Energi dan Metabolisme
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Overview: The Energy of Life Sel hidupMerupakan pabrik kimiawi mini, tempat terjadinya ribuan reaksi dalam ruang berukuran mikroskopikMengubah energi dalam banyak cara
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Beberapa organisme Convert energy to light, as in bioluminescence
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Concept 1: Metabolisme organisme mentransformasi materi dan energi berdasarkan hukum termodinamikaMetabolismeMerupakan keseluruhan reaksi kimia dalam organismeMuncul dari interaksi antar molekul dalam lingkungan sel yang teratur
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Organisasi Kimia Kehidupan dalam Jalur-jalur MetabolikJalur metabolik (metabolic pathway) memiliki karakteristik :Dimulai dari molekul spesifik yang kemudian diubah dalam serangkaian langkah yang jelas sehingga menghasilkan produk tertentuDikatalis oleh enzim tertentu
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Jalur katabolikMemecahmolekul komplek menjadi molekul sederhanaMelepaskan energiMisalnya respirasi seluler yang menguraikan gula glukosa dan molekul organik lain menjadi karbon dioksida dan air dengan kehadiran oksigen.Energi yang tersimpan dalam molekul organik bisa digunakan sel untuk melakukan kerja, misalnya untuk transpor membran
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Jalur anabolikMembangun molekul komplek dari molekul sederhanaMengkonsumsi energiMisalnya sintesis protein dari asam-asam amino
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Bentuk energiEnergiMerupakan kemampuan untuk mengakibatkan perubahan atau kemampuan untuk menyusun-ulang materiTerdapat dalam beberapa bentukKerja kehidupan tergantung poada kemampuan sel untuk mentransformasi energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Energi KinetikMerupakan energi yang berkaitan dengangerakBenda yang bergerak dapat melakukan kerja dengan memberikan gerak pada materi lain, misal kontraksi otot kaki mendorong pedal sepedaPanas atau kalor (energi termal) adalah energi kinetik yg berasosiasi dgn pergerakan acak atom atau molekulCahaya juga merupakan jenis energi yg dpt ditangkap utk melakukan kerja, misal pd fotosintesis
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Energi PotensialEnergi yg tersimpan dalam materi krn lokasi atau strukturnya, misal molekul memiliki energi karena atom-atomnya.Energi kimia adalah energi potensial yg tersedia untuk dilepaskan dalam reaksi kimiaGlukosa mengandung banyak energi kimia, yg selama reaksi katabolik, atom-atom disusun ulang dan energi dipaskan sehingga menghasilkan produk penguraian yang berenergi lebih rendah.
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Struktur dan jalur biokimiawi sel memungkinkan sel melepaskan energi kimia dari molekul makanan yang memberikan tenaga bagi proses-proses kehidupan
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Energi bisa diubah, dari satu bentuk ke bentuk lainnya
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Hukum Perubahan EnergiTermodinamikaMerupakan studi mengenai perubahan energi Organisme merupakan sistem terbuka, dimana energi dan materi dapat ditransfer antara sistem dan lingkunganOrganisme menyerap energi, misal energi cahaya atau kimia dalam bentuk molekul organik, dan melepaskan panas dan sisa metabolik seperti CO2 ke lingkungan
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Hukum Termodinamika IEnergi di semesta bersifat konstanEnergi dapat ditransfer dan diubah, tapi tidak dapat diciptakan maupun dihilangkan.Misal : dengan mengubah cahaya matahari menjadi energi kimia, tumbuhan hijau bekerja sebagai transformer energi, bukan pembuat energi
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Contoh perubahan energi
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Hukum II TermodinamikaPada setiap transfer atau transformasi energi, sejumlah energi menjadi energi yg tidak dpt digunakan (anusable) dan tdk dpt tersedia untuk kerja, tetapi akan diubah menjadi panas, atau energi yg berasosiasi dg pergerakan acak atom dan molekul
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Concept 2: Perubahan energi bebas suatu reaksi menunjukkan apakah reaksi tersebut berlangsung spontan atau tidak
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Perubahan energi bebas ( G )Energi bebas suatu sistem kehidupanmerupakan energi yang dapat melakukan kerja dalam tingkat seluler, ketika suhu dan tekanan seragam di seluruh sistem
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Perubahan energi bebas dapat dihitung untuk suatu reaksi kimia sbb :Secara langsung berkaitan dengan perubahan entalpi (H) dan perubahan entropi
H = perubahan entalpi sistem ( energi total)S= perubahan entropi sistemT = suhu mutlak dalam Kelvin (K=oC +273)G = H TS
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Hanya proses dengan G negatif yg bersifat spontan (proses terjadi tanpa masukan energi dari luat)
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Free Energy, Stability, and EquilibriumOrganismehidupdengan mengorbankanenergi bebasPada reaksi spontanEnergi bebas berkurang, dan stabilitas sistem meningkat.
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
At maximum stabilityThe system is at equilibrium
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Exergonic and Endergonic Reactions in MetabolismReaksi eksergonikBerlangsung diiringi pelepasan netto energi bebas, terjadi secara spontan
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Reaksi endergonikReaksi yg menyerap energi bebas dari lingkungannya, tidak spontan
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Equilibrium and MetabolismReaksi dalam sistem tertutupPada akhirnya akan mencapai keseimbangan
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Sel dalam tubuh kitaSehubungan dengan aliran konstan material masuk dan keluar, sel akan mencegah jalur metabolisme mencapai keseimbangan
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Analogi respirasi selular
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Concept 8.3: ATP memberikan tenaga bagi kerja seluler dengan menggabungkan reaksi eksergonik dan endergonikSuatu sel melakukan 3 macam pekerjaan :Kerja kimiawi, mendorong rekasi endergonik yg tdk spontan, misal sintesis polimerTransport, pemompaan zat melintasi membran melawan pergerakan spontanKimia, misal kontraksi sel otot
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
PenggabunganMerupakan kunci dalam pengelolaan sumber daya energi sel untuk melakukan kerjaPenggunaan reaksi eksergonik untuk menggerakkan reaksi endergonik.ATP sbg perantara sebagian besar penggandengan energi dalam sel dan sebagai sumber energi langsung yg memberikan tenaga bagi kerja selulet
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
The Structure and Hydrolysis of ATPATP (adenosine triphosphate)Merupakan penghasil energi selMenyediakan energi untuk fungsi seluler
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Energi dilepaskan oleh ATPKetika sambungan ikatan fosfat pecah
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Hidrolisis ATPBisa digabungkan dengan reaksi lain
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Bagaimana ATP Melakukan KerjaATP menggerakkan reaksi endergonik Dengan fosforilasi, mentransfer fosfat untuk molekul lainnya
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Tiga tipe kerja seluler digerakkan melalui hidrolisis ATP
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Regenerasi ATPJalur Katabolik Menggerakkan regenerasi ATP dari ADP dan fosfat
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Concept 8.4: Enzim mempercepat reaksi metabolisme dengan mengurangi barier energi Suatu katalisMerupakan suatu agen kimia yg mempercepat suatu reaksi tanpa dikonsumsi reaksi tersebut
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
An enzymeIs a catalytic protein
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Barier aktivasiSetiap reaksi kimia diantara molekul Melibatkan baik pemecahan ikatan maupun pembentukan ikatan
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
The hydrolysisIs an example of a chemical reaction
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
The activation energy, EAIs the initial amount of energy needed to start a chemical reactionIs often supplied in the form of heat from the surroundings in a system
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
The energy profile for an exergonic reaction
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
How Enzymes Lower the EA BarrierAn enzyme catalyzes reactionsBy lowering the EA barrier
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
The effect of enzymes on reaction rate
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Substrate Specificity of EnzymesThe substrateIs the reactant an enzyme acts onThe enzymeBinds to its substrate, forming an enzyme-substrate complex
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
The active siteIs the region on the enzyme where the substrate binds
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Induced fit of a substrateBrings chemical groups of the active site into positions that enhance their ability to catalyze the chemical reaction
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Catalysis in the Enzymes Active SiteIn an enzymatic reactionThe substrate binds to the active site
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
The catalytic cycle of an enzyme
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
The active site can lower an EA barrier byOrienting substrates correctlyStraining substrate bondsProviding a favorable microenvironmentCovalently bonding to the substrate
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Effects of Local Conditions on Enzyme ActivityThe activity of an enzymeIs affected by general environmental factors
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Effects of Temperature and pHEach enzymeHas an optimal temperature in which it can function
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Has an optimal pH in which it can function
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
CofactorsCofactorsAre nonprotein enzyme helpersCoenzymesAre organic cofactors
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Enzyme InhibitorsCompetitive inhibitorsBind to the active site of an enzyme, competing with the substrate
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Noncompetitive inhibitorsBind to another part of an enzyme, changing the function
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Concept 8.5: Regulation of enzyme activity helps control metabolismA cells metabolic pathwaysMust be tightly regulated
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Allosteric Regulation of EnzymesAllosteric regulationIs the term used to describe any case in which a proteins function at one site is affected by binding of a regulatory molecule at another site
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Allosteric Activation and InhibitionMany enzymes are allosterically regulated
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
They change shape when regulatory molecules bind to specific sites, affecting function
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
CooperativityIs a form of allosteric regulation that can amplify enzyme activity
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Feedback InhibitionIn feedback inhibitionThe end product of a metabolic pathway shuts down the pathway
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Feedback inhibition
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Specific Localization of Enzymes Within the CellWithin the cell, enzymes may beGrouped into complexesIncorporated into membranes
Copyright 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Contained inside organelles
