Mekanisme kemiosmotik mitokondria untuk
membentuk ATP
Ionisasi hidrogen,
rantai transpor Elektron, dan Pembentukan air. Langkah pertama fosforilasi
oksidatif dalam mitokondria adalah mengionkan atom hidrogen yang dikeluarkan
dari zat makanan. Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya, tom hidrogen ini
dikeluarkan berpasangan: yang satu segera menjadi ion Hidrogen H+,
dan yang lain bergabung dengan NAD+ untuk membentuk NADH. Tahap awal
adalah pembebasan ion Hidrogen lain dari NADH untuk membentuk ion hidrogen , H+
yang lain. Proses ini juga membentuk kembali NAD+ yang akan dipakai berulang ulang.
Elektron
yang dikeluarkan dari atom hidrogen untuk menimbulkan ionisasi hidrogen untuk
menimbulkan ionisasi hidrogen, segera memasuki suatu rantai tranpor elektron
dari aseptor elektron yang merupakan bagian integral dari membran dalam
mitokondria. Aseptor elektron secara reversibel dapt di kurangi atu dioksidasi
dengan menerima atau memberi elektron. Unsur penting dari ranrai transpor
elektron ini meliputi flavo protein, sejumlah protein sulfida besi, ubiquinon,
dan sitokrom B, C1,C, A dan A3. Tiap elektron dilepaskan dari aseptor ini ke
aseptor yang lain sampai akhirnya elektron mencapai sitokrom A3, yang di sebut
sitokrom Oksidase, karena mampu memberikan 2 elektron, sehingga mengurangi
oksigen elementan untuk membentuk Beriom, yang kemudian bergabung dengan ion
hidrogen untuk membentuk air.
Pemempaan Ion Hidrogen kedalam bilik luar
Mitokondria, di sebabkan oleh rantai trasport elektron. Sewaktu elektron
melewati rantai transport elektron sejumlah besar energi dibebaskan. Energi ini
digunakan untuk memompa Ion Hidrogen dari bagian dalam Matriks Mitokondria
kedalam bilik luar diantara membran Mitokondria dalam dan luar. Keadaan ini
menghasilkan Ion Hidrogen bermuatan positif berkonsentrasi tinggi dalam bilik
ini dan juga menghasilkan potinsial listrik negatif yang kuat dibagian dalam
Metriks.
Pembentukan ATP. Langkah selanjutnya dalam Fost Volirasi Oksidatif adalh menguabh ADP
menjadi ATP ini terjadi berkaitan dengan molekul protein besar yang menonjol
sepenuhnya dari membran Mitokondria bagian dalam dan muncul dengan kepala
seperti tombol kedalam Matriks Mitokondria bagian dalam. Molekul ini adalah
ATPase, yang sifat fisiknya diperlihatkan disebut ATP Sintetase.
Kosentrasi Ion
Hidrogen bermuatan positif yang tinggi di bilik luar dan perbedaan potensial
listrik yang besar melalui membran bagian dalam menyaebabkan Ion Hidrogen
mengalir kedalam Matriks Mitokondri melalui zat molekul ATPase. Sewaktu
melakukan hal tersebut, energi yang dihasilkan dari aliran Ion Hidrogen ini
digunakan oleh ATP ase untuk mengubah ADP menjadi ATP dengan menggabungkan ADP
dengan suato radikan Fosfat Ionik bebas (PI), sehinggan menambah jumaln ikata
Fosfat berenergi tinggi yang lain yang berkaitan dengan molekul.
Langkah akhir dalam proses ini adalah
pemindahan ATP dari bagian mitokondria kembali kesitoplasma sel proses ini terjadi melalui difusi
pasif keluar dari bagian membran dalam dan kemudian dengan difusi sederhana
melewati membran luar mitokondria permebel. Selanjutnya, ADP secara kontinu
ditransfer dalam arah berlawanan untuk dikonfersi menjadi ATP secra
berkesinambungan. Untuk tiap dua elektron yang berjalan melalui rantai trapor
elektron (mewakili ionisasi dua atom hidrogen), dapat disintesis sampai 3
molekul ATP.
Ringkasan pembentukan ATP selama pemecahan glukosa. kita sekarang dapat menentukan jumlah total molekul ATP yang dalam kondisi optima, dapat dibentuk
oleh enrgi dari satu molekul glukosa.
1. Selama glikolisis, dibentuk 4
molekul ATP,dan 2 molekul dikeluarkan untuk menimbulkan foforilasi awal glukosa
untuk memulai. Keadaan ini memberikan hasil akhir dua molekul ATP.
2. Selam putaran siklus asam sitrat dibentuk 1 molekul ATP. Akan tetapi,
karena setiap molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul asam pirufat,
terdapat dua putaran siklus untuk masing masing molekul glukosa yang di
metabolisme, memberikan hasil akhir dua
molekul ATP lagi.
3.
Slama keseluruhan proses
pemecahan glukosa, total 24 atom hidrogen dilepaskasn selama glikolisis dan
selama siklus asam sitrat. Dua puluh dari atom ini dioksidasi dalam hubungannya
dengan mekanisme kemiosmotik yang melepaskan tiga molekul ATP per dua atom
hidrogen yang dimetobolisme. Keadaan ini menghasilkan tambahann tiga puluh molekul ATP.
4.
Sisa empat atom hidrogen
dilepaskan oleh dehidrogenase atom
hidrogen kedalam proses ogsidatif kemiosmotik di dalam mitokondria diluar tahap
pertama. Dua molekul ATP biasanya dilepaskan untuk setiap dua atom hidrogen yang
dioksidasi, sehingga membeikan total 4
molekul ATP atau lebih.
Sekarang, dengan
menjumlah semuah molekul ATP yang dibentuk, kita mendapatkan maksimum 38
molekul ATP untuk setiap molekul glukosa yang diubah menjadi karbon dioksida
dan air. Dengan demikian, 456.000 kalori
energi dapat disimpan dalam bentuk ATP, sedangkan 686.000 kalori dibebaskan
selama oksidasi lengkap dari tiap gram molekul glukosa. hal ini menunjukan
keselurauhan efisiensi maksimum pemindahan energi sebesar 66%. Sisa energi 34
% dapat dipakai oleh sel untuk melakukan
fungsi yang spesifik.
Pengaturan pelepasan energi dari glikogen yang disimpan
ketij=ka tubuh membutuhkan enegi tambahan: pengaruh konsentrasi ATP dan ADP sel
dalam mengatur kecepatan glikolisis.
Pembebasan energi
secara terus-menerus dari glukosa sewaktu energi tidak dibutuhkan oleh sel akan
merupakan proses yang sia-sia. Oleh karena itu glikolisis dan oksidasi atom
hidrogen berikutnya secara terus-menerus dikontrol sesuia dengan keperluan sel
akan ATP. Pengaturan ini dicapai melalui
berbagai mekanisme pengaturan umpan balik dalam proses kimia. Diantara
mekanisme tersebut yang lebih penting adalah pengaruh konsentrasi ADP dan ATP
sel dalam mengatur kecepatan reaksi kimia dalam rangkain metabolisme energi.
Suatu cara ATP yang
penting untuk membantu mengatur metabolisme energi adalah menimbulkan hambatan
pada enzim fosfofroktokinase. Karena enzim ini meningkatkan pembentukan
fruktosa 1,6-difosfatase, salah satu langkah awal dalam rangkain reaksi
glikolisis, pengaruh akhir dari ATP sel yang berlebihan adalh menghambat atau
bahkan menghentikan glikolisis, yang kemudian menghambat sebagian besar
metabolisme karbohidrat. Sebaliknya, ADP menyebabkan perubahan yang berlawanan
terhadap enzim ini, dan sangat meningkatkan enzim tersebut. Kapanpun enzim ATP
dipakai oleh jaringan untuk menjalankan hampir semua reaksi kimia intrasel,
keadaan ini akan mengurangi inhibisi ATP terhadap enzim fosfofruktokinase dan
pada waktu yang hampir sama waktu meningkatkan aktifitas enzim sebagai akibat
dari kelebihan ADP yang terbentuk. Dengan demikian, prose glikolisis mulai
bekerja, dan total penyimpanan ATP sel akan terpenuhi.
Rantai pngaturan yang
lain adalah ion sitrat yang dibentuk disiklus asam sitrat. Kelebihan ion ini
juga sangat menghambat fosfofruktokinase, sehungga mencegah proses glikolisis
mendahului kemampuan siklus asam sitrat untuk menggunakan asam pirufat yang
dibentuk selama glikolisis.
Cara ketiga sintem
ATP –ADP-AMP dalam mengatur metabolisme karbohidrat selain mengatur energi yang
dilepaskan dari lemak dan protein, adalah sebagai berikut: dengan merujuk
kembali pada berbagai reaksi kimia untuk membebaskan energi, kita melihat bahwa
bila semua ADP didalam sel diubah menjadi ATP, ATP tambahan tidak dapat
dibrntuk akibatnya, seluruh rangkain reaksi yang terlibat dalam penggunaan zat
makanan glukosa, lemak dan protein untuk membentuk ATP dihentikan. Jadi, bila
ATP dipakai oleh sel untuk menggerakkan berbagai fungsi fisiologis yang berbeda
didalam sel, ADP dan AMP yang baru terbentuk akan melalui proses energi lagi
dan ADP serta AMP hampir segera kembali menjadi bentuk ATP, dalam hal ini, pada
dasarnya seluruh penyimpanan ATP secara otomatis dipertahankan, kecuali selama
aktifitas sel yang ekstrim, misal olahraga berat.
Pembebasan Energi
secara anaerob “glikolisis anaerob” kadang kadang oksigen tidak tersedia atau
tidak cukup, sehingga fosforilasi oksidatif tidak terjadi. Namun bahkan dalam
keadaan ini, sejumlah kecil energi masih dapat dibebaskan sel melalui tahapan
glikolisis dari degradasi karbohidrat, karena reaksi kimia untuk pemecahan
glukosa menjadi asam pirufat tidak memerlukan oksigen.
Proses ini sangat
mubadzir untuk glukosa sebab hanya 24000 kalori energi yang dipakai untuk
membentuk ATP untuk setiap molekul
glukosa yang dimetabolisme, yang bernilai hanya sedikit di atas 3 persen dari
total energi dalam molekul glukosa. namun, pembebasan enrgi glikolisis bagi sel
ini, yang dibut energi anaerob, dapat merupakan cara untuk mempertahakan
kehidupan selama beberapa menit ketika oksigan tidak tersedia.
Pembentukan asam laktat selama glikolisis anaerob
memungkinkan pelepasan anaerob extra. hukum kerja masa
(the law of mass action) menyatakan bahwa suatu terbentuk hasil akhir reaksi
kimia dalam medium reaksi, maka kecepatan reaksi akan menurun, yan mendekati
nol. Dua hasil akhir dari reaksi glikolisis adalah (1) asam pirufat (2) atom
hidrogen dikombinasi dengan NAD untuk membentuk NADH dan H, hasil pembentukan
salah satu atau keduanya akan menghentikan proses glikolisis dan mencegah
pembentukan ATP lebih lanjut. Bila jumlah keduanya mulai berlebihan, kedua
hasil akhir ini akan bereaksi satu sama lain untuk membentuk asam laktat
OH Dehidrogenase
laktat
CH3 C COOH +NADH+H+ 
OH
CH3 C COOH+NAD+
H (ASAM
LAKTAT)
Jadi pada keadaan
anaerob, sejumlah besar asam piruvat akan diubah menjadi asam laktat, yang
berdifusi keluar dengan mudah dari sel masuk kedalam cairan ekstrasel dan
bahkan kedalam cairan intrasel dari sel lain yang kurang aktif. Oleh karena
itu, asam laktat merupakan suatu tipe “ lubang masuk” (sinkhole) tempat produk
akhir glikolisis dapat menghilang, sehingga glikolisis dapat berlangsung jauh
lebih lama. Memang, glikolisis dapat berlanjut dalam waktu beberapa detik tanpa
adanya perubahan ini. Sebaliknya, glikolisis dapat berlanjut selama beberapa
menit, mensuplai tubuh dengan jumlah ATP esktra yang cukup banyak, bahkan dalam
keadaan tanpa adanya oksigen pernafasan
Perubahan kembali asam laktat menjadi asam piruvat saat
oksigen tersedia kembali. Bila seseorang mulai
menghirup oksigen lagi setelah suatu periode metabolisme anaerob, asam laktak
dikonfirmasi kembali menjadi asam piruvat dan NADH ditambah H+.
Sebagian besar akan dioksidasi untuk membentuk sejumlah besar ATP. Kelebihan
ATP ini kemudianmenyebabkan sebanyak
tiga perempat dari kelebihan asam piruvat yang tersisa diubah kembali menjadi
glukosa.
Dengan demikian,
sejumlah besar asam laktat yang terbentuk selama proses glikolisis anaerob
tidak hilang dari tubuh, karena begitu oksigen tersediah kembali, asam laktat
dapat diubah lagi menjadi glukosa atau langsung dapat dipakai kembali sebagai
sumber energi. Sejauh ini sebagian besar dari proses pengubahan kembali ini
terjadi di hati, tetapi sejumlah kecil dapat juga terjadi didalam jaringan
lainnya.
Pemakaian asam laktat oleh jantung sebagai sumber energi. Otot jantung terutama mampuh mengubah asam laktat menjadi asam piruvat
dan kemudian menggunakan asam piruvat sebagai sumber energi. Hal ini terjadi
lebih hebat pada aktifitas berat, saat sejumlah besar asam laktat dilepaskan
kedalam darah kedalam otot rangka dan dipakai sebagai sumber energi ekstra oleh
jantung.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar