fosforilasi oksidatifaktif

Gambar 1

Asam Amino Piruvat Asam Lemak

Suksinat

Okaloasetat

Malat

Sitrat

α-Ketoglutarat

Suksinil-KoA

GTP

Fumarat

Asetil-KoA

CO2

Isositrat

Transport elektrondanfosforilasi oksidatif

SiklusAsam Sitrat

CO2

2H

CO2

2H

2H

NADH

2H

2H

2H

2H

CO2

NH3

NADHdehidrogenase

Ubikuinon

Sitokrom b

Sitokrom c1

Sitokrom c

Sitokromoksidase

2e-

H2O2H+ ½ O2+

2e-

2e-

2e-

2e-

2e-

2e-

ADP + Pi

ATP

ADP + Pi

ATP

ADP + Pi

ATP

Tahap 1

Tahap 2

Tahap 3

• Sebagian besar ATP yang terbentuk di dalam sel aerobik dihasilkan dengan cara fosforilasi oksidatif di dalam mitokondria

• Energi yang disalurkan untuk sintesis ATP ini berasal dari proses pengangkutan elektron

• Rantai pengangkutan elektron terjadi dalam mitokondria

• Fosforilasi Oksidatif yaitu sistem di dlm mitokondria yang merangkaikan respirasi dengan produksi zat antara berenergi tinggi yaitu ATP

• Oksidasi:: pengeluaran elektron• Reduksi : penerimaan elektron• Oksidasi disertai reduksi• Reaksi redoks : reaksi kimia yang melibatkan pemindahan

elektron dari suatu atom/molekul yang satu, ke yang lain• Reaksi redoks: penting dalam pengaliran energi• Bila suatu atom atau molekul melepaskan elektron

TEROKSIDASI, prosesnya disebut : OKSIDASI• Bila suatu atom atau molekul mendapat elektron

TEREDUKSI, prosesnya disebut : REDUKSI• Oksidasi reduksi selalu terjadi bersama, karena setiap

elektron yang dibebaskan oleh suatu atom (oksidasi), akan ditangkap oleh atom yamg lain (reduksi)

Pendahuluan : Oksidasi-Pendahuluan : Oksidasi-ReduksiReduksi

• Reaksi redoks memiliki peran kunci pada pengaliran energi dalam sistem biologi, karena elektron yang berpindah dari suatu atom ke atom yang lain membawa energi potensial

• Bila el. dilepaskan dari suatu atom( oks) dan diberikan ke yang lain (red), di dalamnya membawa energi

• Pada sistem biologi elektron sering tidak diangkut sendiri, ttp sering disertai oleh proton. Suatu proton dan elektron bersama-sama terdapat dalam ATOM HIDROGEN

• Jadi redoks pd reaksi kimia pd sistem biologi biasanya melibatkan pelepasan atom hidrogen dr suatu atom/molekul dan atom H di dapatkan oleh atom/molekul yang lain

• Pada transpor el melibatkan transpor H– Mis: NADH + H+ NAD+ + 2H

Gb 1

• Enzim yamg terlibat dalam proses oksidasi – reduksi diberi nama: OKSIDOREDUKTASE

• Ada empat enzim oksidoreduktase:– E Oksidase– E Dehidrogenase– E Hidro peroksidase– E Oksigenase

PENGANGKUTAN ELEKTRON

• Dari SAS ada 4 pasang elektron, yang bersal:• Isositrat• Ketoglutarat• Suksinat• Malat• Selain keempat pasang hidrogen yang dihasilkan dr SAS , juga

dihasilakan dari : piruvat, as lemak, as amino.• Atom H ini memberikan elektronnya kepada rantai

pengangkuatan elektron menjadi H+

Gb 1

• Elektron tersebut diangkut disepanjang rantai molekul pembawa elektron, dlm suatu urutan oksidasi-reduksi

• Urutan reaksi pengangkutan el ( delapan tahap reaksi oksidasi reduksi)

• Elektron diangkut mencapai sitokrom A3 (oksidase sitokrom) pemindahan el ke oksigen

• Aliran el dr yang lebih elektronegatif elektropositif (el mengalir dr molekul yang memiliki potensial redoks yang lebih negatif kurang negatif)

• Elektron yang masuk kedalam rantai transpor el kaya akan energi, tetapi pada saat el. Tsb mll rantai menuju oksigen dng cara setahap demi setahap, el tsb jehilangan kandungan energi bebasnya. Energi tsb disimpan dlm bentuk ATP

Gb 1

• Sisi penyimpanan energi: pasangan el mll rantai respirasi dari NADH menuju oksigen, sintesis tiga molekul ATP dari ADP dan fosfat berlangs. bersama-sama memberikan energi mengahasilkan ATP

• Semua enzim dan ko enzim yg diperlukan dlm proses ini terletak di dlam mitokondria

• Masuknya el ke dlm rantai pernafasan berlangsung melalui salah satu dari dua jalan yaitu:

• NAD yaitu mll sistem dehidrogenase yang berikatan dng NAD lewat flafoproten dan sitokrom O2

• Ubiquinon (ko-enzim Q) karena potensial redoksnya lebih positif (suksinat)

• Jadi selama pengangkutan el ini, el dialirkan dari NADH ke O2 . Pengangkutan el ini membawa energi yang kemudian akan dirangkaikan dengan proses fosforilasi oksidatif (pembentukan ATP dari ADP + Pi)

• Terdapat tiga tingkatan pada rantai pengangkutan el yang dirangkai dng fosf-oks (lihat gambar)

MITOKONDRIA

• Transpor el dan fosforilasi oksidatif terjadi pada membran mitokondria sebelah dalam

• Mitokondria memiliki dua : membran luar yang halus dan kenyal dan membran dalam yang berlipat lipat disebut krista

Membran Luar

Membran Dalam

Matriks

Ruang Antar Membran

Krista ATPase

• Pada sel eukariotik, hampir semua dehidrogenase spesifik yang dibutuhkan untuk oksidasi piruvat dan bhn kakar lain mll SAS tltk pada bag. sebelah dalam mitokondria matrik

• Molekul pengangkutan el dari rantai respirasi dan molekul sintesis terbenam dlam membran dalam

• Mitokondria berisi rangkaian katalisator : Rantai resoirasi, yang mengumpulkan, mengangkut ekuivalen pereduksi dan mengarahkan pada reaksi akhir dgn oksigen untuk mbtk air

• Sistem yang terdapat dlm mitokondria adalah sistem untuk menagkap energi bebas yg dilepaskan sbg fosfat berenergi tinggi

MEKANISME FOSFORILASI BERSIFAT OKSIDASI

• Pembentukan ATP dari ADP + Pi• Reduksi O2 H2O• Mekanisme molekuler terbentuknya ATP dari ADP +Pi yang

didorong oleh energi pengangkutan elektron sepanjang rantai pernafasan BELUM JELAS

• Ada tiga hipotesis, yaitu:– Perangkaian secara kimia– Hipotesis perangkaian dengan cara perubahan konformasi– Hipotesis perangkaian secara osmosis kimia

Perangkaian secara kimia

• Reaksi pengangkutan elektron menghasilkan energi dirangkai dengan reaksi yang membutuhkan energi yaitu pembentukan ATP dari ADP + Pi

• Hipotesis ini dapat menjelaskan pembentukan ATP secara sederhana, mis pada pembentukan ATP tingkat substrat : pada glikolisis

• 3 fosfogliseroil fosfat + ADP ATP + 3 fosfogliserat• Kelemahan:• Mekanisme ini berlangsung tanpa adanya membran,

keterlibatan rantai pernafasan tak dapat dijelaskan

Hipotesis perangkaian dengan cara perubahan konformasi

• Mekanisme ini didasarkan pd terjadinya pemindahan energi yang dihasilkan oleh proses pengangkutan elektron ke bentuk lain yaitu perubahan konformasi molekul pembawa elektron dalam rantai pernafasan, khususnya perubahan faktor perangkai yi F1 ATP ase yang berperan merangkaikan pembentukan ATP dari ADP + Pi dengan proses pengangkutan elektron.

• Perubahan konformasi mendorong reaksi pembentukan ATP dari ADP + Pi

NADH

Energi Rendah ATP

Konformasi Molekul Pembawa

ADP + Pi Energi Tinggi

O2

Hipotesis perangkaian secara osmosis kimia

• Teori ini mengemukakan terbentuknya suatu keadaan antara yang berenergi tinggi yang merangkaikan reaksi eksergonik dan endergonik

• Keadaan tersebut yaitu perbedaan elektrokimia dari ion H+ antara bagian dalam dan luar membran dalam mitokondria yg dihasilkan oleh pengangkutan el melalui rantai pernafasan

• Keadaan antara tersebut mendorong reaksi pembentukan ATP dari ADP + Pi

• Teori ini diterima secara luas• Bila rantai transpor el bekerja, proton (H+ ) dipompakan ke

sebelah luar dari membran dalam mitokondria, sehingga pH menurun

• Menurut teori osmosis kimia ini : arus balik proton menuju ke dalam mitokondria digunakan untuk fosforilasi ADP menjadi ATP

• Proses pengangkutan elektron mengakibatkan aliran keluar membran dalam

• pH diluar turun• Ion OH- dalam mitokondria menarik H+ dari pusat aktif ATP

ase kearah dalam arus balik H+ menuju ke dalam mitokondria ini digunakan untuk fosforilasi oksidatif