V. PRINSIP-PRINSIP BIOENERGETIKA

• 1. Pendahuluan• 2. Termodinamika dan Bioenergetika• 3. ATP, NADH an FADH2

PRINSIP-PRINSIP BIOENERGITIKA

•Pendahuluan

• Sel hidup dan organisme perlu melakukan kerja agar tetap hidup, tumbuh dan bereproduksi

• Kemampuan menjaring energi dan menyalur- kannya ke dalam kerja biologi merupakan sifat dasar dari semua organisme hidup; ini diperoleh pada tahap awal evolusi seluler.

• Organisme modern mempunyai kemampuan besar dalam transduksi bermacam bentuk energi ke bentuk lainnya:

• - Mengubah energi kimia fuel untuk sintesis senyawa makromolekul kompleks dari prekursor sederhana.

• - Konversi energi kimia fuel menjadi gradien konsentrasi dan listrik, gerakan dan panas, atau bentuk cahaya (kunang- kunang)

1. Bioenergetika dan termodinamika

• Bioenergetika merupakan suatu studi kuantitatif transduksi energi dalam sel hidup dan jenis serta fungsi proses kimia yang mendasarinya.

• Transduksi biologi mengikuti hukum-hukum fisika yang sama yang menuntun semua proses alami lainnya.

Hukum termodinamika

• Hukum termodinamika I (konservasi energi) Untuk setiap perubahan kimi adan fisika, jumlah

energi dalam alam semesta (universe) tetap konstan.

Energi dapat berubah dari bentuk satu ke bentuk lain atau ditransfer dari satu daerah ke daerah lain, tetapi tidak dapat dimusnahkan

E = Q - W E = perubahan energi suatu sistem Q = panas yang diabsorpsi oleh sistem W = kerja yang dilakukan sistem

Karena sistem biokimia beroperasi pada T, P dan V yang relatif konstan, hukum Termodinamika I dapat ditulis: H = Q - W H = perubahan entalpiKarena P dan V konstan --> W = 0 H = aliran energi panas H < 0 (reaksi eksoterm) H > 0 (reaksi endoterm) H = 0 (reaksi isoterm)H reaksi = Hproduk = Hreaktan

Hukum termodinamika II• Alam semesta selalu cenderung kearah

ketidakteraturan yang meningkat; dalam semua proses alamiah, entropi dari alam semesta meningkat

• Di bawah kondisi yang ada dalam sistem biologi (T dan P konstan), hubungan antara energi bebas, entalpi dan entropi adalah sbb:

G = H - TS G = perubahan energi bebas Gibbs dari sistem

reaksi H = perubahan entalpi sistem TS= perubahan entropi sistem G < 0 (proses eksergonik) G > 0 (proses endergonik) G = 0 (sistem dlm kesetimbangan)

Perubahan energi bebas standar• Untuk mempermudah perhitungan perubahan energi bebas-standar dalam biokimia dikenal keadaan standar (250C, 1 atm, kons. 1M):

aA + bB <=====> cC + dD [C]c [D]d

Kek = ----------- [A]a [B]b

G = G0 + 2.303 RT log Kek = _ G0 + RT ln Kek

Pada keset G = 0 --------> G0 = - RTln Kek

Untuk reaksi biokimia pada pH=7 G’0 = - RTln Kek

Perubahan energi standar adalah aditif• (1) A B G1’0

• (1) B C G1’0

--------------------------------------------------------------------

Jml: A + B C G1’0 + G1’0

Glukosa + P1 Glukosa 6-P + H2O (G’0 = +13,8 kJ/mol)

ATP + H2O ADP + Glukosa-6P (G’0 = -30,5 kJ/mol) --------------------------------------------------------------------------- Glukosa + ATP ADP + Glukosa-6P (G’0 = -16,7

kJ/mol)

ATP (Adenosin trifosfat)2. ATP, NADH DAN FADH2• ATP pegang peran penting dalam sel hidup• ATP sebagai mata uang (currency) energi yang

menghubungkan proses katabolisme (pemecahan) dan proses anabolisme (sintesis) dlm sel

• ATP + H2O ADP + Pi (G’0 = -7,3 kkal/mol)• ATP + H2O AMP + PPi (G’0 = -7,7 kkal/mol) • PPi + H2O 2Pi (G’0 = -8,0 kkal/mol)