BIOKIMIA(4 SKS : 3 SKS TEORI + 1 Sks Praktikum)

PRODI : BIOLOGI/KESMASSMT GANJIL TA 2008/2009

RABU : 7.30 – 10.00/LAB. BIOLOGI

• A. PRINSIP-PRINSIP BIOKIMIA• Ilmu biokimia bertujuan untuk :1. Mempelajari sifat zat kimia yang terdapat dalam jasad hidup dan

senyawa yang diproduksi2. Mempelajari fungsi dan tranformasi zat kimia tsb, menelaah

transformasi yang berhubungan dengan aktivitas kehidupanB. MOLEKUL YANG MELANDASI KEHIDUPAN• Senyawa kimia yg utama terdapat dalam jasad hidupadalah senyawa organik karbon Atom karbon (C) berikatan dg: atom C, H, O, dan N secarakovalen ! ! ! ! - C – H >C = O - C – N < - C – C - ! ! ! !

• Atom karbon dpt mengikat sesama atom karbon dg ikatan tunggal atau ikatan rangkap, terbuka membentuk struktur tulang tulang karbon rantai lurus, bercabang, dan berbentuk siklus dg banyak variasi

ı ı ı ı ı ı ı ı ı ı ı • >C = C< , - C-C-C-C-C-C- - C-C-C-C-C - ı ı ı ı ı ı ı ı ı ı ı R. lurus - C- -C- ı ı - C - ı

R. Cabang

Ada 4 macam makro molekul yg terdapat dalam jasad hidup, yaitu: polisakarida, protein, rakitan lipid, dan asam nukleat

MOLEKUL UNIT PEMBANGUN BIOMOLEKUL

• 1. Polisakarida, senyawa unit pembangunnya adalah Glukosa. • Senyawa yang dapat dibentuk dari glukosa adalah : - selulosa, pati (polisakarida) - Fruktosa (monosakrida) - maltosa, sukrosa, laktosa (disakarida)2. Lemak/Lipid, senyawa unit pembangunnya adalah: asam lemak dan gliserol lemak terdiri atas : fosfolipid (lemak kompleks) Lemak/triiasigliseridagliserida - Lilin/wax (Derivat lemak) - asam lemak (asam lemak jenuh, tidak memiliki ikatan rangkap & asam lemak tidak jenuh =

memiliki ikatan rangkap) 3. Protein, senyawa unit pembangunnya adalah asam amino Peran Asam amino dapat menyusun : protein, hormon peptida,

Neurotransmiter, alkaloidal

4. Asam nukleat

• Asam nukleat dibangun dari • Adenin -----penyusun - as.nukleat

adenin ---- - ATP - Koenzim - As. urat

Unit Pembangun Asam Nukleat terdiri atas: 1. Urasil, Timin, Sitosin, Adenin, Guanin, (Basa-basa nitrogen) 2. Gula berkarbon 5 (ribosa, Deoksi ribosa)

3. asam fosfat (H3PO4)

KOMPOSISI BENDA HIDUP BIOMOLEKUL Molekul Unit Pembangun - Sel dibangun atas 4senyawa biomolekul, yaitu: asam nukleat,

polisakarida, protein, dan lipid.

• . Protein: merupakan bagian terbesar dari benda hidup

• Protein berasal dari bhs Yunani”Proteos” artinya “pertama/Utama” Protein adalah produk langsung & efektor oksigen di dl semua bentuk kehidupan* Protein mempunyai aktivitas katalitik spesifik: berfungsi sebagai Enzim, sebagai struktur dl sel & jaringan. Dalam membran sel & menjalankan transport senyawa tertentu. 2. Asam Nukleat; yaitu DNA & RNA mempunyai fungsi yg sama

pada semua sel, yaitu: - berpartisipasi dalam penyimpanan - Transmisi dan translasi informasi genetik - DNA berfungsi sebagai informasi genetik - RNA membantu proses translasi informasi menjadi struktur protein.

• 3. Polisakarida, mempunyai 2 fungsi utama: a. Pati ----penyimpanan bahan bakar penghasil energi b. Selulosa ----berfungsi sebagai unsur struktur pada bagian luar sel

4. Lipidsenyawa berlemak/minyak, mempunyai 2 peran utama:

a. Sebagai komponen struktur utama membran sel b. Penyimpan bahan bakar kaya energi

Ke 4 senyawa biomplekul memiliki sifat-sifat umum dengan struktur relatif besar, dan bobot molekul besar -----disbt makromolekul.

II. KESETIMBANGAN KIMIA• REAKSI KESETIMBANGANREAKSI KESETIMBANGAN A + B C + DHUKUM AKSI MASSA:Kec. Reaksi : VA = KA [A][B]--- reaksi ke kiri VB = KB [C][D] VA = VBPersamaan : KA [A][B] = KB[C][D] KA/KB = [C][D]/[A][B] KA/KB = Keq’ = [C][D]/[A][B] …reaksi kesetimbngan.,

Keq’= tetapan kesetimbangan KONSTANTA KESETIMBANGAN /TETAPAN

KESETIMBANGAN:• Nilainya tetap dan bersifat khas bagi suatu reaksi kimia pd

suhu tertentu• Konstanta –menentukan komposis campuran

kesetimbangan akhir dari setiap reaksi tanpa bergantung kpd jumlah awal pereaksi & produk.

• Keq’ dpt dihitung dari suatu reaski tertentu pd suhu tertentu, jika semua konsentrasi pereaksi diketahui.

DERAJAT KEASAMAN, pH • Air • Kira-kira 70 -80% berat tubuh adalah air

• Air berfungsi sebagai pelarut dalam semua reaksi

metabolisme sel

• Air memiliki ikatan hidrogen

.. .. ..

O O O

H H H H IKATAN HIDROGEN

• Ionisasi air : H2O H+ + OH-

• Pada suhu 250C : K’eq = [H+][OH-/[H2O]

[H2O] pd suhu 250C pd vol 1 L = 1000/18 = 55,5 M K’eq = [H+][ OH-]/55,5 55,5 K’eq = [H+][OH-] Harga K’eq air dari hasil pengukuran day hantar listrik

pada suhu 250C = 1,8 x 10-16

Persamaan Konstanta kesetimbangan disubstitusi: (55,5)(1,8 x 10-16) = [H+][OH-] 99,9 x 10-16 = [H+][OH-] 1,0 x 10-14 = [H+][OH-] Hasil kali air : 55,5 K’eq = Kw Hasil kali ion = Kw = 1,0 x 10-14 = [H+][OH-] Kw = [H+][OH-] = [H]2

Jadi : [H+] = √Kw = √ 1 x 10-14 M = 10-7 M [H+] = [OH-] = 10-7 M

• pH air netral yang diperoleh dari: pH = - log [H+] = - log [10-7] M = 7,0 pOH = - log [OH-] = - log [10-7] M = 7,0

pKwair = pH + pOH = 7 + 7 = 14

ASAM DAN BASA MENCERMINKAN SIFAT-SIFAT AIR• HCL, H2SO4 & HNO3 adalah asam kuat mengion

sempurna dalam larutan encer• NaOH & KOH adalah basa kuat mengion sempurna

dalam larutan encer• Dalam biologi/biokimia yang diperhatikan adalah

asam/basa lemah yang tidak mengion sempurna dlam air

• Contoh asam lemah adalah asam asetat (asam cuka) CH3COOH CH3COO- + H+

• Contoh: basa lemah adalah amonia (NH3) yang digunakan

untuk pembersih rumah

• Definisi asam dan basa:• Asam didefinisikan sebagai donor proton• Basa didefinisikan sebagai aseptor proton• Pasangan aseptor proton dan donor proton disebut pasangan asam-

basa konyugasi• Contoh: asam asetat (CH3COOH) donor proton ion asetat (CH3COO-) aseptor proton CH3COOH H+ + CH3COO-

donor proton proton aseptor proton asam konyugasi basa konyugasi• Henderson- Hasselbalch, memberikan persamaan pasangan asam-

basa konyugasi :• - asam, HA memberikan proton dan membentuk basa konyugat A-

• dan didefinisikan oleh tetapan kesetimbangan, K’

HA A- + H+

K’ = [A-][H+]/[HA]

[H+] = K’ x [HA]/[A-]

Persamaan dilogaritmakan (dibuat negatif) -log [H+] = - log K – log [HA]/[A-]

• Persamaan disubstitusi menjadi:• pH = pK’ – log [HA]/[A-]---- pers. dibalik• maka diperoleh: pH = pK + log [A-]/[HA]Secara umum:

pH = pK’ + log [aseptor proton]/[donor proton]Contoh soal:1. Hitunglah pK’ asam laktat jika diketahui

konsentrasi asam laktat bebas 0,010 M dan konsentrasi ion laktat 0,087 M. pH larutan mencapai 4,80pH = pK’ + log [ion laktat]/[asam laktat]

pK’ = pH – log [ion laktat]/[as.laktat] = 4,80 – log 0,087/0,010 = 4,80 – log 8,7 = 4,8 – 0,94 = 3,86 2. Hitung pH campuran 0,1 M asam asetat dan 0,2 M

natrium asetat pK’ asam asetat 4,76.

• pH = pK’ + log [asetat]/[as.asetat]• 4,76 + log 0,2/0,1• = 4,76 + 0,301

= 5,00

3. Hitunglah nisbah konsentrasi asetat dan asam asetat yang diperlukan di dalam sistem buffer dengan pH 5,30

pH = pK’ + log [asetat]/[as.asetat]

log [asetat]/[as.asetat] = pH – pK’

= 5,30 – 4,76 = 0,54

[asetat]/[as.asetat] = antilog 0,54 = 3,47

BUFFER

- Buffer atau larutan penyangga yang bersifat mempertahankan pH dalam cairan sel.

- Buffer biologi yang penting adalah Fosfat dan Bikarbonat

• Cairan intraseluler dan ekstraseluler semua organisme mempunyai pH dan konstanta yang khas

• Pertahanan perubahan pH diatur oleh sistem buffer• Sistem buffer fosfat dalam cairan intraseluler, terdiri dari

pasangan asam konyugat H2PO4 (donor proton), HPO4-

(aseptor proton)• H2PO4

- H+ + HPO42-

donor aseptor proton proton• Sistem buffer fosfat berfungsi sama buffer asetat • Sistem buffer fosfat mempunyai efektivitas maksimum

dekat pH 6,86 karena pK” H2PO4- adalah 6,86.

• Pasangan buffer fosfat H2PO4- - HPO4

2- cendrung menahan perubahan pH pada kisaran antara 6,1 dan 7,7, sehingga buffer fosfat efektif dalam cairan intraseluler yang pHnya berada dikisaran pH 6,9 – 7,4.

• Sistem buffer bikarbonat berperan penting dalam plasma darah dengan reaksi:

H2CO3 H+ + HCO3-

donor proton aseptor proton

• Tetapan kesetimbangannya:

• K’ = [H+][HCO3-]/[H2CO3]

• Asam bikarbonat dibentuk dari:

• CO2(d) + H2O H2CO3

• K’ = [H2CO3]/[CO2][H2O]

• CO2 adlah gas pada kondisi normal,

• CO2 terlarut adalah hasil kesetimbngan dengan CO2 dari fase gas, seperti berikut

• CO2 (g) CO2(d)

• K’ = [CO2(d)]/[CO2(g)]

• Konsentrasi H2CO3tergantung pada [CO2] terlarut

• Sistem buffer bikarbonat adalah buffer fisiologi yang efektif didekat pH 7,4 karena H2CO3 sebagai donor proton di dalam plasma darah & berada dalam kesetimbangan

PENCERNAAN • Bagian-bagian yang berperan dalam

percernaan:

• Mulut (kelenjar ludah) - Kelenjar parotid • Tenggorokan (esofagus)• Hati - perut (lambung)• Kantung empedu - pankreas• - duodenum • - jejenum usus

halus• Kolon (usus besar) - ileum • anus

• Bagian-bagian yang berperan dalam percernaan:

• Mulut (kelenjar ludah) - Kelenjar parotid • Tenggorokan (esofagus)• Hati - perut (lambung)• Kantung empedu - pankreas• - duodenum • - jejenum usus

halus• Kolon (usus besar) - ileum • anus

• PROSES PENCERNAAN ZAT GIZI (MAKROMOLEKUL)• Karbohidrat Lipid Protein• • Mulut: 1. pencernaan secara mekanik 2. secara kimia (enzim saliva)• • - polisakarida• - oligosakarida lipid polipeptida• - disakarida protein• • Lambung : 1. enzim kelenjar lmbung(pepsin, resin), 2, asam,lambung/HCl• • - polisakarida - oligopeptida• - oligosakarida - lipid - proteiosa• - disakarida - trigliserida - pepton• • Usus halus: 1. cairan pankreas(tripsin, kimotripsin, karboksipeptidase,• amilase, lipase, ribonuklease, deoksi ribonuklease, kolesterol • esterase)

2. Cairan empedu; 3. enzim kelenjar usus halus (aminopeptidase, dipeptidase, sukrase, maltase, laktase, fosfatase, glukosidase); 4. bakteri usus halus.

- monosakarida glukosa gliserol fruktosa asam lemak asam amino galaktosa asam fosfat • penyerapan melalui dinding usus halus • • dalam aliran darah dan limpa (monosakarida, asam amino, dan lemak

--------------------------------------------------------- dalam hati jaringan otot metabolisme metabolisme

ekskresi

PENYERAPAN

• Penyerapan atau absorpsi adalah suatu proses masuknya zat makanan ke dalam darah dan limpa melalui dinding usus halus

• Proses pencernaan diperlukan: * untuk menghasilkan molekul kecil yang mudah larut dalam air & dapat diserap melalui dinding usus halus * untuk menghindari masuknya zat racun ke dalam tubuh

• Protein diserap dalam bentuk asam amino• Karbohidrat diserap dalam bentuk monosakarida• Asam lemak dalam penyerapan disintesis menjadi lemak

kemudian masuk ke dalam aliran darah dan limpa

• Usus halus ----- tempat utama penyerapan zat makanan dengn panjang 8 m & berlipat-lipat. zat makanan tersimpan 5 – 8 jam

• Molekul-molekul yang terserap di usus halus adalah:• Kolesterol, klorida, fosfat, heksosa, dan air.• Molekul-molekul yang tidak terserap di usus halus,

yaitu:• - sulfat, pentosa, dan ergosterol. • Pada mulut, tenggorokan, dan lambung, hampir tidak

terjadi penyerapan.• Obat-obatan dan alkohol pennyerapannya di mulut &

lambung• Air diserap dalam usus halus• Molekul yang diserap melalui dinding usus halus

mengalami salah satu dari 2 reaksi metabolisme, yaitu: reaksi katabolisme atau anabolisme* Reaksi anabolisme membutuhkan energi dan disebut

reaksi endergonik* Reaksi katabolisme menghasilkan energi dan disebut

reaksi eksergonik

3. Metabolisme energi dan Zat makanan

• Metabolisme energi secara awam diartikan sebagai metabolisme total yang ditunjukkan oleh energi dalam bentuk panas atau kerja yang dikeluarkan dari seluruh proses kimia yang terjadi di dalam tubuh hewan dan manusia, yang berasal dari oksidasi makanan.

• Metabolisme energi meliputi :• nilai kalori makanan, • angka bagi pernafasan (respiratory quotion =

RQ), • kalorimetri langsung dan tak langsung, • metabolisme dasar dan penentuannya, • keperluan kalori tubuh, dan daya zat makanan

menghasilkan kalori atau menghasilkan energi.

Lanjutan

• a. Nilai kalori zat makanan

• Energi yang diperlukan dinyatakan dalam kalori atau kilo kalori (kkal), yaitu jumlah energi (panas) yang diperlukan oleh 1 kg air untuk menaikkan suhu dari 150C ke 160C yang diukur dengan kalorimeter bom.

b. Angka bagi Pernafasan

• Angka bagi pernafasan adalah bilangan yang menunjukkan perbandingan jumlah volume CO2 yang dihasilkan oleh suatu reaksi oksidasi dengan jumlah volume O2 yang dipakai

• Reaksi glukosa yang terjadi dalam tubuh atau kalorimetrer bom seperti berikutr:

• C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 673 Kkal• • 6 CO2

• Nilai RQ = --------------- = 1• 6 O2

Lanjutan

• Volume 1 mol gas pada keadaan SPT = 22,4 L , • dari reaksi volume CO2 dan O2 masing-

masing adalah 6 x 22,4 L = 134,4 L • dari reaksi oksidasi sempurna 1 mol

glukosa menghasilkan 673 Kkal dan menggunakan 134,4 L O2,

• jadi jumlah kalori yang dihasilkan perliter O2 adalah : 673 Kkal/134,4 L O2 = 5,01 Kkal.

lanjutan

• Berdasarkan dari reaksi ini, maka untuk trigliserida RQnya dapat dihitung.

• Sedangkan untuk protein sangat sukar karena reaksinya agak kompleks di dalam tubuh.

• Untuk trigliserida yang terdiri dari dua molekul stearat dan satu palmitat (C55H106O6), reaksi sempurna menjadi CO2 + H2O menghasilkan 16353 Kkal

• 2 C55H106O6 + 157O2 110CO2 +106 H2O + 16353 kkal

Lanjutan

• Maka RQ = 110/157 = 0,701 , • volume CO2 pada keadaan baku adalah • 110 x 22,4 L = 264 L dan• O2 157 x 22,4 L = 3516,8 L .• sesuai reaksi oksidasi 2 molekul lemak menghasilkan

16353 kkal dan 3516,8 L O2, • maka jumlah kalori yang dihasilkan per L O2 pada reaksi

oksidasi lemak adalah: • 16353/3516,8 L O2 = 4,65 kkal..• Dengan cara yang sama dapat dihitung RQ untuk triolein

(0,71) dan tripalmitin (0,703)

Harga angka bagi pernafasan dan kalori dari ketiga komponen makanan

Jenis zat gizi RQ Kalori/gram

karbohidrat 1,00 4,1

lemak 0,70 – 0,71 9,4

Protein 0,801 4,1

c. Metabolisme dasar

• Laju metabolisme dasar menjukkan laju metabolisme sel secara keseluruhan di dalam tubuh pada kondisi dasar.

• Kondisi dasar adalah suatu keadaan seseorang atau hewan berada dalam keadaan telah selesai proses penyerapan, relaks, temperatur tubuh tetap (sekitar 700 F atau 210C, dan bebas dari rasa tertekan.

• Laju metabolisme dasar (Basal Metabolisme Rate = BMR) ditentukan oleh banyaknya panas yang keluar sebagai hasil samping reaksi metabolisme dalam tubuh, (jumlah panas tubuh dihitung dengan menentukan jumlah O2 yang dipakai dalam proses pernafasan, jumlah O2 dapat dihitung dari harga RQ).

GLIKOLISIS

1. Glikolisis Merupakan Lintas Pusat pada Hampir Semua Mikroorganisme

Glikolisis, yang merupakan perubahan D-glukosa menjadi dua molekul piruvat, adalah lintas utama untuk memperoleh energi kimia sebagai ATP di dalam hampir semua organisme hidup.

• 2. Pembentukan ATP Berkaitan dengan Glikolisis• Selama glikolisis, banyak energi bebas yang diberikan oleh molekul

glukosa yang disimpan dalam bentuk ATP. • Hal ini dapat diperlihatkan jika kita menuliskan semua persamaan

kesetimbangan glikolisis anaerobik yang terjadi di dalam otot kerangka yang amat aktif.

• Glukosa + 2Pi + 2ADP 2 laktat + 2H+ +2ATP + 2H2O

• Persamaan glikolisis anaerobik dapat dipisahkan menjadi dua proses:

• 1). Pengubahan glukosa menjadi laktat, yang mengakibatkan• pembebasan energi bebas

• Glukosa 2 laktat- + 2 H+ G10 = - 47,0 kkal/mol

• 2). Pembentukan ATP dari ADP dan fosfat, yang memerlukan input• energi bebas:

• 2Pi + 2ADP 2 ATP + 2 H2O G20 = + 2(7,30) = + 14,6 kkal/mol

• Kedua proses ini tidak dapat berjalan secara terpisah;

• keduanya harus terjadi secara bersamaan. • Jika kita menuliskan jumlah persamaan (1) dan

(2), kita dapat menentukan perubahan energi bebas baku secara keseluruhan bagi glikolisis, termasuk pembentukan ATP,

• sebagai jumlah aljabar Gs0 dari G10 dan G2

0.

• Glukosa + 2Pi + 2ADP 2 laktat + 2H+ +2ATP + 2H2O

• Gs0 = G10 + G20. = - 47,0 + 14,6 = - 32,4 kkal/mol

• 3. Glikolisis Memiliki Dua Fase

• Pengubahan glukosa menjadi piruvat dikatalisis oleh enzim yang bekerja berurutan dan berjalan dua fase:.

• 1). Fase pertama, yang melibatkan lima tahap enzimatik, • D-glukosa secara enzimatik difosforilasi oleh ATP dan • diuraikan menjadi 2 molekul D-gliseraldehida 3-fosfat.• 2). Fase kedua glikolisis, merupakan tahap-tahap fosforilasi • penyimpanan energi.• Energi bebas dari molekul glukosa disimpan dalam bentuk

ATP.• Karena satu molekul glukosa dapat menghasilkan 2

molekul gliseraldehida 3-fosfat. • Penyimpanan dua molekul gliseraldehida 3-fosfat menjadi 2

molekul piruvat diikuti oleh pembentukan 4 molekul ATP dari ADP.

• Hasil bersih ATP per molekul glukosa berkurang menjadi hanya dua, karena terdapat dua molekul ATP yang dipergunakan pada fase pertama glikolisis untuk melakukan fosforilasi kedua ujung molekul heksosa.

• Reaksi Glikolisis • ATP ADP

• Glukosa Glukosa-6P fosfoGluko Isomerase Fruktosa-6 P• Glukosa Heksosa Kinase ATP

• fofsfofruktokinase

• Dihidroksi Aseton P ADP

• Aldolase • Triosafosfat isomerase Fruktosa 1,6 diP

• Gliseraldehida 3P • NAD+Pi

•

• NADH +H+ ADP ATP

• 1,3 di fosfo gliserat 3-P-Gliserat

• fosfogliseratkinase

• COO- COO- COO-

• fosfogliseromutase enolase

• HC---OH HC---OP C—O--P

• H2COP H2COH CH2

• 3-P-Gliserat 2 –P-gliserat fosfoenol piruvat(PEP)

• ADP

• piruvat kinase

• ATP • • COO- COO -

• C=O C—OH

• CH3 CH2

• Piruvat enol piruvat

• 4. Monosakarida Lain Dapat Memasuki Rangkaian• Glikolitik

• Pada hewan, monosakarida lain, di samping glukosa dapat pula dihidrolisis, sehingga dapat masuk ke dalam rangkaian glikolitik dan memberikan energi selama degradasi.

• Begitu juga dengan karbohidrat lainnya, seperti disakarida. Disakarida yang masuk melalui makanan pertama-tama harus dihidrolisis secara enzimatik di dalam sel-sel yang membatasi usus kecil, dan menghasilkan unit-unit heksosanya (monosakarida) untuk didegradasi lebih lanjut untuk masuk kerangkaian glikolisis.

• maltase• Maltosa + H2O D-glukosa + D-glukosa

• sukrase• Sukrosa + H2O D-fruktosa + D-glukosa

• 5. Fermentasi Alkohol berbeda dari Glikolisis• Hanya Di dalam Tahap-Tahap Akhir

• Pada ragi dan mikroorganisme lain yang melakukan fermentasi glukosa menjadi etanol dan CO2, bukan menjadi laktat.

• Lintas enzimatik degradasi fermentasi glukosa sama dengan tahapan glikolisis anaerobik, kecuali pada tahap yang dikatalisis oleh dehidrogenase laktat.

• Glukosa + 2Pi + 2ADP 2 etanol + 2CO2 + 2 ATP + 2 H2O

SIKLUS ASAM SITRAT

• Oksidasi Glukosa menjadi CO2 dan H2O Membebaskan Jauh Lebih Besar Energi Dibandingkan Dengan Glikolisis.

• Pemecahan glukosa menjadi laktat oleh glikolisis membebaskan hanya sebagian kecil energi kimia yang tersedia pada struktur glukosa. Jika glukosa dioksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2O akan lebih banyak membebaskan energi, seperti pada reaksi berikut:

• Glukosa 2 Laktat + 2 H+ G0 = -47,0 kal/mol• Glukosa + 6 O2 6 CO2 + 6H2O G0 = -686 kkal/mol

2. Piruvat Dioksidasi Menjadi Asetil-KoA dan CO2

• Karbohidrat, asam lemak, dan hampir semua asam amino, akhirnya dioksidasi menjadi CO2 dan H2O melalui siklus asam sitrat. Namun demikian, sebelum zat makanan ini dapat masuk ke siklus tersebut, terlebih dahulu kerangka karbonnya harus dipecah sehingga menghasilkan gugus asetil KoA untuk masuk ke dalam siklus asam sitrat.

• Piruvat yang yang dihasilkan oleh glikolisis dari glukosa, mengalami dehidrogenasi menghasilkan asetil KoA dan CO2 oleh enzim kompleks piruvat dehidrogenase yang terletak di dalaam mitokondria sel-sel eukaryotik, dan di dalam sitoplasma prokaryotik. Reaksi keseluruhan yang dikatalis, seperti berikut:

• Piruvat + NAD+ + KoA-SH Asetil-KoA + NADH + CO2 G0 = -8,0 kkal/mol

1. Lemak Sebagai Sumber Energi•

• Lemak yang berasal dari makanan akan masuk ke dalam darah sebagai triasil gliserol yang terikat pada lipoprotein, pada albumin, dan senyawa-senyawa keton.

• Lemak untuk menghasilkan ATP, mengalami metabolisme yang diawali dengan hidrolisis trigliserida menjadi gliserol dan 3 asam lemak.

• Gliserol masuk ke jalur glikolisis melalui dehidroksiaseton fosfat dan konversi dilanjutkan ke siklus Krebs dan siklus glioksilat.

• Sedangkan asam lemak mengalami oksidasi menghasilkan asetil-KoA yang selanjutnya masuk ke siklus Krebs dan siklus glioksilat pada mikroorganisme.

• Pada manusia oksidasi asam lemak merupakan perolehan energi yang lebih efektif.

ENZIM • 1. Tatanama Enzim• Penamaan dan klasifikasi enzim secara

sistematik telah disepakati oleh Commision on Enzymes of The International Union of Biochemistry (CEIUB).

• Sistem ini membagi enzim menjadi enam golongan utama yang kemudian dibagi menjadi beberapa sub-golongan.

• Penamaan enzim diawali dengan nama substrat, diikuti oleh macam reaksi yang dikatalis dan diakhiri kata ase.

Keenam golongan enzim tersebut dan reaksi yang dikatalisis, seperti pada tabel berikut:

No. Kelas Jenis Reaksi yg dikatalis

1.

2.

3.

4.

5.

6

Oksidoreduktase

Transferase

Hidrolase

Liase

Isomerase

Ligase

Pemindahan elektron

Reaksi pemisahan gugus fungsional

Reaksi hidrolisis (pemindahan gugus fungsional ke air)

Pemindahan gugus ke ikatan ganda atau sebaliknya

Penambahan gugus di dalam molekul menghasilkan bentuk isomer

Pembentukan ikatan C-C, C-S, C=O, DAN C-N oleh reaksi kondensasi yang berkaitan dengan penguraian ATP.

• Tiap-tiap enzim ditetapkan ke dalam empat tingkat nomor golongan dan diberikan suatu nama sistematik yang mengidentifikasi reaksi yang dikatalis. Nama sistematik ini banyak digunakan dalam laporan-laporan ilmiah, sedangkan dalam industri lebih dikenal nama trivialnya.

• Nama sistematik selalu diawali dengan sebutan EC (Enzyme Commision).

• Contohnya adalah EC 3.2.1.1 mempunyai nama sistematik –1,4-glukan glukanohidrolase dan nama trivialnya adalah amilase.

• Tiga kelompok pertama menunjukkan enzim yang kerjanya sejenis, angka keempat merupakan nomor urut dari kelompok enzim tersebut.

• Angka pertama (3) menunjukkan golongan ketiga yaitu hidrolase.

• Angka kedua dan ketiga (2.1) menunjukkan aktifitas spesifik enzim tersebut serta hasil produknya.

• Pada enzim ini keaktifan spesifik adalah memotong ikatan glukosidik 1,4 dan menghasilkan suatu jenis senyawa yaitu glukan

PENGARUH KADAR ENZIM DAN SUBSTRAT Kecepatan reaksi bergantung pada konsentrasi enzim yg berperan sebagai katalisator dlm reaksi

PENGARUH [E] TERHADAP KEC. REAKSI

waktu reaksi

2x

3x

1x

4x

Peningkatan konsentrasi enzim

Jumlah substrat yg ditransformasi

• Pada gambar terlihat :• Bahwa banyaknya substrat ditransformasikan sesuai dg

tingginya konsentrasi enzim yg digunakan • Jika konsentrasi enzim yg digunakan tetap, sedangkan

konsentrasi substrat dinaikkan ,maka didpt adalah spt gambar berikut

• kecepatan maksimum (V)

• Kinetik Zero-order (fase II)

• • campuran Kinetik”zero’ dr First-order• V/2

• Kinetika First-order (Fase I)

• Kec. Rx

• • Km• Konsentrasi Substrat

• Kurva Pengaruh Konsentrasi Substrat terhadap Kec. Reaksi (RX)

•Michaelis dkk menyatakan bahwa reaksi yg dikatalis o/enzim pd berbagai konsentrasi substrat mengalami 2 fase,•1). Jika [S] masih rendah, daerah yg pd enzim tdk

semua terikat pd substrat

2). Jika jumlah substrat meningkat, maka daerah

yg aktif akan terikat semua oleh substrat &

pada saat itu enzim telah beraktivitas

Pernyataan Michaelis dkk, dapat dituliskan dl persamaan matematika

vmaks [S]

V = -------------------

Km + [S]

• V = kec. Reaksi enzim dg kadar

• substrat [S]• Km = tetapan Michaelis (mol/L)• Vmaks = kec. Maksimum enzim

• Persamaaan Michaelis Menten adalah dasar bagi semua aspek kinetika kerja enzim.

• Jika kita mengetahui Km dan Vmaks kita dengan mudah dapat menghitung kecepatan reaksi suatu enzim pada setiap konsentrasi substrat

• Nilai Km yang bersifat khas bagi setiap enzim, secara sederhana dapat diketahui dengan menggunakan Gambar

• Tetapi dengan gambar yang sama sulit menentukan Vmaks dengan tepat karena Vmaks hanya dapat diduga dan tidak dapat diketahui secara pasti.

• Untuk menentukan nilai Vmaks dan Km lebih tepat dan mudah, Lineweaver dan Burk menyederhanakan persamaan Michaelis-Menten dengan metode pemetaan kebalikan ganda dari rumus:

• Vmaks [S]• V0 = -------- -------• Km + [S]

• Rumus kebalikannya diperoleh seperti berikut dan dikenal dengan persamaan Lineweaver-Burk:

• 1 1 Km

• ------ = --------- + -------------• V Vmaks Vmaks [S]

• Bila 1/V diplotkan sebagai ordinat (sumbu Y) dan 1/[S] sebagai absis (sumbu X),

• maka diperoleh persamaan Y = a + bX, • a= 1/Vmaks dan b = Km/Vmaks.

Persamaan dapat dilihat pada Gambar 2.

• Kemiringan =

Km/Vmaks

• 1/v

• 1/Vmaks

• -1/Km 1/[S]

•

• Gambar 2. Grafik Lineweaver-Burk dari 1/V versus 1/[S}

• 5. Stabilisasi Enzim• a. Pengaruh Suhu• Stabilitas enzim dapat dipengaruhi oleh berbagai faktor,

diantaranya adalah waktu penyimpanan, suhu, pH dan senyawa-senyawa yang dapat menginaktifkan enzim, misalnya protease, dan penyebab denaturasi lainnya.

• Reaksi katalisis enzim, seperti halnya reaksi kimia yang lain dipengaruhi oleh suhu.

• Jika suhu meningkat, maka laju reaksi juga akan meningkat,tetapi enzim adalah protein, maka semakin tinggi suhu mengakibatkan proses inaktivasi enzim juga semakin meningkat.

• Pada kondisi normal struktur aktif enzim dijaga oleh keseimbangan kekuatan non-kovalen yang berlainan, seperti ikatan hidrogen, hidrofobik, ionik dan Van der Walls, dengan naiknya suhu, semua kekuatan tersebut menurun dan molekul protein enzim terbuka.

• (b) denaturasi termis

suhu

optimum

(a x b)

• kec.reaksi (a) bertambahnya

• kecepatan

•

• Suhu • Pengaruh suhu terhadap kecepatan reaksi yang dikatalis oleh enzim

• a. bertambahnya kecepatan reaksi sebagai fungsi dari suhu

• b. berkurangnya kecepatan reaksi sebagaimana fungsi denaturasi termis enzim protein

• Daerah yang bergaris menunjukkan daerah kombinasi a x b

• b. Pengaruh pH

• Enzim mempunyai aktivitas maksimum pada kisaran pH yang disebut pH optimum, yang umumnya antara pH 4,5-8,0.

• Di sekitar pH optimum enzim mempunyai stabilitas yang tinggi. Tabel berikut mempunyai menunjukkan pH optimum dari beberapa enzim.

• Gambar Pengaruh pH terhadap kecepatan reaksi yang dikatalis oleh enzim

• pH Optimum

• kec. reaksi

• pH• Pengaruh pH terhadap kecepatan reaksi.

• Perhatikan adanya titik pH optimum

• Nilai pH optimum beberapa enzim

Enzim pH optimum

pepsin 1,5

tripsin 7,7

katalase 7,6

arginase 9,7

fumarase 7,8

ribonuklease 7,8

• Stabilitas enzim terhadap panas berhubungan erat dengan stabilitasnya terhadap pH.

• Sering stabilitas terhadap panas tidak pada pH optimum tetapi pada pH isoelektrik dari enzim.

• Bila pH di bawah atau di atas pH optimum,atau semakin jauh dari pH optimum, enzim semakin tidak stabil dan semakin tinggi suhu maka stabilitasnya semakin menurun.

• Umumnya enzim bersifat amfolitik, yang berarti enzim mempunyai konstanta disosiasi pada gugus asam maupun gugus basanya terutama pada gugus residu terminal karboksil dan gugus terminal aminonya.

• Diperkirakan perubahan keaktifan enzim akibat perubahan pH lingkungan disebabkan oleh terjadinya perubahan ionisasi pada gugus ionik enzim, pada sisi aktifnya atau sisi lain yang secara tidak langsung mempengaruhi sisi aktif.

• Gugus ionik berperan dalam menjaga konformasi sisi aktif dalam mengikat substrat dan dalam mengubah substrat menjadi produk.

• Stabilitas enzim terhadap pH bergantung pada beberapa faktor, di antaranya suhu, kekuatan ion, komposisi kimia buffer yang digunakan, konsentrasi beberapa komponen yang mempengaruhi

• misalnya sulfuhidril, konsentrasi ion logam kontaminan, konsentrasi substrat atau kofaktor, dan konsentrasi enzim.

• c. Penggunaan Aditif• Cara untuk mempertahankan stabilitas enzim adalah

dengan melakukan penambahan aditif, di samping itu dapat pula diterapkan teknik imobilisasi, modifikasi kimia dan rekayasa molekuler.

• Enzim dalam bentuk kering lebih stabil dibanding dalam bentuk larutan,

• Enzim dalam bentuk cair membutuhkan bahan penstabil untuk mempertahankan stabilitas aktivitasnya

• Bahan penstabil juga untuk mencegah kerusakan akibat serangan mikroba.

• Bahan penstabil yang ditambahkan dapat tunggal atau bentuk campuran.

• Pemilihan pemakaian aditif didasarkan pada pendekatan empiris, karena belum ada hipotesis yaang mendukung mekanisme stabilitas enzim oleh aditif.

• Wiseman (1978) menggolongkan aditif menjadi enam kelompok, yaitu:

• 1). Substrat atau koenzim,• 2). ion logam, • 3).garam dan anion,• 4). polimer,• 5). gula (sukroas dan laktosa) dan glikol alkohol polihidrat atau poliol (gliserol, sorbitol), serta• 6).aditif lainnya.• Pelarut-pelarut organik sering mempunyai efek

stabilitas pada konsentrasi rendah tetapi pada konsentrasi tinggi mempunyai efek denaturasi yang sangat kuat.

• 6. Penghambatan Reaksi Enzim

Terdapat dua jenis penghambatan enzim utama,• yaitu yang bekerja secara tidak dapat balik dan dapat balik. 1. Penghambatan dapat balik Pemnghambat dapat balik adalah golongan yang reaksi dengan

atau merusakkan suatu gugus fungsional pada molekul enzim yang penting bagi aktivitas katalitiknya.

• Sebagai contoh adalah logam-logam berat seperti merkuri dan reagen pengkompleks logam seperti sianida

• Penghambat dapat balik ada dua jenis, yaitu kompetitif dan non kompetitif.

• Penghambatan kompetitif berlomba dengan substrat untuk berikatan dengan sisi aktif enzim.

• Ciri penghambat kompetitif adalah penghambatan dapat dibalikkan atau diatasi dengan hanya meningkatkan konsentrasi substrat.

• Sebagai contoh: jika suatu enzim 50% dihambat pada konsentrasi tertentu dari substrat dan penghambat kompetitif, maka kita dapat mengurangi persen penghambat dengan meningkatkan konsentrasi substrat.

• Penghambat biasanya menyerupai substrat normal pada struktur tiga dimensi & dapat mengecoh enzim untuk berikatan dengannya

•

• Contoh penghambat menyerupai substrat

• COOH COOH COOH

• CH2 CH2 Suksinat dehidrogenase CH

• COOH CH2 CH• Asam malonat

• COOH COOH• asam suksinat asam fumarat

• 2. Penghambat Nonkompetitif • Penghambatan nonkompetitif, yaitu • a. penghambat berikatan pada sisi enzim• tempat terikatnya substrat • b. penghambat mengubah konformasi molekul enzim,• sehingga mengakibatkan inaktifasi pada sisi katalitik• enzim dapat balik. • Penghambat nonkompetitif berikatan secara dapat balik

pada kedua molekul enzim bebas dan kompleks ES, membentuk kompleks EI dan ESI yang tidak aktif

• E + I EI• ES + I ESI

Metabolisme Karbohidrat (Katabolisme Heksosa)

• Pencernan Karbohidrat• Pencernaan karbohidrat merupakan persiapan

reaksi-reaksi yang terjadi adalah proses pencernaan di luar sel,

• dimana senyawa-senyawa kompleks (polimer) diubah oleh enzim ekstra sel menjadi senyawa-senyawa yang lebih sederhana sehingga senyawa-senyawa monomer tersebut dapat masuk ke dalam sel melalui membran sitoplasma.

• Pada manusia reaksi-reaksi persiapan berlangsung pada organ-organ pencernaan, yang dimulai dalam mulut oleh enzim dari air liur (enzim endo -amilase), memecah polisakarida secara random pada ikatan -1,4 glikolitik dan menghasilkan campuran

• dekstrin dan 2 monosakarida. Polisakarida yang mempunyai ikatan -1,4 glikosidik (selulosa) tidak dapat dipecah oleh enzim air liur (enzim endo -amilase).

• Selanjutnya produk enzim endo -amilase akan disempurnakan pemecahannya ketika memasuki lambung (dengan asam lambung) dan oleh -amilase dari usus halus menjadi monomer-monomernya.

• Katabolisme Karbohidrat• Katabbolisme adalah proses perombakan nutrisi

untuk memperoleh energi. • Tahap reaksi berlangsung di dalam sel.• Reaksi-reaksi yang terjadi merupakan reaksi-

reaksi konversi senyawa-senyawa monomer menjadi senyawa-senyawa antara yang umum (“common intermediate”) yang selanjutnya digunakan untuk menjalan jalur-jalur pusat. Konversi-konversi yang sering terjadi dalam katabolisme adalah:

• 1. Triosa fosfat Piruvat• 2. Piruvat Asetil-KoA• 3. Oksaloasetat Aspartat• 4. -Ketoglutarat Glutamat

• 1). Katabolisme Heksosa (Glukosa) Melalui• Jalur Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) (Glikolisis)• Pada katabolisme karbohidrat jalur EMP, terjadi beberapa

tahap, yaitu:• 1. Terjadi aktivitas glukosa dengan ATP, isomerisasi dan • fosforilasi ke 2 dengan menghasilkan fruktosa 1,6-difosfat • dan 2 ADP• 2. Pemecahan fruktosa 1,6 difosfat menjadi 2 molekul triosa• fosfat• 3. Oksidasi 3-fosfogliseraldehida dengan reduksi NADH, dan • 1,3-difosfogliserat.• 4.Transfer gugus fosfat dari 1,3-difosfogliserat menghasilkan• ATP.• 5.Isomerase 3-fosfat gliserat, diikuti dengan dehidrasi dan• pembentukan fosfoenol piruvat.• 6.Transfer fosfoenol piruvat dengan menghasilkan ATP dan • membentuk ATP.