Biokimia Perombakan bahan organik

Transkripsi

1 Biokimia Perombakan bahan organik Materi Kuliah Biologi Tanah Prodi Agroteknologi FPUPNVY PERTEMUAN KE 4-5 Dosen: Ir.Sri Sumarsih, MP. Weblog: Sumarsih07.wordpress.com Website: agriculture.upnyk.ac.id Jalur reaksi perombakan senyawa karbon 1

2 Karbohidrat Dekomposisi hemiselulosa, selulosa dan khitin Dekomposisi hemiselulosa Dekomposisi selulosa Dekomposisi khitin 2

3 Ligno selulosa Struktur lignin yang menyelimuti selulosa pada tanaman Selaginella Model struktur lignin pada kayu Monomer molekul lignin: Gugus -CH3 disebut metoksil Potongan struktur molekul lignin 3

4 Dekomposisi lignin Lignin yang terdekomposisi ditandai gugus metoksil (-CH3) berkurang, gugus hidroksil (-H) bertambah Peruraian Karbohidrat Polisakarida enzim ligninase, selulase, amylase, dll Monosakarida jalur EMP (glikolisis), HMP, ED Asam piruvat Siklus Krebs C2 + H2 + Energi 4

5 Peruraian Lemak Gliserol Lipida Enzim lipase Asam lemak EMP (Glikolisis) Asam asetat Asetat-coA Siklus Krebs C2 + H2 + Energi Peruraian protein Cell Wall Cell Membrane Cytoplasm Amino Acids? Di/Tri peptides? Smaller ligopeptides? Large ligopeptides Casein Proteinase Amino Acid Transport System Di/Tri Peptide Transport System ligopeptide Transport System Amino Acids Di- and Tri- Peptidases Di/Tri Peptides Peptidases ligopeptides 5

6 Peruraian protein Protein enzim proteinase Polipeptida enzim peptidase asam amino ligopeptida Asam amino intra seluler Deaminasi Dekarboksilasi Transaminasi Biosintesis NH3+C2 C2 NH4 protein Jalur EMP (glikolisis) dan siklus Krebs (Tricarboxylic Acid/TCA) 6

7 Tricarboxylic Acid Cycle 7

8 Siklus TCA Piruvat (Asetat) dari glikolisis didegradasi menjadi C 2 Dihasilkan beberapa ATP NADH dibuat lebih banyak NADH akan membuat ATP lebih banyak dalam transport elektron dan fosforilasi oksidatif Logika Kimia Siklus TCA TCA nampaknya memiliki jalur yang kompleks untuk mengoksidasi asetat menjadi C 2 Tetapi jalan normal (2 jalan) untuk memecah ikatan C-C dan mengoksidasi tidak bekerja untuk C 2 (perhatikan slide berikutnya) 1) Pemecahan antara karbon α dan β menjadi karbonil 2) Pemecahan α pada α-hidroksiketon 8

9 Lecture 31. The Tricarboxylic Acid Cycle 17 Logika kimia siklus TCA Asetat tdk memiliki β-karbon atau hidroksil: H 3 C C - acetate H 3 C C pyruvate H 3 C C S Acetyl-CoA CoA Dua jalan pemecahan ikatan C-C: H C Cα Cβ C Cα β-cleavage α Cleavage example: aldolase example: transketolase Jadi TCA mengkondensasi asetat dg oksaloasetat dan melakukan pemecahan β dg oksidasi unt membentuk C 2, regenerasi oksaloasetat dan penangkapan Semua energi sebagai NADH dan ATP! Lecture 31. The Tricarboxylic Acid Cycle 18 Intermediat TCA H 3 C C S CoA Acetyl-CoA C oxaloacetate entry Warna merah karboksilat diokisadi menjadi C 2 dan di dekarboksilasi; Nomor di bawah tiap-tiap intermediet menunjukkan jumlah karbon. Siklus dimulai dengan 6 karbon dan diakhiri dengan 4 karbon. H citrate isocitrate α-ketoglutarate succinyl-coa Succinate Fumarate Malate C HC C- C- CH CH 2 C CH 2 C SCoA H HC HC - C C HC H oxaloacetate 4 9

10 Tahap Jembatan: Dekarboksilasi ksidatif Piruvat Piruvat dehidrogenase kompleks (PDC) Piruvat + CoA + NAD + asetyl-coa + C 2 + NADH + H + H 3 C C pyruvate H 3 C C S CoA Acetyl-CoA Piruvat masuk ke mitokhondria Kaitan glikolisis ke TCA Masuk pd suklis TCA: Sitrat Sintase Reaksi kondensasi oksaloasetat dengan actyl-coa ksaloasetat+acetyl-coa Sitrat Sintase Sitrat+CoASH C oxaloacetate H 3 C C S CoA Acetyl-CoA citrate H C C- Karbon metil gugus asetil dari asetil-coa berkondensasi dengan gugus karbonil pada oksaloasetat. Ikatan tioester dipecahkan unt membebaskan KoA Dihasilkan asam sitrat 10

11 Isomerisasi Sitrat menjadi Isocitrate oleh Akonitase H Sitrat C Akonitase C HC Isositrat H 2 C S CH H R Enzim akonitase mengkatalisis perubahan dapat balik sitrat mjd isositrat melalui pembentukan sis-akonitat Sisi aktif mengandung pusat besi-sulfur, stereospecific; Fluoroasetat sebagai penghambat TCA HC Isositrat Dehyidrogenase: ksidasi pertama Isositrat dehidrogenase Isositrat + NAD + α-ketoglutarat + C 2 + NADH +H + isocitrate H 2 C S HC Ccitrate C- C- C- CH R H xalosuccinate HC C - α-ketoglutarate Terdapat dua jenis isositrat dehidrogenase yang satu memerlukan NAD + sbg penerima elektron, yg lain NADP + Mitokondria mengandung dua tipe enzim tsb ADP sbg aktivator, α-ketoglutarat juga berperan nantinya dalam metabolisme nitrogen. CH 2 C 5 11

12 α-ketoglutarat Dehidrogenase: Dekarboksilasi kedua α-ketoglutarat dehidrogenase α-ketoglut.+ NAD + +CoA Suksinil-CoA + C 2 +NADH +H + α-ketoglutarate succinyl-coa CH 2 C 5 CH 2 C SCoA Reaksi ini sama dengan reaksi piruvat dehidrogenase 4 Suksinil-CoA Sintetase: Fosforilasi tingkat Substrat menghasilkan GTP (akhirnya ATP) Suksinil-CoA +GDP+P succinyl-coa Suksinil-CoA Sintetase Suksinat + GTP+CoASH Succinate CH 2 C SCoA 4 Nukleosida difosfat kinase GTP + ADP GDP + ATP Fosforilasi-tingkta-Substrat: substrat, lebih baik daripada rantai transport elektron atau gradien proton, menyediakan energi untr fosforilasi. Pada tahapini, dihasilkan 2 NADH, 1 GTP atau dihasilkan ATP, jumlah karbon dirediksi menjadi 4. Tahap2 berikutnya adalah mengubah suksinat mjd oksaloasetat. 12

13 Suksinat Dehidrogenase: ksidasi FAD Suksinat Dehidrogenase Suksinat + FAD Fumarat + FADH 2 Succinate Fumarate HC HC Suksinat dioksidasi mjd fumarat, yg mana FAD direduksi mjd FADH 2 Suksinat dehidrogenase juga dikenl sbg suksinat-koenzim Q reduktase. Tahap ini adalah bagian dari rantai transport elektron. Asosiasi dg membran dlm mitokhondria Fumarase Mengkatalisis Trans-hidrasi Fumarat Fumarate+H 2 Fumarate HC HC Fumarase L-Malate Malate H HC 13

14 Malat Dehidrogenase: Pelengkap siklus MDH L-Malat + NAD + ksaloasetat+nadh+h + Malate H HC oxaloacetate C L-Malat dioksidasi mjd oksaloasetat; NAD direduksi mjd NADH; Reaksi Endergonik Homolactic fermentation of Glucose (Embden-Meyerhof Pathway, Glycolysis+LDH) Glucose G-P F-6-P FDP aldolase F-1,6-P Dihydroxyacetone-P Glyceraldehyde (C3) PEP (2) Pyruvate (C3) Lactata dehydrogenase (LDH) (2) Lactate (C3) Products: 2ATP 2Lactate Key enzymes FDP aldolase Lactate dehydrogenase 14

15 Mixed Acid Fermentation: Alternative end products for pyruvate Dihydroxyacetone-phosphate (2) Lactate FDP aldolase (2)NAD+ Products: 3ATP 2 Formate 1 Ethanol 1 Acetate Key enzymes FDP aldolase Pyruvate formate lyase (PFL) LDH Glucose (2)NADH+(2)H + Glyceralderhyde-3-phosphate (2)Pyruvate PFL (2) Formate (2) Acetyl-CoA Acetyl-phosphate Acetaldehyde Acetate ADP ATP (2)CoA NAD + NADH+H + (2) ADP (2) ATP (2) ADP (2) ATP Ethanol NADH+H + NAD+ NADH+H + NAD+ Heterolactic Fermentation of Glucose (Pentose Phosphate Pathway) PK C 2 Glyceralderhyde-3-phosphate Glucose Ribulose-5-phosphate Xylulose-5-phosphate Acetyl-phosphate facultative anaerobic Anaerobic, aero-tolerant Acetaldehyde Ethanol Pyruvate LDH Lactate Acetate Products: 2ATP 2 C2 1 Lactate 1 Acetate Key enzymes PK LDH (NADH oxidase) 15

16 Biokimia pembentukan humus Teori lignin untuk pembentukan humus 16

17 Teori polifenol untuk pembentukan humus Struktur humus (asam humat & asam fulvat) 17