAN SPONTAN• Δ G = Δ H- TΔS• Δ G = Δ E- TΔS• Δ G = 0 REAKSI BERJALAN SETIMBANG• Δ G = - REAKSI BERJALAN SPONTAN ( EKSERGONIK)• Δ G = + REAKSI BERJALAN TIDAK SPONTAN(ENDERGONIK)

•Energi bebas (G)Energi sistem yang dapat melakukan kerja pada temperatur dan tekanan konstan•ΔG = Selisih G produk dan G reaktan

•Standard Gibbs perubahan energi bebas (ΔG0) diukur pada 298K,101.3KPa, konsentrasi reaktan 1mol/L

•Standard Gibbs perubahan energi bebas (ΔG0) dalam reaksi biokimia (ΔG0’) diukur pada 298K, 101.3KPa, konsentrasi reaktan 1mol/L, pH=7 ΔG = ΔGo + RT ln K

ΔG = ΔGo + RT ln ]][[]][[BADC

Bagaimana dengan reaksi Endergonik ?

• Reaksi endergonik di “coupling” dengan reaksi eksergonik total reaksi eksergonikA B Δ G = -C D Δ G = +A + C B + D Δ G = -

• Glukosa + Pi Glukosa -6P + H2O Δ G = +13,8kj/molATP + H2O ADP + Pi Δ G = - 30,5kj/mol

Glukosa + ATP Glukosa –6P + ADP Δ G = 16,70kj/mol

ATP dan Fosfat Berenergi Tinggi

•ATP + H2O ADP + Pi ΔG0’=-30.5 KJ/mol

•ADP + H2O AMP + Pi ΔG0’=-30.5 KJ/mol

•AMP + H2O Adenosine+ Pi ΔG0’=-14.2 KJ/mol

•High-energy phosphate bonds Energi dilepaskan pada saat hidrolisis di atas 31KJ/mol. Ikatan Fosfat berenergi tinggi diberi simbol '~ P ‘, senyawa mengandung ikatan fosfat berenergi tinggi disebut fosfat berenergi tinggi.

Fungsi ATP• Kerja kimia :pembawa energi , supply energi yang diperlukan

untuk tahapan utama metabolisme, sintesis dan degradasi

• Kerja mekanik : supply energi untuk aktivitas organisma

• Menghasilkan NTP

• Transfer fosfat berenergi tinggi ke kreatin, menyimpan energi tinggi dalam bentuk kreatin fosfat

Kerja Kimia

Glukosa +ATP G-6-P+ADP

asam lemak +CoA+ATP AsilCoA+AMP+PPi

Asam amino+ATP Aminoasil ~AMP+PPi

Kerja mekanik

Produksi NTP

NMP +ATP NDP + ADP

Nukleosida monofosfat kinase

NDP +ATP NTP +ATP Nukleosida difosfat kinase

Penyimpan Energi ATP dalam Kreatin Fosfat

ATP ADP

Kreatin kinase

• Bagaimana ATP diproduksi• Fosforilasi bersifat oksidatif fosforilasi bersifat oksidatif merupakan proses pembentukan

ATP sebagai hasil transfer elektron dari NADH atau FADH2 ke O2 oleh sekelompok pembawa elektron

• Fosforilasi di tingkat Substrat

produksi ATP dari ADP yang ditransfer secara langsung dari

gugus fosfat berenergi tinggi dari senyawa metabolit

intermidiet terfosforilasi dalam jalur katabolit eksergonik

Senyawa fosfat berenergi tinggi

• Fosfoanhidrida (ATP ADP UTP CTP PPi )

• Enol fosfat (PEP)

• anhidrida (gliserat 1,3 bisfosfate )

• Guanidin fosfat (fosfokreatin)

• Tioester (AsetilkoA, AsilkoA.)

Senyawa ΔG0’(kcal/mol)

FosfoenolpiruvatKarbamoil fosfatAsetil fosfatKreatin fosfatpirofosfatATP(ADP)Glukosa 1PGlukosa 6PGliserol 3-P

-14,8-12,3-10,3-10,3-8,0-7,3-5,0-3,3-2,2

Hidrolisis Senyawa Fosfat

Penggunaan ATP

•dewasa mengkonsumsi 11700kJ(2800 kkal)•Jalur metabolisme : efisiensi termodinamika sintesis ATP 50% : 5860 KJ•1 Mol ATP ∆G : 50KJ kondisi seluler•Siklus dalam 1 hari : 5860/50 : 117 Mol ATP•Na2ATP :551g/Mol 117x 551=64.467 g ATP•Berat badan ATP 70 Kg mempunyaiATP/ADP: 50g•Siklus ATP : 64467/50: 1300x/hari

Enzim dalam jalur Metabolisme

• Reaksi redoks ( Oksidoreduktase)• Reaksi transfer gugus ( transferase dan

hidrolase)• Eliminasi, isomerasi, penataan ulang

( isomerase dan mutase)• Reaksi pemutusan ikatan C-C ( hidrolase,

liase, ligase)

Jalur Metabolisme terjadi pada lokasi sel spesifik

Organel Fungsi utama •Mitokondria

•Sitosol

•Lisosom

•Inti •Golgi apparatus

•Rough ER

•SER •Peroksisom(Glioksisom pada tumbuhan )

Siklus asam sitrat, fosforilasi bersifat oksidatif, oksidasi β asam lemak, degradasi asam aminoGlikolisis, jalur pentosa fosfat, biosintesis asam lemak, glukoneogenesis

Digest enzimatis, digest komponen sel and ingested matter,

replikasi DNA, transkripsi, RNA processingPost translasi processing dari protein membran dan pengeluaran protein secara tepatSintesis ikatan membran dengan protein pengeluaran, biosintesis lipid dan steroid

Reaksi oksidatif dikatalisis asam amino oksidase dan katalase : siklus glioksilat dalam tumbuhan

Pengendalian Fluks metabolit

• 1. Pengendalian alosterik

• A B C P• 2. Modifikasi Kovalen

ADP

Fermentasi asam laktat:Piruvat direduksi menjadi laktat , regenerasi NAD+ bila kekurangan O2 (glikolisis berlanjut);Terjadi pada kerangka otot , beberapa bakteri seperti laktobacillus

Tugas• 1. Bagaimana arah reaksi apabila reaktan mempunyai konsentrasi

ekuimolar• A ATP + kreatin Fosfokreatin + ADP • B. ATP + Gliserol Gliserol3P + ADP

• C. ATP + Piruvat Fosfoenol piruvat• D. ATP + Glukosa Glukosa 6-P + ADP• 2. Pada reaksi ATP + piruvat Fosfoenolpiruvat +ADP• A. Hitung ΔG0’ dan Keq pada 25oC • B. Berapa rasio piruvat/fosfoenolpiruvat bila rasio ATP/ADP =10 pada

saat kesetimbangan • 3. Hitung ΔG0’untuk isomerasi glukosa 6P menjadi Glukosa1P dan

berapa rasio glukosa6P/Glukosa 1P pada kesetimbangan 25oC

The End ~

See you ~