glikolisis dan dekarboksilasi oksidatif

13
METABOLISME KARBOHIDRAT Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H20 + CO2 + Energi, melalui tiga tahap: 1. Glikolisis 2. Daur Krebs 3. Transpor elektron respirasi 1. Glikolisis dan Dekarboksilasi Oksidatif Glikolisis Glikolisis merupakan proses pengubahan molekul sumber energi, yaitu glukosa yang mempunyai 6 atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat yang mempunyai 3 atom C. Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma). Reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tertentu, tetapi disini tidak akan dibahas enzim-enzim yang berperan dalam proses glikolisis ini. Dari sembilan tahapan reaksi tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua fase, yaitu fase investasi energi, yaitu dari tahap 1 sampai tahap 4, dan fase pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5 sampai tahap 9. Pertama-tama, glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat dari satu molekul ATP, yang kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat. Setelah itu, glukosa 6- fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu fruktosa 6- fosfat. Satu molekul ATP yang lain memberikan satu gugus fosfatnya kepada fruktosa 6-fosfat, yang membuat ATP tersebut menjadi ADP dan fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat. Kemudian, fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling isomer satu sama lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL (fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat). Tahapan-

Upload: glen-sinewe

Post on 13-Sep-2015

106 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

BIOKIMIA

TRANSCRIPT

METABOLISME KARBOHIDRATReaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H20 + CO2 + Energi, melalui tiga tahap:1. Glikolisis2. Daur Krebs3. Transpor elektron respirasi

1. Glikolisis dan Dekarboksilasi OksidatifGlikolisis Glikolisis merupakan proses pengubahan molekul sumber energi, yaitu glukosa yang mempunyai 6 atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat yang mempunyai 3 atom C. Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma). Reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tertentu, tetapi disini tidak akan dibahas enzim-enzim yang berperan dalam proses glikolisis ini. Dari sembilan tahapan reaksi tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua fase, yaitu fase investasi energi, yaitu dari tahap 1 sampai tahap 4, dan fase pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5 sampai tahap 9.Pertama-tama, glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat dari satu molekul ATP, yang kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat. Setelah itu, glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu fruktosa 6-fosfat. Satu molekul ATP yang lain memberikan satu gugus fosfatnya kepada fruktosa 6-fosfat, yang membuat ATP tersebut menjadi ADP dan fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat. Kemudian, fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling isomer satu sama lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL (fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat). Tahapan-tahapan reaksi diatas itulah yang disebut dengan fase investasi energi. Selanjutnya, dihidroksi aseton fosfat dan PGAL masing-masing mengalami oksidasi dan mereduksi NAD+, sehingga terbentuk NADH, dan mengalami penambahan molekul fosfat anorganik (Pi) sehingga terbentuk 1,3-difosfogliserat. Kemudian masing-masing 1,3-difosfogliserat melepaskan satu gugus fosfatnya dan berubah menjadi 3-fosfogliserat, dimana gugus fosfat yang dilepas oleh masing-masing 1,3-difosfogliserat dipindahkan ke dua molekul ADP dan membentuk dua molekul ATP. Setelah itu, 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat. Setelah menjadi 2-fosfogliserat, sebuah molekul air dari masing-masing 2-fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan fosfoenolpiruvat. Terakhir, masing-masing fosfoenolpiruvat melepaskan gugus fosfat terakhirnya, yang kemudian diterima oleh dua molekul ADP untuk membentuk ATP, dan berubah menjadi asam piruvat. (lihat bagan)Setiap pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan produk kotor berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul ATP, dan 2 molekul air. Akan tetapi, pada awal reaksi ini telah digunakan 2 molekul ATP, sehingga hasil bersih reaksi ini adalah 2 molekul asam piruvat (C3H4O3), 2 molekul NADH, 2 molekul ATP, dan 2 molekul air. Perlu dicatat, pencantuman air sebagai hasil glikolisis bersifat opsional, karena ada sumber lain yang tidak mencantumkan air sebagai hasil glikolisis.Dekarboksilasi Oksidatif Setelah melalui reaksi glikolisis, jika terdapat molekul oksigen yang cukup maka asam piruvat akan menjalani tahapan reaksi selanjutnya, yaitu siklus Krebs yang bertempat di matriks mitokondria. Jika tidak terdapat molekul oksigen yang cukup maka asam piruvat akan menjalani reaksi fermentasi. Akan tetapi, asam piruvat yang mandapat molekul oksigen yang cukup dan akan meneruskan tahapan reaksi tidak dapat begitu saja masuk ke dalam siklus Krebs, karena asam piruvat memiliki atom C terlalu banyak, yaitu 3 buah. Persyaratan molekul yang dapat menjalani siklus Krebs adalah molekul tersebut harus mempunyai dua atom C (2 C). Karena itu, asam piruvat akan menjalani reaksi dekarboksilasi oksidatif.Dekarboksilasi oksidatif adalah reaksi yang mengubah asam piruvat yang beratom 3 C menjadi senyawa baru yang beratom C dua buah, yaitu asetil koenzim-A (asetil ko-A). Reaksi dekarboksilasi oksidatif ini (disingkat DO) sering juga disebut sebagai tahap persiapan untuk masuk ke siklus Krebs. Reaksi DO ini mengambil tempat di intermembran mitokondria.Pertama-tama, molekul asam cuka yang dihasilkan reaksi glikolisis akan melepaskan satu gugus karboksilnya yang sudah teroksidasi sempurna dan mengandung sedikit energi, yaitu dalam bentuk molekul CO2. Setelah itu, 2 atom karbon yang tersisa dari piruvat akan dioksidasi menjadi asetat (bentuk ionisasi asam asetat). Selanjutnya, asetat akan mendapat transfer elektron dari NAD+ yang tereduksi menjadi NADH. Kemudian, koenzim A (suatu senyawa yang mengandung sulfur yang berasal dari vitamin B) diikat oleh asetat dengan ikatan yang tidak stabil dan membentuk gugus asetil yang sangat reaktif, yaitu asetil koenzim-A, yang siap memberikan asetatnya ke dalam siklus Krebs untuk proses oksidasi lebih lanjut. Selama reaksi transisi ini, satu molekul glukosa yang telah menjadi 2 molekul asam piruvat lewat reaksi glikolisis menghasilkan 2 molekul NADH.

Glikolisis: Peristiwa perubahan :Glukosa --> Glulosa - 6 - fosfat --> Fruktosa 1,6 difosfat --> 3 fosfogliseral dehid (PGAL) /Triosa fosfat --> Asam piravatJadi hasil dari glikolisis :2 molekul asam piravat.2 molekul NADH yang berfungsi sebagai sumber elektron berenergi tinggi.2 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa.2. Daur Krebs (daur trikarbekdlat):Daur Krebs (daur trikarboksilat) atau daur asam sitrat merupakan pembongkaran asam piravat secara aerob menjadi CO2 dan H2O serta energi kimia. Asam piruvat (CH3COCO2H) adalah sebuah asam alfa-keto yang memiliki peran penting dalam proses-proses biokimia. Anion karboksilat dari asam piruvat disebut piruvat

Nama sistematisasam 2-oksopropanoat

Nama lainAsam -ketopropionatasam asetilformatasam piroasematPyr

Rumus kimiaC3H4O3

Massa molar88.06 g/mol

Densitas1.250 g/cm

Titik lebur11.8 C

Titik didih165 C

SMILESCC(C(O)=O)=O

Sifat-sifat kimia dan fisikaAsam piruvat adalah cairan tak berwarna, dengan bau yang mirip asam asetat. Asam piruvat bercampur dengan air, dan larut dalam etanol dan dietil eter. Di laboratorium, asam piruvat dibuat dengan cara memanaskan campuran asam tartarat dengan kalium bisulfat, atau melalui hidrolisis asetil sianida, yang dibuat melalui reaksi asetil klorida dan kalium sianida:CH3COCl + KCN CH3COCNCH3COCN CH3COCOOHPeran biokimiaPiruvat adalah suatu senyawa kimia yang penting dalam biokimia. Senyawa ini merupakan hasil metabolisme glukosa yang disebut glikolisis. Sebuah molekul glukosa terpecah menjadi dua molekul asam piruvat, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan energi. Jika tersedia cukup oksigen, maka asam piruvat diubah menjadi asetil-KoA, yang kemudian diproses dalam siklus Krebs. Piruvat juga dapat diubah menjadi oksaloasetat melalui reaksi anaploretik yang kemudian dipecah menjadi molekul-molekul karbon dioksida. Nama siklus ini diambil dari ahli biokimia Hans Adolf Krebs, pemenang Hadiah Nobel 1953 bidang fisiologi, karena ia berhasil mengidentifikasi siklus tersebut).Jika tidak tersedia cukup oksigen, asam piruvat dipecah secara anaerobik, menghasilkan asam laktat pada hewan dan manusia, atau etanol pada tumbuhan. Piruvat diubah menjadi laktat menggunakan enzim laktat dehidrogenase dan koenzim NADH melalui fermentasi laktat, atau menjadi asetaldehida dan lalu etanol melalui fermentasi alkohol.Asam piruvat juga dapat diubah menjadi karbohidrat melalui glukoneogenesis, menjadi asam lemak atau energi melalui asetil-KoA, menjadi asam amino alanin dan juga menjadi etanol.Turunan asam piruvat, 3-bromopiruvat telah dipelajari untuk pengobatan kanker. Produksi piruvat melalui glikolisisPosfoenolpiruvatPiruvat kinasePiruvat

ADPATP

Reaksi ini tidak reversibel dan tidak dapat berjalan kearah fosfoenolpiruvat.Dekarboksilasi piruvat menjadi asetil KoApiruvatkompleks piruvat dehidrogenaseasetil KoA

KoA + NAD+CO2+ NADH + H+

Oksidasi Piruvat Menjadi Asetil-KoAPada suasana aerob, piruvat dapat masuk ke dalam mitokondria dengan adanya suatu transporter. Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi asetil-KoA oleh suatu enzim yang tersusun rapi dalam matrik mitokondria, yang disebut piruvat dehidrogenase komplek.Mula-mula piruvat mengalami dekarboksilasi oleh enzim piruvat dehidrogenase dengan tiamin pirofosfat sebagai koenzim yang mengahsilkan CO2 dan -hidroksietil-tiaminpirofosfat atau disebut juga active acetadehyde. Senyawa yang disebut belakangan ini dipindah pada protetik lipoamide dari enzim lipoil transasetilase. Dalam perpindahan ini disulfida dari liamida terdeuksi. Asetidehida teroksidasi menjadi asetil aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian dipindahkan pada koenzim A, membentuk astil S-CoA dan menghasilkan lipoamida dalam bentuk disulfhidril. Koenzim yang tereduksi dioksidasi kembali oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase. Flavoprotein yang tereduksi kemudian dioksidasi oleh NAD+. Piruvat dehidrogenase diaktivasi oleh fruktosa bisfosfat dan dihambat oleh hasil reaksinya yaitu NADH dan asetil-CoA. Arsenit atau ion merkuri membentuk komplek dengan gugusan SH dari asam lipoat dan menghambat piruvat dehidrogenase. Kekurangan tiamin akan menyebabkan piruvat tertimbun.Pada oksidasi piruvat ini akan dihasilkan asetil-KoA dan NADH. Untuk satu molekul glukosa akan dihasilkan dua NADH dan dua molekul asetil-KoA. NADH dapat memasuki rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif, yang dapat menghasilkan 3 ATP per satu molekul NADH, sedangkan asetil-KoA dapat dioksidasi lebih lanjut melalui siklus asam sitrat.Dalam Siklus Krebs:2 asetil piruvat > 2 asetil KoA + 2 C02 + 2 NADH (2 ATP)2asetil KoA > 4 CO2 + 6 NADH + 2 PADH23. Rantai Transportasi Elektron Respiratori:Dari daur Krebs akan keluar elektron dan ion H+ yang dibawa sebagai NADH2 (NADH + H+ + 1 elektron) dan FADH2, sehingga di dalam mitokondria (dengan adanya siklus Krebs yang dilanjutkan dengan oksidasi melalui sistem pengangkutan elektron) akan terbentuk air, sebagai hasil sampingan respirasi selain CO2.Produk sampingan respirasi tersebut pada akhirnya dibuang ke luar tubuh melalui stomata pada tumbuhan dan melalui paru-paru pada peristiwa pernafasan hewan tingkat tinggi.

Transport elektron dan fosforilasi oksidatif1. Oksidasi - Reduksi Oksidasi = pemindahan / pembebasan e- dari suatu molekul Reduksi = penambahan elektron ke suatu molekul Reaksi oksidasi reduksi (REDOKS) reaksi pemindahan elektron Elektron donor e- +elektron aseptor

Misalnya Fe2+ e- + Fe 2+ Tiap-tiap substansi mempunyai kemampuan yang tidak sama untuk membebaskan elektron Potensial reduksi Harga semakin negatif potensi kehilangan elektron semakin besar Harga semakin positif potensi menerima e- makin tinggi Jadi pasangan redoks yang mempunya potensial standar yg lebih negatif memberikan e- ke pasangan redoks yang potensial standarnya lebih positif Elektron selalu bergerak ke suatu arah dimana tenaga bebas sistem tersebut menurun Aliran elektron NADH (Eo = -0,32V) ke O2 (Eo = +0,82V) akan membebaskan sejumlah besar tenaga bebas yang dpt digunakan utk membuat ATP Semua langkah reaksi enzimatis pd pemecahan oksidatif karbohidrat, lemak dan asam amino pada akhirnya sampai pada respirasi sel yaitu saat elektron mengalir dari substrat organik ke O2 yang menghasilkan tenaga utk pembentukan ATP dari ADP + Pi2. Organisasi proses metabolisme - Katabolisme Pada eukaryot fosforilasi oksidatif terjadi di mitokondria sedangkan fotofosforilasi terjadi dalam kloroplas Fosforilasi oksidatif melibatkan reduksi O2 menjadi H2O dengan pendonoran elektron oleh NADH dan FADH2 Pengetahuan tentang sintesis ATP dalam mitokondria dan kloroplas berdasar pada hipotesis oleh Peter Mitchell (1961) yang berdasar pada perbedaan konsentrasi proton transmembran teori chemiosmotic 3. Fosforilasi oksidatif suatu proses dimana ATP dibentuk pada waktu elektron dipindahkan dr NADH atau FADH2 ke O2 oleh suatu deretan senyawa pembawa elektron proses pembentukan ATP secara enzimatis dari ADP dan fosfat anorganik dengan menggunakan energi yang dikeluarkan selama proses transpot elektron Setiap pasang elektron yg melalui rantai respirasi dari NADP O2 menghasilkan NADH + H+ + O2 + 3 Pi + 3 ADP NAD + + 3 ATP + H2O Pasangan elektron yg dihidrogenasi oleh FAD dehidrogenase menghasilkan 2 ATP4. Sistem transport elektronTranspot elektron adalah tahap akhir dalam respirasi sel aerobik yang meliputi proses perpindahan elektron dari molekul donor (misal: NADH, substrat organik) menuju aseptor terakhir yakni oksigen. Kompleks I (NADH dehidrogenase)t.a. 43 rantai polipeptida mempy FMN sbg gugus prostetik. Dan mengkatalis reaksiNADH + H+ + FMN NAD+ + FMNH2Mempunyai pusat besi-sulfur yang mentransfer elektron dr FMNH2 ke karier berikutnya yaitu Coenzim Q. Kompleks I juga disebut NADH-coenzyme Q reductase karena elektron yg terlibat dlm reaksi ini digunakan utk mereduksi koenzim Q . Penghambat : amytal, rotenone dan piericidin A Kompleks II (Suksinat dehidrogenase)Merupakan enzim TCA yang terikat pada membranMerupakan titik masuknya FADH2 yg diproduksi oleh suksinat dehidrogenaseElektron dr FADH2 akan didonorkan ke ubiquinoneMempunyai pusat Fe-SDisebut juga sebagai enzim succinate-coenzyme Q reductase Kompleks III terdiri dari berbagai protein karier elektron yi:sitokrom B, pusat Fe-S dan sitokrom C1Proses transfer elektron terkait dengan transport proton dr matriks ke ruang antar membran. Dijumpai dlm btk dimer, dgn masing masing memiliki 11 subunitPergerakan elektron dr Cyt b Fe-S dpt diblok oleh antimycin A2,6-dichlorophenol-indophenol diketahui mampu menerima elektron yg berasal dr Fe-S

Komplek IIIMerupakan protein kecil dalam sistem transport elektron dan satu satunya protein yg tidak dlm bentuk kompleksMenerima elektron dari kompleks III dan mentransfernya ke kompleks IVKarier elektron artifisial spt tetramethyl-p-phenylene diamine dpt menerima elektron dari cyt C Kompleks IVDikenal sbg sitokrom oksidase krn mengambil elektron dari cyt CBertugas mentransfer elektron dr cyt C ke O2Terdiri dari 3 sub unit : sub unit I, II dan IIISub unit I mengandung gugus heme Cyt a dan Cyt a3 serta ion tembaga. Cyt a3 dan Cu menerima elektron dr Cyt a dan mentranser ke O2 yg terikat pd Cyt aSub unit II mengandung ion Pb yg terikat pd residu sistein membtuk pusat berinti ganda yg disebut CuASub unit III secr rinci belum diketahui perannyaDpt dihambat oleh cyanida, azide dan CO Kompleks V (ATP synthase / F0F1 kompleks)F1 kompleks mrpkn bagian dr kompleks V yang akan menghasilkan ATP pada saat proton masuk dr ruang intermembran ke matriksAntibiotik oligomicyn mampu terikat pada F0 kompleks dan menghambat aliran proton.

TUGASBIOKIMIA

METABOLISME KARBOHIDRAT

OLEHSFENDI S. RAUAN07 300 858

PROGRAM STUDI ILMU KIMIAJURUSAN KIMIAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS NEGERI MANADO2009