Energi, anabolisme, katabolisme

Presentasi berjudul: "Energi, anabolisme, katabolisme"— Transcript presentasi:

1 Energi, anabolisme, katabolisme
Materi 4 Bioenergetik Energi, anabolisme, katabolisme

2 BIOENERGETIKA , OKSIDASI BIOLOGI DAN RANTAI RESPIRASI
Bioenergetika dan ATP Bioenergetika atau termodinamika biokimia adalah ilmu pengetahuan mengenai perubahan energi yang menyertai reaksi biokimia. Sistem nonbiologik dapat menggunakan energi panas untuk melangsungkan kerjanya. Sedangkan sistem biologik bersifat isotermik dan menggunakan energi kimia untuk memberikan tenaga bagi proses kehidupan.

3 Kaidah Termodinamika Kaidah termodinamika dalam sistem biologik
Kaidah pertama termodinamika: Kaidah pertama ini merupakan hukum penyimpanan energi, yang berbunyi: energi total sebuah sistem, termasuk energi sekitarnya adalah konstan. Ini berarti bahwa saat terjadi perubahan di dalam sistem tidak ada energi yang hilang atau diperoleh. Namun energi dapat dialihkan antar bagian sistem atau dapat diubah menjadi energi bentuk lain. Contohnya energi kimia dapat diubah menjadi energi listrik, panas, mekanik dan sebagainya

4 lanjutan Kaidah kedua termodinamika:
Kaidah kedua berbunyi: entropi total sebuah sistem harus meningkat bila proses ingin berlangsung spontan. Entropi adalah derajat ketidakteraturan atau keteracakan sistem. Entropi akan mencapai taraf maksimal di dalam sistem seiring sistem mendekati keadaan seimbang yang sejati. Dalam kondisi suhu dan tekanan konstan, hubungan antara perubahan energi bebas (ΔG) pada sebuah sistem yang bereaksi, dengan perubahan entropi (ΔS), diungkapkan dalam persamaan: ΔG = ΔH – TΔS Keterangan: ΔH adalah perubahan entalpi (panas) dan T adalah suhu absolut.

5 lanjutan Di dalam kondisi reaksi biokimia, mengingat ΔH kurang lebih sama dengan ΔE, perubahan total energi internal di dalam reaksi, hubungan di atas dapat diungkapkan dengan persamaan: ΔG = ΔE – TΔS Jika ΔG bertanda negatif, reaksi berlangsung spontan dengan kehilangan energi bebas (reaksi eksergonik). Jika ΔG sangat besar, reaksi benar-benar berlangsung sampai selesai dan tidak bisa membalik (irreversibel). Jika ΔG bertanda positif, reaksi berlangsung hanya jika memperoleh energi bebas (reaksi endergonik). Bila ΔG sangat besar, sistem akan stabil tanpa kecenderungan untuk terjadi reaksi.

6 lanjutan Peran senyawa fosfat berenergi tinggi dalam penangkapan dan pengalihan energi Untuk mempertahankan kehidupan, semua organisme harus mendapatkan pasokan energi bebas dari lingkungannya. Organisme autotrofik melakukan metabolisme dengan proses eksergonik sederhana, misalnya tumbuhan hijau menggunakan energi cahaya matahari, bakteri tertentu menggunakan reaksi Fe2+  Fe3+. Sebaliknya organisme heterotrofik, memperoleh energi bebasnya dengan melakukan metabolisme yaitu pemecahan molekul organik kompleks.

7 lanjutan Mg2+ Adenosin trifosfat (ATP) berperan sentral dalam pemindahan energi bebas dari proses eksergonik ke proses endergonik. ATP adalah nukleotida trifosfat yang mengandung adenin, ribosa dan 3 gugus fosfat (lihat Gambar 3.1). Dalam reaksinya di dalam sel, ATP berfungsi sebagai kompleks Mg2+ Gambar 3.1 ATP diperlihatkan sebagai kompleks magnesium

8

9 lanjutan Energi bebas baku hasil hidrolisis senyawa-senyawa fosfat penting dalam biokimia tertera pada Tabel 3.1. Terlihat bahwa nilai hidrolisis gugus terminal fosfat pada ATP terbagi menjadi 2 kelompok. Pertama, fosfat berenergi rendah yang memiliki ΔG lebih rendah dari pada ΔG0 pada ATP. Kedua, fosfat berenergi tinggi yang memiliki nilai ΔG lebih tinggi daripada ΔG0 pada ATP, termasuk di dalamnya, ATP dan ADP, kreatin fosfat, fosfoenol piruvat dan sebagainya.

10 lanjutan Senyawa biologik penting lain yang berenergi tinggi adalah tiol ester yang mencakup koenzim A (misal asetil-KoA), protein pembawa asil, senyawa-senyawa ester asam amino yang terlibat dalam sintesis protein, S-adenosilmetionin (metionin aktif), uridin difosfat glukosa dan 5-fosforibosil-1-pirofosfat.

11 lanjutan Tabel 3.1 Energi bebas baku hasil hidrolisis beberapa senyawa
organofosfat yang memiliki peran penting dalam biokimia Gugus fosfat berenergi tinggi oleh Lipmann dilambangkan dengan ~℗. Simbol ini menunjukkan bahwa gugus yang melekat pada ikatan, pada saat peralihan pada suatu akseptor yang tepat, akan mengakibatkan pemindahan kuantitas energi bebas yang lebih besar. Oleh karena itulah sebagian ahli biokimia lebih menyukai istilah potensial pemindahan gugus daripada ikatan berenergi tinggi.

12 lanjutan Berdasarkan posisi ATP pada Tabel 3.1, maka ATP merupakan donor fosfat berenergi tinggi (donor energi bebas) bagi senyawa-senyawa di bawahnya. Di sisi lain, ADP dapat menerima fosfat berenergi tinggi untuk membentuk ATP dari senyawa yang berada di atas ATP dalam tabel. Akibatnya siklus ATP/ADP menghubungkan proses-proses yang menghasilkan ~℗ dan proses-proses yang menggunakan ~℗. Dengan demikian ATP terus dikonsumsi dan terus diproduksi. Proses terjadi dengan kecepatan sangat tinggi, karena depot ATP/ADP sangat kecil dan hanya cukup untuk mempertahankan jaringan aktif dalam beberapa detik saja.

13 lanjutan Ada 3 sumber utama ~℗ yang berperan dalam konservasi atau penangkapan energi. 1. Fosforilasi oksidatif Fosforilasi oksidatif adalah sumber ~℗ terbesar dalam organisme aerobik. Energi bebas untuk menggerakkan proses ini berasal dari oksidasi rantai respirasi di dalam mitokondria dengan menggunakan oksigen. 2. Glikolisis Dalam glikolisis terjadi pembentukan netto dua ~℗ yang terjadi akibat pembentukan laktat 3. Siklus asam sitrat/Siklus Krebs/Siklus Asam Tri Karboksilat Dalam siklus asam sitrat satu ~℗ dihasilkan langsung pada tahap suksinil tiokinase.

14 lanjutan 4. Oksidasi biologi
Oksidasi adalah pengeluaran elektron dan reduksi adalah pemerolehan elektron. Sebagai contoh adalah oksidasi ion fero menjadi feri yang dilukiskan pada Gambar 3.3. Dengan demikian oksidasi akan selalu disertai reduksi akseptor elektron.e- (elektron) Fe2+ Fe3+ Gambar 3.3 Oksidasi ion fero menjadi feri

15 lanjutan Enzim-enzim penting dalam oksidasi biologi
Enzim-enzim yang terlibat dalam reaksi reduksi dan oksidasi dinamakan enzim oksidoreduktase. Terdapat 4 kelompok enzim oksidoreduktase yaitu: oksidase, dehidrogenase, hidroperoksidase dan oksigenase.

16 lanjutan Oksidase Enzim oksidase mengkatalisis pengeluaran hidrogen dari substrat dengan menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen. Enzim-enzim tersebut membentuk air atau hidrogen peroksida. Contoh peran enzim tersebut dilukiskan pada Gambar 3.4

17 lanjutan

18 lanjutan Gambar 3.4 Oksidasi metabolit yang dikatalisis oleh enzim oksidase Termasuk sebagai oksidase antara lain sitokrom oksidase, oksidase asam L-amino, xantin oksidase, glukosa oksidase.

19 lanjutan Dehidrogenase
Dehidrogenase tidak dapat menggunakan oksigen sebagai akseptor hidrogen. Enzim-enzim ini memiliki 2 fungsi utama yaitu: Pertama, berperan dalam pemindahan hidrogen dari substrat yang satu ke substrat yang lain dalam reaksi reduksi-oksidasi berpasangan. Kedua, sebagai komponen dalam rantai respirasi pengangkutan elektron dari substrat ke oksigen.

20 Reaksi Oksidasi Reduksi

21 lanjutan Gambar 3.5 Oksidasi suatu metabolit yang dikatalisis oleh enzim-enzim dehidrogenase Contoh dari enzim dehidrogenase adalah suksinat dehidrogenase, asil-KoA dehidrogenase, gliserol-3-fosfat dehidrogenase, semua sitokrom kecuali sitokrom oksidase.

22 lanjutan Hidroperoksidase
Enzim hidroperoksidase menggunakan hidrogen peroksida atau peroksida organik sebagai substrat. Ada 2 tipe enzim yang masuk ke dalam kategori ini yaitu peroksidase dan katalase. Enzim hidroperoksidase melindungi tubuh terhadap senyawa-senyawa peroksida yang berbahaya. Penumpukan peroksida menghasilkan radikal bebas yang dapat merusak membran sel dan menimbulkan kanker serta aterosklerosis.

23 lanjutan Hidroperoksidase
Enzim hidroperoksidase menggunakan hidrogen peroksida atau peroksida organik sebagai substrat. Ada 2 tipe enzim yang masuk ke dalam kategori ini yaitu peroksidase dan katalase. Enzim hidroperoksidase melindungi tubuh terhadap senyawa-senyawa peroksida yang berbahaya. Penumpukan peroksida menghasilkan radikal bebas yang dapat merusak membran sel dan menimbulkan kanker serta aterosklerosis.

24 lanjutan Oksigenase Oksigenase mengkatalisis pemindahan langsung dan inkorporasi oksigen ke dalam molekul substrat. Enzim ini dikelompokkan menjadi 2 yaitu monooksigenase dan dioksigenase.

25 Rantai Respirasi Rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif
Rantai respirasi terjadi di dalam mitokondria sebagai pusat tenaga. Di dalam mitokondria inilah sebagian besar peristiwa penangkapan energi yang berasal dari oksidasi respiratorik berlangsung. Sistem respirasi dengan proses pembentukan intermediat berenergi tinggi (ATP) ini dinamakan fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif memungkinkan organisme aerob menangkap energi bebas dari substrat respiratorik dalam proporsi jauh lebih besar daripada organisme anaerob.

26 Fosforilasi Oksidatif
Proses fosforilasi oksidatif Organisme kemotrop memperoleh energi bebas dari oksidasi molekul bahan bakar, misalnya glukosa dan asam lemak. Pada organisme aerob, akseptor elektron terakhir adalah oksigen. Namun elektron tidak langsung ditransfer langsung ke oksigen, melainkan dipindah ke pengemban-pengemban khusus antara lain nikotinamida adenin dinukleotida (

27 Fosforilasi oksidatif di Mitokhondria
NAD+) dan flavin adenin dinukleotida (FAD). Pengemban tereduksi ini selanjutnya memindahkan elektron ke oksigen melalui rantai transport elektron yang terdapat pada sisi dalam membran mitokondria (Gambar 3.7). Gradien proton yang terbentuk sebagai hasil aliran elektron ini kemudian mendorong sintesis ATP dari ADP dan Pi dengan bantuan enzim ATP sintase. Proses tersebut dinamakan fosforilasi oksidatif. Dalam hal ini energi dipindahkan dari rantai transport elektron ke ATP sintase oleh perpindahan proton melintasi membran. Proses ini dinamakan kemiosmosis.

28

29

30

31 Gambar 3.7 Ringkasan proses fosforilasi oksidatif di dalam mitokondriaRantai transport elektron membawa proton dan elektron, memindahkan elektron dari donor ke akseptor dan mengangkut proton melalui membran. Kompleks INADH + H+FMNFe2+SCoQNAD+FMNH2Fe3+SCoQH2Kompleks IISuccinateFADFe2+SCoQFumarateFADH2Fe3+SCoQH2Kompleks IIICoQH2cyt b oxFe2+Scyt c1 oxcyt c redCoQcyt b redFe3+Scyt c1 redcyt c oxKompleks IVcyt c redcyt a oxcyt a3 redO2cyt c oxcyt a redcyt a3 ox2 H2OGambar 3.8 Tahap-tahap proses fosforilasi oksidatifSecara ringkas fosforilasi oksidatif, terdiri atas 5 proses dengan dikatalisis oleh kompleks enzim, masing-masing kompleks I, kompleks II, kompleks III, kompleks IV dan kompleks V (Tabel 3.2). Tabel 3.2 Informasi tentang enzim yang berperan dalam fosforilasi oksidatif

32 NamaPenyusun   kDa   PolypeptidesKompleks INADH dehydrogenase (or) NADH-coenzyme Q reductase80025Kompleks IISuccinate dehydrogenase (or) Succinate-coenzyme Q reductase1404Kompleks IIICytochrome C - coenzyme Q oxidoreductase Kompleks IVCytochrome oxidase17013Kompleks VATP synthase Pada Gambar 3.8, kotak biru (gelap) di bawah menunjukkan reaksi oksidasi-reduksi yang terjadi pada masing-masing kompleks enzim. Singkatan-singkatan diuraikan sebagai berikut: FMN: flavin mononukleotida, Fe2+S: besi tereduksi-sulfur, Fe3+S: besi teroksidasi-sulfur, cyt: sitokrom, CoQ: koenzim Q.

33 lanjutan Kompleks I Pada tahap ini, masing-masing molekul NADH memindahkan 2 elektron berenergi tinggi ke FMN, kemudian ke protein besi-sulfur dan terakhir ke koenzim Q (ubiquinon)

34 lanjutan Kompleks II FADH2 dihasilkan oleh suksinat dehidrogenase dalam siklus asam sitrat, memindahkan elektron ke CoQ melalui kompleks II. FADH2 dihasilkan oleh asil KoA dehidrogenase dalam oksidasi beta asam lemak, memindahkan elektron ke CoQ melalui kompleks yang sama.

35 lanjutan

36 lanjutan Kompleks III CoQ memindahkan elektron ke serangkaian sitokrom dan protein besi-sulfur. Sitokrom terdiri atas kelompok heme seperti hemoglobin dan besi dengan heme menerima elektron.

37 lanjutan

38 lanjutan

39 lanjutan Kompleks III CoQ memindahkan elektron ke serangkaian sitokrom dan protein besi-sulfur. Sitokrom terdiri atas kelompok heme seperti hemoglobin dan besi dengan heme menerima elektron.

40 lanjutan Kompleks IV Penerima terakhir dari rantai transport elektron adalah kompleks besar terdiri atas 2 heme dan 2 atom tembaga.

41 lanjutan

42 lanjutan Kompleks V Pada tahap ini, protein kompleks yang mengkatalisis konversi ADP menjadi ATP, diisikan oleh gradien kemiosmotik. Proton mengalir kembali ke matriks mitokondria melalui kompleks ATP sintase dan energi berasal dari penurunan gradien pH digunakan untuk membentuk ATP.

43 lanjutan

44 lanjutan Pada fosforilasi oksidatif, pelibatan NADH menghasilkan pembentukan 3 molekul ATP, sedangkan pelibatan FADH2 menghasilkan pembentukan 2 molekul ATP.

45 Metabolisme

46 Metabolisme – semua proses kimia dan reaksi kimia yang terjadi dalam sel
1. Katabolisme ( Katabolik ) Pemecahan molekul organik kompleks menjadi senyawa sederhana Melepaskan ENERGI 2. Anabolisme ( Anabolik) Pembentukan / Pembangunan molekul organik kompleks dari senyawa sederhana Membutuhkan ENERGI

47 Enzymes - adalah katalis yang mempercepat dan langsung terlibat mempercepat reaksi kimia, enzym sendiri tidak ikut dalam reaksi A. Enzym yg kerjanya spesifik Lipase Lemak / Lipida Sukrase Sukrose Urease Urea Protease Protein Dnase DNA

48 Penjelasan tentang spesifitas Enzym yang diterangkan dengan teori Lock and Key Theory
E + S > ES > E + P

49 Pemberian Nama Enzym – adalah memberikan tambahan “ase” pada substrat
Sukrosa Sukrase Lemak Lipase DNA DNase Protein Protease Pemindahan Hydrogen Dehydrogenase Pemindahan fofat Phosphotase

50 Penggolongan Enzym berdasarkan aktivitasnya
Juga berdasarkan proses yang dikatalisa 1. Oxidoreductase oxidation & reduction 2. Hydrolase hydrolysis 3. Ligase synthesis

51 Komponen Enzyme Ada 2 bagian
1. Apoenzym - senyawa protein 2. Koenzym (Kofaktor) - senyawa, zat non-protein Holoenzym - keseluruhan enzim -

52 Koenzym Babarapa diperoleh dari vitamin 1. Niasin 2. Riboflavin
NAD (Nikotinamid adenin dinukleotida) 2. Riboflavin FAD (Flavin adenin dinucleotida) 3. Asam Pantantotenat (Pantothenic Acid) CoEnzyme A

53 Faktor2 yg berpengaruh terhadap Aktivitas Enzymatik
Denaturasi Protein

54

55

56

57 Penghambat yang berpengaruh thdp aktivitas enzimatik
1. Penghambat Kompetitif 2. Penghambat Nonkompetitif

58 Penghambat Kompetitif – memblok sisi aktif
1. Penisilin Memblok sisi aktif enzim sehingga terjadi penghambatan karena adanya jembatan silang pentaglisin 2. Sulfanilamid ( Obat2 Sulfa ) memblok sisi aktif pada enzym yg mengkorvensi PABA menjadi Asam Folat Folic Acid - required for the synthesis of DNA and RNA Selective Toxicity

59 Non-competitive Inhibitors - attach to an allosteric site

60

61 Produksi Energi 1. Oksidasi 2. Reduksi
Menunjuk pada lepasnya / hilangnya Hidrogen dan atau elektron 2. Reduksi Penangkapan/Penggabungan Hidrogen dan/atau elektron Show NAD cycle on the board NAD Cycle

62 Katabolisme Karbohidrat
Mikroorganisme mengoksidasi karbohidrat sebagai sumber energi primer Glukosa – secara umum dapat menjadi sumber energi Energi dapat dihasilkan dari Glucosa dengan cara : Respirasi Fermentasi

63 Respirasi Selular secara Aerobik
Elektron dilepaskan dari oksidasi melalui cara Sistem Transport Elektron ( Electron Transport System ) dengan oksigen sebagai penerima elektron (Final Electron Acceptor) Persamaan Umum : Glukosa + oksigen----> Karbon dioksida + air ATP

64 Persamaan Kimia C6H12O6 + 6 O2 -------> 6 CO2 + 6 H2O
38 ADP + 38 P ATP

65 Respirasi Seluler Aerobik
4 subpathway 1. Glikolisis 2. Reaksi Transisi 3. Siklus Kreb 4. Sistem Transport Elektron (Electron Transport System)

66 1. Glikolisis (pemecahan gula )
Oksidasi Glukosa menjadi 2 molekul Asam Piruvat Siklus Embden-Meyerhof Hasil akhir Glycolisis: 2 Asam Piruvat 2 NADH2 2 ATP

67 2. Reaksi Transisi Menghubungkan Glikolisis ke Siklus Kreb
Hasil akhir : 2 Asetyl KoEnzym A 2 CO2 2 NADH2

68 3. Silus Krebs (Siklus Asam Sitrat )
Urutan reaksi kimia awal dan akhirnya asam sitrat Hasil akhir: 2 ATP 6 NADH2 2 FADH2 4 CO2

69 4. Sistem Transport Elektron (Electron Transport System)
Terjadi dalam membran sel bakteri Model Khemiosomosa Mitchell 34 ATP

70 Bagaimana penjelasan 34 ATP dari E. T. S
Bagaimana penjelasan 34 ATP dari E.T.S. ? 3 ATP for each NADH2 2 ATP for each FADH2 NADH2 Glicolisis R. Tansisi Siklus Kreb Total 10 x 3 = 30 ATP FADH2 Glicolisis R. Transisi Siklus Kreb Total 2 x 2 = 4 ATP

71 ATP Total yg dihasilkan dari oksidasi sempurna 1 molekul glukosa pada Resprasi Aerobik
Glycolysis Transition Reaction Krebs Cycle E.T.S Total ATP

72 Respirasi Anaerob Elektron yg dihasilkan melalui oksidasi melalui E.T.S., tetapi oksygen tidak sebagai elektron aseptor terakhir Nitrat (NO3-) > Nitrit (NO2-) Sulfat (SO24-) > Hidrogen Diulfida (H2S) Karbonat (CO24-) > Metan (CH4)

73 Fermentasi Proses Anaerob yg tidak memlaui E.T.S. Umumnya melibatkan oksidasi yang tidak sempurna dari karbohidrat sehingga dapat menjadikan oksigen sebagai aseptor elektron terakhir . Glicolisis – ditambah tahapan tambahan

74 Fermentasi dapat menghasilkan sejumlah hasil akhir
1. Jenis mikroorganisme 2. Substrat Original 3. Kandungan Enzym yg sedang ada dan aktif

75 1. Fermentasi Asam Laktat
Hanya 2 ATP Hasil akhir - Asam Laktat Makanan Busuk Produksi Makanan Yogurt Susu/Milk “Pickles” timun/Cucumbers “Sauerkraut” - Kubis 2 Genera: Streptococcus Lactobacillus

76 2. Fermentasi Alcohol Hanya 2 ATP Hasil akhir : Minuman Beralkohol
Roti yang sudah beralkohol Buah2an sudah beralkohol Saccharomyces cerevisiae (Yeast)

77 3. Fermentasi Asam Campuran
Hanya 2 ATP Hasil akhir - “Tidak Jelas” Escherichia coli dan beberapa mikroorganisme enteric

78 Fermentasi Asam Propionat
Hanya 2 ATP Hasil akhir : Asam Propionat CO2 Propionibacterium sp.

79 Hasil akhir fermentasi

80 Katabilisme Lemak

81 Katabolisme Protein

82 Fotosintesis - Konversi of energi dari sinar matahari menjadi energi kimia
Energi kimia digunakan untuk mereduksi CO2 menjadi gula (CH2O) Fiksasi Karbon – siklus karbon di lingkungan (Kehidupan sangat tergantung dari hal tersebut ) Photosynthesis Tanaman Hijau Algae/Ganggang Bakteri fotosintesis (Cyanobacteria)

83 Persamaan Reaksi 2 Bagian : 1. Reaksi Terang 2. Reaksi Gelap
6 CO2 + 6 H2O + sinar matahari > C6H12O6 + 6 O2 2 Bagian : 1. Reaksi Terang 2. Reaksi Gelap

84 Reaksi Terang Fotofofosforilasi Non-Siklis
ATP NADPH2 Reaksi Terang (disederhanakan )

85 2. Reaksi Gelap

86 Foundations in Microbiology
PowerPoint to accompany Foundations in Microbiology Fifth Edition Talaro Chapter 8 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

87 Microbial Metabolism: The Chemical Crossroads of Life Chapter 8

88 Metabolism The sum total of all chemical reactions & physical workings occurring in a cell

89 2 types of metabolism Anabolism - biosynthesis
building complex molecules from simple ones requires energy (ATP) Catabolism - degradation breaking down complex molecules into simple ones generates energy (ATP)

90

91

92

93 Enzyme structure Simple enzymes – consist of protein alone
Conjugated enzymes or holoenzymes – contain protein and nonprotein molecules apoenzyme –protein portion cofactors – nonprotein portion metallic cofactors – iron, copper, magnesium coenzymes -organic molecules - vitamins

94

95 Enzyme-substrate interactions

96 Exoenzymes – transported extracellularly, where they break down large food molecules or harmful chemicals; cellulase, amylase, penicillinase Endoenzymes – retained intracellularly & function there

97

98 Constitutive enzymes – always present, always produced in equal amounts or at equal rates, regardless of amount of substrate; enzymes involved in glucose metabolism Induced enzymes – not constantly present, produced only when substrate is present, prevents cell from wasting resources

99

100 Synthesis or condensation reactions – anabolic reactions to form covalent bonds between smaller substrate molecules, require ATP, release one molecule of water for each bond Hydrolysis reactions– catabolic reactions that break down substrates into small molecules, requires the input of water

101

102 Transfer reactions by enzymes
Oxidation-reduction reactions – transfer of electrons Aminotransferases – convert one type of amino acid to another by transferring an amino group Phosphotransferases – transfer phosphate groups, involved in energy transfer Methyltransferases – move methyl groups from one molecule to another Decarboxylases – remove carbon dioxide from organic acids

103 Metabolic pathways

104 Control of enzyme activity
Competitive inhibition – substance that resembles normal substrate competes with substrate for active site Feedback inhibition – concentration of product at the end of a pathway blocks the action of a key enzyme Feedback repression – inhibits at the genetic level by controlling synthesis of key enzymes Enzyme induction – enzymes are made only when suitable substrates are present

105 Competitive inhibition

106 Energy –capacity to do work or cause change
Endergonic reactions – consume energy Exergonic reactions – release energy

107 Redox reactions always occur in pairs
There is an electron donor and electron acceptor which constitute a redox pair The process salvages electrons & their energy. released energy can be captured to phosphorylate ADP or another compound

108 Electron carriers resemble shuttles that are loaded and unloaded with electrons and hydrogen most carriers are coenzymes, NAD, FAD, NADP, coenzyme A & compounds of the respiratory chain

109 NAD reduction

110 Electron carriers

111 ATP 3 part molecule consisting of
adenine – a nitrogenous base ribose – a 5-carbon sugar 3 phosphate groups Removal of the terminal phosphate releases energy

112 ATP

113 Phosphorylation of glucose by ATP

114 Formation of ATP substrate-level phosphorylation
oxidative phosphorylation photophosphorylation

115 substrate-level phosphorylation

116 Catabolism of glucose Glycolysis
Tricarboxylic acid cycle, Kreb’s cycle Respiratory chain, electron transport

117 Metabolic strategies Pathways involved Final e- acceptor ATP yield
Aerobic respiration Glycolysis, TCA, ET O2 38 Anaerobic respiration NO3-, So4-2, CO3-3 variable Fermentation Glycolysis Organic molecules 2

118 Overview of aerobic respiration

119 Overview of aerobic respiration
Glycolysis – glucose (6C) is oxidized and split into 2 molecules of pyruvic acid (3C) TCA – processes pyruvic acid and generates 3 CO2 molecules Electron transport chain – accepts electrons NADH & FADH, generates energy through sequential redox reactions called oxidative phosphorylation

120 Glycolysis

121 TCA cycle

122 Electron transport system

123 Chemiosmosis

124 Fermentation Incomplete oxidation of glucose or other carbohydrates in the absence of oxygen Uses organic compounds as terminal electron acceptors Yields a small amount of ATP Production of ethyl alcohol by yeasts acting on glucose Formation of acid, gas & other products by the action of various bacteria on pyruvic acid

125 Fermentation

126 Products of fermentation

127 Many pathways of metabolism are bi-directional or amphibolic
Metabolites can serve as building blocks or sources of energy Pyruvic acid can be converted into amino acids through amination Amino acids can be converted into energy sources through deamination Glyceraldehyde-3-phosphate can be converted into precursors for amino acids, carbohydrates and fats

128

129