Reaksi kimia, energi dan enzim.

May 8, 2012 in biokimia tanaman by Dita fidiantoro

Reaksi kimia, energi dan enzim.

Hidup panen organisme dan penggunaan energi secara terkendali untuk melakukan kerja.

Energi adalah kapasitas untuk melakukan kerja.

Kerja didefinisikan sebagai bergerak peduli terhadap kekuatan yang berlawanan seperti gravitasi atau fiksi.   Sebagai contoh, ketika Anda mengangkat massa (misalnya sekotak buku) dari lantai ke meja Anda melakukan pekerjaan karena massa yang Anda angkat dipindahkan melawan gaya gravitasi.   Dibutuhkan energi untuk melakukan pekerjaan itu.   Energi yang digunakan untuk mengangkat kotak buku berasal dari pemecahan ikatan kimia dalam tubuh Anda untuk melepaskan energi dalam bentuk yang bisa digunakan.

Organisme hidup melakukan jutaan reaksi kimia yang melibatkan membuat dan melanggar ikatan kimia baik toko atau melepaskan energi.   Bersama ini reaksi kimia terkontrol yang suatu organisme melakukan untuk menggunakan energi yang disebut sebagai metabolisme.   Reaksi kimia dalam tubuh tersebut diatur ke dalam jalur metabolisme yang teratur di mana molekul (perjanjian khusus atom) yang dibangun atas atau rusak terpisah.   (Ingatlah bahwa jika energi yang tersimpan dalam ikatan kimia Anda itu harus dilepaskan dengan cara yang tak terkendali itu sebagian besar akan dirilis dalam dari panas (yaitu Anda akan terbakar).   Syukurlah untuk metabolisme!).

Glukosa (C 6 H 12 O 6) adalah contoh dari sebuah molekul.   Hal ini terdiri dari 6 karbon, hidrogen dan 12 atom oksigen 6 bergabung satu sama lain dalam susunan cincin seperti tertentu.

Tanaman memproduksi glukosa menggunakan energi yang mereka peroleh dari matahari.   Proses ini disebut fotosintesis.   Karena fotosintesis melibatkan bergabung bersama molekul kompleks kurang (karbon dioksida CO 2 dan air H 2 O) untuk membuat yang lebih kompleks ini adalah contoh dari tipe umum dari reaksi metabolisme kita sebut biosintesis atau anabolik.

Reaksi metabolik yang melibatkan pemecahan molekul kompleks menjadi lebih sederhana kita sebut sebagai katabolik.   Proses respirasi seluler di mana glukosa dipecah untuk menghasilkan CO 2 dan H 2 O dengan pelepasan energi bisa digunakan (dalam bentuk ATP Sebuah T hosphate ri-P denosine) adalah contoh dari jalur metabolisme katabolik.

Fotosintesis:

6CO 2 + 6H 2 O + energi dari matahari à C 6 H 12 O 6 + 2 6o

Metabolisme seluler:

C 6 H 12 O 6 + 2 à 6o 6CO 2 + 6H 2 O + energi bisa digunakan dalam bentuk ATP

(Catatan: Jika Anda tidak terbiasa dengan atom dan molekul Anda harus membaca bab 5 dari teks Anda.   Anda harus memastikan bahwa Anda memahami apa atom dan molekul dan membiasakan diri dengan konsep-konsep dasar dalam bab ini)

Dua hukum-hukum fisika mengatur energi dan penggunaannya dalam alam semesta.   Hukum ini berlaku untuk semua sistem hidup seperti sel.

Hukum Pertama Termodinamika atau Hukum Konservasi Energi menyatakan bahwa jumlah energi di alam semesta adalah konstan:    Energi dapat ditransfer atau diubah, tetapi tidak dapat diciptakan atau dihancurkan.

Hukum Kedua Termodinamika atau Hukum Entropi sates bahwa jumlah gangguan di alam semesta meningkatkan:   Setiap transfer energi atau transformasi meningkatkan entropi alam semesta.

Entropi adalah ukuran ketidakteraturan atau keacakan. Untuk menjaga setiap struktur teratur seperti sebuah sel masukan terus menerus dari energi yang dibutuhkan karena setiap struktur memerintahkan secara alami menjadi lebih teratur dari waktu ke waktu.

Setiap reaksi kimia meningkatkan jumlah entropi di alam semesta karena panas yang dilepaskan dalam reaksi. Panas adalah bentuk energi berkualitas rendah karena gerakan acak molekul dan tidak terkoordinasi sehingga tidak dapat dengan mudah dimanfaatkan untuk melakukan pekerjaan.

Meskipun sel (dan sistem hidup lainnya) yang lebih terorganisir (memiliki kurang entropi) dari lingkungan mereka mereka tidak melanggar UU 2 nd Termodinamika karena ada kenaikan bersih sebesar entropi di alam semesta karena Anda harus mencakup peningkatan entropi disebabkan oleh konversi dari beberapa energi matahari dari bentuk memerintahkan (cahaya) ke bentuk yang kurang memerintahkan (panas).

Ketika sepotong kayu dibakar energi yang terkandung dalam kayu dilepaskan dalam pembakaran yang tidak terkendali sebagai panas.   Dalam metabolisme reaksi pelepasan energi dikendalikan dan bukannya semua energi yang dirilis sekaligus dilepaskan dalam serangkaian langkah-langkah kecil di mana elektron individu hilang atau diperoleh dengan atom dengan kerugian atau keuntungan dari sejumlah kecil energi.

Energi universal yang dibawa dalam sel adalah ATP.   ATP memiliki tiga gugus fosfat berenergi tinggi yang melekat padanya.   Setiap ikatan fosfat pada ATP adalah ikatan energi tinggi dan ketika rusak energi yang dilepaskan dapat digunakan untuk daya sejumlah kegiatan yang berguna dalam sel (misalnya untuk memindahkan molekul dalam dan keluar dari sel atau kompartemen atau memproduksi makromolekul kompleks).

Reaksi kimia dikendalikan oleh hukum energi sederhana.

Reaksi

A + B à C + D

(Dimana A dan B adalah reaktan dan C dan D produk reaksi) akan cenderung untuk melanjutkan ke arah yang ditunjukkan karena produk C   dan D lebih stabil dan mengandung kurang energi yang tersimpan dari A   dan B.   Dalam arti reaksi “lari menuruni bukit” lebih sebagai air mengalir ke bawah lereng.

Aktivasi Energi

Namun, A dan B belum tentu bereaksi hanya karena mereka dibawa ke dalam kontak.   Beberapa energi mungkin perlu disediakan untuk jumpstart reaksi. Ini jumlah kecil energi yang disebut energi aktivasi.   Energi aktivasi mengubah konfigurasi kimia dari reaktan cukup bahwa reaksi berlangsung.   Setelah energi aktivasi disediakan hasil reaksi dan melepaskan lebih banyak energi daripada energi aktivasi.

Sebagai analogi pertandingan meledak api ketika menyerang.   Yang mencolok menyediakan energi cukup (dalam bentuk gesekan) menyebabkan bahan kimia dalam kepala pertandingan untuk bereaksi.

Enzim

Di dalam tubuh energi aktivasi yang diperlukan untuk membuat reaksi melanjutkan dapat diperoleh melalui tabrakan acak dari molekul bergerak.   Namun, yang terlalu lambat tingkat reaksi untuk mempertahankan proses kehidupan. Untuk membuat reaksi kimia berjalan lebih cepat sel menggunakan protein khusus yang disebut enzim. Enzim bekerja dengan cara mengikat reaktan dan menurunkan energi aktivasi yang diperlukan untuk dua bereaksi. Demikian pula enzim bisa stres ikatan kimia dan membuat mereka lebih mudah untuk memecahkan    Sebagai analogi Anda mungkin berpikir untuk memecah ikatan kimia sebagai seperti melanggar tongkat.   Mencoba untuk istirahat antara tangan Anda sendiri bisa sulit tetapi jika Anda meletakkannya di atas lutut Anda (enzim) menjadi lebih mudah.

Enzim tidak digunakan dalam reaksi, mereka hanya membuatnya terjadi lebih cepat.   Mereka adalah katalis.

Bentuk enzim menentukan aktivitas enzim.   Enzim memiliki bentuk tertentu yang memungkinkan mereka untuk melakukan pekerjaan mereka membuat reaksi terjadi lebih cepat.   Setiap enzim memiliki situs aktif di mana reaktan yang cocok dan dibawa bersama-sama atau di mana ikatan kimia ditekankan memungkinkan untuk menjadi lebih mudah patah.   Situs aktif hanya cocok reaktan enzim hanya sebagai kunci cocok hanya kunci yang diberikan.

Enzim memungkinkan reaksi terjadi lebih cepat daripada jika reaksi harus bergantung pada reaktan yang tepat hanya menabrak satu sama lain.   Karbonat anhidrase enzim yang mengkatalisis konversi karbon dioksida menjadi bikarbonat ion meningkat   proses dengan faktor hampir 10 juta kali.   Karbon dioksida dilakukan dalam bentuk ion bikarbonat (HCO 3 -) dalam aliran darah.

CO 2 + H 2 O à HCO 3 - +   H +

Banyak enzim bekerja secara berurutan mengkonversi salah satu bahan kimia yang lain melalui serangkaian langkah adalah urutan yang disebut jalur kimia.

Satu keuntungan dari mengatur enzim secara berurutan adalah bahwa produk dari satu reaksi dapat segera dikonversi oleh enzim berikutnya dalam urutan.

E1     E2      E3

À A   B à C à D

 

Dalam contoh di atas E1, E2, dan E3 adalah enzim yang mengkatalisis reaksi A à B, B à C, dan C à D masing-masing.

Tantangan bagi jalur metabolisme adalah untuk enzim dan substrat untuk menemukan satu sama lain.   Sel telah berevolusi beberapa pendekatan untuk membawa dua bersama-sama efisien.    Sebagai contoh, enzim dalam multi-langkah jalur kimia yang terletak di dekat satu sama lain untuk meningkatkan peluang dari enzim dan substrat yang tepat datang bersama-sama.

Enzim untuk jalur tertentu sering terkandung dalam organel tunggal atau bagian dari organel.   Misalnya enzim yang terlibat dalam respirasi seluler berada dalam mitokondria.   Enzim untuk tahap pertama dari proses respirasi (siklus asam sitrat) ditemukan dalam matriks mitokondria.   Enzim lain kemudian dalam urutan yang diatur sepanjang membran mitokondria bagian dalam secara berurutan dan substrat lulus dari satu ke yang berikutnya.

Cara lain di mana beberapa reaksi dapat dibuat untuk berjalan lebih cepat adalah untuk mengikat enzim menjadi multi-enzim kompleks di mana beberapa enzim yang bergabung satu sama lain dan begitu juga dalam jarak dekat satu sama lain yang berarti bahwa produk dari satu reaksi segera tersedia untuk enzim lain untuk bekerja di atasnya.

Membangun DNA.   Tinggi energi ATP dan enzim yang digunakan untuk merakit sebuah molekul DNA dari nukleotida individu.   Pertama, dua enzim mengkonversi monofosfat nukleotida menjadi nukleotida trifosfat energi tinggi oleh masing-masing enzim menambahkan fosfat ke monofosfat nukleotida.   Energi yang tersimpan dalam ikatan berenergi tinggi fosfat pada triphosphte nukleotida digunakan ketika obligasi ini yang rusak untuk melampirkan nukleotida   (Sekarang sekali lagi monofosfat) untuk satu helai DNA dan enzim mengkatalisis ketiga proses ini.

Aspirin obat (asam salisilat) bekerja dengan menghalangi dua enzim COX-1 dan COX-2.

COX-2 menghasilkan rasa sakit dan peradangan setelah cedera.   COX-1 membantu menjaga lapisan lambung.   Karena aspirin mempengaruhi dua enzim bila diambil untuk mengurangi rasa sakit dapat juga menyebabkan kerusakan lambung.   Penelitian sedang dilakukan untuk mengurangi efek aspirin pada perut sementara masih memungkinkan untuk mengobati rasa sakit.

Penelitian terbaru menunjukkan bahwa aspirin mungkin efektif dalam mengobati kanker usus besar.   Bercita-cita tinggi   muncul untuk membantu karena mematikan enzim COX-2 membantu menghentikan suplai darah tumor.