Dra. Krisnawati SMUN I Genteng METABOLISME Dra. Krisnawati SMUN I Genteng

PETA KONSEP Katabolisme Anabolisme Enzim METABOLISME melibatkan meliputi Struktur Katabolisme Anabolisme Enzim Fotosintesis Struktur meliputi Reaksi terang Cara kerja Katabolisme Karbohidrat Reaksi gelap Faktor-faktor Yang berngaruh Kemosintesis Terdiri atas Meliputi Tahap- tahap Respirasi Glikolisis Suhu Fermentasi Pembentukan Asetil KoA pH Katabolisme Lemak Terbagi menjadi Siklus Kreb Jumlah enzym Transpor Elektron Kosentrasi substrat Katabolisme Protein Fermentasi alkohol Fermentasi asam laktat Inhibitor

A. ENZYM A.1. Struktur Enzim adalah biokatalisator organik yang dihasilkan organisme hidup di dalam protoplasma, yang terdiri atas protein atau suatu senyawa yang berikatan dengan protein. Dua fungsi pokok Enzim Mempercepat atau memperlambat reaksi kimia. Mengatur sejumlah reaksi yang berbeda-beda dalam waktu yang sama.

Enzim disintesis dalam bentuk calon enzim yang tidak aktif, kemudian diaktifkan dalam lingkungan pada kondisi yang tepat. Misalnya, tripsinogen yang disintesis dalam pankreas, diaktifkan dengan memecah salah satu peptidanya untuk membentuk enzim tripsin yang aktif. Bentuk enzim yang tidak aktif ini disebut zimogen.

Enzim tersusun atas dua bagian. Kedua bagian enzim tersebut yaitu apoenzim dan koenzim. Apabila enzim dipisahkan satu sama lainnya menyebabkan enzim tidak aktif. Namun keduanya dapat digabungkan menjadi satu, yang disebut holoenzim.

Definisi istilah

A. ENZYM A.2. Kerja Enzim Cara kerja enzim ada 2 teori yang mengungkapkan cara kerja enzim yaitu: Teori gembok dan anak kunci (Lock and key) Teori ini dikemukakan oleh Emil Fisher yang menyatakan kerja enzim seperti kunci dan anak kunci, melalui hidrolisis senyawa gula dengan enzim invertase, sebagai berikut: 1. Enzim memiliki sisi aktivasi, tempat melekat substrat 2. hubungan antara enzim dan substrat terjadi pada sisi aktivasi 3. Hubungan antara enzim dan substrat membentuk ikatan yang lemah

Reaksi Sintesa pemecahan

Teori cocok terinduksi/ Induced fit theory /Hipothesis Daniel Koshland : Enzim dan sisi aktifnya merupakan struktur yang secara fisik lebih fleksibel daripada hypothesis Fischer. Terjadi interaksi dinamis antara enzim dan substrat Jika substrat berkombinasi dengan enzim, akan terjadi perubahan  dalam struktur (konformasi) sisi aktif enzim sehingga fungsi enzim berlangsung efektif. Struktur molekul substrat juga berubah selama diinduksi sehingga kompleks enzim-substrat lebih berfungsi.

A. ENZYM A.3. Faktor-faktor yang berpengaruh Suhu pH Jumlah enzym Konsentrasi substrat inhibitor

Pengaruh Suhu dan pH Setiap enzim memiliki suhu optimal untuk dapat berfungsi Setiap enzim memiliki pH optimal di untuk dapat berfungsi Kondisi optimal mendukung bentuk yang paling aktif untuk molekul enzim

a.SUHU Optimal temperature for typical human enzyme (37°C) Optimal temperature for enzyme of thermophilic (heat-tolerant) bacteria (77°C) Temperature (°C) (a) Suhu optimal bagi 2 macam enzim Aktivitas enzim 120 100 80 60 40 20

b. pH Aktivitas enzim 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pH (b) pH Optimal bagi 2 macam enzim Optimal pH for pepsin (stomach enzyme) Optimal pH for trypsin (intestinal enzyme)

pH

Aktivitas enzim Jumlah enzim c. Jumlah Enzim

d. Konsentrasi Substrat

e. Pengaruh jumlah inhibitor terhadap laju aktivitas enzim

e. Inhibitor e.1. Inhibitor Reversible e.1.a Inhibitor Kompetitif Substrat e.1.a Inhibitor Kompetitif Inhibitor Kompetitif berikatan dengan sisi aktif enzim Enzim e.1.b. Inhibitor Nonkompetitif Substrat Inhibitor merubah bentuk sisi aktif, sehingga sisi aktif tidak bisa mengikat substrat Enzim Enzim Inhibitor Alosterik Sisi Alosterik

Konsentrasi subtrat meningkat

B. ADENOSINE TRIPHOSPHATE (ATP) (a) Struktur ATP Adenine Phosphate groups Ribose

Energi dilepaskan dari ATP ketika ikatan fosfat terminal rusak (b) Hidrolisis ATP Adenosine triphosphate (ATP) Energy Inorganic phosphate Adenosine diphosphate (ADP) Ikatan antara gugus fosfat dari ekor ATP dapat dipatahkan oleh hidrolisis Energi dilepaskan dari ATP ketika ikatan fosfat terminal rusak Ini pelepasan energi berasal dari perubahan kimia ke keadaan energi bebas yang lebih rendah, bukan dari ikatan fosfat sendiri For the Cell Biology Video Stick Model of ATP (Adenosine Triphosphate), go to Animation and Video Files.

Regenerasi ATP ATP merupakan sumber daya terbarukan yang diregenerasi dengan penambahan gugus fosfat dari adenosin difosfat (ADP) Energi untuk memfosforilasi ADP berasal dari reaksi katabolik dalam sel Siklus ATP adalah pintu putar di mana energi melewati selama transfer nya dari katabolik ke jalur anabolik Energi yang berasal dari katabolisme (exergonic, energy-releasing processes) Energi untuk Pekerjaan seluler (endergonic, energy-consuming processes) ATP ADP P i H2O

C. KATABOLISME Katabolisme karbohidrat Katabolisme Lemak dan protein Respirasi Glikolisis Pembentukan Asetil KoenzimA Siklus Asam Sitrat Transpor Elektron (Fosforilasi Oksidatif) Fermentasi Fermentasi alkohol Fermentasi asam laktat Katabolisme Lemak dan protein Katabolisme lemak Katabolisme protein

C. KATABOLISME Proses pemecahan : Karbohidrat ........ Glukosa Protein ............... Asam Amino Lemak ................ Asam Lemak dan Gliserol

1. KATABOLISME KARBOHIDRAT 1.a. Respirasi Glikolisis Pembentukan asetil koenzim A Siklus Asam sitrat Transport elektron dan fosforilasi kemiosmosis sitosol Glukosa Siklus asam sitrat Transport elektron dan fosforilasi kemiosmosis asetil koenzim A Piruvat mitokondria ATP ATP ATP

Phosphogluco- isomerase 1.a. Respirasi 1.2.1. Glikolisis 10 tahap Glukosa (6C) 2 Piruvat (3C) 1. Fosforilasi Glukosa 2. Perubahan glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat Glycolysis: Energy Investment Phase ATP Glucose Glucose 6-phosphate ADP Hexokinase 1 Fructose 6-phosphate Phosphogluco- isomerase 2 Figure 9.9 A closer look at glycolysis. Figure 9.9 A closer look at glycolysis.

3. Fosforilasi fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat 4. Penguraian fruktosa 1,6 difosfat menjadi dua triosa fosfat 5. Pengubahan dihidroksiaseton fosfat menjadi gliseraldehid 3-fosfat Glycolysis: Energy Investment Phase ATP Fructose 6-phosphate ADP 3 Fructose 1,6-bisphosphate Phospho- fructokinase 4 5 Aldolase Dihydroxyacetone phosphate Glyceraldehyde 3-phosphate To step 6 Isomerase Figure 9.9 A closer look at glycolysis.

3-Phospho- glycerate 1,3-Bisphospho- glycerate 6. Pengoksidasian gliseraldehide 3-fosfat menjadi 3-fosfogliseroil fosfat 7. Pengubahan 3-fosfogliseroil fosfat menjadi 3-fosfogliseraldehid dan ATP Glycolysis: Energy Payoff Phase 2 NADH 2 ATP 2 ADP 2 2 NAD + 2 H 2 P i 3-Phospho- glycerate 1,3-Bisphospho- glycerate Triose phosphate dehydrogenase Phospho- glycerokinase 6 7 Figure 9.9 A closer look at glycolysis.

8. Pengubahan 3-fosfogliseraldehid menjadi 2-fosfogliseraldehid 9. Pengubahan 2-fosfogliseraldehide menjadi fosfoenol piruvat 10. Pengubahan fosfoenol piruvat menjadi piruvat Glycolysis: Energy Payoff Phase 2 ATP 2 H2O 2 ADP 2 2 2 2 Figure 9.9 A closer look at glycolysis. Phospho- glyceromutase Enolase Pyruvate kinase 9 Pyruvate Phosphoenol- pyruvate (PEP) 3-Phospho- glycerate 8 2-Phospho- glycerate PENDALAMAN GLIKOLISIS 10

Etanol atau asam laktat Jalur metabolisme piruvat Glukosa Sitoplasma Glikolisis Sitosol Piruvat Tidak ada Oksigen Fermentasi Ada Oksigen Respirasi seluler Asetil KoA Etanol atau asam laktat Mitokondria Siklus Asam sitrat

Tahap mengkonsumsi ATP Tahap memproduksi ATP

1.a. Respirasi 1.a.2. Pembentukan Asetil KoenzimA CYTOSOL MITOCHONDRION Transport protein CO2 Coenzyme A Dekarboksilasi oksidatif Oksidasi 2 C sisa, hidrogen diterima NAD⁺ 1 3 2 Gugus asetil melekat pada gugus sulfidril koenzim A NAD NADH + H Acetyl CoA Pyruvate 2 piruvat + 2 NAD⁺ + 2 KoA-SH→2 asetil KoA + 2CO₂+2NADH+H⁺ Protein yang ada di dalam membran-dalam mitikondria mentranslokasi piruvat dari sitosol ke dalam matriks mitokondria

1.a. Respirasi 1.a.2. Pembentukan Asetil KoenzimA CYTOSOL CO2 Transport protein Dekarboksilasi oksidatif Gugus karboksil piruvat, yang telah dioksidasi sepenuhnya dikeluarkan sebagai molekul CO₂ , yang berdifusi keluar dari sel 1 MITOCHONDRION Pyruvate

1.a. Respirasi 1.a.2. Pembentukan Asetil KoenzimA CYTOSOL MITOCHONDRION Oksidasi 2 C sisa, hidrogen diterima NAD⁺ Fragmen berkarbon dua yang tersisa, dioksidasi. Sementara NAD⁺ direduksi menjadi NADH Transport protein CO2 1 2 NAD NADH + H Pyruvate

1.a. Respirasi 1.a.2. Pembentukan Asetil KoenzimA Pyruvate Transport protein CYTOSOL MITOCHONDRION CO2 Coenzyme A NAD + H NADH Acetyl CoA 1 2 3 2 piruvat + 2 NAD⁺ + 2 KoA-SH→2 asetil KoA + 2CO₂+2NADH+H⁺ Gugus asetil melekat pada gugus sulfidril koenzim A Akhirnya gugus asetil berkarbon-dua diikatkan pada koenzim A (CoA). Koenzim ini memiliki satu atom sulfur, yang diikat pada fragmen asetil oleh ikatan yang tak stabil. Ini akan mengaktifkan gugus asetil oleh pada reaksi pertama siklus Krebs

1.a. Respirasi 1.a.3. Siklus Asam Sitrat siklus asam sitrat, juga disebut siklus Krebs, melengkapi memecah piruvat menjadi CO₂ Siklus mengoksidasi bahan bakar organik yang berasal dari piruvat, menghasilkan 1 ATP, 3 NADH, dan FADH₂ per 1 siklus

Siklus asam sitrat Pyruvate CO2 NAD CoA NADH + H Acetyl CoA CoA CoA Figure 9.11 An overview of pyruvate oxidation and the citric acid cycle. FADH2 3 NAD FAD 3 NADH + 3 H ADP + Pi ATP

Siklus asam sitrat memiliki delapan langkah, masing-masing dikatalisis oleh enzim spesifik Kelompok asetil dari asetil KoA bergabung dengan oksaloasetat, membentuk sitrat Tujuh langkah selanjutnya menguraikan sitrat kembali ke oksaloasetat, sehingga membuat siklus NADH dan FADH₂ dihasilkan oleh siklus elektron, secara estafet diekstraksi dari makanan ke rantai transpor elektron

Citric acid cycle Acetyl CoA Oxaloacetate Citrate CoA-SH 1 Oxaloacetate Citrate Citric acid cycle Figure 9.12 A closer look at the citric acid cycle.

Citric acid cycle Acetyl CoA Oxaloacetate Citrate Isocitrate CoA-SH 1 H2O Oxaloacetate 2 Citrate Isocitrate Citric acid cycle Figure 9.12 A closer look at the citric acid cycle.

Citric acid cycle Acetyl CoA Oxaloacetate Citrate Isocitrate Figure 9.12-3 Acetyl CoA CoA-SH 1 H2O Oxaloacetate 2 Citrate Isocitrate NAD Citric acid cycle NADH 3 + H CO2 -Ketoglutarate Figure 9.12 A closer look at the citric acid cycle.

Citric acid cycle Acetyl CoA Oxaloacetate Citrate Isocitrate Figure 9.12-4 Acetyl CoA CoA-SH 1 H2O Oxaloacetate 2 Citrate Isocitrate NAD Citric acid cycle NADH 3 + H CO2 CoA-SH -Ketoglutarate Figure 9.12 A closer look at the citric acid cycle. 4 CO2 NAD NADH Succinyl CoA + H

Citric acid cycle Acetyl CoA Oxaloacetate Citrate Isocitrate Figure 9.12-5 Acetyl CoA CoA-SH 1 H2O Oxaloacetate 2 Citrate Isocitrate NAD Citric acid cycle NADH 3 + H CO2 CoA-SH -Ketoglutarate Figure 9.12 A closer look at the citric acid cycle. 4 CoA-SH 5 CO2 NAD Succinate P i NADH GTP GDP Succinyl CoA + H ADP ATP

Citric acid cycle Acetyl CoA Oxaloacetate Citrate Isocitrate Fumarate Figure 9.12-6 Acetyl CoA CoA-SH 1 H2O Oxaloacetate 2 Citrate Isocitrate NAD Citric acid cycle NADH 3 + H CO2 Fumarate CoA-SH -Ketoglutarate Figure 9.12 A closer look at the citric acid cycle. 4 6 CoA-SH 5 FADH2 CO2 NAD FAD Succinate P i NADH GTP GDP Succinyl CoA + H ADP ATP

Citric acid cycle Acetyl CoA Oxaloacetate Malate Citrate Isocitrate Figure 9.12-7 Acetyl CoA CoA-SH 1 H2O Oxaloacetate 2 Malate Citrate Isocitrate NAD Citric acid cycle NADH 3 7 + H H2O CO2 Fumarate CoA-SH -Ketoglutarate Figure 9.12 A closer look at the citric acid cycle. 4 6 CoA-SH 5 FADH2 CO2 NAD FAD Succinate P i NADH GTP GDP Succinyl CoA + H ADP ATP

Citric acid cycle Acetyl CoA Oxaloacetate Malate Citrate Isocitrate Figure 9.12-8 Acetyl CoA CoA-SH NADH + H 1 H2O NAD Oxaloacetate 8 2 Malate Citrate Isocitrate NAD Citric acid cycle NADH 3 7 + H H2O CO2 Fumarate CoA-SH -Ketoglutarate Figure 9.12 A closer look at the citric acid cycle. 4 6 CoA-SH 5 FADH2 CO2 NAD FAD Succinate P i NADH GTP GDP Succinyl CoA + H ADP ATP

Rangkuman siklus Krebs Pyruvate NAD NADH + H Acetyl CoA CO2 CoA 2 CO2 ADP + Pi FADH2 FAD ATP 3 NADH 3 NAD Siklus asam sitrat + 3 H Rangkuman siklus Krebs Siklus ini berfungsi sebagai tanur metabolik yang mengoksidasi bahan bakar organik yang diturunkan dari piruvat, produk glikolisis Diagram ini merangkum masukan dan keluaran begitu piruvat dipecah menjadi 3 molekul CO₂ Siklus ini menghasilkan 1 ATP perputaran melalui fosforilasi substrat, tetapi sebagian besar energi kimiawi ditransfer selama reaksi redoks ke NAD⁺ dan FAD Koenzim tereduksi, NADH dan FADH₂, membolak balik muatannya yang berupa elektron berenergi tinggi ke rantai transpor elektron untuk mensinteaia ATP melalui fodforilasi oksidatif Untuk menghitung masukan dan keluaran berdasarkan “per glukosa”, kalikan dengan 2, karena setiap molekul glukosa selama glikolisis dipecah menjadi 2 molekul piruvat Figure 9.11 An overview of pyruvate oxidation and the citric acid cycle. PENDALAMAN SIKLUS ASAM SITRAT

1.a. Respirasi 1.a.4. Transpot Elektron/ fosforilasi oksidatif Dalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi → energi tsb ditangkap oleh senyawa yang disebut ATP Fosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi tinggi dalam proses rantai respirasi

Perhitungan Produksi ATP Respirasi sel Selama respirasi seluler, sebagian besar energi mengalir dalam urutan ini: glukosa → NADH → rantai transpor elektron → proton-motif kekuatan → ATP Sekitar 34% dari energi dalam molekul glukosa ditransfer ke ATP selama respirasi sel, membuat sekitar 32 ATP 1 molekul NADH akan melepaskan/ menghasilkan 3 ATP, sedangkan 1 molekul FADH akan melepaskan/ menghasilkan 2 ATP

Oxidative phosphorylation: electron transport and chemiosmosis Electron shuttles span membrane MITOCHONDRION 2 NADH 6 NADH 2 FADH2 or  2 ATP  about 32 or 34 ATP Glycolysis Glucose 2 Pyruvate Pyruvate oxidation 2 Acetyl CoA Citric acid cycle Oxidative phosphorylation: electron transport and chemiosmosis CYTOSOL Maximum per glucose: About 36 or 38 ATP 10NADHx3ATP 2 FADH2 x2ATP Figure 9.16 ATP yield per molecule of glucose at each stage of cellular respiration. 8 NADHx3ATP 4 FADH2 x2ATP

Uji kemampuan Dari proses: glikolisis dekarboksilasi oksidatif, siklus krebs bedakan tentang Tempat terjadinya Zat yang diubah (input) Zat yang dihasilkan (out put) Hitung jumlah ATP secara langsung dan secara tidak langsung (melalui tranfer elektron) untuk masing-masing proses

1. KATABOLISME KARBOHIDRAT b. Fermentasi Figure 9.17 1. KATABOLISME KARBOHIDRAT b. Fermentasi 2 ADP 2 ATP Glucose Glycolysis 2 Pyruvate 2 CO2 2  2 NADH 2 Ethanol 2 Acetaldehyde (a) Alcohol fermentation (b) Lactic acid fermentation 2 Lactate P i NAD 2 H

b.1. Fermentasi Alkohol 2 ADP 2 ATP Glucose Glycolysis 2 Pyruvate Figure 9.17 b.1. Fermentasi Alkohol 2 ADP 2 ATP Glucose Glycolysis 2 Pyruvate 2 CO2 2  2 NADH 2 Ethanol 2 Acetaldehyde (a) Alcohol fermentation P i NAD 2 H 2 Pyruvate (b) Lactic acid fermentation

b.2. Fermentasi Asam Laktat (b) Lactic acid fermentation 2 Lactate 2 Pyruvate 2 NADH Glucose Glycolysis 2 ATP 2 ADP  2 P i NAD 2 H

2. KATABOLISME LEMAK DAN PROTEIN Oksidasi asam lemak yang menghasilkan residu Asetil KoA Oksidasi Asetil KoA menjadi Karbon Dioksida melalui Siklus Kreb Katabolisme Protein

2. KATABOLISME LEMAK DAN PROTEIN a.Katabolisme Lemak Glikolisis Energi 5% Gliserol Dihidroksi aseton fosfat Asam Lemak Oksidasi Energi 95% menghasilkan residu Asetil KoA Asetil KoA menjadi Karbon Dioksida melalui Siklus Kreb mitokondria

2. KATABOLISME LEMAK DAN PROTEIN a.Katabolisme Lemak Oksidasi asam lemak yang menghasilkan residu Asetil KoA Palmitoil-S-KoA + 7KoA-SH 7O₂ 35 P₁ 35 ADP 8 asetil-S-KoA + 35 ATP 42 H₂O 2. Oksidasi Asetil KoA menjadi Karbon Dioksida melalui Siklus Kreb Siklus Kreb Asetil KoA Karbon dioksida Air oksidasi 8 asetil-S-KoA 16 O₂ 96 P₁ 96 ADP + 8 KoA-SH 96 ATP 104 H₂O 16 CO₂ + →

2. KATABOLISME LEMAK DAN PROTEIN a.Katabolisme Lemak 2. Oksidasi Asetil KoA menjadi Karbon Dioksida melalui Siklus Kreb Siklus Kreb Asetil KoA Karbon dioksida Air oksidasi 8 asetil-S-KoA 16 O₂ 96 P₁ 96 ADP + 8 KoA-SH 96 ATP 104 H₂O 16 CO₂ +

Rangkuman katabolisme Lemak 131 ADP Palmitoil-S-KoA 32 O₂ 131 P₁ + KoA-SH 131 ATP 146 H₂O 16 CO₂ + 1 mol asam lemak ( 16C ) 131 ATP 1 mol glukosa ( 6C ) 36 ATP

Jalur metabolisme lemak menjadi energi (sumber: Whitney & Roffes, 1993 Glikolisis Trigliserida Gliserol Asam Lemak Glukosa Energi Energi KoA 2 Piruvat Pecahan 2 karbon mengikat KoA 2 KoA 2 CO₂ 2 Asetil KoA 2 KoA 2 CO₂ 2 Siklus TCA Energi Energi Energi

Respirasi bahan bakar lemak Gliserol Asam Lemak Asam piruvat PGAL Asetil-KoA

2. KATABOLISME LEMAK DAN PROTEIN a.Katabolisme Protein Respirasi glukosa Protein V Glisin, Serin, Alanin, Sistein, Treonin Protease Asam Piruvat Asam amino CV Deaminasi Tirosin Fenilalanin Lisin Triptofan Asetil KoA Amonia Rantai karbon ( c ) Asparagin Aspartat Siklus Kreb Urea

D. ANABOLISME