Makalah Kelompok 3 Rantai Respirasi [PDF]

Citation preview

MAKALAH PROSES RANTAI RESPIRASI DAN FOSFORILASI OKSIDATIF Disusun guna memenuhi tugas Mata Kuliah : Metabolisme Gizi Makro Dosen pengampu : Novia Arista M. Gz



Oleh : KELOMPOK 3 Kartika Yuniarti Annisa Aulia Dina Inayah Nuzula Ahmad Danil Herianto Lalu Muhammad Reza S.



(2009060019) (2009060004) (2009060009) (2009060001) (2009060013) (2009060021)



KELAS : III-A



PROGRAM STUDI S1 ILMU GIZI FAKULTAS KESEHATAN UNIVERSITAS NAHDLATUL ULAMA NTB 2021



KATA PENGANTAR Puji dan syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa yang telah tentang Proses Rantai Respirasi Dan Fosforilasi Oksidatif dengan baik d a n tepat pada waktunya. Adapun tujuan dari penulisan dari makalah ini adalah untuk memenuhi tugas Ibu Dosen Novia Arista M. Gz pada Mata Kuliah Anatomi Fisiologi. Selain itu, makalah ini juga bertujuan untuk menambah wawasan tentang Proses Rantai Respirasi Dan Fosforilasi Oksidatif bagi para pembaca dan juga bagi penulis. Saya mengucapkan terima kasih kepada Ibu Novia Arista M. Gz selaku Dosen Mata kuliah Metabolisme Gizi Makro  yang telah memberikan tugas ini sehingga dapat menambah pengetahuan dan wawasan sesuai dengan bidang studi yang saya tekuni. Saya juga mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membagi sebagian pengetahuannya sehingga saya dapat menyelesaikan makalah ini. Saya menyadari, makalah yang saya tulis ini masih jauh dari kata sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun akan saya nantikan demi kesempurnaan makalah ini.



Mataram, 21 Desember 2021



Kelompok 3



DAFTAR ISI COVER KATA PENGANTAR...............................................................................................................2 DAFTAR ISI..............................................................................................................................3 BAB I.........................................................................................................................................4 PENDAHULUAN......................................................................................................................4 1.



Latar Belakang................................................................................................................4



2.



Rumusan Masalah...........................................................................................................4



3.



Tujuan.............................................................................................................................4



BAB II........................................................................................................................................6 PEMBAHASAN........................................................................................................................6 1.



Rantai Respirasi..............................................................................................................6



2.



Proses Transport elektron yang memicu pembentukan ATP..........................................7



3.



Senyawa pengangkut elektron.........................................................................................9



4.



Fosforilasi oksidatif.........................................................................................................9



5.



Energi yang ditangkap selama Katabolisme.................................................................11



6.



Racun yang menghambat Rantai Repirasi....................................................................12



BAB III PENUTUP..................................................................................................................14 1.



Kesimpulan...................................................................................................................14



2.



Saran..............................................................................................................................14



DAFTAR PUSTAKA..............................................................................................................15



BAB I PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Fosforilasi oksidatif adalah salah satu jalur metabolisme respirasi sel yang terjadi pada membran dalam mitokondria sel eukariotik dan di membran plasma sel prokariotik yang merupakan produksi ATP terbesar dari molekul ADP yang melibatkan dua proses yaitu transportasi oksigen dan kemosmosis.(permatasari, D. 2021). Mitokondria adalah tempat di mana fungsi respirasi pada makhluk hidup berlangsung. Respirasi merupakan proses perombakan atau menghasilkan



katabolisme untuk



energi atau tenaga bagi berlangsungnya proses hidup. Dengan



demikian, mitokondria adalah “pembangkit tenaga” bagi sel. Peran utama mitokondria adalah sebagai pabrik energi sel yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Metabolisme karbohidrat akan berakhir di mitokondria ketika piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O2¬ menjadi CO2 dan air. Energi yang dihasilkan sangat efisien yaitu sekitar tiga puluh molekul ATP yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi, sedangkan dalam proses glikolisis hanya dihasilkan dua molekul ATP. Rantai 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 2. Rumusan Masalah a) Apa itu rantai respirasi? b) Bagaimana proses transport elektron yang memicu pembentukan ATP? c) Apa saja senyawa pengangkut elektron? d) Apa yang dimaksud dengan fosforilasi oksidatif e) Apa saja energi yang ditangkap selama katabolisme? f) Apa racun yang dapat menghambat rantai respirasi? 3. Tujuan a) Untuk mengetahui rantai respirasi



b) Untuk mengetahui proses transpot elektron yang memicu pembentukan ATP c) Untuk mengetahui senyawa pengangkut elektron d) Untuk mengetahui fosforilasi oksidatif e) Unruk mengetahui energi yang ditangkap selama katabolisme f) Untuk mengtahui racun yang menghambat rantai respirasi



BAB II PEMBAHASAN 1. 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. Respirasi seluler adalah proses perombakan molekul organik kompleks yang kaya akan energi potensial menjadi produk limbah yang berenergi lebih rendah



(proses katabolik)



pada



tingkat seluler. Pada



respirasi



sel, oksigen terlibat sebagai reaktan bersama dengan bahan bakar organik dan akan



menghasilkan air, karbon



utamanya ATP. ATP



(adenosin



dioksida, trifosfat)



serta memiliki



produk energi



energi untuk



aktivitas sel seperti melakukan sintesis biomolekul dari molekul pemula yang lebih kecil, menjalankan kerja mekanik seperti pada kontraksi otot, dan



mengangkut



biomolekul



atau



ion



melalui membran menuju



daerah



berkonsentrasi lebih tinggi. Secara garis besar, respirasi sel melibatkan prosesproses yang disebut glikolisis, siklus Krebs atau siklus asam sitrat, dan rantai transpor elektron. Respirasi dapat dibedakan dalam tiga tingkat; a) pemecahan polisakarida menjadi gula sederhana b) oksidasi gula menjadi asam piruvat dan c) transformasi piruvat dan asam-asam organik secara aerobic menjadi karbondioksida, air serta energi.  Protein dan lemak dapat juga berperan sebagai substrat dalam proses pemecahan ini. 2. Proses Transport elektron yang memicu pembentukan ATP Aliran electron melalui rantai respiratorik menghasilkan ATP melalui proses fosfolirasi oksidatif. Teori kemiosmotik, yang dikemukakan oleh Peter Mitchell pada tahun 1961, mendalilkan bahwa kedua proses ini berkopel dengan gradient proton yang melewati membran dalam mitokondria sehingga daya gerak proton yang ditimbulkan oleh perbedaan potensial elektrokimia (negative di sisi matriks) memicu proses pembentukan ATP. Seperti telah diketahui, Kompleks I,III, dan IV bekerja sebagai pompa proton. Karena membrane dalam mitokondria bersifat impermeabel terhadap ion secara umum dan terhadap proton, khususnya proton terakumulasi di ruang antar membrane yang menghasilkan daya gerak proton seperti diperkirakan dalam teori kemiosmotik.Serta ATP Sintase di membrane berfungsi sebagai penggerak pemutar untuk membentuk 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.



Gambar 1. Proses pembentukan ATP



Gambar 2. Cara menghitung ATP 3. Senyawa pengangkut elektron 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 besisulfurnya 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. 4. Fosforilasi oksidatif Fosforilasi



oksidatif adalah



penggunaan energi yang



suatu lintasan



dilepaskan



metabolisme dengan



oleh oksidasi nutrien untuk



menghasilkan ATP, dan mereduksi gas oksigen menjadi air. Rantai transpor



elektron dalam mitokondria merupakan tempat terjadinya fosforilasi oksidatif pada eukariota. NADH dan suksinat yang dihasilkan pada siklus asam sitrat dioksidasi, melepaskan energi untuk digunakan oleh ATP sintase. Walaupun banyak bentuk kehidupan di bumi menggunakan berbagai jenis nutrien, hampir semua organisme menjalankan fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP, oleh karena



efisiensi



proses



mendapatkan



energi,



dibandingkan



dengan



proses fermentasi alternatif lainnya seperti glikolisis anaerobik. 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 komplekskompleks 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.



5. Energi yang ditangkap selama Katabolisme ADP menangkap dalam bentuk fosfat berenergi tinggi, cukup banyak energy bebas yang dilepaskan melalui proses-proses katabolik. ATP yang terbentuk dinamai juga “alat tukar” energy sel karena senyawa ini menyalurkan energy bebas untuk menjalankan proses-proses yang memerlukan energi. Dalam reaksi glikolitik terjadi penyerapan langsung netro dua gugus fosfat berenergi tinggi. Dalam siklus asam sitrat selama perubahann suksinil KoA menjadi suksinat dua fosfat tambahan, berenergi tinggi per mol glukosa diserap. Semua fosfolirasi ini berlangsung di tingkat substrat.Jika substrat dioksidasi melalui kopleks I, II, V dalam rantai respirasi (yi, melalui NADH), maka dibentuk 2,5 mol ATP per separuh mol oksigen yang dikonsumsi yi, rasio P:O = 2,5. Dipihak lain, jika suatu substrat (mis, suksinat atau 3-fosfogliserat) teroksidasi melalui kompleks II,III,IV, hanya 1.5 mol ATP yang terbentuk; yi, rasio P:O = 1,5. Reaksi-reaksi



ini



dikenal



sebagai



fosfolirasi



di



tingkat



rantai



respiratorik.Dengan mempertimbangkan angka-angka ini, dapt diperkirakan bahwa hamper 90% fosfat berenergi-tinggi yang dihasilkan darinoksidasi sempurna 1 mol glukosa diperoleh melalui fosfolirasi oksidatif yang digabungkan dengan rantai respiratorik.  Kontrol respiratorik menjamin pasokan ATP yang konstan Laju respiratorik mitokondria dapat dikendalikan oleh ketersediaan ADP. Hal ini terjadi karena oksidasi dan fosfolirasi berkopel erat; yi,, oksidasi tidak dapat berlangsung melalui rantai respiratorik tanpa dibarengi oleh fosfolirasi ADP. Berikut ini table yang memperlihatkan laju respirasi dalm mitokondria. Kondisi yang mempengaruhi laju respirasi dalam mitokondria Keadaan 1



Ketersediaan ADP dan substrat



Keadaan 2



Hanya ketersediaan substrat



Keadaan 3



Kapasitas rantai respiratorik itu sendiri, jika semua substrat dan komponen berada dalam keadaan jenuh Hanya ketersediaan ADP Hanya ketersediaan oksigen



Keadaan 4 Keadaan 5



Sebagian besar dalam keadaan istirahat berada di keaadaan 4, dan respirasi dikontrol oleh ketersediaaan ADP. Jika sel melakukan kerja, ATP diubah menjadi ADP sehingga respirasi dapat meningkat dan selanjutnya memulihkan simpanan ATP. Dalam kondisi tertentu, konsentrasi fosfat anorganik juga dapat mempengaruhi laju fungsi rantai respiratorik. Sewaktu respiratorik meningkat (seperti saat olah raga), sel mendekati keadaan 3 atau 5 sewaktu kapasitas respiratorik menjadi tersaturasi. Juga terdapat kemungkinan bahwa ADP/ATP, yang memfasilitasi dari mitokondria , menjadi factor penentu ketepatan. Oleh karena itu, mekanisme proses oksidatif biologic yang memungkinkan energy bebas hasil dari oksidasi bahan makanan tersedia dan dapat diserap langsung secara bertahap, efisien, dan terkendali-bukan eksplosif, inefisien, dan tidak terkendali, seperti pada kebanyakan proses nonbiologis. Energy bebas sisanya yang tidak diserap sebagai fosfat berenergi tinggi



dibebaskan



sebagai



panas.Hal



ini



jangan



dianggap



sebagai



“pemborosan” karena hal ini menjamin keseluruhan sistem respirasi cukup eksergonik untuk digeser dari ketidakseimbangan sehingga ATP dapat terus mengalir ke satu arah dan selalu tersedia.Hal ini juga ikut berperan mempertahankan suhu tubuh. 6. Racun yang menghambat Rantai Repirasi Banyak informasi mengenai rantai respiratorik diperoleh melalui pemakaian inhibitor, dan sebaliknya, hal ini juga memberikan pengetahuan tentang mekanisme kerja beberapa racun.Inihibitor dapat diklasifikasikan sebagai inhibitor rantai respiratorik, inihibitor fosfolirasi oksidatif dan pemisah kopel fosfolirasi oksidatif. Barbiturat, misalnya amobarbital, menghambat peindahan electron electron melalui kompleks I dengan menghambat pemindahan electron dari Fe-S ke Q. Pada dosis yang memadai, senyawa ini bersifat fatal in vivo.AntimisinA dan dimerkaprolmenghambat rantai respiratorik di kompleks III. Racun klasik karbon monoksida dan sianida menghambat komplkes IV dan karenanya dapat menghentikan respirasi secara total. Malonat adalah inhibitor kompetitif Kompleks II.



Atraktilosid menghambat fosfolirasi oksidatif dengan menghambat pemindaha ADP ke dalam ATP dan ATP keluar mitokondria. Uncouplers(pemisah kopel) memisahkan oksidasi dalam rantai respiratorik dari fosfolirasi. Senyawa ini bersift toksik in vivo, menyebabkan respirasi menjadi tidak terkendali karena lajunya tidak lagi dipengaruhi oleh konsentrasi ADP atau Pi. Pemisah kopel yang paling sering digunakan adalah 2,4-dinitrofenol , tetapi senyawa lain juga bekerja dengan cara serupa. Termogenin atauprotein pemisah kopel adalah pemisa kopel fisiologis yang ditemukan di jaringan adipose cokelat yang berfungsi menghasilkan panas tubuh, terutama pada neonates dan hewan yang berhibernasi. Antibiotik oligomisin menghambat oksidasi dan fosfolirasi sepenuhnya dengan menghambat aliran proton dengan ATP sintase.



BAB III PENUTUP 1. Kesimpulan Hampir semua energi yang dibebaskan dari oksidasi karbohidrat, lemak, dan protein tersedia di mitokondria sebagai ekuivalen pereduksi. Pereduksi ini disalurkan ke rantai respiratorik, tempat zat ini melewati suatu gradient redoks pada molekul pembawa menuju reaksi terakhirnya dengn oksigen untuk membentuk air. Molekul pembawa redoks dikelompokkn menjadi empat kompleks rantai respiratorik di membrane dalam mitokondria. Tiga dari empat kompleks tersebut mampu menggunakan enegi yang dibebaskan dalam gradient redoks untuk memompa proton ke luar membran, dan menciptakan suatu potensial elektrokimia antara matriks dan ruang membrane dalam. ATP sintase menembus membran, dan bertindak sebagai suatu motor pemutar yang menggunakan energi potensial dari gradient proton atau proton motive force untuk membentuk ATP dari ADP dan P. Dengan cara ini, oksidasi dikopel secara erat dengan fosfolirasi untuk memenuhi kebutuhan energi sel. Karena membrane dalam mitokondria bersifat impermeable terhadap proton dan ion lain, berbagai transporter khusus menembus membran agar ion-ion seperti OH, ATP, ADP dan metaboli, dapat lewat tanpa menghilangkan gradient elektrokimia di kedua sisi membran. Racun yang sudah dikenal, misalnya sianida mampu menghentikan respirasi dengan menghambat rantai respiratorik. 2. Saran Penting bagi kita mempelajari tentang Rantai respiratorik dan Fosfolirasi oksidatif karena itu adalah proses kimiawi yang pasti terjadi di tubuh manusi. Dan penulis berharap semoga makalah ini dapat bermanfaat.



DAFTAR PUSTAKA 1. Colby,1987,Biokimia Harper,Jakarta:EGC 2. http://id.wikipedia.org/wiki/Fosforilasi_oksidatif 3. https://id.m.wikipedia.org/wiki/Fosforilasi_oksidatif 4. https://docplayer.info/63489294-Bab-i-pendahuluan-bab-ii.html 5. https://www.studocu.com/id/document/universitas-tadulako/biologi/fosforilasioksidatif/3914309 6. https://id.wikipedia.org/wiki/Respirasi_seluler 7. https://tipspetani.com/pengertian-tempat-proses-dan-hasil-dari-transpor-elektronfosforilasi-oksidatif/ 8. https://www.edubio.info/2015/08/proses-dan-tahapan-transfer-elektron.html 9. https://biologigonz.blogspot.com/2009/12/sistem-transport-elektron.html 10. Murray, dkk,2009,Biokima Harper edisi 27,Jakarta:EGC



Fosforilasi oksidatif: sintesis ATP didorong oleh transfer elektron ke O2. Ini adalah proses transfusi energi yang paling penting, bersama dengan photophosphorylation, karena mereka



adalah proses yang mensintesis jumlah tertinggi ATP di Organisme aerobik.