KATABOLISME KARBOHIDRAT2nd

D3 – THP – FP UNSEdhi Nurhartadi

2013

22/04/23 1

22/04/23 2

Mechanisms of the pyruvate dehydrogenase complex.

Senyawa intermediet yang dihasilkan dlm reaksi ini tetap menempel pada ensimnya

22/04/23 3

22/04/23 4

22/04/23 5

Siklus TCA (Krebs Cycle)• Siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi kimia di dalam

mitokondria secara berurutan dan berulang untuk mengubah asam piruvat menjadi karbondioksida, air dan energi.

• Proses oksidasi secara aerob. • Siklus trikarboksilat yang memerlukan oksigen menjadi air,

karbondioksida dan ATP. • Piruvat adalah molekul pusat pada metabolisme aerobik. • Tujuan akhir piruvat : dekarboksilasi oksidatif dari asam -keto

berkarbon tiga menjadi unsur gugus asetil berkarbon dua. Sebagian perubahan energi bebas tersimpan dalam bentuk koenzim NADH yang tereduksi. Hasil akhir reaksi adalah Asetil KoA.

• Sistem enzimnya adalah kompleks multienzim piruvat dehidrogenase pada permukaan dalam dari membran mitokondria dalam pada eukariot dan di dalam membran sel pada bakteri.

22/04/23 6

• Piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA dan karbondioksida dibantu enzim kompleks piruvat dehidrogenase yang mengoksidasi dan mengadakan dekarboksilasi piruvat menjadi bentuk asetat yaitu tioester asetil KoA.

• Siklus ini mengoksidasi satuan asetat dua-karbon menjadi karbondioksida dan membentuk NADH dan FADH2.

• Rantai pernafasan dari enzim pemindah elektron mengoksidasi kembali koenzim NADH dan FADH2.

• Proses ini terjadi di membran mitokondria dengan oksigen sebagai akseptor elektron terakhir (aerob).

• Energi redoks yang diperoleh dengan reaksi pertukaran elektron ini sebagian tersimpan oleh penggabungan pemindahan elektron pada fosforilasi ADP.

22/04/23 7

SIFAT DUALISTIS SIKLUS KREBS• Siklus ini adalah jalur reaksi amfibolik karena tidak

hanya memberikan energi dengan cara pemecahan satuan dua karbon asetil dari Asetil KoA (Katabolisme) tetapi juga membuat metabolit intermedier dari siklus untuk kepentingan biosintesis (Anabolisme).

• Metabolit intermedier: ketoglutarat, suksinat, oksaloasetat

• Proses awal : sitrat menghasilkan oksaloasetat, air dan karbondioksida.

22/04/23 8

Peristiwa penting dalam mitokondria

• Membran luar : membran trilaminar membran fosfolipida yang permeabel sampai BM 10.000 terdapat enzim asiltiokinase lemak

• Membran dalam : membran protein fosfolipida hanya permeabel pada air, asam lemak berantai pendek dan molekul netral serta tidak permeabel terhadap ion terjadi rantai pernafasan, fosforilasi oksidatif, asam -keto dehidrogenase, suksinat dehidrogenase, metabolit permease dan sistem transpor

• Matriks berupa larutan protein dan metabolit mengandung butiran material mengendap seperti kalsium fosfat, ribosom dan asam nukleat terdapat enzim yang tidak dapat larut dari siklus Kreb, oksidasi asam lemak dan biosintesis urea

22/04/23 9

22/04/23 10

22/04/23 11

22/04/23 12

SIKLUS KREBS (TCA)

22/04/23 13

Tahapan Siklus TCA1. Pembentukan asetil Koenzim A (asetil KoA)2. Pembentukan asam sitrat3. Pembentukan asam isositrat4. Pembentukan asam -ketoglutarat5. Pembentukan suksinil KoA6. Pembentukan asam suksinat7. Pembentukan asam fumarat8. Pembentukan asam malat9. Pembentukan asam oksaloasetat

22/04/23 14

• Asetil KoA dibentuk pada reaksi antara asam piruvat dengan Koenzim A.

• Asam lemak juga dapat menghasilkan asetil KoA pada proses oksidasi.

• Reaksi ini menggunakan kompleks piruvat dehidrogenase sebagai katalis.

• Koenzim yang berperan dalam reaksi ini adalah tiamin pirofosfat (TPP), NAD+, asam lipoat dan ion Mg2+ sebagai aktivator.

• Reaksi ini bersifat irreversibel dan asetil KoA merupakan penghubung antara proses glikolisis dengan siklus asam sitrat.

1. Pembentukan Asetil Koenzim A (Asetil KoA)

22/04/23 15

Enzim piruvat dehidrogenase kompleks terdiri dari 3 ensim yi

1. Pyruvate dehidrogenase(E1)

2. Dihidrolipoil transasetilasi (E2)

3. Dihidrolipoil dehidrogenase (E3)

22/04/23 16

Mechanisms of the pyruvate dehydrogenase complex.

Senyawa intermediet yang dihasilkan dlm reaksi ini tetap menempel pada ensimnya

22/04/23 17

2. Pembentukan asam sitrat

• Asetil KoA adalah senyawa berenergi tinggi dan berfungsi sebagai zat pemberi gugus asetil atau ikut dalam reaksi kondensasi.

• Asam sitrat dibentuk oleh asetil KoA dengan asam oksaloasetat secara kondensasi.

• Enzim dalam reaksi ini adalah sitrat sintase atau enzim penyebab kondensasi sitrat atau oksaloasetat liase.

• Enzim sitrat sintetase mengawasi laju TCA Krebs.• Asam sitrat menjadi salah satu senyawa dalam siklus asam

sitrat.

22/04/23 18

3. Pembentukan asam isositrat

Asam sitrat diubah menjadi asam isositrat melalui asam akonitat dengan enzim akonitase mengkatalis hidrasi reversibel dari amino asam trikarboksilat yang tidak jenuh disebut cis-aconitat yang menghasilkan sitrat atau isositrat.

22/04/23 19

4. Pembentukan asam -ketoglutarat• Asam isositrat diubah menjadi asam oksalosuksinat

kemudian menjadi asam -ketoglutarat dibantu enzim isositrat dehidrogenase dengan koenzim NADP+ dan enzim karboksilase.

• Pada reaksi kedua dihasilkan karbondioksida. • Untuk 1 mol asam isositrat ynag diubah dihasilkan 1 mol

NADPH dan 1 mol karbondioksida. • Koenzim yang berperan adalah NADP dan NAD.

22/04/23 20

5. Pembentukan suksinil KoA• Asam -ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA dengan

dekarboksilasi oksidatif. • Reaksi ini analog dengan reaksi pembentukan asetil KoA dari

asam piruvat. • Koenzim TPP dan NAD+ diperlukan dalam reaksi. Reaksi ini

berlangsung antara asam -ketoglutarat dengan Koenzim A menghasilkan suksinil KoA dan karbondioksida serta NADH.

• Reaksi ini irreversibel.

22/04/23 21

6. Pembentukan asam suksinat

• Asam suksinat terbentuk dari suksinil KoA dengan melepaskan Koenzim A serta pembentukan guanosin trifosfat (GTP) dari guanosin difosfat (GDP).

• Enzim suksinil KoA bekerja pada reaksi reversibel. • Gugus fosfat pada molekul GTP segera dipindahkan pada ADP

dengan katalis nukleosida difosfokinase.

22/04/23 22

• Dekarboksilasi oksidatif dari -ketoglutarat menurut tata cara adalah samadengan oksidasi piruvat oleh piruvat dehidrogenase. -ketoglutarat, NAD+ dan asetil KoA menjadi suksinil KoA, NADH, H+ dan karbondioksida.

• Suksinil KoA dapat berubah menjadi suksinat dan dapat melanjutkan siklus TCA atau menjadi awal biosintetik asam lemak dan heme (porfirin).

• Ikatan tioester pada suksinil KoA memiliki energi bebas hidrolisis lebih tinggi daripada ATP.

22/04/23 23

• Terjadi penggabungan pembentukan suksinat dengan reaksi fosforilasi yang dikatalis enzim suksinil tiokinase.

• Penghasilan 1 molekul ATP tiap pembentukan suksinat adalah tempat langsung ATP dihasilkan.

• Proses ini disebut fosforilasi tingkat substrat. Intermedietnya yaitu GTP yang secara cepat melakukan fosforilasi ADP dengan adanya enzim nukleosida difosfat kinase.

22/04/23 24

7. Pembentukan asam fumarat

• Asam suksinat diubah menjadi asam fumarat melalui proses oksidasi dengan enzim suksinat dehidrogenase dan FAD sebagai koenzim.

22/04/23 25

8. Pembentukan asam malat

• Asam malat terbentuk dari asam fumarat dengan cara adisi molekul air dibantu enzim fumarase.

• Hidrasi stereospesifik dari ikatan rangkap dua karbon fumarat menghasilkan asam -hidroksi dikarboksilat yaitu L-malat dengan enzim fumarase dibantu air

• Dehidrogenasi L-malat : reaksi oksidasi gugus fungsional alkohol sekunder untuk menghasilkan sebuah fungsi keton dan dikatalis enzim laktat dehidrogenase.

• L-malat dan NAD+ menjadi oksaloasetat, NADH dan H+.

22/04/23 26

9. Pembentukan asam oksaloasetat

• Asam malat kemudian dihidrogenasi untuk membentuk asam oksaloasetat dengan enzim malat dehidrogenase. Oksaloasetat kemudian bereaksi dengan asetil Koenzim A dan asam sitrat.

22/04/23 27

Sistem Transport Elektron

• Transport elektron adalah tahap akhir dalam respirasi sel aerobik yang meliputi proses perpindahan elektron dari molekul donor (misal: NADH, substrat organik) menuju aseptor terakhir yakni oksigen.

22/04/23 28

Membran dalam mitokondria terdapat komplek protein I –V.

Komplek I menerima elektron dari NADH.

Elektron dari FADH2 ditransfer ke komplek protein lain yg dsbt

Komplek II yang kemudian ditangkap oleh Coenzim Q dst

Protein komplek yang mentransfer elektron tsbt dikenal sebagai sistem transport electron

22/04/23 29

Setelah eleSetelah elekktron melewati tron melewati komplek IV, komplek IV, proton akan proton akan didonorkan kepada Odidonorkan kepada O22 HH22OO

Selama elektSelama elektrron bergerak on bergerak melalui komplek I, III dan melalui komplek I, III dan IV dari ETS IV dari ETS proton proton dipompa dari matriks ke dipompa dari matriks ke ruang intermembran ruang intermembran mitokondriamitokondria

Shg akan menghslkan Shg akan menghslkan sumber energi potensial sumber energi potensial dgn konsentrasi proton di dgn konsentrasi proton di ruang inter membrane ruang inter membrane lebih tinggi dibanding dgn lebih tinggi dibanding dgn di dalam matrik .di dalam matrik . 22/04/23 30

22/04/23 31

Siklus Glioksilat

22/04/23 32

1.1. GlikolisisGlikolisis

Glukosa + 2 ADP + 2 P + 2 NAD 2 Piruvat + 2 NADH2 + 2 ATP

2. Dekarboksilasi Oksidatif2. Dekarboksilasi Oksidatif

2 Piruvat + 2 Co.A + 2 NAD 2 Asetil CoA + 2 NADH2 + 2 CO2

3. Daur Krebs3. Daur Krebs

4. Transfer Elektron4. Transfer Elektron

6 H2O + 2 Asetil CoA + 6NAD + 2FAD + 2P 4 CO2 + CoA + 6 NADH2 + 2 FADH2 + 2 ATP

10 NADH2 + 2 FADH2 + 34 ADP + 34 P + 6O2 10 NAD + 2 FAD + 12 H2O + 34 ATP

Glukosa (C6H12O6) + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP (Energi)

TAHAP-TAHAP RESPIRASI SELTAHAP-TAHAP RESPIRASI SEL

22/04/23 33

Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah:• 1. Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P = 9P• 2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P = 2P• 3. Pada tingkat substrat = 1P• Jumlah = 12P• Satu siklus Kreb’s akan menghasilkan energi 3P + 3P + 1P + 2P + 3P

= 12P.

Jalur glikolisis, oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan dapat kita hitung bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian sebagai berikut:

• Glikolisis : 8P• Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P• Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P• Jumlah : 38P

22/04/23 34

Hasil ATP Maksimum

22/04/23 35

Hasil ATP bersih

22/04/23 36

RESUME KATABOLISMERESUME KATABOLISME

22/04/23 37