STRUKTUR DAN MODEL ENZIM

BAB I

PENDAHULUAN

1.1   LATAR BELAKANG

Bila ditinjau pada tingkat sel, tubuh manusia disusun dari 100 triliun sel dan mempunyai sifat dasar tertentu yang sama. Setiap sel digabung oleh struktur penyokong intrasel, dan secara khusus beradaptasi untuk melakukan fungsi tertentu. Dari total sel yang ada tersebut, 25 triliun sel merupakan sel darah merah yang mempunyai fungsi sebagai alat transportasi bahan makanan dan oksigen di dalam tubuh dan membawa karbon dioksida menuju paru-paru untuk dikeluarkan. Semua sel menggunakan oksigen sebagai salah satu zat utama untuk membentuk energi, dimana mekanisme umum perubahan zat gizi menjadi energi di semua sel pada dasarnya sama.

Bahan makanan yang berupa karbohidrat, lemak, dan protein yang dioksidasi akan menghasilkan energi, dimana energi tersebut digunakan untuk membentuk sejumlah besar Adenosine TriPosphate (ATP), dan selanjutnya ATP tersebut digunakan sebagai sumber energi bagi banyak fungsi sel. Sehingga ATP merupakan senyawa kimia labil yang terdapat di semua sel, dan semua mekanisme fisiologis yang memerlukan energi untuk kerjanya mendapatkan energi langsung dari ATP.

1.2. Rumusan Masalah

  1. Pengertian dari ATP
  2. Bioenergi dari ATP
  3. Fungsi-fungsi atau peran utama ATP
  4. Photoposporilation
  5. Photoposporilation oxydative in monocondria
  6. Proses pembentukan ATP

 

1.2   TUJUAN

  1. Untuk mengetahui definisi ATP
  2. Untuk mengetahui proses metabolisme ATP
  3. Untuk mengetahui Fungsi-fungsi utama ATP sebagai sumber energi.

 

 

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Pengertian ATP

Adenosina trifosfat (ATP) adalah suatu nukleotida yang dalam biokimia dikenal sebagai “satuan molekular” pertukaran energi intraselular; artinya, ATP dapat digunakan untuk menyimpan dan mentranspor energi kimia dalam sel. ATP juga berperan penting dalam sintesis asam nukleat. Molekul ATP juga digunakan untuk menyimpan energi yang dihasilkan tumbuhan dalam respirasi selular. ATP yang berada di luar sitoplasma atau di luar sel dapat berfungsi sebagai agen signaling yang mempengaruhi pertumbuhan dan respon terhadap perubahan lingkungan. ATP terdiri dari adenosine dan tiga gugus fosfat. Rumus empirisnya adalah C10H16N5O13P3, dan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H, dengan bobot molekul 507.184 u.

 

 

 

Rumus struktur adenosin trifosfat (ATP)

 

Selain itu ATP juga merupakan nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen adenin, gula pentosa ribosa dan tiga rantai fosfat. Dua rantai fosfat yang terakhir dihubungkan dengan bagian sisa molekul oleh ikatan fosfat berenergi tinggi yang sangat labil sehingga dapat dipecah seketika bila dibutuhkan energi untuk meningkatkan reaksi sel lainnya. Enzim-enzim oksidatif yang mengkatalis perubahan Adenosine Diphospate (ADP) menjadi ATP dengan serangkaian reaksi menyebabkan energi yang dikeluarkan dari pengikatan hidrogen dengan oksigen digunakan untuk mengaktifkan ATPase dan mengendalikan reaksi untuk membentuk ATP dalam jumlah besar dari ADP. Bila ATP di urai secara kimia sehingga menjadi ADP akan menghasilkan energi sebesar 8 kkal/mol, dan cukup untuk berlangsungnya hampir semua langkah reaksi kimia dalam tubuh.

2.3. Siklus Energi (Bioenergi) dalam sel.

Molekul kimia organik yang kompleks, seperti glukosa, mempunyai energi potensial yang besar karena keteraturan strukturnya. Ketidakteraturannya atau pun entropinya relatif rendah. Bila glukosa dioksidasi oleh oksigen dihasilkan enam molekul CO2 dan enam H2O, serta energi yang dilepaskan dalam bentuk panas clan atom karbonnya mengalami kenaikan ketidakteraturan. Dalam hal ini atom karbon tersebut terpisah- pisah dalam bentuk C02 sehingga menghasilkan bertambahnya posisi yang berbeda dari molekul yang satu terhadap yang lainnya. Hal ini menyebabkan naiknya entropi dan turunnya energi bebas.

Dalam sistem biologi, khususnya dalam sel hidup, panas yang dihasilkan oleh proses oksidasi tersebut tidak dapat dipakai sebagai sumber energi. Proses pembakaran dalam sistem biologi berlangsung tanpa nyala atau pada suhu yang rendah. Energi bebas yang terkandung di dalam molekul organik diubah dan disimpan dalam bentuk energi kimia, yaitu dalam struktur ikatan kovalen dari gugus fosfat dalam molekul adenosin trifosfat (ATP), yang terbentuk dengan perantaraan enzim dari adenosin difosfat (ADP) dan senyawa fosfat anorganik (Pi) (Gambar 6.1). Reaksi ini merupakan suatu reaksi perpindahan gugus fosfat yang secara kimia dikaitkan dengan tahap reaksi oksidasi khas yang berlangsung dalam katabolisme. ATP yang terbentuk kemudian diangkut ke setiap bagian dalam sel yang memerlukan energi. Dalam hal ini ATP berperan sebagai alat pengangkut energi bebas. Sebagian dari energi kimia yang terkandung dalam ATP itu dipindahkan bersama dengan gugus fosfat ujungnya, ke molekul penerima energi lain yang khas, sehingga molekul ini menjadi senyawa berenergi kimia dan dapat berperan sebagai sumber energi untuk proses biokimia yang lainnya.

Proses pengangkutan energi kimia lainnya di dalam sel berlangsung dengan proses pengangkutan elektron dengan perantaraan enzim, dari reaksi penghasil energi (katabolisme) ke reaksi pemakai energi (anabolisme) melalui suatu senyawa koenzim pembawa elektron. Nikotinamida adenin dinukleotida (NAD) dan nikotinamida adenin dinukleotida fosfat (NADP) adalah dua koenzim terpenting yang berperan sebagai molekul pengangkut elektron berenergi tinggi dari reaksi katabolisme ke reaksi anabolisme yang membutuhkan elektron. Kedua koenzim ini berperan seperti ATP sebagai alat angkut gugus fosfat dan energi dari reaksi katabolisme ke reaksi anabolisme. NAD dan NADP dapat mengikat dan melepaskan hidrogen (NAD menjadi NADH, dan NADP menjadi NADPH) pada salah satu gugus fungsionalnya. Oleh karena itu keduannya dapat berada pada keadaan teroksidasi dan tereduksi. Sifat ini bermanfaat dalam melangsungkan proses oksidasi dan reduksi

2.2. Peran dan Fungsi Utama ATP

Beberapa fungsi utama ATP sebagai sumber energi antara lain:

1. Mensintesis komponen sel yang penting

2. Kontraksi otot

3. Transport aktif untuk melintasi membran sel :

a. Absorpsi dari traktus intestinalis (usus)

b. Absorpsi dari tubulus ginjal

c. Pembentukan sekreksi kelenjar

d. Membentuk perbedaan konsentrasi ion di dalam syaraf yang memberikan energi untuk transmisi impuls syaraf.

Peran ATP yang paling banyak dikenali orang adalah sebagai pembawa energi, dalam bentuk yang tertukar sebagai ATP dan ADP. Fungsi ini berlangsung di berbagai kompartemen sel, tetapi kebanyakan terjadi pada sitosol (ruang di dalam sitoplasma yang berisi cairan kental). Sebagai pembawa energi, ATP juga banyak dijumpai pada mitokondria.

ATP dan nukleosida trifosfat lainnya dapat berada di luar sel, menempati matriks ekstraselular. Di sini mereka berperan sebagai agen signaling yang merespon perubahan lingkungan atau gangguan dari organisme lain untuk kemudian ditangkap oleh reseptor pada membran sel. Mekanisme ini belum banyak dipelajari dan diketahui terjadi pada hewan dan, ternyata, juga pada tumbuhan.

Peranan ATP sebagai sumber energi untuk metabolisme di dalam sel berlangsung dengan suatu mekanisme mendaur. ATP berperan sebagai alat angkut energi kimia dalam reaksi katabolisme ke berbagai proses reaksi dalam sel yang mem- butuhkan energi (Gambar 2) seperti proses biosintesis, proses pengangkutan, proses kontraksi otot, proses pengaliran listrik dalam sistem syaraf,dan proses pemancaran sinar (bioluminesensi) yang terjadi pada organisme tertentu, seperti kunang kunang.

2.3 ATP yang dihasilkan oleh potosintetis

Fotofosforilasi adalah produksi ATP menggunakan energi dari sinar matahari .Dalam fotofosforilasi, energi cahaya digunakan untuk menciptakan energi tinggi donor elektron dan akseptor elektron rendah energi.  Elektron kemudian bergerak secara spontan dari donor kepada akseptor melalui rantai transpor elektro.

Terdapat 2 jenis fotofosforilasi yaitu siklik dan non-siklik.

Fotofosforilasi Siklik

Reaksi fotofosforilasi siklik adalah reaksi yang hanya melibatkan satu fotosistem, yaitu fotosistem I. Dalam fotofosforilasi siklik, pergerakan elektron dimulai dari fotosistem I dan berakhir di fotosistem I.

 

  • Pertama, energi cahaya, yang dihasilkan oleh matahari, membuat elektron-elektron di P700 tereksitasi (menjadi aktif karena rangsangan dari luar), dan keluar menuju akseptor elektron primer kemudian menuju rantai transpor elektron.
  • Karena P700 mentransfer elektronnya ke akseptor elektron, P700 mengalami defisiensi elektron dan tidak dapat melaksanakan fungsinya.
  • Selama perpindahan elektron dari akseptor satu ke akseptor lain, selalu terjadi transformasi hidrogen bersama-sama elektron.
  • Rantai transpor ini menghasilkan gaya penggerak proton, yang memompa ion H+ melewati membran, yang kemudian menghasilkan gradien konsentrasi yang dapat digunakan untuk menggerakkan sintase ATP selama kemiosmosis, yang kemudian menghasilkan ATP.
  • Dari rantai transpor, elektron kembali ke fotosistem I.
  • Dengan kembalinya elektron ke fotosistem I, maka fotosistem I dapat kembali melaksanakan fungsinya.
  • Fotofosforilasi siklik terjadi pada beberapa bakteri, dan juga terjadi pada semua organisme fotoautotrof.

 

Fotofosforilasi Non-Siklik

Reaksi fotofosforilasi nonsiklik adalah reaksi dua tahap yang melibatkan dua fotosistem klorofil yang berbeda, yaitu fotosistem I dan II. Dalam fotofosforilasi nonsiklik, pergerakan elektron dimulai di fotosistem II, tetapi elektron tidak kembali lagi ke fotosistem II.

 

  • Mula-mula, molekul air diurai menjadi 2H+ + 1/2O2 + 2e-.
  • Dua elektron dari molekul air tersimpan di fotosistem II, sementara ion H+ akan digunakan pada reaksi yang lain dan O2 akan dilepaskan ke udara bebas.
  • Karena tersinari oleh cahaya matahari, dua elektron yang ada di P680 menjadi tereksitasi dan keluar menuju akseptor elektron primer.
  • Setelah terjadi transfer elektron, P680 menjadi defisiensi elektron, tetapi dapat cepat dipulihkan berkat elektron dari hasil penguraian air tadi.
  • Setelah itu mereka bergerak lagi ke rantai transpor elektron, yang membawa mereka melewati pheophytin, plastoquinon, komplek sitokrom b6f, plastosianin, dan akhirnya sampai di fotosistem I, tepatnya di P700.
  • Perjalanan elektron diatas disebut juga dengan “skema Z”.
  • Sepanjang perjalanan di rantai transpor, dua elektron tersebut mengeluarkan energi untuk reaksi sintesis kemiosmotik ATP, yang kemudian menghasilkan ATP.
  • Sesampainya di fotosistem I, dua elektron tersebut mendapat pasokan tenaga yang cukup besar dari cahaya matahari.
  • Kemudian elektron itu bergerak ke molekul akseptor, feredoksin, dan akhirnya sampai di ujung rantai transpor, dimana dua elektron tersebut telah ditunggu oleh NADP+ dan H+, yang berasal dari penguraian air.
  • Dengan bantuan suatu enzim bernama Feredoksin-NADP reduktase, disingkat FNR, NADP+, H+, dan elektron tersebut menjalani suatu reaksi:

NADP+ + H+ + 2e- —> NADPH

  • NADPH, sebagai hasil reaksi diatas, akan digunakan dalam reaksi Calvin-Benson, atau reaksi gelap. Fotofosforilasi siklik dan fotofosforilasi nonsiklik memiliki perbedaan yang mendasar, yaitu sebagai berikut

 

Fosforilasi oksidatif adalah suatu lintasan metabolisme yang menggunakan energi yang dilepaskan oleh oksidasi nutrien untuk menghasilkan adenosina trifosfat (ATP). Walaupun banyak bentuk kehidupan di bumi menggunakan berbagai jenis nutrien, hampir semuanya menjalankan fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP. Lintasan ini sangat umum digunakan karena ia merupakan cara yang sangat efisien untuk melepaskan energi, dibandingkan dengan proses fermentasi alternatif lainnya seperti glikolisis anaerobik.

Selama fosforilasi oksidatif, elektron ditransfer dari pendonor elektron ke penerima elektron melalui reaksi redoks. Reaksi redoks ini melepaskan energi yang digunakan untuk membentuk ATP. Pada eukariota, reaksi redoks ini dijalankan oleh serangkaian kompleks protein di dalam mitokondria, manakala pada prokariota, protein-protein ini berada di membran dalam sel. Enzim-enzim yang saling berhubungan ini disebut sebagai rantai transpor elektron. Pada eukariota, lima kompleks protein utama terlibat dalam proses ini, manakala pada prokariota, terdapat banyak enzim-enzim berbeda yang terlibat.

 

Energi yang dilepaskan oleh perpindahan elektron melalui rantai transpor elektron ini digunakan untuk mentranspor proton melewati membran dalam mitokondria. Proses ini disebut kemiosmosis. Transpor ini menghasilkan energi potensial dalam bentuk gradien pH dan potensial listrik di sepanjang membran ini. Energi yang tersimpan dalam bentuk ini dimanfaatkan dengan cara mengijinkan proton mengalir balik melewati membran melalui enzim yang disebut ATP sintase. Enzim ini menggunakan energi seperti ini untuk menghasilkan ATP dari adenosina difosfat (ADP) melalui reaksi fosforilasi. Reaksi ini didorong oleh aliran proton, yang mendorong rotasi salah satu bagian enzim.

Walaupun fosforilasi oksidatif adalah bagian vital metabolisme, ia menghasilkan spesi oksigen reaktif seperti superoksida dan hidrogen peroksida. Hal ini dapat mengakibatkan pembentukan radikal bebas, merusak sel tubuh, dan kemungkinan juga menyebabkan penuaan. Enzim-enzim yang terlibat dalam lintasan metabolisme ini juga merupakan target dari banyak obat dan racun yang dapat menghambat aktivitas enzim.

2.4 Oxidative phosphorylation in mitochondria

 

Fosforilasi oksidatif adalah jalur metabolik yang menggunakan energi yang dilepaskan oleh oksidasi nutrisi untuk menghasilkan adenosin trifosfat (ATP). Meskipun banyak bentuk kehidupan di bumi menggunakan berbagai nutrisi yang berbeda, hampir semua melakukan fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP, molekul yang memasok energi untuk metabolisme. Jalur ini mungkin begitu meluas karena merupakan cara yang sangat efisien melepaskan energi, dibandingkan dengan proses fermentasi alternatif seperti glikolisis anaerobik.

Selama fosforilasi oksidatif, elektron ditransfer dari donor elektron untuk akseptor elektron seperti oksigen, dalam reaksi redoks. Reaksi-reaksi redoks melepaskan energi, yang digunakan untuk membentuk ATP. Pada eukariota, reaksi-reaksi redoks dilakukan oleh serangkaian kompleks protein dalam mitokondria, sedangkan, di prokariota, protein ini berada di membran dalam sel ‘. Set ini terkait protein disebut rantai transpor elektron. Pada eukariota, lima kompleks protein utama yang terlibat, sedangkan pada prokariota berbagai enzim yang hadir, menggunakan berbagai donor dan akseptor elektron.

Energi yang dilepaskan oleh elektron mengalir melalui rantai transpor elektron digunakan untuk mengangkut proton melintasi membran mitokondria bagian dalam, dalam suatu proses yang disebut kemiosmosis. Ini menghasilkan energi potensial dalam bentuk gradien pH dan potensial listrik di seluruh membran ini. Ini menyimpan energi ditekan dengan memungkinkan proton mengalir kembali melintasi membran dan ke bawah gradien ini, melalui sebuah enzim besar yang disebut ATP sintase. Enzim ini menggunakan energi ini untuk menghasilkan ATP dari adenosin difosfat (ADP), dalam reaksi fosforilasi. Reaksi ini didorong oleh aliran proton, yang memaksa rotasi bagian dari enzim, ATP sintase motor mekanik rotary.

Meskipun fosforilasi oksidatif merupakan bagian penting dari metabolisme, menghasilkan spesies oksigen reaktif seperti superoksida dan peroksida hidrogen, yang menyebabkan penyebaran radikal bebas, merusak sel-sel dan memberikan kontribusi terhadap penyakit dan, mungkin, penuaan (penuaan). Enzim melaksanakan jalur metabolisme ini juga merupakan target banyak obat dan racun yang menghambat kegiatan mereka.

 

 

Sintase, juga disebut V kompleks, adalah enzim final di jalur fosforilasi oksidatif. enzim ini ditemukan dalam semua bentuk kehidupan dan fungsi dalam cara yang sama di kedua prokariota dan eukariota. enzim menggunakan energi yang tersimpan dalam gradien proton melintasi membran untuk mendorong sintesis ATP dari ADP dan fosfat (Pi) . Perkiraan jumlah proton yang diperlukan untuk mensintesis satu ATP telah berkisar tiga sampai empat, dengan beberapa sel menunjukkan rasio ini dapat bervariasi, sesuai dengan kondisi yang berbeda.

 

 

 

Reaksi fosforilasi adalah keseimbangan, yang dapat digeser dengan mengubah gaya proton-motif. Dengan tidak adanya kekuatan proton-motif, reaksi ATP sintase akan berjalan dari kanan ke kiri, hidrolisis ATP dan memompa proton keluar dari matriks melewati membran. Namun, ketika gaya proton-motif yang tinggi, reaksi dipaksa untuk berjalan dalam arah yang berlawanan, melainkan hasil dari kiri ke kanan, sehingga proton mengalir ke bawah gradien konsentrasi mereka dan mengubah ADP menjadi ATP. Memang, dalam. terkait erat tipe vacuolar H +-ATPase, reaksi yang sama digunakan untuk mengasamkan kompartemen selular, dengan memompa proton dan hydrolysing ATP.

 

ATP sintase adalah kompleks protein besar-besaran dengan bentuk seperti jamur. Kompleks enzim mamalia berisi 16 subunit dan memiliki massa sekitar 600 kilodaltons. Bagian tertanam dalam membran disebut UNTUK dan berisi cincin subunit c dan saluran proton.. Tangkai dan topi baja berbentuk bola disebut F1 dan merupakan tempat sintesis ATP. Kompleks berbentuk bola pada akhir bagian F1 berisi enam protein dari dua jenis yang berbeda (subunit α tiga dan tiga subunit β), sedangkan “tangkai” terdiri dari satu protein: subunit γ, dengan ujung tangkai memperluas ke dalam bola α dan subunit β. Baik α dan subunit β nukleotida mengikat, tetapi hanya. sub-unit β mengkatalisis reaksi sintesis ATP. Mencapai sepanjang sisi bagian F1 dan kembali ke membran adalah subunit batang-seperti panjang yang jangkar subunit α dan β ke dasar enzim.

 

Sebagai proton menyeberangi membran melalui saluran di dasar ATP sintase, berputar UNTUK proton motor-driven. Rotasi mungkin. Disebabkan oleh perubahan dalam ionisasi asam amino dalam cincin subunit c menyebabkan interaksi elektrostatik yang menggerakkan cincin subunit c masa lalu saluran proton. Ini cincin berputar di drive gilirannya rotasi poros pusat (tangkai subunit γ) dalam α dan subunit β.. The α dan subunit β dicegah dari berputar sendiri oleh lengan-side, yang bertindak sebagai sebuah stator. Gerakan ujung subunit γ dalam bola α dan subunit β menyediakan energi untuk situs aktif dalam subunit β untuk menjalani siklus gerakan yang memproduksi dan kemudian melepaskan ATP. Mekanisme ATP sintase. ATP ditampilkan merah, ADP dan fosfat dalam warna pink dan subunit γ berputar dalam warna hitam.

 

Reaksi sintesis ATP disebut mekanisme perubahan mengikat dan melibatkan situs aktif dari bersepeda subunit β antara tiga negara. Dalam keadaan “terbuka”, ADP dan fosfat masukkan situs aktif (ditunjukkan dalam coklat di diagram). protein kemudian menutup di sekitar molekul dan mengikat mereka longgar – yang “longgar” negara (ditampilkan dalam warna merah). Enzim kemudian berubah bentuk lagi dan pasukan molekul-molekul bersama, dengan situs aktif di negara yang dihasilkan “ketat” (ditampilkan dalam warna pink) yang mengikat yang baru dihasilkan ATP molekul dengan afinitas yang sangat tinggi. Akhirnya, siklus situs aktif kembali ke keadaan terbuka, melepaskan dan mengikat ADP ATP lebih dan fosfat, siap untuk siklus berikutnya.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BAB III

KESIMPULAN

  • Adenosina trifosfat (ATP) adalah suatu nukleotida yang dalam biokimia dikenal sebagai “satuan molekular” pertukaran energi intraselular; artinya, ATP dapat digunakan untuk menyimpan dan mentranspor energi kimia dalam sel.
  • ATP merupakan nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen adenin, gula pentosa ribosa dan tiga rantai fosfat.
    • Beberapa fungsi utama ATP sebagai sumber energi antara lain:

1. Mensintesis komponen sel yang penting

2. Kontraksi otot

3. Transport aktif untuk melintasi membran sel :

a. Absorpsi dari traktus intestinalis (usus)

b. Absorpsi dari tubulus ginjal

c. Pembentukan sekreksi kelenjar

  • Membentuk perbedaan konsentrasi ion di dalam syaraf yang memberikan energi untuk transmisi impuls syaraf. Dalam produksi energi, terdapat dua macam metabolisme, yaitu:

-Anaerob (tanpa oksigen), hanya untuk karbohidrat, terjadi di sitosol.

-Aerob (dengan oksigen), karbohidrat, lemak, dan protein, terjadi di mitokondria.

  • Berikut ini adalah proses pembentukan ATP:

Glukosa + 2ADP +2Pi  2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 

 

Marufah.2010. http://marufah.blog.uns.ac.id/files/2010/05/fungsi-phospor-dalam-metabolis-me-atp.pdf. diakses pada tanggal 30 Maret 2012.

 

Anonymous, 2012. Metabolisme ATP. (Online). (http://fusion-kandagalante.blog-spot.com/2008/08/metabolisme-atp.html. diakses pada tanggal 30 Maret 2012.
Wikipedia, 2011. Adenosin Trifosfat. (Online). (http://www.infofisioterapi.com/blog/metabolisme-atp-dalam-kontraksi-otot.html. Diakses tanggal 30 Maret 2011).

 

Blogspot, 2011. Metabolisme Karbohidrat dan asimilasi. (Online). (http://makalahbiologiku.blogspot.com/2010/10/metabolisme-karbohidrat-dan-asimilasi.html. Diakses tanggal 30 Maret 2011).