Metabolisme KarbohidratDr. Nanik Wijayati, M.Si.Jurusan Kimia FMIPAUNNES

GLUKOSAGlycogenPati, sukrosaRibosa 5-phospatpyruvatsimpananOksidasi via PPPOksidasi via glikolisis

mulut AmilasemaltaseMaltosa

2 glukosaPembuluh darahGLIKOLISISPati

maltosa

DefinisiGlikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi dua molekul piruvatPada proses ini juga dihasilkan ATPDikenal sebagai Embden-Meyerhof pathway10 langkah utk menjadi piruvat

FATE of PYRUVATEC6H12O6 + 2 ADP + 2 NAD++ + 2 Pi 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H++ + 2 H2O Sangat tergantung pada jenis organismenyaNet reaksi glikolisis ???

Tahap pengembalian / pay offMemerlukan 2 molekul ATPMemecah gula heksosa menjadi molekul 2 triose fosfat

Tahap persiapan4 ATP2 molekul piruvat2 molekul NADH + H

Tahap 1.Fosforilasi glukosaReaksi yang irreversibelHeksokinase : tranfer gugus fosfat pada molekul heksosaMemerlukan MgTerdapat di semua jenis selSel hepatocyt mengandung glukokinase, sejenis heksosa tp lebih spesifik untuk g

tahap ke 2:Dikatalisis fosfoglukoisomerasePerubahan isomer dari aldosa ke ketosaReaksi berlangsung dengan cepat krn standar energi bebas yang kecilEnsim memerlukan Mg, dan spesifik untuk substratnya

Tahap ke 3.Dikatalisis oleh fosfofruktokinase (PFK), secara alosterik diatur oleh: AMPADP Citrate (off) F2,6 BP ATP (off)Merupakan titik regulasi glikolisis yang utama. Pd kondisi in vivo reaksi berlangsung irreversibel

Tahap ke 4Menghasilkan 2 molekul tiga karbon : DHAP dan G3PDikatalisis oleh Fructose-1,6-Bisphosphate Aldolase. Tidak memerlukan kation divalenMeskipun energi bebas nya sangat positif, akan tetapi di dalam sel dapat diatur agar tetap cenderung ke arah pembentukan produk dengan cara : konsentrasi produk dibuat sangat rendah

Tahap ke 5Dikatalisis oleh Triose Phosphate Isomerase Reaksi lebih cenderung ke arah kanan, dan dilakukan dengan tetap menjaga konsentrasi G3P rendah

Tahap ke 6Memerlukan NAD+ sehingga ratio NAD+/NADH+H di dalam sel sangat penting untuk pengaturan laju dan arah reaks

Tahap ke 7Merupakan reaksi fosforilasi tingkat substrat untuk ADP menjadi 3PG dan ATPKarena dihasilkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 glukosa, maka pada tahap ini, reaksi menjadi impas

Tahap ke 8Reaksi pada kondisi standar cenderung lebih ke arah kiri untuk membentuk 3PGDi dalam sel, konsentrasi 3PG dijaga pada konsentrasi yg selalu tinggi, sehingga reaksi cenderung ke arah kanan

Tahap ke 9Merupakan reaksi dehidrasi sederhana dari 2PG menjadi PEPMempunyai efek naiknya energi hidrolisis ikatan fosfat (dr -15.6 kJ/mol dalam 2PG menjadi -61.9 kJ/mol dalam PEP )Energi bebas tersebut digunakan utk reaksi berikutnya fosforilasi tingkat substrat utk ADP menjadi ATP

Tahap ke 10Reaksi ini penting, karena:Menghasilkan ATP dari reaksi fosforilasi tingkat subtrat ADPReaksi ini secara energetik sangat bagus, sehingga berfungsi untuk menarik dua reaksi sebelumnyaEnsim yg mengkatalisis reaksi ini secara allosterik dinon aktifkan oleh : ATP, alanine, and acetyl-CoA, Dan secara allosterik diaktifkan oleh F1,6BP, and

Overview of the regulation of glycolysis.

Overview of the reactions of the pyruvate dehydrogenase complex.Reaksi yg dikatalisis: oksidatif dekarboksilasiBersifat irreversibel. Menghilangkan gugus karboksi piruvatMemerlukan 3 ensim dan 5 koensimDihasilkan NADH2 3 ATP

Asupan vitamin B

Ensim piruvat dehidrogenase kompleks terdiri dari 3 ensim yiPyruvate dehidrogenas (E1)Dihidrolipoil tranasetilasi (E2)Dihidrolipoil dehidrogenase (E3)

Mechanisms of the pyruvate dehydrogenase complex.Senyawa intermediet yang dihasilkan dlm reaksi ini tetap menempel pada ensimnya

Regulation of the pyruvate dehydrogenase complex by modification of E1.

Intermediary metabolism, emphasizing pathways in carbohydrate biosynthesis.

Daur Kreb (TCA)

Berfungsi mengoksidasi hasil glikolisis mjd CO2 dan juga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergi tinggi spt ATP, NADH, FADH2

Sentral dalam siklus oksidatif dlm respirasi dimana semua makromolekul dikatabolis (Karbohidrat, Lipid dan Protein)

Untuk kelangsungannya membutuhkan : NAD, FAD, ADP, Pyr dan OAA

Menghasilkan senyawa intermedier yg penting asetil Co A, KG & OAA

Merupakan prekursor untuk biosintesis makromolekul makromolekul

Berfungsi dalam katabolisme dan juga anabolisme amfibolik

Katabolisme memproduksi molekul berenergi tinggi

Anabolisme memproduksi intermedier untuk prekursor biosintesis makromolekul

Berbagai daur mengambil senyawa antara dlm siklus kreb berkurang hrs ada mekanisme utk mengganti senyawa antara tadi daur anaplerotik

Overview the reactionDalam setiap siklus:1 gugus asetil ( molekul 2C) masuk dan keluar sebagai 2 molekul CO2Dalam setiap siklus : OAA digunakan untuk membentuk sitrat setelah mengalami reaksi yang panjang kembali diperoleh OAATerdiri dari 8 reaksi : 4 mrpkn oksidasi dimana energi digunakan utk mereduksi NAD dan FADDihasilkan:2 ATP, 8 NADH, 2 FADH2Tidak diperlukan O2 pada TCA, tetapi digunakan pada Fosforilasi oksidatif untuk memberi pasokan NAD, shg piruvat dapat di ubah menjadi Asetil Co A

Glikolisis vs TCA

GlikolisisReaksi berjalan linierLokasi di sitoplasmaTCAReaksi siklisLetak di matriks mitokondria

Mechanism of the citrate synthase reaction.Sitroil co A : intermedier reaksiHidrolisis senyawa intermedier tioester menyebabkan reaksi berikutnya bersifat sangat eksergonikCo A yang dihasilkan langsung di recycled untuk reaksi pembentukan Asetil CoADalam keadaan normal OAA rendah dimitokondria

Aconitase

Isocitrate DHEnsim tersedia dalam mitokondriaAda dua macam ensim: 1. memerlukan NAD dan 2. memerlukan NADPNADP-dependent enzyme : terdapat di matriks mitokondria dan sitosol

Ketoglutarat DH compleksSuksinil coA sintetaseSuksinal-Co A,

Suksinate DHfumarase

Malate DHCO2 yang hilang pada proses tersebut diatas bukan C yang sama dengan asetil Co A

Major regulatory factors controlling pyruvate dehydrogenase and the citric acid cycle.Asam lemakNADH, suksinil CoA, citrate , ATP

Reaksi AnaplerotikKetika produk intermedier TCA digunakan sbg prekursor biosintesis lainnyaKonsentrasi intermedier turun memperlambat kecepatan TCAAda 5 reaksi :Piruvat OAA dgn ensim pyr karboksilasePEP OAA dgn ensim PEP karboksikinasePEP OAA dgn ensim PEP karboksilasePiruvat malat dg ensim malatReaksi transamnasi : Aspartat OAA dan glutamat KG

Major biosynthetic roles of some citric acid cycle intermediates.

Intermediary metabolism, emphasizing pathways in carbohydrate biosynthesis.

Sintesis glukosa sangat penting krn otak dan sistem saraf kita membutuhkan glukosa sebagai sumber energi utama

glukoneogenesisUniversal ditemukan di hewan, tumbuhan , fungi dan mikroorganisme lainnya10 tahap reaksi, dan 7 diantaranya merupakan kebalikan glikolisis

Pengubahan pyruvat menjadi PEP memerlukan bypas reaksiPyruvat dari sitosol dibawa ke dalam mitokondria terlebih dahulu

Pyr korboksilaseOAA + GTP PEP + CO2 + GDP , PEP karboksikinaseFruktosa 1,6 BP menjadi F 6P reaksi bypass ke duaReaksi di katalisis oleh F 1,6 bifosfatase

Glukosa 6P glukosa : merupakan reaksi bypass ke 3Dikatalisis oleh ensim glukosa 6 fosfatase

Glukoneogenesis membutuhkan banyak energi dan bersifat irreversibel

Intermediary metabolism, emphasizing pathways in carbohydrate biosynthesis.

The breakdown of glycogen (glycogenolysis) requires two enzymes, glycogen phosphorylase and ( 1,4 -> 1,4) glucantransferase (a "Debranching Enzyme"). Glycogen phosphorylase catalyzes the phosphorolytic cleavage of (1->4) bonds, generating glucose-1-phosphate in the process.

Glycogen phosphorylase is present in two forms, glycogen phosphorylase a (the active form) and glycogen phosphorylase b (the relatively inactive form). Phosphorylase a is phosphorylated at a serine residue whereas phosphorylase b is not The two forms are interconverted by phosporylase b kinase (which puts phosphates on) or a phosphatase (which takes phosphates off).

*****************