METABOLISMEMETABOLISME KARBOHIDRATKARBOHIDRAT

MetabolismeMetabolismeTotal semua aktivitas kimia dalam sel metabolisme selular

Katabolisme : proses degradasi, melepaskan energi reaksi eksergonik

Anabolisme : proses biosintesis, membutuhkan energi reaksi endergonik

Jalur Metabolisme Jalur Metabolisme KarbohidratKarbohidrat

Jalur utama metabolisme Jalur utama metabolisme energienergi

1. Glikolisis2. Siklus asam sitrat3. Transport elektron

GlikolisisGlikolisis

GlikolisisGlikolisis

Fasa dalam jalur glikolisisFasa dalam jalur glikolisis

10 Reaksi antara glukosa dan piruvat dapat dianggap terdiri dari dua fasa yang berbeda:

1. Fasa investasi energi dimana ATP digunakan untuk pembentukan gula fosfat.

2. Fasa produksi energi. Pada tahap ini triosa fosfat dikonversi menjadi senyawa berenergi tinggi, dimana fosfatnya ditransfer ke ADP untuk sintesis ATP.

Fasa investasi energiFasa investasi energi

Fasa produksi energiFasa produksi energi

Enzim dan intermediet yang terlibat Enzim dan intermediet yang terlibat dalam glikolisisdalam glikolisis

Learning CheckLearning CheckMolekul karbohidrat sederhana (glukosa)

di dalam tubuh dimetabolisme melalui tiga jalur utama, yaitu?

Tuliskan tahapan jalur metabolisme pengubahan molekul karbohidrat menjadi energi?

Apakah nama senyawa yang dihasilkan dari reaksi glikolisis?

Tuliskan nama senyawa yang dihasilkan pada glikolisis aerob dan anaerob

Jalur metabolisme piruvat Jalur metabolisme piruvat

Glikolisis anaerob Glikolisis aerob

Fermentasi laktatFermentasi laktat

Fermentasi laktat terjadi dalam organisme anaerob atau dalam sel aerob yang menjalani glikolisis dengan kecepatan tinggi.◦ Di dalam tipe sel ini, NADH yang dihasilkan dalam

glikolisis tidak dapat direoksidasi menjadi NAD+. Ketika situasi ini terjadi NADH dioksidasi menjadi NAD+ melalui reduksi piruvat menjadi laktat.

◦ Enzim yang mengkatalisis reduksi piruvat menjadi laktat adalah laktat dehidrogenase.

Fakta baru: ◦ Laktat bukanlah metabolit terakhir karena laktat dapat

dikonversi kembali menjadi piruvat.◦ Fermentasi laktat juga terjadi pada kondisi oksigen

normal, 50% glukosa dikonversi menjadi laktat. menunjukan adanya koordinasi penyimpanan dan produk energi antar jaringan yang berbeda, tetapi mekanismenya belum jelas.

Fermentasi etanolFermentasi etanol

Energi dari glikolisis aerob dan Energi dari glikolisis aerob dan anaerobanaerob

Glikolisis anaerob:Fermentasi laktat:

Glukosa + 2 ADP + 2Pi 2 Laktat + 2 ATP + 2 H2O

Fermentasi etanolGlukosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 H+ 2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

Glikolisis aerob:Glukosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+ 2 Piruvat + 2 ATP + 2 H2O + 2 NADH + 2 H+

Reoksidasi NADH 1 mol NADH 3 mol ATPTotal ATP yang diperoleh per mol glukosa = 8

mol

Metabolisme monosakaridaMetabolisme monosakarida

Heksokinase dapat memfosforilasi gula2 lain selain D-glukosa, sehingga monosakarida lain (galaktosa, fruktosa, dan manosa) dapat masuk ke dalam jalur glikolisis.

Konversi galaktosa menjadi Konversi galaktosa menjadi glukosaglukosa

Jalur masuk fruktosa di Jalur masuk fruktosa di dalam liverdalam liver

Metabolisme DisakaridaMetabolisme Disakarida

Enzim maltaseMaltosa + H2O 2 D-Glukosa

Enzim LaktaseLaktosa + H2O D-galaktosa + D-glukosa

Enzim sukraseSukrosa + H2O D-fruktosa + D-glukosa

Siklus Asam Siklus Asam

SitratSitrat

Siklus asam sitratSiklus asam sitratMolekul-molekul

metabolit yang masuk ke dalam siklus asam sitrat tidak hanya berasal dari karbohidrat tetapi juga dari protein atau lipid Semua jalur katabolisme memusat di siklus asam sitrat.

Pada siklus asam sitrat, seluruh metabolit yang masuk dioksidasi menjadi CO2.

Strategi siklus asam sitratStrategi siklus asam sitrat

Siklus asam sitrat adalah respirasi tahap kedua. Di dalam siklus ini, dua karbon dari asetil-CoA bergabung dengan oksaloasetat membentuk senyawa berkarbon enam (sitrat).

Bagian pertama dari siklus asam sitrat, dua karbon dari sitrat dioksidasi menjadi CO2, menghasilkan senyawa berkarbon empat teraktivasi (sucinil-CoA).

Pada tahap kedua, sucinil-CoA dikonversi kembali menjadi oksaloasetat, sehingga proses siklus dapat dimulai lagi.

Dalam setiap siklus, dua karbon ditambahkan tetapi dua karbon dioksidasi menjadi CO2. Jadi totalnya tidak ada inkorporasi karbon dari asetil-CoA pada setiap siklus.

Strategi siklus asam sitratStrategi siklus asam sitrat

Fasa siklus asam sitrat

Fasa pertama (reaksi 1-4) adalah reaksi pemasukan dan pelepasan dua atom C.

Fasa kedua (reaksi 5-8) adalah regernerasi oksaloasetat

Stoikiometri dan energetika siklus asam Stoikiometri dan energetika siklus asam sitratsitrat

Reaksi kimia total dalam siklus asam sitrat:Asetil-CoA + 2H2O + 3NAD+ + FAD + GDP + Pi 2CO2 +

3NADH + 3H+ + FADH2 + CoA-SH + GTP Bila glikolisis dan dekarboksilasi piruvat disertakan, maka

reaksi totalnya menjadiGlukosa + 6H2O + 10NAD+ + 2FAD + 4ADP + 4Pi 6CO2 +

10NADH + 10H+ + 2FADH2 + 4ATP Hingga siklus asam sitrat tidak banyak ATP yang

terbentuk secara langsung. Sebagian besar ATP diperoleh secara tidak langsung melalui reoksidasi NADH dan FADH2 yang berlangsung sangat eksergonik.

1 mol NADH 3 mol ATP1 mol FADH2 2 mol ATP

Total ATP yang dapat diperoleh adalah 38 mol.

Learning CheckLearning CheckBerapakah jumlah energi yang

dihasilkan dari glikolisis anaerob (fermentasi asam laktat dan etanol) dan glikolisis aerob?

Bagaimana metabolisme monoskarida selain glukosa (galaktosa, fruktosa dan manosa)?

Berapa total energi yang dihasilkan dari siklus asam sitrat dan senyawa apakah yang dihasilkan?

Oksidasi, transport elektron, Oksidasi, transport elektron, dan fosforilasi oksidatifdan fosforilasi oksidatif

Proses respirasiProses respirasi

Sel anaerob:◦ 2 mol ATP◦ NADH direoksidasi secara

langsung melalui reduksi piruvat menjadi laktat/etanol.

Sel aerob:◦ 4 mol ATP◦ 10 mol NADH dan 2 mol

FADH2. Reoksidasi kedua molekul berlangsung melalui transfer elektron secara bertahap dari bentuk tereduksi hingga oksigen.

Transport elektron/Transport elektron/fosforilasi oksidatiffosforilasi oksidatifOksidasi dalam siklus asam sitrat menghasilkan molekul2 pembawa elektron dalam bentuk tereduksi dimana reoksidasi molekul2 ini akan mendorong biosintesis ATP, utamanya melalui proses rantai respirasi-transport elektron dan fosforilasi oksidatif.

MitokondriaMitokondria

Oksidasi BiologiOksidasi Biologi

Transport elektron dalam mitokondria berlangsung melalui deretan reaksi oksidasi dan reduksi (redoks).

Potensial reduksi elektron Potensial reduksi elektron carriercarrier

Untuk elektron yang masuk rantai respirasi sebagai NADH, reaksi keseluruhannya diberikan oleh persamaan reaksi berikut:

NADH + H+ + ½ O2 NAD+ + H2O

Reaksi ini sangat eksergonik, sehingga reokidasi 1 mol NADH dapat digunakan untuk mendorong sintesis 3 mol ATP.

Urutan transfer elektron berdasarkan Urutan transfer elektron berdasarkan potensial reduksipotensial reduksi

Fosforilasi oksidatifFosforilasi oksidatif

Fosforilasi oksidatif adalah suatu proses dimana oksidasi biologis akhirnya dikonversi menjadi energi kimia dalam bentuk ATP.

Mekanisme fosforilasi oksidatif lebih rumit dibanding fosforilasi level substrat seperti pada glikolisis dan siklus asam sitrat.

“Anyone who is not confused about oxidative phosphorylation just doesn’t understand the situation”

Efraim Racker, scientist leader in the field of oxidative phosphorylation

Rasio P/O: ukuran efisiensi fosforilasi Rasio P/O: ukuran efisiensi fosforilasi oksidatif.oksidatif.

Efisiensi fosforilasi oksidatif ditentukan dari nilai rasio P/O, yaitu jumlah molekul ATP yang disintesis per pasangan elektron.

Secara eksperimen, nilai P/O diukur dari isolat mitokondria dalam sel dengan menentukan jumlah ATP yang disintesis per molekul oksigen yang direduksi menjadi air dalam tahap akhir transport elektron.

Jumlah relatif ATP yang dibuat per pasangan elektron yang masuk sistem transport elektron bervariasi.◦ Elektron yang masuk pada kompleks I dari NADH

memiliki nilai P/O = 3/1, sedankan elektron yang masuk pada kompleks II memiliki nilai P/O = 2/1.

Rasio P/ORasio P/O

1 mol NADH 3 mol ATP1 mol FADH2 2 mol ATP

Learning CheckLearning CheckApakah fungsi dari proses transfer

elektron atau fosforilasi oksidatif?Di manakah tempat

berlangsungnya proses transfer elektron dan partikel apakah yang ditransfer dari satu akseptor ke akseptor lainnya?

Apakah nama akseptor elektron terakhir pada reaksi fosforilasi oksidatif?

Stoikiometri glikolisis anaerob dan Stoikiometri glikolisis anaerob dan aerobaerob

Glikolisis anaerob:C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi 2 laktat +

2 H+ + 2 H2O + 2 ATP

Glikolisis aerob:C6H12O6 + 38 ADP + 38 Pi + 6 O2 6

CO2 + 44 H2O + 38 ATP

Katabolisme polisakaridaKatabolisme polisakarida

Didalam metabolisme hewan ada dua sumber glukosa yang diperoleh dari polisakarida:

1. Dari pencernaan polisakarida yang terdapat pada makanan. Tepung dari tanaman, dan glikogen dari daging.

2. Dari mobilisasi cadangan glikogen.

Pencernaan glikogen Pencernaan glikogen dan tepungdan tepung

1. -amilase dalam saliva memotong ikatan (14).

2. Di dalam usus pencernaan dilanjutkan, dibantu oleh -amilase yang disekresi oleh pankreas.

3. -amilase tidak dapat memotong ikatan pada cabang [(16)]. Sisa pemotongan oleh -amilase, disebut limit dextran.

4. Ikatan pada cabang kemudian dipotong oleh enzim (16)-glukosidase, sehingga terekspos group baru yang berikatan (14).

5. Glukosa dan beberapa maltosa kemudian diserap dan melalui aliran darah ditransport ke seluruh jaringan untuk dimanfaatkan.

QuizQuiz

Senyawa apakah yang menimbulkan rasa pegal di otot pada proses glikolisis anaerob (sel kekurangan oksigen)?

Bagaimana proses katabolisme senyawa disakarida seperti sukrosa dan laktosa diubah menjadi energi?

Apakah peran ubiquinon, cytocrome a, b & c pada proses transfer elektron?

Berapa total energi yang dihasilkan pada respirasi aerob setelah melewati proses fosforilasi oksidatif?

Terima KasihTerima Kasih