AKFAR NASIONAL - Jasus Surakarta Drs. Suharyanto MSi BIOCHEMISTRY AKFAR NASIONAL - Jasus Surakarta Drs. Suharyanto MSi

BIOCHEMISTRY BIOLOGY CHEMISTRY Chemical reactions, enzymatic reactions, hormon, Vitamins and its useful on human bodies

LECTURERS : 1. Karbohydrates 2. Lipids 3. Protein 4. Enzym 6. Hormone 7. Vitamins

Carbohydrates Are often described as the energy nutrients. They provide a fast source of energy and make up the largest component of our diets. The human body cannot make carbohydrates, rather, plants are our source.

Carbohydrates exist as single sugars or polymers of many sugar units. Polymers a molecules composed of three or more subunits. Single sugar units will contain carbon, hydrogen and oxygen Carbohydrates are often classified according to the number of sugar units they contain.

Carbohydrate Classification (based on sugar units) Simple Carbohydrates: Monosaccharides  single unit sugars Glucose, galactose and fructose Disaccharides  sugar composed of pairs of monosaccharides. Complex Carbohydrates: Polysaccharides  large molecules composed of chains of monosaccharides.

Monosaccharides (monos) The Most Important Monosaccharide Is Glucose. A Monosaccharide is made up of 1 sugar unit. Monos are reducing sugars. Fructose and Galactose are all so Monosaccharides, They all have the same chemical formula but different structures.

Simple Carbohydrates: Monosaccharides Glucose Fructose Galactose

Glucose The chemical formula for glucose is C6H12O6. It is a six sided ring. The structure on the left is a simplified structure of glucose Essential energy source

Fructose Is the sweetest of the sugars Fructose Is the sweetest of the sugars. Often used in food manufacturing.

Galactose Seldom occurring free in nature Binds with glucose to form sugar in milk.

Simple Carbohydrates: Disaccharides Is the result of 2 monosaccharides coming together. Maltose (malt sugar) Glucose + Glucose Sucrose (white table sugar) Glucose + Fructose Lactose (milk sugar) Glucose + Galactose

Glycosidic Bond This is when two monosaccharides join to form a Disaccharide. The reaction is similar to condensation. The reaction involves the water been given off.

Disaccharide Characteristics Dehydration Synthesis the process by which larger molecules are formed by the removal of water from two smaller molecules Hydrolysis the process by which larger molecules are split into smaller molecules by the addition of water.

Hydrolysis This is the breaking down of a glycosidic bond. Instead of water been taken away water is added. Lysis means splitting. Maltose Glucose + Glucos Sucrose Glucose + Fructose Lactose Glucose + Galactose

Complex Carbohydrates: Polysaccharides Polysaccharide carbohydrates are formed by the union of many monosaccharide subunits Glycogen: Are human polysaccharides formed from multiple glucose units for long-term storage Starches: Are plants polysaccharides formed from multiple glucose units for long-term storage Amylose and Amlopectin

Branched Polysaccharide (The more branches, the harder to digest) Amylose MaAmylopectin

Cellulose Cellulose is another plant polysaccharide. Composed of repeating glucose units (similarly to starch and glycogen) Difference between in starch and cellulose is in the bonding between hydrogen groups.

Carbohydrate Chemicals Reduction Furfural Formation Esther Formation Isomerisation Glikosidic Formation

Reductions: Fehling Test Benedict Test BarfoedsTest

Fehling Reagents: Fehling A : CuSO4 Fehling B : K Na Tartrat in NaOH Reactions:

CuSO4, Na Carbonate, Na Citrate Benedict Reagents : CuSO4, Na Carbonate, Na Citrate Aplications: Glucose analysis For urine that uric acid and creatine composed Reactions : Characteristic : Na Carbonate, Na Citrate make weak acid solutions

Reactions: Barfoeds Reagents Cu SO4 and Acetic acid Aplications : For differences between Monosaccharides and Disaccharides

Lart.Asam encer Furfural Formations Monosakarida stabil Hoted Lart.Asam kuat, pekat Monosakarida furfural or derivatnya CHO │ H - C - OH H2SO4 conc. H - C C - H H - C - OH H - C - OH C C CH2OH O Ribosa Furfural

Pembentukan Osazon Pembentukan Ester Semua karbohidrat yang mempunyai gugus aldehide dan keton akan membentuk osazon bila dipanaskan bersama fenilhidrazin (H2NHC6H5) berlebih. Osazon yang terbentuk ( kristal) khas untuk karbohidrat tertentu, sehingga dapat untuk uji membedakan antara glukosa dan galaktosa dalam urin wanita yang sedang menusui. Glukosa + Fenil hidrazin glukosafenil hidrazon (larut) glukosazon Pembentukan Ester Adanyagugus OH memungkinkan terjadinya estyer bila direaksikan dengan asam. OH OH Reaksi : - CH2OH + HO - P = O - CH2 – P = O + H2O OH OH

PEMBENTUKAN GLIKOSIDA ISOMERISASI Glukosa dalam larutan basa encer akan berubah sebagian menjadi fruktosa dan manosa, sedang dalam asam encer tidak. Ketiganya dalam keadaan kesetimbangan Reaksi ini dikenal sebagai transformasi Lobry de Bruin van Eckenstein PEMBENTUKAN GLIKOSIDA Bila glukosa direaksikan dengan metilalkohol, menghasilkan dua senyawa. Kedua senyawa ini dapat dipisahkan satu dari yang lain dan keduanya tidak memiliki sifat aldehid, senyawa yang terbentuk adalah asetal dan secara umum disebut glikosida. Gugus OH yang bereaksi disebut gugus – OH glikosidik.

GANGGUAN METABOLISME KARBOHIDRAT Diabetes melitus (Hiperglykemia) Dasar penyakit adalah defisiensi insulin Gejala klinis penyakit : Hiperglikemia Glikosuria Dapat diikuti gangguan sekunder metabolisme protein dan lemak Dapat berakhir dengan kematian Insidensi terbanyak usia 50 – 60 thn Dapat juga dekade pertama atau pada yang sudah lanjut Penyakit ini diturunkan secara autosomal resesif

Etiologi: Sebab tepat belum diketahui berhubungan dgn kelainan hormonal Insulin Growth hormon Hormon steroid Keadaan diabetes timbul akibat ketidak seimbangan dalam interaksi pankreas, hipofisis dan adreanal Pankreas Pankreas mempunyai pulau Langerhans : sel beta dan sel alpha Sel beta : hormon insulin Sel alpha : menghasilkan hormon glukgon Efek anti insulin → berfungsi sebagai faktor hiperglikemik dan glikogenolitik → meningkatkan kadar gula darah

Ada 2 teori cara kerja insulin Teori 1 = Teori Levine : Insulin mentransfer glukosa melalui membran sel otot serat lintang, tetapi tidak menggangu perpindahan glukosa melalui sel membran hati Teori 2 Insulin diperlukan untuk fosforilasi glukosa dalam sel → glukosa 6 posfatase Untuk pengikatan ini dibutuhkan enzim hexokinase yang dihasilkan oleh sel hati Kelenjar hipofisis menghasilkan zat inhibitor hexokinase Insulin merupakan zat antagonis terhadap hexokinase

Kelenjar Hipofisis Kelenjar Adrenal Growth hormon Hormon ACTH Efek menghambat enzim hexoki nase. Bila kelenjar hipofisis hiperaktif → menyebabkan terjadi diabetes Kelenjar Adrenal Glukoneogenesis yaitu perubahan bentuk protein menjadi karbohidrat. Karena pengaruh hormon steroid yang dihasilkan oleh kortex adrenal Bila berlangsung terus menerus → menekan sel beta pankreas → menimbulkan difesiensi insulin permanen Aktivitas adrenal bergantung kepada kelenjar hipofisis anterior

KOMPLIKASI DIABETES MELITUS Merupakan gangguan biokimia. Cedera morfologik sebenarnya tidak dapat untuk menegakkan diagnosis Tidak selalu sebagai dasar dari pada gangguan metabolisme 20 % penderita meninggal tidak menunjukkan bukti-bukti kelainan anatomik Pankreas Seperempat penderita : pankreasnya normal Pada umumnya kerusakan pada sel beta ringan → tidak mungkin menimbulkan gangguan produksi insulin Bila ada : Hialinisasi Fibrosis Vakoalisasi hidropik yang sebenarnya merupakan penimbunan glikogen

Pembuluh darah Bila gangguan metabolisme karbohidrat terlalu lama → hiperglikemik menahun, pada otot, hati dan jantung terjadi difisiensi. Lemak dimobilisasi sebagai sumber tenaga →lemak dalam darah bertambah. Lipaemia dan cholestrolimia → gangguan vaskular, dengan komplikasi aterioskelosis merata → skeloris pembuluh darah arteri coronaria, ginjal dan retina Mata Skelosis arteri retina → retinitis diabetika. Berupa perdarahan kecil-kecil tidak teratur pelebaran pembuluh darah retina dan berkeluk-keluk kapiler-kapiler membentuk mikroaneurisma

Jantung Ginjal Kulit Susunan syaraf Sklerosis arteri coronaria → infrak otot jantung Ginjal Kelainan degeneratif pada alat vaskular glomeruler – tubular pyleonepritis akut maupun kronis Kulit Penimbunan lipid dlm makropag-makropag pada dermis →xantoma diabetikum Susunan syaraf Pada syaraf tepi dan kadang medula spinalis Perubahan degeneratif Demyelinisasi Fibrosis Mungkin berhubungan dengan skelosis pembuluh darah

Hati Klinis Perlemakan → hepatomegali dan infiltasi glikogen Disebabkan karena defisiensi karbohidrat → sumber tenaga dari lemak → imobilisasi lemak berlebihan → defisiensi lipotropik → lemak tidak dapat diangkut dari sel → penimbunan lemak berlebihan Klinis Polyphagia : tubuh tidak dapat memetabolisme karbohidrat yg dimakan →penderita banyak makan Polidipsia : glycosuria (diuresis osmotik) → kompensasi: penderita banyak minum Polyuria : glycosuria (diuresis osmotik) → penderita banyak kencing

Hipoglykemia Patologis : Sering ditemukan pada 3 keadaan: Akibat pemakaian insulin berlebihan pada diabetes Pada pengobatan psykosis dengan shock hipoglikemik Akibat pembentukan insulin berlebihan pada tumor pankreas yg dibentuk oleh sel beta

Diabetes Melitus Gula darah sewaktu > 200 mg/dl Gula darah Puasa > 126 mg/dl Gula darah 2 jam PP > 200 mg/dl Gula yang masuk dalam makan

Pola Hidup Sehat & Bugar Makan Sehat Berpikir Sehat Istirahat Sehat Aktivitas Sehat

Makan Sehat : 3 J Jumlah 2. Jadwal 3. Jenis

Jumlah Makan Sesuai kebutuhan

Jadwal Makanlah sesuai kebutuhan Waktu makan 6 x sehari

Kriteria Pengendalian DM Baik Sedang Buruk Glukosa darah puasa (mg/dl) 80 - 109 110 - 139 > 140 Glukosa darah 2 jam (mg/dl) 100 -150 160 - 192 >200 HbA 1 (%) 5,9 6 - 8 > 8

ULANGAN BIOKIMIA 4. Dari reaksi berikut: Jelaskan mekanisme metabolisme Karbohidrat dan komplikasi penyakit yang ditimbulkanya. 2. Apa yang disebut senyawa jenuh dan tidak jenuh, berikan contoh strukturnya 3. Apakah perbedaan antara Pereaksi Benedict , Fehling dan Barfoeds menyangkut komposisi dan aplikasi. 4. Dari reaksi berikut: Senyawa mana yang bertindak sebagai oksidator dan reduktor, jelaskan !

LIPID

The Importance of Lipids A 16-C fatty acid: CH3(CH2)14-COO- Non-polar polar A 16-C fatty acid with one cis double bond between C atoms 9-10 may be represented as 16:1 cis Δ9. Some fatty acids and their common names: 14:0 myristic acid; 16:0 palmitic acid; 18:0 stearic acid; 18:1 cisD9  oleic acid 18:2 cisD9,12  linoleic acid 18:3 cisD9,12,15  a-linonenic acid 20:4 cisD5,8,11,14  arachidonic acid 20:5 cisD5,8,11,14,17  eicosapentaenoic acid (an omega-3)

BERPIKIR SEHAT KENDALIKAN STRES BERFIKIR POSITIF

Istirahat Sehat Cukup Hormon pertumbuhan meningkat Radikal bebas di otak menurun

GAMBAR LIPID Lipid Bilayer Cell Lipid Bilayer

2. Tidak larut dalam air Larut dalam pelarut organik seperti eter, aseton,kloroform, benzena 3 Components in cell membranes 4. Carriers of vitamins (A, D, E, and K) 5. Hormone synthesis 6. Heat insulation 7. Dalam keadaan STP padat, sedang lemak cair.

PENGGOLONGAN LIPID Menurut Bloor dibagi 3 : 1. Lipid sederhana ( lemak, gliserida ) 2. Lipid gabungan ( fosfolipid, serebrosida) 3. Derivat lipid ( asam lemak, gliserol) Berdasarkan sifat kimia : 1. Lipid yang dapat disabunkan (lemak) 2. Lipid yang tidak dapat disabunkan (steroid)

Berdasarkan kemiripan struktur kimia: 1. Asam lemak 2. Lemak 3. Lilin 4. Fosfolipid 5. Sfingolipid 6. Terpen 7. Lipid Kompleks

Merupakan asam karboksilat dengan struktur : O ׀׀ R ­ C ­ OH 1. ASAM LEMAK Struktur: Merupakan asam karboksilat dengan struktur : O ׀׀ R ­ C ­ OH R merupakan rantai karbon jenuh atau tidak jenuh yang terdiri dari 4 sampai 24 buah atom karbon

Beberapa Asam lemak yang Umum Nama Rumus Titik lebur 0C Asam Lemak Jenuh Asam butirat C3H7COOH -7,9 Asam kaproat C5H11COOH -1,5 sampai -2,0 Asam palmitat C15H31COOH 64 Asam stearat C17H35COOH 69,4 Asam Lemak tidak Jenuh Asam Oleat C17H33COOH 14 Asam linoleat C17H31COOH -11 Asam linolenat C17H29COOH sangat rendah

2. Lemak Struktur : Lemak merupakan ester dari gliserol yang dibentuk dari molekul asam lemak dan gliserol CH2OH R1COOH R1COO – CH2 ׀ ׀ CHOH + R2COOH → R2COO – CH ׀ ׀ CH2OH R3COOH R3COO – CH2 Gliserol Asam lemak Lemak Trigliserida Ketiga molekul asam lemak (R1-R3) boleh sama atau berbeda

Sifat 1. Lemak hewan berupa padat pada suhu kamar, sedang lemak tumbuhan berupa cair. 2. Lemak yang mengandung asam lemak jenuh mempunyai titik lebur tinggi,sedang yang mengandung asam lemak tiak jenuh (minyak pada umumnya) titik leburnya rendah Contoh : Tristearin (jenuh) titik lebur 71OC Triolein (tidak jenuh) titik lebur -17OC 3. Derajad ketidak jenuhan lemak diukur dengan bilangan Iodium (banyaknya gram iodium yang dapat bereaksi dengan 100 gram lemak) ׀ ׀ ׀ C = C + I 2 → ­ C – C - I I 4. Lemak dapat terhidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak karena pengaruh asam, basa atau enzim tertentu Proses hidrolisis dengan mengunakan basa disebut reaksi penyabunan Jumlah miligram KOH yang diperlukan untuk menyabunkan 1 gram lemak disebut bilangan penyabunan. Besar kecilnya bilangan penyabunan bergantung pada berat molekul lemak tersebut.

Lemak Basa Gliserol Sabun Reaksi Penyabunan R1COO – CH2 CH2OH R1COO Na ׀ ׀ R2COO – CH + 2 NaOH → CHOH + R2COO Na ׀ ׀ R3COO – CH2 CH2OH R3COO Na Lemak Basa Gliserol Sabun Dalam industri biasanya ditambahkan NaCl, cara ini dinamakan penggaraman (Salting Out) 5. Diudara bebas akan terhidrolisis menghasilkan asam lemak bebas disamping itu oksidasi asam lemak tak jenuh akan menghasilkan peroksida yang menambah bau yang tidak enak atau tengik pada minyak (rancidity)

3. LILIN (WAX) Adalah ester asam lemak dengan mono hidroksi alkohol dengan C antara 14 sampai 34. Contoh : CH3 – (CH2)14 – CH2OH setil alkohol CH3 – (CH2)28 – CH2OH mirisil alkohol Sifat : 1. Tidak larut dalam air, larut dalam pelarut lemak (pada tumbuhan sebagai pelindung terhadai air) 2. Tidak mudah terhidrolisis dan tidak dapat diuraikan oleh enzim sehingga tidak dapat digunakan sebagai bahan makanan.

asam fosfat. Sebagai derivat dari asam ά-fosfatidat 4. Fosfolipid Struktur: Merupakan gliserida yang mengandung fosfor dalam bentuk ester asam fosfat. Sebagai derivat dari asam ά-fosfatidat Gugus yang diikat oleh asam fosfatidat antara lain kolin, etanolamina, serin dan inositol, sehingga senyawa yang termasuk fosfolipit adalah fosfatidikolin, fosfatidiletanolamina, fosfatidilserin dan fosfatidilinositol Contoh struktur O ׀׀ O CH2 – O – C – R1 CH3 ׀׀ ׀ / R2 – C – O –CH2 – O – P – O - CH2 – CH2 – N - CH3 \ CH3 fosfatidilkolin (lesitin) Sifat: 1. Padat lunak seperti lilin, putih, higroskopis. 2. Larut dalam semua pelarut lemak kecuali aseton 3. Dengan aseton akan mengendap 4. Dengan asam sulfat akan terbentuk fosfat idat dan kolin 5. Pada pemanasan dengan basa atau asam akan menghasilkan asam lemak, kolin, gliserol dan asam fosfat. yang terdapat dalam bisa ular kobra dapat menguraikan hingga terjadi lisolesitin. Senyawa ini dapat menyebabkan terjadinya hemolisis, yaitu perusakan sel-sel darah merah

Phosphatidylinositol, with inositol as polar head group, is one glycerophospholipid. In addition to being a membrane lipid, phosphatidylinositol has roles in cell signaling.

In most glycerophospholipids (phosphoglycerides), Pi is in turn esterified to OH of a polar head group (X): e.g., serine, choline, ethanolamine, glycerol, or inositol. The 2 fatty acids tend to be non-identical. They may differ in length and/or the presence/absence of double bonds.

Phosphatidylinositol, with inositol as polar head group, is one glycerophospholipid. In addition to being a membrane lipid, phosphatidylinositol has roles in cell signaling.

Each glycerophospholipid includes a polar region: glycerol, carbonyl O of fatty acids, Pi, & the polar head group (X) non-polar hydrocarbon tails of fatty acids (R1, R2).

Phospholipids Polar Head Non-polar Tail

5. Sfingolipid Merupakan derivat dari sfingosin. Contoh : dihidrosfingosin, seramida NH2 ׀ CH3 (CH2)14 – CH – CH2OH OH dihidrosfingosin O ׀׀ R C – NH CH3 (CH2)12 – CH = CH – CH – CH – CH2OH seramida 6. Terpen Merupakan kumpulan beberapa molekul isoprena (2-metilbutadiena) CH3 H2C = C – CH = CH2 isoprena Yang termasuk senyawa terpen : sitral, pinen, geraniol, kamfer, karoten, vitamin A, fitol dan skualen . Sitral, pinen dan geranial terdapat dalam minyak atsiri (minyakyang volatil) yangberasal dari tumbuhan. Kamfer dalam pohon kamfer.

Sphingolipids are derivatives of the lipid sphingosine, which has a long hydrocarbon tail, and a polar domain that includes an amino group. Sphingosine may be reversibly phosphorylated to produce the signal molecule sphingosine-1-phosphate. Other derivatives of sphingosine are commonly found as constituents of biological membranes.

Sphingomyelin has a phosphocholine or phosphethanolamine head group. Sphingomyelins are common constituent of plasma membranes Sphingomyelin, with a phosphocholine head group, is similar in size and shape to the glycerophospholipid phosphatidyl choline.

7. Steroid Senyawa yang terdiri dari 3 cincin sikloheksana terpadu dan sebuah cincin siklo pentana yang tergabung pada ujung cincing sikloheksana Beberapa jenis steroid : a. Kolesterol b. Ergosterol c. asam empedu d. Hormon kelamin - untuk laki-laki : testosteron dan androsteron - untuk perempan : estrogen dan progesteron estrogen : estrol dan estradiol progesteron : pregnandiol 8. Lipid Kompleks Adalah lipid yang terdapat dalam alam yang bergabung dengan senyawa lain, misal dengan protein atau karbohidrat. Contoh : a.lipoprotein → gabungan Lipid dengan protein terdapat dalam plasma darah b.lipopolisakarida → gabungan lipid dengan polisakarida terdapat pada dinding sel bakteri.

Cholesterol, an important constituent of cell membranes, has a rigid ring system and a short branched hydrocarbon tail. Cholesterol is largely hydrophobic. But it has one polar group, a hydroxyl, making it amphipathic.

Triglycerides Formed from the union of glycerol and three fatty acids. When solid at room temperature they are called fats. When liquid at room temperature they are called oils.

Difference in Saturation Most fatty acids in animal fats are saturated (this means single bonds exist between carbons). Most fatty acids in plant fats are unsaturated (this means double bonds exist between carbons).

Variation in Bonding Unsaturated Saturated

GANGGUAN METABOLISME LEMAK Kelebihan lemak (Obesitas) Terjadi kalori didapat > kalori yg dimetabolisme (hipometabolisme) Terjadi pada hipopituitarisme dan hipotiroidisme. Kalori yg dibutuhkan menurun → berat badan naik, meskipun diberi makan tidak berlebihan Lemak ditimbun pada: Jaringan subkutis Jaringan retroperitoneum Peritoneum Omentum Pericardium Pankreas Obesitas → memperberat hipertensi, diabetes, penyakit jantung

Hiperlipemia Jumlah lipid darah total dan kholesterol meningkat Terdapat pada : Diabetes melitus tidak diobati Hipotiroidisme Nefrosis lupoid Penyakit hati Sirhrosis biliaris Hiperlipidemi Hiperkholesterolemi Penimbunan lemak terjadi di dinding pembuluh darah → arteriosklerosis

Defisiensi lemak Terjadi pada : Kelaparan (starvation) Gangguan penyerapan (malabsorption) Tubuh terpaksa mengambil kalori dari simpanannya krn intake kurang Yang mula-mula dimobilisasi : karbohidrat dan lemak, dan hanya pada keadaan gizi buruk akhirnya protein diambil dari jaringan

Protein Molekul yg sangat vital untuk organisme  terdapt di semua sel Polimer  disusun oleh 20 mcm asam amino standar Rantai asam amino dihubungkan dg iktn kovalen yg spesifik Struktur & fungsi ditentukan oleh kombinasi, jumlah dan urutan asam amino Sifat fisik dan kimiawi  dipengaruhi oleh asam amino penyusunnya

Protein adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan peptida.

Tabel Bahan Makanan Sumber Protein Kadar Protein % Daging ayam Daging Sapi Telur ayam Keju Beras merah Kacang hijau Kedelai basah Durian 18,2 18,8 12,8 22,8 7,9 22,2 30,2 2,5

Fungsi Protein Reaksi kimia  enzymes Immune system  antibodies Mechanical structure  tendons Generation of force  muscles Nerve conduction  ion channels Vision  eye lens . . . and much more!

Asam Amino merupakan unit penyusun protein Struktur: satu atom C sentral yang mengikat secara kovalent: gugus amino, gugus karboksil, satu atom H dan rantai samping (gugus R)

Gugus R  rantai samping yang berbeda-beda pada setiap jenis asam amino Gugus R yang berbeda-beda tersebut menentukan: -. Struktur -. Ukuran -. Muatan elektrik -. Sifat kelarutan di dalam air

Amino Acids

Asam amino standar Asam amino yang menyusun protein organisme ada 20 macam disebut sebagai asam amino standar Diketahui asam amino ke 21 disebut selenosistein (jarang ditemukan) Terdapat di beberapa enzim seperti gluthatione peroxidase Selenenosistein mempy kode genetik: UGA  biasa utk stop kodon  tjd pd mRNA dgn struktur 2nd yg banyak.

Klasifikasi Asam amino Diklasifikasikan berdasar gugus R (rantai samping) Biasanya sifat-sifat seperti: hidrofobik/hidrofilik, polar/non polar, ada/tidaknya gugus terionisasi Asam amino AROMATIK NON POLAR POLAR BASIC (+) ACIDIC (-)

Asam amino non polar Memiliki gugus R alifatik Glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin dan prolin Bersifat hidrofobik. Semakin hidrofobik suatu a.a spt Ile (I)  biasa terdapat di bagian dlm protein. Prolin berbeda dgn a.a  siklis. Tapi mempunyai byk kesamaan sifat dgn kelompok alifatis ini. Umum terdapat pada protein yang berinteraksi dengan lipid

Asam amino polar Memiliki gugus R yang tidak bermuatan Serin , threonin, sistein, metionin, asparagin, glutamin Bersifat hidrofilik  mudah larut dalam air Cenderung terdapat di bagian luar protein Sistein berbeda dgn yg lain, karena ggs R terionisasi pada pH tinggi (pH = 8.3) sehingga dapat mengalami oksidasi dengan sistein membentuk ikatan disulfide (-S-S-)  sistin (tdk tmsk dlm a.a. standar karena selalu tjd dari 2 buah molekul sistein dan tidak dikode oleh DNA)

Asam amino dengan gugus R aromatik Fenilalanin, tirosin dan triptofan Bersifat relatif non polar  hidrofobik Fenilalanin bersama dgn V, L & I  a.a plg hidrofobik Tirosin  gugus hidroksil , triptofan  cincin indol Sehingga mampu membentuk ikatan hidrogen  penting untuk menentukan struktur ensim Asam amino aromatik mampu menyerap sinar UV λ 280 nm  sering digunakan utk menentukan kadar protein

Asam amino dengan gugus R bermuatan positif Lisin, arginin, dan histidin Mempunyai gugus yg bsft basa pd rantai sampingnya Bersifat polar  terletak di permukaan protein dapat mengikat air. Histidin mempunyai muatan mendekati netral (pd gugus imidazol) dibanding lisin  gugus amino arginin  gugus guanidino Krn histidin dpt terionisasi pada pH mendekati pH fisioligis  sering berperan dlm reaksi ensimatis yg melibatkan pertukaran proton

Asam amino dengan gugus R bermuatan negatif Aspartat dan glutamat Mempunyai gugus karboksil pada rantai sampingnya  bermuatan (-) / acid pada pH 7

Asam amino non standar Merupakan asam amino diluar 20 mcm as. Amino standar Terjadi karena modifikasi yang terjadi setelah suatu asam amino standar menjadi protein. Kurang lebih 300 asam amino non standar dijumpai pada sel modifikasi serin yang mengalami fosforilasi oleh protein kinase

Dari modifikasi Glu oleh vit K. modifikasi prolin  dlm proses modifikasi posttranslasi, oleh prokolagen prolin hidroksilase. Ditemukan pada kolagen untuk menstabilkan struktur Dari modifikasi Glu oleh vit K.  karboksi glutamat mampu mengikat Ca  penting utk penjendalan darah. Ditemukan pd protein protombin

Modifikasi lisin. Terdapat di kolagen dan miosin (protein kontraksi pd otot) dan berperan untuk sisi terikatnya polisakarida Beberapa ditemukan asam amino nonstandar yang tidak menyusun protein  merupakan senyawa antara metabolisme (biosintesis arginin dan urea)

GANGGUAN METABOLISME PROTEIN. Penyakit akibat kelebihan protein (-) Defisiensi protein Terjadi pada pemasukan protein kurang → kekurangan kalori, asam amino, mineral, dan faktor lipotropik Akibatnya : Pertumbuhan tubuh Pemeliharaan jaringan tubuh Pembentukkan zat anti dan serum protein akan terganggu. Penderita mudah terserang penyakit infeksi, perjalanan infeksi berat, luka sukar sembuh dan mudah terserang penyakit hati akibat kekurangan faktor lipotropik

MACAM-MACAM PENYAKIT DEFISIENSI PROTEIN. Hipoproteinemia Sebab : Exkresi protein darah berlebihan melalui air kemih Pembentukan albumin terganggu spt pada penyakit hati Absorpsi albumin berkurang akibat kelaparan atau penyakit usus, juga pada penyakit ginjal Hipo dan Agammaglubulinemia Ada 3 jenis : Hipoagammaglobulinemia kongenital Penyakit herediter, terutama anak laki-laki antara 9 – 12 thn Mudah terserang infeksi. Kematian sering terjadi akibat infeksi Plasma darah tidak mengandung gamma protein Dapat terjadi penyakit hipersensitivas (ex: penyakit artritis) krn tubuh tidak dapat membentuk Ig

2. Hipo/ (a) gammaglobulinemia didapat Pada pria dan wanita pada semua usia Penderita mudah terkena infeksi Terjadi hiperplasi konpensatorik sel retikulum → mengakibatkan limfadenopathi dan splenomegali 3. Hipoagammaglobulinemia sementara Hanya ditemukan pada bayi Merupakan peralihan pada waktu gamma globulin yang didapat dari ibu habis dan anak harus membentuk gamma globulin sendiri

Pirai atau Gout Akibat gangguan metabolisme asam urat → asam urat serum meninggi → pengendapan urat pada berbagai jaringan Asam urat merupakan hasil akhir dari pada metabolisme purin. Secara klinis : Arthritis akut yg sering kambuh secara menahun Pada jaringan ditemukan tonjolan-tonjolan disebut “tophus” Di sekitar sendi Bursa Tulang rawan Telinga Ginjal Katup jantung

Enzymes

What Are Enzymes? Most enzymes are Proteins (tertiary and quaternary structures) Act as Catalyst to accelerates a reaction Not permanently changed in the process

Enzymes Are specific for what they will catalyze Are Reusable End in –ase -Sucrase -Lactase -Maltase

How do enzymes Work? Enzymes work by weakening bonds which lowers activation energy

Enzymes Without Enzyme With Enzyme Free Energy Progress of the reaction Reactants Products Free energy of activation

Enzyme-Substrate Complex The substance (reactant) an enzyme acts on is the substrate Enzyme Joins Substrate

Active Site A restricted region of an enzyme molecule which binds to the substrate. Active Site Enzyme Substrate

ENZIM

Enzim merupakan senyawa organik bermolekul besar yang berfungsi untuk mempercepat jalannya reaksi metabolisme di dalam tubuh tumbuhan tanpa mempengaruhi keseimbangan reaksi Enzim tidak ikut bereaksi, struktur enzim tidak berubah baik sebelum dan sesudah reaksi tetap Enzim sebagai biokatalisator Bagian enzim yang aktif adalah sisi aktif dari enzim

Tata nama enzim Enzim diberi nama sesuai dengan nama substrat dan reaksi yang dikatalisis Biasanya ditambah akhiran ase Enzim dibagi ke dalam 7 golongan besar

Klas Tipe reaksi Oksidoreduktase (nitrat reduktase) memisahkan dan menambahkan elektron atau hidrogen Transferase (Kinase) memindahkan gugus senyawa kimia Hidrolase (protease, lipase, amilase) memutuskan ikatan kimia dengan penambahan air Liase (fumarase) membentuk ikatan rangkap dengan melepaskan satu gugus kimia Isomerase (epimerase) mengkatalisir perubahan isomer Ligase/sintetase (tiokinase) menggabungkan dua molekul yang disertai dengan hidrolisis ATP Polimerase menggabungkan monomer-monomer sehingga terbentuk polimer

Susunan enzim Komponen utama enzim adalah protein Protein yang sifatnya fungsional, bukan protein struktural Tidak semua protein bertindak sebagai enzim

Enzim protein sederhana Bukan Protein Protein = apoenzim Enzim Konjugasi Bukan protein = Gugus prostetik Organik = Koenzim Anorganik = kofaktor

Contoh koenzim NAD (koenzim 1) NADP (koenzim 2) FMN dan FAD Cytokrom: cytokrom a, a3, b, b6, c, dan f Plastoquinon, plastosianin, feredoksin ATP: senyawa organik berenergi tinggi, mengandung 3 gugus P dan adenin ribose

Sifat enzim Enzim dibentuk dalam protoplasma sel Enzim beraktifitas di dalam sel tempat sintesisnya (disebut endoenzim) maupun di tempat yang lain diluar tempat sintesisnya (disebut eksoenzim) Sebagian besar enzim bersifat endoenzim

Enzim bersifat koloid, luas permukaan besar, bersifat hidrofil Dapat bereaksi dengan senyawa asam maupun basa, kation maupun anion Enzim sangat peka terhadap faktor-faktor yang menyebabkan denaturasi protein misalnya suhu, pH dll Enzim dapat dipacu maupun dihambat aktifitasnya Enzim merupakan biokatalisator yang dalam jumlah sedikit memacu laju reaksi tanpa merubah keseimbangan reaksi Enzim tidak ikut terlibat dalam reaksi, struktur enzim tetap baik sebelum maupun setelah reaksi berlangsung Enzim bermolekul besar Enzim bersifat khas/spesifik

Suhu: optimum 300C, minimum 0 0C, maksimum 400C Logam, memacu aktifitas enzim: Mg, Mn, Co, Fe Logam berat, menghambat aktivitas enzim: Pb, Cu, Zn, Cd, Ag pH, tergantung pada jenis enzimnya (pepsin aktif kondisi masam, amilase kondisi netral, tripsin kondisi basa) Konsentrasi substrat, substrat yang banyak mula-mula memacu aktifitas enzim, tetapi kemudian menghambat karena: penumpukan produk (feed back effect) Konsentrasi enzim, peningkatan konsentrasi enzim memacu aktifitasnya Air, memacu aktifitas enzim Vitamin, memacu aktifitas enzim

Penghambatan aktifitas enzim ada dua tipe: Kompetitif: zat penghambat mempunyai struktur yang mirip dengan substrat sehingga dapat bergabung dengan sisi aktif enzim. Terjadi kompetisi antara substrat dengan inhibitor untuk bergabung dengan sisi aktif enzim (misal feed back effect) Non kompetitif: zat penghambat menyebabkan struktur enzim rusak sehingga sisi aktifnya tidak cocok lagi dengan substrat

Spesifik: hanya cocok untuk satu macam substrat saja atau sekelompok kecil substrat yang susunanya hampir sama dan fungsinya sama E5 A B C D E1 E2 E3 E4

Metabolisme: Respirasi sel Enzim, Hukum Termodinamika, Respirasi Sel Aerob

FUNGSI SEL: Metabolisme Sel Metabolisme sel berarti membicarakan perubahan energi dari satu bentuk ke bentuk lainnya Secara definisi energi adalah kapasitas untuk melakukan kerja atau kemampuan untuk melakukan kerja. Bentuk energi: Energi Kinetik energi pergerakan Energi Potensial kapasitas tersimpan untuk melakukan kerja

Pengaturan konversi atau pemindahan energi mengikuti hukum termodinamika Hukum Termodinamika adalah: (1) Jumlah energi di alam raya adalah konstan, energi tersebut dapat dipindahkan atau diubah tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan (2) Setiap perubahan energi menghasilkan disorder atau entropi

(b) (a) Second law of thermodynamics: First law of thermodynamics: Heat Chemical energy co2 + H2O (b) (a) Second law of thermodynamics: Every energy transfer or transformation increases the disorder (entropy) of the universe. For example, disorder is added to the cheetah’s surroundings in the form of heat and the small molecules that are the by-products of metabolism. First law of thermodynamics: Energy can be transferred or transformed but Neither created nor destroyed. For example, the chemical (potential) energy in food will be converted to the kinetic energy of the cheetah’s movement in (b).

Hubungan energi dengan mahluk hidup memiliki arti pembahasan mengenai reaksi kimia yang terjadi dalam sel. Ada dua reaksi yaitu: (1) reaksi endergonik yaitu reaksi yang membutuhkan input atau pemasukan energi atau endergonik berarti energi masuk, dan (2) reaksi eksergonik yaitu reaksi kimia yang melepaskan energi atau eksergonik berarti energi keluar

ATP adalah molekul yang memiliki 3 bagian yaitu basa adenin, gula ribosa, dan tiga gusus fosfat yang diikatkan dengan ikatan kovalen. Ikatan kovalen antar gugus fosfat kedua dan ketiga tidak stabil, sehingga kita akan mendapatkan pelepasan gugus fosfat, yang berarti hidrolisis ATP menjadi ADP. Perpindahan gugus fosfat ke suatu molekul disebut fosforilasi. ATP adalah sumberdaya dalam sel yang dapat diperbarui dan itu sebabnya dikenal siklus ATP

Figure 8.8 O CH2 H OH N C HC NH2 Adenine Ribose Phosphate groups - CH

Energy is released from ATP When the terminal phosphate bond is broken P P P Adenosine triphosphate (ATP) H2O Inorganic phosphate + Energy P i P P Adenosine diphosphate (ADP)

The Regeneration of ATP Catabolic pathways Drive the regeneration of ATP from ADP and phosphate ATP synthesis from ADP + P i requires energy ATP ADP + P i Energy for cellular work (endergonic, energy- consuming processes) Energy from catabolism (exergonic, energy yielding processes) ATP hydrolysis to ADP + P i yields energy

ENZIM Untuk dapat memahami arah reaksi dan jalur metabolisme, keduanya melibatkan apa yang disebut enzim, yaitu protein dalam tubuh yang berfungsi sebagai katalis biologi. Katalis adalah suatu molekul kimiawi yang dapat mempercepat proses reaksi tetapi dirinya (molekul bersangkutan) tidak ikut bereaksi atau digunakan. Jadi enzim dapat mempercepat reaksi kimia dalam sel dengan cara menurunkan hambatan energi. Hambatan energi= energi aktivasi=jumlah energi yang dibutuhkan untuk reaksi eksergonik. Enzim tertentu akan mengkatalisis reaksi seluler tertentu.

Cara kerja enzim adalah sisi aktif enzim mengikat substrat dan kemudian mengubah substrat menjadi hasil, akibatnya hasil dilepaskan, karena sudah tidak dapat kembali mengikat substrat lagi dan seterusnya satu per satu substrat diubah menjadi hasil. Kerja enzim ini dapat dihambat/dijegal atau dipengaruhi oleh faktor lingkungan seperti temperatur, pH, konsentrasi garam dan lain-lain. Beberapa enzim membutuhkan (dibantu) oleh ko-faktor yaitu materi bukan protein yang membantu kerja enzim atau dibantu oleh co-enzim seperti vitamin atau molekul organik lain. Kerja enzim juga dihambat atau dijegal oleh molekul yang disebut inhibitor, pestisida dan antibiotik.

Membran Posisi molekul enzim dalam sel dan hasil kerja enzim sangat berhubungan dengan membran biologi. Proses metabolisme menyangkut transport materi asal dan hasil metabolisme di mana akan melibatkan membran biologi. Struktur membran biologi yaitu pemisah antara hidup dan tidak hidup dan secara selektif dapat dilalui adalah tiga lapis mosaik cair yang terdiri atas fosfolipid dan protein

Fungsi membran ada empat yaitu sebagai: fungsi mosaik yang memfasilitasi proteinnya sebagai enzim, reseptor, sel junction dan transporter atau protein pemindah membran transport, yaitu fungsi difusi, osmosis, difusi yang difasilitasi (oleh protein pemindah), dan transport aktif, yaitu pergerakan molekul melewati membran yang memerlukan energi dari gradien rendah ke gradien tinggi memelihara keseimbangan air (osmoregulasi) yaitu fungsi membran di mana ia bertindak sebagai membran semipermiabel antara isi sel dan lingkungannya, yang meliputi kondisi isotonik, hipotonik, dan hipertonik eksositosis/endositosis, yaitu fungsi membran untuk mengeluarkan atau memasukkan materi dari dan ke luar sel. Termasuk dalam endositosis adalah apa yang disebut fagositosis, pinositosis, dan pinositosis yang diperantai reseptor.

Proses metabolisme yang membutuhkan energi dan yang menghasilkan energi terjadi dalam sel dalam organel utama. Organel utama untuk proses metabolisme yang membutuhkan energi fotosintesis adalah khloroplast. Organel utama untuk proses metabolisme yang menghasilkan energi respirasi selular adalah mitokondria.

Respirasi Seluler Adalah jalur metabolisme yang memanen atau menghasilkan energi. Istilah respirasi sama dengan bernafas yaitu pertukaran oksigen (O2) dan karbodioksida (CO2) antara organisme dan lingkungannya. Respirasi selular yaitu pemanenan atau proses menghasilkan energi secara aerobik (perlu O2) dari molekul makanan oleh sel. Oleh karena itu pernafasan dan respirasi seluler sangat berhubungan.

Rumus umum untuk respirasi selular adalah C6H12O6 + 6O2  6 CO2 + 6 H2O + ATP Ada tiga tipe jalur metabolisme yang menghasilkan energi. Respirasi aerobik tipe yang paling umum terjadi dalam sel dan merupakan jalur utama penghasil energi yang menghasilkan ATP (pembentukan ATP), molekul energi biologi. Istilah aerobik menunjukkan makna bahwa jalur aerobik tidak dapat berlangsung tanpa tersedianya oksigen yang cukup. Setiap pernafasan yang kau ambil, kau memasukkan oksigen yang diperlukan sel untuk melangsungkan jalur aerobik ini.

jalur fermentasi dan transport elektron anaerob. Kebanyakan bakteri dan protista lain sangat mengandalkan jalur anaerob untuk membuat atau mengahasilkan ATP yang diperlukannya. Ketiga tipe jalur metabolisme penghaisl energi tersebut memulai prosesnya dengan reaksi yang sama yang disebut reaksi glikolisis. Reaksi glikolisis memecah glukosa menjadi dua molekul asam piruvat. Reaksi glikolisis terjadi dalam sitoplasma sel tanpa peranan oksigen.

Setelah reaksi glikolisis jalur berikutnya bisa berbeda, bisa aerobik, bisa anaerob, tergantung kebutuhan sel dan atau ketersediaan oksigen dalam sel. Apabila jalur melalui aerob yang ditempuh, maka proses akan dilangsungkan dalam organel mitrokondria. Dalam mitokondria oksigen adalah penerima elektron terakhir yang dilepaskan selama proses reaksi. Apabila jalur anaerob yang dipilih maka proses metabolisme berlangsung tetap pada sitoplasma sel dan substansi selain oksigen dalam sitoplasma adalah penerima elektron terakhir. Dalam ketiga jalur tersebut, reaksi tidak dapat mereka langsungkan sendiri, tetapi harus dibantu enzim.

Respirasi Aerobik Respirasi aerobik adalah jalur yang paling banyak menghasilkan energi ATP dari satu molekul glukosa, yaitu satu molekul glukosa melalui jalur respirasi aerobik dapat dihasilkan 36 bahkan lebih molekul ATP, bila lewar jalur fermentasi satu molekul glukosa dihasilkan 2 ATP.

Enzim Katalis Biologis

Energi Aktivasi Mengapa reaksi kimia yang mungkin terjadi secara termodinamis kadang-kadang tidak terjadi tanpa bantuan enzim?

Energi Aktivasi Bagaimana kecepatan reaksi dalam sel dapat ditingkatkan tanpa peningkatan suhu dan konsentrasi reaktan?

Enzim Bagaimana sifat katalis?

Enzim Apakah yang dimaksud situs aktif dan bagaimana hubungannya dengan struktur enzim?

Enzim Perbandingan model “induced fit” dan “kunci dan anak kunci” pada pengikatan substrat oleh enzim?

Enzim Bagaimana enzim melakukan katalisis setelah substrat terikat pada enzim?

Enzim Apakah yang dimaksud dengan gugus prostetik dan bagaimana gugus prostetik dapat membantu kerja enzim? Mengapa sel memerlukan beribu-ribu macam enzim untuk dapat berfungsi secara benar?

Enzim Bagaimana caranya suhu dan pH mempengaruhi enzim?

Kinetika Enzim Apakah faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi kimia yang dikatalisis oleh enzim?

Kinetika Enzim Pada suatu jumlah enzim tertentu, bagaimana hubungan antara kecepatan reaksi kimia suatu bahan dengan konsentrasi bahan tersebut?

Kinetika Enzim Bagaimana hasil pengamatan Michaelis dan Menten?

Kinetika Enzim Apakah yang dimaksud dengan Vmax dan Km? Apakah kepentingan sel terhadap Vmax dan Km? Apakah yang dimaksud dengan “turnover number” (Kcat)?

Kinetika Enzim Mengapa perlu digunakan persamaan dan grafik Lineweaver-Burk?

Kinetika Enzim Apakah yang membedakan penghambatan enzim secara dapat balik dan penghambatan enzim tak dapat balik?

Kinetika Enzim Apakah yang membedakan penghambatan kompetitif dengan penghambatan bukan kompetitif?

Pengendalian Enzim Apakah yang dimaksud pengendalian pada tingkat substrat? Bagaimana penghambatan balik mengendalikan aktifitas enzim?

Pengendalian Enzim

Pengendalian Enzim Bagaimana perbedaan enzim alosterik dengan enzim biasa? Apakah efektor enzim alosterik?

Pengendalian Enzim Bagaimana terjadinya pengendalian alosterik?

Pengendalian Enzim Apakah yang dimaksud kooperatifitas? Bagaimana perbedaan antara modifikasi kovalen dengan pengendalian alosterik?

Pengendalian Enzim

Pengendalian Enzim Aktifasi enzim melalui pemotongan proteolitik?

ENZYME An Introduction Ir. Irfan D. Prijambada, M.Eng., Ph.D.

REFERENCES Albert L. Lehninger. 1982. Principles of Biochemistry. Worth Publishers, Inc. New York. Martin Chaplin and Christopher Bucke, 1990, 'Enzyme Technology', Cambridge University Press (Accessible from http://www.lsbu.ac.uk/biology/enztech/kinetics.html Julio Polaina and Andrew P. MacCabe (Eds.), 2007, ‘Industrial Enzymes’, Springer

CHEMICAL REACTIONS CaCO3 + H2O Ca(OH)2 CO2 + energi + The enthalpy (inner energy) of CaCO3 is higher than the enthalpy of Ca(OH)2 Therefore the reaction is proceed to the formation of Ca(OH)2

CHEMICAL REACTIONS C6H12O6 + O2 6 CO2 6 H2O + The enthalpy (inner energy) of C6H12O3 is higher than the enthalpy of CO2 Why the reaction is not proceed to the formation of CO2?

CHEMICAL REACTIONS CaO reaction C6H12O6 reaction Activation Energy

ENZYME FUNCTION ENZYME IS A BIOCATALYST THE FUNCTION OF CATAYST LOWERING ACTIVATION ENERGY THE FUNCTION OF CATAYST ENZYME IS A BIOCATALYST

HOW IS ENZYME FUNCTIONING DIRECT THE PROXIMITY AND ORIENTATION OF THE SUBSTRATE STRAIN AND DISTORTION OF THE SUCCEPTIBLE BOND BY INDUCED FIT GENERAL ACID-BASE REACTION COVALENT REACTION

PROXIMITY AND ORIENTATION UNFAVORABLE PROXIMITY UNFAVORABLE ORIENTATION FAVORABLE PROXIMITY UNFAVORABLE ORIENTATION FAVORABLE PROXIMITY FAVORABLE ORIENTATION

INDUCED FIT SUBSTRATE ENZYME ENZYME SUBSTRATE

BIOCATALYST ACTIVE INSIDE CELLS, IN WHICH THE REACTION CONDITION IS ALWAYS MILD MADE FROM PROTEIN SPECIFIC AND SELECTIVE

PROTEIN CATALYST HAS THE PROPERTIES OF CATALYSTS Vmax SUBSTRATE CONC. INIT RATE Vmax

PROTEIN CATALYST HAS THE PROPERTIES OF PROTEINS TEMPERATURE ACTIVITY

SPECIFIC + COOH C H FUMARATE COOH C CH2 H +H3N L-ASPARTATE NH4+ ASPARTASE COOH C H MALEATE COOH C CH2 H NH3+ D-ASPARTATE ASPARTASE ASPARTASE

HOW CAN ENZYME WORK SPECIFICALLY CH R C O X CATALYTIC SITE POSITIONING SITE ACTIVE SITE

NONSPECIFICITY OF SPECIFIC CH R C O OH NH NH3+ CH2 PEPTIDE CH NH3+ C O CH2 NH2 AMIDE CH NH3+ C O CH2 OCH3 ESTER

SUBSTRATE COMPETITION OH CH2 HO SUCCINATE C O OH CH2 HO MALONATE SUCCINATE DEHYDROGENASE C O OH CH2 HO OXALACETATE COMPETITIVE INHIBITION

ENZYME WITH MULTIPLE ACTIVE SITES SUBSTRATE 1 ENZYME ACTIVE SITE 1 ACTIVE SITE 2 SUBSTRATE 2 NON COMPETITIVE INHIBITION

Simple Kinetics: A First-order Reaction A  B v = -d[A]/dt = d[B]/dt units: M/time v = k[A] Empirical rate law (M x time-1) = k(M), so units of k: time-1 Reaction order: exponent of concentration term on which rate depends. Above rxn is 1st order in reactant A

1st-Order Rate Equation v = -d[A]/dt = k[A] or d[A]/[A] = d ln[A] = -kdt so, ln [A] = ln[Ao] –kt and [A] = [Ao]e-kt Slope = -k [A]=[Ao]e-kt; exponential decay Note, t1/2 is constant throughout

Other Reaction Orders Zero order reaction independent of [A] v = k, units of k: M x time -1 Second order reaction: A + B  P v = k[A][B] k: unit of M-1time-1 1st order in A 1st order in B; second order overall For 2A  P; v = k[A]2; 2nd order in A

Order in Enzyme Catalysis depends on [S] S  P vo = initial velocity (tangent of curve); measure at several [S] but constant [E] (S3>S2>S1)

Saturation in Enzymology Low [S]: 1st order in [S], 2nd order overall High [S]: 0 order in [S], 1st order overall All [S]: 1st order in [E]

Michaelis-Menten Kinetics. I. At infinite [S], vo = Vmax Km defined as [S] at which vo = ½ Vmax M-M Equation: vo = (Vmax [S])/(Km + [S])

Michaelis-Menten Kinetics. II if [S] << Km , vo = (Vmax/Km)[S] if [S] = Km, vo = 0.5 Vmax if [S] >> Km , vo = Vmax vo = (Vmax [S])/(Km + [S])

Reaction Order [S] << Km 2nd order 1st in E & S Conditions Rxn Order Dependence [S] << Km 2nd order 1st in E & S [S] >> Km 1st order 1st in E Note: when [S] >> Km, reaction is zero-order in S, and vo = Vmax. Velocity terms always have units of concentration (M) x time-1, and Km of concentration

Michaelis Menten Treatment For E + S ES Initial conditions: [S] >> [E] [P] ~ 0 [E]t = [E] + [ES] Forward rate constant = k1 Reverse rate constant = k-1 k[ES] = v [ES] in not measurable. WHATEVER TO DO???

Enzyme Kinetics

The Steady-state Assumption At steady-state, d(ES)/dt = 0

Enzyme Kinetics

Significance of Km Km = (k-1 + kcat)/k1 When k-1 >> kcat, = KDISS = [E][S]/[ES] Therefore, Km measures dissociation of [ES] A low Km means that S binds tightly to E; high affinity

Significance of kcat Vmax = kcat[Etot] kcat = Vmax / [Etot] units, sec-1 Thus, kcat defines number of molecules of S “turned over” into product per sec per molecule of enzyme. Sometimes called “turnover number”

Specificity Constant: kcat/Km Recall from M/M vo = kcat[Etot][S]/Km + [S] kcat/Km behaves as a 2nd order rate constant in rxn of free E and free S; max theo value is 109 M-1s-1 When [S] << Km vo = kcat[Etot][S]/Km Since most E is free, vo = (kcat/Km)[E][S]

Kinetic Parameters Depend on Many Variables All above enzymes are hydrolases

Substrate Preference Governed by Kinetic Constants

Determining Km and Vmax: the Lineweaver-Burk Plot 1/vo = (Km/Vmx)(1/[S]) + 1/Vmax y = (m) (x) + b

Variables Affecting vo [S] relative to Km Temperature pH WHY???

REVERSIBLE INHIBITION COMPETITIVE INHIBITION NON COMPETITIVE INHIBITION

REVERSIBLE INHIBITION 1/Vo 1/[S] 1/Vo COMPETITIVE INHIBITION NON COMPETITIVE INHIBITION Inhibitor exist No inhibitor exist

IRREVERSIBLE INHIBITION + CH CH2 H2C O P F O CH2 CH H2C P HF + OH CH2 SERINE

OXIDOREDUCTASE: Oxidizing or reducing a compound/ Transfering electron to or from a compound SUCCINATE C O OH CH2 HO C O OH CH HO FUMARATE SUCCINATE DEHYDROGENASE FAD FADH2

HYDROLASE: Lysing a compound with the help of water CH2OH H OH O C CH2OH H OH H OH H2O

TRANSFERASE: Transfering a functional group across molecules COOH a-KETO GLUTARATE CH2 C O + ASPARTATE TRANSAMINASE OXALOACETATE C H +H3N COOH CH2 + COOH C CH2 H +H3N L-ASPARTATE COOH CH2 L-GLUTAMATE C O

ISOMERASE: Transfering a functional group within a molecule D-GLUCOSE 6-PHOSPHATE C O H CH2 OH HO PO4 C O CH2 OH H HO CH2OH PO4 D-FRUCTOSE 6-PHOSPHATE PHOSPHOGLUCO ISOMERASE

LYASE: Cleaving an organic bond within a molecule ISOCITRATE COOH CH2 HC CH HO SUCCINATE CH2 COOH + COOH HC O GLYOXILATE ISOCITRATE LYASE

LIGASE: Formation of new organic bonds OH O CH2 C H P HO O CH2 C H OH P HO + LIGASE

LIGASE: Formation of new organic bonds OH O CH2 C H P HO OH P O HO +

SAME NAME BUT DIFFERENT ENZYME ENZYME NOMENCLATURE SUBSTRATE + PROCESS SAME NAME BUT DIFFERENT ENZYME ISOZYME

ENZYME SOMETIMES NEED AUXILIARIES MADE NOT FROM PROTEIN AUXILIARY MADE FROM ORGANIC SUBSTANCES: COENZYME (e.g. Vitamins) AUXILIARY MADE FROM INORGANIC SUBSTANCES: COFACTOR (e.g. Microelements)

ENZYME NON ACTIVE ENZYME LACKS OF AUXILIARIES: APOENZYME ACTIVE ENZYME COMPLETED WITH AUXILIARIES: HOLOENZYME

COENZYMES Thiamine pyrophosphate, from Vit. B1, Decarboxylase Flavin mono/adenine di nuceotide, Vit. B2, Dehydrogenase Nicatinamide Adenine Dinucleotide/ Phosphate, Nicotinic acid, Dehydrogenase Coenzyme A, Panthotenic acid, Dehydrogenase Pyridoxal phosphate, Vit. B6, Transferase Tetrahydrofolic, Folic acid, Transferase Deoxyadenosylcobalamine, Vit. B12, Isomerase

COFACTORS Fe2+ or Fe3+ in Cytochrome oxidase, Catalase and Peroxidase Mo in Nitrate reductase Co in Dinitrogenase K+ in Pyruvate kinase Mg+ in Glucose 6-phosphatase

MARI BELAJAR TENTANG SISTEM HORMON MANUSIA START

Model Analogi Sketsa Metaforik Mnemonics PEMBELAJARAN SISTEM HORMON MANUSIA DENGAN MENGGUNAKAN MODEL ANALOGI SKETSA METAFORIK DAN MNEMONICS PADA ANIMASI KOMIK BIOLOGI Model Analogi Sketsa Metaforik Mnemonics

Model Analogi analogi merupakan suatu bentuk penafsiran dari suatu konsep yang cukup rumit menjadi konsep yang lebih mudah untuk dipahami

Sketsa Metaforik Siswa diminta untuk membuat sketsa atau gambar yang memperlihatkan konsep biologi dengan istilah – istilah yang ada dalam kehidupan sehari – hari contoh : rangka layang – layang dianalogikan sebagai rangka tubuh manusia

Mnemonics Suatu kata/kalimat yang tersusun dari huruf atau suku kata pertama dari istilah-istilah yang ingin diingat Contoh : MeJiKuHiBiNiU mewakili urutan warna pelangi berdasarkan panjang gelombang yaitu, Merah, Jingga, Kuning, Hijau, Nila, dan Ungu

Kelenjar Endokrin Dalam tubuh manusia ada tujuh kelenjar endokrin yang penting, yaitu Hipofisis Tiroid Paratiroid Kelenjar Adrenalin (anak ginjal), Pankreas Ovarium Testis

Hipofisis Terletak pada dasar otak besar menghasilkan bermacam-macam hormon yang mengatur kegiatan kelenjar lainnya. Oleh karena itu kelenjar hipofisis disebut master gland. Kelenjar hipofisis dibagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian anterior, bagian tengah, dan bagian posterior.

Hipofisis

Tyroid Kelenjar ini terdapat di bawah jakun di depan trakea. Kelenjar tiroid menghasilkan hormon tiroksin Hormon tiroksin berfungsi untuk mempengaruhi metabolisme sel tubuh dan pengaturan suhu tubuh.

Tyroid

Paratiroid / Kelenjar Anak Gondok Paratiroid menempel pada kelenjar tiroid. Kelenjar ini menghasilkan parathormon Parathormon berfungsi mengatur kandungan fosfor dan kalsium dalam darah

Kelenjar Adrenal /Suprarenal / Anak Ginjal Kelenjar ini berbentuk bola, menempel pada bagian atas ginjal. Pada setiap ginjal terdapat satu kelenjar suprarenal dan dibagi atas dua bagian, yaitu bagian luar (korteks) dan bagian tengah (medula). Menghasilkan hormon Adrenalin

Pankreas Menghasilkan hormon insulin. Hormon insulin berfungsi mengatur konsentrasi glukosa dalam darah. Kelebihan glukosa akan dibawa ke sel hati dan selanjutnya akan dirombak menjadi glikogen untuk disimpan. Kekurangan hormon ini akan menyebabkan penyakit diabetes

Ovarium Ovarium menghasilkan hormon 1. Estrogen Berfungsi menimbulkan dan mempertahankan tanda-tanda kelamin sekunder pada wanita 2. Progesteron berfungsi menyiapkan dinding uterus agar dapat menerima telur yang sudah dibuahi

Testis Testis berfungsi sebagai kelenjar endokrin yang menghasilkan hormon androgen, yaitu testosteron Testosteron berfungsi menimbulkan dan memelihara kelangsungan tanda-tanda kelamin sekunder. Misalnya suaranya membesar, mempunyai kumis, dan jakun.

Analogi Sistem Hormon dengan Tokoh Komik Serial Doraemon Analogi dengan…. Kelenjar Hipofisis Hormon ADH Hormon Estrogen Hormon Somatotrofin Hormon Tiroksin Dekisugi Hormon Testosteron Pak Guru Hormon MSH Jaiko Hormon Adrenalin Ayah Nobita Hormon Insulin Ibu Nobita Hormon oksitosin

ANIMASI KOMIK BIOLOGI Berperan sebagai : Kelenjar Hipofisis Dengan kantung ajaibnya mampu mensekresikan banyak hormon

Untuk pertumbuhan sel tubuh Hormon Somatotrof

Mengatur sekresi Hormon Tyroid Hormon Tiroksin/TSH

Merangsang Perkembangan Folikel FSH ♀ : sekresi estrogen ♂ : menstimulasi testis

Menstimulasi kontraksi sel otot polos pada rahim selama melahirkan Oksitosin

Membantu kelahiran dan sekresi air susu Hormon prolaktin

Menurunkan volume urine ADH

Mempengaruhi warna kulit MSH

Kelenjar Tyroid Hormon Tiroksin Hypertyroid Hipermetabolisme Disebut juga Morbus Basedowi

Kelenjar Tyroid Hipotyroid Hormon Tiroksin Kretinisme

Kelenjar Anak Ginjal /Adrenal Hormon Adrenalin Mengubah glikogen Glukosa

Kelenjar Anak Ginjal /Adrenal Hormon Adrenalin Kekurangan Penyakit Addison

Kelenjar Pankreas Hormon Insulin Mengubah Glukosa Kekurangan Glikogen Diabetes Melitus

Kelenjar Kelamin Testis Ovarium Hormon Estrogen Hormon Testoteron Berpengaruh pada pertumbuhan kelamin sekuder Berpengaruh pada pertumbuhan kelamin sekunder

HORMON OLEH YUKE MARDIATI

Hormon Pembawa pesan kimiawi. Bersama saraf memadukan berbagai sistem organ (sistem koordinasi). Zat - zat dengan aktivitas hormonal (protein, asam amino, asam lemak, steroid).

Tiga komponen sistem endokrin Sel sekresi. Mekanisme transpor. Sel sasaran.

Mekanisme kerja hormon Sekresi endokrin. Neurosekresi. Neurotransmisi.

Sekresi endokrin Sel endokrin mensekresi hormon→ hormon dialirkan ke darah → ditangkap oleh reseptor pada sel sasaran

Neurosekresi Badan sel saraf mensekresi hormon→ melalui akson hormon dialirkan melalui aliran darah → hormon ditangkap oleh reseptor pada sel sasaran

Neurotransmisi Badan sel saraf mengeluarkan sinyal → sehingga mempengaruhi sel sasaran melakukan sesuatu

Interaksi hormon-reseptor ini dicirikan dengan : Afinitas yang tinggi. Spesifitas yang tinggi. Kapasitas yang rendah.

Kelenjar tiroid Ada 2 lobi. Letak → di kiri - kanan trakea atas dan di faring bagian bawah. Hormon tiroksin. Mempengaruhi : metabolisme sel. Pertumbuhan dan perkembangan, diferensiasi jaringan tubuh

Kontrol kelenjar tiroid Hormon tirotropin (TRH) yang dikeluarkan oleh hipotalamus. Menstimulasi pituitari anterior untuk memproduksi tiroid stimulating hormon (TSH). TSH akan memacu tiroid untuk memproduksi tiroksin atau T4 (karena mengandung 4 atom yodium). Tiroksin akan menuju sel-sel sasaran. Bila sel-sel sasaran kebutuhannya telah mencukupi maka tiroksin akan memiliki efek umpan balik negatif, artinya tiroksin akan menghambat hipotalamus untuk memproduksi TRH dan menghambat pituitari anterior untuk memproduksi TSH.

Kelenjar paratiroid Terdiri dari 4 struktur kecil. Letak di sebelah dorsal kelenjar tiroid. Hormonnya parahormon. Parahormon untuk mempertahankan kadar Ca dan P di dalam darah.

Kelenjar adrenal Terletak di atas ginjal. Bagian korteks/lapisan luar. Hormonnya kortisol (merangsang konversi protein menjadi karbohidrat). Bagian medulla/lapisan dalam. Hormonnya epineprin/adrenalin.

Kelenjar timus Hormon somatotrof/pertumbuhan. Hormonnya timosin. Kekurangan hormon timosin → kretinisme Kelebihan hormon timosin → gigantisme.

Kelenjar pankreas Pankreas bagian dalam → terdapat kelenjar endokrin yang menghasilkan hormon insulin (dihasilkan oleh sel β) dan glukagon (dihasilkan oleh sel α). Insulin menurunkan gula darah. Glukagon menaikkan gula darah.

Kelenjar mammae Mensekresi susu. Produksi susu dipengaruhi oleh hormon-hormon seperti prolaktin (sumber pituitari anterior) dan oksitosin (sumber hipotalamus via pituitari posterior). Laktogen plasenta (sumber plasenta).