BAB I PENDAHULUAN I.
Latar Belakang
Makan merupakan salah satu ciri suatu makhluk hidup. Makanan yang diperoleh suatu makhluk hidup akan dicerna oleh sistem pencernaan dan akan menghasilkan energi. Energi merupakan kebutuhan dasar suatu organisme dalam menjalani kehidupannya. Setiap aktivitas yang dikerjakan oleh suatu organisme memerlukan energi, sehingga energi harus dipasok setiap saat oleh tubuh. Bioenergetika merupakan ilmu yang mengkaji mengenai kemampuan suatu organisme dalam mengelola sumber daya energinya (Campbell et al., al., 2002). Organisme merupakan suatu sistem yang terbuka, sehingga terdapat pengaruh energi dari lingkungan terhadap energi dari organisme tersebut. Dalam bioenergetika
terdapat
dua
hukum
yang
mendasarinya
yaitu
hukum
termodinamika pertama dan hukum termodinamika kedua, dimana kesimpulan dari kedua hukum ini adalah bahwa kuantitas energi di jagat raya adalah sama namun kualitasnya berubah-ubah (Campbell et al., 2002). Oleh karena itu, perlu adanya kajian mengenai bioenergetika agar dalam suatu reaksi dapat diketahui besarnya energi yang menyertai reaksi-reaksi biokimia. ATP merupakan suatu sumber energi pada organisme yang memanfaatkan energi phosphatenya dalam membantu organisme melakukan aktivitasnya. Selain itu ATP berperan penting dalam pengkopelan energi yang merupakan jembatan yang menyatukan antara reaksi eksergonik dan endergonik sehingga tercipta hubungan yang saling melengkapi atara kedua reaksi. Perlunya pembelajaran ini adalah untuk mengetahui besarnya energi bebas dalam suatu reaksi sehingga dapat menentukan jenis reaksi tersebut apakah reaksi spontan atau non-spontan dan dapat mengetahui banyak energi yang dikonsumsi atau dihasilkan dari suatu reaksi menggunakan dia hukum dasar bioenergetika yaitu hukum Termodinamika pertama dan kedua.
II.
Tujuan
Penulisan makalah ini bertujuan untuk:
1
1. Mengetahui dan memahami pengertian dari bioenergetika dan prinsip yang mendasarinya. 2. Mampu memahami perbedaan penggunaan energi pada siste m biologis dan non biologis. 3. Memahami dan menentukan reaksi eksergonik dan reaksi endergonik. 4. Memahami peran ATP dalam pemenuhan energi organisme secara teori dan mekanismenya.
III.
Rumusan Masalah
1.
Menurut pendapat anda, mengapa makhluk hidup memerlukan energi?
2.
Bioenergetika diterjemahkan sebagai suatu studi tentang perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia dalam sel. Dalam tinjauan tersebut dapatkah anda menjelaskan pengertian sistem dan lingkungan, serta halhal lain yang berkaitan dengannya?
3.
Adakah perbedaan penggunaan energi untuk sistem biologi dan non biologi?
4.
Dalam bioenergetika ini dikenal kaidah termodinamika dalam sistem biologis yaitu hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. Apa Apa yang anda ketahui tentang kedua hukum tersebut?
5.
Apa yang anda ketahui tentang besaran-besaran termodinamika baik besaran dasar maupun besaran turunan? Dan bagaimana pula penurunan penurunan persamaannya?
Berikan salah satu contoh perhitungan
berkaitan denga besaran-besaran tersebut. 6.
Apa yang Anda ketahui tentang reaksi yang berlangsung spontan? Bilamana itu terjadi?
7.
Apa yang Anda ketahui tentang reaksi eksergonik dan endergonik? Dapatkah Anda memberikan contoh reaksi-reaksi yang terlibat di dalamnya?
8.
Terkait dengan bacaan diatas, menurut Anda mengapa senyawa fosfat diperlukan dalam sistem biologis?
9.
Sebagai senyawa pembawa energi, fosfat digolongkan sebagai Low sebagai Low
2
1. Mengetahui dan memahami pengertian dari bioenergetika dan prinsip yang mendasarinya. 2. Mampu memahami perbedaan penggunaan energi pada siste m biologis dan non biologis. 3. Memahami dan menentukan reaksi eksergonik dan reaksi endergonik. 4. Memahami peran ATP dalam pemenuhan energi organisme secara teori dan mekanismenya.
III.
Rumusan Masalah
1.
Menurut pendapat anda, mengapa makhluk hidup memerlukan energi?
2.
Bioenergetika diterjemahkan sebagai suatu studi tentang perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia dalam sel. Dalam tinjauan tersebut dapatkah anda menjelaskan pengertian sistem dan lingkungan, serta halhal lain yang berkaitan dengannya?
3.
Adakah perbedaan penggunaan energi untuk sistem biologi dan non biologi?
4.
Dalam bioenergetika ini dikenal kaidah termodinamika dalam sistem biologis yaitu hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. Apa Apa yang anda ketahui tentang kedua hukum tersebut?
5.
Apa yang anda ketahui tentang besaran-besaran termodinamika baik besaran dasar maupun besaran turunan? Dan bagaimana pula penurunan penurunan persamaannya?
Berikan salah satu contoh perhitungan
berkaitan denga besaran-besaran tersebut. 6.
Apa yang Anda ketahui tentang reaksi yang berlangsung spontan? Bilamana itu terjadi?
7.
Apa yang Anda ketahui tentang reaksi eksergonik dan endergonik? Dapatkah Anda memberikan contoh reaksi-reaksi yang terlibat di dalamnya?
8.
Terkait dengan bacaan diatas, menurut Anda mengapa senyawa fosfat diperlukan dalam sistem biologis?
9.
Sebagai senyawa pembawa energi, fosfat digolongkan sebagai Low sebagai Low
2
Energi Phosphates (LEP) Phosphates (LEP) dan High dan High Energi Phosphates (HEP), Phosphates (HEP), apa yang anda ketahui tentang keduanya? 10.
Dalam sistem biologis, ATP memungkinkan reaksi terjadi dengan cara memberikan energi fosfatnya. Dapatkah anda menjelaskan mekanisme rea ksi yang terjadi?
3
4
BAB II JAWABAN PERTANYAAN 1.
Menurut anda, mengapa makhluk hidup membutuhkan energi?
Jawab :
Gambar 1. Siklus Energi pada Makhluk Hidup
(Sumber: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu) Makhluk hidup membutuhkan energi untuk melakukan aktivitas hidupnya. Untuk mendapatkan energi, makhluk hidup memperolehnya dari sumber energi. Sumber energi dapat diperoleh dari makanan, dimana melalui makanan makhluk hidup menghasilkan energi berupa panas yang berperan dalam menghangatkan suhu tubuh. Makhluk hidup juga memperoleh energi dari cahaya matahari. Cahaya matahari dibutuhkan untuk menghangatkan tubuh makhluk hidup dan khusus untuk organisme autotrof, cahaya matahari dibutuhkan untuk proses fotosintesis. Dengan bantuan energi dari sinar matahari, organisme autotrof akan mengubah zat-zat anorganik menjadi senyawa kompleks yang merupakan sumber makanan dan nantinya akan menjadi sumber energi bagi organisme heterotrof.
5
Tanpa energi, makhluk hidup tidak dapat melakukan aktivitas hidupnya karena apabila makhluk hidup tidak memiliki energi, maka tubuh makhluk hidup tidak akan memiliki tenaga untuk berfungsi menjalankan kegiatan sehari-hari. Energi digunakan untuk menggerakkan otot-otot yang ada sehingga makhluk hidup dapat bergerak. Dengan demikian, hal-hal yang dilakukan sehari-hari seperti berjalan, menulis, duduk, dan lain sebagainya tidak akan dapat dilakukan tanpa adanya energi yang menggerakkan otot-otot tubuh. Energi juga dibutuhkan untuk mengatur sistem-sistem yang ada di dalam tubuh makhluk hidup. Makhluk hidup tersusun atas sistem-sistem yang kompleks yang tidak luput dari kebutuhan energi. Sistem-sistem seperti sistem pernafasan, sistem koordinasi, sistem pencernaan, sistem peredaran darah dan lain sebagainya memerlukan energi untuk dapat bekerja dengan baik. Selain itu, energi pada makhluk hidup digunakan untuk menjaga suhu tubuh karena dengan suhu tubuh yang terjaga, maka sistem-sistem yang berada dalam tubuh makhluk hidup menjadi tidak terganggu. 2.
Bioenergetika diterjemahkan sebagai suatu studi tentang perubahan
energi yang menyertai reaksi biokimia dalam sel. Dalam tinjauan tersebut, dapatkah anda menjelaskan pengertian sistem dan lingkungan, serta hal-hal lain yang berkaitan dengannya? Jawab:
Gambar 2. Sistem dan Lingkungan secara Umum
(Sumber: www.splung.com)
6
Secara umum, sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian dalam mempelajari perubahan energi dan berubah selama proses berlangsung. Lingkungan adalah benda-benda yang berada di luar dari sistem tersebut. Diantara sistem dan lingkungan, terdapat dinding pembatas yang lebih dikenal dengan batas sistem ( sistem boundary). Sistem sendiri terdiri atas berbagai macam, antara lain:
Sistem Terbuka
Sistem terbuka merupakan sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Contoh dari sistem terbuka adalah saat kita merebus air.
Sistem Tertutup
Sistem tertutup adalah sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) akan tetapi tidak terjadi pertukaran zat dengan lingkungan. Contoh dari sistem tertutup adalah air yang dibiarkan pada gelas tert utup.
Sistem Terisolasi
Sistem terisolasi adalah sistem yang tidak mengakibatkan terjadinya pertukaran panas, zat atau kerja dengan lingkungannya. Contoh dari sistem terisolasi adalah air yang disimpan dalam termos. Pada energi, terjadinya perpindahan energi pada sistem dan lingkungan dapat digambarkan seperti berikut:
Gambar 3. Perpindahan Energi pada Sistem dan Lingkungan. a. Perpindahan energi dari sistem ke lingkungan, dan b. Perpindahan energi
7
dari lingkungan ke sistem.
(Sumber: Lewis, Thinking Chemistry) Gambar (a), bahan bakar bereaksi dengan gas oksigen di udara dan menimbulkan panas di sekelilingnya. Pada proses ini terjadi perpindahan energi dari sistem ke lingkungan. Pada Gambar (b), daun yang berklorofil berfungsi sebagai sistem akan menyerap sinar matahari dan CO2 dari lingkungan, karbon dioksida bereaksi dengan air membentuk karbohidrat dan gas oksigen dalam proses fotosintesis. Pada proses ini terjadi perpindahan energi dari lingkungan ke sistem. Berdasarkan ini maka sistem adalah segala sesuatu yang dipelajari perubahan energinya, sedangkan lingkungan adalah segala yang berada di sekeliling sistem. Dalam ilmu kimia, sistem adalah sejumlah zat yang bereaksi, sedangkan lingkungan adalah segala sesuatu di luar zat-zat tersebut misalnya tabung reaksi. Berdasarkan arah berpindahnya kalor dalam sistem dan lingkungan, maka reaksi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu reaksi eksoterm dan reaksi endoterm. Dikatakan reaksi eksoterm (berasal dari kata eks (keluar) dan therm (panas)) apabila kalor berpindah dari sistem ke lingkungan, artinya sistem melepas kalor. Adapun reaksi endoterm terjadi apabila sistem menyerap kalor atau kalor berpindah dari lingkungan ke sistem. a.
Reaksi Eksoterm
Setiap kali selesai makan nasi, badan akan menjadi gerah karena nasi yang dimakan akan bereaksi dengan oksigen yang dihirup dengan reaksi seperti berikut:
Persamaan termokimianya:
Energi dalam bentuk panas yang dilepas tubuh inilah yang menyebabkan
8
gerah. Di dalam reaksi eksoterm, panas berpindah dari sistem ke lingkungan, karenanya panas dalam sistem berkurang sehingga D H -nya bertanda negatif. Secara matematis, D H dirumuskan sebagai berikut: DH = D H hasil reaksi – D H pereaksi Karena hasilnya negatif, berarti D H hasil reaksi lebih rendah dari DH pereaksi, dan digambarkan dalam diagram berikut:
Gambar 4. Diagram Reaksi Eksoterm. Arah panah ke bawah menunjukkan bahwa energi semakin berkurang karena sebagian terlepas.
(sumber: Lewis, Thinking Chemistry) b.
Reaksi Endoterm Reaksi endoterm merupakan kebalikan dari reaksi eksoterm. Dalam reaksi
ini, sistem menyerap kalor dari lingkungan sehingga harga entalpi reaksinya bertambah besar dan D H-nya berharga positif, atau D H hasil reaksi – D H pereaksi > 0. Karena hasilnya positif, berarti D H hasil reaksi lebih tinggi dari DH reaksi, dan digambarkan dalam diagram berikut:
9
Gambar 5. Diagram Reaksi Endoterm. Arah panah ke atas menunjukkan bahwa energi semakin bertambah karena sistem menyerap panas dari lingkungan.
(sumber: Lewis, Thinking Chemistry) 3.
Adakah perbedaan penggunaan energi untuk sistem biologi dan
sistem non-biologi? Jawab:
Perbedaan antara sistem biologi dan sistem non biologi dapat dicermati dalam tabel perbandingan berikut: Tabel 1. Perbandingan antara Sistem Biologi dan Sistem Non Biologi dalam Pengambilan Energi Sistem Biologi
Sistem Non Biologi
Energi panas sebagian besar digunakan untuk mempertahankan suhu yang terbentuk dalam reaksi sehingga kebanyakan bersifat isotermal
Energi panas digunakan dalam sistem seperti dalam sistem isobarik, isokhorik, adiabatic dan isotermal
Energi panas tidak dapat diubah menjadi energi mekanik dan energi listrik seperti ATP dalam reaksi biokimia yaitu metabolisme sel
Energi panas dapat dikonversi menjadi energi mekanik atau energi listrik
Keterangan: Energi yang digunakan adalah energi bebas
(Sumber: Dari berbagai sumber)
4. Dalam bioenergetika ini dikenal kaidah termodinamika dalam sistem biologis yaitu hukum pertama dan hukum kedua termodinamika. Apa yang anda ketahui tentang kedua hukum tersebut? Jawab :
Hukum Termodinamika merupakan salah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum pergerakan panas dan perubahan energi panas menjadi bentuk-bentuk energi yg lain. Prinsip pertama dari hukum termodinamika adalah hukum kekekalan energi, yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan
10
kerja. Sedangkan prinsip yang kedua adalah panas tidak dapat berpindah dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan diantara kedua benda tersebut. 4.1. Hukum I Termodinamika
Hukum I Termodinamika sendiri berbunyi “Energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain”. Asumsi ini menyatakan bahwa energi di dalam suatu benda dapat bertambah dengan cara meningkatkan atau menambahkan kalor ke bedan dengan melakukan usaha pada benda. Hukum pertama tidak membatasi arah perpindahan kalor yang dapat terjadi. Berdasarkan hukum kekekalan energi maka Hukum I Termodinamika dirumuskan:
1 (2)
Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam sistem, Q adalah jumlah kalor yang diserap sistem, dan W adalah kerja yang dlakukan sistem. Jadi, hukum pertama termodinamika adalah prinsip yang diterapkan pada persamaan yang mengandung koefisien berupan kalor, usaha dan energi dalam. Penerapan Hukum Termodinamika I sendiri pada sistem biologis berlaku dimana total energi suatu sistem termasuk lingkungannya adalah tetap (konstan), dan energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain. Sebagai contoh yaitu makanan yang kita makan berupa energi kimia yang nantinya akan dicerna dan disimpan dalam ikatan fosfat pada molekul ATP yang nantinya akan dipecah ketika kita melakukan aktivitas fisik misalnya saat berlari energi yang dibebaskan melalui hidrolisis ATP akan digunakan sebagai energi untuk berlari sisanya akan dilepaskan ke lingkungan sebagai energi panas. 4.2. Hukum II Termodinamika
Hukum II merupakan pengembangan dari Hukum I Termodinamika yang kemudian dalam penerapannya ditemukan banyak ketidaksesuaian dengan kenyataan. Contohnya : Kalor tidak dapat kembai dari udara ke air secara spontan padahal menerima perlakuan yang sama, hanya diletakkan pada ruangan terbuka.
11
Hukum II Termodinamika dibuat berdasarkan pernyataan-pernyataan yang mendukung Hukum I Termodinamika. Rumusan pertama dari Hukum II Termodinamika disampaikan oleh R.J.E Clausus yaitu “Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar”. Pernyataan ini menjelaskan sifat awal kalor yang tidak dapat melakukan perpindahan apabila suhu dari sistem yang dituju lebih tinggi dibandingkan suhu sistem awal. Kemudian Gagasan lain dari Hukum II Termodinamika berasal dari Kelvin Planck yaitu “Tidak mungkin membuat mesin dalam suatu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas “. Pernyataan ini didasarkan pada mesin-mesin yang menghasil energi tidak sebanding dengan energi masukan. Hal ini disebabkan oleh efisiensi mesin kalor tersebut. Pada hukum II termodinamika dibuatlah suatu besaran baru yang disebut sebagai entropi, dimana entropi merupakan besaran yang menyatakan banyaknya energi atau kalor yang tidak dapat diubah menjadi usaha. Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor dari reservoir meningkat, maka entropi reservoirnya akan menurun. Perubahan entropi dapat dinyatakan sebagai berikut :
(3)
Dari persamaan tersebut, dapat dinyatakan bahwa “ Tidak ada sebuah alat atau mekanisme yang dapat mengkonversikan seluruh kalor yang diserap menjai kerja yang dilakukan oleh sebuah sistem”. Hubungan antara hukum II Termodinamika dibandingkan dengan Hukum I-nya adalah transformasi energi yang dilakukan oleh sel tidak menghasilkan efisiensi 100%. Efisiensi Termal dapat dihitung dengan persamaan :
(4)
5. Apa yang anda ketahui tentang besaran-besaran termodinamika baik besaran dasar maupun besaran turunan? Dan bagaimana pula penurunan-
12
penurunan persamaannya? Berikan salah satu contoh perhitungan berkaitan denga besaran-besaran tersebut. Jawab: 5.1.
Besaran dasar Termodinamika.
a. Suhu
Suhu digunakan sebagai parameter kesetimbangan termal dan digunakan dalam menghitung kalor yang dipindahkan, energi dalam dan entropi. Satuan SI untuk suhu adalah Kelvin (K). b. Tekanan
Tekanan terbagi menjadi 2 jenis : i. Tekanan mutlak (absolute pressure) : tekanan yang diukur mulai dari acuan tekanan vakum sempurna, dimana tekanan vakum sempurna 0 bar absolute ( 0 bar absolute ). ii. Tekanan gauge (bar g) : tekanan yang diukur mulai dari acuan tekanan udara luar atmosfer, dimana tekanan udara luar atmosfer dianggap nol bar (0 bar gauge) atau yang biasa hanya ditulis bar, yang biasanya kita kenal dengan nilai 1 atm yaitu tekanan udara atmosfer pada permukaan laut dengan suhu 25oC. Satuan yang digunakan dalam pengukuran tekanan adalah barr, atm, dan Pa. ( N/m 2 adalah satuan SI ) c. Densitas dan Volume Jenis
Densitas adalah massa bahan per satuan volume. Volume jenis adalah volume per satuan massa. Kemudian terdapat juga besaran yang disebut specific gravity ( berat jenis) yaitu perbandingan densitas bahan dengan densitas air murni pada suhu dan tekanan (STP). Kondisi acuan ini yang digunakan adalah tekanan udara luar dan suhu 0oC atau 25°C yang disebut suhu tekanan normal. Satuan SI dari densitas adalah kg/m 3, sedangkan untuk volume jenis adalah m3/kg. d. Energi, Kerja dan Panas
Energi adalah besaran yang menunjukkan kemampuan dalam melakukan kerja. Energi keseluruhan atau total dari suatu sistem terdiri dari gabungan
13
energi dalam, potensial dan kinetik. Energi kinetik dan potensial sudah umum kita dengarkan ketika mempelajari Fisika, dimana energi kinetik adalah energi yang dipengaruhi oleh kecepatan dan energi potensial adalah energi yang dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Energi dalam sendiri merupakan jumlah energi total kinetik dari molekul-molekul dan energi potensial yang timbul akibat adanya interaksi antara atom-atom penyusun suatu benda atau mahluk hidup. e. Entalpi
Entalpi merupakan jumlah total dari energi potensial dan kinetik. Entalpi dapat didefinisikan sebagai jumlah energi dalam dengan perkalian terhadap tekanan dan volume sistem, yang dapat dinyatakan dengan:
(5)
Dimana H adalah entalpi, U adalah energi dalam, P adalah tekanan dan V adalah volume. f.
Entropi
Entropi (S) dianggap sebagai ukuran kuantitatif dari ketidakaturan. Entropi total suatu sistem tertutup yang terisolasi hanya bisa tetap atau bertambah, tetapi tidak pernah berkurang. Entropi total selalu tetap jika proses terjadi secara reversible. Besarnya perubahan Entropi dalam suatu sistem dapat dinyatakan dengan persamaan :
(6)
g. En er gi B ebas Gibbs
Energi bebas Gibbs (G) digunakan untuk menggambarkan perubahan energi sistem. Energi Gibbs menunjukkan perubahan entropi total dari sistem. Persamaan energi bebas Gibbs adalah H = U + PV
(7)
G = U + PV – TS = H – TS
(8)
(9)
Dimana U adalah energi internal, P tekanan, V volume, T temperatur dalam Kelvin, S entropi, dan G adalah energi bebas.
14
5.2 Besaran Turunan Termodinamika a.
Kapasitas Panas
Kapasitas panas atau kapasitas kalor (biasanya dilambangkan dengan kapital C , sering dengan subskripsi) adalah besaran terukur yang menggambarkan banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan suhu suatu zat (benda) sebesar jumlah tertentu (misalnya 10C). b.
Koefisien J oule-Thomson
Koefisien Joule-Thomson yaitu koefisien yang menentukan laju perubahan temperatur T terhadap tekanan P dalam proses Joule-Thomson (proses dengan entalpi konstan), disimbolkan dengan M J,T. Koefisien ini dapat dinyatakan dalam volume gas, kapasitas panasnya dalam tekanan konstan, serta koefisien ekspansi termal sebagai berikut:
(10) Koefisien ini memiliki satuan °C/bar (K/Pa). Koefisien Joule-Thomson bergantung pada jenis gas, dan pada temperatur serta tekanan gas sebelum ekspansi. c. Koefisien Kompresabilitas
Kompresabilitas adalah ukuran dari perubahan volume relative dari cairan atau padat sebagai respon terhadap tekanan
(11)
Dimana V adalah volume dan P adalah tekanan d. Koefisien Ekspansi Isobarik
Koefisien ekspansi isobarik adalah kecendrungan materi untuk mengubah volume dalam merespons perubahan suhu
( )
(12)
Subscript p mengindikasikan temperatur konstan selama ekspansi, dan subscript v menekankan volumetrik (tidak linier).
Contoh soal :
15
2000/693 mol gas helium pada suhu tetap 27°C mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha yang dilakukan gas helium! Diketahui : n = 2000/693 mol V2 = 5 L V1 = 2,5 L T = 27°C = 300 K Usaha yang dilakukan gas : W = nRT ln (V 2 / V1) W = (2000/693 mol) ( 8,314 J/mol K)(300 K) ln ( 5 L / 2,5 L ) W = (2000/693) (8,314) (300) (0,693) = 4988,4 joule
6.
Apa yang Anda ketahui tentang reaksi yang berlangsung spontan?
Bilamana itu terjadi? Jawab :
Proses spontan didefinisikan sebagai suatu perubahan yang dapat terjadi tanpa bantuan dari luar. Perubahan spontan dapat dimanfaatkan untuk melakukan kerja. Sebagai contoh, air menuruni bukit dapat digunakan untuk memutar turbin. Sedangkan proses non spontan adalah proses yang hanya aka terjadi jika suatu energi ditambahkan ke dalam sistem tersebut. Sebagai contoh, air dapat menaiki bukit jika ada mesin pemompa, sebuah sel mengeluarkan energi untuk mensintesis protein dari asam amino. Proses spontan akan membuat suatu sistem lebih stabil. Proses spontan terjadi hanya jika proses tersebut meningkatkan ketidakteraturan (entropi) jagat raya. Energi bebas merupakan sebuah kriteria yang diperlukan dalam sistem biologis untuk mengukur perubahan yang terjadi di sekeliling sistem. Energi bebas adalah bagian dari energi suatu sitem yang dapat melakukan kerja ketika suhu didalam sistem itu benar-benar seragam. Organisme dapat hidup hanya dengan menggunakan energi bebas yang diperoleh dari sekelilingnya. Jumlah energi bebas suatu sstem disimbolkan dengan huruf komponen
total energi sistem () da entropinya (). 16
. Terdapat dua (13)
adalah suhu mutlak dalam Kelvin. memperbesar
nilai entropi.Persamaan
tersebut menjelaskan bahwa tidak semua energi yang ada di dalam sistem dapat digunakan untuk melakukan kerja, sehingga harus dikurangi dengan energi total dengan factor entropi untuk mendapatkan jumlah energi bebas. Sistem yang cenderung berubah secara spontan menjadi lebih stabil adalah sistem yang memiiki energi tinggi, entropi rendah, atau keduanya. Energi bebas suatu sistem akan berkurang pada setiap proses spontan. Perubahan energi bebas ketika sistem bergerak dari suatu keadaan ke
keadaan yang berbeda digambarkan oleh
(14)
atau
(15)
Agar proses berjalan spontan maka sistem harus membebaskan energi
, membebaskan keteraturan (peningkatan , atau keduanya. Ketika perubahan dan dijumlahkan maka nilai harus bernilai negative. Semakin besar maka kerja maksimum yang dapat dilakukan oleh proses spontan (penurunan
semakin besar. Terdapat hubungan antara energi bebas dan kesetimbangan termasuk kesetimbangan kimiawi. Ketika reaksi berjalan menuju kesetimbangan, energi bebas campuran reaktan dan produk akan menurun. Energi bebas meningkat ketika suatu reaksi bergerak menjauhi kesetimbangan. Untuk reaksi yang berada dalam kondisi setimbang maka nilai
, karena tidak ada perubahan netto
dalam sistem itu. Suatu proses adalah spontan dan dapat melakuka kerja ketika
benilai negative) dan proses ketika menjauhi kesetimbangan ( bernilai positive). menuju kesetimbangan (
7.
adalah non-spontan
Apa yang Anda ketahui tentang reaksi eksergonik dan endergonik?
Dapatkah Anda memberikan contoh reaksi-reaksi yang terlibat di dalamnya? Jawab :
Dalam metabolism reaksi kimiawi dibagi menjadi dua berdasarkan perubahan energi bebasnya, yaitu reaksi eksergonik dan reaksi endergonik. Reaksi
17
eksergonik berlangsung dengan mengeluarkan energi bebas, dan nilai
negatif
karena campuran kimiawi kehilangan energi, sehingga reaksi eksergonik adalah reaksi yan terjadi secara spontan. Contohnya adalah reaksi keseluruhan dari respirasi sel. C6H12O6 + 6 H2O
6 CO
2+
6 H2O
= - 686 kkal/mol (- 2870 kJ/mol) Untuk tiap mol glukosa yang dirombak melalui respirasi dihasilkan 686 kilokalori energi yang bias digunakan untuk melakukan kerja. Karena energi harus kekal, maka produk hasil reaksi menyimpan lebih sedikit 686 kkal energi bebas dibanding dengan reaktan, energi ini didapatkan dengan menyerap sebagian besar energi bebas yang terdapat di dalam gula. Sedangkan reaksi endergonik merupaka reaksi yang menyerap energi bebas dari sekelilingnya. Reaksi ini menyimpan energi bebas dalam molekul, sehingga nilai besar
adalah positif. Reaksi seperti itu adalah reaksi non spontan, dan
adalah jumlah energi yang diperlukan untuk menggerakkan reaksi itu.
Contohnya adalah reaksi fotosintesis. Dalam proses fotosintesis, untuk dapat menghasilkan gula dari karbondioksida dan air maka diperlukan nilai kkal/mol karena pada respirasi sel memiliki
kkal/mol,
sehingga
dilakukan penyerapan energi cahaya matahari. Ketidaksetimbangan metabolism merupakan ciri-ciri makhluk hidup, karena apabila
maka sel tidak dapat
melakukan kerja, akibatnya sel akan mati.
8.
Terkait dengan bacaan diatas, menurut Anda mengapa senyawa
fosfat diperlukan dalam sistem biologis? Jawab :
Transformasi energi kehidupan berlangsusng menurut dua hukum termodinamika. Termodinamika adalah kajian mengenai transformasi energi yang terjadi dalam suatu kumpulan materi. Sistem dinyatakan sebagai objek yang dipelajari, sedangkan lingkungan adalah daerah diluar sistem. Organisme termasuk ke dalam sistem terbuka, sehingga dapat melakukan transfer dari sistem ke lingkungan ataupun sebaliknya.
18
Terdapat dua hukum termodinamika yang mengatur transformasi dalam organisme dan kumpulan materi lainnya. Hukum Termodinamika pertama menyatakan bahwa “Energi dapat ditransfer dan ditransformasi, akan tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan”. Sedangkan hukum termodinamika dua menyatakan bahwa “ setiap transfer atau transformasi energi akan meningkatkan entropi jagat raya”. Setiap transfer atau transformasi energi membuat jagat raya menjadi tidak terartur. Kuantitas ketidakteraturan atau keacakan ini yang disebut denga entropi. Semakin acak suatu kumpulan meteri maka semakin besar entropinya. Sebagian besar bentuk teratur energi diubah menjadi energi panas. Kesimpulan dari dua hukum adalah bahwa kuantitas energi di jagat raya adalah sama namun kualitasnya tidak. Dalam proses metabolisme terdapat ribuan reaksi kimiawi yang terjadi di dalam sel. Enzim mengarahkan aliran materi melalui jalur-jalur metabolisme dengan cara mempercepat tiap tahapan reaksi secara selektif. Beberapa jalur metabolismemembebaskan energi degan mengubah molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana yang disebut katabolisme, atau sebaliknya membutuhkan energi yang disebut anabolisme. Dimana respirasi sel merupakan proses utama dari katabolisme, sedangkan contoh dari anabolisme adalah sintesis protein, karena merubah molekul sederhana menjadi molekul yang lebih kompleks. Transfer energi dari katabolisme ke anabolisme disebut dengan pengkopelan energi (energi coupling). Bioenergetika adalah kajian tentang bagaimana organisme megelola sumber daya energinya. Strategi kunci dari bioenergetika adalah pengkopelan energi, penggunaan suatu proses eksergonik untuk menggerakkan suatu proses endergonik. Molekul ATP berperan sebagai perantara untuk sebagian besar pengkopelan energi di dalam sel. Suatu sel melakukan tiga jenis kerja utama: a.
Kerja mekanis, seperti getaran slia, kontraksi sel otot, dll
b.
Kerja transport, pemompaan bahan-bahan melewati membrane melawan
arah pergerakan spontan.
19
c.
Kerja kimiawi, pendorongan reaks endergonik yang tidak akan terjadi
secara sponta, seperti sintesis polimer dari monomer. Untuk menggerakkan kerja seluler, maka sumber energi ATP akan segera bekerja. ATP memiliki suatu rantai yang mempunyai tiga fosfat yang berikatan dengan ribose. Ikatan antara gugus fosfat pada ekor ATP dapat diputuskan melalui hidrolisis, yang merupakan reaksi eksergonik, dan menghasilkan ADP karena suatu molekul fosfat anorganik meninggalkan ATP, sehingga struktur ADP adalah struktur yag lebih stabil dibandingkan dengan ATP. Pelepasan
energi
bebas
hanya
sedikit
memberi
panas
pada
air
disekelilingnnya, namun pada sel keadaan seperti ini menjadi suatu penggunaan sumberdaya energi yang tidak efisien dan berbahaya. Dengan bantua enzim spesifik, maka sel itu akan mampu mengkopel energi hasil hidrolisis ATP secara langsung ke proses endergonik dengan cara mentransfer suatu gugus fosfat dari ATP ke beberapa molekul lain. Penerima gugus fosfat kemudian disebut terfosforilasi. Kinci pengkopelan adalah pembentuka intermediet terfosforilasi yang lebih reaktif jika dibandingkan molekul sebelumnya. Hampir semua kerja seluler bergantung pada pemberian energi ATP ke molekul lain melalui transfer gugus fosfat. Contoh pada perubahan glutamate menjadi glitamin:
20
Gambar 6. Skema perubahan glutama menjadi glutamin dengan menggunakan ATP
(Sumber: Campbell, N.A., Reece, J.B., Mitchell, L.G. 2002. Biologi. Jilid 1. Edisi ke-5. Penerjemah: Rahayu Lestari. Jakarta: Erlangga.)
Pada gambar diatas menunjukkan adanya proses hidrolisis ATP yang menghasilkan ADP dan satu atom P, kemudia atom P berikatan dengan Glutamat untuk memberikan energi. Kemudian P menjadi perantara untuk proses penggabungan glutaman dan amonia menjadi glutamin. 9.Sebagai senyawa pembawa energi, fosfat digolongkan sebagai L ow Ener gi P hosphates (LEP) dan H igh En er gi Ph osphates (HEP), apa yang anda ketahui t
entang keduanya? Jawab :
Pada umumnya, senyawa fosfat di dalam sel dapat dibagi menjadi dua golongan senyawa berenergi, senyawa fosfat berenergi tinggi dan senyawa fosfat berenergi rendah. Hal ini tergantung dari besarnya harga negatif
nya yang
ATP. Senyawa fosfat berenergi tinggi seperti gliseroil fosfat dan fosfoenolpiruvat (senyawa antara dari glikolisis) mempunyai hidrolisis lebih negatif daripada ATP. Sedangkan senyawa fosfat berenergi rendah seperti glukosa 1-fosfat dan fruktosa 1-fosfat, mempunyai hidrolisis kurang negatif daripada ATP. dibandingkan dengan
Di samping itu ada satu golongan lainnya yang termasuk senyawa berenergi tinggi dan berperan sebagai cadangan energi kimia dalam sel otot, yaitu fosfokreatin dan fosfoarginin. Kedua senyawa fosfat berenergi tinggi ini terbentuk langsung dengan perantaraan enzim dari ATP bila konsentrasi ATP di dalam sel cukup besar (berlebih). Dalam hal ini meskipun fosfokreatin dan fosfoarginin lebih negatif daripada
hidrolisis
ATP reaksi berlangsung
ke kanan karena terdapatnya konsentrasi ATP yang berlebih di dalam sel. Reaksi akan berlangsung ke kiri bila proses metabolisme dalam sel memerlukan ATP. 9.1 Fosfat Berenergi Rendah
21
Tidak semua fosfat mengandung molekul yang mengandung energi cukup untuk mengendalikan reaksi. Salah satu contoh fosfat berenergi rendah yaitu AMP. Contoh lainnya yaitu hidrolisis glukosa 6 fosfat menjadi glukosa
Gambar 7. Reaksi Glukosa 6 fosfat menjadi Glukosa
(Sumber: Campbell, N.A., Reece, J.B., Mitchell, L.G. 2002. Biologi. Jilid 1. Edisi ke-5. Penerjemah: Rahayu Lestari. Jakarta: Erlangga.)
pada reaksi ini sekitar -14 Kj/mol. menghasilkan nilai negatif untuk reaksi hidrolisis dibawah kondisi fisik. Bagaimanapun, nilai negatif biasanya tidak cukup untuk mengendalikan reaksi lain. Pada sel,reaksinya memiliki nilai negatif pada
. Fosfat yang terdapat pada glukosa 6 fosfat
diberikan oleh ATP.
9.2 Fosfat Berenergi Tinggi
Fosfat berenergi tinggi berperan sentral dalam pengambilan dan pemindahan energi untuk mempertahankan proses-proses kehidupan, semua organisme harus mendapat pasokan energi bebas dari lingkungannya. Organisme autotrofik memanfaatkan proses-proses eksergonik sederhana, misalnya energi sinar matahari. Di lain sisi, organisme heterotrofik memperoleh energi bebas dengan menggabungkan metabolismenya dengan penguraian molekul-molekul organik kompleks dalam lingkungan organisme tersebut. Pada semua organisme ini, ATP berperan sentral dalam pemindahan energi bebas dari proses eksergonik. ATP adalah suatu nukleosida trifosfat yang mengandung adenine, ribosa, dan tiga gugus fosfat. Dalam reaksi – reaksinya di dalam sel , senyawa ini berfungsi sebagai kompleks Mg2+. Pentingnya fosfat dalam metabolisme perantara mulai tampak jelas dengan ditemukannya peran ATP, adenosine difosfat ( ADP) dan fosfat anorganik ( P ) dalam glikolisis. Fosfat berenergi tinggi diwakili oleh simbol ~p. Simbol ~p menunjukkan bahwa gugus yang melekat ke ikatan. Pada pemindahan energi ke akseptor yang
22
sesuai akan menyebabkan pemindahan energi bebas dalam jumlah besar. Oleh sebab itu , sebagian orang lebih menyukai istilah grup transfer potensial daripada ikatan berenergi tinggi. Dengan demikian, ATP mengandung dua gugus fosfat berenergi tinggi, dan ADP mengandung satu gugus fosfat berenergi tinggi. Sementara fosfat dalam adenosine monofosfat (AMP) adalah tipe berenergi rendah karena fosfat merupakan ikatan ester. Fosfat berenergi tinggi berfungsi sebagai alat tukar energi sel. ATP mampu berfungsi sebagai donor fosfat berenergi tinggi untuk membentuk senyawa – senyawa di bawahnya. Demikian juga dengan enzim yang sesuai, ADP dapat menerima fosfat berenergi tinggi untuk membentuk ATP dari senyawa yang terletak di atas ATP. Pada akhirnya siklus ATP atau ADP menghubungkan proses-proses yang menghasilkan ~p dengan proses-proses yang menggunakan ~p yang secara terus menerus menggunakan dan membentuk kembali ATP. Hal ini terjadi dengan kecepatan yang sangat tinggi karena kompartemen ATP atau ADP total sangat kecil dan hanya cukup untuk mempertahankan suatu jaringan aktif selama beberapa detik. Terdapat tiga sumber utama ~p yang ikut serta dalam konservasi energi atau penangkapan energi. Pertama adalah fosforilasi oksidatif yaitu sumber ~p yang secara kuantitatif terbanyak dalam pernafasan dalam orghanisme aerob. Energi bebas berasal dari oksidasi rantai pernafasan yang menggunakan O 2 molekular di dalam mitokondria. Kedua, glikolisis yaitu pembentukan netto dua ~p berasal dari pembentukan laktat dari satu molekul glukosa yang dihasilkan dalam dua reaksi yang masing-masing di katalisis oleh fosfogliserat kinase dan piruvat kinase. Ketiga adalah siklus asam sitrat yaitu satu ~p dihasilkan secara langsung dalam siklus di tahap suksinil tirokinase. Fosfogen berfungsi sebagai bentuk simpanan fosfat berenergi tingi dan mencakup keratin fosfat. Bila ATP dengan cepat digunakan sebagai sumber energi untuk kontraksi otot maka fosfogen memungkinkan konsentrasi ATP tersebut dipertahankan, tetapi jika rasio ATP/ADP tinggi, konsentrasi ATP dapat meningkat untuk berfungsi sebagai simpanan fosfat berenergi tinggi.
23
Berbagai faktor struktur kimia menunjang besarnya perubahan energi bebas hidrolisis senyawa fosfat berenergi tinggi: 1. Jumlah bentuk resonansi struktur hasil reaksi hidrolisis lebih banyak daripada jumlah bentuk resonansi struktur pereaksi. Dalam hal ini, proses hidrolisis mengakibatkan naiknya energi resonansi dan menurunnya energi bebas dari reaksi karena struktur hasil reaksi mempunyai energi bebas yang lebih kecil daripada struktur pereaksi. Sebagai contoh, gugus karboksil asetat dan struktur fosfat anorganik (Pi) mempunyai jumlah bentuk resonansi yang lebih besar daripada struktur asetilfosfat. 2. Proses hidrolisis mengakibatkan turunnya tolakan elektrostatik yang terjadi dalam struktur molekul. 3. Terjadinya mekanisme tautomerisasi keto-enol pada struktur hasil reaksi, tetapi tidak pada struktur pereaksi, yang merupakan faktor penting yang menunjang besarnya perubahan energi bebas dari hidrolisis suatu senyawa berenergi tinggi seperti fosfoenolpiruvat. 4. Hidrolisis menghasilkan senyawa hasil reaksi dengan tanda muatan yang sama seperti pada hidrolisis ATP pada pH 7,0 menghasilkan ADP dan Pi. 5. Faktor lainnya yang berhubungan dengan perbedaan konfigurasi elektron antara struktur hasil reaksi dan struktur pereaksi adalah adanya sifat hidratasi yang lebih besar pada hasil reaksi dibandingkan dengan pereaksi. Misalnya pada hidrolisis ATP, ADP dan Pi mempunyai sifat berhidratasi lebih besar dari pada ATP sehingga reaksi berlangsung lebih besar lagi ke kanan.
10.Dalam sistem biologis, ATP memungkinkan reaksi terjadi dengan cara me mberikan energi fosfatnya. Dapatkah anda menjelaskan mekanisme reaksi y ang terjadi? Jawab : Siklus Krebs
A. Definisi Siklus Krebs Penemu siklus krebs adalah seorang ahli biokimia terkenal, ilmuwan Jerman-Inggris, beliau bernama M r . Han s Kr ebs. Krebs mendeskripsikan sebagian besar jalur metabolik ini pada tahun 1930-an. Krebs juga
24
menemukan metabolisme karbohidrat. Siklus krebs adalah satu seri reaksi yang terjadi di dalam mitokondria yang membawa katabolisme residu asetyl, membebaskan ekuivalen hidrogen, yang dengan oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan ATP sebagai kebutuhan energi jaringan. Residu asetyl tersebut dalam bentuk asetyl-KoA (CH3-CO-S-CoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A (KoA). Koenzim A (KoA) mengandung vitamin asam pantotenat. Siklus krebs ini terjadi didalam mitokondria. Siklus krebs disebut juga siklus asam sitrat. Siklus asam sitrat (bahasa Inggris: citric acid cycle, tricarboxylic acid cycle, TCA cycle, Krebs cycle,
Szent-Györgyi-Krebs
cycle)
adalah
sederetan
jenjang
reaksi
metabolisme pernafasan selular yang terpacu enzim. Siklus asam sitrat juga bisa didefinisikan sebagai jalur bersama terakhir untuk oksidasi karbohidrat, lipid, dan protein karena glukosa, asam lemak, dan sebagian besar asam amino dimetabolisme menjadi asetil koenzim A (KoA) atau zat-zat pada siklus ini. Siklus krebs disebut siklus asam sitrat karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil KoA dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat. Siklus ini juga berperan sentral dalam glukoneogenesis, liogenesis, dan interkonversi asam-asam amino. Banyak proses ini berlangsung di sebagian besar jaringan, tetapi hati adalah satu-satunya jaringan tempat semuanya berlangsung dengan tingkat yang signifikan. Jadi,akibat yang timbul dapat parah, contohnya jika sejumlah sel hati rusak, seperti pada hepatitis akut atau diganti oleh jaringan ikat (seperti pada sirosis). Beberapa defek genetik pada enzim-enzim siklus asam sitrat yang pernah dilaporkan menyebabkan kerusakan saraf berat karena sangat terganggunya pembentukan ATP di sistem saraf pusat. Selain disebut dengan siklus asam sitrat, siklus krebs juga disebut siklus asam trikarboksilat (─COOH) karena hampir di awal-awal siklus krebs, senyawanya tersusun dari asam trikarboksilat. Trikarboksilat itu merupakan gugus asam (─COOH).
25
Gambar 8. Siklus Krebs
(Sumber: Campbell, N.A., Reece, J.B., Mitchell , L.G. 2002. Biologi. Jilid 1. Edisi ke-5. Penerjemah: Rahayu Lestari. Jakarta: Erlangga.)
Keterangan Gambar:
¤
Substrat siklus krebs adalah asetyl Co-A.
¤
Asetyl Co-A akan bereaksi dengan oksalo asetat (OAA)
¤
Asam sitrat rumusnya beda dengan asam askorbat (vitamin C), kalau vitamin
hasilnya
sitrat
C itu rumusnya lebih mirip glukosa. Manusia tidak bisa menghasilkan vitamin C karena ada suatu reaksi yang terputus dimana manusia itu tidak mempunyai enzim L-glunoluase oksidase yang mengoksidasi glukosa menjadi vitamin C. ¤
Dari isositrat ke
-ketoglutarat membebaskan CO2 dan NADH (koenzim).
Kalau menghasilkan NADH pasti membutuhkan NAD. NAD
dalam
bentuk teroksidasi
NADH
dalam
bentuk tereduksi
¤ NAD merupakan derivat vitamin B3. B1 thiamin B2 riboflavin B3 niasin ¤
Koenzim yang terkait dengan ATP hanya vitamin B 2 dan B3.
26
¤
Kekurangan vitamin B akan mengganggu metabolisme energi.
¤ NADH enzimnya isositrat dehidrogenase. ¤ NADH akan masuk ke rantai respirasi
melepaskan hidrogen dan
menghasilkan 3 ATP. Sedangkan FADH menghasilkan 2 ATP ¤
Dekarboksilasi oksidasi melepaskan CO2.
¤
Dari
¤
Dari succynyl Co-A menjadi succinate langsung dihasilkan ATP.
¤
Reaksi yang menghasilkan ATP langsung: siklus krebs, glikolisis, fosforilasi
-keto menjadi suksinil Co-A prosesnya dekarboksilasi oksidasi.
oksidatif, dan rantai respirasi. ¤
Lemak penghasil ATP paling banyak tapi tidak menghasilkan ATP secara langsung. Lemak banyak menghasilkan NADH dan FADH.
¤
Dari succinate menjadi fumarate dihasilkan FADH 2, membutuhkan koenzim FAD (derivat vitamin B2), dihasilkan 2 ATP.
¤
Dari malate ke oxaloacetat dihasilkan NADH 3 ATP.
¤
Total ATP untuk 1 putaran (1 asetyl Co-A) siklus krebs
12
ATP.
Glikolisis 2 asetyl Co-A Lemak 8 asetyl Co.A 1 mol glukosa
2
kali putaran
1 mol lemak 8 kali putaran ¤
Karbohidrat disimpan di dalam becak-bercak sitoplasma di dalam hepar.
¤
Hepar dapat bertahan menyimpan glikogen
0,5
gram
Dalam setiap siklus:
¤
1 gugus asetil ( molekul 2C) masuk dan keluar sebagai 2 molekul CO2
¤
Dalam setiap siklus : OAA digunakan untuk membentuk sitrat mengalami reaksi yang panjang
¤
kembali
Terdiri dari 8 reaksi : 4 mrpkn oksidasi
setelah
diperoleh OAA
dimana
energi
digunakan
utk
mereduksi NAD dan FAD ¤
Dihasilkan: 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH 2
¤
Tidak diperlukan O 2 pada TCA, tetapi digunakan pada Fosforilasi oksidatif untuk
memberi pasokan NAD, shg piruvat dapat di ubah menjadi Asetil
Co A.
27
BAB III PENUTUP I. Kesimpulan
1
Energi digunakan untuk menggerakkan otot-otot yang ada sehingga makhluk hidup dapat bergerak. Energi juga dibutuhkan untuk mengatur sistem-sistem yang ada di dalam tubuh makhluk hidup. Selain itu, energi pada makhluk hidup digunakan untuk menjaga suhu tubuh karena dengan suhu tubuh yang terjaga, maka sistem-sistem yang berada dalam tubuh makhluk hidup menjadi tidak terganggu.
2
Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian dalam mempelajari perubahan energi dan berubah selama proses berlangsung. Lingkungan adalah benda-benda yang berada di luar dari sistem tersebut. Diantara sistem dan lingkungan, terdapat dinding pembatas yang lebih dikenal dengan batas sistem ( sistem boundary).
3
Sistem terbuka merupakan sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Contoh dari sistem terbuka adalah saat kita merebus air. Sistem tertutup adalah sistem yang mengakibatkan terjadinya pertukaran energi (panas dan kerja) akan tetapi tidak terjadi pertukaran zat dengan lingkungan. Contoh dari sistem tertutup adalah air yang dibiarkan pada gelas tertutup.
4
Hukum Termodinamika merupakan salah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum pergerakan panas dan perubahan energi panas menjadi bentuk-bentuk energi yg lain. Prinsip pertama dari hukum termodinamika adalah hukum kekekalan energi, yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan kerja. Sedangkan prinsip yang kedua adalah panas tidak dapat berpindah dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan diantara kedua benda tersebut.
5
Besaran dasar termodinamika yaitu suhu, tekanan, densitas dan volume jenis, energi, kerja, panas, entalpi, entropi, dan energi bebas gibbs.
28
6
Energi bebas merupakan sebuah kriteria yang diperlukan dalam sistem biologis untuk mengukur perubahan yang terjadi di sekeliling sistem. Energi bebas adalah bagian dari energi suatu sitem yang dapat melakukan kerja ketika suhu didalam sistem itu benar-benar seragam.
7
Bioenergetika adalah kajian tentang bagaimana organisme megelola sumber daya energinya. Strategi kunci dari bioenergetika adalah pengkopelan energi, penggunaan suatu proses eksergonik untuk menggerakkan suatu proses endergonik. Molekul ATP berperan sebagai perantara untuk sebagian besar pengkopelan energi di dalam sel.
8
Senyawa fosfat di dalam sel dapat dibagi menjadi dua golongan senyawa berenergi, senyawa fosfat berenergi tinggi dan senyawa fosfat berenergi rendah. Senyawa fosfat berenergi tinggi seperti gliseroil fosfat dan fosfoenolpiruvat (senyawa antara dari glikolisis) mempunyai lebih negatif daripada glukosa 1-fosfat dan negatif daripada
9
hidrolisis
ATP. Senyawa fosfat berenergi rendah seperti fruktosa 1-fosfat, mempunyai hidrolisis kurang
ATP.
Siklus krebs adalah satu seri reaksi yang terjadi di dalam mitokondria yang membawa katabolisme residu asetyl, membebaskan ekuivalen hidrogen, yang dengan oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan ATP sebagai kebutuhan energi jaringan.
29
