KarbohidratKarbohidratMetabolisme Karbohidrat

Lab BiokimiaFakultas Biologi UGM

KarbohidratKarbohidrat

• Biomolekul yang paling banyak ditemukan di alamD i l k l• Dari namanya molekul yang terdiri dari carbon (C) dan hydrate (air H2O)y ( 2 )

• Mempunyai rumus molekul (CH2O)n untuk monosakaridamonosakarida

• Disintesis dari CO2 dan H2O dlm proses 2 pfotosintesis

• Dikenal juga sebagai sakaridasakarida

KlasifikasiKlasifikasi• Berdasar kompleksitasnya• Berdasar kompleksitasnya,

dapat dibagi menjadi 3 golongan– Monosakarida karbohidrat

tunggal– Oligosakarida karbohidrat

t d bbyg tersusun dr bbrp monosakarida

– Polisakarida karbohidratPolisakarida karbohidrat yang tersusun dr lebih dari 10 monosakarida

FungsiDidalam organisme memiliki berbagai peranan:• Simpanan energi bahan bakar dan senyawa antara• Simpanan energi, bahan bakar dan senyawa antara

metabolisme Pati, glikogen dgn cepat dpt diubah mjd glukosa

• Bagian dr kerangka struktural pembentuk RNA dan DNA gula ribosa dan deoksiribosa

• Elemen struktural pd dinding sel tanaman, bakteri & eksoskleleton Arthropoda polisakaridaId tit l b ik t d t i t li id d• Identitas sel berikatan dgn protein atau lipid dan berfungsi dlm proses pengenalan antar sel (cell-cell recognition) oligosakaridaecog o ) o gosa a da

MonosakaridaMonosakarida• Gula paling sederhana• Gula paling sederhana• Rumus molekul (CH2O)n

T d t d l 2 b t k• Terdapat dalam 2 bentuk– Aldosa

Ketosa– Ketosa• Monosakarida plg sederhana mempy jumlah

karbon 3 gliseraldehid dan dihidroksiasetonkarbon 3 gliseraldehid dan dihidroksiaseton• Monosakarida yang paling umum adalah

heksosaheksosa• Di alam biasa terdapat dlm konformasi D

M k id d dik l kkMonokarida dapat dikelompokkan berdasar jumlah carbon penyusunnya :

n Category3 Triose4 Tetrose5 Pentose6 Hexose7 Heptose8 Octose

MonosaccharidesAldoses (e.g., glucose) have an aldehyde group at

Ketoses (e.g., fructose) have a keto group,

one end. usually at C2.

COH

CH OHC

C OHH

C HHO

CH2OH

C O

C HHO

C OHH

C HHO

C OHH

C OHH

CH2OH

C OHH

CH2OH

D-glucose D-fructose

KetosaKetosa

Bentuk cincin Piran dan FuranBentuk cincin Piran dan Furan

Most common monosacharidesMost common monosacharides

Glukosa:Terdapat di dlm

Galaktosa:Dikenal sebagai

Fruktosa :Gula dalam

darah, sumber ATP dlm respirasi seluler

gula dalam susu dan yoghurt sebagai bagian

madu dan buah-buahanJ ga berasalseluler

Tersimpan dlm btk polimer: pati

sebagai bagian dr laktosaTerdapat dlm

Juga berasal dari hasil hidrolisis p p

dan glikogenStruktural :

ppolimer sbg agar sukrosa

selulosa

Oligosakarida

Ikatan glikosida antar monosakarida akan membentukoligosakarida dan polisakarida

Oligosakarida yg paling sederhana DisakaridaIkatanalpha

Dlm proses penggabungan 2 monomer tst H2O akan dibebaskandibebaskan

C12H22O11 =

2 C6H12O6 − H2O

Gula mereduksi : gula yg i k tmempunyai gugus keton

atau aldehid shg mampu mereduksi ion Cu2+ mjdmereduksi ion Cu mjd Cu+

Gula tidak mereduksi

Most common disacharides

Maltosa :h il hid li i i

Sukrosa :Dik l b i

Laktosa :Dik l b ihasil hidrolisis pati

t.d 2 glukosa ygterikat dgn ikatan

Dikenal sebagai gula meja diperoleh dr tebu

Dikenal sebagaigula susut d galaktosa danterikat dgn ikatan

α 1-4Hidrolisis

diperoleh dr tebu dan beett.d. glukosa dan

t.d galaktosa danglukosa yg terikatdgn cara C1 β gal Hidrolisis

maltaseg

fruktosa yang terikat dgn cara C1α glu C2 β fru

g β g– C4 gluHidrolisisl kt / βC1α glu - C2 β fru

Hidrolisis sukrase / invertase

laktase / βgalaktosidase

sukrase / invertase

Polisakarida

• Merupakan polimer unit monosakaridap p

• Unit monomer bisa :

• homopolisakarida

• heteropolisakarida• heteropolisakarida

• Berbeda antara satu dgn yg lain pada unit penyusunnya, ikatan yg y y ygmenghubungkan, rantai cabang yg terbentuk

Common polysacharides

PolysaccharideGlycogen

MonomericD Glucose

Linkagesα 1 6 branchesGlycogen

CelluloseChitin

D-GlucoseD-GlucoseN-Acetyl-D-

α 1 6 branchesβ1 4β1 4Chitin

Amylopectin

N-Acetyl-D-glucosamineD-Glucose

β1 4

α 1 6 branchesAmylopectinAmylose D-Glucose

α 1 6 branchesα 1 4

Pati/Amilum

Mer pakan polimer gl kosaMerupakan polimer glukosa

Terdiri dari 2 macam polisakarida

• Amilosa tidak bercabang

• Amilopektin byk cabang C 1 6 setiap• Amilopektin byk cabang C 1-6 setiap 10-30 residu

Hid li i il ( d lik id )Hidrolisis α amilase (endoglikosidase)

Tidak larut dalam air, sehingga byk digunakan sbg bentuk simpanan karbohidrat pd tnman.

Glikogen

Polimer glukosa dengan struktur yg mirip dgn amilopektin tp byk cabang (setiap 8 residu) p p y g ( p )dan lebih pendek

Terdapat di hewan sebagai bentuk simpanan karbohidrat ktk dibutuhkan energi dipecahkarbohidrat ktk dibutuhkan energi dipecah mjd glukosa glicogenolisis

T i dl h ti d t tTersimpan dlm hati dan otot

Sellulosa

• Struktural karbohidrat utama pada• Struktural karbohidrat utama pada tumbuhan berkayu dan berserat

• Polimer D-glukosa linear dgn iktn β1 4Polimer D-glukosa linear dgn iktn β1 4• Dengan iktn tersebut menyebabkan mempy

karakter yg sangat berbeda dgn amilosakarakter yg sangat berbeda dgn amilosa• Bentuk spt fiber / serat lurus dan

memanjangj g• Setiap residu glukosa membtk pita yang

antr satu dgn yg lain saling berputar 180 °g yg g p

Kitin

• Merupakan polimer N asetil β D• Merupakan polimer N-asetil β – D glukosamin

• Terhubung dengan ikatan β 1 4 sehingga• Terhubung dengan ikatan β 1 4 , sehingga memiliki struktur yg mirip dengan selulosa kecuali pada gugus OH atom C 2 diganti p g g gdengan gugus amino yg terasilasi

• Terdistribusi luas di banyak organisme y gterutama menyusun eksoskeleton bbrp moluska dan artropoda

Glikosaminoglikan

• heterosakarida yg berulang dan• heterosakarida yg berulang danmengandung derivat gula amino apakahitu glukosamin atau galaktosaminitu glukosamin atau galaktosamin.

• pada setiap unit penyusunnya tersebutselalu bermuatan negatif krn adanyaselalu bermuatan negatif krn adanyagugus karboksilat dan sulfat

• Major glukosamine a l : dermatan sulfatMajor glukosamine a.l. : dermatan sulfat, kondroitin sulfat, heparan sulfat, keratansulfat, heparin, hyaluronatep y

Kondroitin dermatan sulfat sulfat

Heparin Hyaluronatp Hyaluronat

M t b li k b hid tMetabolisme karbohidrat

GlGlycogen

Pati, sukrosa

simpanan

GLUKOSA

simpanan

Oksidasi viaOksidasi via

Pentose phosphat pathway (PPP)

Oksidasi via glikolisis

Ribosa 5-phospat pyruvat

pankreas

mulut

α Amilase Pati

maltosamulut maltosa

Pembuluh darah

dipeptidase, sukrase,

Maltosa

2 glukosaGLIKOLISISmaltase, laktase,

1. GLIKOLISIS (Embden-Meyerhoff-Parnas Pathway) : Perubahan degradatif glukosa menjadi asam piruvat, (asam laktatatau etanol dalam suasana anaerob), menghasilkan 2 ATP / glukosa

2. HEXOSE MONOPHOSPHATE PATHWAY (Hexose Monophosphate Shunt,Pentose -Phosphate Pathway) Perubahan degradatif oksidatif 6 molekul glukosa-6P menjadi 5 molekul fruktosa-6P + 6 CO26 molekul glukosa 6P menjadi 5 molekul fruktosa 6P + 6 CO2

3. GLIKOGENOLISIS, Proses degradatif pembongkaran Glikogen menjadiGlukosa-1P ->Glukosa-6P-->-->--> 2 molekul asam piruvat

4. GLUKONEOGENESIS, rangkaian reaksi sintesis glukosa dari senyawa non-karbohidrat

5. AMILOLITIK, Proses degradatif pembongkaran amilum --> dekstrin---->maltosa ----> glukosa

6 FRUKTANOLITIK Proses degradatif pembongkaran fruktan (polimer6. FRUKTANOLITIK, Proses degradatif pembongkaran fruktan (polimerfruktosa) ----> Fruktosa

7. INTERKONVERSI MONOSAKARIDE, proses perubahan antar isomer p pmonosakarida menjadi Glukosa-6P dan Fruktosa-6P dan selanjutnyamasuk dalam glikolisis atau menjadi beberapa OLIGOSAKARIDAatau polisakarida lainnya

Glikolisis• Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang

mengubah glukosa menjadi dua g g jmolekul piruvat

• Pada proses ini juga dihasilkan ATPPada proses ini juga dihasilkan ATP• Dikenal sebagai Embden-Meyerhof

pathwaypathway• 10 langkah utk menjadi piruvat

FATE of PYRUVATE

Sangat tergantung pada jenis organismenya

C H O + 2 ADP + 2 NAD++ + 2 Pi 2 t

organismenya

C6H12O6 + 2 ADP + 2 NAD++ + 2 Pi 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H++ + 2 H2O

Tahap persiapan

• Memerlukan 2 molekul ATP• Memecah gula heksosa menjadi molekul 2 triose

f f t

Tahap pengembalian / pay off

fosfat

Tahap pengembalian / pay off• 4 ATP

2 molekul piruvat• 2 molekul piruvat• 2 molekul NADH + H

Tahap 1.

• Fosforilasi glukosa• Fosforilasi glukosa

• Reaksi yang irreversibel

• Heksokinase : tranfer gugus fosfat pada molekul heksosa

• Memerlukan Mg

• Terdapat di semua jenis sel

tahap ke 2:tahap ke 2:

Dikatalisis fosfoglukoisomerase

Perubahan isomer dari aldosa ke ketosa

Reaksi berlangsung dengan cepat krn standar energi bebas yang kecil

Ensim memerlukan Mg dan spesifik untuk substratnyaEnsim memerlukan Mg, dan spesifik untuk substratnya

Tahap ke 3.

Dikatalisis oleh fosfofruktokinase (PFK), secara alosterik diatur oleh: AMP ADP Citrate (off)oleh: AMP ADP Citrate (off)

F2,6 BP ATP (off)

Merupakan titik regulasi glikolisis yang utama.

Pd kondisi in vivo reaksi berlangsung irreversibel

Tahap ke 4Tahap ke 4

Menghasilkan 2 molekul tiga karbon : DHAP dan G3P

Dikatalisis oleh Fructose-1,6-Bisphosphate Aldolase. Tidak memerlukan kation divalen

Meskipun energi bebas nya sangat positif, akan tetapi di dalam sel dapat diatur agar tetap cenderung ke arah pembentukan produk

dengan cara : konsentrasi produk dibuat sangat rendah

Tahap ke 5

Dikatalisis oleh Triose Phosphate Isomerase

R k i l bih d k h k d dil k k d Reaksi lebih cenderung ke arah kanan, dan dilakukan dengan tetap menjaga konsentrasi G3P rendah

Tahap ke 6

Memerlukan NAD+ sehingga ratio NAD+/NADH+H di dalam sel sangat penting untuk pengaturan laju dan arah reaks

Tahap ke 7

Merupakan reaksi fosforilasi tingkat substrat untuk ADP menjadi 3PG dan ATP

Karena dihasilkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 glukosa maka Karena dihasilkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 glukosa, maka pada tahap ini, reaksi menjadi impas

Tahap ke 8

Reaksi pada kondisi standar cenderung lebih ke arah kiri untuk p gmembentuk 3Phospoglycerate (PG)

Di dalam sel, konsentrasi 3PG dijaga pada konsentrasi yg selalu tinggi, sehingga reaksi cenderung ke arah kanan

Tahap ke 9

Merupakan reaksi dehidrasi sederhana dari 2PG menjadi Phosphoenolpyruvate (PEP)

Mempunyai efek naiknya energi hidrolisis ikatan fosfat Mempunyai efek naiknya energi hidrolisis ikatan fosfat

(dr -15.6 kJ/mol dalam 2PG menjadi -61.9 kJ/mol dalam PEP )

Energi bebas tersebut digunakan utk reaksi berikutnya f ffosforilasi tingkat substrat utk ADP menjadi ATP

Tahap ke 10

Reaksi ini penting, karena:

-Menghasilkan ATP dari reaksi fosforilasi tingkat subtrat ADP

-Reaksi ini secara energetik sangat bagus, sehingga berfungsi untuk menarik dua reaksi sebelumnyamenarik dua reaksi sebelumnya

-Ensim yg mengkatalisis reaksi ini secara allosterik dinon aktifkan oleh : ATP, alanine, and acetyl-CoA,

D n e llo te ik di ktifk n oleh F1 6BP nd Dan secara allosterik diaktifkan oleh F1,6BP, and

Daur Kreb (TCA)Daur Kreb (TCA)

• Berfungsi mengoksidasi hasil glikolisis mjd CO2 dan juga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergijuga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergi tinggi spt ATP, NADH, FADH2

• Sentral dalam siklus oksidatif dlm respirasiSentral dalam siklus oksidatif dlm respirasi dimana semua makromolekul dikatabolis (Karbohidrat, Lipid dan Protein)

• Untuk kelangsungannya membutuhkan :NAD, FAD, ADP, Pyr dan OAA (oxaloacetic acid)

• Menghasilkan senyawa intermedier yg penting asetil Co A, α KG(ketoglutarate) & OAA

• Merupakan prekursor untuk biosintesis makromolekul – makromolekul

• Berfungsi dalam katabolisme dan juga anabolisme g j gamfibolik

• Katabolisme memproduksi molekul berenergi tinggi

• Anabolisme memproduksi intermedier untuk prekursor biosintesis makromolekul

• Berbagai daur mengambil senyawa antara dlm siklus kreb berkurang hrs ada mekanisme utkkreb berkurang hrs ada mekanisme utk mengganti senyawa antara tadi daur anaplerotik

Daur Kreb (TCA)

Overview the reaction

Dalam setiap siklus:– 1 gugus asetil ( molekul 2C) masuk dan keluar sebagai 2

COmolekul CO2

– Dalam setiap siklus : OAA digunakan untuk membentuk sitrat setelah mengalami reaksi yang panjang kembali diperoleh OAA

– Terdiri dari 8 reaksi : 4 mrpkn oksidasi dimana energi digunakan utk mereduksi NAD dan FADg

– Dihasilkan:• 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH2

Tidak diperlukan O pada TCA tetapi digunakan pada– Tidak diperlukan O2 pada TCA, tetapi digunakan pada Fosforilasi oksidatif untuk memberi pasokan NAD, shg piruvat dapat di ubah menjadi Asetil Co A

Glikolisis vs TCA

Glik li i TCAGlikolisis1. Reaksi berjalan

linier

TCA1. Reaksi siklis2 L t k di t iklinier

2. Lokasi di sitoplasma

2. Letak di matriks mitokondria

sitoplasma

Reaksi AnaplerotikReaksi Anaplerotik• Ketika produk intermedier TCA digunakan

sbg prekursor biosintesis lainnyasbg prekursor biosintesis lainnya• Konsentrasi intermedier turun

memperlambat kecepatan TCAp p• Ada 5 reaksi :

– Piruvat OAA dgn ensim pyr karboksilase– PEP OAA dgn ensim PEP karboksikinase– PEP OAA dgn ensim PEP karboksilase– Piruvat malat dg ensim malat– Piruvat malat dg ensim malat– Reaksi transamnasi : Aspartat OAA dan

glutamat α KG

Major biosynthetic roles of some citric acid cycle intermediates.

Sintesis Glukosa

Sintesis glukosa sangat penting krn otak dan sistem saraf kitasaraf kita membutuhkan glukosa sebagai sumber energisumber energi utama

glukoneogenesisglukoneogenesis

-Universal ditemukan diUniversal ditemukan di hewan, tumbuhan , fungi dan mikroorganisme lainnya

-10 tahap reaksi, dan 7 diantaranya merupakan kebalikan glikolisiskebalikan glikolisis

Pengubahan pyruvat menjadi Phosphoenolpyruvate (PEP) memerlukan bypas reaksi

Pyruvat dari sitosol dibawa ke dalam mitokondria terlebih dahulu

Pyr korboksilasePyr korboksilase

OAA + GTP PEP + CO2 + GDP , PEP karboksikinase

Fruktosa 1,6 BP menjadi F 6P reaksi bypass ke dua

Reaksi di katalisis oleh F 1,6 bifosfatase

Glukosa 6P glukosa : merupakan reaksi bypass ke 3

Dikatalisis oleh ensim glukosa 6 fosfatase

Glukoneogenesis membutuhkan banyak energi dan bersifat irreversibelirreversibel

S iSampai jumpa dan Good luck to ur exam