Bioenergetika atau termodinamika biokimia mempunyai prinsip dasar untuk menjelaskan reaksi yang dapat berlangsung dan reaksi yang tidak dapat berlangsung. Biokimia merupakan proses kimia dari makhluk hidup. Oleh sebab itu biokimia mampu menghubungkan ilmu kimia dengan ilmu biologi atau ilmu yang mempelajari tentang struktur dan interaksi sel dan organisme.
Bioenergetika merupakan ilmu yang mempelajari tentang perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Sistem Non Biologis mampu merubah energi panas menjadi energi mekanis atau energi listrik, sedangkan pada sistem Biologis mempunyai sifat isotermis (seimbang) sehingga manusia hanya menggunakan energi panas untuk mempertahankan suhu tubuh tanpa dapat diubah menjadi energi mekanik dan energi listrik, oleh karena itu pada sistem biologis menggunakan energi kimia untuk menjalankan proses-proses kehidupan.
Organisme hidup tidak berada dalam keseimbangan, melainkan membutuhkan masukan energi secara kontinyu. Sel memiliki jutaan reaksi metabolisme yang terjadi dalam tubuh. Metabolisme adalah keseluruhan proses yang terjadi dalam makhluk hidup yang membutuhkan energi bebas untuk melaksanakan fungsi. Organisme memperoleh energi melalui reaksi eksergonik dari oksidasi nutrient untuk menjaga kestabilan hidup seperti melakukan kerja mekanik, transport senyawa aktif, dan biosintesis senyawa kompleks. Metabolisme merupakan serangkaian reaksi enzimatis yang berurutan yang menghasilkan produk tertentu. Senyawa yang bereaksi, senyawa intermedier serta produknya disebut dengan metabolit.
Sistem biologis mengikuti hukum dasar Termodinamika pertama dan kedua. Hukum Termodinamika pertama menjelaskan energi total sistem tidak hilang atau bertambah selama perubahan, melainkan energi dipindahkan antar bagian sistem dan dapat diubah menjadi energi bentuk lain. Sedangkan hukun Termodinamika kedua, menyatakan entropi (tingkat kekacauan) total sistem harus meningkat jika suatu proses terjadi secara spontan. Penggabungan kedua hukum Termodinamika menghasilkan persamaan : ∆G = ∆H – T∆S, karena dalam reaksi biokimia ∆H sama dengan ∆E sehingga persamaanya menjadi ∆G = ∆E – T∆S. Jika ∆G bernilai negatif maka reaksi berlangsung spontan dan bersifat eksergonik, sedangkan jika ∆G bernilai positif maka reaksi berlangsung tidak spontan dan bersifat endergonik, jika ∆G bernilai nol maka sistem berada dalam keseimbangan.
Sistem biologis mengenal istilah Endergonik (anabolisme) untuk proses yang memerlukan energi dan Eksergonik (katabolisme) untuk proses yang menghasilkan energi. Penggunaan istilah ini menunjukkan bahwa suatu proses masing-masing disertai oleh kehilangan atau penambahan energi bebas dalam segala bentuk. Reaksi Endergonik dan Eksergonik dalam prakteknya tidak dapat berjalan secara sendiri-sendiri, keduanya saling berkaitan. Salah satu bukti adanya ketergantungan ini adalah pada proses yang terjadi didalam tubuh manusia. Makanan yang dimakan manusia dipecah (katabolitik) menjadi senyawa prekursor yang disertai dengan pembentukan E menjadi ~E (proses Eksergonik).~E yang dihasilkan dari proses katabolitik ini digunakan untuk kerja sel, pembentukan biomolekul kompleks, dan digunakan dalam kerja mekanik dan osmotik yang disertai dengan perubahan ~E menjadi E (proses Endergonik).
Mekanisme pengaitannya dapat melalui beberapa cara, yaitu dapat melalui pembentukan zat antara dan melalui pembentukan senyawa kaya energi (~E). Senyawa kaya energi yang paling banyak didapat adalah adenosin trifosfat (ATP). ATP adalah suatu nukleosida trifosfat yang mengandung adenin, ribosa, dan tiga gugus fosfat. ATP berperan penting dalam proses pemindahan energi bebas dari proses eksergonik ke proses endergonik. Selain itu ATP mampu berfungsi sebagai donor fosfat berenergi-tinggi untuk membentuk suatu senyawa, dan ADP dapat menerima fosfat berenergi-tinggi untuk membentuk ATP. Fosfat berenergi-tinggi (~P) terdapat dalam 3 sumber utama, yaitu prosesfosforilasi oksidatif, glikolisis dan siklus asam sitrat. Ketika ATP digunakan sebagai sumber energi untuk melakukan kontraksi otot maka konsentrasi ATP dipertahankan, sedangkan apabila konsentrasi ATP tinggi dan berlimpah maka ATP akan disimpan di dalam fosfagen yang terdapat di otot rangka, jantung, spermatozoa, dan otak vertebrata.
Dalam sel hidup, reaksi oksidasi yang melepas energi bebas selalu disertai dengan peristiwa fosforilasi yang membentuk senyawa dengan potensial energi lebih tinggi. Senyawa pembawa atau senyawa antara energi tinggi yang utama adalah ATP . Kegunaan ATP terletak pada kemampuannya untuk mengkonversi menjadi adenosin difosfat (ADP) , dengan hilangnya terminal fosfat (Gambar 11) melalui hidrolisis menghasilkan fosfat anorganik (Pi):
ATP + H2O DP + Pi + H3O+
Reaksinya sangat eksotermis dengan energi 30,5 kJ.mol–1, dan merupakan pelepasan energi dalam kondisi biologis normal. 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 (Gambar 11 dan 12). 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.
No comments:
Post a Comment