Mengkatalisis oksidasi

METABOLISME
• Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh karena itu
sel dapat menjalankan aktivitas hidup, di antaranya
metabolisme.
• Serangkaian reaksi biokimia yang terjadi pada sel organisme
hidup atau modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam
organisme dan sel. Metabolisme mencakup sintesis
(anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik
kompleks.
• Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang
melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur
metabolisme. Metabolisme total merupakan semua proses
biokimia di dalam organisme. Metabolisme sel mencakup
semua proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolisme,
makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup.Produk
metabolisme disebut metabolit.
Tujuan Metabolisme
• Menghasilkan ATP. ATP berfungsi untuk:
Kontraksi otot
Transport aktif
Transduksi signal
Reaksi biosynthese
• Menghasilkan bahan-bahan untuk biosynthese
• ATP diperoleh dari proses Oksidasi
(Asam amino, Glukose, Asam lemak)
• Acetyl Co-A  CO2, NADH, FADH2
REGULASI METABOLISME
Contoh bahan-bahan yang dihasilkan:
• NADPH (donor elektron)
• Dihydroxyacetonphosphat (Glycerol)
• Acetyl CoA (Asam lemak, Cholesterol)
• Succinyl CoA (Porphyrin)
• Ribose-5 Phosphat (Nucleotida)
Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi
•
Anabolisme: proses penyusunan energi kimia melalui sintesa senyawa organik dari bahan anorganik
(fotosintesis, kemosintesis).
contoh fotosintesis (asimilasi C)
energi cahaya
6 CO2 + 6 H2O ———————————> C6H1206 + 6 02
klorofil
glukosa
(energi kimia)
Pada kloroplas terjadi transformasi energi, yaitu dari energi cahaya sebagai energi kinetik berubah
menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan senyawa organik pada glukosa. Dengan
bantuan enzim-enzim, proses tersebut berlangsung cepat dan efisien. Bila dalam suatu reaksi
memerlukan energi dalam bentuk panas reaksinya disebut reaksi endergonik. Reaksi semacam itu
disebut reaksi endoterm.
•
Katabolisme: proses pemecahan molekul komplek menjadi molekul sederhana dengan melepaskan
energi (respirasi).
Contoh:
enzim
C6H12O6 + 6 O2 ———————————> 6 CO2 + 6 H2O + 686 KKal.
energi kimia
Saat molekul terurai menjadi molekul yang lebih kecil terjadi
pelepasan energi sehingga terbentuk energi panas. Bila pada suatu
reaksi dilepaskan energi, reaksinya disebut reaksi eksergonik.
Reaksi semacam itu disebut juga reaksi eksoterm.
Anabolisme dan katabolisme merupakan reaksi enzimatik dengan protein sebagai biokatalisator.
Perbedaan Anabolisme & Katabolisme
• Katabolisme adalah penguraian molekul-molekul besar
menjadi molekul-molekul kecil.
Proses Melepaskan energi
Hasil reaksi Energi potensial lebih sedikit dari zat yang
bereaksi
• Anabolisme adalah pembentukan molekul-molekul besar
dari molekul-molekul kecil.
Memerlukan energi
Hasil reaksi Lebih banyak energi potensial dari yang
bereaksi
Jalur-Jalur Metabolisme Penting:
•
•
•
•
Metabolisme karbohidrat
Metabolisme lemak
Metabolisme protein
Metabolisme asam nukleat
Metabolisme LIPID
Metabolisme LIPID
– Degradasi Lipid  Oksidasi asam lemak
• Pencernaan, penyerapan dan transpot lemak
• -oksidasi asam lemak
– Biosintesis Lipid
•
•
•
•
Biosintesis asam lemak
Biosintesis triasilgliserol
Biosintesis fosfolipid
Biosintesis kolesterol dan steroid
Pencernaan, penyerapan, &
transport lemak
• Penggunaan lemak sebagai sumber energi erat
berhubungan dengan metabolisme lipoprotein
dan kolesterol.
• Mammal mempunyai 5 – 25% / lebih  lipid dan
90% dlm bentuk lemak (TAG) yg disimpan di
dalam jaringan adipose
• Hewan  lemak disimpan dalam adiposit
• Tumbuhan  biji  untuk perkembangan
embrio
• Sumber lemak :
– Makanan
– Biosintesis de novo
– Simpanan tubuh 
adiposit
• Masalah utama  sifatnya
yang tidak larut dalam air.
• Lemak  diemulsi oleh
garam empedu – disintesis
oleh liver & disimpan dlm
empedu  mudah dicerna &
diserap
• Transportasi  membentuk
kompleks dg protein 
lipoprotein
Garam empedu terdiri dr asam empedu yg berasal dari
kolesterol
Garam empedu  bersifat amfifatik  mengemulsi lemak 
membentuk misel
Lemak  dipecah oleh lipase pankreas  hasil?
• Penyerapan oleh sel
mukosa usus halus
• Asam lemak yg diserap
 disintesis kembali
mjd lemak dalam 
badan golgi dan
retikulum endoplasma
sel mukosa usus halus
• TAG  masuk ke
sistem limfa
membentuk kompleks
dgn protein 
chylomicrons
Gliserol hasil hidrolisis TAG : dirubah mjd
DHAP oleh ensim :
1 Glycerol Kinase
2 Glycerol Phosphate Dehydrogenase.
Masuk ke dalam daur Glikolisis
 Chylomicron kmdn membawa TAG dari sel mukosa usus
halus ke organ lain seperti jantung, otot, dan jaringan
lemak.
 untuk TAG yg disintesis dr hati, akan dibawa oleh VLDL
ke organ lain
 setelah mencapai organ target  di kapiler  TAG akan
dihidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak
 Asam lemak bebas diserap, sisanya dibawa oleh serum
albumin  ke sel lain
 Asam lemak yg telah masuk ke dalam sel
Diubah menjadi energi
Diubah menjadi TAG untuk disimpan di adiposa
β oksidasi
Mengapa betaoksidasi?
• Oksidasi LCFA  jalur metabolisme penghasil energi
utama pada hewan, bbrp protista, dan beberapa
bakteri
• Elektron dr proses oksidasi FA  melewati rantai
respirasi mitokondria  menghasilkan ATP
(asetil ko A hasil oksidasi FA  dioksidasi sempurna
menjadi CO2 mll TCA  ATP sintesis)
• Pada bbrp vertebrata  Asetil ko A hsl β oksidasi 
diubah menjadi badan keton di hati (larut dlm air)
dan di transpor ke otak dan jaringan lain pd saat
gula tidak tersedia
• Pada tumbuhan  asetil koA berfungsi utama
sebagai prekursor biosintesis
3 tahapan reaksi oksidasi FA dlm
mitokondria
• Oksidasi LCFA  molekul 2 C : asetil koA
• Oksidasi asetil Ko A  CO2 dg TCA
• Transfer elektron karier elektron yg tereduksi
ke rantai respirasi mitokondrial
β oksidasi
• setelah memasuki sel 
FA masuk ke matriks
mitokondria  degradasi
lebih lanjut.
• FA diaktivasi dgn ensim
fatty acyl – CoA ligase
atau Acyl CoA synthase /
thiokinase
• Ensim ini spesifik utk
tiap jenis asam lemak
(MCFA, SCFA beda dgn
LCFA)
Untuk masuk ke dalam matrik mitokondria, asam lemak
yg sudah diaktivasi  memerlukan karier  karnitin
-Karnitin asiltransferase I : membran luar
-Karnitin asiltransferase II : membran dalam
• LCFA membutuhkan garam empedu untuk penyerapan
 MCFA dan SCFA memasuki pembuluh darah dan
diikat oleh serum albumin untuk di transport ke hati.
β oksidasi
• Terdiri dari 4 proses utama:
– Dehidrogenasi
– Hidratasi
– Dehidrogenasi
– Thiolisis
• Berapakah jumlah reaksi yang dibutuhkan untuk
menghidrolisis asam palmitat menjadi asetil Co A
semua?
Step 1 : dehidrogenasi / oksidasi
• Berperan pada pembentukan rantai ganda antara atom
C2 – C3.
• Mempunyai akseptor hidrogen FAD+.
• Antara asam lemak yg berbeda panjangnya beda
enzimnya,
Step2 : Hidratasi
• Mengkatalisis hidrasi trans
enoyl CoA
• Penambahan gugus hidroksi
pada C no. 3
• Ensim bersifat stereospesifik
• Menghasilkan 3-Lhidroksiasil Co. A
Step 3 : dehidrogenasi
• Mengkatalisis oksidasi -OH pada C no. 3 / C β 
menjadi keton
• Akseptor elektronnya : NAD+
Step 4 : thiolisis
• β-Ketothiolase  mengkatalisis pemecahan ikatan
thioester.
• Acetyl-CoA  dilepas dan tersisa asam lemak asil ko A
yang terhubung dgn thio sistein mll ikatan tioester.
• Tiol HSCoA menggantikan cysteine thiol, menghasilkan
fatty acyl-CoA (yang telah berkurang 2 C).
Degradasi asam
lemak tak jenuh
• Membutuhkan 2 ensim
tambahan yi
• Enoyl CoA
isomerase
• 2,4 dienoyl CoA
reduktase
• Degradasi FA dgn jumlah C ganjil  pd akhir
beta oksidasi  acetoacetil Co A  dipecah
akan menghasilkan propionil Co A dan Asetil
Co A
• Propionil Co A  diubah menjadi
metilmalonil Co A  suksinil Co.A  TCA
Review Degradasi Asam Lemak
• Asam lemak merupakan bentuk simpanan energi
metabolik yang paling efisien.
• TAG terdiri dari 3 asam lemak dan gliserol
• TAG didegradasi oleh enzim lipase di dalam usus
halus menjadi asam lemak dan gliserol.
• Asam lemak melewati dinding usus halus, dan TAG
kembali disintesis dan ditransport di dalam darah
oleh chylomicrons.
• Chylomicrons terikat pada sel lemak (adipocytes)
dan TAG didegradasi lagi menjadi asam lemak dan
gliserol
• Asam lemak masuk sel adiposa kmdn disintesis
kembali mjd TAG dan disimpan.
• TAG di dalam adiposa didegradasi menjadi asam lemak
sebagai respon terhadap sinyal hormon.
• Asam lemak bergabung dengan Co A terlebih dahulu
sebelum didegradasi.
• Degradasi asam lemak menjadi asetil Co A terjadi dalam
matriks mitokondria.
• Karnitine membawa asam lemak rantai panjang ke
dalam mitokondria untuk didegradasi
• 4 urutan reaksi degradasi asam lemak adalah :
oxidation, hydration, oxidation, thiolysis.
Metabolisme Toksik
1.
2.
3.
4.
Mekanisme pertahanan tubuh terhadap toksik
meliputi beberapa ragam dan cara
diantaranya:
Eliminasi racun dalam bentuk yang tidak
berubah
Modifikasi bentuk struktur kimia sehingga larut
dalam air dan diekskresikan melalui ginjal
Modifikasi bentuk struktur kimia untuk
menghilangkan efek racun
Cara pertahanan tubuh dengan reaksi
immunitas
1.
2.
3.
4.
Reksi-reaksi metabolisme tidak
dirancang untuk detoksifikasi dan
eliminasi secara optimal, melainkan
tergantung kerja katalis enzim secara
kinetik dan dinamik. Reaksi katalis
enzimatik meliputi:
Reaksi hidrolisis
Reaksi oksidasi
Reaksi reduksi
Reaksi konyugasi
Enzim
Pengertian
Senyawa organik berupa protein yang berfungsi sebagai katalis
dalam metabolisme tubuh, sehingga disebut juga biokatalisator atau
suatu molekul yang dapat mengontrol kecepatan metabolisme tubuh.
Komponen-komponen enzim
• Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yang akan
rusak bila suhu terlampau panas(termolabil).
• Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak tersusun
dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik
yang disebut KOENZIM. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan
tahan panas (termostabil), ion-ion logam yang menjadi kofaktor
berperan sebagai stabilisator agar enzim tetap aktif. Koenzim yang
terkenal pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu
NAD (Nikotinamid Adenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin
Dinukleotida), SITOKROM.
Tentang Enzim
 Enzim mengatur kecepatan dan kekhususan ribuan reaksi kimia
yang berlangsung di dalam sel. Walaupun enzim dibuat di dalam
sel, tetapi untuk bertindak sebagai katalis tidak harus berada di
dalam sel.
 Reaksi yang dikendalikan oleh enzim antara lain ialah respirasi,
pertumbuhan dan perkembangan, kontraksi otot, fotosintesis,
fiksasi, nitrogen, dan pencernaan.
 Enzim diproduksi oleh sel-sel yang hidup, sebagian besar enzim
bekerja di dalam sel dan disebut enzim intraseluler, contohnya
enzim katalase yang berfungsi menguraikan senyawa peroksida
(H2O2) yang bersifat racun menjadi air (H2O) dan oksigen (O2).
Enzim-enzim yang bekerja di luar sel (ekstraseluler) contohnya :
amilase, lipase, protease dll
Sifat-sifat enzim
•
Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.
•
Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C,
karena enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.
•
Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat
pada enzim.
•
Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator,
reaksinya sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.
•
Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel
(ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase.
Sifat-sifat enzim
•
Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada
juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-katalisis
pembentukan dan penguraian lemak.
lipase
Lemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol
•
Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif
(permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan
permukaan substrat tertentu.
•
Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non protein
tambahan yang disebut kofaktor.
Pada reaksis enzimatis terdapat zat yang mempengarahi reaksi, yakni
aktivator dan inhibitor, aktivator dapat mempercepat jalannya reaksi, contoh
aktivator enzim: ion Mg, Ca, zat organik seperti koenzim-A.
Inhibitor akan menghambat jalannya reaksi enzim. Contoh inhibitor : CO, Arsen,
Hg, Sianida.
Komponen Enzim
• PROTEIN
• KOFAKTOR ION LOGAM (Cu2+,Mn2+,K+,Na+) NON
LOGAM/KOENZIM (Vitamin B,NAD)
Faktor-faktor yang mempengaruhi kerja enzim
• Suhu
• pH
• Aktivator
• Inhibitor
INHIBITOR
• KOMPETITIF Memiliki struktur seperti
substrat sehingga akan bersaing dalam
menempati sisi aktif
• NON KOMPETITIF Inhibitor yang melekat
bukan pada sisi aktif, sehingga enzim
akan kehilangan sisi aktif
Mekanisme kerja enzim
Ada dua teori yang menjelaskan mengenai cara kerja enzim yaitu:
• Teori kunci dan gembok
Teori ini diusulkan oleh Emil Fischer pada 1894. Menurut teori ini,
enzim bekerja sangat spesifik. Enzim dan substrat memiliki bentuk
geometri komplemen yang sama persis sehingga bisa saling
melekat.
• Teori ketepatan induksi
Teori ini diusulkan oleh Daniel Koshland pada 1958. Menurut teori
ini, enzim tidak merupakan struktur yang spesifik melainkan struktur
yang fleksibel.
Bentuk sisi aktif enzim hanya menyerupai substrat. Ketika substrat
melekat pada sisi aktif enzim, sisi aktif enzim berubah bentuk untuk
menyerupai substrat.
Macam-macam enzim
Berdasarkan tipe reaksi kimia yang dikatalisis, macammacam enzim antara lain:
1. Enzim Hidrolisis
2. Enzim Oksidasi-Reduksi
3. Fosforilase
4. Transferase
5. Karboksilase
6. Konjugasi
Fungsi enzim
•
•
Enzim dalam diagnosa klinik
Sebagai indikator penyakit
Sebagai pereaksi uji untuk mengetahuikonsentrasi metabolit
Enzim dalam bidang industri
a. Amilase: untuk zat pemanis dan fermentasi
b. Invertase: pembuatan gula invert untuk kembang gula roti
c. Papain: pelunak daging
d. Renin: pembekuan susu pada pembuatan keju
e. Oksidase glukosa: menghasilkan sirup gandum berkadar fruktosa
tinggi (pemanis)
f. Protease mikrobial: bahan tambahan detergen, pelunak daging
Referensi
• Ariens, E.J, 1986, Toksikologi Umum:
Pengantar, Gadjah Mada University Press,
Yogyakarta
• Haryoto Kusnoputranto, 1995. Toksikologi
lingkungan, penerbit University Indonesia.
Jakarta
• Sutamihaddja, RTM, 2009, Toksikologi
Lingkungan (Buku I). University Indonesia.
Jakarta.
• Soetarmi,S. dan N. Nugiri.1995. Buku Pelajaran
Biologi SMU. Penerbit Erlangga, Jakarta