PEMBAHASAN TERMODINAMIKA DALAM BIOLOGI

1. Pembahasan untuk aplikasi hukum-hukum termodinamika I, II, dan III dalam sistem biologi serta prinsip dasar termodinamika dalam lingkungan.

Untuk no urut pertanyaan mahasiswa 12(b), 13(b), 17(b) dan (c), 18(c),19 (b), 20(b) untuk entropi dibahas di no selanjutnya.

Jawaban :

Ada 3 hukum termodinamika. Dalam bahasa yg mudah dicerna, nggak bikin sembelit ato mencret, kurang lebih sbb:

1. Hukum kekekalan energi:
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihancurkan/dihilangkan. Tetapi dapat ditransfer dengan berbagai cara.

Aplikasi: Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi. Semuanya hanya mentransfer energi, tidak menciptakan dan menghilangkan.

Catatan: Dengan adanya kesetaraan massa dan energi dari Einstein, energi "seolah-olah" bisa diciptakan dari materi (massa). Sehingga sekarang diamandemen menjadi "Hukum kekekalan massa-energi". Ketiga hukum tetmodinamika untuk energi jadi berlaku juga untuk massa.

2. Hukum keseimbangan / kenaikan entropi: Panas tidak bisa mengalir dari material yang dingin ke yang lebih panas secara spontan. Entropi adalah tingkat keacakan energi. Jika satu ujung material panas, dan ujung satunya dingin, dikatakan tidak acak, karena ada konsentrasi energi. Dikatakan entropinya rendah. Setelah rata menjadi hangat, dikatakan entropinya naik.

Aplikasi: Kulkas harus mempunyai pembuang panas di belakangnya, yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar. Karena jika tidak Panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar.

3. Hukum suhu 0 Kelvin (-273,15 Celcius): Teori termodinamika menyatakan bahwa panas (dan tekanan gas) terjadi karena gerakan kinetik dalam skala molekular. Jika gerakan ini dihentikan, maka suhu material tsb akan mencapai 0 derajat kelvin.

Aplikasi: Kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam skala molekular yang menggangu aliran elektron.

a. Yang ingin saya ketahui adalah bagaimana kaitannya termodinamika dalam sistem biologi. Apakah dari segi pembakaran energinya itukah atau bagaimana, serta proses-proses lainnya yang berkaitan dengan termodinamika dalam sistem biologi.

- Di zaman modern ini, kebutuhan semakin meningkat dan harga semakin melunjak tinggi. Terutama BBM (Bahan Bakar Minyak) yang sekarang ini akan mengalami kenaikan. Hal ini di sebabkan karena harga minyak dunia naik oleh karena itu berdampak pada kenaikan BBM terutama di Indonesia. Salah satu dampak dari kenaikan BBM ini adalah semakin sakitnya hidup rakyat kecil atau rakyat miskin. Menurut saya, adapun tindakan yang dapat kita lakukan dalam mengurangi penggunaan energi di tengah mahalnya harga BBM salah satunya dengan menggunakan produk full additive yaitu MPG Caps yang merupakan produk untuk menghemat pengeluaran para pengguna kendaraan bermotor.

MPG Caps (Mileages Per Gallon Capsule) adalah produk yang berbentuk kapsul di gunakan untuk merawat mesin yang di produksi oleh Fuel Freedom Internasional di Amerika Serikat yang 100% terbuat dari bahan organik aktif yang tidak mengandung filter. MPG Caps dapat digunakan untuk semua jenis bahan bakar seperti bensin, solar dan biodiesel. MPG Caps berfungsi untuk meningkatkan mileage per gallon kendaraan, meningkatkan umur klep mesin dan busi mesin, mencegah pembentukan limbah sisa-sisa pembakaran yang tidak diinginkan dalam mesin, mengurangi peningkatan karbondioksida setelah mesin bekerja.
Hubungan antara termodinamika dengan suatu mesin adalah relasi termodinamik yang menunjukkan bahwa efisiensi termal dalam suatu sistem mesin motor adalah presentasi perbandingan kuantitas tenaga mekanik keluaran dan kuantitas tenaga panas masukan yang bila di jabarkan secara matematika fisika berdasarkan hukum termodinamika adalah :

TE = W
Q1 x 100%=[(Q1-Q2)/Q2] x 100%=[1-Q2/Q1] x 100%

Di mana :
Q1 : kuantitas tenaga panas masukan
Q2 : kuantitas tenaga panas keluaran
W : energi mekanik keluaran / tenaga mesin
TE : efisiensi termal
Kuantitas BBM pada kendaraan bermotor yang berhasil di ubah mesin menjadi gerakan mesin sekitar 70%. Berdasarkan pada rumus di atas efisiensi dapat di perbesar dengan dua cara yaitu :
1. memperkecil kuantitas input pada kuantitas output efektif tetap atau sebaliknya.
2. memperbesar kuantitas output efektif pada kuantitas output efektif pada kuantitas input tetap.
Adapun cara untuk meningkatkan efisiensi termal mesin antara lain adalah sebagai berikut :
• Meningkatkan rasio kompersi mesin menjadi lebih besar daripada 9.
• Meningkatkan suhu penyalaan dan pembakaran via peningkatan tegang elektroda busi, dengan mengganti koil penyalaan atau menambahkan SPB antara koil dan busi dan mengganti busi dengan yang lebih tahan panas.
• Meniadakan endapan kerak arang dalam ruang silinder mesin dengan cara meningkatkan pembakaran BBM.

MPG Caps bekerja sebagai suatu katalis yang mempercepat mesin dalam melakukan pembakaran sehingga meningkatkan efisiensi mesin. Di dalam bahan bakar terdapat cairan yang dapat membawa dan menghantarkan kapsul ke ruang pembakaran mesin. Hal ini mengakibatkan mempercepat dan menyempurnakan reaksi pembakaran BBM. Bahan bakar akan semakin efisien sehingga mesin lebih irit. Penggunaan MPG Caps ini dapat mengirit penggunaan bahan bakar sekitar 12%. Manfaat lainnya adalah dapat mengurangi emisi gas rumah kaca, yang mengurangi efek global warning. Jadi, pada saat keadaan Indonesia mengalami kenaikan BBM ini, MPG Caps sangat membantu dalam proses pengiritan BBM hingga 12%.

- 1. Semua energi yang memasuki sebuah organisme hidup, populasi atau ekosistem dapat dianggap sebagai energi yang tersimpan atau terlepaskan. Energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tetapi tidak dapat hilang, dihancurkan atau diciptakan.
Pengertian :
Asas ini adalah sebenarnya serupa dengan hukum termodinamika I, yang sangat fundamental dalam fisika. Asas ini dikenal sebagai hukum konservasi energi dalam persamaan matematika. Energi yang memasuki jasad hidup,populasi, atau ekosistem dapat dianggap energi yang tersimpan atau terlepaskan. Dalam hal ini sistem kehidupan dapat dianggap sebagai pengubah energi, dan berarti pula akan didapatkan berbagai strategi untuk mentransformasi energi.
Contoh :
Banyaknya kalori, energi yang terbuang dalam bentuk makanan diubah oleh jasad hidup menjadi energi untuk tumbuh berbiak, menjalankan proses metabolisme, dan yang terbuang. Dalam dunia hewan sebagian energi hilang, misalnya, dalam bentuk tinjanya sebagian diambil oleh parasit yang terdapat dalam tubuhnya. Metabolisme hewan ini kemudian terbagi dalam beberapa komponen yang tetap dapat mempertahankan kegiatan metabolisme dasarnya.

2. Tak ada sistem pengubahan energi yang betul-betul efisien.
Pengertian :
Asas ini tak lain adalah hukum thermodinamika kedua, ini berarti energi yang tak pernah hilang dari alam raya, tetapi energi tersebut akan terus diubah dalam bentuk yang kurang bermanfaat.
Contoh :
Misal energi yang diambil oleh hewan untuk keperluan hidupnya adalah dalam bentuk makanan padat yang bermanfaat. Tetapi panas yang keluar dari tubuh hewan karena lari,terbang, atau berenang terbuang tanpa guna

-

2. Pembahasan tentang Entalpi dan entropi

Untuk no urut pertanyaan mahasiswa no 51(b) dan (c),20.

Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Secara matematis, entalpi dapat dirumuskan sebagai berikut:

di mana:

• H = entalpi sistem (joule)
• U = energi internal (joule)
• P = tekanan dari sistem (Pa)
• V = volume sistem (m²)

Perubahan entalpi pembakaran standar adalah perubahan entalpi total pada suatu sistem reaksi (dimana rekatan dan produk reaksi dinyatakan sebagai sistem termodinamik) yang terjadi ketika satu molekul bereaksi sempurna dengan oksigen yang terjadi pada 298K dan tekanan atmosfer 1 atm. Umumnya, nilai entalpi pembakaran dinyatakan dalam joule atau kilojoule per satu mol reaktan yang berekasi sempurna dengan oksigen.

Hampir semua reaksi pembakaran akan menghasilkan nilai perubahan entalpi negatif (ΔH_comb < 0).

Perubahan entalpi pembakaran standar dinyatakan dalam or

Entropi merupakan suatu istilah dalam hukum termodinamika yang menunjukkan suatu ukuran ketidakpastian dari suatu sistem. Dalam penelitian ini entropy digunakan sebagai sebuah metode pembobotan. Metode pembobotan entropy merupakan metode pengambilan keputusan yang memberikan sekelompok kriteria, dan menaksir preferensi suatu bobot menurut penilaian pihak manajemen perusahaan untuk menentukan tingkat prioritas kompetitif kebutuhan pelanggan.

Konsep metode pembobotan Entropy

Saat ini entropy tidak terbatas penggunaannya hanya dalam ilmu termodinamika saja, tetapi juga dapat diterapkan dalam bidang lainnya. Entropy dapat diaplikasikan untuk pembobotan atribut-atribut, hal ini dilakukan oleh Hwang dan Yoon (1981). Menurut Jean Charles Pomerol dan Sergio Barba Romero, konsep utama dari metode ini adalah pengukuran kriteria j melalui fungsi tertentu sesuai dengan kuantitas informasi yang diberikan. Bobot kriteria j dinilai melalui pengukuran dispersi aksi aj. Kriteria yang paling penting adalah criteria yang paling kuat mendiskriminasikan tiap nilai dalam aksi-aksi aj tersebut.

Langkah – langkah pembobotan Entropy

Adapun langkah-langkah pembobotan dengan menggunakan metode entropy adalah sebagai berikut:

1. Semua pengambil keputusan harus memberikan nilai yang menunjukkan kepentingan suatu kriteria tertentu terhadap pengambilan keputusan. Tiap pengambil keputusan boleh menilai sesuai preferensinya masing-masing. Dalam penelitian ini metode penilaian adalah menggunakan angka integer ganjil antara 1 sampai 9. Tiap angka menunjukkan tingkat kepentingan tertentu, mulai dari angka 1, yaitu sangat tidak penting, sampai angka 9 yang menunjukkan bahwa kriteria tersebut sangat penting

2. Kurangkan tiap angka tersebut dengan nilai paling ideal, dalam penelitian ini adalah angka 9. Hasil pengurangan tersebut dinyatakan dengan kij.

3. Bagi tiap nilai (kij) dengan jumlah total nilai dalam semua kriteria

dimana m = jumlah pengambil keputusan

n = jumlah kriteria

4. Menghitung nilai entropy untuk tiap kriteria dengan rumus berikut :

5. Hitung dispersi tiap kriteria dengan rumus berikut :

6. Karena diasumsikan total bobot adalah 1, maka untuk mendapatkan bobot tiap kriteria, nilai dispersi harus dinormalisasikan dahulu, sehingga :

3. Prinsip-prinsip dan penerapan termodinamika di dalam sistem biologi dalam kehidupan sehari-hari atau untuk lingkungan.

Untuk no urut pertanyaan mahasiswa no 1(b) dan (c), 7(c), 8(b), 9(c), 12(c), 16(b), 20(b) dan (c) untuk hukum dan entropi sudah dibahas di atas, 21, 27(b) dan (c),25 (c), 34(b), 43(c).

Sistem termodinamika adalah bagian dari jagat raya yang diperhitungkan di dalam ilmu biologi. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

1. sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

2. sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:
pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.
pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

3. sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

Semua sistem termasuk mahluk hidup harus memenuhi hukum termodinamika. Dalam setiap proses biologis berlaku hukum kekekalan energi dan berlaku juga hukum bertambahnya entropi alam semesta.
Mahluk hidup dapat mempertahankan keteraturan karena mahluk hidup mengambil energi dengan entropi rendah dari lingkungan dan membuang energi disipasi dengan entropi tinggi ke lingkungannya.

4. Siklus dalam termodinamika

Untuk no urut pertanyaan mahasiswa no 7(b)

Siklus dalam termodinamika teknik (Siklus Carnot, Rankine, Bryton, dan Rankine), berbeda dengan proses pembentukan energi, hasil dari proses metabolisme yang terjadi di otot, berupa kumpulan proses kimia yang mengubah bahan makanan menjadi dua bentuk, yaitu energi mekanik dan energi panas. Proses dari pengubahan makanan dan air menjadi bentuk energi.

Adapun penjelasan sebagai berikut:
Bahan makanan yang diproses pada sistem pencernaan yang meliputi Lambung diruai/dihaluskan menjadi seperti bubur, kemudian masuk ke usus halus untuk diserap bahan-bahan makanan tersebut yang selanjutnya masuk ke sistem peredaran darah, menuju ke sistem otot.

Begitu juga dengan udara yang dihirup melalui hidung akan masuk ke paru-paru/sistem pernafasan, dimana zat oksigen yang turut masuk ke paru-paru selanjutnya oleh paru-paru dikirim ke sistem peredaran darah. Selain itu paru-paru berfungsi juga untuk mengambil karbon dioksida dari sistem peredaran darah untuk dikeluarkan dari dalam tubuh. Selanjutnya oksigen yang telah berada di sistem peredaran darah dikirimkan ke sistem otot, yang akan bertemu dengan zat gizi untuk beroksidasi menghasilkan energi.

Selain menghasil energi, proses ini menghasilkan juga asam laktat yang dapat menghambat proses metabolisme pembentukan energi selanjutnya. Selama kebutuhan oksigen terpenuhi proses metabolisme, oksigen sisa yang ada di dalam darah digunakan untuk menguraikan asam laktat menjadi glikogen untuk digunakan kembali menghasilkan energi kembali.

5. Kenapa fotosintesis juga menghasilkan ATP ?serta istilah-istilah?

Untuk no urut pertanyaan mahasiswa no 10(b), 9(b),

Fotosintesis adalah suatu proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga, dan beberapa jenis bakteri untuk memproduksi energi terpakai (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya, proses ini akan menghasilkan ATP dan NADPH (pada reaksi terang) karena ATP adalah zat perantara penukar energi bebas, semua transaksi kimia di dalam sel menggunakan mata uang energi yaitu nukleotidak Adenosin Trifosfat, yang memberi energi untuk setiap kegiatan sel.Energi dalam sistem biologi selain panas adalah energi kimia, energi kinetik, energi potensial.

Chemiosmosis is the diffusion of ions across a selectively- permeable membrane.more specifically, it relates to the generation of ATP by the movement of hydrogen ions across a membrane during cellular respiration.

Metabolisme adalah jumlah total dari aktivitas kimiawi dalam semua sel.

Anabolisme adalah proses sintesis molekul kompleks dari senyawa-senyawa kimia yang sederhana secara bertahap.

Katabolisme adalah reaksi kimia yang menghasilkan energi dengan memecah senyawa kompleks menjadi senyawa sederhana.

Siklus Krebs adalah salah satu rangkaian daur asam sitrat.

Ciri-ciri dari Siklus Krebs:
1. ditemukan oleh Hans Krebs
2. terjadi reaksi Asetil Ko-A (2C) dengan Oksaloasetat (4C) menghasilkan Daur Asam Sitrat (6C)
3. berlangsung secara aerob
4. terjadi di mitokondria
5. menghasilkan:
a. 2 molekul ATP
b. 2 molekul FADH2
c. 6 molekul NADH2
d. 4 molekul CO2

Glikolisis merupakan proses pengubahan molekul sumber energi. Respirasi adalah proses dimana sel mendapat energy dalam bentuk ATP dari reaksi terkontrol oksigen dan hydrogen membentuk H₂O.

6. Tambahan

Adenosine Triphosphate (ATP)

Adenosine Triphosphate (ATP) adalah sebuah nukleotida yang dikenal di dunia biokimia sebagai zat yang paling bertanggung jawab dalam perpindahan energi intraseluler. ATP mampu menyimpan dan memindahkan energi kimia di dalam sel. ATP juga memiliki peran penting dalam produksi nucleic acids. Molekul-molekul ATP juga digunakan untuk menyimpan bahan pembentuk energi yang diproduksi oleh respirasi sel.

Secara kimiawi, ATP terdiri dari adenosine dan tiga kelompok phosphate. Rumus empirisnya adalah C10H16N5O13P3, sedangkan rumus kimianya adalah C10H8N4O2NH2(OH)2(PO3H)3H. Massa molekularnya adalah sebesar 507.184 u. Kelompok phosphor yang dimulai dari AMP disebut sebagai phosphate alpha, beta dan gamma.

ATP dapat diproduksi oleh berbagai proses dalam sel, biasanya di mitokondria dengan oxydative phosphorylation yang mendapat pengaruh katalis oleh ATP synthase, atau pada tanaman terjadi di kloroplas dengan proses fotosintesis. Bahan bakar utama bagi pembentukan ATP adalah glukosa dan fatty acids. Awalnya, glukosa dipecah menjadi piruvat di cytosol. Dua molekul ATP terbentuk dari setiap molekul glukosa. Tahap akhir dari pembentukan ATP terjadi di mitokondrion dan bisa menghasilkan hingga 36 ATP.

Total jumlah ATP pada tubuh manusia adalah sekitar 0,1 mol. Energi yang digunakan oleh sel-sel tubuh manusia dihasilkan dari hidrolisis ATP sebesar 200-300 mol setiap harinya. Artinya, setiap molekul ATP didaur ulang 2000-3000 kali setiap harinya. ATP tidak dapat disimpan, karena itu, produksinya harus selalu mengikuti penggunaannya.

Sel-sel hidup memiliki nukleotid triphosphate lain yang juga berenergi tinggi, misalnya guanosine triphosphate. Antara ATP dan zat-zat triphosphate semacam ini, energi dapat dengan mudah dipindahkan dengan reaksi-reaksi seperti yang dikatalisasi oleh nucleoside diphosphokinase : Energi dilepaskan ketika hidrolisis dari ikatan phosphate-phosphate terjadi. Energi ini dapat digunakan oleh berbagai jenis enzim, protein-protein penggerak, dan protein-protein transpor untuk menyelesaikan kerja sel-sel tersebut. Di sisi lain, hidrolisis tersebut juga menghasilkan phosphate inorganik dan adenosine diphosphate (ADP), yang bisa dipecah lagi menjadi ion phosphate lain dan adenosine monophosphate (AMP). ATP juga dapat dipecah langsung menjadi AMP, dengan pembentukan pyrophosphate. Reaksi ini juga memberikan keuntungan sebagai sebuah proses irreversibel yang sangat efektif dalam aqueous solution.

Reaksi ADP dengan GTP

ADP + GTP ---> ATP + GDP

Pembentukan ATP dari Glukosa

1. Glikolisis.
a. Glikolisis aerob.
Reaksi keseluruhan gliolisis aerob adalah:

Glukosa + 2 NAD+ + 2 Pi + 2 ADP ? 2 piruvat + 2 NADH + 4H+ + 2 ATP + 2 H2O

Bila sel mempunyai kapasitas oksidasi yang tinggi, dalam hal ini tersedia sejumlah mitokondria, enzim-enzim mitokondria dan oksigen. NADH akan ditransfer ke rantai transport electron mitokondria dan piruvat akan dioksidasi lengkap menjadi CO2 via siklus asam trikarboksilat (TCA).
Membran mitokondria impermiabel untuk NADH, karena itu transfer ekivalen tereduksi dari sitosol ke dalam mitokondria memerlukan mekanisme shuttle (ulang-alik), baik proses ulang-alik malat-aspartat maupun ulang-alik gliserol 3-fosfat. (lihat gambar 1.1)
Dalam oksidasi aerobic glukosa menjadi piruvat dan subsekuen oksidasi menjadi CO2, permolekul glukosa menghasilkan fosfat energi tinggi sebesar 38 ATP. (lihat table 1.1)

Tabel 1.1 Pembentukan ikatan energi tinggi dalam katabolisme per molekul glukosa pada kondisi aerobik
Jalur Katalisator reaksi Cara pembentukan Jumlah ikatan energi tinggi
Glikolisis aerob Gliseraldehid 3-P Oksidasi 2 NADH oleh rantai respirasi (2x3) 6
Fosfogliseratkinase Oksidasi pada tingkat substrat (2x1) 2
Piruvatkinase Oksidasi pada tingkat substrat (2x1) 2
10
Pemakaian ATP pada reaksi yang dikatalisis heksokinase dan fruktokinase (2x1) -2
Subtotal 8
Siklus TCA Piruvat DH Oksidasi 2 NADH oleh rantai respirasi (2x3) 6
Isositrat DH Oksidasi 2 NADH oleh rantai respirasi (2x3) 6
?-ketoglutarat DH Oksidasi 2 NADH oleh rantai respirasi (2x3) 6
Substrat tiokinase Oksidasi pada tingkat substrat (2x1) 2
Suksinat DH Oksidasi 2 FADH oleh rantai respirasi (2x2) 4
Malat DH Oksidasi 2 NADH oleh rantai respirasi (2x3) 6
Subtotal 30
Total 38

b. Glikolisis Anaerob
Pada kondisi kapasitas oksidatif oleh sel mitokondria terbatas atau karena ketidakadaan oksigen, NADH yang dihasilkan glikolisis direoksidasi melalui perubahan piruvat menjadi laktat oleh laktat dehidrogenase.
Perubahan glukosa menjadi laktat tersebut disebut glikolisis anaerob, yang maksudnya proses ini tidak memerlukan molekul oksigen.

Reaksi keseluruhannya:

Glukosa + 2 ADP + 2 Pi ? 2 laktat + 2 ATP + 4 H+ +2 H2O

Energi yang dihasilkan dari glikolisis anaerobic hanya 2 molekul ATP permolekul glukosa, jauh lebih sedikit jika dibandingkan dengan kondisi aerobic. (lihat table 1.2)

Tabel 1.2 Pembentukan ikatan energi tinggi dalam katabolisme per molekul glukosa pada kondisi anaerobik
Jalur Katalisator reaksi Cara pembentukan Jumlah ikatan energi tinggi
Glikolisis anaerob Fosfogliseratkinase Oksidasi pada tingkat fosfat (2x1) 2
Piruvatkinase Oksidasi pada tingkat fosfat (2x1) 2
4
Pemakaian ATP pada reaksi yang dikatalisis heksokinase dan fosfofruktokinase (2x1) -2
Total 2

c. Regulator Glikolisis
Fungsi utama glikolisis adalah menghasilkan energi dalam bentuk ATP, maka bila ATP sudah cukup untuk tubuh, glikolisis akan dihentikan. Proses ini dikendalikan melalui enzim-enzim dalam jalur glikolisis yaitu heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvatkinase.
Heksokinase dihambat oleh substrat glukosa 6-P melalui hambatan umpan-balik. Fosfofruktokinase dihambat oleh ATP dan sitrat. Piruvatkinase dihambat oleh ATP dan alanin.

d. Inhibitor glikolisis
Sering disebut sebagai racun jalur glikolisis: 2-deoksiglukosa, reagen sulfhidril, fluoride, dan arsenat. 2-deoksiglukosa merupakan substrat untuk heksokinase yang mirip glukosa. Reagen sulfhidril seperti iodoasetat akan menginaktivasi gliseraldehid 3-P dehidrogenase. Fluorida menghambat enolase denga mengintervensi kompleks enzim substrat. Arsenat mengsubstitusi fosfat anorganik pada reaksi yang dikatalisis gliseraldehid 3-P dehidrogenase sehingga tidak terbentuk 1,3-bifosfogliserat.

e. Energetika Oksidasi Glukosa
Di dalam calorimeter, pembakaran 1 molekul glukosa menjadi CO2 dan air akan membebaskan sekitar 2870 kJ dalam bentuk panas. Di dalam jaringan, sebagian energi tidak hilang dalam bentuk panas tetapi dalam bentuk ikatan fosfat energi tinggi sebanyak 38 ATP. Energi dalam bentuk ATP dihasilkan melalui fosforilasi oksidatif di dalam rantai respirasi dan melalui fosforilasi pada tingkat substrat (lihat table 1.1 dan 1.2)
Bila setiap ikatan energi tinggi sebanding dengan 36,8 kJ, maka energi yang diperoleh dalam bentuk ATP sebesar 38x36,8 kJ atau sama dengan 1398,4 kJ. Bila dibandingkan dengan energi yang dihasilkan di dalam calorimeter, maka energi yang diperoleh dalam bentuk ATP hanya sekitar 48,72 %.

Efisiensi energi dan exergi secara optimal dengan hukum termodinamika

Sepertinya telah menjadi kodrat manusia di dunia ini apabila sesuatu itu tersedia secara melimpah dan murah, maka penggunaannya pun cenderung boros atau tidak memperhatikan efisiensi. Hal tersebut juga berlaku dalam penggunaan di bidang energi terutama untuk penggunaan jenis energi yang vital bagi manusia dan pembangunan yaitu energi listrik dan bahan bakar minyak (BBM).

Di Indonesia, fenomena diatas pun telah lama terjadi. Selama ini rakyat Indonesia telah dimanjakan dengan biaya listrik dan harga BBM murah, sehingga menimbulkan suatu argumen bahwa energi berada dalam jumlah melimpah. Secara tidak langsung, hal ini telah menumbuhkan perilaku pola konsumsi yang konsumtif/boros dan tidak terkendali dari sebagian besar rakyat Indonesia terhadap penggunaan energi. Akibat dari pemborosan tersebut, Indonesia diprediksi oleh para ahli energi pada kurun waktu 15-20 tahun mendatang akan mengalami krisis energi.

Ditengah prediksi yang mencemaskan itu, maka masalah energi secara umum menjadi krusial untuk disiasati. Berbagai solusi dan alternatif telah ditawarkan oleh banyak para ahli, baik berupa pendiversifikasian energi, penggunaan energi alternatif, ataupun dengan konservasi energi. Secara umum semua solusi yang ditawarkan adalah tepat. Tetapi apabila tidak diikuti dengan adanya efisiensi energi oleh masyarakat, pemerintah ataupun industri, maka semua solusi tersebut bukanlah sebuah solusi pemecahan yang tuntas dan berkelanjutan.

Prinsip dasar dari efisiensi energi adalah menggunakan jumlah energi yang sedikit tetapi tujuan atau hasil yang didapat sangat maksimal. Dalam upaya efisiensi energi ini, kajian kimia dan fisika terutama pada hukum Termodinamika yang membahas masalah energi telah memberikan konsep ilmiah yang berguna dalam upaya efisiensi energi secara tepat guna dan optimal. Namun sayang terkadang para pembuat kebijakan energi di negeri ini sering melupakan tentang fenomena tersebut.

Konsep Efisiensi dalam Hukum Termodinamika

Untuk merancang sebuah perencanaan yang optimal dalam memanfaatkan energi, berbagai konsep telah dikembangkan, yang salah satunya adalah dengan analisis energi dan analisis exergi yang berdasarkan pada hukum Termodinamika. Untuk analisis energi, konsepnya terfokus pada hukum ke-1 Termodinamika sedangkan analisis exergi terfokus pada hukum ke-2 Termodinamika.

Disebutkan dalam hukum ke-1 Termodinamika bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Dalam pendekatan hukum ke-1 ini, strategi efisiensi energi lebih cenderung pada pemanfaatan sumber daya energi secara efisien. Efisien yang dimaksud disini adalah penggunaan sumber-sumber energi disesuaikan dengan kualitas yang dibutuhkan. Dengan menyesuaikan sumber-sumber energi dengan penugasannya sehingga dapat mencegah pemborosan penggunaan energi berkualitas tinggi hanya untuk tugas yang berkualitas rendah. Kelemahan pada pendekatan hukum ke-1 Termodinamika ini terletak pada hukum ini tidak memperhitungkan terjadinya penurunan kualitas energi.

Untuk itu, pendekatan hukum ke-2 Termodinamika telah memberikan konsep efisiensi yang lebih baik. Dalam hukum ke-2 Termodinamika atau dikenal juga sebagai hukum degradasi energi dikemukakan bahwa tidak ada proses pengubahan energi yang efisien sehingga pastilah akan terjadi penurunan kualitas energi didalamnya. Kualitas energi ini disebut sebagai exergi. Exergi ini dapat ditransfer di antara sistem dan dapat dihancurkan oleh irreversibiltas di dalam sistem. Dalam pendekatan hukum ke-2 Termodinamika ini strategi efisiensi energi yang direkomendasikan adalah pemanfaatan energi secara optimal termasuk di dalamnya pemanfaatan exergi-exergi. Sehingga dalam pendekatan ini diharapkan tidak ada energi dan exergi yang terbuang percuma ke lingkungan.

Dari kedua analisis diatas yaitu analisis energi dan exergi. Diketahui bahwa hasil dari analisis exergi lebih mempunyai dampak secara signifikan dalam upaya efisiensi energi dan exergi secara optimal dibandingkan analisis energi. Beberapa kelebihan analisis exergi dibandingkan analisis energi menurut Agus Sugiyono (2000) adalah (1) lebih akurat dalam membuat desain yang optimal bagi proses industri maupun pembangkit listrik, (2) lebih teliti dalam menentukan energi yang hilang dalam proses maupun yang dibuang ke udara, dan terakhir (3) dapat menentukan kualitas energi. Jelasnya adalah memaksimalkan efisiensi hukum ke-2 Termodinamika akan mendorong strategi yang lebih baik daripada memaksimalkan efisiensi hukum ke-1 Termodinamika.

Contoh sederhana dalam membedakan kedua strategi antara hukum ke-1 dan 2 Termodinamika adalah dalam hal evaluasi penggunaan listrik untuk pemanas ruangan. Pendekatan hukum ke-1 Termodinamika hanya akan memberikan strategi efisiensi energi dengan cara merekomendasikan penggunaan peralatan pemanas ruangan yang efisien. Sedangkan hukum ke-2 Termodinamika menilai bahwa penggunaan listrik untuk pemanas ruangan termasuk dalam kategori pemborosan energi. Hal ini karena energi panas termasuk dalam kategori energi berkualitas rendah. Tugas dan kebutuhan energi kualitas rendah seperti pemanas ruangan ini dapat diperoleh lebih efisien dan murah dengan cara lain.

Di beberapa gedung perkantoran di beberapa negara maju, untuk memanaskan ruangan, energi panas tersebut dapat diperoleh dengan cara menangkap limbah panas yang dipancarkan dari peralatan kantor seperti komputer, mesin photocopy, dan lampu. Beberapa contoh lain yang sejenis dari strategi hukum ke-2 Termodinamika mengenai energi panas adalah dalam hal evaluasi penggunaan water heater (pemanas air), dimana untuk memanaskan air kita tidak lagi perlu menggunakan listrik, tetapi memanfaatkan limbah panas dari mesin Air Conditioner (AC) ataupun contoh lain adalah pemanfaatan limbah panas dari mesin generator listrik berbahan bakar solar untuk memanaskan air di bak mandi. Jadi dalam hal ini energi listrik yang merupakan energi dengan kualitas tinggi tetap dipertahankan untuk melakukan suatu kerja dengan kualitas yang sepadan. Sedangkan energi-energi listrik yang telah terkonversi menjadi energi panas, tidak begitu saja terbuang percuma ke lingkungan, tetapi dimanfaatkan untuk hal lain yang sepadan dengan kualitas energinya. Sehingga dengan cara ini pemanfaatan energi benar-benar dikelola secara optimal.

Lebih lanjut, dalam contoh skala yang lebih besar, semisal dalam suatu kota di pegunungan yang memerlukan kapasitas pemanas ruangan, strategi hukum ke-1 Termodinamika akan terdiri dari (1) penggunaan pemanas listrik yang sangat efisien, dan (2) membangun banyak pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN). Hal yang berbeda akan diberikan oleh hukum ke-2 Termodinamika yang akan terdiri dari (1) identifikasi sumber-sumber energi kualitas rendah dalam struktur lokal yang bisa dipanaskan dan (2) cara-cara menyalurkan sumber-sumber tersebut. Dari kasus-kasus diatas diketahui bahwa memaksimalkan efisiensi hukum ke-2 Termodinamika akan menghasilkan dampak yang lebih baik terhadap penentuan kebijakan di bidang energi.

Sejauh ini, penggunaan analisis exergi yang berdasarkan pada hukum ke-2 Termodinamika ini telah banyak diterapkan di berbagai proses industri maupun di pembangkit-pembangkit listrik. Untuk membuat model dalam analisis exergi ini melibatkan variabel-variabel data yang sangat banyak dan berinteraksi dengan persamaan yang kompleks. Penggunaan data-data primer tentang energi yang rinci dan konsisten, sangatlah diperlukan dalam mendukung pembuatan model exergi untuk kemudian dintreprestasi lebih lanjut untuk menentukan langkah-langkah efisiensi yang harus dilakukan. Tetapi jika data-data tersebut sulit diperoleh maka penggunaan data-data sekunder yang diturunkan dari data-data non energi dapatlah digunakan. Beberapa data yang diperlukan adalah pendapatan daerah, pendapatan sektor industri, jumlah rumah tangga, jumlah angkutan umum, penjualan listrik dari PLN dan data produksi dari sektor pertanian.

Hukum Termodinamika yang telah kita pelajari dalam bangku-bangku perkuliahan secara tersirat telah memberikan sebuah konsep yang unik dalam upaya efisiensi energi yang perlu terus kita gali dan kembangkan. Geliat perkembangan di bidang termodinamika dewasa ini terus melaju dan dinamis, termasuk diperkenalkannya konsep emergy (embodied energy) atau energi yang telah disertakan dalam suatu benda oleh H. T Odum dari Environmental Enginering Sciences University of Florida. Yang menurut beberapa pakar dibidang ini lebih baik daripada konsep exergy terutama bila merujuk pada sifat heterogenitas dari sistem. Akan tetapi di Indonesia sangat sedikit sekali bahkan bisa dikatakan tidak ada peneliti yang mengkaji dan menerapkan konsep emergy ini. Sehingga penggunaan konsep exergy di Indonesia masih layak untuk tetap diaplikasikan.

Catatan :

- Kepada teman-teman yang pertanyaan nya tidak saya jawab di atas, mungkin uraian saya yang di atas sudah mewakili jawaban teman-teman.

Saran :

- Karena kita masih belum banyak mengetahui, maka berfikirlah kalo kita orang yang tidak tahu dan selalu ingin tahu. Maka selalu lah cari tahu, karena ilmu tidak ada ujungnya. Good luck friend..,.,