Metabolisme intermedier : Katabolisme

Metabolisme intermedier :
Katabolisme
Dewi Cakrawati, S.TP.,M.Si
Agroindustri-UPI
Katabolisme
• perombakan zat/senyawa dengan kandungan
energi tinggi menjadi senyawa dengan
kandunga energi rendah. Proses ini akan
menghasilkan energi kimia. Senyawa hasil
perombakan akan dikeluarkan dari tubuh
karena struktur kimianya tidak dapat lagi
diuraikan oleh tubuh.
Katabolisme karbohidrat
• Disebut juga glikolosis
• Proses
degradasi
1
molekul
glukosa
(C6)
menjadi
2
molekul
piruvat (C3) yang terjadi dalam serangkaian reaksi
enzimatis
yang menghasilkan energi bebas dalam bentuk ATP
dan NADH
• terdiri dari 10 langkah reaksi yang terbagi menjadi 2 Fase, yaitu:
• 5 langkah pertama yang disebut fase preparatory
• 5 langkah terakhir yang disebut fase payoff
Reaksi Umum Glikolisis
Glukosa
glukosa 6 fosfat
Fruktosa-6-Phosphat
1,3 diPhosphat gliserat
Phosphoenol piruvat (PEP)
Jumlah energi yang dihasilkan
:
-
1 ATP/mol C6
Fruktosa-1,6 diPhosphat :
-
1 ATP/mol C6
3-Phosphat Gliserat x2 :
asam piruvat x2
:
+ 2 ATP /mol C6
+ 2 ATP/mol C6
2 ATP /mol C6
Kondisi Anaerob
Fermentasi asam laktat
• Ketika oksigen tidak mencukupi
• Penimbunan asam laktat pada manusia menyebabkan kelelahan, hal ini
biasa terjadi setelah melakukan aktivitas otot misalnya berolahraga dan
akan menghilang setelah beberapa hari ketika asam laktat dikonversi
menjadi atp melalui jalur respirasi normal.
Fermentasi alkohol
• Pembentukan alkohol dari gula.
• Pada kondisi anaerob, ragi (saccharomyces sereviceae)
mengkonversi gula menjadi asam piruvat melalui jalur glikolisis
kemudian mengkonversi piruvat menjadi etanol (C2).
Siklus krebs = siklus asam sitrat = siklus TCA (Tri
carboxilic acid)
Degradasi aerob dari asam piruvat berlangsung melalui 2 jalan :
• Siklus krebs
• Rantai pernafasan
berlangsung dalam mitokondria
mikroorganisme yang tidak memiliki
mitokondria (prokaryot) terjadi pada
sitoplasma.
asam piruvat diubah menjadi
asetil koenzym A (asetil-CoA)
sebelum masuk ke dalam siklus
krebs
Reaksi Pembentukan Asetil Coa :
Asetil CoA adalah suatu senyawa yang sangat
penting dalam metabolisme intermedier karena :
1. Dalam siklus krebs, merupakan zat perantara dalam
pembentukan CO2 dan H2O dari senyawa Karbohidrat
2. Zat penting dalam sintesa/degradasi lemak dan steroid
3. Zat perantara dalam metabolisme asam amino.
Tujuan dari siklus krebs adalah oksidasi
sempurna asetil CoA untuk memperoleh
1. Energi
2. Prekursor/biosintesa senyawa lain, misalnya :
α-keto glutarat : prekursor dari Glu, Glu, Pro, suksinil
CoA : prekursor dari senyawa porfirin, seperti
hemoglobin, myoglobin, sitokrom dan klorofil.
Siklus asam sitrat
• Merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.
sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid
dan protein.
• Merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme
Asetil Koa, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen
yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan
sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan bakar jaringan,
dalam bentuk atp.
• Residu Asetil ini berada dalam bentuk asetil-koa (CH3-CO KoA,
asetat aktif), suatu ester koenzim a.
• Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.
Siklus asam sitrat mempunyai 8 langkah
1. Pembentukan sitrat
• Reaksi pertama dari siklus asam sitrat adalah reaksi
kondensasi asetil-koA dengan oksaloasetat, dikatalisis oleh
sitrat sintase
2. Pembentukan isositrat melalui cis-aconitate
Transformasi sitrat menjadi isositrat dikatalisis oleh aconitat
hidratase.
3. Oksidasi isositrat menjadi ketoglutarat dan CO2
Isositrat dehidrogenasi mengkatalisis dekarboksilasi oksidatif dari isositrat
menjadi ketoglutarat Mn2- yang gugus aktifnya berinteraksi dengan gugus
karbonil dari oksalosuksinat.
Ada 2 jenis isositrat dehidrogenase pada sel,
1. Membutuhan NAD sebagai akseptor elektron
2. Membutuhkan NADP.
4 . Oksidasi ketoglutarat menjadi suksinil CoA dan CO2
Ketoglutarat dikonversi menjadi suksinil CoA dan CO2 dengan
katalis ketoglutarate dehydrogenase complex, NAD berperan
sebagai akseptor elektron.
5.Konversi Dari Suksinil Coa Menjadi Suksinat
6. Oksidasi suksinat menjadi fumarat
7. Oksidasi fumarat menjadi malat
8. Oksidasi malat menjadi oksaloasetat
Transpor elektron / sistem rantai respirasi /
sistem oksidasi terminal
• Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini
adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi
glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs.
• molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom
b, sitokrom c, dan sitokrom a.
Tahapan Proses Transfer Elektron
NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi
yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q.
Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan
elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+.
sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c.
sitokrom c mereduksi sitokrom a
Sitokrom a dioksidasi oleh
sebuah atom oksigen
Setelah menerima elektron dari sitokrom
a, oksigen bergabung dengan ion H+
yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q
oleh sitokrom b membentuk air (H2O).
secara keseluruhan ada tiga tempat pada
transpor elektron yang menghasilkan ATP
• Oksidasi NADH dan FADH2
• Oksidasi sitokrom b oleh sitokrom a
• Oksidasi sitokrom a oleh atom oksigen
Sejak reaksi glikolisis sampai siklus Krebs, telah dihasilkan NADH
dan FADH2 sebanyak 10 dan 2 molekul.
Setiap oksidasi NADH menghasilkan kira-kira 3 ATP, dan kira-kira
2 ATP untuk setiap oksidasi FADH2. dalam transpor elektron
dihasilkan kira-kira 34 ATP
reaksi respirasi seluler menghasilkan total 38 ATP dari satu molekul
glukosa.
dibutuhkan 2 ATP untuk melakukan transpor aktif, maka hasil bersih
dari setiap respirasi seluler adalah 36 ATP.
Katabolisme lemak : Metabolisme gliserol
• Gliserol ini selanjutnya masuk ke dalam jalur
metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis.
• Pada tahap awal, gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat
dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat.
• senyawa ini masuk ke dalam rantai respirasi
membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk
antara dalam jalur glikolisis.
Oksidasi asam lemak tidak jenuh
Oksidasi asam lemak jenuh
Katabolisme protein
• Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam
amino berlebihan atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat
dan protein), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber
energi.
• Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan
gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi
tubuh.
Terdapat 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:
1. Transaminasi : Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada αketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat
menghasilkan aspartat
2. Deaminasi oksidatif : Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion
ammonium Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4+)
yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini
dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urin.
Reaksi transaminasi
siklus urea
• Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion
amonium bereaksi dengan CO2 menghasilkan karbamoil
fosfat. Dalam raksi ini diperlukan energi dari ATP
• Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil
fosfat bereaksi dengan L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan
gugus fosfat dilepaskan.
• Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin
bereaksi dengan L-aspartat menghasilkan Largininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan energi dari ATP
• Dengan peran enzim argininosuksinat liase, Largininosuksinat dipecah menjadi fumarat dan L-arginin
• Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap
L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea