Transcript kimia (metabolisme)

Jalur Metabolisme
Oleh : Karmanto S.Si, M.Sc.
METABOLISME
● Metabolisme: reaksi enzimatis di dalam sel hidup yang diatur
dengan sangat cermat dan merupakan aktivitas sel yang
mutlak diperlukan serta melibatkan banyak sistem multienzim
● Fungsi metabolisme
● Mendapatkan tenaga kimia dari pemecahan nutrien dari sekitarnya /
dari sinar matahari yang diserap
● Mengubah molekul nutrien menjadi senyawa dasar / prekursor untuk
pembentukan makromolekul
● Menyusun senyawa dasar menjadi protein, asam nukleat, lipid, dan
polisakarida
METABOLISME (lanjt.)
● Katabolisme:
Tahap pemecahan nutrien organik (karbohidrat, lipid dan
protein) yang datang baik dari lingkungan maupun timbunan
nutrien sel itu sendiri dipecah menjadi senyawa yang lebih
kecil  untuk mendapatkan tenaga berupa ATP
● Anabolisme:
Tahap pembentukan/biosintesis, yaitu biosintesis komponen
sel seperti asam nukleat, protein, polisakarida dan lipid dari
prekursornya. Proses ini membutuhkan tenaga berupa ATP.
JALUR KATABOLISME
Jalur katabolisme ada 3 tahap:
● Tahap I
Makromolekul (karbohidrat, lipid dan protein) dipecah menjadi
building blocknya
● Tahap II
Senyawa yang terbentuk pada tahap I dipecah lagi menjadi senyawa
yang lebih sederhana (senyawa dengan 3 karbon) kemudian diubah
menjadi unit 2 karbon (asetil-CoA). Demikian juga asam amino dan
asam lemak. Jadi, asetil-CoA merupakan produk pemecahan tahap II
pada katabolisme
● Tahap III
Gugus asetil dari asetil-CoA dipakai sebagai bahan dasar untuk siklus
asam trikarboksilat (TCA cycle/siklus Krebs/siklus asam sitrat). Siklus
ini merupakan jalur dimana semua nutrien penghasil energi dioksidasi
menjadi CO2, H2O dan amonia sebagai hasil akhir
JALUR UTAMA METABOLISME
ANABOLISME & KATABOLISME
Jalur anabolisme bukan kebalikan jalur katabolisme.
Hal ini disebabkan:
● Tenaga
Tenaga yang dihasilkan oleh katabolisme jumlahnya tertentu
● Enzim
Enzim untuk anabolisme tidak sama dengan enzim untuk
katabolisme
● Letak enzim
Letak enzim anabolisme dan katabolisme berlainan
Metabolisme Karbohidrat,
Lemak, dan Protein
Oleh : Karmanto S.Si, M.Sc.
FOOD DIGESTION
Alur Metabolisme
PROTEIN
POLISAKARIDA
LIPID
ASAM NUKLEAT
GLISEROL
MONOSAKARIDA
AS. AMINO
NUKLOTIDA
G
L
I
K
O
L
I
S
I
S
GLUKOSA
GLISERALDEHID -3-P
PIRUVAT
AS. LEMAK
G
L
I
U
K
O
G
E
N
E
S
I
S
ASETIL-COA
SIKLUS ASAM SITRAT
FADH2, NADH
ADP
CO2
O2
TRANSFER ELEKTRON
NH3
ATP
H2 O
FAD, NAD
Jalur Metabolisme
 Secara umum ada empat golongan makromolekul yang
didegradasi dan disintesis dalam proses metabolisme yaitu
protein, asam nukleat, polisakarida, dan lemak.
 Katabolisme protein diawali dengan degradasi protein
menjadi asam amino yang selanjutnya mengikuti berbagai
alur katabolisme.
 Ada asam amino yang berperan dalam biosintesis nukleotida,
ada yang mengikuti alur glikolisis pada asam piruvat, ada yang
diubah menjadi asetil CoA, dan sebagian jenis asam amino
lain masuk ke siklus asam sitrat.
 NH3 yang tidak terpakai untuk biosintesis disekresikan dalam
bentuk NH3 , urea, dan asam urat.
 Anabolisme protein berintikan biosintesis asam amino dari
berbagai jalur yang merupakan kebalikan jalur katabolisme.
Jalur Metabolisme
 Katabolisme polisakarida dimulai dengan degradasi
polisakarida menjadi monosakarida yang bisa digunakan
untuk biosintesis nukleotida.
 Katabolisme monosakaarida selanjutnya mengikuti jalur
glikolisis, siklus asam sitrat, dan fosforilasi oksidatif (transfer
elektron) yang merupakan jalur utama katabolisme.
 Biosintesis glukosa menggunakan senyawa prekursor asam
piruvat mengikuti alur glukoneogenesis yang merupakan
kebalikan glikolisis.
Jalur Metabolisme
 Katabolisme nukleotida hasil degradasi asam nukleat dimulai
dengan konversi ribosa menjadi monosakarida lain yang
nantinya mengikuti alur glikolisis.
 Basa purin dan pirimidin mengalami konversi menjadi asam
amino sekaligus mengikuti alur katabolismenya.
 Anaboliusme yang terjadi merupakan kebalikan
katabolismenya.
 Gliserol hasil degradasi lemak mengikuti jalur glikolisis,
sedangkan asam lemak diubah menjadi asetil CoA yang
selanjutnya mengikuti siklus asam sitrat.
 Anbolisme lemak mengikuti alur yang berkebalikan dengan
katabolismenya
Jalur Metabolisme
 Fotosintesis adalah bagian lain dari metabolisme yang terjadi
pada tumbuhan.
 Fotosintesis merupakan salah satu jalur biosintesis
(anabolisme) polisakarida.
 Sintesis dilakukan dari H2O dan CO2 menghasilkan
gliseraldehid-3-fosfat melalui jalur glukoneogenesis menjadi
polisakarida
Kontrol Metabolisme
 Metabolisme terdiri atas ribuan reaksi kimia yang berjalan
secara simultan. Hal ini menunjukan ada suatu mekanisme
kontrol yang sangat baik sehingga dalam sistem yang begitu
komplek dapat terjadi reaksi-reaksi spesifik yang terjadi secara
bersama-sama.
 Kontrol metabolisme dapat terjadi melalui berbagai mekanisme
kontrol seperti : kontrol level enzim, aktivitas enzim,
kompartemen, maupun pengendalian hormonal.
Kontrol Metabolisme
 Kontrol enzim
Enzim sebagai biokatalis berperan sentral dalam metabolisme.
Konsentrasi enzim dalam suatu sel hidup akan meningkat seiring
dengan bertambahnya jumlah substrat yang harus dikatalisis
rekasinya. Efek ini disebut sebagai efek induksi. Secara umum
kontrol level enzim dalam sel dapat terjadi melalui regulasi
biosintesis proteinnya, maupun regulasi pada proses degradasi
protein enzim.
Kontrol Metabolisme
 Aktivitas enzim
Aktivitas suatu enzim dapat dikendalikan dengan cara
pengikatan ligan (dapat berupa substrat, produk, efektor) dan
modifikasi kovalen molekul enzim. Pengikatan efektor secara
allosterik untuk aktivasi maupun inhibisi aktivitas enzim
merupakan mekanisme yang paling umum ditemui pada kontrol
aktivitas enzim.
Modifikasi kovalen terjadi pada sisi aktif enzim sehingga
berpengaruh terhadap aktivitas enzim. Modifikasi yang terjadi
bisa berupa fosforilasi, adenilasi, dan ADP ribolasi. Fosforilasi
dan adenilasi terjadi pada enzim dengan gugus OH pada sisi
aktifnya (sisi aktif terdiri dari asam amino tirosin dan serin),
sedangakan ADP ribolasi terjadi pada enzim yang mempunyai sisi
aktif dengan gugus NH2
Kontrol Metabolisme
 Kompartemen
Sistem kompartemen terjadi pada sel eukariotik dimana sel
sudah terbagi atas organel-organeldengan fungsi masing-masing.
Sistem kompartemen menjadikan reaksi metabolisme berjalan
efisien, karena enzim yang berfungsi pada suatu organel dengan
fungsi tertentu tidak terdapat pada organel lain.
Proses-proses utama seperti glikolisis dan glukoneogenesis
terjadi disitoplasma. Biosintesis protein terjadi di ribosom,
replikasi DNA terjadi di dalam inti sel, sedangkan biosintesis
rRNA terjadi di anak inti sel
Kontrol Metabolisme
 Pengendalian hormonal
Suatu perubahan atau reaksi kimia yang terjadi pada suatu sel
seringkali dikarenakan adanya signal atau pesan dari jaringan
lain. Mekanisme ini dikenal sebagai signal transduksi. Hormon
dapat berperan menyampaikan signal transduksi di dalam tubuh.
Hormon disintesis pada sel tertentu untuk dapat bereaksi
dengan reseptor hingga suatu reaksi metabolisme terjadi.
Prinsip mekanisme kontrol dengan hormon adalah interaksi
antara hormon dengan reseptor yang kemudian diteruskan ke
efektor hingga menyebabkan bentuk inaktif second messenger
berubah menjadi aktif. Second messenger ini selanjutnya
mengaktifkan berbagai enzim yang berperan dalam reaksi
metabolisme.
Kontrol Metabolisme
Contoh mekanisme Pengendalian hormonal
Salah satu contoh mekanisme kontrol metabolisme secara
hormonal adalah mekanisme sintesis glikogen dalam sel hati.
Hormon yang terlibat adalah glukagon , transducer protein G,
dan efektor adenilat siklase. Adenilat siklase akan mengkatifkan
ATP siklis (C-AMP) yang merupakan second messenger yang
mengkatalisis aktivasi enzim-enzim pada biosintesis glikogen
KatabolismeKarbohidrat
Oleh : Karmanto S.Si, M.Sc.
Katabolisme Karbohidrat
Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami
proses hidrolisis baik di mulut, lambung, maupun usus.
Katabolisme karbohidrat dimulai dengan degradasi polisakarida
menjadi monosakarida untuk dapat mengikuti jalur glikolisis,
siklus asam sitrat, dan fosforilasi oksidatif (transfer elektron)
yang merupakan jalur utama katabolisme
GLIKOLISIS
Glikolisis merupakan salah satu tahap katabolisme yang terdiri
dari 10 reaksi yang mengkonversi 1 molekul glukosa menjadi 2
molekul asam piruvat, 2 molekul ATP, dan 2molekul NADH.
Sepuluh reaksi yang terjadi dalam proses glikolisis dibagi
menjadi dua tahap yakni tahap penyimpanan energi dan tahap
produksi energi.
GLIKOLISIS
Tahap Penyimpanan Energi
Tahap Produksi Energi
Glukosa (G)
ATP
(2) Piruvat (Pyr)
ADP
2ADP
Glukosa 6 fosfat (G6P)
(2) Fosfoenolpiruvat(PEP)
H2O
Fruktosa 6 fosfat (F6P)
ATP
2ATP
(2) 2-Fosfogliserat (2PG)
ADP
Fruktosa 1,6 bifosfat (FBP)
(2) 3-Fosfogliserat (3PG)
Gliseraldehid -3P (G3P)
Dihidroksiasetonfosfat (DHA)
2NAD++2Pi
(2) Gliseraldehid-3P (G3P)
2ADP
2ATP
(2) 1,3 bisfosfogliserat (BPG)
2NADH+2H+
GLIKOLISIS
Tahap Penyimpanan Energi
Tahap Produksi Energi
P
Glukosa
P
P
2ATP
NAD+
+2Pi
NAD+
+2Pi
2ADP
NADH
+2H+
NADH
+2H+
P
P
P
P
P
Fruktosa 1,6 bifosfat
P
P
2ADP
2ADP
2ATP
2ATP
Gliseraldehid-3P
Piruvat
GLIKOLISIS
 Secara keseluruhan pada proses Glikolisis, dari 1 molekul glukosa
akan dihasilkan 2 molekul ATP, 2 molekul NADH yang dapat
memberikan tambahan (ATP) melalui proses transfer elektron
pada respirasi.
 Reaksi total glikolisis adalah sebagai berikut :
Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2piruvat + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O
 Pada sat tubuh kekurangan oksigen piruvat akan diubah menjadi
laktat (sel otot) atau etanol (pada ragi dan jaringan yang
mempunyai enzim alkohol dehidrogenase). Reaksi total glikolisis
adalah sebagai berikut :
GLIKOLISIS GULA SELAIN GLUKOSA
 Monosakarida
Galaktosa, fruktosa, manosa
 Disakarida
maltase
maltosa + H2O --------------> 2 D-glukosa
laktase
laktosa + H2O --------------> D-glukosa + D-galaktosa
Sukrase
sukrosa + H2O --------------> D-glukosa + D-fruktosa
GLIKOLISIS GULA SELAIN GLUKOSA
Glikogen
2ATP
Laktosa
Galaktosa
Maltosa
Glukosa
Manosa
Sukrosa
2ADP
Galaktosa-1P
Glukosa-1P
Glukosa -6P
Manosa-6P
Fruktosa
Fruktosa -6P
2ATP
2ADP
DHAP
Fruktosa-1P
Giseraldehid
G3P
SIKLUS ASAM SITRAT
Siklus asam sitrat bukan merupakan bagian katabolisme
karbohidrat saja, Karena jalur ini merupakan pusat proses
oksidasi dimana semua bahan bakar (karbohidrat, protein, dan
lipid) mengalami reaksi katabolisme .
Molekul makanan
GLIKOLISIS
PIRUVAT
Sitoplasma
OKSIDASI
CO2
Piruvat
CoA-SH
NAD+
NADH
CoA
CoA-SH
NADH
Molekul
4-karbon
(prekursor)
NAD+
FADH2
FAD2+
Molekul
4-karbon
ATP
Molekul
6-karbon
Molekul
5-karbon
ADP
CO2
Asetil-CoA
NADH
NAD+
NADH
CO2
NAD+
Transport Elektron Elektron & Fosforilasi Oksidatif
Proses glikolisis terjadi disitoplasma , oksidasi asam piruvat,
oksidasi asam lemak, oksidasi asam amino, dan siklus asam
sitrat terjadi di matriks mitokondria. Proses oksidasi dengan
transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria.
Secara keseluruhan Katabolisme polisakarida :
 Glikolisis :
Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2piruvat + 2ATP + 2NADH +
2H+ + 2H2O
Oksidasi piruvat :
2 Piruvat + 2 NAD+ + 2CoASH  2 asetil-CoA + 2NADH + 2 CO2
Siklus TCA :
2 asetil Co-A + 6 H2O + 2FAD + 2ADP + 2Pi  4 CO2 + 6NADH
+ 2FADH2 + 2CoA-SH + 2 ATP
Rantai respirasi:
10 NADH + 10 H+ + 5 O2 + 30 ADP + 30 Pi  10 NAD+ + 10 H2O
+ 30 ATP
2 FADH2 + 1/2 O2 + 4 ADP + 4 Pi  2 FAD + 2H2O + 4 ATP
Glukosa + 3 O2 +38 ADP + 38 Pi  6 CO2 + 6H2O + 38 ATP
GANGGUAN METABOLISME
KARBOHIDRAT
DIABETES MELITUS
KOMPLIKASI