tugas fisiologi mikroba (Rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif)

Published Maret 30, 2012 by armeinachevana

Rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif

 

Mitokondria adalah tempat di mana fungsi respirasi pada makhluk hidup berlangsung. Respirasi merupakan proses perombakan atau katabolisme untuk menghasilkan 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. Proses pembentukan energi atau dikenal sebagai fosforilasi oksidatif terdiri atas lima tahapan reaksi enzimatis yang melibatkan kompleks enzim yang terdapat pada membran bagian dalam mitokondria. Proses pembentukan ATP melibatkan proses transpor elektron dengan bantuan empat kompleks enzim, yang terdiri dari kompleks I (NADH dehidrogenase), kompleks II (suksinat dehidrogenase), kompleks III (koenzim Q – sitokrom C reduktase), kompleks IV (sitokrom oksidase), dan juga dengan bantuan FoF1 ATP Sintase dan Adenine Nucleotide Translocator (ANT) [Wallace, 1997].

Adenosin trifosfat (ATP) salah satu gugus berenergi tinggi yang terpenting. Bila kedua gugus fosfatnya dihidrolisis masing-masing menghasilkan 12000 kal/fosfat, sedang fosfat yang ketiga hanya menghasilkan 1500 kal. Energi yang dibebaskan ATP tergantung pada keadaan hidrolisisnya, terutama pH dan kadar reaktan.

Meskipun ATP mengandung 2 fosfat berenergi tinggi, dalam reaksi umumnya hanya satu fosfat berenergi tinggi digunakan untuk aktivasi. Oksidasi dalam sel dikatalisis oleh ensim yang mempunyai kofaktor atau gugus prostetis penerima proton atau elektron dari substrat dan memberikannya kepada aseptor lewat perantara yang mempunyai potensial redoks (Eo’) lebih tinggi dari pada donornya. Pembawa elektron yang terpenting adalah NAD, FMN, dan sitokrom.

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.

Proses fosforilasi oksidatif

Organisme kemotrop memperoleh energi bebas dari oksidasi molekul bahan bakar, misalnya glukosa dan asam lemak. Pada organisme aerob, akseptor elektron terakhir adalah oksigen. Namun elektron tidak langsung ditransfer langsung ke oksigen, melainkan dipindah ke pengemban-pengemban khusus antara lain nikotinamida adenin dinukleotida (NAD+) dan flavin adenin dinukleotida (FAD).

Pengemban tereduksi ini selanjutnya memindahkan elektron ke oksigen melalui rantai transport elektron yang terdapat pada sisi dalam membrane mitokondria. Gradien proton yang terbentuk sebagai hasil aliran elektron ini kemudian mendorong sintesis ATP dari ADP dan Pi dengan bantuan enzim ATP sintase. Proses tersebut dinamakan fosforilasi oksidatif. Dalam hal ini energi dipindahkan dari rantai transport elektron ke ATP sintase oleh perpindahan proton melintasi membran. Proses ini dinamakan kemiosmosis.

Rantai transport elektron membawa proton dan elektron, memindahkan electron dari donor ke akseptor dan mengangkut proton melalui membran.

  Kompleks I

NADH

+ H+

  FMN   Fe2+S   CoQ
NAD+ FMNH2 Fe3+S CoQH2

 

  Kompleks II

Succinate   FAD   Fe2+S   CoQ
Fumarate FADH2 Fe3+S CoQH2

 

  Kompleks III

CoQH2   cyt b ox   Fe2+S   cyt c1 ox   cyt c red
CoQ cyt b red Fe3+S cyt c1 red cyt c ox

 

  Kompleks IV

cyt c red   cyt a ox   cyt a3 red   O2
cyt c ox cyt a red cyt a3 ox 2 H2O

Tahap-tahap prosos fosforilasi oksidatif

 

Secara ringkas fosforilasi oksidatif, terdiri atas 5 proses dengan dikatalisis oleh kompleks enzim, masing-masing  kompleks I, kompleks II, kompleks III, kompleks IV dan kompleks V (Tabel 3.2).

Tabel 3.2 Informasi tentang enzim yang berperan dalam fosforilasi oksidatif

Nama Penyusun kDa    Polypeptides
Kompleks I  NADH dehydrogenase (or)
NADH-coenzyme Q reductase
800 25
Kompleks II Succinate dehydrogenase (or)
Succinate-coenzyme Q reductase
140 4
Kompleks III Cytochrome C – coenzyme Q oxidoreductase 250 9-10
Kompleks IV Cytochrome oxidase 170 13
Kompleks V ATP synthase 380 12-14

 

Singkatan-singkatan diuraikan sebagai berikut: FMN: flavin mononukleotida, Fe2+S: besi tereduksi-sulfur, Fe3+S: besi teroksidasi-sulfur, cyt: sitokrom, CoQ: koenzim Q.

1.                  Kompleks I

Pada tahap ini, masing-masing molekul NADH memindahkan 2 elektron berenergi tinggi ke FMN, kemudian ke protein besi-sulfur dan terakhir ke koenzim Q (ubiquinon)

2.                  Kompleks II

FADH2 dihasilkan oleh suksinat dehidrogenase dalam siklus asam sitrat, memindahkan elektron ke CoQ melalui kompleks II. FADH2 dihasilkan oleh asil KoA dehidrogenase dalam oksidasi beta asam lemak, memindahkan elektron ke CoQ melalui kompleks yang sama.

3.                  Kompleks III

CoQ memindahkan elektron ke serangkaian sitokrom dan protein besi-sulfur. Sitokrom terdiri atas kelompok heme seperti hemoglobin dan besi dengan heme menerima elektron.

4.                  Kompleks IV

Penerima terakhir dari rantai transport elektron adalah kompleks besar terdiri atas 2 heme dan 2 atom tembaga.

5.                  Kompleks V

Pada tahap ini, protein kompleks yang mengkatalisis konversi ADP menjadi ATP, diisikan oleh gradien kemiosmotik. Proton mengalir kembali ke matriks mitokondria melalui kompleks ATP sintase dan energi berasal dari penurunan gradien pH digunakan untuk membentuk ATP.

Pada fosforilasi oksidatif, pelibatan NADH menghasilkan pembentukan 3 molekul ATP, sedangkan pelibatan FADH2 menghasilkan  pembentukan 2 molekul ATP.

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

%d blogger menyukai ini: