Jalur Metabolisme Metabolisme Oleh : Karmanto S.Si, M.Sc.

METABOLISME Metabolisme: reaksi enzimatis di dalam sel hidup yang diatur dengan sangat cermat dan merupakan aktivitas sel yang mutlak diperlukan serta melibatkan banyak sistem multienzim Fungsi metabolisme Mendapatkan tenaga kimia dari pemecahan nutrien dari sekitarnya / dari sinar matahari yang diserap Mengubah molekul nutrien menjadi senyawa dasar / prekursor untuk pembentukan makromolekul Menyusun senyawa dasar menjadi protein, asam nukleat, lipid, dan polisakarida

METABOLISME (lanjt.) Katabolisme: Tahap pemecahan nutrien organik (karbohidrat, lipid dan protein) yang datang baik dari lingkungan maupun timbunan nutrien sel itu sendiri dipecah menjadi senyawa yang lebih kecil  untuk mendapatkan tenaga berupa ATP Anabolisme: Tahap pembentukan/biosintesis, yaitu biosintesis komponen sel seperti asam nukleat, protein, polisakarida dan lipid dari prekursornya. Proses ini membutuhkan tenaga berupa ATP.

JALUR KATABOLISME Jalur katabolisme ada 3 tahap: Tahap I Makromolekul (karbohidrat, lipid dan protein) dipecah menjadi building blocknya Tahap II Senyawa yang terbentuk pada tahap I dipecah lagi menjadi senyawa yang lebih sederhana (senyawa dengan 3 karbon) kemudian diubah menjadi unit 2 karbon (asetil-CoA). Demikian juga asam amino dan asam lemak. Jadi, asetil-CoA merupakan produk pemecahan tahap II pada katabolisme Tahap III Gugus asetil dari asetil-CoA dipakai sebagai bahan dasar untuk siklus asam trikarboksilat (TCA cycle/siklus Krebs/siklus asam sitrat). Siklus ini merupakan jalur dimana semua nutrien penghasil energi dioksidasi menjadi CO2, H2O dan amonia sebagai hasil akhir

JALUR UTAMA METABOLISME

ANABOLISME & KATABOLISME Jalur anabolisme bukan kebalikan jalur katabolisme. Hal ini disebabkan: Tenaga Tenaga yang dihasilkan oleh katabolisme jumlahnya tertentu Enzim Enzim untuk anabolisme tidak sama dengan enzim untuk katabolisme Letak enzim Letak enzim anabolisme dan katabolisme berlainan

METABOLISME KARBOHIDRAT Metabolisme Karbohidrat, Lemak, dan Protein METABOLISME KARBOHIDRAT METABOLISME LEMAK METABOLISME PROTEIN Oleh : Karmanto S.Si, M.Sc.

FOOD DIGESTION

Alur Metabolisme PROTEIN ASAM NUKLEAT POLISAKARIDA LIPID AS. AMINO NUKLOTIDA MONOSAKARIDA GLISEROL AS. LEMAK GLIUKOGENESIS GLIKOLISIS GLUKOSA GLISERALDEHID -3-P PIRUVAT ASETIL-COA SIKLUS ASAM SITRAT TRANSFER ELEKTRON FADH2, NADH FAD, NAD NH3 ADP ATP O2 H2O CO2

Jalur Metabolisme Secara umum ada empat golongan makromolekul yang didegradasi dan disintesis dalam proses metabolisme yaitu protein, asam nukleat, polisakarida, dan lemak. Katabolisme protein diawali dengan degradasi protein menjadi asam amino yang selanjutnya mengikuti berbagai alur katabolisme. Ada asam amino yang berperan dalam biosintesis nukleotida, ada yang mengikuti alur glikolisis pada asam piruvat, ada yang diubah menjadi asetil CoA, dan sebagian jenis asam amino lain masuk ke siklus asam sitrat. NH3 yang tidak terpakai untuk biosintesis disekresikan dalam bentuk NH3 , urea, dan asam urat. Anabolisme protein berintikan biosintesis asam amino dari berbagai jalur yang merupakan kebalikan jalur katabolisme.

Jalur Metabolisme Katabolisme polisakarida dimulai dengan degradasi polisakarida menjadi monosakarida yang bisa digunakan untuk biosintesis nukleotida. Katabolisme monosakaarida selanjutnya mengikuti jalur glikolisis, siklus asam sitrat, dan fosforilasi oksidatif (transfer elektron) yang merupakan jalur utama katabolisme. Biosintesis glukosa menggunakan senyawa prekursor asam piruvat mengikuti alur glukoneogenesis yang merupakan kebalikan glikolisis.

Jalur Metabolisme Katabolisme nukleotida hasil degradasi asam nukleat dimulai dengan konversi ribosa menjadi monosakarida lain yang nantinya mengikuti alur glikolisis. Basa purin dan pirimidin mengalami konversi menjadi asam amino sekaligus mengikuti alur katabolismenya. Anaboliusme yang terjadi merupakan kebalikan katabolismenya. Gliserol hasil degradasi lemak mengikuti jalur glikolisis, sedangkan asam lemak diubah menjadi asetil CoA yang selanjutnya mengikuti siklus asam sitrat. Anbolisme lemak mengikuti alur yang berkebalikan dengan katabolismenya

Jalur Metabolisme Fotosintesis adalah bagian lain dari metabolisme yang terjadi pada tumbuhan. Fotosintesis merupakan salah satu jalur biosintesis (anabolisme) polisakarida. Sintesis dilakukan dari H2O dan CO2 menghasilkan gliseraldehid-3-fosfat melalui jalur glukoneogenesis menjadi polisakarida

Kontrol Metabolisme Metabolisme terdiri atas ribuan reaksi kimia yang berjalan secara simultan. Hal ini menunjukan ada suatu mekanisme kontrol yang sangat baik sehingga dalam sistem yang begitu komplek dapat terjadi reaksi-reaksi spesifik yang terjadi secara bersama-sama. Kontrol metabolisme dapat terjadi melalui berbagai mekanisme kontrol seperti : kontrol level enzim, aktivitas enzim, kompartemen, maupun pengendalian hormonal. KONTROL METABOLISME KARMANTO S.Si. M.Sc.

Kontrol Metabolisme Kontrol enzim Enzim sebagai biokatalis berperan sentral dalam metabolisme. Konsentrasi enzim dalam suatu sel hidup akan meningkat seiring dengan bertambahnya jumlah substrat yang harus dikatalisis rekasinya. Efek ini disebut sebagai efek induksi. Secara umum kontrol level enzim dalam sel dapat terjadi melalui regulasi biosintesis proteinnya, maupun regulasi pada proses degradasi protein enzim. KONTROL METABOLISME KARMANTO S.Si. M.Sc.

Kontrol Metabolisme Aktivitas enzim Aktivitas suatu enzim dapat dikendalikan dengan cara pengikatan ligan (dapat berupa substrat, produk, efektor) dan modifikasi kovalen molekul enzim. Pengikatan efektor secara allosterik untuk aktivasi maupun inhibisi aktivitas enzim merupakan mekanisme yang paling umum ditemui pada kontrol aktivitas enzim. Modifikasi kovalen terjadi pada sisi aktif enzim sehingga berpengaruh terhadap aktivitas enzim. Modifikasi yang terjadi bisa berupa fosforilasi, adenilasi, dan ADP ribolasi. Fosforilasi dan adenilasi terjadi pada enzim dengan gugus OH pada sisi aktifnya (sisi aktif terdiri dari asam amino tirosin dan serin), sedangakan ADP ribolasi terjadi pada enzim yang mempunyai sisi aktif dengan gugus NH2

Kontrol Metabolisme Kompartemen Sistem kompartemen terjadi pada sel eukariotik dimana sel sudah terbagi atas organel-organeldengan fungsi masing-masing. Sistem kompartemen menjadikan reaksi metabolisme berjalan efisien, karena enzim yang berfungsi pada suatu organel dengan fungsi tertentu tidak terdapat pada organel lain. Proses-proses utama seperti glikolisis dan glukoneogenesis terjadi disitoplasma. Biosintesis protein terjadi di ribosom, replikasi DNA terjadi di dalam inti sel, sedangkan biosintesis rRNA terjadi di anak inti sel KONTROL METABOLISME KARMANTO S.Si. M.Sc.

Kontrol Metabolisme Pengendalian hormonal Suatu perubahan atau reaksi kimia yang terjadi pada suatu sel seringkali dikarenakan adanya signal atau pesan dari jaringan lain. Mekanisme ini dikenal sebagai signal transduksi. Hormon dapat berperan menyampaikan signal transduksi di dalam tubuh. Hormon disintesis pada sel tertentu untuk dapat bereaksi dengan reseptor hingga suatu reaksi metabolisme terjadi. Prinsip mekanisme kontrol dengan hormon adalah interaksi antara hormon dengan reseptor yang kemudian diteruskan ke efektor hingga menyebabkan bentuk inaktif second messenger berubah menjadi aktif. Second messenger ini selanjutnya mengaktifkan berbagai enzim yang berperan dalam reaksi metabolisme.

Kontrol Metabolisme Contoh mekanisme Pengendalian hormonal Salah satu contoh mekanisme kontrol metabolisme secara hormonal adalah mekanisme sintesis glikogen dalam sel hati. Hormon yang terlibat adalah glukagon , transducer protein G, dan efektor adenilat siklase. Adenilat siklase akan mengkatifkan ATP siklis (C-AMP) yang merupakan second messenger yang mengkatalisis aktivasi enzim-enzim pada biosintesis glikogen KONTROL METABOLISME KARMANTO S.Si. M.Sc.

METABOLISME KARBOHIDRAT KatabolismeKarbohidrat METABOLISME KARBOHIDRAT Oleh : Karmanto S.Si, M.Sc.

Katabolisme Karbohidrat Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis baik di mulut, lambung, maupun usus. Katabolisme karbohidrat dimulai dengan degradasi polisakarida menjadi monosakarida untuk dapat mengikuti jalur glikolisis, siklus asam sitrat, dan fosforilasi oksidatif (transfer elektron) yang merupakan jalur utama katabolisme METABOLISME KARBOHIDRAT

METABOLISME KARBOHIDRAT GLIKOLISIS Glikolisis merupakan salah satu tahap katabolisme yang terdiri dari 10 reaksi yang mengkonversi 1 molekul glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat, 2 molekul ATP, dan 2molekul NADH. Sepuluh reaksi yang terjadi dalam proses glikolisis dibagi menjadi dua tahap yakni tahap penyimpanan energi dan tahap produksi energi. METABOLISME KARBOHIDRAT

GLIKOLISIS Tahap Penyimpanan Energi Tahap Produksi Energi 2NADH+2H+ Fruktosa 6 fosfat (F6P) Fruktosa 1,6 bifosfat (FBP) Gliseraldehid -3P (G3P) Dihidroksiasetonfosfat (DHA) (2) Gliseraldehid-3P (G3P) Glukosa (G) Glukosa 6 fosfat (G6P) ATP ADP (2) Fosfoenolpiruvat(PEP) (2) 2-Fosfogliserat (2PG) (2) 3-Fosfogliserat (3PG) (2) 1,3 bisfosfogliserat (BPG) (2) Piruvat (Pyr) 2NAD++2Pi 2ATP 2ADP H2O

Tahap Penyimpanan Energi GLIKOLISIS Tahap Penyimpanan Energi Tahap Produksi Energi P P Glukosa NAD+ +2Pi NAD++2Pi 2ATP 2ADP NADH+2H+ NADH+2H+ P P P Fruktosa 1,6 bifosfat 2ADP 2ADP 2ATP 2ATP P P Gliseraldehid-3P Piruvat

GLIKOLISIS Secara keseluruhan pada proses Glikolisis, dari 1 molekul glukosa akan dihasilkan 2 molekul ATP, 2 molekul NADH yang dapat memberikan tambahan (ATP) melalui proses transfer elektron pada respirasi. Reaksi total glikolisis adalah sebagai berikut : Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2piruvat + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O Pada sat tubuh kekurangan oksigen piruvat akan diubah menjadi laktat (sel otot) atau etanol (pada ragi dan jaringan yang mempunyai enzim alkohol dehidrogenase). Reaksi total glikolisis adalah sebagai berikut :

GLIKOLISIS GULA SELAIN GLUKOSA Monosakarida Galaktosa, fruktosa, manosa Disakarida maltosa + H2O --------------> 2 D-glukosa laktosa + H2O --------------> D-glukosa + D-galaktosa sukrosa + H2O --------------> D-glukosa + D-fruktosa maltase laktase Sukrase

GLIKOLISIS GULA SELAIN GLUKOSA Glukosa -6P Glikogen Laktosa Maltosa Sukrosa Galaktosa Fruktosa Manosa Fruktosa-1P Glukosa Galaktosa-1P Glukosa-1P G3P Giseraldehid Manosa-6P Fruktosa -6P DHAP 2ATP 2ADP

METABOLISME KARBOHIDRAT SIKLUS ASAM SITRAT Siklus asam sitrat bukan merupakan bagian katabolisme karbohidrat saja, Karena jalur ini merupakan pusat proses oksidasi dimana semua bahan bakar (karbohidrat, protein, dan lipid) mengalami reaksi katabolisme . METABOLISME KARBOHIDRAT

Molekul makanan GLIKOLISIS OKSIDASI PIRUVAT Sitoplasma

CO2 Piruvat Asetil-CoA Sitoplasma Mitochondrion Molekul CoA-SH NAD+ NADH CoA CoA Asetil-CoA Sitoplasma NADH CoA-SH Mitochondrion NAD+ Molekul 4-karbon (prekursor) FADH2 Molekul 6-karbon NAD+ FAD2+ Molekul 4-karbon ATP Molekul 5-karbon NADH ADP CO2 CO2 NADH NAD+

Transport Elektron Elektron & Fosforilasi Oksidatif Proses glikolisis terjadi disitoplasma , oksidasi asam piruvat, oksidasi asam lemak, oksidasi asam amino, dan siklus asam sitrat terjadi di matriks mitokondria. Proses oksidasi dengan transfer elektron terjadi di membran dalam mitokondria. METABOLISME KARBOHIDRAT

Secara keseluruhan Katabolisme polisakarida : Glikolisis : Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+  2piruvat + 2ATP + 2NADH + 2H+ + 2H2O Oksidasi piruvat : 2 Piruvat + 2 NAD+ + 2CoASH  2 asetil-CoA + 2NADH + 2 CO2 Siklus TCA : 2 asetil Co-A + 6 H2O + 2FAD + 2ADP + 2Pi  4 CO2 + 6NADH + 2FADH2 + 2CoA-SH + 2 ATP Rantai respirasi: 10 NADH + 10 H+ + 5 O2 + 30 ADP + 30 Pi  10 NAD+ + 10 H2O + 30 ATP 2 FADH2 + 1/2 O2 + 4 ADP + 4 Pi  2 FAD + 2H2O + 4 ATP Glukosa + 3 O2 +38 ADP + 38 Pi  6 CO2 + 6H2O + 38 ATP

GANGGUAN METABOLISME KARBOHIDRAT

DIABETES MELITUS

KOMPLIKASI