Energi adalah: kemampuan dari suatu sistem untuk dapat melakukan kerja

Fungsi energi: membuat senyawa2 baru Menjalankan kerja mekanik pada pergerakan Melakukan transport senyawa Menghasilkan panas

Bioenergetika : bagian dari biokimia yang bersangkutan dengan transformasi dan penggunaan energi oleh sel hidup

sun Heat E

Radiant E

E lost toenvironment

PhotosynthesisTakes place in

Plant cell,yielding: human

O2

E stored inbiomolecules

Respiration take place in Human cells,yielding :

E for work

E stored inbiomolecules

CO2

H2O

Energy 2 form :1. Kinetic E : the E of motion ( a ball rolling

down a hill, heat warming a frying pan, parfume spreading through the air )

2. Potential E : is stored E ( in the position of the electrons that form the chemical bond )

E can be converted from one form to another. Thermodynamics is the study of E use.

Bioenegetics ( bios : life + en:in + ergon: work) the study of E flow through biological system.

E is transferred between molecules during reactions.A + B C + D

A & B : reactants / substratesC & D : products

The potential E stored in the chemical bonds of molecule is known as the free energy of the molecule.

I. Hukum pertama:didalam setiap perubahan fisik atau kimia, jumlah total energi pada sebuah sistem termasuk energi sekitarnya adalah konstan= Hukum kekekalan energi

II. Hukum kedua :semua perubahan fisik atau kimia cenderung berjalan menuju arah sdmkn rupa sehingga energi yang bermanfaat terurai secara tidak dapat balik (irreversibel) menjadi bentuk acak yang tidak teratur, yang disebut entropi. Penguraian terhenti pada titik keseimbanganJagat raya cenderung menuju ketidakteraturan

Entropi :- energi dalam keadaan acak atau tidak teratur

atau juga disebut energi yang tidak berguna- derajat ketidakteraturan atau keteracakan sistem

Energi yang bermanfaat :1. Energi bebas, yaitu jenis energi yang dapat melakukan

kerja pada suhu dan tekanan tetap2. Energi panas, yaitu jenis energi yang dapat melakukan

kerja hanya melalui suatu perubahan suhu/tekanan.

Bentuk energi yang dapat digunakan oleh sel adalah energi bebas(dapat bekerja pada suhu dan tekanan tetap)

Kelangsungan suatu proses dpt berlangsung secara spontan /tidak, tergantung pada perbedaan potensial keadaan awal dan akhir, apakah positif/negatif.

Dimana : (∆P =P2 – P1)1.EKSERGONIK : ∆P < 02.ENDERGONIK : ∆P > 03.KESEIMBANGAN : ∆P = 0

Dalam sistem biologi mengikuti hukum termodinamika ∆G = ∆E - T .∆Sjika ∆G (-) : eksergonik (katabolisme), proses berlangsung spontan dgn kehilangan energi bebasjika ∆G (+) : endergonikjika ∆G 0 : sistem berada dalam keseimbangan dan tidak ada perubahan netto yang terjadi

Eksergonik : reaksi berlangsung spontan dgn kehilangan energi bebasDisebut jg katabolisme : pemecahan/oksidasi molekul bahan

Endergonik : reaksi berlangsung hanya kalau diperoleh energi bebas.disebut juga anabolisme : reaksi sintesis yang membangun berbagai substansi

Katabolisme + anabolisme = metabolisme

Metode untuk merangkaikan proses eksergonik dgn endergonik:1. harus ada zat antara (I) , ex : A + C→ I → B + D2. mensintesis senyawa dgn potensial energi tinggi dalam reaksi eksergonik dan menyatukan senyawa baru ini kedalam reaksi endergonik → energi bebas dr lintasan eksergonik dialihkan ke lintasan endergonik.

Struktur polimer untuk proses katabolisme anabolisme

Tahap 1, 2, 3 dibedakan berdasarkan ukuran molekul

Proses endergonik berlangsung lewat perangkaian (coupling) dengan proses eksergonik.

ATPadalah rantai kimia utama di antara aktifitas sel penghasil energi dan aktifitas sel yang membutuhkan energi.

Yang termasuk reaksi endergonik adalah:1. Biosintesis makromolekul2. Kontraksi otot3. Eksitasi syaraf4. Transport aktif5. Termogenesis6. Pemindahan info genetik

ATP has special roles in energy coupling & Pi transfer. G of phosphate hydrolysis from ATP is intermediate among examples below. ATP can thus act as a Pi donor, & ATP can be synthesized by Pi transfer, e.g., from PEP.

Compound Go' of phosphate hydrolysis, kJ/mol

Phosphoenolpyruvate (PEP)

Carbamoil phosphat

Phosphocreatine

Pyrophosphate

ATP (to ADP)

ADP (to AMP)

Glukosa-1-phosphat

Glucose-6-phosphate

Glycerol-3-phosphate

Phosphoanhydride bonds (formed by splitting out H2O between 2 phosphoric acids or between carboxylic & phosphoric acids) have a large negative G of hydrolysis.

N

NN

N

NH 2

O

OHOH

HH

H

CH 2

H

OPOPOP-O

O

O- O-

O O

O-

adenine

ribose

ATP adenosine triphosphate

phosphoanhydride bonds (~)

N

NN

N

NH2

O

OHOH

HH

H

CH2

H

OPOPOP-O

O

O- O-

O O

O-

adenine

ribose

ATPadenosine triphosphate

phosphoanhydridebonds (~)

Phosphoanhydride linkages are said to be "high energy" bonds. Bond energy is not high, just G of hydrolysis. "High energy" bonds are represented by the "~" symbol.~P represents a phosphate group with a large negative G of hydrolysis.

Potentially, 2 ~P bonds can be cleaved, as 2 phosphates are released by hydrolysis from ATP.

AMP~P~P AMP~P + Pi (ATP ADP + Pi)

AMP~P AMP + Pi (ADP AMP + Pi)

Alternatively: AMP~P~P AMP + P~P (ATP AMP + PPi)

P~P 2 Pi (PPi 2Pi)

ATP dapat berfungsi sbg senyawa antara, karena : Energi bebas baku atau ∆G0,adl perbedaan antara energi

bebas peraksi dan energi bebas produk pd keadaan baku/standar

Cara menghitung perubahan energi bebas baku : ∆G0 = -2,303 R.T log K’eq,dimana ∆G0 = energi bebas baku R = tetapan gas(1,987 kal/mol. K) T = suhu mutlak(2890 K atau 250 C) K’eq = tetapan kesetimbangan

∆G0 (-) : produk mengandung energi bebas <pereaksi → reaksi berjalan kearah pembentukan produk pada keadaan baku

∆G0 (+): produk mengandung energi bebas >pereaksi → reaksi berjalan dr pembentukan produk ke arah pereaksi

1. Enzim kinase : mengkatalisis pemindahan senyawa fosfat dr senyawa fosfat berenergi super tinggi

2. Kinase khusus lainnya mengkatalisis pemindahan senyawa fosfat terminal dari ATP ke suatu molekul penerima

Pengaruh akhir dr ke2 reaksi tsb, yang dihubungkan oleh

senyawa antara ATP, adalah pindahnya energi kimia dari fosfat berenergi super tinggi menuju ke suatu molekul penerima melalui pemindahan gugus fosfat

ATP hampir selalu menjadi perantara bagi reaksi pemindahan gugus fosfat, krn : sel biasanya tidak mengandung kinase yang dapat memindahkan senyawa fosfat scr langsung dr senyawa fosfat berenergi super tinggi kpd senyawa penerima berenergi rendah

Terdapat 2 senyawa penting pemberi gugus fosfat kepada ADP, yaitu 3-fosfogliseril fosfat dan fosfoenolpiruvat. (keduanya di btk pd rx pemecahan glukosa laktat energi. Proses ini disbt glikolisis)

Fosfoenolpiruvat jg memberikn gugus fosfatnya ke ADP mell rx yg dikatalisis oleh piruvat kinase

ATP dpt memindahkan gugus fosfat kpd berbagai molekul

penerima utk menghslkan senyawa fosfat berenergi rendah.

Reaksi ini dikatalisis oleh kinase.Diantara kinase ini terdapat heksokinase yg mengkatalisa

pemindahan gugus fosfat dr ATP ke D-Glukosa.ATP + D-glukosa Mg2+ ADP + D-glukosa 6-Fosfat.

Lainnya adalah gliserol kinase yg mengkatalisa rx:ATP + gliserol Mg2+ ADP + Gliserol 3-Fosfat

glukosa 6-fosfat dan gliserol 3-fosfat mempunyai

kandungan energi > tinggi dr glukosa & gliserol

bebas atau yang belum terfosforilasi.

Salah satu senyawa fosfat berenergi tinggi yg memainkan peran unik dlm kerja otot & jar yg mudah terangsang (otot, otak, saraf)

Mpy Δ G0 hidrolisis sebesar -10,3 kkal/mol. Dpt memindahkan gugus fosfatnya kpd ATP dlm

suatu reaksi yang dikatalisis enzim kreatin kinase.

Senyaw seperti fosfokreatin & fosfoarginin (pd intervertebrata) yg berfungsi sbg cadangan energi tsb disebut FOSFAGEN.

Uridin trifosfat ( UTP ) Guanosin trifosfat ( GTP ) Sitidin trifosfat ( CTP ) 2’-deoksiadenosin 5’-trifosfat ( dATP ) 2’-deoksiguanosin 5’-trifosfat ( dGTP ) 2’-deoksisitidin 5’-trifosfat ( dCTP ) 2’-deoksitimidin 5’-trifosfat ( dTTP )

ATP + UDP ↔ ADP + UTP

Senyawa tsb terdpt di semua sel, ttp pd konsentrasi yg jauh > rendah dibandingkan dg ATP.

Senyawa tsb dikhususkan utk berfungsi pd lintas biosintetik tertentu.

Senyawa ini mdpt gugus fosfat terminalnya dr ATP dlm rx yg dikatalisis oleh enzim yg bergantung pd Mg2+ yg dinamakan nukleosida difosfokinase.

Nukleosida Trifosfat Produk biosintetik

UTP Polisakarida

CTP Lipid

GTP Protein

ATP, UTP, CTP, GTP RNA

dATP, dTTP, dCTP, dGTP DNA

Terdapat 3 struktur yang menentukan energi bebas baku hidrolisis ATP (penyebab utama bagi nilai ΔG۫ °′ hidrolisis ATP yang bersifat amat negatif) :1.Derajat ionisasi ATP dan produk hidrolisisnya .

Pd pH 7,0 ATP hampir sempurna meng-ion sbg ion ATP 4-

ATP4- + H2O ADP³¯ + HPO4²¯ + H+2.Pada pH 7,0 molekul ATP mpy 4 muatan negatif yang letaknya berdekatan yg saling tolak menolak dengan kuat.3.Masing2 dari kedua produk ADP 3- dan HPO4 2- merupakan hibrid resonansi. Hibrid resonansi adalah suatu bentuk stabil yg khusus, dg elektron ttt dlm konfigurasi yg mpy jauh > sedikit energi, dibandingkan dg kedudukan aslinya di dlm molekul ATP.

29

Pernahkan Kita membayangkannya?

 

kita menjadi sadar betapa kecilnya bumi dan kita para penghuninya.

Dalam skala ini bumi kita tidak kelihatan lagi !!!

Perhatikan betapa mungil ukuran matahari kita dibandingkan Arcturus !

Apakah Arcturus bintang terbesar di galaksi kita ?

Dalam skala ini, matahari kita hanya sebesar debu!

Antares adalah bintang ke 15 yang paling terang di angkasa. Jaraknya lebih dari 1000 tahun cahaya dari bumi.