Oksidasi Biologi

OKSIDASI BIOLOGI

MAKALAH

OKSIDASI BIOLOGI

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Biokimia

Dosen pengampu: dr Ngakan Putu DS , M.Kes

oleh

Melyani Dyah Nugraheni

6411412225

Rombel 6

JURUSAN ILMU KESEHATAN MASYARAKAT

FAKULTAS ILMU KEOLAHRAGAAN

UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

2013

OKSIDASI BIOLOGI

Seperti yang telah diketahui bahwa makhluk hidup memerlukan energy yang digunakan untuk pergerakan, pertumbuhan, sintesis biomolekul serta transport ion melintasi membrane sel. Organisme akan menggunakan energy tersebut secara efisien untuk proses hidup. Dalam rangka untuk menghasilkan energy, karbohidrat, lipid, asam amino dengan melalui jalur metabolism yang berbeda akan dipecah dan menghasilkan sejumlah molekul pembawa energy yang selanjutnya melalui proses oksidasi biologi.

Senyawa pembawa energy digolongkan menjadi 2, yaitu 1) low energy phosphates-ADP, AMP, glukosa-1 phosphate- yang bertugas menangkap energy bebas dan high energy phosphates (HEP)–kreatin fosfat, ATP, karbamoil fosfat, GTP, fosfoenol piruvat dan CTP- yang membawa energy tinggi untuk diberikan kepada reaksi biokimia. Terdapat tiga sumber utama senyawa HEP dalam konsevasi energy yaitu dari 1) proses glikolisis, 2) siklus asam sitrat, dan 3) fosforilasi oksidatif.

NADH yang merupakan hasil dari siklus Krebs yang terjadi dalam mitokondria akan digunakan dalam reaksi reduksi untuk menghasilkan ATP yang merupakan molekul pembawa energy melalui proses fosforilasi oksidatif. Banyak manifestasi berkaitan dengan adanya radikal bebas yang merupakan hasil dari proses oksidasi biologi seperti penuaan dini, namun mekanisme perjalanan penyakit tersebut masih sulit untuk dijelaskan.

Pengertian Reaksi Oksidasi

Reaksi Oksidasi dapat didefinisikan sebagai peristiwa kehilangan elektron atau kehilangan hydrogen, sehingga disebut juga reaksi dehidrogenasi. Bila suatu senyawa dioksidasi maka harus ada senyawa lain yang direduksi, yaitu akan memperoleh elektron atau memperoleh hydrogen.(Sri Widya : 2000)

Secara kimiawi, oksidasi di definisikan sebagai pengeluaran electron dan reduksi sebagai penangkapan electron, sebagaimana di lukiskan oleh oksidasi ion fero menjadi feri e (elektron) Fe 2+ ¬ Fe3+ . Dengan demikian, oksidasi selalu disertai reduksi aseptor electron. Prinsip ini osidasi – reduksi ini berlaku pada berbagai sistem biokimia dan merupakan konsep penting yang melandasi pemahaman sifat oksidasi biologi. kita ketahui bahwa banyak oksidasi biologi dapat berlangsung tanpa peran serta molekul oksigen, misalnya : dehidrogenasi.

Pengertian sempit oksidasi biologi: reaksi suatu zat dengan molekul oksigen.

Pengertian luas oksidasi biologi : pelepasan hidrogen (dehidrogenasi) atau pelepasan elektron.

Dalam oksidasi biologi diperlukan hidrogen/elektron, dalam reaksi, apabila ada yang dioksidasi pasti ada yang direduksi.

Misal :

XH2 + Y —> YH2 +X

(reaksi dehidrogenasi)

Y= yang direduksi (aseptor hidrogen)

X = yang dioksidasi

Enzim yang mengkatalisori : dehidrogenase

Respirasi : karbohidrat + O2 —> CO2 +H2O + E

Respirasi merupakan proses oksidasi – reduksi :

Karbohidrat dioksidasi menjadi CO2

Oksidasi (O2) direduksi membentuk H2O

Jadi dalam respirasi Karbohidrat tidak bereaksi dengan oksigen

Oksigen berperan sebagai aseptor hidrogen terakhir pada proses oksidasi senyawa karbohidrat

Misal :

XH2 + Y —-> YH2 + X

YH2 + 1/2O2 —-> Y + H2O

XH2 Y H2O

x ————- x

X YH2 O2

Akseptor Hidrogen

Reaksi dapat lebih panjang. Sebelum hidrogen diterima oksigen, dipindah tangankan melalui beberapa aseptor hidrogen

Pada setiap hidrogen pindah ke aseptor hidrogen akan keluar energi. Hidrogen terakhir diterima oleh oksigen menjadi H2O. Beberapa aseptor hidrogen adalah :

1.NAD (nikotin amida dinukleotida)

2.NADP (nikotin amida dinukleotida pospat)

3.FAD (flavo adenin dinukleotida)

4.Sitokrom, masing2 dg enz dehidrogenase yg sesuai.

Fungsi Reaksi Oksidasi Biologi

Di dalam system biologi sel makhluk hidup, reaksi oksidasi reduksi berperan dalam reaksi-reaksi yang menghasilkan energy. Contohnya pada oksidasi glukosa menjadi CO₂, air dan energy.

Proses oksidasi reduksi ini dapat berlangsung secara anaerob maupun aerob. pada keadaan aerob reaksi berlangsung tanpa adanya oksigen sebagai penerima akhir elektron atau hydrogen. Contohnya adalah proses peragian karbohidrat oleh sel ragi. Karbohidrat seperti pati, glukosa, sukrosa, dll. Dapat diuraikan oleh enzim-enzim yang terdapat di dalam ragi menjadi CO₂dan etanol. Pada keadaan aerob reaksi berlangsung dengan menggunakan oksigen sebagai penerima akhir elektron atau hydrogen. Keadaan ini dapat ditemukan pada berbagai sel hidup dalam lingkungan yang cukup oksigen. Hasil akhir oksidasi aerob adalah CO₂ dan air.

Dari uraian tersebut, tampak bahwa baik pada keadaan aerob maupun anaerob, oksidasi selalu menghasilkan CO₂. Perbedaan hanya pada terbentuknya air (pada oksidasi aerob) dan etanol (anaerob).

Dari fakta ini dapat disimpulkan bahwa oksidasi aerob merupakan oksidasi lengkap. Hal ini dapat dipahami karena air tidak dapat dioksidasi lagi, sedangkan etanol masih dapat dioksidasi lebih lanjut.

Oksidasi biologi berbeda dengan oksidasi yang terjadi dalam system bukan biologi, tidak berlangsung secara sekaligus tanpa kendali, tetapi secara bertahap. Untuk itu diperlukan sejumlah enzim yang bekerja sama dalam memindahkan elektron atau hydrogen.

sebuah sel memperoleh energy dari molekul gual atau protein dengan membiarkan atom-atom karbon dan hidrogennya bersenyawa dengan oksigen membentuk CO₂ dan H₂O. oksidasi sel berlangsung secara bertahap. proses itu dipecah menjadi sejumlah reaksi dan hanya sebagian kecil saja yang secara langsung melibatkan penambahan oksigen.

Oksidasi tidak hanya diartikan sebagai penambahan atom-atom oksigen, oksidasi lebih tepat bila digunakan untuk seua reaksi dimana elektron-elektron dipindahkan dari satu atom ke atom yang lain. Oksidasi dalam pengertian ini didefinisikan sebagai pelepasan elektron sedangkan reduksi penambahan elektron.

Walaupun secara energy bentuk karbon yang sering dijumpai adalah CO₂ dan untuk hydrogen adalah H₂O. kedua molekul itu sesungguhnya berada dalam keadaan stabil dan membutuhkan energy aktifasi agar dapat mencapai konfigurasi yang lebih stabil. Katalisator protein yang sangat spesifik atau enzim bergabung dalam molekul-molekul biologi sedemikian rupa sehingga bahan tersebut mengurangi energi aktifasi reaksi-reaksi tertentu yang harus dijalani oleh molekul-molekul tersebut. Sebagian energi yang dilepaskan dalam reaksi oksidasi dimanfaatkan dalam pembentukan ATP. ATP berfungsi sebagai media penyimpan energi yang baik untuk menggerakkan berbagai reaksi kimia yang dibutuhkan oleh sel.

Didalam sel yang sedang bernafas secara aerobik oksidasi menjadi aseti co enzim A dan CO2. Oksidasi dalam tahap ini memerlukan 3 kelompok enzim

1. Kelompok piruvat dehidrogenase meng-oksidasi dan mengadakan dekarboksilasi oksidatif menjadi suatu bentuk asetat yaitu tioester asetil CoA

2. Daur krebs asam trikarboksilat mengoksidasi karbon menjadi CO₂ dan membentuk NADH dan FADH2

3. Rantai pernafasan dari enzim pemindah elektron mengoksidasi kembali ko enzim NADH dan FADH2 yang telah diproduksi oleh reaksi-reaksi dehidrogenase dari katabolisme. Pada pernafasan elektron dan proton yang semula diturunkan dari molekul-molekul makanan, akhirnya bereaksi dengan O2 untuk menghasilkan H₂O. Rantai pernafasan enzim terletak di membran mitokondria dalam dan akseptor elektron akhiran adalah oksigen. Energi redoks yang diperoleh dengan reaksi-reaksi pertukar elektron ini sebagian di tersimpan oleh penggabungan pemindahan elektron pada fosforilasi ADP. Selain abekerja sebagai akseptor elektron akhir untuk koenzim-koenzim FADH2 dan NADH yang di hassilkan pada dehidrogenasi metokondrial, maka rantai pernafasan dapat memenfaatkan jalur-jalur reaksi tertentu untuk bertindak sebagai akseptor elektron akhir bagi NADH yang di hasilkan didalam sito plasma misalnya glikolisis aerobik

Semua proses ini terjadi di dalam mitokondria

Implementasi Oksidasi Biologi

Oksidasi biologi dalam peragian makanan

Peragian (bahasa Inggris: brewing, dibaca /bruwing/) adalah proses yang menghasilkan minuman beralkohol melalui fermentasi. Metode ini digunakan dalam produksi bir, sake, dan anggur. Peragian memiliki sejarah yang panjang, dan bukti arkeologi menunjukkan bahwa teknik ini telah digunakan di Mesir kuno. Berbagai resep bir ditemukan dalam tulisan-tulisan Sumeria. Tempat pembuatan bir dinamakan brewery (bahasa Inggris) atau brauerei (bahasa Jerman).

Di dalam sel ragi terjadi reaksi oksidasi biologi, yaitu reaksi karbohidrat menjadi CO₂dan etanol dalam keadaan anaerob. Karbohidrat seperti sukrosa, glukosa dapat diuraikan dalam keadaan anaerob oleh enzim-enzim dalam ragi menjadi CO₂ dan etanol. Namun zat makanan laktosa tidak dapat diragikan. Oleh karena itu biasanya orang membuat tape dengan bahan singkong atau beras ketan.

Oksidasi biologi dan kaitannya dengan Antioksidan

Oksigen digunakan untuk pembakaran zat makanan yang disebut proses oksidasi biologis. Proses oksidasi menghasilkan energi yang digunakan untuk berbagai aktivitas. Sedangkan sisa oksidasi berupa karbon dioksida dan uap air dikeluarkan bersama udara yang dihembuskan ketika bernapas.

Oksidasi sangat bermanfaat dalam memenuhi kebutuhan energy sel. Namun jika oksidasi terjadi pada sel asing dalam tubuh atau lemak jahat, akan berakibat pada timbulnya radikal bebas. Dan berefek pada timbulnya sel-sel kanker.

Antioksidan merupakan zat yang mampu memperlambat atau mencegah proses oksidasi. Zat ini secara nyata mampu memperlambat atau menghambat oksidasi zat yang mudah teroksidasi meskipun dalam konsentrasi rendah. Antioksidan juga sesuai didefinisikan sebagai senyawa-senyawa yang melindungi sel dari efek berbahaya radikal bebas oksigen reaktif jika berkaitan dengan penyakit, radikal bebas ini dapat berasal dari metabolisme tubuh maupun faktor eksternal lainnya.

Radikal bebas adalah spesies yang tidak stabil karena memiliki elektron yang tidak berpasangan dan mencari pasangan elektron dalam makromolekul biologi. Protein lipida dan DNA dari sel manusia yang sehat merupakan sumber pasangan elektron yang baik. Kondisi oksidasi dapat menyebabkan kerusakan protein dan DNA, kanker, penuaan, dan penyakit lainnya. Komponen kimia yang berperan sebagai antioksidan adalah senyawa golongan fenolik dan polifenolik. Senyawa-senyawa golongan tersebut banyak terdapat dialam, terutama pada tumbuh-tumbuhan, dan memiliki kemampuan untuk menangkap radikal bebas. Antioksidan yang banyak ditemukan pada bahan pangan, antara lain vitamin E, vitamin C, dan karotenoid.

Berdasarkan asalnya, antioksidan terdiri atas antioksigen yang berasal dari dalam tubuh (endogen) dan dari luar tubuh (eksogen). Adakalanya sistem antioksidan endogen tidak cukup mampu mengatasi stres oksidatif yang berlebihan. Stres oksidatif merupakan keadaan saat mekanisme antioksidan tidak cukup untuk memecah spesi oksigen reaktif. Oleh karena itu, diperlukan antioksidan dari luar (eksogen) untuk mengatasinya.

Antioksidan alami

Antioksidan alami biasanya lebih diminati, karena tingkat keamanan yang lebih baik dan manfaatnya yang lebih luas dibidang makanan, kesehatan dan kosmetik. Antioksidan alami dapat ditemukan pada sayuran, buah-buahan, dan tumbuhan berkayu. Metabolit sekunder dalam tumbuhan yang berasal dari golongan alkaloid, flavonoid, saponin, kuinon, tanin, steroid/ triterpenoid. Quezada et al. (2004) menyatakan bahwa fraksi alkaloid pada daun “Peumus boldus” dapat berperan sebagai antioksidan. Zin “et al”. (2002) menyatakan bahwa golongan senyawa yang aktif sebagai antioksidan pada batang, buah, dan daun mengkudu berasal dari golongan flavonoid. Gingseng yang berperan sebagai antioksidan, antidiabetes, antihepatitis, antistres, dan antineoplastik, mengandung saponin glikosida (steroid glikosida). Uji aktivitas antioksidan yang dilakukan pada daun “Ipomea pescaprae” menunjukkan keberadaan senyawa kuinon, kumarin, dan furanokumarin. Tanin yang banyak terdapat pada teh dipercaya memiliki aktivitas antioksidan yang tinggi. Sementara itu, Iwalokum “et al”.(2007)menyatakan bahwa “Pleurotus ostreatus” yang mengandung triterpenoid, tanin, dan sterois glikosida dapat berperan sebagai antioksidan dan antimikrob.