Metabolisme Karbohidrat Diploma (edit Inda)
advertisement
METABOLISME KARBOHIDRAT Metabolisme Total semua aktivitas kimia dalam sel metabolisme selular Katabolisme : proses degradasi, melepaskan energi reaksi eksergonik Anabolisme : proses biosintesis, membutuhkan energi reaksi endergonik Jalur Metabolisme Karbohidrat Jalur utama metabolisme energi 1. 2. 3. Glikolisis Siklus asam sitrat Transport elektron Glikolisis Glikolisis Fasa dalam jalur glikolisis 1. 2. 10 Reaksi antara glukosa dan piruvat dapat dianggap terdiri dari dua fasa yang berbeda: Fasa investasi energi dimana ATP digunakan untuk pembentukan gula fosfat. Fasa produksi energi. Pada tahap ini triosa fosfat dikonversi menjadi senyawa berenergi tinggi, dimana fosfatnya ditransfer ke ADP untuk sintesis ATP. Fasa investasi energi Fasa produksi energi Enzim dan intermediet yang terlibat dalam glikolisis Learning Check Molekul karbohidrat sederhana (glukosa) di dalam tubuh dimetabolisme melalui tiga jalur utama, yaitu? Tuliskan tahapan jalur metabolisme pengubahan molekul karbohidrat menjadi energi? Apakah nama senyawa yang dihasilkan dari reaksi glikolisis? Tuliskan nama senyawa yang dihasilkan pada glikolisis aerob dan anaerob Jalur metabolisme piruvat Glikolisis anaerob Glikolisis aerob Fermentasi laktat Fermentasi laktat terjadi dalam organisme anaerob atau dalam sel aerob yang menjalani glikolisis dengan kecepatan tinggi. ◦ Di dalam tipe sel ini, NADH yang dihasilkan dalam glikolisis tidak dapat direoksidasi menjadi NAD+. Ketika situasi ini terjadi NADH dioksidasi menjadi NAD+ melalui reduksi piruvat menjadi laktat. ◦ Enzim yang mengkatalisis reduksi piruvat menjadi laktat adalah laktat dehidrogenase. Fakta baru: ◦ Laktat bukanlah metabolit terakhir karena laktat dapat dikonversi kembali menjadi piruvat. ◦ Fermentasi laktat juga terjadi pada kondisi oksigen normal, 50% glukosa dikonversi menjadi laktat. menunjukan adanya koordinasi penyimpanan dan produk energi antar jaringan yang berbeda, tetapi mekanismenya belum jelas. Fermentasi etanol Energi dari glikolisis aerob dan anaerob Glikolisis anaerob: Fermentasi laktat: Glukosa + 2 ADP + 2Pi 2 Laktat + 2 ATP + 2 H2O Fermentasi etanol Glukosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 H+ 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O Glikolisis aerob: Glukosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Piruvat + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH + 2 H+ Reoksidasi NADH 1 mol NADH 3 mol ATP Total ATP yang diperoleh per mol glukosa = 8 mol Metabolisme monosakarida Heksokinase dapat memfosforilasi gula2 lain selain D-glukosa, sehingga monosakarida lain (galaktosa, fruktosa, dan manosa) dapat masuk ke dalam jalur glikolisis. Konversi galaktosa menjadi glukosa Jalur masuk fruktosa di dalam liver Metabolisme Disakarida Enzim maltase Maltosa + H2O 2 D-Glukosa Enzim Laktase Laktosa + H2O D-galaktosa + D-glukosa Enzim sukrase Sukrosa + H2O D-fruktosa + D-glukosa Siklus Asam Sitrat Siklus asam sitrat Molekul-molekul metabolit yang masuk ke dalam siklus asam sitrat tidak hanya berasal dari karbohidrat tetapi juga dari protein atau lipid Semua jalur katabolisme memusat di siklus asam sitrat. Pada siklus asam sitrat, seluruh metabolit yang masuk dioksidasi menjadi CO2. Strategi siklus asam sitrat Siklus asam sitrat adalah respirasi tahap kedua. Di dalam siklus ini, dua karbon dari asetil-CoA bergabung dengan oksaloasetat membentuk senyawa berkarbon enam (sitrat). Bagian pertama dari siklus asam sitrat, dua karbon dari sitrat dioksidasi menjadi CO2, menghasilkan senyawa berkarbon empat teraktivasi (sucinil-CoA). Pada tahap kedua, sucinil-CoA dikonversi kembali menjadi oksaloasetat, sehingga proses siklus dapat dimulai lagi. Dalam setiap siklus, dua karbon ditambahkan tetapi dua karbon dioksidasi menjadi CO2. Jadi totalnya tidak ada inkorporasi karbon dari asetil-CoA pada setiap siklus. Strategi siklus asam sitrat Fasa siklus asam sitrat Fasa pertama (reaksi 14) adalah reaksi pemasukan dan pelepasan dua atom C. Fasa kedua (reaksi 5-8) adalah regernerasi oksaloasetat Stoikiometri dan energetika siklus asam sitrat Reaksi kimia total dalam siklus asam sitrat: Asetil-CoA + 2H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 + 3NADH + 3H+ + FADH2 + CoA-SH + GTP Bila glikolisis dan dekarboksilasi piruvat disertakan, maka reaksi totalnya menjadi Glukosa + 6H2O + 10NAD+ + 2FAD + 4ADP + 4Pi 6CO2 + 10NADH + 10H+ + 2FADH2 + 4ATP Hingga siklus asam sitrat tidak banyak ATP yang terbentuk secara langsung. Sebagian besar ATP diperoleh secara tidak langsung melalui reoksidasi NADH dan FADH2 yang berlangsung sangat eksergonik. 1 mol NADH 3 mol ATP 1 mol FADH2 2 mol ATP Total ATP yang dapat diperoleh adalah 38 mol. Learning Check Berapakah jumlah energi yang dihasilkan dari glikolisis anaerob (fermentasi asam laktat dan etanol) dan glikolisis aerob? Bagaimana metabolisme monoskarida selain glukosa (galaktosa, fruktosa dan manosa)? Berapa total energi yang dihasilkan dari siklus asam sitrat dan senyawa apakah yang dihasilkan? Oksidasi, transport elektron, dan fosforilasi oksidatif Proses respirasi Sel anaerob: ◦ 2 mol ATP ◦ NADH direoksidasi secara langsung melalui reduksi piruvat menjadi laktat/etanol. Sel aerob: ◦ 4 mol ATP ◦ 10 mol NADH dan 2 mol FADH2. Reoksidasi kedua molekul berlangsung melalui transfer elektron secara bertahap dari bentuk tereduksi hingga oksigen. Transport elektron/ fosforilasi oksidatif Oksidasi dalam siklus asam sitrat menghasilkan molekul2 pembawa elektron dalam bentuk tereduksi dimana reoksidasi molekul2 ini akan mendorong biosintesis ATP, utamanya melalui proses rantai respirasi-transport elektron dan fosforilasi oksidatif. Mitokondria Oksidasi Biologi Transport elektron dalam mitokondria berlangsung melalui deretan reaksi oksidasi dan reduksi (redoks). Potensial reduksi elektron carrier Untuk elektron yang masuk rantai respirasi sebagai NADH, reaksi keseluruhannya diberikan oleh persamaan reaksi berikut: NADH + H+ + ½ O2 NAD+ + H2O Reaksi ini sangat eksergonik, sehingga reokidasi 1 mol NADH dapat digunakan untuk mendorong sintesis 3 mol ATP. Urutan transfer elektron berdasarkan potensial reduksi Fosforilasi oksidatif Fosforilasi oksidatif adalah suatu proses dimana oksidasi biologis akhirnya dikonversi menjadi energi kimia dalam bentuk ATP. Mekanisme fosforilasi oksidatif lebih rumit dibanding fosforilasi level substrat seperti pada glikolisis dan siklus asam sitrat. “Anyone who is not confused about oxidative phosphorylation just doesn’t understand the situation” Efraim Racker, scientist leader in the field of oxidative phosphorylation Rasio P/O: ukuran efisiensi fosforilasi oksidatif. Efisiensi fosforilasi oksidatif ditentukan dari nilai rasio P/O, yaitu jumlah molekul ATP yang disintesis per pasangan elektron. Secara eksperimen, nilai P/O diukur dari isolat mitokondria dalam sel dengan menentukan jumlah ATP yang disintesis per molekul oksigen yang direduksi menjadi air dalam tahap akhir transport elektron. Jumlah relatif ATP yang dibuat per pasangan elektron yang masuk sistem transport elektron bervariasi. ◦ Elektron yang masuk pada kompleks I dari NADH memiliki nilai P/O = 3/1, sedankan elektron yang masuk pada kompleks II memiliki nilai P/O = 2/1. Rasio P/O 1 mol NADH 3 mol ATP 1 mol FADH2 2 mol ATP Learning Check Apakah fungsi dari proses transfer elektron atau fosforilasi oksidatif? Di manakah tempat berlangsungnya proses transfer elektron dan partikel apakah yang ditransfer dari satu akseptor ke akseptor lainnya? Apakah nama akseptor elektron terakhir pada reaksi fosforilasi oksidatif? Stoikiometri glikolisis anaerob dan aerob Glikolisis anaerob: C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi 2 laktat + 2 H+ + 2 H2O + 2 ATP Glikolisis aerob: C6H12O6 + 38 ADP + 38 Pi + 6 O2 6 CO2 + 44 H2O + 38 ATP Katabolisme polisakarida 1. 2. Didalam metabolisme hewan ada dua sumber glukosa yang diperoleh dari polisakarida: Dari pencernaan polisakarida yang terdapat pada makanan. Tepung dari tanaman, dan glikogen dari daging. Dari mobilisasi cadangan glikogen. Pencernaan glikogen dan tepung 1. 2. 3. 4. 5. -amilase dalam saliva memotong ikatan (14). Di dalam usus pencernaan dilanjutkan, dibantu oleh -amilase yang disekresi oleh pankreas. -amilase tidak dapat memotong ikatan pada cabang [(16)]. Sisa pemotongan oleh -amilase, disebut limit dextran. Ikatan pada cabang kemudian dipotong oleh enzim (16)-glukosidase, sehingga terekspos group baru yang berikatan (14). Glukosa dan beberapa maltosa kemudian diserap dan melalui aliran darah ditransport ke seluruh jaringan untuk dimanfaatkan. Quiz Senyawa apakah yang menimbulkan rasa pegal di otot pada proses glikolisis anaerob (sel kekurangan oksigen)? Bagaimana proses katabolisme senyawa disakarida seperti sukrosa dan laktosa diubah menjadi energi? Apakah peran ubiquinon, cytocrome a, b & c pada proses transfer elektron? Berapa total energi yang dihasilkan pada respirasi aerob setelah melewati proses fosforilasi oksidatif? Terima Kasih
