oksidasi biologi dan pencernaan

OKSIDASI BIOLOGI DAN PENCERNAAN

Pengertian Oksidasi

Pengertian oksidasi disini lebih melihat dari segi transfer oksigen, hidrogen dan elektron. Disini akan juga dijelaskan mengenai zat pengoksidasi (oksidator) dan zat pereduksi (reduktor).
Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer oksigen

Dalam hal transfer oksigen, Oksidasi berarti mendapat oksigen, sedang Reduksi adalah kehilangan oksigen.

Sebagai contoh, reaksi dalam ekstraksi besi dari biji besi:

Karena reduksi dan oksidasi terjadi pada saat yang bersamaan, reaksi diatas disebut reaksi REDOKS.

Zat pengoksidasi dan zat pereduksi

Oksidator atau zat pengoksidasi adalah zat yang mengoksidasi zat lain. Pada contoh reaksi diatas, besi(III)oksida merupakan oksidator.

Reduktor atau zat pereduksi adalah zat yang mereduksi zat lain. Dari reaksi di atas, yang merupakan reduktor adalah karbon monooksida.

Jadi dapat disimpulkan:

• oksidator adalah yang memberi oksigen kepada zat lain,
• reduktor adalah yang mengambil oksigen dari zat lain

Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer hidrogen

Definisi oksidasi dan reduksi dalam hal transfer hidrogen ini sudah lama dan kini tidak banyak digunakan.

Oksidasi berarti kehilangan hidrogen, reduksi berarti mendapat hidrogen.

Perhatikan bahwa yang terjadi adalah kebalikan dari definisi pada transfer oksigen.
Sebagai contoh, etanol dapat dioksidasi menjadi etanal:

Untuk memindahkan atau mengeluarkan hidrogen dari etanol diperlukan zat pengoksidasi (oksidator). Oksidator yang umum digunakan adalah larutan kalium dikromat(IV) yang diasamkan dengan asam sulfat encer.

Etanal juga dapat direduksi menjadi etanol kembali dengan menambahkan hidrogen. Reduktor yang bisa digunakan untuk reaksi reduksi ini adalah natrium tetrahidroborat, NaBH4. Secara sederhana, reaksi tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:

Zat pengoksidasi (oksidator) dan zat pereduksi (reduktor)

• Zat pengoksidasi (oksidator) memberi oksigen kepada zat lain, atau memindahkan hidrogen dari zat lain.
• Zat pereduksi (reduktor) memindahkan oksigen dari zat lain, atau memberi hidrogen kepada zat lain.

Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer elektron

Oksidasi berarti kehilangan elektron, dan reduksi berarti mendapat elektron.

Definisi ini sangat penting untuk diingat. Ada cara yang mudah untuk membantu anda mengingat definisi ini. Dalam hal transfer elektron:

Contoh sederhana

Reaksi redoks dalam hal transfer elektron:

Tembaga(II)oksida dan magnesium oksida keduanya bersifat ion. Sedang dalam bentuk logamnya tidak bersifat ion. Jika reaksi ini ditulis ulang sebagai persamaan reaksi ion, ternyata ion oksida merupakan ion spektator (ion penonton).

Jika anda perhatikan persamaan reaksi di atas, magnesium mereduksi iom tembaga(II) dengan memberi elektron untuk menetralkan muatan tembaga(II).

Dapat dikatakan: magnesium adalah zat pereduksi (reduktor).
Sebaliknya, ion tembaga(II) memindahkan elektron dari magnesium untuk menghasilkan ion magnesium. Jadi, ion tembaga(II) beraksi sebagai zat pengoksidasi (oksidator).

Memang agak membingungkan untuk mempelajari oksidasi dan reduksi dalam hal transfer elektron, sekaligus mempelajari definisi zat pengoksidasi dan pereduksi dalam hal transfer elektron.

Dapat disimpulkan sebagai berikut, apa peran pengoksidasi dalam transfer elektron:

• Zat pengoksidasi mengoksidasi zat lain.
• Oksidasi berarti kehilangan elektron (OIL RIG).
• Itu berarti zat pengoksidasi mengambil elektron dari zat lain.
• Jadi suatu zat pengoksidasi harus mendapat elektron

Atau dapat disimpulkan sebagai berikut:

• Suatu zat pengoksidasi mengoksidasi zat lain.
• Itu berarti zat pengoksidasi harus direduksi.
• Reduksi berarti mendapat elektron (OIL RIG).
• Jadi suatu zat pengoksidasi harus mendapat elektron.

Pencernaan adalah sebuah proses metabolisme di mana suatu makhluk hidup memproses sebuah zat, dalam rangka untuk mengubah secara kimia atau mekanik sesuatu zat menjadi nutrisi. Pencernaan terjadi pada organisme multi sel, sel, dan tingkat sub-sel, biasanya pada hewan.

Pencernaan biasanya dibagi menjadi aktivitas mekanik dan kimia. Dalam kebanyakan vertebrata, pencernaan adalah suatu proses banyak-tingkat dalam sebuah sistem pencernaan, setelah ingesti dari bahan mentah, kebanyakan organisme lain. Proses ingesti biasanya melibatkan beberapa tipe manipulasi mekanik.

Pencernaan dibagi menjadi lima proses terpisah:

1. Injesti: Menaruh makanan di mulut
2. Pencernaan mekanik: Mastikasi, penggunaan gigi untuk merobek dan menghancurkan makanan, dan menyalurkan ke perut.
3. Pencernaan kimiawi: Penambahan kimiawi (asam, 'bile', enzim, dan air) untuk memecah molekul kompleks menjati struktur sederhana
4. Penyerapan: Gerakan nutrisi dari sistem pencernaan ke sistem sirkulator dan 'lymphatic capallaries' melalui osmosis, transport aktif, dan difusi
5. Penyingkiran: Penyingkiran material yang tidak dicerna dari 'tract' pencernaan melalui defekasi

Protein, lemak dan polisakarida yang merupakan senyawa organik dasar yang ditemukan pada makanan, akan mengalami pencernaan kimiawi untuk mengiris bentuk polimer senyawa tersebut menjadi bentuk monomer, sebelum dapat digunakan sebagai sumber energi atau bahan baku untuk sintesis molekul lain.^[1]

Tahap pertama pemecahan molekul nutrisi merupakan reaksi enzimatik ekstraselular yang dilakukan pada saluran pencernaan di luar sel, dan reaksi enzimatik intraselular yang terjadi di dalam organel khusus, yang disebut lisosom. Protein akan dicerna menjadi asam amino, polisakarida menjadi glukosa, lemak menjadi asam lemak dan gliserol. Setelah itu, masing-masing monomer akan diserap ke dalam sitosol untuk memulai proses oksidasi.

Tahap kedua adalah 10 jenjang reaksi dalam proses glikolisis yang terjadi di dalam sitosol, termasuk pada mikroorganisme anaerob yang tidak mendayagunakan O₂ sebagai salah satu energi penopang. Proses glikolisis terlebih dahulu mengkonversi setiap polimer glukosa menjadi senyawa metabolit yang kemudian diiris menjadi bentuk monomer dengan 6 atom karbon, lalu diiris lebih lanjut menjadi dua molekul yang lebih kecil berupa asam piruvat dengan masing-masing 3 atom karbon.

Untuk setiap monomer glukosa yang teriris, dua molekul ATP akan mengalami hidrolisis sebagai energi pemicu reaksi, namun empat molekul ATP akan terbentuk pada akhir reaksi. Dua elektron akan terlepas dari gugus aldehid senyawa intermediat glukosa dengan 3 atom, gliseraldehid 3-fosfat, oleh oksidasi senyawa NAD⁺ yang menghasilkan dua molekul NADH, menjadi asam 3-fosfogliserat, lalu menjadi asam piruvat. Asam piruvat kemudian diserap dari sitosol ke dalam mitokondria.

Tahap 3 merupakan reaksi katabolisme oksidasi yang terjadi di dalam mitokondria.

Sebelum memasuki siklus asam sitrat, asam piruvat terlebih dahulu dioksidasi oleh enzim kompleks piruvat dehidrogenase menjadi CO₂ dan dua gugus asetil. Kedua gugus asetil tersebut akan dioksidasi oleh 1 molekul FAD menghasilkan FADH. FADH lalu mendonorkan dua elektronnya ke dua molekul NAD⁺ sehingga terbentuk dua molekul NADH dan satu FAD. Reaksi ini disebut reaksi oksidasi asam piruvat.

Dua gugus asetil yang telah teroksidasi kemudian bereaksi dengan dua koenzim A, menghasilkan dua molekul asetil-KoA. Masing-masing asetil-KoA akan bereaksi dengan satu molekul H₂O, melepaskan gugus koenzim-A dan masuk ke siklus asam sitrat dengan mendonorkan dua atom yang tersisa ke senyawa asam oksaloasetat.

Asetil-KoA juga dihasilkan dari oksidasi asam lemak dan asam amino di dalam mitokondria.

Satu periode siklus asam sitrat memproduksi 3 molekul NADH, 1 molekul FADH₂ dan 1 molekul GTP.

Siklus asam sitrat juga menghasilkan asam oksaloasetat dan asam ketoglutarat-alfa yang dilepaskan mitokondria kembali ke dalam sitosol sebagai prekursor sintesis senyawa lain lain seperti asam amino dalam proses anabolisme.

NADH dan FADH₂ akan mengusung dan melepaskan elektron ke rantai transpor elektron pada membran mitokondria bagian dalam. Elektron yang terlepas akan menarik ion H⁺ dari sitosol mendekati ke arah membran mitokondria bagian luar. Daya tarik antara keduanya akan berfungsi sebagai energi seperti baterai yang digunakan, antara lain, bagi GTP untuk mendonorkan gugus fosfatnya ke ADP dan menghasilkan ATP melalui proses fosforilasi oksidatif, yang mengkonsumsi molekul O₂ dan lambat laun menghasilkan H₂O oleh karena reaksi kemiosmosis.

Melalui sintesis ATP, energi yang didapat dari pengirisan glukosa dan asam lemak didistribusikan kembali sebagai paket energi kimiawi untuk digunakan di bagian sel yang lain. Paling tidak sekitar setengah dari keseluruhan energi yang didapat dari konversi global glukosa dan asam lemak menjadi H₂O dan CO₂ digunakan untuk menggerak reaksi Pi + ADP → ATP. Sisa energi akan dilepaskan sel dalam bentuk panas agar tubuh menjadi hangat.

Cadangan energi kimiawi

Semua organisme perlu untuk memelihara rasio ATP:ADP yang cukup tinggi demi kelangsungan metabolisme selular. Namun hewan hanya memiliki kesempatan periodik untuk mendapatkan asupan nutrisi, dan tumbuhan harus dapat mempertahankan metabolisme melewati saat malam yang tidak diterangi cahaya matahari, sehingga tidak terdapat kemungkinan dilakukan fotosintesis. Untuk alasan ini, baik tumbuhan maupun hewan mengkonversi gula dan lemak menjadi bentuk khusus untuk cadangan energi metabolisme.

Hewan akan membuat cadangan energi dengan mengkonversi asam lemak menjadi triasilgliserol untuk disimpan di dalam adiposit, sebagai cadangan jangka panjang, dan mengkonversi glukosa menjadi glikogen untuk disimpan di dalam sitoplasma sebagai cadangan jangka pendek. Ketika dibutuhkan lebih banyak ATP, sel akan mengkonversi glikogen menjadi glukosa-1 fosfat sebelum dapat diproses lebih lanjut dengan lintasan glikolisis.