Kegunaan energi kimia dalam sel
ENERGI DAN METABOLISME
Kegunaan energi kimia
dalam sel
BIOSINTESIS
KONTRAKSI DAN GERAKAN
TRANSPOR AKTIF
TRANSFER BAHAN GENETIK
Dari mana energinya?
Dari makanan.
Energi yang diekstrak dari
makanan digunakan untuk
memberi energi gugus fosfat agar
dapat membentuk ATP.
ATP (Adenosin Tri Fosfat)
ATP memiliki energi yang dapat
dilepaskan dengan mudah melalui
pemutusan ikatan pada fosfat
ketiga.
Energi yang dilepaskan digunakan
untuk menjalankan proses-proses
kehidupan.
ATP (Adenosin Tri Fosfat)
Pembebasan fosfat ketiga mengubah
ATP menjadi molekul yang memiliki 2
gugus fosfat ( ADP).
ADP dapat membentuk ATP kembali
bila terdapat gugus fosfat dan energi.
p
energi
masuk
p
P+
p
p
ADP
p
p
ATP
Tanjakan
energi
energi
keluar
p
P+
p
p
ADP
Memperoleh Energi dari Makanan
■ Bagaimana makanan diubah
menjadi energi?
■ Apakah nutrisi yang berbeda
diekstrak energinya melalui cara
yang berbeda?
Metabolisme
NUTRISI
PENGHASIL
ENERGI
Karbohidrat
Lemak
Protein
Katabolisme
HASIL AKHIR
RENDAH
ENERGI
CO2
H2 O
NH3
ENERGI
KIMIA
ATP
NADH/NADPH
FADH2
MAKROMOLEKUL
SEL
Polisakarida
Lipida
Protein
Asam Nucleat
Anabolisme
MOLEKUL
PREKURSOR
Asam Amino
Gula
Asam Lemak
Basa Nitrogen
Tiga tahap katabolisme
1. DEGRADASI BIOMOLEKUL BESAR MENJADI MOLEKUL
“BUILDING BLOCK”
2. DEGRADASI MOLEKUL “BUILDING BLOCK” MENJADI
SENYAWA UMUM HASIL DEGRADASI
3. DEGRADASI SENYAWA UMUM HASIL DEGRADASI
MENJADI SENYAWA HASIL AKHIR YANG SEDERHANA
Katabolisme tahap I
Protein
Asam amino
Poli
sakarida
Glukosa
Lipida
Gliserol,
Asam Lemak
MOLEKUL
BESAR
MOLEKUL
“BUILDING
BLOCK”
Katabolisme tahap II
Asam amino
Glukosa
Asam
Piruvat
Asetil ko-A
Gliserol,
Asam Lemak
MOLEKUL
“BUILDING
BLOCK”
HASIL
UMUM
DEGRADASI
Katabolisme tahap III
Asam
Piruvat
CO2
Asetil ko-A
HASIL
UMUM
HASIL AKHIR
YAN SEDRHANA
H 2O
Katabolisme Glukosa
Glikolisis
Terjadi di sitoplasma.
Memotong 1 molekul gula berkarbon 6
menjadi 2 molekul gula berkarbon 3
(asam piruvat adalah hasil akhir).
Tidak menghasilkan banyak energi
(hanya dihasilkan 2 ATP), tetapi dapat
berlangsung sangat cepat dan tidak
membutuhkan oksigen (anaerobik).
glukosa
ADP
ATP
glukosa 6-fosfat
fruktosa 6-fosfat
ATP
fruktosa 1,6-difosfat
ADP
fruktosa 1,6-difosfat
gliseraldehida
3-fosfat
2 NAD+ + 2 P
2 NADH
+ 2 H+
Asam 1,3-difosfogliserat
2 ADP
2 ATP
Asam 3-fosfogliserat
2 ADP
2 ATP
Asam piruvat
Glikolisis
Beberapa bakteri dan jasad eukaryot
hanya menggunakan Glikolisis sebagai
cara untuk memperoleh energi.
Fermentasi alkohol yang dilakukan
khamir pada keadaan tanpa oksigen
mengubah asam piruvat menjadi
alkohol.
Fermantasi asam laktat yang terjadi di
banyak sel jaringan hewan pada
keadaan tanpa oksigen mengubah
asam piruvat menjadi asam laktat.
PERHITUNGAN ENERGI
Membutuhkan 2 ATP.
Menghasilkan energi cukup
untuk menggabungkan fosfat
ke 4 molekul ADP membentuk 4
ATP.
Hasil 4 ATP – perlu 2 ATP =
Hasil bersih 2 ATP.
Berlari 30 detik
Perolehan energi melalui glikolisis,
karena cepat.
Tidak membutuhkan oksigen
(anaerobik).
Dihasilkan asam laktat yang dapat
membakar otot.
Berlari 10 menit?
Perlu energi lebih banyak.
Tidak boleh terbentuk asam
laktat terlalu banyak, maka
kondisi tidak boleh anaerob.
Jangka waktu lari maksimal
Menit
Detik
10
30
60
2
4
10
30
60
120
%
anaerobik
90
80
70
50
35
15
5
2
1
%
aerobik
10
20
30
50
65
85
95
98
99
Peran Oksigen dalam
Katabolisme Glukosa?
RESPIRASI SEL
Tiga tahap penuaian energi
Glikolisis
Daur Krebs
Rangkaian transpor elektron
Respirasi sel dan
Mitokondria
Daur Krebs dan rangkaian
transpor elektron terjadi di dalam
mitokondria
sel
Membran
luar
membran
dalam
mitokondrion
glikolisis
membran
dalam
membrane
luar
H+
+
H
H+
+
H
H+
Rangkaian
transpor
elektron
Daur
Krebs
+
H
H+
eO2
kompartemen
luar
H2 O
kompartemen
dalam
H+
+
H
Peralihan antara Glikolisis dan
Daur Krebs
Asam piruvat hasil glikolisis menuju ke
mitokondria.
Berikatan dengan koenzim A
membentuk asetil koA, 1 molekul
NADH, dan CO2.
Daur Krebs terjadi di kompartemen
dalam dari mitokondria.
glikolisis
mitokondrion
Asam piruvat
cytosol
NAD+
koenzim
A
NADH
Menuju ke
rangkaian
transpor elektron
koA
CO2
Kompartemen dalam
asetll koenzim A
Daur Krebs
SUMMARY OF THE KREBS CYCLE
6 NADH
GLYCOLYSIS
2 FADH2
CoA
Daur
Krebs
asetil koenzim A
Rangkaian
transpor
elektron
asam oksaloasetat 1.
NADH
NAD
asam sitrat
NAD+
+
2.
6.
CO2
asam a-ketoglutarat
asam malat
FADH2
NADH
3.
FAD+
5.
asam suksinat
ADP
NAD+
CO2
NADH
4.
turunan
asam a-ketoglutarat
ATP
CO2
2 ATP
Ringkasan Daur Krebs
Asetil koA didegradasi sempurna
menjadi CO2.
Hanya 1 ATP yang dihasilkan dari
setiap asetil koA yang memasuki Daur
Krebs (total 2 ATP tiap glukosa).
Semua elektron dapat diikat dalam
bentuk 6 NADH (per glukosa) untuk
diproses lebih lanjut melalui rangkaian
transpor elektron.
Katabolisme, Transfer Elektron
dan Reaksi Oksidasi Reduksi
Elektron
dibebaskan dari oksidasi
nutrisi selama katabolisme.
Elektron
dipindahkan oleh
pembawa elektron melalui suatu
proses untuk menghasilkan ATP.
Oksidasi - Reduksi
Oksidasi:
Pengambilan/pemindahan
elektron dari suatu senyawa.
Reduksi:
Penambahan/pemberian elektron
kepada suatu senyawa.
OKSIDASI-REDUKSI DALAM
SEL
Dalam sel hidup, beragam molekul terlibat
dalam proses transfer energi. Masingmasing molekul memiliki kecenderungan
untuk mendapatkan atau kehilangan
elektron.
Di dalam sel, proses oksidasi dan reduksi
tidak terjadi secara terpisah.
Proses oksidasi-reduksi yang terjadi
berpasangan disebut REAKSI REDOKS.
PEMBAWA ELEKTRON
Molekul yang memindahkan
elektron selama proses oksidasi
reduksi di dalam sel.
NADH, FADH2 adalah molekul
pembawa elektron
NAD (Nikotinamida
Dinukleotida)
Di dalam sel, NAD terdapat dalam 2
bentuk:
Bentuk membawa elektron atau atom
hidrogen ( NADH) dan tanpa atom
hidrogen (NAD+).
NAD+ berperan sebagai senyawa
pengoksidasi, bila menerima atom
hidrogen dan elektron, menjadi NADH.
NAD (Nikotinamida Dinukleotida)
NADH dapat memindahkan
elektron ke molekul lain, dan
kembali menjadi NAD.
Proses pemindahan ini
dikendalikan/dilakukan oleh
enzim.
- -
NAD+
+ NADH
kosong
terisi
+
NAD
+
-
H
+
- H
NAD+
H proton
kosong
NAD
teroksidasi
NAD
-
+
- - H
tereduksi
+
+
H
-
-
Rangkaian Transpor Elektron
■ NADH memindahkan elektron ke
suatu rangkaian molekul yang
terdapat di membran dalam
mitokondria.
■ Perpindahan elektron
mengakibatkan perpindahan ion
H+ melawan gradien konsenrasi.
Rangkaian Transpor Elektron
■ Energi yang terbentuk pada saat
masuknya kembali ion H+ ke dalam
mitokondria melalui ATP sintase,
digunakan untuk menggabungkan
fosfat dengan ADP untuk membentuk
ATP.
■ Dihasilkan ATP yang lebih banyak pada
tahap ini (32 ATP per glukosa).
Rangkaian Transpor Elektron
■ Di akhir rangkaian
O2 + 2 electrons + 2 H+ = H2O.
■ Penyebab kebutuhan oksigen.
GLYCOLYSIS
ELECTRON
TRANSPORT
CHAIN
mitokondria
KREBS
CYCLE
inner
membrane
32
ATP
inner compartment
H2O
O2
outer compartment
Kompartemen bagian luar
H+
inner
membrane
H
+
H+
H+
H+
H
+
H+
H+
H+
H+
H
+
H+ H+
H+
SINTESIS ATP
H+ H+
H+
H+ H+
H+ H+
H+
H+
+
H
H+
+
H
H+ H+ H+
H+
H+
H+
H+
NADH
H+
NAD
ATP
synthesis
+
2 H+ + 1/2 O2
Kompartemen bagian dalam
ADP + P
H2O
RANGKAIAN TRANSPOR ELEKTRON
ATP
food
PROTEIN
KARBOHIDRAT
amino acids
sugars
Molekul
lain yang
digunakan
pada
respirasi
GLIKOLISIS
glukosa
Asam piruvat
acetyl CoA
DAUR
KREB
NH3
(ammonia)
RANGKAIAN
TRANSPOR
ELEKTRON
LEMAK
glycerol fatty acids
RESPIRASI SEL
Tiga tahap penuaian energi
Glikolisis
Daur Krebs
Rangkaian transpor elektron
Reaksi secara keseluruhan:
C6H12O6 + 6 O2 + ADP 6 CO2
+ 6 H2O + ATP.
Kegunaan energi kimia
dalam sel
BIOSINTESIS
KONTRAKSI DAN GERAKAN
TRANSPOR AKTIF
TRANSFER BAHAN GENETIK
Dari mana energinya?
Dari makanan.
Energi yang diekstrak dari
makanan digunakan untuk
memberi energi gugus fosfat agar
dapat membentuk ATP.
ATP (Adenosin Tri Fosfat)
ATP memiliki energi yang dapat
dilepaskan dengan mudah melalui
pemutusan ikatan pada fosfat
ketiga.
Energi yang dilepaskan digunakan
untuk menjalankan proses-proses
kehidupan.
ATP (Adenosin Tri Fosfat)
Pembebasan fosfat ketiga mengubah
ATP menjadi molekul yang memiliki 2
gugus fosfat ( ADP).
ADP dapat membentuk ATP kembali
bila terdapat gugus fosfat dan energi.
p
energi
masuk
p
P+
p
p
ADP
p
p
ATP
Tanjakan
energi
energi
keluar
p
P+
p
p
ADP
Memperoleh Energi dari Makanan
■ Bagaimana makanan diubah
menjadi energi?
■ Apakah nutrisi yang berbeda
diekstrak energinya melalui cara
yang berbeda?
Metabolisme
NUTRISI
PENGHASIL
ENERGI
Karbohidrat
Lemak
Protein
Katabolisme
HASIL AKHIR
RENDAH
ENERGI
CO2
H2 O
NH3
ENERGI
KIMIA
ATP
NADH/NADPH
FADH2
MAKROMOLEKUL
SEL
Polisakarida
Lipida
Protein
Asam Nucleat
Anabolisme
MOLEKUL
PREKURSOR
Asam Amino
Gula
Asam Lemak
Basa Nitrogen
Tiga tahap katabolisme
1. DEGRADASI BIOMOLEKUL BESAR MENJADI MOLEKUL
“BUILDING BLOCK”
2. DEGRADASI MOLEKUL “BUILDING BLOCK” MENJADI
SENYAWA UMUM HASIL DEGRADASI
3. DEGRADASI SENYAWA UMUM HASIL DEGRADASI
MENJADI SENYAWA HASIL AKHIR YANG SEDERHANA
Katabolisme tahap I
Protein
Asam amino
Poli
sakarida
Glukosa
Lipida
Gliserol,
Asam Lemak
MOLEKUL
BESAR
MOLEKUL
“BUILDING
BLOCK”
Katabolisme tahap II
Asam amino
Glukosa
Asam
Piruvat
Asetil ko-A
Gliserol,
Asam Lemak
MOLEKUL
“BUILDING
BLOCK”
HASIL
UMUM
DEGRADASI
Katabolisme tahap III
Asam
Piruvat
CO2
Asetil ko-A
HASIL
UMUM
HASIL AKHIR
YAN SEDRHANA
H 2O
Katabolisme Glukosa
Glikolisis
Terjadi di sitoplasma.
Memotong 1 molekul gula berkarbon 6
menjadi 2 molekul gula berkarbon 3
(asam piruvat adalah hasil akhir).
Tidak menghasilkan banyak energi
(hanya dihasilkan 2 ATP), tetapi dapat
berlangsung sangat cepat dan tidak
membutuhkan oksigen (anaerobik).
glukosa
ADP
ATP
glukosa 6-fosfat
fruktosa 6-fosfat
ATP
fruktosa 1,6-difosfat
ADP
fruktosa 1,6-difosfat
gliseraldehida
3-fosfat
2 NAD+ + 2 P
2 NADH
+ 2 H+
Asam 1,3-difosfogliserat
2 ADP
2 ATP
Asam 3-fosfogliserat
2 ADP
2 ATP
Asam piruvat
Glikolisis
Beberapa bakteri dan jasad eukaryot
hanya menggunakan Glikolisis sebagai
cara untuk memperoleh energi.
Fermentasi alkohol yang dilakukan
khamir pada keadaan tanpa oksigen
mengubah asam piruvat menjadi
alkohol.
Fermantasi asam laktat yang terjadi di
banyak sel jaringan hewan pada
keadaan tanpa oksigen mengubah
asam piruvat menjadi asam laktat.
PERHITUNGAN ENERGI
Membutuhkan 2 ATP.
Menghasilkan energi cukup
untuk menggabungkan fosfat
ke 4 molekul ADP membentuk 4
ATP.
Hasil 4 ATP – perlu 2 ATP =
Hasil bersih 2 ATP.
Berlari 30 detik
Perolehan energi melalui glikolisis,
karena cepat.
Tidak membutuhkan oksigen
(anaerobik).
Dihasilkan asam laktat yang dapat
membakar otot.
Berlari 10 menit?
Perlu energi lebih banyak.
Tidak boleh terbentuk asam
laktat terlalu banyak, maka
kondisi tidak boleh anaerob.
Jangka waktu lari maksimal
Menit
Detik
10
30
60
2
4
10
30
60
120
%
anaerobik
90
80
70
50
35
15
5
2
1
%
aerobik
10
20
30
50
65
85
95
98
99
Peran Oksigen dalam
Katabolisme Glukosa?
RESPIRASI SEL
Tiga tahap penuaian energi
Glikolisis
Daur Krebs
Rangkaian transpor elektron
Respirasi sel dan
Mitokondria
Daur Krebs dan rangkaian
transpor elektron terjadi di dalam
mitokondria
sel
Membran
luar
membran
dalam
mitokondrion
glikolisis
membran
dalam
membrane
luar
H+
+
H
H+
+
H
H+
Rangkaian
transpor
elektron
Daur
Krebs
+
H
H+
eO2
kompartemen
luar
H2 O
kompartemen
dalam
H+
+
H
Peralihan antara Glikolisis dan
Daur Krebs
Asam piruvat hasil glikolisis menuju ke
mitokondria.
Berikatan dengan koenzim A
membentuk asetil koA, 1 molekul
NADH, dan CO2.
Daur Krebs terjadi di kompartemen
dalam dari mitokondria.
glikolisis
mitokondrion
Asam piruvat
cytosol
NAD+
koenzim
A
NADH
Menuju ke
rangkaian
transpor elektron
koA
CO2
Kompartemen dalam
asetll koenzim A
Daur Krebs
SUMMARY OF THE KREBS CYCLE
6 NADH
GLYCOLYSIS
2 FADH2
CoA
Daur
Krebs
asetil koenzim A
Rangkaian
transpor
elektron
asam oksaloasetat 1.
NADH
NAD
asam sitrat
NAD+
+
2.
6.
CO2
asam a-ketoglutarat
asam malat
FADH2
NADH
3.
FAD+
5.
asam suksinat
ADP
NAD+
CO2
NADH
4.
turunan
asam a-ketoglutarat
ATP
CO2
2 ATP
Ringkasan Daur Krebs
Asetil koA didegradasi sempurna
menjadi CO2.
Hanya 1 ATP yang dihasilkan dari
setiap asetil koA yang memasuki Daur
Krebs (total 2 ATP tiap glukosa).
Semua elektron dapat diikat dalam
bentuk 6 NADH (per glukosa) untuk
diproses lebih lanjut melalui rangkaian
transpor elektron.
Katabolisme, Transfer Elektron
dan Reaksi Oksidasi Reduksi
Elektron
dibebaskan dari oksidasi
nutrisi selama katabolisme.
Elektron
dipindahkan oleh
pembawa elektron melalui suatu
proses untuk menghasilkan ATP.
Oksidasi - Reduksi
Oksidasi:
Pengambilan/pemindahan
elektron dari suatu senyawa.
Reduksi:
Penambahan/pemberian elektron
kepada suatu senyawa.
OKSIDASI-REDUKSI DALAM
SEL
Dalam sel hidup, beragam molekul terlibat
dalam proses transfer energi. Masingmasing molekul memiliki kecenderungan
untuk mendapatkan atau kehilangan
elektron.
Di dalam sel, proses oksidasi dan reduksi
tidak terjadi secara terpisah.
Proses oksidasi-reduksi yang terjadi
berpasangan disebut REAKSI REDOKS.
PEMBAWA ELEKTRON
Molekul yang memindahkan
elektron selama proses oksidasi
reduksi di dalam sel.
NADH, FADH2 adalah molekul
pembawa elektron
NAD (Nikotinamida
Dinukleotida)
Di dalam sel, NAD terdapat dalam 2
bentuk:
Bentuk membawa elektron atau atom
hidrogen ( NADH) dan tanpa atom
hidrogen (NAD+).
NAD+ berperan sebagai senyawa
pengoksidasi, bila menerima atom
hidrogen dan elektron, menjadi NADH.
NAD (Nikotinamida Dinukleotida)
NADH dapat memindahkan
elektron ke molekul lain, dan
kembali menjadi NAD.
Proses pemindahan ini
dikendalikan/dilakukan oleh
enzim.
- -
NAD+
+ NADH
kosong
terisi
+
NAD
+
-
H
+
- H
NAD+
H proton
kosong
NAD
teroksidasi
NAD
-
+
- - H
tereduksi
+
+
H
-
-
Rangkaian Transpor Elektron
■ NADH memindahkan elektron ke
suatu rangkaian molekul yang
terdapat di membran dalam
mitokondria.
■ Perpindahan elektron
mengakibatkan perpindahan ion
H+ melawan gradien konsenrasi.
Rangkaian Transpor Elektron
■ Energi yang terbentuk pada saat
masuknya kembali ion H+ ke dalam
mitokondria melalui ATP sintase,
digunakan untuk menggabungkan
fosfat dengan ADP untuk membentuk
ATP.
■ Dihasilkan ATP yang lebih banyak pada
tahap ini (32 ATP per glukosa).
Rangkaian Transpor Elektron
■ Di akhir rangkaian
O2 + 2 electrons + 2 H+ = H2O.
■ Penyebab kebutuhan oksigen.
GLYCOLYSIS
ELECTRON
TRANSPORT
CHAIN
mitokondria
KREBS
CYCLE
inner
membrane
32
ATP
inner compartment
H2O
O2
outer compartment
Kompartemen bagian luar
H+
inner
membrane
H
+
H+
H+
H+
H
+
H+
H+
H+
H+
H
+
H+ H+
H+
SINTESIS ATP
H+ H+
H+
H+ H+
H+ H+
H+
H+
+
H
H+
+
H
H+ H+ H+
H+
H+
H+
H+
NADH
H+
NAD
ATP
synthesis
+
2 H+ + 1/2 O2
Kompartemen bagian dalam
ADP + P
H2O
RANGKAIAN TRANSPOR ELEKTRON
ATP
food
PROTEIN
KARBOHIDRAT
amino acids
sugars
Molekul
lain yang
digunakan
pada
respirasi
GLIKOLISIS
glukosa
Asam piruvat
acetyl CoA
DAUR
KREB
NH3
(ammonia)
RANGKAIAN
TRANSPOR
ELEKTRON
LEMAK
glycerol fatty acids
RESPIRASI SEL
Tiga tahap penuaian energi
Glikolisis
Daur Krebs
Rangkaian transpor elektron
Reaksi secara keseluruhan:
C6H12O6 + 6 O2 + ADP 6 CO2
+ 6 H2O + ATP.