METABOLISME METABOLISME TUMBUHANTUMBUHAN

1.1. Reaksi enzimatisReaksi enzimatis

2.2. KatabolismeKatabolisme

3.3. AnabolismeAnabolisme

PendahuluanPendahuluan

1.1. Sel mengekstraksi energi dari lingkungan Sel mengekstraksi energi dari lingkungan autotrofautotrof : mengambil energi dari sinar matahari : mengambil energi dari sinar matahari pada proses fotosintesis pada proses fotosintesis tumbuh-tumbuhan tumbuh-tumbuhan dan mikroorganisme berkhlorofil.dan mikroorganisme berkhlorofil.heterotrof heterotrof : mengambil molekul : mengambil molekul berenergi/organik dari substrat/makanan berenergi/organik dari substrat/makanan diantaranya dari sel autotrof.diantaranya dari sel autotrof.

2.2. Sel mensintesis makromolekul untuk menunjang Sel mensintesis makromolekul untuk menunjang aktifitas hidupnya (gerak dinamik, pembelahan aktifitas hidupnya (gerak dinamik, pembelahan sel, reaksi-reaksi spesifik)sel, reaksi-reaksi spesifik)

PengertianPengertian

Kedua proses tsb dilakukan melalui reaksi-reaksi yang terintegrasi & terorganisasi metabolisme

Metabolisme:keseluruhan reaksi yang terjadi di dalam sel, meliputi proses penguraian & sintesis molekul kimia yang menghasilkan & membutuhkan panas (energi) serta dikatalisis oleh enzim

Definisi Umum ENZIMDefinisi Umum ENZIM

Dlm sistem biologi reaksi kimia selalu memerlukan katalis. Tanpa katalis reaksi sangat lama, diperlukan Enzim yg berfungsi sbg biokatalisator

protein yang berfungsi untuk mempercepat reaksi dengan jalan menurunkan tenaga aktivasi dan tidak mengubah kesetimbangan reaksi, serta bersifat sangat spesifik.

Katalis yg paling efisien Katalis yg paling efisien mampu mampu mempercepat reaksi mempercepat reaksi 1020 kali lbh cepat1020 kali lbh cepat

Enzim bersifat sangat Enzim bersifat sangat spesifik, baik jenis spesifik, baik jenis reaksi maupun reaksi maupun substratnya , substratnya ,

Tripsin

Trombin

Enzim tidak ikut bereaksi dgn substrat atau Enzim tidak ikut bereaksi dgn substrat atau produknyaproduknya

Aktifitas dapat dikontrol sesuai dengan Aktifitas dapat dikontrol sesuai dengan kebutuhan organisme itu sendiri kebutuhan organisme itu sendiri Contoh : enzim yg mengkatalisis reaksi pertama Contoh : enzim yg mengkatalisis reaksi pertama pada suatu siklus biosintesis biasanya di hambat pada suatu siklus biosintesis biasanya di hambat oleh produk akhirnya(oleh produk akhirnya(feedback inhibition)feedback inhibition)

bbrp enzim disintesis dlm btk tidak aktif. Dan bbrp enzim disintesis dlm btk tidak aktif. Dan akan diaktifkan oleh kondisi dan waktu yang akan diaktifkan oleh kondisi dan waktu yang sesuai (enzim allosterik) . prekursor yg tidak aktif sesuai (enzim allosterik) . prekursor yg tidak aktif disebut disebut zymogenzymogen

Tiga sifat utama enzim :Tiga sifat utama enzim :

Kemampuan katalitiknyaKemampuan katalitiknya SpesifisitasSpesifisitas Kemampuan untuk diatur (regulasi)Kemampuan untuk diatur (regulasi)

Bagian-bagian enzimBagian-bagian enzim

Bberapa istilah yang harus diketahui:

•Holoenzim

•Apoenzim/ apoprotein

•Gugus prostetik

•Koenzim

•Kofaktor

Bagian-bagian enzim (lanjutan)Bagian-bagian enzim (lanjutan)

Seperti protein lain, enzim memiliki BM antara Seperti protein lain, enzim memiliki BM antara 12,000 – 1 juta kDa12,000 – 1 juta kDa

Beberapa enzim tidak membutuhkan molekul Beberapa enzim tidak membutuhkan molekul kimiawi lain untuk aktifitasnya, beberapa kimiawi lain untuk aktifitasnya, beberapa membutuhkan membutuhkan kofaktor / koenzimkofaktor / koenzim

Kofaktor Kofaktor ion-ion inorganik yg dibutuhkan ion-ion inorganik yg dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinyaenzim untuk melakukan fungsinya

Koenzim Koenzim molekul organik (komplek) yang molekul organik (komplek) yang dibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinyadibutuhkan enzim untuk melakukan fungsinya

KoenzimKoenzim

KofaktorKofaktor

Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat Koenzim atau kofaktor yang terikat sangat kuat bahkan terikat dengan ikatan kovalen kuat bahkan terikat dengan ikatan kovalen dengan enzim dengan enzim gugus prostetikgugus prostetik

Enzim aktif lengkap dengan semua Enzim aktif lengkap dengan semua komponennya komponennya holoenzimholoenzim

Bagian yang terdiri dari protein saja pada Bagian yang terdiri dari protein saja pada suatu enzim suatu enzim Apoenzim / apoproteinApoenzim / apoprotein

Fungsi koenzim Fungsi koenzim adalah sebagai adalah sebagai carriercarrier sementara dari gugus fungsional yg sementara dari gugus fungsional yg berperan dalam reaksi ensimatis tersebut.berperan dalam reaksi ensimatis tersebut.

Enzim

Protein Enzim protein sederhana

Protein +Bukan Protein

Protein = apoenzim

Enzim Konjugasi

Bukan protein =Gugus prostetik

Organik =Koenzim

Anorganik = kofaktor

Klasifikasi enzimKlasifikasi enzim

Bagaimana enzim bekerjaBagaimana enzim bekerja Reaksi tanpa enzim:Reaksi tanpa enzim:

LambatLambat Membutuhkan suhu Membutuhkan suhu

yang tinggi yang tinggi Tekanan yang tinggiTekanan yang tinggi

Reaksi enzimatisReaksi enzimatis Enzim memberikan Enzim memberikan

suatu lingkungan yg suatu lingkungan yg spesifik di dalam sisi spesifik di dalam sisi aktifnya, sehingga aktifnya, sehingga reaksi secara energetik reaksi secara energetik dapat lebih mudah dapat lebih mudah terjaditerjadi

Substrat terikat Substrat terikat interaksi nonkovalen interaksi nonkovalen

E + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + PE + S ↔ ES ↔ EP ↔ E + P

Kekuatan enzim dlm mengkatalisis suatu reaksi Kekuatan enzim dlm mengkatalisis suatu reaksi kemampuan enzim membawa substrat bersama-kemampuan enzim membawa substrat bersama-sama pd orientasi yang tepat untuk terjadinya suatu sama pd orientasi yang tepat untuk terjadinya suatu reaksireaksi

Substrat terikat pd Substrat terikat pd sisi aktifsisi aktif yi cekukan pd protein yi cekukan pd protein yg berisi asam amino yg penting untuk tjdnya suatu yg berisi asam amino yg penting untuk tjdnya suatu reaksi kimiareaksi kimia

Prinsip kerja enzim Prinsip kerja enzim

MetabolismeMetabolisme

Hampir semua organisme menggunakan Hampir semua organisme menggunakan molekul organik sebagi sumber energi dan molekul organik sebagi sumber energi dan biosintesisbiosintesis

AutotrofAutotrof Mampu membuat molekul organik dari anorganikMampu membuat molekul organik dari anorganik

HeterotrofHeterotrof ““Feeding on others”Feeding on others”

Aerobik: organisme tergantung pada respirasiAerobik: organisme tergantung pada respirasi Anaerob: mampu melakukan metabolisme Anaerob: mampu melakukan metabolisme

energi tanpa adnaya oksigenenergi tanpa adnaya oksigen

Pengertian MetabolismePengertian Metabolisme

Metabolisme meliputi:Metabolisme meliputi:1) 1) jalur sintesis (anabolisme/endorgenik) jalur sintesis (anabolisme/endorgenik) menggabungkan molekul-molekul kecil menjadi menggabungkan molekul-molekul kecil menjadi makromolekul yang lebih kompleks; memerlukan makromolekul yang lebih kompleks; memerlukan energi yang disuplai dari hidrolisis ATP energi yang disuplai dari hidrolisis ATP

2) 2) jalur degradatif (katabolisme/eksorgenik)jalur degradatif (katabolisme/eksorgenik) memecah molekul kompleks menjadi molekul memecah molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana; melepaskan energi yang yang lebih sederhana; melepaskan energi yang dibutuhkan untuk mensintesis ATP. dibutuhkan untuk mensintesis ATP.

Komponen selKomponen sel

Makromolekul: komponen struktural & Makromolekul: komponen struktural & fungsional utama sel, tdd:fungsional utama sel, tdd:

1.1. Asam nukleatAsam nukleat

2.2. ProteinProtein

3.3. Karbohidrat/ polisakaridaKarbohidrat/ polisakarida

4.4. Lemak/ lipidLemak/ lipid

Struktur supramolekulStruktur supramolekul

Protein asam nukleat polisakarida lipidProtein asam nukleat polisakarida lipid

Asam amino nukleotida gula sederhana*) gliserolAsam amino nukleotida gula sederhana*) gliserol asam lemakasam lemak

- ketoacids ribosa pyruvat- ketoacids ribosa pyruvat(C3) (C3) asetat (C2)asetat (C2)C3, C4, C5 nitrogen pyruvat (C3) C3, C4, C5 nitrogen pyruvat (C3)

Karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O)Karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) Nitogen (N), fosfor (P), sulfur (S)Nitogen (N), fosfor (P), sulfur (S)

Metabolisme Metabolisme PerantaraPerantara

Perbedaan jalur biosintesis & Perbedaan jalur biosintesis & degradasidegradasi

Merupakan kebalikan satu sama lainMerupakan kebalikan satu sama lainMenggunakan intermediet atau reaksi Menggunakan intermediet atau reaksi

yang samayang samaTerjadi ditempat berbeda:Terjadi ditempat berbeda:

Oksidasi asam lemak di mitokondriaOksidasi asam lemak di mitokondriaSintesis asam lemak di sitoplasmaSintesis asam lemak di sitoplasma

Pengendalian: mis level ATPPengendalian: mis level ATP

Molekul ATPMolekul ATP

p p p

ATPenergikeluar

energimasuk

p p p p p p

Tanjakan energi

P + ADP P + ADP

Mekanisme kerja ATPMekanisme kerja ATP

Sistem NAD(P)Sistem NAD(P)++

KATABOLISMEKATABOLISME

EksergonikEksergonikOksidasi zat makananOksidasi zat makanan

■ Bagaimana makanan diubah Bagaimana makanan diubah menjadi energi? menjadi energi?

■ Apakah nutrisi yang berbeda Apakah nutrisi yang berbeda diekstrak energinya melalui cara diekstrak energinya melalui cara yang berbeda? yang berbeda?

Memperoleh Energi dari MakananMemperoleh Energi dari Makanan

MetabolismeMetabolisme

NUTRISI PENGHASIL

ENERGI

KarbohidratLemakProtein

HASIL AKHIRRENDAH ENERGI

CO2

H2ONH3

MAKRO-MOLEKUL

SEL

PolisakaridaLipidaProtein

Asam Nucleat

MOLEKUL PREKURSOR

Asam AminoGula

Asam LemakBasa Nitrogen

Katabolisme

ENERGIKIMIA

ATPNADH/NADPH

FADH2

Anabolisme

Tiga tahap katabolismeTiga tahap katabolisme

1. DEGRADASI BIOMOLEKUL BESAR MENJADI

MOLEKUL “BUILDING BLOCK”

2. DEGRADASI MOLEKUL “BUILDING BLOCK”

MENJADI SENYAWA UMUM HASIL DEGRADASI

3. DEGRADASI SENYAWA UMUM HASIL

DEGRADASI MENJADI SENYAWA HASIL AKHIR

YANG SEDERHANA

MOLEKUL “BUILDING

BLOCK”MOLEKUL

BESAR

Katabolisme tahap IKatabolisme tahap I

Protein

Polisakarida

Lipida

Asam amino

Glukosa

Gliserol, Asam Lemak

HASILUMUM

DEGRADASI

MOLEKUL “BUILDING

BLOCK”

Katabolisme tahap IIKatabolisme tahap II

Asam amino

Glukosa

Gliserol, Asam Lemak

Asam Piruvat

Asetil ko-A

HASIL AKHIR YAN

SEDRHANA

HASIL UMUM

Katabolisme tahap IIIKatabolisme tahap III

Asam Piruvat

Asetil ko-A

CO2

H2

O

Mahluk HidupMahluk Hidup  

  Energi Energi 

Metabolisme Metabolisme 

    Karbohidrat VitaminKarbohidrat Vitamin

Lemak MineralLemak Mineral

Protein EnzimProtein Enzim

  

Metabolisme :Metabolisme :

1. Anabolisme 1. Anabolisme asam amino + asam amino asam amino + asam amino Protein Protein

2. 2. Katabolisme Katabolisme Protein Protein asam amino + asam amino asam amino + asam amino

Contoh :Contoh :

1. Tumbuhan memperoleh energi dari proses fotosintesis1. Tumbuhan memperoleh energi dari proses fotosintesis

  

KhlorofilKhlorofil

6CO6CO2 2 + H + H22O + Energi 6COO + Energi 6CO22 + C + C66HH1212OO66

  

2. Hewan memperoleh enrgi dari proses respirasi2. Hewan memperoleh enrgi dari proses respirasi

  

EnzimEnzim

CC66HH1212OO66 + O + O22 6CO 6CO22 + 6H + 6H22O + EnergiO + Energi

SitoplasmaSitoplasma

MitokondriaMitokondria

Katabolisme GlukosaKatabolisme Glukosa

Respirasi selulerRespirasi seluler

Tiga tahap penuaian energiTiga tahap penuaian energi GlikolisisGlikolisis Daur KrebsDaur Krebs Rangkaian transpor elektronRangkaian transpor elektron

RESPIRASI SELRESPIRASI SEL

Terjadi di Terjadi di sitoplasmasitoplasma.. Memotong 1 molekul gula berkarbon 6 Memotong 1 molekul gula berkarbon 6

menjadi 2 molekul gula berkarbon 3 menjadi 2 molekul gula berkarbon 3 ((asam piruvat adalah hasil akhirasam piruvat adalah hasil akhir).).

Tidak menghasilkan banyak energi Tidak menghasilkan banyak energi (hanya dihasilkan 2 ATP), tetapi dapat (hanya dihasilkan 2 ATP), tetapi dapat berlangsung sangat cepat dan tidak berlangsung sangat cepat dan tidak membutuhkan oksigen (membutuhkan oksigen (anaerobikanaerobik).).

GlikolisisGlikolisis

glukosa

glukosa 6-fosfat

fruktosa 6-fosfat

fruktosa 1,6-difosfat

ADP

ADPATP

ATP

fruktosa 1,6-difosfat

gliseraldehida 3-fosfat

Asam 1,3-difosfogliserat

2 NADH + 2 H+2 NAD+ + 2 P

2 ADP

2 ADP

2 ATP

2 ATP

Asam piruvat

Asam 3-fosfogliserat

Beberapa bakteri dan eukaryot hanya Beberapa bakteri dan eukaryot hanya menggunakan Glikolisis sebagai cara menggunakan Glikolisis sebagai cara untuk memperoleh energi. untuk memperoleh energi.

Fermentasi alkohol yang dilakukan Fermentasi alkohol yang dilakukan khamir pada keadaan tanpa oksigen khamir pada keadaan tanpa oksigen mengubah asam piruvat menjadi alkohol.mengubah asam piruvat menjadi alkohol.

Fermentasi asam laktat yang terjadi di Fermentasi asam laktat yang terjadi di banyak sel jaringan hewan pada keadaan banyak sel jaringan hewan pada keadaan tanpa oksigen mengubah asam piruvat tanpa oksigen mengubah asam piruvat menjadi asam laktat. menjadi asam laktat.

Glikolisis vs FermentasiGlikolisis vs FermentasiPeran Oksigen dalam Katabolisme Glukosa?

Membutuhkan 2 ATP.Membutuhkan 2 ATP. Menghasilkan energi cukup untuk Menghasilkan energi cukup untuk

menggabungkan fosfat ke 4 menggabungkan fosfat ke 4 molekul ADP membentuk 4 ATP.molekul ADP membentuk 4 ATP.

Hasil 4 ATP – perlu 2 ATP = Hasil 4 ATP – perlu 2 ATP = Hasil bersih 2 ATP. Hasil bersih 2 ATP.

PERHITUNGAN ENERGI pada PERHITUNGAN ENERGI pada GlikolisisGlikolisis

Daur Krebs sebagai bagian Daur Krebs sebagai bagian Respirasi sel Respirasi sel

Daur Krebs dan Daur Krebs dan rangkaian transpor rangkaian transpor elektron terjadi di elektron terjadi di dalam mitokondria dalam mitokondria

glikolisis

Daur Krebs

membrane luar

membrandalam

Rangkaian transpor elektron

matriksmitokondriadalam

H2O

O2

H+

e-

Membran dalam mitokondria

H+

H+

H +

H+

H+

H +

H +

H +

Asam piruvat hasil glikolisis menuju ke Asam piruvat hasil glikolisis menuju ke mitokondria.mitokondria.

Berikatan dengan koenzim A membentuk Berikatan dengan koenzim A membentuk asetil koA, 1 molekul NADH, dan COasetil koA, 1 molekul NADH, dan CO22..

Daur Krebs terjadi di Daur Krebs terjadi di matriksmatriks dari dari mitokondria.mitokondria.

Peralihan antara Glikolisis dan Daur Peralihan antara Glikolisis dan Daur KrebsKrebs

glikolisis

Asam piruvat

cytosolNAD+

koenzimA NADH Menuju ke

rangkaian transpor elektron

koA

CO2

Matriks mitokondria Daur Krebs

mitokondrion

asetll koenzim A

DaurKrebs

CoAasetil koenzim A

asam sitrat

CO2

NADHNAD+

asam oksaloasetat 1.

2.

3.

4.

5.

6.

asam -ketoglutarat

CO2

NAD+

NAD+

asam malat

NADH

NADHFADH2 FAD+

asam suksinat

ATP

turunan asam -ketoglutarat

ADP

6 NADH

2 FADH2

Rangkaian transpor elektron

CO2

2 ATP

GLYCOLYSISSUMMARY OF THE KREBS CYCLE

DAUR KREBS

Asetil koA didegradasi sempurna menjadi Asetil koA didegradasi sempurna menjadi COCO22..

Hanya 1 ATP yang dihasilkan dari setiap Hanya 1 ATP yang dihasilkan dari setiap asetil koA yang memasuki Daur Krebs asetil koA yang memasuki Daur Krebs (total 2 ATP tiap glukosa).(total 2 ATP tiap glukosa).

Semua elektron dapat diikat dalam bentuk Semua elektron dapat diikat dalam bentuk 6 NADH (per glukosa) untuk diproses 6 NADH (per glukosa) untuk diproses lebih lanjut melalui rangkaian transpor lebih lanjut melalui rangkaian transpor elektron. elektron.

Ringkasan Daur KrebsRingkasan Daur Krebs

Elektron dibebaskan dari oksidasi nutrisi Elektron dibebaskan dari oksidasi nutrisi selama katabolisme.selama katabolisme.

Elektron dipindahkan oleh pembawa Elektron dipindahkan oleh pembawa elektron melalui suatu proses untuk elektron melalui suatu proses untuk menghasilkan ATP.menghasilkan ATP.

Katabolisme dan Transfer ElektronKatabolisme dan Transfer Elektron

Molekul yang memindahkan elektron Molekul yang memindahkan elektron selama proses respirasi di dalam sel.selama proses respirasi di dalam sel.

NADH, FADHNADH, FADH2 2 adalah molekul adalah molekul

pembawa elektronpembawa elektron

PEMBAWA ELEKTRONPEMBAWA ELEKTRON

Di dalam sel, NAD terdapat dalam 2 Di dalam sel, NAD terdapat dalam 2 bentuk:bentuk:

Bentuk membawa elektron atau atom Bentuk membawa elektron atau atom hidrogen ( NADH) dan tanpa atom hidrogen ( NADH) dan tanpa atom hidrogen (NAD+).hidrogen (NAD+).

NADNAD++ berperan sebagai senyawa berperan sebagai senyawa pengoksidasi, bila menerima atom pengoksidasi, bila menerima atom hidrogen dan elektron, menjadi NADH.hidrogen dan elektron, menjadi NADH.

NAD (Nikotinamida Dinukleotida) NAD (Nikotinamida Dinukleotida)

NADH dapat memindahkan NADH dapat memindahkan elektron ke molekul lain, dan elektron ke molekul lain, dan kembali menjadi NAD.kembali menjadi NAD.

Proses pemindahan ini Proses pemindahan ini dikendalikan/dilakukan oleh enzim.dikendalikan/dilakukan oleh enzim.

NAD (Nikotinamida Dinukleotida) NAD (Nikotinamida Dinukleotida)

NAD+

- -NADH NAD+

- -

kosong kosongterisi

NAD +

H

H

+

+

-

-

NAD

NAD

- -

-

-+

H

+ H+

+H

proton

teroksidasi

tereduksi

■ NADH memindahkan elektron ke NADH memindahkan elektron ke suatu rangkaian molekul yang suatu rangkaian molekul yang terdapat di membran dalam terdapat di membran dalam mitokondria.mitokondria.

■ Perpindahan elektron Perpindahan elektron mengakibatkan perpindahan ion Hmengakibatkan perpindahan ion H++ melawan gradien konsenrasi. melawan gradien konsenrasi.

Rangkaian Transpor ElektronRangkaian Transpor Elektron

■ Energi yang terbentuk pada saat Energi yang terbentuk pada saat masuknya kembali ion Hmasuknya kembali ion H++ ke dalam ke dalam mitokondria melalui ATP sintase, mitokondria melalui ATP sintase, digunakan untuk menggabungkan fosfat digunakan untuk menggabungkan fosfat dengan ADP untuk membentuk ATP.dengan ADP untuk membentuk ATP.

■ Dihasilkan ATP yang lebih banyak pada Dihasilkan ATP yang lebih banyak pada tahap ini (32 ATP per glukosa).tahap ini (32 ATP per glukosa).

Rangkaian Transpor ElektronRangkaian Transpor Elektron

■ Di akhir rangkaian Di akhir rangkaian OO2 2 + 2 electrons + 2 H+ 2 electrons + 2 H+ + = H= H22O.O.

■ Penyebab kebutuhan oksigen.Penyebab kebutuhan oksigen.

Rangkaian Transpor ElektronRangkaian Transpor Elektron

GLYCOLYSIS

ELECTRONTRANSPORTCHAIN

O2H2O

32ATP

KREBSCYCLE

SINTESIS ATP

mitokondriamitokondria

inner compartment

outer compartment

inner membrane

Kompartemen bagian luar

innermembrane

NADH

RANGKAIAN TRANSPOR ELEKTRON

ATP synthesis

ADP + P

ATP

NAD+

2 H+ + 1/2 O2

H2OKompartemen bagian dalam

H+H+

H+H+

H+

H+

H+

H+ H+

H+

H+

H+

H+

H+ H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+H+ H+H+

H+

H+

H+

H+

Electron Transport Chain (ETC)Electron Transport Chain (ETC)

PROTEIN LEMAKKARBOHIDRAT

food

amino acids sugars glycerol fatty acids

GLIKOLISISglukosa

Asam piruvat

acetyl CoA

DAURKREB

NH3

(ammonia)

RANGKAIANTRANSPOR ELEKTRON

Molekul Molekul lain yang lain yang digunakadigunakan pada n pada respirasirespirasi

Tiga tahap penuaian energiTiga tahap penuaian energi GlikolisisGlikolisis Daur KrebsDaur Krebs Rangkaian transpor elektronRangkaian transpor elektron Reaksi secara keseluruhan: CReaksi secara keseluruhan: C66HH1212OO66

+ 6 O+ 6 O22 + ADP + ADP 6 CO 6 CO22 + 6 H + 6 H22O + O +

ATP.ATP.

RESPIRASI SELRESPIRASI SEL

KompartementasiKompartementasi