Biokimia

Evy Rossi METABOLISME KHARBOHIDRAT

Semeter Genap 2009/2010Fakultas Pertanian

Universitas Riau

Selamat Datang

Pendahuluan

• Metabolisme adalah segala proses-proses yang terjadi dalam makhluk hidup baik yang bersel tunggal ataupun banyak.

• Jika proses-proses tersebut terjadi setelah unsur-unsur makanan dicerna dan diserap disebut Metabolisme Intermediate

• Metabolisme intermediate merupakan suatu bidang luas yang berupaya memahami bukan saja lintasan metabolik yang dialami oleh masing-masing molekul, tetapi juga interelasi dan mekanisme yang mengatur arus metabolit melewati lintasan tersebut.

Lintasan metabolisme Intermediate

dapat digolongkan menjadi 3 kategori 1. Anabolik (penyatuan/pembentukan) Ini merupakan lintasan yang digunakan pada

sintesis senyawa pembentuk struktur dan mesin tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.

2. Katabolik (pemecahan) Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi

yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.

3. Amfibolik (persimpangan) Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan

terdapat pada persimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.

..................Lintasan metabolisme Intermediate

Karbohidrat Protein Lipid

Gula sederhana (terutama glukosa)

Asam amino Asam lemak + gliserol

Asetil KoA

Siklus asam sitrat 2H ATP

2CO2

Pencernaan dan absorpsi

Katabolisme

Ilustrasi skematis dari lintasan metabolik dasar

Karbohidrat yang mengalami katabolisme menjadi energi dalam bentuk monosakarida.

Glukosa merupakan metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak)

Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

Jika sumber glukosa melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen). Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.

Jika terjadi defisiensi glukosa di diet sebagai sumber energi, maka glikogen dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus Kreb’s

Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh energi.

Metabolisme Karbohidrat terdiri dari berbagai tahapan/macam baik Kabolisme atau Anabolisme:

1. Glikolisis2. Siklus Krebs3. Transport Elektron4. Lintasan Pentosa5. Glukoneogenesis6. Glikogenesis7. Glikogenolisis

Glikolisis

• Glikolisis adalah proses perombakan glukosa menjadi:

1. Asan Piruvat (pada suasana aerob/ tersedia oksigen) 2. Asam laktat (pada suasana an aerob/ tidak tersedia oksigen) • Terjadi di dalam Sitosol• Glikolisis merupakan jalur utama

metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat.

GlycolysisGlycolysisWhat is glycolysis? Ten step metabolic pathway to convert glucose into two molecules of pyruvate and two molecules each of NADH and ATP.

All carbohydrates to be catabolized must enter the glycolytic pathway.

Glycolysis is central in generating both energy and metabolic

intermediaries.

-PyruvatePyruvate can be further processed:

a) anaerobically to lactatelactate in muscle and in certain micro-organisms or

b) anaerobically to ethanolethanol (fermentation) or

c) aerobically to CO2 and H2O via the citric acid cycle.

• glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.

• Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:

Glukosa + 2ADP +2Pi 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O

GLYCOLYSIS GLYCOLYSIS Glucose ATP hexokinase ADP Glucose 6-phosphate phosphogluco- isomerase Fructose 6-phosphate ATPphosphofructokinase ADP Fructose 1,6-bisphosphate aldolase

triose phosphate isomerase Dihydroxyacetone Glyceraldehyde phosphate 3-phosphate

Glyceraldehyde 3-phosphateglyceraldehyde NAD+ + Pi

3-phosphate NADH + H+

dehydrogenase 1,3-Bisphosphoglycerate  ADPphosphoglycerate kinase ATP 3-Phosphoglyceratephosphoglyceromutase 2-Phosphoglycerate enolase H2O Phosphoenolpyruvate ADP pyruvate kinase ATP Pyruvate

ATP ADP

glucose glucose 6-phosphate

1. Fosforilasi Glukosa menjadi Glukosa 6-P (First phosphorylation and First phosphorylation )

Tahapan-tahapan Reaksi Glikolisis

heksokinase atau glukokinase

First Phase:

2- Isomerization of glucose 6-phosphate Enzyme = phosphoglucoisomerasephosphoglucoisomerase

glucose 6-phosphate fructose 6-phophate

3- Fruktosa -6 P mengalami fosforilasi menjadi Fruktosa -1,6 di P Second phosphorylation and second ATP investment

-second ATP investment-highly exergonic, essentiallyirreversible, G°´= -14.2 kJ/mole- highly regulatedregulated, modulating carbonflux through glycolysis in response to energy and carbon requirements

fructose 1,6 bisphosphate

ATP ADP

phosphofructokinasephosphofructokinase

fructose 6 phosphate

4- Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat (Cleavage to two triose phosphates)

aldolasealdolase

HC=O H2COP HCOH O=C HCOP + CH2OH H

glyceraldehyde dihydroxyacetoneglyceraldehyde dihydroxyacetone 3-phosphate phosphate3-phosphate phosphate

5- Isomerization of dihydroxyacetone phosphate Enzyme = triose-phosphate isomerasetriose-phosphate isomerase

H2C-OH C=O

CH2-O- P

dihydroxyacetone glyceraldehyde phosphate 3-phosphate

triose-phosphate isomerasetriose-phosphate isomerase

End of First Phase: Production of two glyceraldehyde 3-phosphate molecules from one glucose molecule with the expenditure of two ATPs. Therefore: the energy yields of the following steps are multipled by two.…… Next Second Phase:Second Phase:

6- Oxidation of glyceraldehyde 3-phosphate Enzyme= glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase

+

-addition of phosphate, oxidation, production of NADH, formation of high energy compound

glyceraldehyde 3-phosphate 1,3 bisphosphoglycerate

O OPO O NAD NADH OOPOH C=O O HCOH H2C O- P

Reaksi pada tahap 6 menghasilkan senyawa NADH = nicotinamide adenine dinucleotide, dalam bentuk tereduksi

H

7- Transfer of phosphate to make ATP (reaksi fosforilasi tingkat substrat) Enzyme = phosphoglycerate kinase

first substrate level phosphorylation, yielding ATP2 1,3 bis PG yield 2 ATPs, thus so farATP yield = ATP input

O=C-O- P O=C-OH P HC-OH + P HC-OH + PH2C-O-P P H2C-O-P P Adenosine (ADP) Adenosine (ATP)

1,3 diP glycerate 3-phosphoglycerate

8- Phosphate shift setup

Enzyme= phosphoglycerate mutase

- shifts phosphate from position 3 to 2- reversible,

9- Generation of second very high energy compound by a dehydration. Enzyme = enolase

Reaksi ini melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energi di dalam molekul, menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi.

10- Final generation of ATP Enzyme = pyruvate kinase

P O H ADP ATP O-OOC-C=CH -OOC-C-CH3

 phosphoenolpyruvate pyruvate

second substrate levelphosphorylation yielding ATPFosfat berenergi tinggi PEP dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga menghasilkan ATP. Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat

BookkeepingBookkeeping:- 2 ATPs from each glyceraldehyde 3-phosphate = total of 4 per original glucose in second phase.

- 2 molecules of NADH also produced.

- 2 ATPs were invested in the first phase of glycolysis.

Glycolysis: Invest 2 ATP 4 ATP net 2 ATP and 2 NADH

Summary of Energy RelationshipsSummary of Energy Relationships

for Glycolysisfor Glycolysis  Input = 2 ATP 1. glucose + ATP glucose-6-P 2. fructose-6-P + ATP fructose 1,6 diphosphate

Output = 4 ATP + 2 NADH1. 2 glyceraldehyde 3-P + 2 Pi + 2 NAD+ 2 (1,3 bisphosphoglycerate) + 2 NADH2. 2 (1,3 bisphosphoglycerate) + 2 ADP 2 (3-P-glycerate) + 2 ATP3. 2 PEP + 2 ADP 2 pyruvate + 2 ATP

Net = 2 ATP and 2 NADH