Makalah Fosforilasi Oksidatif (1)

HEME SPIN RENDAH SITOKROM OKSIDASE C SEBAGAI PENDORONG PROSES POMPA PROTON

Oleh: Anne Carolina (205040! E"a #$lan%ari (2050402!

PROGRAM MAGISTER KIMIA BIDANG KH&S&S BIOKIMIA INSTIT&T TEKNO'OGI BAND&NG 2005

ABSTRAK  Sitokrom c oksidase mitokondria berperan penting dalam respirasi seluler  aerob, mereduksi oksigen menghasilkan air, dalam proses kopling dengan pompa hidrogen hidrogen melewati melewati membran membran mitokond mitokondria ria dalam. dalam. Residu Residu aspartat aspartat,, Asp-51, Asp-51, ang ang !berlokasi dekat permukaan en"im, mengalami perubahan struktur dalam Sinar-#. $al ini mengindikasikan bahwa residu ini berperan dalam proses pemompaan  proton. %eskipun bukti keterlibatan mekanistik dan &ungsional dari residu ini dalam dalam proses proses pemompaa pemompaann proton proton belum belum 'elas 'elas diperoleh diperoleh,, mutasi mutasi Asp-5(  Asn dari dari en"im en"im hati hati mempe memperlih rlihatk atkan an &ungsi &ungsi pompa pompa proton proton tanpa tanpa mempe mempenga ngaruh ruhii akti)itas akti)itas reduksi reduksi dioksigen dioksigen.. Struktur Struktur Sinar-# Sinar-# *pada resolusi resolusi 1.+1. 1.+1.  dalam  bentuk teroksidasi dan reduksi penuh/ menun'ukkan bahwa muatan positi& total ang ang dibent dibentuk uk selam selamaa oksid oksidasi asi mendo mendoron rongg transp transport ort proton proton akti& akti& dari dari ruang ruang mitokondria ke Asp-51 melewati en"im lewat saluran air dan 'aringan ikatan hidrog hidrogen, en, ang ang berlo berlokas kasii di tandem tandem.. Selain Selain itu reduks reduksii en"im en"im mengin menginduk duksi si  pengeluaran proton dari aspartat ke mitokondria bagian luar. 0katan peptida dalam  'aringan ikatan hidrogen menginhibisi trans&er balik proton melalui 'aringan. erubahan redoks dalam kapasitas saluran air, diinduksi oleh gugus hidroksi &arnesil etil dari heme spin-rendah. $al ini mengindikasikan bahwa &ungsi saluran air air sama sama e&ek e&ekti ti&n &na deng dengan an daer daerah ah peng pengum umpu pull prot proton on.. $asi $asill in&r in&rar ared ed mengindikasikan bahwa kon&ormasi Asp-51 dikontrol hana oleh bentuk oksidasi heme spin rendah. $asil ini mengindikasikan mengindikasikan bahwa heme spin rendah mendorong  proses pompa pompa proton.

BAB I  PENDAH&'&AN

Sitokrom c oksidase ang berlokasi di bagian dalam membran mitokondria merupakan en"im kunci pada rantai respirasi organisme aerob. 2n"im ini  ber&ungsi dalam katalisis trans&er elektron dari sitokrom c ke oksigen molekular, sehingga ter'adi reduksi men'adi air. Reaksi ini ter'adi melalui proses transport, aitu melalui pemompaan empat proton melewati membran. Sitokrom c oksidase memiliki empat ko&aktor reaksi redoks ang akti&, aitu dua atom 3u pembentuk, dinamakan 3uA, suatu heme a spin rendah, serta pusat binuklir heme a4 dan 3u B. 3u A menerima elektron dari sitokrom c dan elektron ditrans&er melalui heme a ke  pusat binuklir tempat ter'adina reduksi oksigen. Kesetimbangan elektron dicapai dari sitokrom c di luar membran dalam mitokondria *ruang inter membran/ melalui sisi 3u A dan heme spin rendah *heme a/ ke sisi reduksi  (. roton ang digunakan untuk pembentukan air dari  (,

ditrans&er dari membran dalam mitokondria *ruang matriks/ melalui dua 'aringan ikatan hidrogen ang disebut 'alur K dan 6. Selain dalam proses pompa proton, trans&er proton dan elektron ke sisi reduksi ( menghasilkan perpindahan muatan  positi& ke ruang intermembran, ang menghasilkan gaa  proton motive  ang diperlukan untuk menggerakkan AT sintase.

%utasi residu asam amino di dalam 'alur 6 dapat menebabkan penurunan dalam e&esiensi pompa proton dan penurunan akti)itas reduksi  (. engamatan menun'ukkan bahwa proses ang menertai pompa proton ter'adi melalui 'alur   proton untuk membentuk air. Struktur Sinar-# memperlihatkan bahwa sitokrom c oksidase dari hati sapi dalam bentuk teroksidasi dan tereduksi penuh pada resolusi (.4 dan (.45 , menun'ukkan adana pergerakan Asp-51 dari subunit 0 *subunit  paling besar ang mengandung heme a dan sisi reduksi  (/ dari interior protein menu'u permukaan inter membran melalui reduksi en"im. 6alam bentuk  teroksidasi, Asp-51 berkontak dengan ruang matriks melalui 'aringan ikatan hidrogen sehingga molekul air dapat melewati ruang dalam matriks *'alur $/. Struktur ini memberikan gambaran bahwa proses pompa proton ter'adi pada Asp51. Akan tetapi usulan mengenai hal ini belum banak diterima, karena en"im  bakteri dan tumbuhan tidak mempunai residu analog Asp-51 *penomoran dalam sapi/ dan 'uga karena mutasi 'alur 6 menebabkan penurunan e&isiensi pompa  proton dan akti)itas reduksi (. selain itu tidak ada mekanisme untuk penggerak   pompa proton pada Asp-51 ang men'elaskan. %utasi Asp-51 memberikan satu alternati& untuk men'elaskan &ungsi Asp-51. 6alam penelitian ini akan di'elaskan  peranan 'alur $ melalui sisi mutagenesis terarah, struktur Sinar-# dan spektroskopi in&ra merah.

BAB II  TINA&AN P&STAKA

Semua tahap-tahap en"imatis pada degradasi oksidati& karbohidrat, lemak  dan asam amino didalam sel aerobik menatu men'adi tahap akhir respirasi sel. 6isini ter'adi pengaliran electron dari senawa organik menu'u oksigen, menghasilkan energi untuk membuat AT dari A6 dan &os&at. Rantai respirasi terdiri dari serangkaian protein dengan gugus prostetik ang terikat kuat dan mampu menerima dan memberikan elektron. ada sel eukariot, hampir semua dehidrogenase spesi&ik ang diperlukan  pada oksidasi piru)at dan bahan bakar lain melalui siklus asam sitrat terletak pada  bagian sebelah dalam mitokondria aitu matriks. %olekul pemindah electron dari rantai respirasi dan molekul en"im ang melakukan sintesa AT dari A6 dan &os&at terbenam dalam membran sebelah dalam. Bahan bakar siklus asam sitrat seperti piru)at, harus dipindahkan dari sitosol *tempat dilakukanna sintesis molekul-molekul tersebut/ melalui membran mitokondria ke dalam bagian matriks disebelah dalam, sebagai tempat akti)itas dehidrogenase. 6emikian pula, A6 ang dibentuk dari AT selama akti)itas ang memerlukan energi dari sitosol harus dipindahkan ke dalam matriks mitokondria, untuk mengikat &os&at kembali, men'adi AT. AT baru ang dibentuk harus dikembalikan ke sitosol.

7adi membran mitokondria sebelah dalam, merupakan struktur komplek  ang mengandung molekul pembawa electron, se'umlah en"im dan beberapa sstem transport membran. %atri> $? ? :A6$  :A6? ? ($?

( e− =

0

($? ? @ 5( $(5

 – – 000

0 ) )

?

?

B$

B$

ct c

?

($

0ntermembrane Space

8ambar roses 9os&orilasi ksidati& dalam %itokondria Beberapa 'enis gugus pembawa elektron, semuana berikatan dengan protein. 8olonganna antara lain :ikotinamida adenin dinukleotida *:A6/ ang akti&  dengan

dehidrogenase;

&la)in

mononukleotida

*9%:/

pada

:A6$

dehidrogenase;ubi