Metabolisme Karbohidrat. Lab Biokimia Fakultas Biologi UGM

Transkripsi

1 Karbohidrat Metabolisme Karbohidrat Lab Biokimia Fakultas Biologi UGM

2 Karbohidrat

3 Biomolekul yang paling banyak ditemukan di alam Dari namanya molekul yang terdiri dari carbon (C) dan hydrate (air H 2 O) Mempunyai rumus molekul (CH 2 O)n untuk monosakarida Disintesis dari CO 2 dan H 2O dlm proses fotosintesis Dikenal juga sebagai sakarida

4 Klasifikasi Berdasar kompleksitasnya, dapat dibagi menjadi 3 golongan Monosakarida karbohidrat tunggal Oligosakarida karbohidrat yg tersusun dr bbrp monosakarida Polisakarida karbohidrat yang tersusun dr lebih dari 10 monosakarida

5 Fungsi Didalam organisme memiliki berbagai peranan: Simpanan energi, bahan bakar dan senyawa antara metabolisme Pati, glikogen dgn cepat dpt diubah mjd glukosa Bagian dr kerangka struktural pembentuk RNA dan DNA gula ribosa dan deoksiribosa Elemen struktural pd dinding sel tanaman, bakteri & eksoskleleton Arthropoda polisakarida Identitas sel berikatan dgn protein atau lipid id dan berfungsi dlm proses pengenalan antar sel (cell-cell recognition) o ) oligosakarida a

6 Monosakarida Gula paling sederhana Rumus molekul (CH 2 O) n Terdapat dalam 2 bentuk Aldosa Ketosa Monosakarida plg sederhana mempy jumlah karbon 3 gliseraldehid dan dihidroksiaseton Monosakarida yang paling umum adalah heksosa Di alam biasa terdapat dlm konformasi D

7 Monokarida dapat dikelompokkan berdasar jumlah carbon penyusunnya : n Category 3 Triose 4 Tetrose 5 Pentose 6 Hexose 7 Heptose 8 Octose

8 Monosaccharides Aldoses (e.g., glucose) Ketoses (e.g., fructose) have an aldehyde group at have a keto group, one end. usually at C2. H C O CH 2 OH H C OH C O HO C H HO C H H C OH H C OH H C OH H C OH CH 2 OH D-glucose CH 2 OH D-fructose

9

10 Ketosa

11 Bentuk cincin Piran dan Furan

12 Most common monosacharides Glukosa: Terdapat di dlm darah, sumber ATP dlm respirasi seluler Tersimpan dlm btk polimer: pati dan glikogen Struktural : selulosa Galaktosa: Dikenal sebagai gula dalam susu dan yoghurt sebagai bagian dr laktosa Terdapat dlm polimer sbg agar Fruktosa : Gula dalam madu dan buah-buahan Juga berasal dari hasil hidrolisis sukrosa

13 Oligosakarida Ikatan glikosida antar monosakarida akan membentuk oligosakarida dan polisakarida Oligosakarida yg paling sederhana Disakarida Dlm proses penggabungan 2 monomer tst H 2 O akan dibebaskan C 12 H 22 O 11 = 2 C 6 H 12 O 6 H 2 O Ikatan alpha

14 Gula mereduksi : gula yg mempunyai gugus keton atau aldehid shg mampu mereduksi ion Cu 2+ mjd Cu + Gula tidak mereduksi

15 Most common disacharides Maltosa : Sukrosa : Laktosa : hasil hidrolisis pati Dikenal sebagai Dikenal sebagai t.d 2 glukosa yg gula meja gula susu terikat dgn ikatan diperoleh dr tebu tdgalaktosa t.d dan α 1-4 dan beet glukosa yg terikat Hidrolisis t.d. glukosa dan dgn cara C1 β gal maltase fruktosa yang C4 glu terikat dgn cara Hidrolisis C1α glu - C2 β fru laktase / β Hidrolisis galaktosidase sukrase / invertase

16 Polisakarida Merupakan polimer unit monosakarida Unit monomer bisa : homopolisakarida heteropolisakarida Berbeda antara satu dgn yg lain pada unit penyusunnya, ikatan yg menghubungkan, rantai cabang yg terbentuk

17 Common polysacharides Polysaccharide Glycogen Cellulose Chitin Amylopectin Amylose Monomeric D-Glucose D-Glucose N-Acetyl-Dglucosamine D-Glucose D-Glucose Linkages α 1 6 branches β1 4 β1 4 α 1 6 branches α 1 4

18 Pati/Amilum Merupakan polimer glukosa Terdiri dari 2 macam polisakarida Amilosa tidak bercabang Amilopektin byk cabang C setiap residu Hidrolisis i α amilase (endoglikosidase) id Tidak larut dalam air, sehingga byk digunakan sbg bentuk simpanan karbohidrat pd tnman.

19 Glikogen Polimer glukosa dengan struktur yg mirip dgn amilopektin tp byk cabang (setiap 8 residu) dan lebih pendek Terdapat di hewan sebagai bentuk simpanan karbohidrat ktk dibutuhkan energi dipecah mjd glukosa glicogenolisis Tersimpan dlm hati dan otot t

20 Sellulosa Struktural karbohidrat utama pada tumbuhan berkayu dan berserat Polimer D-glukosa linear dgn iktn β1 4 Dengan iktn tersebut menyebabkan mempy karakter yg sangat berbeda dgn amilosa Bentuk spt fiber / serat lurus dan memanjang Setiap residu glukosa membtk pita yang antr satu dgn yg lain saling berputar 180

21 Kitin Merupakan polimer N-asetil β D glukosamin Terhubung dengan ikatan β 1 4, sehingga memiliki struktur yg mirip dengan selulosa kecuali pada gugus g OH atom C 2 diganti dengan gugus amino yg terasilasi Terdistribusi luas di banyak organisme terutama menyusun eksoskeleton bbrp moluska dan artropoda

22 Glikosaminoglikan heterosakarida yg berulang dan mengandung derivat gula amino apakah itu glukosamin atau galaktosamin. pada setiap unit penyusunnya tersebut selalu bermuatan negatif krn adanya gugus karboksilat dan sulfat Major glukosamine a.l. : dermatan sulfat, kondroitin sulfat, heparan sulfat, keratan sulfat, heparin, hyaluronate

23 Kondroitin sulfat dermatan sulfat Heparin Hyaluronat

24 Metabolisme karbohidrat

25 Glycogen Pati, sukrosa simpanan Oksidasi via Pentose phosphat pathway (PPP) Ribosa 5-phospat GLUKOSA Oksidasi via glikolisis pyruvat

26 pankreas α Amilase Pati mulut maltosa Pembuluh darah GLIKOLISIS Maltosa 2 glukosa dipeptidase, sukrase, maltase, laktase,

27 1. GLIKOLISIS (Embden-Meyerhoff-Parnas Pathway) : Perubahan degradatif glukosa menjadi asam piruvat, (asam laktat atau etanol dalam suasana anaerob), menghasilkan 2 ATP / glukosa 2. HEXOSE MONOPHOSPHATE PATHWAY (Hexose Monophosphate Shunt, Pentose -Phosphate Pathway) Perubahan degradatif oksidatif 6 molekul glukosa-6p menjadi 5 molekul fruktosa-6p + 6 CO2 3. GLIKOGENOLISIS, Proses degradatif pembongkaran Glikogen menjadi Glukosa-1P ->Glukosa-6P-->-->--> 2 molekul asam piruvat 4. GLUKONEOGENESIS, rangkaian reaksi sintesis glukosa dari senyawa non-karbohidrat 5. AMILOLITIK, Proses degradatif pembongkaran amilum --> dekstrin----> maltosa ----> glukosa 6. FRUKTANOLITIK, Proses degradatif pembongkaran fruktan (polimer fruktosa) ----> Fruktosa 7. INTERKONVERSI MONOSAKARIDE, proses perubahan antar isomer monosakarida menjadi Glukosa-6P dan Fruktosa-6P dan selanjutnya masuk dalam glikolisis atau menjadi beberapa OLIGOSAKARIDA atau polisakarida lainnya

28 Glikolisis Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi dua molekul piruvat Pada proses ini juga dihasilkan ATP Dikenal sebagai Embden-Meyerhof pathway 10 langkah utk menjadi piruvat

29 FATE of PYRUVATE Sangat tergantung pada jenis organismenya C 6 H 12 O ADP + 2 NAD Pi 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H H 2 O

30

31 Tahap persiapan Memerlukan 2 molekul ATP Memecah gula heksosa menjadi molekul 2 triose fosfatf Tahap pengembalian / pay off 4 ATP 2 molekul piruvat 2 molekul NADH + H

32 Tahap 1. Fosforilasi glukosa Reaksi yang irreversibel Heksokinase : tranfer gugus fosfat pada molekul heksosa Memerlukan Mg Terdapat di semua jenis sel

33 tahap ke 2: Dikatalisis fosfoglukoisomerase Perubahan isomer dari aldosa ke ketosa Reaksi berlangsung dengan cepat krn standar energi bebas yang kecil Ensim memerlukan Mg, dan spesifik untuk substratnya

34 Tahap ke 3. Dikatalisis oleh fosfofruktokinase (PFK), secara alosterik diatur oleh: AMP ADP Citrate (off) F2,6 BP ATP (off) Merupakan titik regulasi glikolisis yang utama. Pd kondisi in vivo reaksi berlangsung irreversibel

35 Tahap ke 4 Menghasilkan 2 molekul tiga karbon : DHAP dan G3P Dikatalisis oleh Fructose-1,6-Bisphosphate Aldolase. Tidak memerlukan kation divalen Meskipun energi bebas nya sangat positif, akan tetapi di dalam sel dapat diatur agar tetap cenderung ke arah pembentukan produk dengan cara : konsentrasi produk dibuat sangat rendah

36 Tahap ke 5 Dikatalisis oleh Triose Phosphate Isomerase R k i l bih d k h k d dil k k d Reaksi lebih cenderung ke arah kanan, dan dilakukan dengan tetap menjaga konsentrasi G3P rendah

37 Tahap ke 6 Memerlukan NAD+ sehingga ratio NAD+/NADH+H di dalam sel sangat penting untuk pengaturan laju dan arah reaks

38 Tahap ke 7 Merupakan reaksi fosforilasi tingkat substrat untuk ADP menjadi 3PG dan ATP Karena dihasilkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 glukosa maka Karena dihasilkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 glukosa, maka pada tahap ini, reaksi menjadi impas

39 Tahap ke 8 Reaksi pada kondisi standar cenderung lebih ke arah kiri untuk membentuk 3Phospoglycerate (PG) Di dalam sel, konsentrasi 3PG dijaga pada konsentrasi yg selalu tinggi, sehingga reaksi cenderung ke arah kanan

40 Tahap ke 9 Merupakan reaksi dehidrasi sederhana dari 2PG menjadi Phosphoenolpyruvate (PEP) Mempunyai efek naiknya energi hidrolisis ikatan fosfat (dr kj/mol dalam 2PG menjadi kj/mol dalam PEP ) Energi bebas tersebut digunakan utk reaksi berikutnya fosforilasi f tingkat substrat utk ADP menjadi ATP

41 Tahap ke 10 Reaksi ini penting, karena: -Menghasilkan ATP dari reaksi fosforilasi tingkat subtrat ADP -Reaksi ini secara energetik sangat bagus, sehingga berfungsi untuk menarik dua reaksi sebelumnya -Ensim yg mengkatalisis reaksi ini secara allosterik dinon aktifkan oleh : ATP, alanine, and acetyl-coa, Dan secara allosterik diaktifkan oleh F1,6BP, and

42 Daur Kreb (TCA)

43 Berfungsi mengoksidasi hasil glikolisis mjd CO 2 dan juga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergi tinggi spt ATP, NADH, FADH 2 Sentral dalam siklus oksidatif dlm respirasi dimana semua makromolekul dikatabolis (Karbohidrat, Lipid dan Protein) Untuk kelangsungannya membutuhkan : NAD, FAD, ADP, Pyr dan OAA (oxaloacetic acid) Menghasilkan senyawa intermedier yg penting asetil Co A, α KG(ketoglutarate) & OAA Merupakan prekursor untuk biosintesis makromolekul makromolekul

44 Berfungsi dalam katabolisme dan juga anabolisme amfibolik Katabolisme memproduksi molekul berenergi tinggi Anabolisme memproduksi intermedier untuk prekursor biosintesis makromolekul Berbagai daur mengambil senyawa antara dlm siklus kreb berkurang hrs ada mekanisme utk mengganti senyawa antara tadi daur anaplerotik

45 Daur Kreb (TCA)

46 Overview the reaction Dalam setiap siklus: 1 gugus asetil ( molekul 2C) masuk dan keluar sebagai 2 molekul CO 2 Dalam setiap siklus : OAA digunakan untuk membentuk sitrat setelah mengalami reaksi yang panjang kembali diperoleh OAA Terdiri dari 8 reaksi : 4 mrpkn oksidasi dimana energi digunakan utk mereduksi NAD dan FAD Dihasilkan: 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH 2 Tidak diperlukan O 2 pada TCA, tetapi digunakan pada Fosforilasi oksidatif untuk memberi pasokan NAD, shg piruvat dapat di ubah menjadi Asetil Co A

47 Glikolisis vs TCA Glikolisis i 1. Reaksi berjalan linier 2. Lokasi di sitoplasma TCA 1. Reaksi siklis 2. Letak di matriks mitokondria

48 Reaksi Anaplerotik Ketika produk intermedier TCA digunakan sbg prekursor biosintesis lainnya Konsentrasi intermedier turun memperlambat kecepatan TCA Ada 5 reaksi : Piruvat OAA dgn ensim pyr karboksilase PEP OAA dgn ensim PEP karboksikinase PEP OAA dgn ensim PEP karboksilase Piruvat malat dg ensim malat Reaksi transamnasi : Aspartat OAA dan glutamat α KG

49 Major biosynthetic roles of some citric acid cycle intermediates.

50 Sintesis Glukosa

51 Sintesis glukosa sangat penting krn otak dan sistem saraf kita membutuhkan glukosa sebagai sumber energi utama

52 glukoneogenesis -Universal ditemukan di hewan, tumbuhan, fungi dan mikroorganisme lainnya -10 tahap reaksi, dan 7 diantaranya merupakan kebalikan glikolisis

53 Pengubahan pyruvat menjadi Phosphoenolpyruvate (PEP) memerlukan bypas reaksi Pyruvat dari sitosol dibawa ke dalam mitokondria terlebih dahulu Pyr korboksilase OAA + GTP PEP + CO 2 + GDP, PEP karboksikinase Fruktosa 1,6 BP menjadi F 6P reaksi bypass ke dua Reaksi di katalisis oleh F 1,6 bifosfatase Glukosa 6P glukosa : merupakan reaksi bypass ke 3 Dikatalisis oleh ensim glukosa 6 fosfatase

54 Glukoneogenesis membutuhkan banyak energi dan bersifat irreversibel

55 Sampai jumpa dan Good luck to ur exam