BIOENERGETIKA

PENDAHULUAN

Bioenergetika adalah ilmu yang mempelajari tentang perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Semua mahluk hidup harus beraktivitas  agar tetap hidup, tumbuh dan  bereproduksi, sementara itu semua mahluk hidup mempunyai  kemampuan untuk menghasilkan energi. Sehingga dapat dikatakan bahwa semua mahluk hidup mempunyai  kemampuan untuk mengubah energi untuk  aktivitas biologisnya.

Energi adalah kapasitas untuk melakukan pekerjaan atau kemampuan untuk membuat perubahan. Semua perubahan di alam ini memerlukan energi. Energi ini terdapat dalam dua bentuk yaitu Energi potensial atau  energi simpanan (termasuk energi kimiawi yang tersimpan dalam molekuk, tidak ada perubahan) dan Energi kinetik adalah yang menyebabkan perubahan (energi yang dihubungkan /diasosiasikan dengan gerak).

Pada sistem Non Biologis seperti pada mesin, alat teknik dll energi panas dapat diubah menjadi energi mekanis atau energi listrik. Sedangkan pada sistem Biologis atau makhluk hidup bersifat isotermis (seimbang), sehingga manusia hanya menggunakan energi panas untuk mempertahankan suhu tubuh tanpa dapat diubah menjadi energi mekanik dan energi listrik. Dan pada sistem biologis ini akan menggunakan energi kimia untuk menjalankan proses-proses kehidupan.

Pada sistem biologis ternyata mengikuti hukum dasar Termodinamika pertama dan kedua. pada hukum Termodinamika pertama menyatakan bahwa "energi total suatu sistem tidak hilang atau bertambah selama perubahan, melainkan energi dipindahkan antar bagian sistem dan dapat diubah menjadi energi bentuk lain". Sedangkan pada hukun Termodinamika kedua, menyatakan bahwa "entropi (tingkat kekacauan) total suatu sistem harus meningkat jika suatu proses terjadi secara spontan". Penggabungan dari kedua hukum Termodinamika ini menghasilkan sebuah 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 yang berlangsung spontan dan bersifat eksergonik, sedangkan jika ∆G bernilai positif maka reaksi yang berlangsung tidak spontan dan bersifat endergonik, dan jika ∆G bernilai nol maka sistem berada dalam keseimbangan.

Pada sistem biologis dikenal istilah Endergonik untuk proses yang memerlukan energi dan Eksergonik untuk proses yang menghasilkan energi. Penggunaan istilah ini untuk menunjukkan bahwa suatu proses masing-masing disertai oleh kehilangan atau penambahan energi bebas dalam segala bentuk. Reaksi eksergonik disebut juga sebagai Katabolisme (reaksi penguraian), dan reaksi endergonik disebut juga sebagai Anabolisme (reaksi sintesis/pembentukan). Reaksi Endergonik dan Eksergonik dalam prakteknya tidak dapat berjalan secara sendiri-sendiri, keduanya saling berkaitan dan ketergantungan. Salah satu bukti adanya ketergantungan ini adalah pada proses yang terjadi didalam tubuh manusia. Makanan yang dimakan oleh 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. Nilai untuk hidrolisis fosfat terminal pada ATP terbagi kedalam 2 kelompok, yaitu fosfat berenergi-rendah dan fosfat berenergi-tinggi. Contoh fosfat bernergi-rendah adalah ester fosfat dan contoh fosfat berenergi-tinggi berupa anhidrida, enolfosfat, dan fosfoguanidin dll. Fosfat berenergi-tinggi di simbolkan dengan ~P. Oleh karena itu pada ATP mengandung dua gugus fosfat berenergi tinggi, ADP mengandung satu fosfat berenergi tinggi, sementara AMP termasuk fosfat berenergi rendah.

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 dalam proses fosforilasi oksidatif yang banyak terdapat dalam organisme anaerob, dalam proses glikolisis yang berasal dari pembentukan laktat dari suatu molekul glukosa, dan pada siklus asam sitrat yang berasal secara langsung dari siklus ditahap suksinil tiokinase. 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.

Ada 3 sumber utama ~℗ yang berperan dalam konservasi atau penangkapan energi.

1.      Fosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif adalah sumber ~℗ terbesar dalam organisme aerobik. Energi bebas untuk menggerakkan proses ini berasal dari oksidasi rantai respirasi di dalam mitokondria dengan menggunakan oksigen.

2.      Glikolisis

Dalam glikolisis terjadi pembentukan netto dua ~℗ yang terjadi akibat pembentukan laktat

3.      Siklus asam sitrat

Dalam siklus asam sitrat satu ~℗ dihasilkan langsung pada tahap suksinil tiokinase.

Peran penggunaan ATP yang lain adalah dapat menggabungkan reaksi yang secara termodinamika kurang menguntungkan dengan reaksi yang lebih menguntungkan. Contohnya pada fosforilasi glukosa menjadi glukosa 6-fosfat. Pada tahap reaksi ini sangat endergonik dan tidak dapat berlangsung secara fisiologis sehingga perlu adanya penggabungan dengan reaksi hidrolisis fosfat terminal ATP yang bersifat secara eksergonik, sehingga kedua reaksi ini dapat terjadi.

Tabel 1.1 Energi bebas baku hasil hidrolisis beberapa senyawa

organofosfat yang memiliki peran penting dalam biokimia

Senyawa	ΔG0
	kJ/mol	kkal/mol
Fosfoenolpiruvat Karbamoil fosfat 1,3-bifosfogliserat (sampai 3-fosfogliserat) Kreatin fosfat ATP à ADP + Pi ADP à AMP + Pi Pirofosfat Glukosa 1-fosfat Fruktosa 6-fosfat AMP Glukosa 6-fosfat Gliserol 3-fosfat	-61,9 -51,4 -49,3 -43,1 -30,5 -27,6 -27,6 -20,9 -15,9 -14,2 -13,8 -9,2	-14,8 -12,3 -11,8 -10,3 -7,3 -6,6 -6,6 -5,0 -3,8 -3,4 -3,3 -2,2

Dalam reaksi-reaksi yang terjadi dalam biokimia, terdapat peranan enzim sebagai zat yang dapat mempercepat tercapainya suatu reaksi, contohnya :

1. Pada reaksi fosforilasi glukosa menjadi glukosa 6-fosfat melibatkan katalis enzim heksosinase.
2. Pada perubahan ATP + AMP < -- > ADP melibatkan enzim Adenilil Kinase
3. Pada pembentukan AMP dari suatu ATP melibatkan enzim Asil-KoA Sintetase
4. Pada pembentukan nukleosida trifosfat dari suatu difosfatnya melibatkan enzim Nukleosida difosfat Kinase, dan
5. Pada pembentukan nukleosida difosfat dari monofosfatnya melibatkan enzim Nukleosida Monofosfat Kinase Spesifik

REFERENSI

Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW, 2003, Biokimia Harper, Edisi XXV, Penerjemah Hartono Andry, Jakarta: EGC  

Stryer L, 1996, Biokimia, Edisi IV, Penerjemah: Sadikin dkk (Tim Penerjemah Bagian Biokimia FKUI),  Jakarta: EGC

http://www.biology.arizona.edu\biochemistry, 2003, The Biology Project-Biochemistry

http://www.bioweb.wku.edu\courses\BIOL115\Wyatt, 2008, WKU Bio 113 Biochemistry