Sistem Transport Elektron - STE

Inilah konsepnya pembentukan ATP dengan menggunakan Sistem Transport Elektron  pada mitokondria :

1. Energi yang dihasilkan oleh sistem transport elektron menghasilkan sistem transport aktif untuk mengeluarkan H+
2. Sistem transport aktif memompa proton (H+) dari matriks ke ruang intermembran
3. Gradient proton terbentuk dengan pH di luar lebih rendah dibanding di dalam, proton yang ada di luar harus kembali lagi ke dalam matriks untuk menyamakan kondisi pH.
4. Ketika proton kembali ke dalam matriks melewati enzim ATP sintase, maka energi bebas terbentuk (21kj/mol untuk tiap H) dan digunakan untuk menyatukan 1 molekul ADP dengan 1 molekul phosphat yang ada di matriks mitokondria untuk membentuk 1 molekul ATP.

Komponen bergerak sistem transport elektron pada membran adalah : koenzim Q dan sitokrom C

Komponen yang terlibat dalam sistem transport elektron adalah:

NAD+ dan NADH

Nicotinamide Adenine Dinucleotide, dibentuk oleh penambahan inti Hidrogen dan dua elektron hydride ion ke NAD+. Cincin Nicotinamide akan kurang stabil saat menerima ion hidrida, akibatnya elektron ion hidrida dari NADH dapat dengan mudah ditransfer.

Protein Fe-S(Besi Sulfur)

Berikatan dengan flavoprotein (metaflavoprotein) dan dengan sitokrom b

Ubiquinone/Coenzyme Q

Terdapat dalam mitokondria dalam bentuk kuinon teroksidasi (aerob) dan kuinol tereduksi (anaerob), merupakan unsure pembentuk lipida, rumus bangun mirip vitamin K dan E, menyerupai plastokuinon (pada kloroplas), rantai samping poliisosprenoid, pengumpul ekivalen pereduksi dari suksinat kolinn, gliserol-3-fosfat, sarkosin, dimetilglisin, asilkoa, yang berikatan langsung dengan rantai respirasi lewat enzim (Flavoprotein dehidrogenase), menerima aliran ekivalen pereduksi dari NADH Dehidrogenase, mengalirkan elektron melewati rangkaian sitokrom menuju molekul Oksigen.


Pelepasan atom H pada waktu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Kreb's jika tdak ditangkap oleh NAD atau FAD akan menyebabkan peningkatan ion H di bagian dalam sel dan akan menyebabkan sel keracunan. NAD ataupun FAD bisa berikatan dengan atom H adalah karena sifat dari kedua molekul tersebut (NAD/FAD) bersifat sebagai oksidator yang kuat sehingga sangat mudah untuk berikatan dengan H.

selanjutnya NAD atau FAD harus tetap tersedia di dalam sel sebagai oksidator, oleh karenanya NAD/FAD yang sudah berikatan dengan atom H menjadi bentuk NADH/FADH harus segera melepas/membuang ion H tersebut. NADH/FADH akan melepaskan atom H sebagai elektron pada suatu sistem yang disebut Sistem Trasnport Elektron.

Alasan harus digunakan Sistem Transport Elektron adalah karena sistem ini akan melepas energi yang besar secara bertahap. Jika atom H langsung dilepaskan dari NAD/FAD dan diterima oleh oksigen tanpa melalui Sistem Transport Elektron maka akan terjadi ledakan energi di dalam sel. oleh karenanya agar tidak terjadi ledakan dilepaskanlah energi itu perlahan-lahan dalam sistem ini.

ATP dapat dibentuk pada waktu elektron dipindahkan dari NADH dan FADH2 ke O2 adalah karena ada pembebasan energi yang cukup besar untuk menyatukan 1 gugus phosphat dengan 1 molekul ADP antara senyawa penerima elektron sebelum dan sesudahnya. Untuk lebih jelasnya lihat perhatikan gambar Sistem Transport Elektron berikut ini:

Sistem Transport Elektron pada membran dalam mitokondria/krista[/caption]

keterangan gambar:

1. ENZIM NADH DEHIDROGENASE -->kompleks enzim I


2. KOMPLEKS PROTEIN-SITOKROM (BC1 KOMPLEKS) -->kompleks enzim  III


3. KOMPLEKS SITOKROM OKSIDo reduktase --> kompleks enzim IV

Ketiga protein tersebut memiliki kelebihan untuk memindahkan elektron ke aseptor elektron berikutnya dan mengeluarkan ion H+ dari matriks (yang dilepaskan NADH kematriks mitokondria)  ke ruang antar membran pada mitokondria. Akibatnya ruang antar membran lebih kaya ion hidrogen dibandingkan dengan matriks mitokondria. sedangkan protein yang palaing kanan adalah ATP-sintase yang berfungsi menggabungkan ADP dengan P untuk membentuk ATP.

inilah mekanismenya:

I. Pengikatan NADH pada kompleks enzim I, dan diikuti pelepasan 2 elektron. elektron memasuk kompleks enzim I via gugus prostetik FMN yang melekat pada kompleks enzim I. penempelan tersebut mengubah FMN menjadi dalam bentuk tereduksi FMNH2 yang berarti merupakan oksidator yang kuat dan akan diteruskan ke rangakaian cluster besi dan sulfur (gugus prostetic berikutnya) sepanjang kompleks enzim I.

Setelah elektron melewati kompleks enzim I, maka 4 proton akan dipompa dari matriks mitokondria ke ruang antar membran. Secara pasti penjelasan peristiwa  ini masih belum jelas dalam dunia ilmiah., tetapi untuk sementara dijelaskan dengan keterlibatan perubahan komformasi bentuk kompleks enzim I yang menyebabkan protein mengikat proton pada sisi-N dari membran dan membebaskan mereka pada sisi-P membran. Akhirnya, elektron ditransfer dari rantai cluster besi-sulfur ke molekul ubikuinon(Q) di membran dalam. Reduksi ubikuinon juga memberi kontribusi untuk menciptakan gradient proton dengan cara mengeluarkan dari matriks pada saat tereduksi menjadi ubikuinol(QH2)

II..Succinate-Q oxidoreductase, dikenal juga sebagai kompleks enzim II/ suksinat dehidrogenase,adalah entri point kedua dalam sistem transport elektron. kompleks enzim II terdiri dari 4 sub unit dan mengandung ikatan kofaktor flavin adenin dinukleotida(FAD), klaster besi-sulfur, dan sebuah gugus heme yang tidak berpartisipasi pada transfer elektron ke koenzim Q. kompleks enzim II mengoksidasi suksinat menjadi fumarat dan mereuksi ubikuinon. pembebasan energi yang dihasilkan lebih kecil daripada oksidasi NADH, komleks II tidak memindahkan elektron melewati membran dan tidak memberikan kontribusi membentuk gradien proton.

Q-cytochrome c oxidoreductase iii. Q-sitokrom c oksidoreduktase juga dikenal dengan, kompleks sitokrom bc1, atau kompleks III. setiap kompleks mengandung 11 subunit protein , sebuah[2Fe-2S] klaster besi-sulfur dan 3 cytochromes: 1 cytochrome c₁ and 2 b cytochromes.^[35] Sitokrom adalah semacam protein yang bisa mentransfer elektron yang mengandung sekurang-kurangnya gugus heme. atom besi yang terdapat pada kompleks III memberikan bentuk alternatif  antara ferro yang tereduksi dan feri yang teroksidasi karena elektron yang ditranser sepanjang membran.

Reaksi yang dikatalisis oleh kompleks III adalah mengoksidasi satu molekul ubikuinol dan mereduksi 2 molekul sitokrom c., Sebuah protein heme kehilangan hubungan dengan mitokondria. Tidak sperti koenzim Q, yang membawa 2 elektron, sitokrom c hanya memwabawa 1 elektron saja.

Karena hanya bisa mengangkut satu elektron saja dari OH2 ke sitokrom c dalam sekali waktu makaharus terjadi dalam 2 tahap yang disebut siklus Q. Kemudian karena koenzim Q tereduksi menjadi ubikuinol pada sisi dalam membran dan teroksidasi menjadi bentuk ubikuinon di bagian luar, pengeluaran proton terjadi lagi sehingga menambahkan kekuatan gradient proton.^[3]

sitokrom c oksidase (kompleks IV)

info detail silahkan klik link berikut: cytochrome c oxidase.

Complex IV: cytochrome c oxidase.

Cytochrome c oxidase, dikenal juga sebagai kompleks IV, merupakan kompleks protein yang terakhir dalam STE. ^[38] mengandung 13 subunits protein, 2 gugus heme, 3 atoms ion metal yaitu 1 copper, 1 magnesium and 1 zinc.^[39]

Enzim ini berfungsi mentransfer elektron ke oksigen, sementara memompa proton melewati membran sehingga berkontribusi dalam menciptkan gradien proton.^[40] Oksigen sebagai aseptor elektron terakhir akan direduksi menjadi air pada tahap ini. reaksinya yaitu mengkatalisis oksidasi sitokrom c dan reduksi oksigen.

dehidrogenase), menerima aliran ekivalen pereduksi dari NADH Dehidrogenase, mengalirkan elektron melewati rangkaian sitokrom menuju molekul Oksigen.

itulah konsep mengenai Sistem Transport Elektron

Posting selanjutnya kita akan membicarakan anabolisme.