Kamis, 08 Maret 2012

Terbentuknya ATP dan GTP


Terbentuknya reaksi ATP
ATP dapat dihasilkan melalui berbagai proses selular, namun seringnya dijumpai di mitokondria melalui proses fosforilasi oksidatif dengan bantuan enzim pengkatalisis ATP sintetase. Pada tumbuhan, proses ini lebih sering dijumpai di dalam kloroplas melalui proses fotosintesis. Bahan bakar utama sintesis ATP adalah glukosa dan asam lemak. Mula-mula, glukosa dipecah menjadi asam piruvat di dalam sitosol dalam reaksi glikolisis. Dari satu molekul glukosa akan dihasilkan dua molekul ATP. Tahap akhir dari sintesis ATP terjadi dalam mitokondria dan menghasilkan total 36 ATP.

Mitokondria Sumber Energi

Mitokondria merupakan sumber energi (powerhouse) dari sel berfungsi mengekstrak energi dari makanan. Mitokondria merupakan organel yang besar dalam sel dan menempati sekitar 25% volume sitoplasma.
Mitokondria mempunyai 2 lapisan membran, membran luar dan membran dalam. Membran luar mempunyai pori-pori yang memungkinkan molekul besar melewatinya. Membran dalam terdiri dari 80% protein dan 20% lemak dan menonjol ke dalam. Pada tonjolan ini (crista) terdapat banyak enzim-enzim oksidatuf fosforilase. Enzim ini berperan pada proses oksidasi glukosa dan lemak serta sintesa ATP dari ADP. Pada bagian dalam mitokondria (matriks)juga terdapat banyak enzim yang diperlukan untuk ekstraksi energi dari bahan-bahan makanan. Energi yang dilepaskan digunakan untuk sintesa ATP.

Fosforilasi oksidatif
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.
  • ATP –> ADP + Pi + 12.000 kalori
  • ADP –> AMP + Pi + 12.000 kalori
Adenosin trifosfat : (ATP) Rumus empirisnya adalah C10H16N5O13P3, dan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H, dengan berat molekul 507.184. ATP terdiri atas adenosin dan tiga gugus fasfat. Dalam biokimia ATP dikenal sebagai satuan molekuler pertukaran energi intrasel, artinya, ATP dapat digunakan untuk menyimpan dan mentransportasikan energi kimia dalam sel. ATP juga berperan penting dalam sintesis asam nukleat.

Molekul ATP pada beberapa metabolisme dapat dihasilkan dengan beberapa cara:
1. Glikolisis atau reaksi biokimia dimana glukosa dioksidasi menjadi molekul asam  piruvat.
C6H1206[Glukosa] + 2 NAD+ + 2 P1 (fosfat) + 2 ADP → 2 piruvat + 2 NADH + 2 ATP + 2 H+ + 2 H2O
2. Glikolisis pada lintasan Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) untuk menghasilkan lebih banyak ATP :
C6H1206[Glukosa] + 2 ATP + 2NAD+ → 2 piruvat + 4 ATP + 2NADH
3. ATP sintase disebut juga kompleks V (reaksi kesetimbangan fosforilasi )
ADP + P1 [fosfat] + 4H+(sitosol) <--> ATP + H2O + 4 H+ (matriks)
4. Sel juga memiliki trifosfat nukleosida mengandung energi tinggi yang lain seperti GTP, Reaksi ADP (Adenosine difosfat) dengan GTP (Guanosina difosfat) juga menghasilkan ATP
ADP[Adenosine difosfat] + GTP [Guanosina trifosfat] → ATP + GDP[Guanosina difosfat]

Macam-macam Sistem Energi

1. Sistem ATP-CP (sistem kreatin fosfat/ anaerob tanpa pembentukan laktat)
Fosfokreatin ; senyawa kimia yang tertimbun di dalam otot (15 – 17 milimol/kg > timbunan ATP). Merupakan energi instan/siap pakai secara cepat untuk membentuk ATP kembali, karena hanya terdiri dari satu rangkaian reaksi. Creatin kinese
CP ——————–> C + Pi + energi (13000 kalori)
Energi dan gugusan fosfat  tersebut digunakan  untuk membentuk kembali ATP dari ADP.
ADP + Pi + energi (12000 kalori) ———–> ATP
Tiga jalur pemasok ATP tambahan  sesuai keperluan selama kontraksi
a. Pemindahan fosfat berenergi tinggi dari kreatin fosfat ke ADP
CP memberikan fosfat berenergi tinggi ke ADP untuk membentuk ATP. Simpanan energi pertama yang digunakan pada awal aktifitas kontraktil. Cadangan energi bertambah pada otot yang beristirahat, peningkatan konsentrasi ATP cenderung menyebabkan pemindahan gugus fosfat berenergi tinggi ke kreatin fosfat. Sebagiab besar energi di otot tersimpan dalam bentuk kreatin fosfat (otot istirahat, kreatin fosfat 5x lebih banyak dari ATP.

Sistem Energi Adenosin Triphosphate (ATP)

Seluruh energi ditubuh berasal dari molekul yang tinggi energi yaitu Adenosin Triphosphate (ATP) yang tertimbung diotot. Selama fungsi tubuh bekerja maka hidrolisis ATP harus terus berjalan. Diantara sel tubuh, sel otot merupakan sel yang terbanyak menimbun ATP. ATP diotot sekitar 4-6 milimol/kg otot, yang hanya cukup untuk aktifitas cepat dan berat selama 3-8 detik. Untuk aktifitas yang lebih lama otot memerlukan ATP melalui 3 sistem energi. Kinerja fisik memerlukan kombinasi dari ke 3 sistem energi, dimana kontribusinya tergantung dari intensitas dan lamanya kerja fisik yaitu sistem ATP-CP, Sistem glikolisis anaerobic dan sistem aerobic. Tubuh beraktifitas seperti mesin yang bergerak sendiri (automobile) dengan mengubah energi kimia menjadi energi mekanik.
Adenosin Triphosphate (ATP)
Semua energi dalam proses biologi berasal dari matahari. Sumber energi tidak dapat digunakan secara langsung tapi melalui proses metabolisme yaitu pemecahan zat gizi dari makanan (klorofil tanaman merubah energi yang diterimanya menjadi energi kimia: KH, protein dan lemak) yang memberi hasil akhir ATP + CO2 H2O. ATP merupakan senyawa kimia berenergi tinggi yang dapat langsung digunakan dalam proses biologis (konduksi saraf, transportasi ion, sekresi kelenjar, kontraksi dan rileksasi otot,dll)
ATP terbentuk dari ADP dan Pi melalui fosforilasi yang dirangkaikan dengan proses oksidasi. Selanjutnya ATP yang terbentuk dialirkan ke proses reaksi biologis yang membutuhkan energi untuk hidrolisis menjadi ATP dan Pi sekaligus melepaskan energi yang dibutuhkan oleh proses biologis tersebut. Demikian seterusnya sehingga terjadilah daur ATP-ADP secara terus menerus.
Siklus ATP
Hidrolisis
  • AMP + Pi + 12.000 kalori –> ADP
  • ADP + Pi + 12.000 kalori –> ATP
Berlangsung secara mendaur –> Siklus ATP –> sistem energi.

Perubahan Energi dalam Sel

Sel membutuhkan energi untuk melakukan semua aktifitasnya, misalnya sintesa glukosa, kontraksi otot dan replikasi DNA. Dalam sistem biologis, energi tersebut diperoleh dari ikatan kimia danreaksi kimia yang terdapat dalam sel (bahan makanan). Glukosa adalah sumber energi yang utama. Sel melakukan degradasi glukosa secara terus-menerus dan pada proses tersebut energi akan dikeluarkan saat ikatan kimia glukosa dipecah sehingga energi tadi dapat digunakan untuk semua aktifitas sel. Energi yang digunakan dapat dikonversi menjadi berbagai macam energ seperti energi panas, energi kimia, energi mekanik dan energi listrik. Misalnya pada otot dan saraf,energi kimia dikonversi menjadi energi mekanik pada kontraksi otot dan energi listrik pada aktifitas sel saraf.
Energi yang diekstraksi dari bahan makanan, terikat dalam suatu ikatan kimia yang dikenal sebagai Adenosin Triphosphate (ATP). ATP inilah yang merupakan sumber energi, dimana energi akan dilepas jika ATP dihidrolisis menjadi ADP sehingga 1 fosfat yang berenergi tinggi (12 kkal) dipakai untuk kebutuhan sel, ADP masih dapat dihidrolisis untuk kembali menghasilkan 1 fosfat (12 kkal) dan molekul AMP. Umumnya molekul yang diekstraksi dari bahan makanan, akan dipakai terlebih dahulu untuk pembentukkan ATP, sebelum energi tadi dipakai untuk semua aktifitas sel.

Adenosina trifosfat

350px-ATP

Rumus struktur adenosin trifosfat (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 memengaruhi pertumbuhan dan respon terhadap perubahan lingkungan.Komposisi Kimia
ATP terdiri dari adenosina dan tiga gugus fosfat. Rumus empirisnya adalah C10H16N5O13P3, dan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H, dengan bobot molekul 507.184 u. Gugus fosforil pada AMP disebut gugus alfa, beta, and gamma fosfat.

ATP dalam tubuh manusia

Jumlah total ATP dalam tubuh manusia berkisar pada 0,1 mol. Energi yang digunakan oleh sel manusia untuk melakukan hidrolisis dapat berjumlah 200 hingga 300 mol ATP per hari. Artinya, setiap molekul ATP didaur ulang sebanyak 2000 hingga 3000 kali setiap hari. ATP tidak dapat disimpan, karenanya sintesis harus segera diikuti dengan penggunaan.

Trifosfat lain

Sel juga memiliki trifosfat nukleosida mengandung energi tinggi yang lain, seperti GTP. Energi dapat dengan mudah ditransfer antar trifosfat-trifosfat ini dengan ATP melalui reaksi yang dikatalisis oleh nukleosida difosfokinase: Energi dilepaskan ketika terjadi hidrolisis terhadap ikatan-ikatan fosfat berenergi tinggi. Energi ini dapat digunakan oleh berbagai macam enzim, protein motor, dan protein transpor untuk melangsungkan kehidupan sel. Selain energi, hidrolisis akan melepaskan fosfat anorganik dan ADP yang dapat dipecah lagi menjadi satu ion fosfat dan AMP. ATP juga dapat langsung dipecah menjadi adenosina monofosfat dan pirofosfat.

Reaksi ADP dengan GTP

ADP + GTP \toATP + GDP

Komposisi Kimia

ATP terdiri dari adenosin and tiga gugus fosfat. Rumus empirisnya adalah C10H16N5O13P3, dan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H, dengan bobot molekul 507.184 u. Gugus fosforil pada AMP disebut gugus alfa, beta, and gamma fosfat.

Model molekul ATP
ATP dapat dihasilkan melalui berbagai proses selular, namun seringnya dijumpai di mitokondria melalui proses fosforilasi oksidatif dengan bantuan enzim pengkatalisis ATP sintetase. Pada tumbuhan, proses ini lebih sering dijumpai di dalam kloroplas melalui proses fotosintesis. Bahan bakar utama sintesis ATP adalah glukosa dan asam lemak. Mula-mula, glukosa dipecah menjadi piruvat di dalam sitosol. Dari satu molekul glukosa akan dihasilkan dua molekul ATP. Tahap akhir dari sintesis ATP terjadi dalam mitokondria dan menghasilkan total 36 ATP.
ATP dalam tubuh manusia Jumlah total ATP dalam tubuh manusia berkisar pada 0,1 mol. Energi yang digunakan oleh sel manusia untuk melakukan hidrolisis dapat berjumlah 200 hingga 300 mol ATP per hari. Artinya, setiap molekul ATP didaur ulang sebanyak 2000 hingga 3000 kali setiap hari. ATP tidak dapat disimpan, karenanya sintesis harus segera diikuti dengan penggunaan.
Adenosin 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.
Komposisi Kimia ATP terdiri dari adenosin and tiga gugus fosfat. Rumus empirisnya adalah C10H16N5O13P3, dan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H, dengan bobot molekul 507.184 u. Gugus fosforil pada AMP disebut gugus alfa, beta, and gamma fosfat.
Sintesis ATP dapat dihasilkan melalui berbagai proses selular, namun seringnya dijumpai di mitokondria melalui proses fosforilasi oksidatif dengan bantuan enzim pengkatalisis ATP sintetase. Pada tumbuhan, proses ini lebih sering dijumpai di dalam kloroplas melalui proses fotosintesis. Bahan bakar utama sintesis ATP adalah glukosa dan asam lemak. Mula-mula, glukosa dipecah menjadi piruvat di dalam sitosol. Dari satu molekul glukosa akan dihasilkan dua molekul ATP. Tahap akhir dari sintesis ATP terjadi dalam mitokondria dan menghasilkan total 36 ATP.
ATP dalam tubuh manusia Jumlah total ATP dalam tubuh manusia berkisar pada 0,1 mol. Energi yang digunakan oleh sel manusia untuk melakukan hidrolisis dapat berjumlah 200 hingga 300 mol ATP per hari. Artinya, setiap molekul ATP didaur ulang sebanyak 2000 hingga 3000 kali setiap hari. ATP tidak dapat disimpan, karenanya sintesis harus segera diikuti dengan penggunaan.
ATP (Adenosin trifosfat) terdiri atas Adenine, D-Ribosa, dan tiga molekul Fosfat. Adenosin Trifosfat merupakan molekul penyimpan energi hasil metabolisme. Secara termodinamika, hidrolisis Adenosin Trifosfat menjadi ADP dan P merupakan proses spontan karena menghasilkan entropi besar dan kestabilan listrik produk yang tinggi. Sintesis utama ATP terjadi di mitokondria melalui mekanisme fosforilasi oksidatif kimiaosmotik. Molekul nutrien melalui siklus Krebs akan menghasilkan NADH and FADH2 yang kemudian masuk dalam rantai transpor elektron. Energi yang dihasilkan dari berbagai reaksi redoks dalam rantai transpor elektron dipakai untuk memompa H+ dari membran ke ruang antarmembran sehingga mengakibatkan gradien pH di sepanjang membran. Tekanan osmotik yang berasal dari gradien proton merupakan sumber energi untuk sintesis ATP di ATP-sintase. Adenosin trifosfat mensuplai energi untuk melakukan kerja mekanik, kerja transport, dan kerja kimia.
untuk menghasilkan ATP pada proses respirasi, terdapat beberapa tahap pemecahan molekul, terutama glukosa, yang harus dilalui. Tahap tahap itu antara lain :

Tahap I : Glikolisis
Reaksi : glukosa + 2NAD + 4ADP = 2 Asam Piruvat + 2NADH + 2ATP + H2O
ATP yang terbentuk = 2


Tahap perantara : Dekarboksilasi Oksidatif
Reaksi : Asam piruvat + 2NAD + 2KoA = Asetil KoA + 2NADH + CO2
ATP yang terbentuk = -

Tahap II : Siklus Krebs / Siklus Asam Sitrat
Reaksi : asam sitrat (Asetil Koa + Asam oksaloasetat) + 6NAD + 2FAD + 2 GDP = 6NADH + 2FADH + 2GTP + 4CO2
ATP yang terbentuk = 2 (1 ATP = 1 GTP)

Tahap III : Transfer electron
Reaksi : 10NADH + 2FADH = 34ATP
ATP yang terbentuk = 34

Jadi, kesimpulannya untuk sekali reaksi respirasi aerob, bisa dihasilkan sebanyak 38 ATP Adenosine dari 1 molekul glukosa. ATP
Triphosphate (ATP) adalah sebuah nukleotida yang dikenal di dunia biokimia sebagai zat yang paling bertanggung jawab dalam perpindahan energi intraseluler.  ATP mampu menyimpan dan memindahkan energi kimia di dalam sel.  ATP juga memiliki peran penting dalam produksi nucleic acids.  Molekul-molekul ATP juga digunakan untuk menyimpan bahan pembentuk energi yang diproduksi oleh respirasi sel.
Secara kimiawi, ATP terdiri dari adenosine dan tiga kelompok phosphate.  Rumus empirisnya adalah C10H16N5O13P3, sedangkan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H.  Massa molekularnya adalah sebesar 507.184 u.  Kelompok phosphor yang dimulai dari AMP disebut sebagai phosphate alpha, beta dan gamma.
ATP dapat diproduksi oleh berbagai proses dalam sel, biasanya di mitokondria dengan oxydative phosphorylation yang mendapat pengaruh katalis oleh ATP synthase, atau pada tanaman terjadi di kloroplas dengan proses fotosintesis.  Bahan bakar utama bagi pembentukan ATP adalah glukosa dan fatty acids.  Awalnya, glukosa dipecah menjadi piruvat di cytosol.  Dua molekul ATP terbentuk dari setiap molekul glukosa.  Tahap akhir dari pembentukan ATP terjadi di mitokondrion dan bisa menghasilkan hingga 36 ATP. 
Total jumlah ATP pada tubuh manusia adalah sekitar 0,1 mol.  Energi yang digunakan oleh sel-sel tubuh manusia dihasilkan dari hidrolisis ATP sebesar 200-300 mol setiap harinya.  Artinya, setiap molekul ATP didaur ulang 2000-3000 kali setiap harinya.  ATP tidak dapat disimpan, karena itu, produksinya harus selalu mengikuti penggunaannya.
Sel-sel hidup memiliki nukleotid triphosphate lain yang juga berenergi tinggi, misalnya guanosine triphosphate.  Antara ATP dan zat-zat triphosphate semacam ini, energi dapat dengan mudah dipindahkan dengan reaksi-reaksi seperti yang dikatalisasi oleh nucleoside diphosphokinase : Energi dilepaskan ketika hidrolisis dari ikatan phosphate-phosphate terjadi.  Energi ini dapat digunakan oleh berbagai jenis enzim, protein-protein penggerak, dan protein-protein transpor untuk menyelesaikan kerja sel-sel tersebut.  Di sisi lain, hidrolisis tersebut juga menghasilkan phosphate inorganik dan adenosine diphosphate (ADP), yang bisa dipecah lagi menjadi ion phosphate lain dan adenosine monophosphate (AMP).  ATP juga dapat dipecah langsung menjadi AMP, dengan pembentukan pyrophosphate.  Reaksi ini juga memberikan keuntungan sebagai sebuah proses irreversibel yang sangat efektif dalam aqueous solution
Reaksi ADP dengan GTP
ADP + GTP ---> ATP + GDP





Tidak ada komentar:

Poskan Komentar