METABOLISME KARBOHIDRAT
Metabolisme Karbohidrat
Tahap Penyimpanan Energi Glukosa (G) ATP ATP 1 ADP glukosa 6P (G6P)
Tahap produksi energi
(2)1,3Bifosfogliserat (BPG) 2ADP 7 2ATP (2)3-Fosfogliseraldehid (2)3-Fosfogliseraldehid (3PG)
2
8 Fruktosa-6P (F6P) ATP ATP 3 ADP
(2)2Fosfogliseraldehid(2PG) 9
Fruktosa-1,6bifosfat (FBP) 6 4 Gliseraldehid-3P Gliseraldehid-3P (G3P) Dihidroksiasetonfosfat (DHAP)
2.Fosfoenolpiruvat (PEP) 2 ADP 10 2 ATP ATP 2.Piruvat Pyr) 2NAD++2Pi
5 2NADH+2H+
Fate of glucose Completely oxidized Cellular respiration
to CO2 and H2O.
Converted to lactate. Cori cycle converts lactate back to glucose. glucose . Converted to acetyl CoA. Enters Kreb’s cycle* or is used to synthesize fat. Converted to other monosaccharides monosaccharides Pentose phosphate shunt Stored
as glycogen in muscles and liver.
Glucose Metabolism
PROSES ANAEROBIK DALAM MENGHASILKAN ENERGI •
Pembahasan katabolisme diawali dengan proses anaerobik (tanpa oksigen) yang disebut glikolisis yang glikolisis yang berasal dari kata Yunani gliko (manis) dan lisis (pemecahan)
•
Dalam glikolisis glukosa yang manis dipecah menjadi asam piruvat yang tidak manis.
•
Glikolisis merupakan tahap katabolisme yang berlaku untuk semua organisme
Glycolysis W h a t is is g l y c o l y s i s ?
Ten step metabolic metaboli c pathway to convert glucose into two molecules of pyruvate and two molecules each of N A D H and and ATP. All carbohydrates carbohydrates to be catabolized must glycolytic pathway.
enter the
Glycolysis Glycolysis is c e n t r a l in in generating both energy and metabolic intermediaries. Also known as Embden-Meyerhof-Parnas Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) pathway
Glycolysis has two stages. (i) An
energy investment phase. phase. Reactions, 1-5. Glucose to two glyceraldehyde glyceraldehyde -3-phosphate molecules. 2 ATPs ATPs are invested. invested.
(ii) An energy payoff phase. phase. Reactions 6-10. two glyceraldehyde 3-phosphate molecules to two pyruvate plus four ATP molecules. -- A net of two t wo ATP ATP molecules overall plus two NADH.
Reaksi glikolisis di bagi dua tahap •
Tahap pertama:
•
Reaksi memerlukan energi (reaksi 1-5)
•
Merupakan reaksi fosforilasi glukosa oleh ATP oleh bantuan bantuan enzim enzim heksokinase. heksokinase. Enzim ini bersifat dependen Mg2+ yang digunakan untuk pengkhelat ATP.
Glycolysis: Step 1 2-
PO3
O
CH2
CH2OH O
H
H
O
H
ATP
ADP Mg2+
OH
H
H
OH
D-Glucose
Hexokinase
OH
hexokinase, glucokinase OH
OH
H
H OH
OH
H
OH
D-Glucose-6-phosphate ( G-6-P )
and glucokinase catalyzes irreversible phosphorylation phosphorylation of glucose (G-6P).
Glycolysis: Step 2 2-
PO3
2-
PO3
O
O CH2 O
H
CH3
H
CH2OH O
phosphoglucoisome phosphog lucoisomerase rase OH
OH
H
OH
OH
H
OH H
H
OH
OH
D-Glucose-6-phosphate ( G-6-P )
H
D-Fructose-6-phosphate ( F-6-P )
Phosphoglucoisomerase converts G-6-P into fructose6-phosphate (F-6-P). Makes C1 of hexose available for phosphorylation.
Glycolysis: Step 3 2-
2-
PO3
PO3
O
O
CH3 OH
ATP
CH2 O
ADP Mg
H
O
CH3
CH2OH O
2-
PO3
2+
OH
H
phosphofructokinase phosphofructokin ase H
OH H
OH
D-Fructose-6-phosphate ( F-6-P )
H
OH H
OH
D-Fructose-1,6-diphosphate ( F-1,6-DP )
Phosphofructokinase (PFK-1) catalyzes irreversible phosphorylation of F-6-P to form fructose-1,6diphosphate (F-1,6-DP).
Glycolysis: Step 4 2-
PO3
2-
PO3
O
O
CH3
CH2 O OH
H
fructose diphosphate aldolase
H2C
O
O
HOH HOH2C
+ O
Dihydroxy acetone phosphate
H
OH H
OH
CH2O
2PO3
( DHAP )
CH C H
OH
D-Glyseraldehide-3phosphate ( G-3-P )
D-Fructose-1,6-diphosphate ( F-1,6-DP )
Fructose
diphosphate aldolase catalyzes the cleavage of F-1,6-DP to form dihydroxyacetone phosphate (DHAP) and glyceraldehyde-3-phosphate glyceraldehyde-3-phosphate (G-3-P).
2-
PO3
Glycolysis: Step 5 H2C
O
CH2O
PO32O
HOH2C O
2-
PO3
CH C H
OH
Triosa phosphate isomerase
Dihydroxy acetone phosphate ( DHAP )
D-Glyseraldehide-3-phosphate ( G-3-P )
Triose
phosphate isomerase converts DHAP to G-3-P.
G-3-P
continues through glycolysis.
Reaksi tahap 2: Reaksi memerlukan energi (reaksi 6-10
Reaksi 6 merupakan tahap sintesis senyawa energi tinggi yang pertama. G3P dioksidasi fosforilasi oleh NAD+ menjadi 1,3-Bisfosfogliderat (1,3BPG). Posforilasi yang terjadi adalah dengan P anorganik (Pi). Enzim yang terlibat adalah gliseraldehid-3P dehidrogenase yang termasuk golongan anzim sulfuril yang mempunyai gugus tiol dari sistein.
Glycolysis: Step 6 CH2O CH2O
2PO3
Pi
+
NAD
NADH + H+ O
CH C
O
CH C H
OH
D-Glyseraldehide phosphate dehydrogenase
2-
PO3
OH
O 2-
PO3
3-Phosphoglyceroil phosphate D-Glyseraldehide-3-phosphate
G-3-P dehydrogenase catalyzes oxidation and phosphorylation of G-3-P to form 3Phosphoglyceroil phosphate
Glycolysis: Step 7 CH2O O
2-
PO3
CH C
ATP
ADP OH
2PO3
3-Phosphoglyceroil phosphate
O
CH
2+
Mg
Phosphoglycerate kinase
O
CH2O
C
OH
-
O
3-Phosphoglycerate
Phosphoglycerate kinase (PGK) transfers phosphate from 3-PGP to ADP to form ATP (substrate-level phosphorylation) and 3phosphoglycerate (3-PG).
2-
PO3
Glycolysis: Step 8 CH2O O
Mg2+
CH C
OH
-
O
3-Phosphoglycerate
CH2OH
2-
PO3
O
2-
CH C
PO3 O
Phosphoglycerate mutase -
O
2-Phosphoglycerate
3-PG is converted to 2-PG by phosphoglycerate mutase. Moving phosphate closer to carboxyl group makes molecule more unstable ( G ) and thus more likely to transfer phosphate to another substrate.
Glycolysis: Step 9 CH2
CH2OH
O
2PO3
CH C
O
+ K +,Mg2 enolase
O
2-
C C
PO3 O
-
-
O
2-Phosphoglycerate
O
Phosphoenolpyruvate
Dehydration of 2-PG to form phosphoenolpyruvate (PEP) is catalyzed by enolase. Traps PEP in enol form (tautomer), which is very unstable facilitating transfer of phosphate to ADP in step 10.
Glycolysis: Step 10 CH2
O
CH3 2-
C C
PO3 O
ADP
ATP 2+
Mg
Pyruvate kinase
O
C C
O
-
O
-
O
Phosphoenolpyruvate
Pyruvate
Pyruvate kinase catalyzes irreversible transfer of phosphate from PEP to ADP to form ATP (2nd substrate-level phosphorylation) and pyruvate.
REAKSI TOTAL GLIKOLISIS Glukosa + 2 ADP + 2Pi + 2 NAD+ 2 Piruvat + 2ATP +2 NADH + 2 H+ +2 H2O G=-73,3 kj/mol G = -96,2 Kj/mol
What Happens to Pyruvate?
Pyruvate Alcohol Fermentation
Anaerobic Glycolysis
Aerobic Glycolysis
METABOLISME PIRUVAT •
Piruvat memegang perana yang sangat penting dalam metabolisme. Hampir semua jalur metabolisme mempunyai hubungan dengan piruvat. Proses lanjut dari asam piruvat berhubungan dengan oksidasi sel. Hal ini memerlukan NADH yang merupakan produk reduksi sebagai penyeimbang oksidasi glikolisis mengalami reoksidasi pada proses transfort elektron yang terjadi di mitokondria. Transfort e berakhir pada molekul oksigen dengan menghasilkan 3 ATP untuk setiap molekul NADH. Piruvat dapat masuk ke dalam daur asam sitrat (siklus TCA) dan menghasilkan banyak NADH.
FERMENTASI FERME NTASI LAKT LAK TAT
FERMENTASI ALKOHOL Piruvat
NADH +H
H+
CO2
NAD+
Asetaldehid NADH+ H+ Laktat
FERMENTASI ANAEROBIK PIRUVAT
NAD+
Etanol
-Pyruvate
can be further processed:
a) anaerobically : : to lactate lactate in in muscle b) anaerobically : : to ethanol (fermentation) c) aerobically to to CO2 and H2O via the citric acid cycle.
a) Lactic Acid Fermentation O
O -
NADH + H+
NAD+
-
O
O
O
pyruvat pyruvate e
•
Occurs in muscles.
OH
lactate
Siklus Cory Liver Glycogen
Blood Glucose
Lactate acid
Muscle Glycogen
b) Alcoholic Fermentation O
CO2
-
NADH+H NADH+H+
NAD+
O
+ + H
HO
O
1
acetaldehyde
2
O
pyruvate pyruvate
1. Pyru Pyruva vate te deca decarb rbo oxy xyla lase se – irreversible 2. Alco Alcoho holl dehydr hydrog oge enas nase – reversible Note : NADH used up
ethanol
JALUR GLIKOLISIS GULA SELAIN GLUKOSA •
Sumber energi mahluk hidup tidak selalu glukosa. Selain glukosa juga ada sebagai sumber energi seperti misalnya
•
Galaktosa, manosa, fruktosa, glikogen dan gliserol, seperti ditunjukkan pada slide di bawah ini.
CH2OH
Metabolism of Other Sugars
O
OH
H
CH 2OH
Laktosa
H
OH
O
H
OH
maltosa
H
OH
OH
D-Glukosa
Sukrosa
OH
H
Pi
H
OH
H
Glikogen
H
fosforilase
UDP-galaktosa
CH 2OH
Glukosa 1-fosfat
O
H
OH
Fosfoglukomutase
OH H
H
D-manosa
OH
ATP heksokinase
H
ATP
OH OH
H
heksokinase
D-Fruktosa
Fruktosa 6-fosfat
Manosa 6-fosfat Fosfomanoisomerase
Gliserol
ATP f r u k t o k i n a s e Fruktosa 1-fosfat Frukto sa fosfat aldolase
Gliseraldehida + Dehidroksiaseton fosfat ATP triosa kinase
triosa fosfat isomerase
Fruktosa 1,6-difosfat Dihidroksi asetonfosfat(DHAP) asetonfosfat(DHAP) Gliseraldehida 3-fosfat (G3P)
H
OH
OH
Glukosa 6-fosfat
CH2OH
CH2OH
O
H
UDP-glukosa
ATP heksokinase
OH
D-Galaktosa
Gliserol-3P
Summary Glucose of Reactions 2 ATP 2 NADH 2
pyruvate
2 NADH
2 NADH
anaerobic
2
anaerobic
ethanol + CO2
2
lactate
2 CO2 + 2 acetyl CoA aerobic O2 4 CO2 + 4 H2O
Summary of Energy Relationship for Glycolysis I n p u t = 2 ATP 1. glucose + ATP glucose-6-P 2. fructose-6-P fructose-6-P + ATP ATP fructose 1,6 d i phosphate phosphate O u t p u t = 4 ATP + 2 NADH NADH a. 2 a. 2 glyceraldehyde-3-P + 2 P i + 2 NAD+ 2 (3-phosphoglyceroil (3-phosphoglyceroil phosphate) + 2 NADH b. 2 (3-phosphoglyceroil (3-phosphoglyceroil phosphate) + 2 ADP 2 (3-P-glycera (3-P-glycerate) te) + 2 ATP ATP c. 2 PEP + 2 ADP 2 pyruvate + 2 ATP N e t = 2 ATP and 2 NADH NADH
KATABOLISME POLISAKARIDA •
Sumber glukosa utama adalah polisakarida yang diperoleh dari makanan (amilum), dan simpanan glikogen. Sumber polisakarida makanan adalah Amilum (pati) dengan ikatan glikosida α(1,4) dan amilopektin mempunyai ikatan glikosida α(1,4) dan ikatan glikosida α(1,6) . Sedangkan glikogen memiliki ikatan sama dengan amilopektin
Pencernaan Pati dan Glikogen • Amilum
dihidrolisis dihidrolisis mulai mulai dari mulut sampai ke usus oleh enzim amilase
•
Pada Amilopektin aktivitas amilase berhenti sampai satu monomer sebelum cabang. Cabang dipotong oleh enzim α(1,6) glusidase kemudian dilanjutkan oleh enzim amilase
Mobilisasi Glikogen •
Mobilisasi glikogen dilakukan seperti pada amilum dan amilopektin. Perbedaannya adalah aktivitas amilase berhenti sampai 4 monomer sebelum cabang, selanjutnya 3 monomer ditransfer ke cabang yang lebih panjang dengan enzim (α1,4) - α1,4) glukantransferase dan dilanjutkan aktivitas amilase.
•
Mobilisasi glikogen dikontrol secara hormonal dengan metabolit cascade yang diatur oleh Camp. Hormon yang mengatur adalah epineprin untuk sel otot dan glukagon glukagon untuk untuk sel hati
PROSES OKSIDASI: SIKLUS TCA ( Tricarboxilic acid) DAN JALUR PENTOSA FOSI •
Siklus TCA bukan merupakan bagian katabolisme karbohidrat saja, tetapi merupakan pusat proses oksidasi dimana semua bahan bakar ( karbohidrat, protein, dan lipida) dikatabolisme pada organisme aerob ( memerlukan oksigen)
Tinjauan Umum siklus TCA •
Ada 3 respirasi
•
Tahap 1, adalah pembuatan molekul aktif asetil Co.A
•
Tahap II adalah oksidasi asetil CoA dalam siklus TCA.
•
Tahap III adalah transport elektron dan fosforilasi oksidatif dimana senyawa tereduksi yang dihasilkan pada siklus TCA maupun glikolisis dioksidasi kembali menghasilkan ATP dengan jalan fosforilasi oksidatif.
OKSIDASI PIRUVAT •
Oksidasi piruvat adalah salah satu sumber asetil CoA . Reaksi ini bersifat irreversible. Secara detil reaksi ini melibatkan 6 koenzim yaitu Thiamin piroposfat (TPP), asam lipoat (Lip), koenzim flavin ( Riboflavin, FMN dan FAD), NADH dan coenzim A. O
O CH3
C
-
OO
+
NAD
+
+ CoA
CH3C
CoA
+
NADH
+
CO2
OKSIDASI PIRUVAT
O CH3 C
-
COO
Piruvat CO2 OH CH3
CH
Enzim 1
TPP
Asetaldehid teraktifasi 2e
Enzim 2
O CH3 C
Lip
Asetil teraktifasi 2e
Enzim 3
O CH3 C
CoA
Asetil CoA
FADH2
NADH
SIKLUS ASAM SITRAT (TCA) •
Langkah reaksi di mana asam piruvat dioksidasi dikenal sebagai daur asam sitrat, terdiri dari tiga langkah
•
Langkah-langkah reaksi pembentukan daur asam sitrat dari piruvat ditunjukkan sebagai berikut.
•
Langkah pertama : Terjadi perubahan asam piruvat menjadi asetil koenzim A.
• •
CH3COCOOH CH3CO-SCoA Asam piruvat
Asetil koA
Langkah kedua •
: Asetilkoenzim A bereaksi dengan asam oksaloasetat menghasilkan asam Sitrat. Kemudian seterusnya berubah menjadi asam isositrat, asam oksalosuksinat , asam α-ketoglutarat , suksinil CoA , asam suksinat , asam fumarat , asam malat , asam oksaloasetat dan akhirnya kembali menjadi asam sitrat. Oleh karena itu langkah-langkah dari asam sitrat kembali menjadi asam sitrat disebut daur asam sitrat seperti digambarkan pada langkah ke tiga di bawah ini.
•
OH HOOCCH 2COCOOH Asam oksaloasetat + CH 3CO-SCoA
HOOCCH2C C O O H + CoA-SH CH 2COOH
.
LANGKAH KETIGA CH3COCoA
Daur asam sitrat yang diturunkan dari asam piruvat.
CoA COOH CH2
COOH 2H
1. asam sitrat ; 2. asam isositrat ; 3. asam oksalosuksinat ; 4. asam α-
CO
HO CCOOH
CH2
CH2
COOH
COOH
CH2 H CCOOH
1
9
COOH
- H2O COOH
HOCH
HO CH 8
CH2
COOH
2
COOH
COOH
H2O
ketoglutarat ; 5. suksinil CoA ; 6. asam suksinat ; 7. asam fumarat ; 8. asam malat ; 9. asam oksaloasetat.
CH2
3
COOH
HCCOOH
7
CO
CH CH 4
COOH
CH2
6
COOH 2H
COOH
CH2
5
CH2 COOH
CH2
CH2
COOH CoA
CH2 COCoA
CO COOH CoA CO2 + 2H
COOH
.
