“Integrasi Metabolisme”

O L E H :KELOMPOK V

Moh.Aprianto PaneoAriani Hutuba

Thia Fatia IbrahimRafika Wulansari

Fadjrianti Van GobelRoy Ronaldi Laya

A. Metabolisme Yang Terdiri Dari Jalur Yang Sangat Saling Berhubungan

Metabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam organisme dan sel. Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks. Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolisme. Metabolisme total merupakan semua proses biokimia di dalam organisme. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolisme, makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup.

Jalur-jalur metabolisme penting mencakup:

• Jalur umum :1. Metabolisme karbohidrat2. Metabolisme lemak3. Metabolisme protein4. Metabolisme asam nukleat

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

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

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

4. Jika sumber glukosa berlebihan, 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.

5. ika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi,maka glikogen dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.

6. Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogen pun 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.

Beberapa jalur metabolisme karbohidrat

Acetyl KoA

Lintasan detail glikolisis

Proses glikogen pada karbohidrat

B. Jalur Metabolik Utama dan Siklus Kontrol Jalur Metabolik Utama

1. Asam SitratSiklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus

asam trikarboksilat dan berlangsung didalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.

Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP. Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik.

Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total padasiklus tersebut. Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsure ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yangbertempat di dalam membran interna mitokondria.

Jalur Metabolik Utama dan Siklus Kontrol

2. GlikogenesisTahap pertama metabolisme karbohidrat

adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian siklus asamsitrat untuk dikatabolisir menjadi energi.Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis.

Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama didalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati,maka besarnya simpanan glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak. Seperti amilum, glikogen merupakan polimer -D-Glukosa ∝yang bercabang. Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri.

Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yangberat dan lama.

Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut:

1. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksiyang lazim terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi inidikatalisir oleh heksokinase. Sedangkan di hati oleh glukokinase.

2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itusendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.

Enz-P + Glukosa 6-fosfat↔Enz + Glukosa 1,6-bifosfat↔Enz-P + Glukosa1-fosfat

3. Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat(UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase. UTP + Glukosa 1-fosfat↔UDPGlc + Ppi

Lintasan glikogenesis dan glikogenolisis

4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfataseinorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi.

5. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi inidikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yangsudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus adauntuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapatterbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.

Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 1- 4 untuk membentuk rantai pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap melekat pada pusat molekul glikogen,sedangkan di hati terdapat jumlah molekul glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin.

6. Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagiandari rantai 1 4 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 1 6 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut.

Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1 glukosil dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jikalemak juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh. Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.

Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun proteindijelaskan sebagai berikut:

1. Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dangliserol. Asam lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk dalam siklus Kreb’s. Sementara itu gliserol masuk dalamjalur glikolisis.

2. Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masukke dalam siklus Kreb’s.

Ringkasan jalur glukoneogenesis

Lintasan metabolisme karbohidrat, lipid dan protein. Perhatikan jalur glukoneogenesis yaitu masuknya lipid dan asam amino ke dalam lintasan :

Glukoneogenesis dari bahan protein. Dalam hal ini protein telah dipecahmenjadi berbagai macam asam amino

C. Metabolisme Lipid (Integrasi Lipid Ke Siklus Asam Sitrat)

Katabolisme dapat juga memanen energi yang tersimpan dalamlemak yang diperoleh dari makanan atau dari sel penyimpan dalam tubuh.Setelah lemak dicerna, gliserol diubah menjadi gliseraldehidfosfat.Sebagian besar energi lemak disimpan dalam asam lemak. Urutanmetabolik yang disebut oksidasi-β memecah asam lemak menjadifragmen berkarbon dua, yang memasuki siklus Krebs sebagai Asetil Co-A.Lemak merupakan bahan bakar yang sangat baik. Satu gram lemak yangdioksidasi oleh respirasi menghasilkan ATP lebih dari dua kali lebih banyakdaripada ATP yang dihasilkan oleh satu gram karbohidrat.Asam lemak mengalami degradasi menjadi asetil Co-A dalammatriks mitokondria melalui oksidasi-β.

Asetil Co-A kemudian memasukisiklus Krebs jika persediaan oksaloasetat cukup. Jalan lain adalah asetilCo-A dapat membentuk keton. FADH2 dan NADH yang terbentuk padaoksidasi-β memindahkan elektronnya ke O2 melalui rantai transporelektron. Seperti siklus Krebs, oksidasi-β dapat berlanjut jika NAD+ dan FAD dibentuk kembali. Jadi, kecepatan degradasi asam lemak juga terangkai dengan kebutuhan ATP.

β-oksidasi asam lemak

D. Katabolisme Protein

1. Jalur piruvatAsam amino yang masuk melaui jalur ini antara lain

alanin, sistein ,Glisin , treonin, triptofan. Misalnya alanin yang diubah melalui reaksi transaminase menjadi piruvat. Sehingga jalur ini menghasilkan energi sebagai berikut :Dari Piruvat asetil Ko-A tidak menghasilkan energi, Sitrat isositrattidak menghasilkan energy, isositrat α ketoglutarat menghasilkan NADH, suksinil KoA suksinat menghasilkan ATP, Suksinat Fumarat menghasilkan FADH 2, Fumarat malat menghasilkan NADH, Oksaloasetatasetil Ko-A tidak menghasilkan ATP.Total semua energy yang dihasilkan :3 NADH : 9 ATP1 ATP = 1 ATP1 FADH 2 = 2 ATP Jumlah = 12 ATP.

2. Lintas Asetoasetil KoAKelompok dari kerangka karbon asam amino

fenilalanin, tirosin,lisin, triptofan, dan leusin menghasilkan asetoasetil KoA, yang kemudian diubah menjadi asetil KoA. Dua lintas di dalam rangkaian ini perlu diperhatikan secara khusus. Lintas dari triptofan menuju asetil koAmerupakan lintas yang paling kompleks diantara lintas katabolisme asamamino di dalam jaringan hewan. Beberapa senyawa antara padakatabolisme triptofan merupakan pemula bagi biosintesis biomolekul lainyang penting, termasuk serotonin, suatu neuro hormon, dan asamnikotinat. Lintas katabolik triptofan karenanya memiliki sejumlah percabangan yang memungkinkan pembentukan beberapa produk laindari pemula tunggal triptofan.

3. Jalur Suksinil-KoAMetionin, isoleusin dan Valin (akan terdegradasi

menghasilkan suksinil Ko-A senyawa antara siklus asam sitrat). Valin dan Isoleusin sama-sama mengalami reaksi transaminase. Empat dari lima karbon valin diubah menjadi asm suksinat, demikian juga tiga dari 6 atom karbonisoleusin. Untuk sampai pada asetil-KoA, maka jalur ini membutuhkanenergi sebesar:Suksini Ko-A Suksinat terdapat 1 GTP, dari Suksinat Fumaratterdapat 1 FADH, dari Fumarat Malat tidak terdapat enzim yangmenghasilkan energy, dari Malat Oxaloasetat terdapat 1 NADH, dan dari Oxaloasetat Asetil Ko-A tidak ditemukan adanya energy yang dibutuhkan. Total energi yang dihasilkan dari Suksinil Ko-A menuju Asetil Ko-A adalah :

1 NADH = 3 ATP1 FADH = 2 ATP1 GTP = 1 ATP= 6 ATPc.

4. Jalur FumaratFenilalanin dan tirosin (produk oksidasi fenilalanin) dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur fumarat. Empat dari sembilan karbon fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat bebas (akan masuk melalui jalur asetoasetil Ko-A) , sedangakan 4 karbon lainnya menghasilkan fumarat (masuk melui jalur fumarat). Sedangkan satu karbon sisanya akan terlepas sebgai CO2. Untuk sampai pada asetil-KoA, makajalur ini membutuhkan energy sebesar: dari Fumarat Malat tidakterdapat enzim yang menghasilkan energi, dari Malat Oxaloasetatterdapat 1 NADH, dan dari Oxaloasetat Asetil Ko-A tidak ditemukan adanya energi yang dibutuhkan. Total energi yang dihasilkan dari Fumarat menuju Asetil Ko-A, adalah :1 NADH = 3 ATPd.

5. Jalur OksaloasetatKerangka karbon asparagin dan asam aspartat

pada akhirnya memasuki siklus asam sitrat melalui oksaloasetat. Enzim asparaginase mengkatalisis hidrolisis asparagin menjadi aspartat. Enzim ini mengikat molekul H2O dan melepaskan NH4. Aspartat akan dikatalis oleh enzim transaminase membentuk oksaloacetat. Gugus amino pada aspartat dapat dipindahkan menuju piruvat ataupun alanin. Reaksi antara aspartat dan oksaloacetat ini merupakan reaksi yang dapat balik atau reversible.

6. Jalur α-ketoglutaratKerangka karbon dari lima asam amino (arginin,

histidin, asamglutamat, glutamin, dan prolin) memasuki siklus asam sitrat α-ketoglutarat. Asparagin dan prolin akan masuk ke dalam glutamat semi aldehid dibantu dengan enzim glutamat semialdehid sintase. Kemudian glutamate semialdehid akan membentuk glutamat. Histidin dan glutamin masuk kedalam glutamat. Selanjtnya glutamat akan diubah menjadi α-ketoglutaratdetelah mengalami deaminasi. Lintas ini masuk melalui pintu α-ketoglutarat. α-ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA. Proses tersebut mnghasilkan 1 NADH = 3 ATP.

THANK YOU THANK YOU

THANK YOU THANK YOU

THANK YOU THANK YOU

THANK YOU THANK YOU

THANK YOU