BIOENERGITIKA

• Bioenergetika atau termodinamika biokimia adalah

ilmu pengetahuan mengenai perubahan energi yang

menyertai reaksi biokimia.

• Bioenergetika adalah studi tentang proses

bagaimana sel menggunakan, menyimpan dan

melepaskan energi. Komponen utama dalam

bioenergetik adalah transformasi energi, atau

konversi energi dari suatu bentuk ke bentuk energi

yang lain.

• Sistem nonbiologik dapat menggunakan

energi panas untuk melangsungkan

kerjanya. energi panas dapat diubah menjadi

energi mekanis atau energi listrik.

• Namun sistem biologik bersifat isotermik

(suhu tubuh konstan) dan menggunakan

energi kimia untuk memberikan tenaga bagi

proses kehidupan.

Pada ilmu kimia telah dikenal

adanya :

1. Reaksi eksergonik adalah reaksi yang

menghasilkan atau membebaskan

energi.

2. Reaksi endergonik adalah reaksi yang

memerlukan energi dalam bentuk panas.

3. Coupling reaction adalah Kedua reaksi

tersebut saling berkaitan

Eksergonik & Endergonik

• Perubahan metabolit A menjadi metabolit B terjadi

dgn pelepasan energi dikaitkan dengan reaksi lain yg

memerlukan energi utk mengubah metabolit C

menjadi metabolit D

• Sejumlah energi yg dilepaskan pada reaksi degradasi

dipindahkan ke reaksi sintesis dlm bentuk bukan panas

E.

B

e

b

a

s

D

C B

A

Panas

Energi

Kimia

A ke B Eksergonik

C ke D Endergonik

A + C B + D + Panas

Menghasilkan

Panas

Menghasilkan

Energi kimia

Coupling reaction

• Pembentukan senyawa antara

• Keuntungan adanya senyawa antara

: Dapat mengendalikan kecepatan

reaksi

Coupling mechanisme

• Pembentukan senyawa kaya energi (~e).

• (~E) menangkap energi dari reaksi eksergonik kemudian

dialihkan pada reaksi endergonik.

1

2

3

4

Reaksi

Eksergonik

Reaksi Endergonik

Sinetesis

Transport aktif

Kontraksi otot

Eksitensi saraf

E

Energi bebas

• Energi Bebas merupakan energi dalam suatusistem yang tersedia untuk melakukan kerja.

• Perubahan energi bebas (∆G) : adalah bagiandari perubahan energi total pada sistem yang dapat melakukan kerja, yaitu energi yang bermanfaat

• Satu sistem yg berbentuk satu reaksi kimiayaitu zat A yang berubah menjadi zat B pada perubahan itu terjadilah perubahan energibebas

Hukum termodinamika yang digunakanpada sistem biokimia

Hukum Termodinamika I:

“energi total suatu sistem, ditambah energi

sekitarnya, adalah konstan.” juga merupakan hukum

penyimpanan energi

Berarti: dalam seluruh sistem, energi tidak pernah hilang

atau bertambah selama perubahan, tetapi energi dapat

dipindahkan dari satu bagian ke bagian lainnya atau

dapat diubah menjadi bentuk energi lain.

Misal:

Energi kimia diubah menjadi panas, listrik, radiasi atau

energi mekanik

Hukum Termodinamika II:

“entropi total suatu sistem harus meningkat bila proses

terjadi spontan”

Entropi: menyatakan besarnya perubahan suatu sistem dan

menjadi maksimum sewaktu sistem mencapai

keseimbangan

Entropi: derajat ketidak teraturan atau keteracakan sistem.

Dalam keadaan suhu & tekanan konstan, hubungan antara

perubahan energi bebas (∆G) suatu sistem yg bereaksi dan

perubahan entropi semesta (sistem + lingkungan) (∆S)

adalah:

∆G = ∆H – T∆S

∆ H : perubahan pada entalpi

T : Suhu absolut

Dalam keadaan reaksibiokimia:

∆G = ∆H – T∆S

1. Jika G negatif (< 0), reaksi disebut eksergonik. Reaksi

ini berlangsung secara spontan dengan kehilangan energi

bebas, dan reaksi kebalikanya tidak akan dapat

berlangsung.

2. Jika G positif (> 0), reaksi disebut endergonik. Reaksi

tidak akan terjadi secara spontan ke kanan, dan reaksi

kebalikannya akan berlangsung secara spontan. Jika ∆G

besar, maka sistem adalah stabil dengan sedikit atau tidak

ada kecenderungan untuk terjadi reaksi,

3. Jika G sama dengan 0, reaksi berada dalam keadaan

keseimbangan, tidak ada perubahan yang terjadi.

PERANAN ATP

ATP adl suatu nukleotida trifosfat yang mengandung adenin, ribosa, dan 3 gugus fosfat.

Peranan atp sebagai pembawa energi terletakpada gugusan trifosfat yg mengandung 2 ikatanfosfoanhidrid. hidrolisis ikatan ini akanmelepaskan banyak energi bebas.

Pada semua proses ATP memegang perananutama dlm pemindahan energi bebas dr proses-proses eksergonik ke proses-proses endergonik.

ATP mempunyai peranan dalam pemindahan radikal

fosfat

Peranan ATP dalam bioenergetika biokimia

diperlihatkan pada percobaan yang menunjukkan

bahwa ATP & kreatin fosfat dipecah selama konstraksi

otot & disintesis kembali yang tergantung pada suplai

energi dari proses-proses oksidatif

Pada reaksinya dalam sel, ia berfungsi sebagai

kompleks Mg2+

ATPO P O ~P O ~P O

O O O

O- O- O-

ADP O P O ~P

O O

O- O-

O-

AMP O P O

O

O-

ADENIN

GULA :

RIBOSA

TIGA GUGUS

FOSFAT

STRUKTUR ATP

Rumus empiris:

C10H16N5O13P3

Rumus kimia: C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H

ADP dan Pi beda: kalau adp mengandung adenin & ribosa. Itu termasuk organik karena masuk ke organ,

Kalau Pi itu memisahkan diri menjadi Pi sendiri, itu termasuk anorganik.

Pentingnya fosfat pd metabolisme menjadi jelassetelah ditemukan detail kimia dari glikolisis & peranan ATP, ADP dan fosfat anorganik (Pi) padaproses ini.

fosfat berenergi tinggi

Utk menunjukkan adanya gugus fosfat berenergitinggi Lipmann mengemukan simbol ~ P, menunjukkan ikatan fosfat berenergi tinggi.

Simbol ~ P menunjukkan bahwa gugus yang melekat pada ikatan, pada saat peralihan pada suatu akseptor yang tepat, akan mengakibatkan pemindahan kuantitas energi bebas yang lebih besar.

ATP mengandung 2 gugus fosfat berenergitinggi dan ADP mengandung satu, sedangkanikatan fosfat AMP adalah dari jenis energirendah krn ikatan ester normal

sumber utama ~ P

• Sumber ~ P yang paling besar pada organisme

aerobik adl dr reaksi yg dikatalisis oleh ATP sintetase yg akibatnya membalikkan

hidrolisis ATP

energi bebas yg mengendalikan proses ini

berasal dari reaksi oksidasi rantai pernapasan

mitokondria

Proses fosforilasi oksidatif adl bagian dari

mekanisme dalam sel yg bekerja utk

mencapai penyimpanan energi atau

pengikatan energi.

• Sumber kedua adl glikolisis, membentuk total

dua ~ P yang terjadi pada reaksi pemecahan

glukosa menjadi laktat. 1 molekul glukosa yg dikatabolisme akan

membentuk 2 gugus fosfat berenergi tinggi,

yaitu 2 mol ATP

• Sumber ketiga adl siklus asam sitrat, dimana

satu ~ P dihasilkan langsung pada konversi

suksinil ko-A menjadi suksinat.

• Contoh senyawa energi tinggi:

Adenosin Trifosfat, ADP, 1,3 difosfo asam gliserat,

fosfoenol piruvat, fosfo guanidin, asetil fosfat,

arginin fosfat, keratin fosfat

PERANAN FOSFAT BERENERGI TINGGI DLM

BIOENERGETIKA & PENANGKAPAN ENERGI

Utk mempertahankan proses kehidupan, organisme

mendapatkan suplai energi bebas dari lingkungannya

Organisme autotropik adalah organisme yang

mampu menyediakan/mensintesis makanan sendiri

Misal:

Tumb. hijau menggunakan energi matahari

• Organisme heterotropik organisme yang

memanfaatkan bahan-bahan organik sebagai

makanannya dan bahan tersebut disediakan oleh

organisme lain. Yang tergolong heterotrof adalah

manusia, hewan, jamur, dan mikroba