ENERGI DAN METABOLISME Energi pada metabolisme karbohidrat, lipid, protein Represented by HELMIN ELYANI

Molekul lain yang digunakan pada respirasi food PROTEIN KARBOHIDRAT LEMAK amino acids sugars glycerol fatty acids Molekul lain yang digunakan pada respirasi GLIKOLISIS glukosa Asam piruvat acetyl CoA Figure: 07-10 Title: Many respiratory pathways. Caption: Glucose is not the only starting material for cellular respiration. Other carbohydrates, proteins, and fats can also be used as fuel for cellular respiration. These reactants enter the process at different stages. DAUR KREB NH3 (ammonia) RANGKAIAN TRANSPOR ELEKTRON

ENERGI KIMIA BIOSINTESIS : anabolic pathway endergonic reaction DEGRADASI : katabolic pathway  exergonic reaction INTERKONVERSI : katabolic and anabolic conversion ENERGI : asetil-KoA, pyruvat, glycerol  in TCA Cycle and oxphos

ENERGI

RESPIRASI SEL Tiga tahap penuaian energi Glikolisis Daur Krebs Rangkaian transpor elektron Reaksi secara keseluruhan: C6H12O6 + 6 O2 + ADP  6 CO2 + 6 H2O + ATP.

ATP (Adenosin Tri Phosphat) SIMPANAN ENERGI KIMIA TERBESAR ATP memiliki energi yang dapat dilepaskan dengan mudah melalui pemutusan ikatan pada fosfat ketiga. Energi yang dilepaskan digunakan untuk menjalankan proses-proses kehidupan. Pembebasan fosfat ketiga mengubah ATP menjadi molekul yang memiliki 2 gugus fosfat ( ADP). ADP dapat membentuk ATP kembali bila terdapat gugus fosfat dan energi.

p p p ATP energi masuk energi keluar Tanjakan energi p p p p p p Figure: 07-01 Title: Storing and releasing energy. Caption: Adenosine triphosphate (ATP) is the most important energy-releasing molecule in our bodies. The energy it contains is used to power everything from muscle contraction to thinking. P + ADP P + ADP

Memperoleh Energi (ATP) Sumber Energi didapat dari : - Glikolisis (glukosa) - Oksidasi beta (asam lemak) - Siklus asam sitrat - Oksidasi fosforilasi

Katabolisme Glukosa

G L I K O S - di sitoplasma. - Memotong 1 molekul gula berkarbon 6 menjadi 2 molekul gula berkarbon 3 (asam piruvat adalah hasil akhir). - Tidak menghasilkan banyak energi (hanya dihasilkan 2 ATP), tetapi dapat berlangsung sangat cepat dan jika tidak ada oksigen (anaerobik) masih bisa berlangsung. - Ada 2 fase, yaitu 1. Glukosa diubah menjadi triosa fosfat 2. Triosa fosfat menjadi asam laktat

Rangkaian transpor elektron SUMMARY OF THE KREBS CYCLE 6 NADH GLYCOLYSIS 2 FADH2 CoA Daur Krebs asetil koenzim A CO2 2 ATP Rangkaian transpor elektron 1. asam oksaloasetat asam sitrat NAD+ NADH NADH NAD+ 2. 6. CO2 asam a-ketoglutarat asam malat Figure: 07-08 Title: Summary of the Krebs cycle. Caption: The Krebs cycle is the major source of electrons that are transported to the electron transport chain by the electron carriers NADH and FADH2. For each molecule of glucose, two molecules of acetyl coenzyme A enter the Krebs cycle. Through a series of reactions, a total of 6 NADH, 2 FADH2, and 2 ATP are produced per glucose molecule. (From counting the number of NADH and FADH2 around the cycle, it would appear that only 3 NADH and 1 FADH2 are produced, but remember that one molecule of glucose results in two “trips” around the cycle, as two molecules of acetyl coenzyme A will enter the Krebs cycle for every molecule of glucose that is metabolized.) 3. CO2 FADH2 FAD+ NAD+ NADH 5. ADP 4. asam suksinat turunan asam a-ketoglutarat ATP

Ringkasan Daur Krebs Asetil koA didegradasi sempurna menjadi CO2. Hanya 1 ATP yang dihasilkan dari setiap asetil koA yang memasuki Daur Krebs (total 2 ATP tiap glukosa). Semua elektron dapat diikat dalam bentuk 6 NADH (per glukosa) untuk diproses lebih lanjut melalui rangkaian transpor elektron.

sel Membran luar mitokondrion membran dalam Figure: 07-06a Title: Energy transfer in the mitochondria. Caption: Mitochondria are organelles, or “tiny organs,” that exist within cells. They are the location for the second and third sets of steps in cellular respiration, the Krebs cycle and the electron transport chain. Following a transitional step (see Figure 7.7), the products of glycolysis—the downstream products of the original glucose molecule—pass into the inner compartment of a mitochondrion, where the Krebs cycle takes place. Electrons derived from the Krebs cycle then migrate, via electron carriers, from the Krebs cycle site into the highly folded inner membrane of the mitochondrion, where the bulk of ATP is produced in the electron transport chain. mitokondrion membran dalam

Rangkaian transpor elektron glikolisis membrandalam membrane luar H+ H+ H+ H+ H+ Rangkaian transpor elektron Daur Krebs H+ H+ H+ H+ e- Figure: 07-06b Title: Energy transfer in the mitochondria. Caption: Mitochondria are organelles, or “tiny organs,” that exist within cells. They are the location for the second and third sets of steps in cellular respiration, the Krebs cycle and the electron transport chain. Following a transitional step (see Figure 7.7), the products of glycolysis—the downstream products of the original glucose molecule—pass into the inner compartment of a mitochondrion, where the Krebs cycle takes place. Electrons derived from the Krebs cycle then migrate, via electron carriers, from the Krebs cycle site into the highly folded inner membrane of the mitochondrion, where the bulk of ATP is produced in the electron transport chain. O2 kompartemen luar H2O kompartemen dalam

Menuju ke rangkaian transpor elektron glikolisis mitokondrion Asam piruvat cytosol NAD+ koenzim A NADH Menuju ke rangkaian transpor elektron Figure: 07-07 Title: Transition between glycolysis and the Krebs cycle. Caption: The pyruvic acid product of glycolysis does not enter directly into the Krebs cycle. Rather, it must first be transformed into acetyl coenzyme A. The consequences of this reaction are the production of CO2, which dissolves into the bloodstream, and the production of an NADH molecule, which continues onto the electron transport chain. Because one molecule of glucose produces two molecules of pyruvic acid, two molecules of NADH are produced per glucose molecule in this transitional step. koA asetll koenzim A CO2 Kompartemen dalam Daur Krebs

Katabolisme, Transfer Elektron dan Reaksi Oksidasi Reduksi Elektron dibebaskan dari oksidasi nutrisi selama katabolisme. Elektron dipindahkan oleh pembawa elektron melalui suatu proses untuk menghasilkan ATP.

Oksidasi - Reduksi Oksidasi: Pengambilan/pemindahan elektron dari suatu senyawa. Reduksi: Penambahan/pemberian elektron kepada suatu senyawa. Pembawa Elektron adalah molekul yang memindahkan elektron selama proses oksidasi reduksi di dalam sel diperankan oleh NADH, FADH2

NAD (Nikotinamida Dinukleotida) Di dalam sel, NAD terdapat dalam 2 bentuk: Bentuk membawa elektron atau atom hidrogen ( NADH) dan tanpa atom hidrogen (NAD+). NAD+ berperan sebagai senyawa pengoksidasi, bila menerima atom hidrogen dan elektron, menjadi NADH.

NAD (Nikotinamida Dinukleotida) NADH dapat memindahkan elektron ke molekul lain, dan kembali menjadi NAD. Proses pemindahan ini dikendalikan/dilakukan oleh enzim.

- - - - + NAD+ NADH NAD+ kosong terisi kosong + + H proton NAD H teroksidasi - + - + NAD NAD H - - - + - H tereduksi Figure: 07-03 Title: The electron carrier NAD+. Caption: In its unloaded form (NAD+) and its loaded form (NADH), this molecule is a critical player in energy transfer, picking up energetic electrons from food and transferring them to later stages of respiration. + H

Rangkaian Transpor Elektron NADH memindahkan elektron ke suatu rangkaian molekul yang terdapat di membran dalam mitokondria. Perpindahan elektron mengakibatkan perpindahan ion H+ melawan gradien konsenrasi.

Rangkaian Transpor Elektron Energi yang terbentuk pada saat masuknya kembali ion H+ ke dalam mitokondria melalui ATP sintase, digunakan untuk menggabungkan fosfat dengan ADP untuk membentuk ATP. Dihasilkan ATP yang lebih banyak pada tahap ini (32 ATP per glukosa).

RANGKAIAN TRANSPOR ELEKTRON mitokondria GLYCOLYSIS KREBS CYCLE inner membrane ELECTRON TRANSPORT CHAIN 32 ATP inner compartment O2 H2O outer compartment Kompartemen bagian luar SINTESIS ATP H+ H+ H+ H+ H+ inner membrane H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ Figure: 07-09 Title: The electron transport chain. Caption: The movement of electrons through the ETC powers the process that provides the bulk of the ATP yield in respiration. The electrons carried by NADH and FADH2 are released into the ETC and transported along its chain of molecules. The movement of electrons along the chain releases enough energy to power the pumping of hydrogen ions (H+) across the membrane into the outer compartment of the mitochondrion. It is the subsequent energetic “fall” of the H+ ions back into the inner compartment that drives the synthesis of ATP molecules by the enzyme ATP synthase. H+ NADH H+ ATP synthesis NAD+ 2 H+ + 1/2 O2 ADP + P Kompartemen bagian dalam H2O ATP RANGKAIAN TRANSPOR ELEKTRON

SIKLUS ASAM SITRAT fosforilasi pada tingkat substrat : 1,3 BPG  3 PG 2 ATP PEP  Piruvat 2 ATP Suksinil koA  suksinat 2 ATP TOTAL 6 ATP

OKSIDASI FOSFORILASI

ENERGI HASIL GLIKOLISIS Hasil 2 mol ATP eq dg energi 14.000 kalori Total energi yang dibebaskan (dari glukosa-as laktat) = 56.000 kalori Maka efisiensinya = 25 %

ATP YANG TERBENTUK ATP dibentuk fosforilasi oksidatif dari reoksidasi koenzim tereduksi oleh rantai pernafasan 3PG  1,3 BPG = NAD = 4 ATP Pir  asetil KoA = NAD = 6 ATP Isositrat  alfa ketoglutarat = NADP = 6 ATP Alfa ketoglutarat  suksinil koA = NAD = 6 ATP Suksinat  fumarat = FAD = 4 ATP Malat  oksaloasetat = NAD = 6 ATP TOTAL = 32 ATP fosforilasi pada tingkat substrat : 1,3 BPG  3 PG 2 ATP PEP  Piruvat 2 ATP Suksinil koA  suksinat 2 ATP TOTAL 6 ATP

Energetika Oksidasi KH 1 mol glukosa CO2 + H2O (kolorimeter) timbul panas  2870 KJ dalam jaringan sebagian panas (1398 KJ) diikat fosfat berenergi tinggi. 1 mol glukosa CO2 + H2O + 38 ATP (1ATP  36,8 KJ)

Metabolisme energi lipid

Overview METABOLISME LIPID

OKSIDASI LIPID Asam lemak yang ada di dalam sel ( sitosol ) berasal dari 2 sumber : - Asam lemak bebas dari darah - Hasil pemecahan triasilgliserol sel oleh enzim lipase Selanjutnya untuk menghasilkan energi, asam - asam lemak tersebut harus dioksidasi. Proses oksidasi asam lemak berlangsung di dalam mitokondria Jadi asam lemak yang ada di sitosol harus dikirim ke dalam mitokondria untuk bisa mengalami proses oksidasi

OKSIDASI BETA perubahan asam lemak bebas menjadi asetil KoA ( untuk bisa masuk ke siklus sel) ASAM LEMAK DAPAT MASUK KE DALAM MITOKONDRIA MELALUI TAHAP – TAHAP SEBAGAI BERIKUT :

OKSIDASI BETA

Tahap yang berkaitan dengan NAD Tahap yang berkaitan dengan FAD HASIL ATP DI DALAM TAHAP – TAHAP OKSIDATIF SELAMA OKSIDASI SATU MOLEKUL PALMITOIL – KoA MENJADI CO2 + H2O Tahap yang berkaitan dengan NAD Tahap yang berkaitan dengan FAD ATP Asil-KoA dehidrogenase 7 14 3-Hidroksiasil-KoA dehidrogenase 21 Isositrat dehidrogenase 8 24 a-ketoglutarat dehidrogenase Suksinil-KoA * sintetase Suksinat dehidrogenase 16 Malat dehidrogenase Total ATP yang terbentuk : 131

Asetil – KoA yang telah terbentuk dari hasil oksidasi asam LEMAK di dalam mitokondria, dihadapkan pada 2 alternatif / kemungkinan proses selanjutnya yaitu : Asetil – KoA akan langsung dioksidasi lebih lanjut menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat / siklus Krebs. 2. Asetil – KoA akan diubah menjadi badan keton untuk dikirim ke jaringan perifer. (Selanjutnya di jaringan perifer badan keton akan dioksidasi) Yang terutama menentukan jalur mana yang akan dilalui asetil – KoA adalah : TERSEDIANYA OKSALOASETAT untuk memulai masuknya asetil – KoA ke dalam siklus asam sitrat. Bila konsentrasi oksaloasetat rendah (pada keadaan : puasa, diet rendah karbohidrat, penyakit diabetes melitus yang tidak terkontrol ) maka hanya sedikit asetil – KoA yang masuk ke dalam siklus asam sitrat, sehingga jalur pembentukan “ badan keton “ yang akan terjadi.

KETON BODIES

brown fat Jaringan lemak coklat (bayi usia sekitar 26 minggu gestasi ) mempunyai banyak vakuola lemak dan mengelilingi inti yang ada ditengah, sedangkan sel lemak putih hanya mempunyai satu vakuola lemak besar dan satu inti berbentuk perak terletak pada perimeter Sel lemak coklat berisi glikogen dan banyak mengandung mitokondria dengan multipel cristae untuk menghasilkan bahan bakar dan energi yang dibutuhkan guna produksi panas dengan cepat, sedangkan sel lemak putih tidak berisi glikogen dan mitokondria relatif sedikit

Jaringan lemak coklat berisi simpanan trigliserida konsentrasi tinggi. Jaringan lemak coklat mempunyai banyak vaskularisasi dan penuh persarafan tidak bermielin dengan ujung saraf simpatis disetiap sel lemak. Ujung saraf simpatis akan mengeluarkan noradrenalin yang akan menstimulasi lipolisis dan aktivitas uncoupling protein.

Fungsi lemak coklat Membawa nutrient seluler dan sampah metabolik ke tempat semestinya. Menyebarkan panas yang dihasilkan dalam jaringan lemak coklat untuk istirahat tubuh Suplai saraf tidak bermielin menghasilkan jalur untuk stimulasi jaringan lemak coklat

Termogenin dan ox phos pd brown fat pernafasan dalam jaringan lemak coklat adalah tidak menghasilkan energi dalam bentuk ATP, tetapi lebih dalam bentuk panas (jalur alternatif phosphorilasi oksidatif khas ) proton menurunkan gradien elektrokimia dan masuk matrik mitokondria melalui ATP synthase, sampai gradient habis. Pada jaringan lemak coklat, UCP 1 menyediakan bypass bagi ATP synthase (kecepatan enzim dalam produksi panas terbatas), dan dengan demikian energi pada gradient elektrokimia tidak digunakan untuk sintesis ATP, tetapi oksidasi lemak lebih banyak dilepaskan sebagai panas Mitokondria dalam jaringan lemak coklat dapat menghabiskan “ hampir 90% energi respirasi sebagai termogenesis nonshivering

Non shivering thermogenesis brown adipose tissue

Metabolisme energi protein

JALUR INTERKONVERSI ASAM AMINO