Oksidasi Fosforilasi : Seluk Beluk Mengubah Energi Menjadi
ATPDari judulnya aja, pasti masih ngerasa aneh kan, apa tuh proses
oksidasi fosforilasi dan apa sih hubungannya dengan proses transfer
elektron? Nah, kita kan saat SMP juga mengetahui bahwa pada saat
reaksi kimia pada sel hidup antara atom C, H, dengan O2menghasilkan
CO2, H2O, dan energi. Nah energi yang dibentuk pada rantai
respirasi pada inner membran mitokondria berupa ATP (Adenosin
Triphosphat). Adapun reaksi kimia tersebut, yaitu :
Nah, bagaimana sih hubungan antara pencernaan, pernapasan,
metabolisme dengan respirasi sel?
Nah, ternyata nilai pertukaran "free energy" yang terjadi di
dalam tubuh kita memiliki hubungan dengan sebuah reaksi yang
spontan. Apabila energi tersebut bersifat negatif (maksudnya,
produk memiliki free energy yang lebih rendah dibandingkan dengan
substrat) sehingga reaksinya pun akan dilakukan spontan, begitu
pula sebaliknya. Namun, apabila "free energy" = 0, maka reaksi akan
mencapai kesetimbangan.
Di dalam biologi, oksidasi senyawa makromolekul pada sel
dilakukan dengan bantuan enzim intrasel. Nah, transpor elektron
merupakan suatu proses dimana elektron dibawa olehreduced
coenzym(NADH atau FADH2) melalui suatu rantai pada membran dalam
mitokondria yang terdiri dari protein dan coenzym ke
O2.NAD+(nicotinamide adenine dinucleotide)dan FAD(flavin adenine
dinucleotide)adalah acceptor elektron yang juga merupakan koenzim
nukleotida dimana reaksi perubahannya adalah :
Nah, oksidasi fosforilasi adalah pasangan elektron yang dibawa
ke membran dalam mitokondria dengan oksigen untuk membentuk ATP
dengan sumbernya fosfat in-organik pada metabolisme aerob dengan
enzim oxidoreductase pada respirasi, yaitu oxidase dan
dehydrogenase. Oxidase, merupakan enzim yang memiliki acceptornya
adalah atom hidrogen dengan produknya adalah H2O atau H2O2.Sitokrom
yang terlibat pada enzim oksidase adalah cyt a3, seperti
hemoglobin, mioglobin, Cu, dan Comp IV Electron Transport
Cytochrome dengan flavoprotein enzim yang diantaranya FAD dan
NAD.
NADH
FADH2
Dehydrogenase, merupakan enzim yang memiliki acceptornya adalah
NAD dan FAD. NAD yang berikatan dengan dehydrogenase adalah suatu
atom hidrogen yang dibebaskan dari substrat sebagai hidrogen dengan
dua elektron. Enzim ini terjadi di proses glikolisis, transpor
elektron, dan B-Oksidasi dengan hasilnya succinate dehydrogenase,
acyl-CoA dehydrogenase, glycerol-3-phosphate dehydrogenase.
Riboplavin yang dihubungkan dengan dehydrogenase maka akan
membentuk dihydrolipoyl dehydrogenase. Seluruh sitokrom yang
digunakan dengan enzim ini, kecuali Cyt a3. Hydroperoxidase,
terbagi atas dua yaitu :
1. Peroksidase, yaitu enzim yang memiliki substrat H2O2dengan
acceptornya adalah askorbat, quinone, dan sitokrom C.2. Katalase,
yaitu suatu enzim yang mana substrat dan acceptor elektronnya
adalah H2O2. Terdapat pada darah, sumsum tulang, membrana mukus,
dan ginjal.ATP Sintesa akan dilakukan pada transpor elektron akan
terjadi proses dimana NADH yang berada di luar membrana dalam
mitokondria akan masuk ke dalam membran dalam mitokondria yang
dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu : Menggunakan reaksi
glycerol 3-phospohate yang terjadi di otot rangka dan otak dimana
NADH akan melepaskan 2 elektron menjadi FADH2 agar masuk ke dalam
membran dalam mitokondria. Pada reaksi ini setiap NADH yang
dikonversi, hanya didapat 2 ATP saja.
Menggunakan reaksi malate-aspartate yang terjadi di jantung,
hati dan ginjal. Pada reaksi ini, dengan menggunakan malate sebagai
perantara untuk masuk ke dalam membran dalam mitokondria sehingga
NADH tidak perlu diubah lagi menjadi bentuk energi lain, sehingga
setiap NADH yang digunakan dapat menghasilkan 3 ATP.
Rantai Transpor Elektron terjadi di membran dalam mitokondria
yang mana terdapat empat kompleks protein yaitu complek I, II, III,
dan IV. Koenzim (Quinone) larut dalam lemak dan protein yang berupa
sitokrom c yang larut dalam air. Adapun proses yang terjadi yaitu
:
Hubungan NADH, FADH2 dengan Kompleks Protein pada Transpor
Elektron
Proses detail terjadinya pembentukan sitokrom dan energi ATP di
transpor elektron
Komplek I dan II menerima elektron dari sumber yang berbeda.
Kompleks I akan menerima 4 elektron dari NADH yang kemudian akan
mengaktifkan FMN (Flavin Mononukleotida) untuk mengubah FeS yang
nantinya akan diterima di CoQ (ubiquinone) pada kompleks II.
Kompleks I
Pada kompleks II, selain mendapatkan FeS dari kompleks I, juga
mendapatkan 4 elektron dari FADH2. FeS yang ada di quinone nantinya
digunakan di kompleks III. Pada kompleks II, terdapat
succinate-coenzyme Q oxidoreductase yang membawa elektron dari
succinate (FADH2) ke CoQ dan membawa elektron dari glycerophosphate
shuttle. Selain itu, terdapat juga redox co-factor seperti CybL dan
CybS yang akan bereaksi protoporphyrin IX pada pembentukan
hemoglobin dan mioglobin.
Kompleks II
Pada kompleks III menerima elektron dari sitokrom B dan sitokrom
C, sedangkan pada kompleks IV nantinya akan menerima elektron dari
carrier sitokrom C, 4 elektron dari komplek I, 4 elektron dari
kompleks II yang terdiri dari Cu dan Fe. Selain itu, di dalam
kompleks IV terdapat acceptor ion H yaitu oksigen dan terdapat pula
4 redoks centre yaitu sitokrom a, sitokrom a3, CuB, dan CuA.
2 elektron NADH melewati kompleks I, III, IV menghasilkan 10
proton pada membran dalam dan menghasilkan 3 ATP, sedangkan 2
elektron FADH2 melewati kompleks II, III, dan IV menghasilkan 6
proton pada membran dalam yang menghasilkan 2 ATP. Energi bebas
yang dibutuhkan untuk mensintesis satu ATP sekitar 40-50 kJ/mol dan
membutuhkan ion 2-3 H+ setiap ATPnya.
Namun, dalam rantai transpor elektron terdapat penghambat, yaitu
: Kompleks I : Rotenon, Amytal, dan Piericidin A Kompleks III :
Actimicyn A Kompleks IV : Sianida, COMateri ini didapat dari
Harper's Illustrated Biochemistry (2009), Fundamental of
Biochemistry : Life at The Molecular Level (2008)
