TRANSPORT ELEKTRON DAN FOSFORILASI OKSIDATIF

1. TRANSPORT ELEKTRON DAN FOSFORILASI OKSIDATIF • Sumber utama dari energi dalam sel aaerob terdapat pada proses respirasi, yaitu oksidasi enzimatis zat-zat metabolit oleh molekul oksigen. • Proses ini banyak melibatkan enzim dan berbagai tahap reaksi kimiawi yang terpisah. • Semua reaksi terorganisasi secara rapi dalam suaatu susunan yabf berurutan dan terjadi dalam mitokondria.

2. Cakupan • Pendahuluan • Organisasi proses metabolisme • Pengertian umum • Mitokondria • Anatomi mitokondria • Sistem transport • Transport elektron • Proses dan tempat berlangsungnya • Senyawa yang berperan penting

3. Fosforilasi oksidatif • Hipotesa coupling energy • Pembentukan proton gradien

4. Oksidasi - Reduksi • Oksidasi = pemindahan / pembebasan e- dari suatu molekul • Reduksi = penambahan elektron ke suatu molekul • Reaksi oksidasi – reduksi (REDOKS)  reaksi pemindahan elektron Elektron donor  e- +elektron aseptor Misalnya Fe2+  e- + Fe 3+

5. Tiap-tiap substansi mempunyai kemampuan yang tidak sama untuk membebaskan elektron  Potensial reduksi • Harga semakin negatif  potensi kehilangan elektron semakin besar • Harga semakin positif  potensi menerima e- makin tinggi Jadi pasangan redoks yang mempunya potensial standar yg lebih negatif  memberikan e- ke pasangan redoks yang potensial standarnya lebih positif

6. Elektron selalu bergerak ke suatu arah dimana tenaga bebas sistem tersebut menurun • Aliran elektron NADH (Eo = -0,32V) ke O2 (Eo = +0,82V)  akan membebaskan sejumlah besar tenaga bebas yang dpt digunakan utk membuat ATP • Semua langkah reaksi enzimatis pd pemecahan oksidatif karbohidrat, lemak dan asam amino  pada akhirnya sampai pada respirasi sel yaitu saat elektron mengalir dr substrat organik ke O2 yang menghasilkan tenaga utk pembentukan ATP dari ADP + Pi

8. Organisasi proses metabolisme - Katabolisme • Pada eukaryot  fosforilasi oksidatif terjadi di mitokondria sedangkan fotofosforilasi terjadi dalam kloroplas • Fosforilasi oksidatif melibatkan reduksi O2 menjadi H2O dengan pendonoran elektron oleh NADH dan FADH2 • Pengetahuan tentang sintesis ATP dalam mitokondria dan kloroplas berdasar pada hipotesis oleh Peter Mitchell (1961) yang berdasar pada perbedaan konsentrasi proton transmembran  teori chemiosmotic

10. Fosforilasi oksidatif • suatu proses dimana ATP dibentuk pada waktu elektron dipindahkan dr NADH atau FADH2 ke O2 oleh suatu deretan senyawa pembawa elektron • proses pembentukan ATP secara enzimatis dari ADP dan fosfat anorganik dengan menggunakan energi yang dikeluarkan selama proses transpot elektron • Setiap pasang elektron yg melalui rantai respirasi dari NADP  O2 menghasilkan NADH + H+ + ½O2 + 3 Pi + 3 ADP  NAD + + 3 ATP + H2O • Pasangan elektron yg dihidrogenasi oleh FAD dehidrogenase  menghasilkan 2 ATP

11. Mitokondria • Secara struktural bersifat unik • Memiliki 2 membran: yi membrane dalam dan luar • Matriks • Ruang intermembran • Cristae (krista) Membran luar berbeda dengan membrane dalam karena lebih berpori. Sehingga membrane dalam berfungsi sebagai barier / penahan bagi berbagai metabolit.

12. Proses yang terjadi di dalam mitokondria : -. Oksidasi piruvat -. Oksidasi asam lemak -. Metabolisme asam amino -. Siklus asam sitrat • Protein yang berfungsi untuk respirasi berada di inner membrane. Sehingga densitas Krista pada suatu sel  menggambarkan aktifitas respirasi pada suatu sel. Contoh • Mitokondria dalam sel otot hati ( sangat tinggi aktifitas respirasinya)  Krista sgt padat. Berbeda dengan mitokondria pada sel hati.

13. Membran dalam mitokondria terdapat komplek protein I –V. Komplek I menerima electron dari NADH. Elektron dari FADH2ditransfer ke komplek protein lain yg dsbt Komplek II yang kemudian ditangkap oleh Coenzim Q dst Protein komplek yang mentransfer elektron tsbt dikenal sebagai sistem transport electron

14. Setelah electron melewati komplek IV,  proton akan didonorkan kepada O2 H2O Selama elekton bergerak melalui komplek I, III dan IV dari ETS  proton dipompa dari matriks ke ruang intermembran mitokondria  Shg akan menghslkan sumber energi potensial dgn konsentrasi proton di ruang inter membrane lebih tinggi dibanding dgn di dalam matrik .

15. Sistem transport elektron • Transpot elektron adalah tahap akhir dalam respirasi sel aerobik yang meliputi proses perpindahan elektron dari molekul donor (misal: NADH, substrat organik) menuju aseptor terakhir yakni oksigen.

17. Kompleks I (NADH dehidrogenase) t.a. 43 rantai polipeptida mempy FMN sbg gugus prostetik. Dan mengkatalis reaksi NADH + H+ + FMN <=> NAD+ + FMNH2 Mempy 6 pusat besi-sulfur Mempunyai pusat besi-sulfur yang mentransfer elektron dr FMNH2 ke karier berikutnya yaitu Coenzim Q Kompleks I juga disebut NADH-coenzyme Q reductase karena elektron yg terlibat dlm reaksi ini digunakan utk mereduksi koenzim Q Penghambat : amytal, rotenone dan piericidin A

18. Kompleks II (Suksinat dehidrogenase) Merupakan enzim TCA yang terikat pada membran Merupakan titik masuknya FADH2 yg diproduksi oleh suksinat dehidrogenase Elektron dr FADH2 akan didonorkan ke ubiquinone Mempunyai pusat Fe-S Disebut juga sebagai enzim succinate-coenzyme Q reductase

19. Kompleks III terdiri dari berbagai protein karier elektron yi: sitokrom B, pusat Fe-S dan sitokrom C1 Proses transfer elektron terkait dengan transport proton dr matriks ke ruang antar membran. Dijumpai dlm btk dimer, dgn masing masing memiliki 11 subunit Pergerakan elektron dr Cyt b  Fe-S dpt diblok oleh antimycin A 2,6-dichlorophenol-indophenol  diketahui mampu menerima elektron yg berasal dr Fe-S Komplek III

20. Merupakan protein kecil dalam sistem transport elektron dan satu satunya protein yg tidak dlm bentuk kompleks Menerima elektron dari kompleks III dan mentransfernya ke kompleks IV Karier elektron artifisial spt  tetramethyl-p-phenylene diaminedpt menerima elektron dari cyt C

21. Kompleks IV Dikenal sbg sitokrom oksidase krn mengambil elektron dari cyt C Bertugas mentransfer elektron dr cyt C ke O2 Terdiri dari 3 sub unit : sub unit I, II dan III Sub unit I mengandung gugus heme Cyt a dan Cyt a3 serta ion tembaga. Cyt a3 dan Cu  menerima elektron dr Cyt a dan mentranser ke O2 yg terikat pd Cyt a Sub unit II  mengandung ion Pb yg terikat pd residu sistein membtuk pusat berinti ganda yg disebut CuA Sub unit III  secr rinci belum diketahui perannya Dpt dihambat oleh cyanida, azide dan CO

24. Kompleks V(ATP synthase / F0F1 kompleks) F1 kompleks mrpkn bagian dr kompleks V yang akan menghasilkan ATP pada saat proton masuk dr ruang intermembran ke matriks Antibiotik oligomicyn mampu terikat pada F0 kompleks dan menghambat aliran proton.

25. Chemiosmotic coupling hypothesis • Dikemukakan oleh Peter mitchell (1961) • Menjelaskan bgmn ATP disintesis dari ETS dan fosforilasi oksidatif • Terdiri dari 4 prinsip : • Energi yg dihasilkan oleh transpor elektron menghasilkan sistem transpor aktif • Sistem transpor aktif memompa proton dr matriks ke ruang inter membran • Gradien proton terbentuk  dgn pH di luar lebih rendah dibanding di dalam. Proton yg ada di dalam bertendensi utk keluar utk menyamakan kondisi pH • Ketika proton ke luar matriks  energi bebas terbentuk (21 kJ/mol utk setiap H) dan digunakan utk menghasilkan ATP