Beranda > Biokimia II > Fosforilasi Oksidatif

Fosforilasi Oksidatif

Rantai Respirasi

Rantai respirasi adalah rangkaian proses transfer elektron hidrogen yang terjadi pada bagian membran dalam mitokodria dengan melibatkan sejumlah enzim. Hasil akhir dari rangkaian proses transfer electron ialah sejumlah energi berbentuk ATP yang diperlukan dalam berbagai aktivitas organisme hidup.

Respirasi sebagai suatu proses oksidasi yang terdiri banyak tahapan reaksi dan juga respirasi adalah oksidasi selular di mana energi yang disimpan dalam molekul-molekul makanan dilepaskan dan digunakan oleh sel. Dalam reaksi tersebut, H2O dan CO2 merupakan hasil akhir dan energy terlepas. Reaksi umum respirasi:

C6H12O6+ 6 O2 +6 H2O  —–> 6 CO2 +12 H2O + ATP

Reaksi respirasi merupakan reaksi katabolisme yang memecah molekul-molekul gula menjadi molekul anorganik berupa CO2 dan H2O. Tujuan respirasi adalah untuk mendapatkan energi melalui proses glikolisis. Senyawa gula diperoleh dari proses fotosintesis. Butiran amilum yang tersimpan dalam jaringan dan organ penyimpan cadangan makanan akan diubah kembali dalam bentuk glukosa fosfat di dalam sitoplasma sel. Kemudian glukosa fosfat akan dipecah menjadi piruvat dan masuk ke dalam siklus Krebs. Selama glikolisis berlangsung dan dalam siklus Krebs akan dihasilkan gas CO2 yang akan dikeluarkan dari dalam sel. Gas tersebut dengan berdifusi akan terkumpul dalam rongga-rongga antar sel dan bila tekanan telah cukup akan keluar dari jaringan.

Aliran electron dari substrat ke oksigen merupakan sumber energy ATP

Pada setiap putaran siklus asam sitrat, 4 pasang atom hydrogen dipindahkan dari isositrat, α-ketoklutarat, suksinat, dan malat melalui aktifitas dehidrogenase spesifik. Atom hidrogen ini, pada beberapa tahap memberikan elektronnya kepada rantai transport electron dan menjadi ion H+ yang terlepas kedalam medium cair. Electron tersebut diangkut disepanjang rantai molekul pembawa electron, sampai electron-elektron ini mencapai oksidase sitokrom, yang menyebabkan pemindahan electron ke oksigen, yakni molekul penerima electron pada organisme aerobic. Pada saat masing-masing atom oksigen menerima 2 elektron dari rantai tersebut, 2 atom H+, yang setara dengan 2H+ yang dilepaskan sebelumnya dari 2 atom hydrogen yang dipindahkan oleh dehidrogenase diambil dari medium cair untuk membentuk H2O.

Rantai respirasi terdiri dari serangkaian protein dengan gugus prostetik yang terikat kuat, dan mampu menerima dan memberikan electron. Setiap anggota dapat menerima electron dari anggota sebelumya, dan memindahkan electron ke molekul anggtoa berikutnya, dalam uraian reaksi yang spefisik. Elektron yang masuk ke dalam rantai transport electron yang kaya akan energy, tetapi pada saat electron tersebut melalui rantai, menuju ke oksigen dengan cara setahap demi setahap, electron tersebut kehilangan kandungan energy bebasnya. Banyak dari energy tersebut yang disimpan dalam bentuk ATP oleh mekanisme molekul pada membrane mitokondria sebelah dalam. Pada saat masing-masing pasangan elektron melalui rantai respirasi dari NADH menuju oksigen sintesis 3 molekul ATP dari ADP dan posfat berlaangsung bersama-sama. Ketiga bagian rantai respirasi yang memberikan energy untuk menghasilkan ATP melalui fosforilasi oksidatif disebut sisi penyimpanan energi.

Senyawa pengangkut electron selalu berfungsi dalam urutan spesifik

Pertama, potensial redoks bakunya secara berturut-turut semakin positif pada arah menuju oksigen, karena electron cendrung mengalir dri sistem elektro negative ke sistem elekro positif menyebabkan penurunan dalam energy bebas. Kedua, setiap rantai anggota respirasi bersifat spesifik bafi senyawa pemberi dan penerima electron tertentu. Sebagai contoh. NADH dapat memindahkan electron ke NADH dehidrogenase, tetapi tidak dapat memindahkan electron ini secara lagsung ke sitokrom b atau ke sitokrom c. Ketiga, kompleks structural protein pengangkut electron yang fungsinya serupa telah dapat diisolasi dari membrane mitokondria. Kompleks I terdiri dari NADH dhidrogenase dan pusat besi-sulfurnya yang erat berhubungan dalam fungsinya. Kompleks II terdiri dari saksinat dehidrogenase dan pusat besi sulfurnya. Komplek III terdiri dari sitokrom b dan c2, serta pusat besi sulfur spesifik. Sitrokrom  a dan a3 bersama-sama menyusun kompleks IV. Ubikuinon merupakan rantai penghubung di antara kompleks I, II,  dan III, serta sitokrom c merupakan rantai penghubung diantra kompleks III dan IV.

Fosforilasi Oksidatif

Ranti respirasi terjadi di dalam mitokondria sebagai pusat tenaga. Di dalam mitokondria inilah sebagian besar peristiwa penangkapan energi yang berasal dari oksidasi respiratorik berlangsung. Sistem respirasi dengan proses pembentukan intermediat berenergi tinggi (ATP) ini dinamakan fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif memungkinkan organisme aerob menangkap energi bebas dari substrat respiratorik dalam proporsi jauh lebih besar daripada organisme anaerob.

NADH dan FADH2 yang terbentuk pada reaksi oksidasi dalam glikolisis, reaksi oksidasi asam lemak dan reaksi-reaksi oksidasi dalam siklus asam sitrat merupakan molekul tinggi energi karena masing-masing molekul tersebut mengandung sepasang elektron yang mempunyai potensial transfer tinggi. Bila elektron-elektron ini diberikan pada oksigen molekuler, sejumlah besar energi bebas akan dilepaskan dan dapat digunakan untuk menghasilkan ATP. Fosforilasi oksidatif merupakan proses pembentukan ATP akibat transfer electron dari NADH atau FADH2 kepada O2 melalui serangkaian pengemban electron. Proses ini merupakan sumber utama pembentukan ATP pada organisme air. Sebagai contoh, fosforilasi oksidatif menghasilkan 26 dari 30 molekul ATP yag terbentuk pada oksidasi sempurna glukosa menjadi CO2 dan H2O.

Aliran electron dari NADH atau FADH2 ke O2 melalui kompleks-kompleks protein, yang terdapat pada membran dalam mitokondria, akan menyebabkan proton terpompa keluar dari matriks mitokondria. Akibatnya, terbentuk kekuatan daya gerak proton yang terdiri dari gradient ph dan potensial listrik trans membran. Sintesis ATP teradi bila proton mengalir kembali kedalam matriks mitokondria melalui suatu kompleks enzim. Jadi, oksidasi dan fosforilasi terangkai melalui gradient proton melintasi membran dalam mitokondria.

Proses fosforilasi oksidatif

Organisme kemotrop memperoleh energi bebas dari oksidasi molekul bahan bakar, misalnya glukosa dan asam lemak. Pada organisme aerob, akseptor elektron terakhir adalah oksigen. Namun elektron tidak langsung ditransfer langsung ke oksigen, melainkan dipindah ke pengemban-pengemban khusus antara lain nikotinamida adenin dinukleotida (NAD+) dan flavin adenin dinukleotida (FAD).

Pengemban tereduksi ini selanjutnya memindahkan elektron ke oksigen melalui rantai transport elektron yang terdapat pada sisi dalam membran mitokondriaGradien proton yang terbentuk sebagai hasil aliran elektron ini kemudian mendorong sintesis ATP dari ADP dan Pi dengan bantuan enzim ATP sintase. Proses tersebut dinamakan fosforilasi oksidatif. Dalam hal ini energi dipindahkan dari rantai transport elektron ke ATP sintase oleh perpindahan proton melintasi membran. Proses ini dinamakan kemiosmosis.

Secara ringkas fosforilasi oksidatif, terdiri atas 5 proses dengan dikatalisis oleh kompleks enzim, masing-masing  kompleks I, kompleks II, kompleks III, kompleks IV dan kompleks V

Tabel 1 Informasi tentang enzim yang berperan dalam fosforilasi oksidatif

Nama Penyusun    kDa Polypeptides
Kompleks I

NADH dehydrogenase (or)
NADH-coenzyme Q reductase

800

25

Kompleks II

Succinate dehydrogenase (or)
Succinate-coenzyme Q reductase

140

4
Kompleks III Cytochrome C – coenzyme Q oxidoreductase

250

9-10

Kompleks IV

Cytochrome oxidase

170

13

Kompleks V

ATP synthase

380

12-14

Dalam fosforilasi oksidatif, daya gerak elektron diubah menjadi daya gerak proton dan kemudian menjadi potensial fosforilasi. Fase pertama adalah peran komplek enzym sebagai pompa proton yaitu NADH-Q reduktase, sitokrom reduktase dan sitokrom oksidase. Komplek-komplek transmembran ini mengandung banyak pusat oksidasi reduksi seperti flavin, kuinon, besi-belerang, heme dan ion tembaga. Fase kedua dilaksanakan oleh ATP sintase, suatu susunan pembentuk ATP yang digerakkan melalui aliran balik proton kedalam matriks mitokondria.

 

Transport electron dan fosforilasi oksidatif terjadi pada Membran Mitokondria sebelah dalam

Pada sel eukariotik, hampir semua dehidrogenasa spesifik yang diperlukan pada oksidasi piruvat dan bahan bakar lain melalui siklus asam sitrat terletak pada bagian sebalah dalam mitokondria, yaitu matriks. Molekul pemindahan elektron dari rantai respirasi dan molekul enzim yang melakukan sitesa ATP dari ADP dan fosfat terbenam dalam membran sebelah dalam. Bahan bakar siklus asam sitrat seperti piruvat, harus dipindahkan dari sitosol ( tempat dilakukannya sintesi molekul-molekul tersebut) melalui membran mitokondria kedalam bagian matrik disebelah dalam sebagai tempat aktivitas dehidrogenase. Demikian pula, ADP yang dibentuk dari ATP selama aktivitas yang memerlukan energy didalam sitosol harus dipindahkan didalam metrics mitokondria, untuk mengikat posfat kembali menjadi ATP. ATP baru yang terbentuk harus dikembalikan kesitosol. Sistem transport membran yang khusus pada membrane mitokondria sebah dalam tidak hanya melangsungkan masuknya piruvat dan bahan bakar lain kedalam mitokondria, tetapi juga masuknya posfat dan ADP. Dan keluarnya ATP selama fosforilasi oksidatif. Jadi, membrana mitokondria sebalah dalam merupakan sruktur komplek yang mengandung molekul pembawa electron, sejumlah enzim, dan beberapa sistem transport membran. Yang bersama-sama menyusun sampai 75% atau lebih berat total membrane, sisanya merupakan lipida. Struktur membrane sebelah dalam amat komplek, berliku-liku, dan bersifat mosaic; integritas membran ini penting bagi pembentukan ATP yang menunjang aktivitas hidup.

About these ads
Kategori:Biokimia II
  1. Belum ada komentar.
  1. No trackbacks yet.

Berikan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.

%d blogger menyukai ini: