OXIDATIVE OXIDATIVE PHOSPHORYLATIONPHOSPHORYLATION

Biochemistry Departement Biochemistry Departement

Medical Faculty Of Andalas Medical Faculty Of Andalas University University

PadangPadang

2

Organisme AutotrofikOrganisme 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.

3

Organisme HeterotrofikOrganisme 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.

ProteinsProteins

ProteinsProteins CarbohydratesCarbohydrates FatsFats

ExcretedExcretedin urinein urine

GlycogenGlycogen

GlucoseGlucose

Glucose-6-phosphateGlucose-6-phosphate

Glyceraldehyde phosphateGlyceraldehyde phosphate

Pyruvic acidPyruvic acid

Acetyl CoAAcetyl CoA

Amino acidsAmino acids

Keto acidsKeto acids

Triglycerides (neutral fats)Triglycerides (neutral fats)

Lactic acidLactic acid

KetoneKetonebodiesbodies

Glycerol and fatty acidsGlycerol and fatty acids

NHNH33

KrebsKrebscycle cycle

UreaUrea

Overview MetabolismeOverview Metabolisme

5

Sumber Utama P-berenergi-tinggiSumber Utama P-berenergi-tinggi

1. 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.

Energi

• Oxidation of fuels to generate ATP is called respiration

• Electrons lost from the fuels during oxidative reactions : transferred to O2 by a series of proteins in the electron transport chain

• Energy of electron transfer : used to convert ADP and Pi to ATP by a process known as oxidative phosphorylation

7

Adenosin Trifosfat (ATP)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

8

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.

The ATP-ADP cycle

Generation of ATP

11

12

• Dilakukan oleh:

1. isositrat dehidrogenase

2. α-ketoglutarat dehidrogenase

• Pelepasan CO2 tidak mengkonsumsi oksaloasetat.

Pelepasan CO2

13

Rantai RespirasiRantai 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.

14

Fosforilasi Oksidatif

• Adalah sistem dalam mitokondria yang memasangkan respirasi dengan proses pembentukan intermediat berenergi tinggi, ATP.

• Sistem ini memungkinkan organisme aerob menangkap energi bebas dari substrat respiratorik dalam jumlah lebih besar dibanding organisme anaerob.

Electron Transport chain(respiratory chain)

• The electron transport chain in the inner mitochondrial membrane can be isolated in four proteins complexes(I, II, III, IV).

• A lipid soluble coenzyme (Q) and a water soluble protein (cyt c) shuttle between protein complexes

• Electrons transfer through the chain - from complexes I and II to complex IV

1.1.ElectronsElectrons are transported are transported alongalong the inner mitochondrial the inner mitochondrial membrane, through a series of electron carriers membrane, through a series of electron carriers 2.2.ProtonsProtons (indicated by (indicated by ++ charge) are translocated charge) are translocated acrossacross the the membrane, from the matrix to the intermembrane space membrane, from the matrix to the intermembrane space 3.3.OxygenOxygen is the is the terminal electron acceptorterminal electron acceptor, combining with , combining with electrons and Helectrons and H++ ions to produce ions to produce waterwater 4.4. As NADH delivers more H As NADH delivers more H++ and electrons into the IMS, the and electrons into the IMS, the proton gradient increasesproton gradient increases, with H, with H++ building up outside the building up outside the inner mitochondrial membrane, and OHinner mitochondrial membrane, and OH-- inside the membrane. inside the membrane.

17

18

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.

19

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

Drugs that inhibit the ETC

NAD+

FMN

FeS

ubiquinoneFAD FeS

Cyt b

FeS Cyt c1 Cyt c Cyt a Cyt a3

1/2 O2

ubiquinone

I

II

III IV

Amytal Amytal rotenonerotenone

Antimycin AAntimycin ACNCN-- CO CO

Rotenone helps Rotenone helps natives of the natives of the

Amazon rain forest Amazon rain forest catch fish!catch fish!

binding tightly to the ferric binding tightly to the ferric form (Feform (Fe3+3+) of a) of a33

21

Resources

• BIOEN 589: Integrative Physiology. Download 24 jan 05.

• Kennelly, PJ., Rodwell, V W. Proteins: Myoglobin & Hemoglobin. In: Harper’s Illustrated Biochemistry. 27th Ed. 41- 8.

• Miliefsky, M. Respiratory System Ch.23. Download 24 Nov 10.• Sheardown, H. Blood Biochemistry. McMaster University.

Download 20 Mei 07. • Irvin, CG. Respiratory Physiology. Lecture 4A CO2 Transport. In:

MEDICAL PHYSIOLOGY 30. Download 22 Jun 09.• 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.