Karbohidrat Metabolisme Karbohidrat
Lab Biokimia Fakultas Biologi UGM
Karbohidrat
• Biomolekul yang paling banyak ditemukan di alam • Dari D i namanya Æ molekul l k l yang terdiri dari carbon (C) dan hydrate y ((air Æ H2O)) • Mempunyai rumus molekul (CH2O)n untuk monosakarida • Disintesis dari CO2 dan H2O dlm p proses fotosintesis • Dikenal juga sebagai sakarida
Klasifikasi • Berdasar kompleksitasnya kompleksitasnya, dapat dibagi menjadi 3 golongan – –
–
Monosakarida Ækarbohidrat tunggal Oligosakarida Æ karbohidrat yg tersusun t dr d bbrp bb monosakarida Polisakarida Ækarbohidrat yang tersusun dr lebih dari 10 monosakarida
Fungsi Didalam organisme memiliki berbagai peranan: • Simpanan energi energi, bahan bakar dan senyawa antara metabolisme Pati, glikogen Æ dgn cepat dpt diubah mjd glukosa
• • •
Bagian dr kerangka struktural pembentuk RNA dan DNA Æ gula ribosa dan deoksiribosa Elemen struktural pd dinding sel tanaman, bakteri & eksoskleleton Arthropoda Æ polisakarida Id tit sell Æ berikatan Identitas b ik t d dgn protein t i atau t lilipid id d dan berfungsi dlm proses pengenalan antar sel (cell-cell recognition) ecog o ) Æ o oligosakarida gosa a da
Monosakarida • Gula paling sederhana • Rumus molekul (CH2O)n • Terdapat T d t dalam d l 2b bentuk t k – Aldosa – Ketosa
• Monosakarida plg sederhana mempy jumlah karbon 3 Æ gliseraldehid dan dihidroksiaseton • Monosakarida yang paling umum adalah heksosa • Di alam biasa terdapat dlm konformasi D
Monokarida M k id dapat d dikelompokkan dik l kk berdasar jumlah carbon penyusunnya :
n
Category
3 4 5 6 7 8
Triose Tetrose Pentose Hexose Heptose Octose
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
CH2OH C
O
HO
C
H
OH
H
C
OH
OH
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
H
H
C
H
C
CH2OH
CH2OH
D-glucose
D-fructose
Ketosa
Bentuk cincin Piran dan Furan
Most common monosacharides Glukosa: Terdapat di dlm darah, sumber ATP dlm respirasi seluler Tersimpan dlm btk p polimer: p pati dan glikogen Struktural : selulosa
Galaktosa: Dikenal sebagai gula dalam susu dan yoghurt sebagai bagian dr laktosa Terdapat p dlm polimer sbg agar
Fruktosa : Gula dalam madu dan buah-buahan J ga berasal Juga dari hasil hidrolisis sukrosa
Oligosakarida Ikatan glikosida antar monosakarida akan membentuk Æ oligosakarida dan polisakarida Oligosakarida yg paling sederhana Æ Disakarida Dlm proses penggabungan 2 monomer tst Æ H2O akan dibebaskan C12H22O11 = 2 C6H12O6 − H2O
Ikatan alpha
Gula mereduksi : gula yg mempunyaii gugus keton k t atau aldehid shg mampu mereduksi ion Cu2+ mjd Cu+ Gula tidak mereduksi
Most common disacharides Maltosa : h il hidrolisis hasil hid li i patii t.d 2 glukosa yg terikat dgn ikatan α 1-4 Hidrolisis Æ maltase
Sukrosa : Dik Dikenal l sebagai b i gula meja Æ diperoleh dr tebu dan beet t.d. g glukosa dan fruktosa yang terikat dgn cara C1α glu - C2 β fru Hidrolisis Æ sukrase / invertase
Laktosa : Dik Dikenal l sebagai b i gula susu t d galaktosa dan t.d glukosa yg terikat dgn g cara C1 β g gal – C4 glu Hidrolisis Æ l kt laktase /β galaktosidase
Polisakarida • Merupakan p polimer p unit monosakarida • Unit monomer bisa : • homopolisakarida • heteropolisakarida • Berbeda antara satu dgn yg lain pada unit penyusunnya, y y ikatan yg menghubungkan, rantai cabang yg terbentuk
Common polysacharides
Polysaccharide Glycogen Cellulose Chitin Amylopectin Amylose
Monomeric D Glucose D-Glucose D-Glucose N-Acetyl-Dglucosamine D-Glucose D-Glucose
Linkages α 1Æ6 branches β1Æ4 β1Æ4 α 1Æ6 branches α 1 Æ4
Pati/Amilum Mer pakan polimer gl Merupakan glukosa kosa Terdiri dari 2 macam polisakarida • Amilosa Æ tidak bercabang • Amilopektin Æ byk cabang Æ C 1 1-6 6 setiap 10-30 residu Hid li i Æ α amilase Hidrolisis il (endoglikosidase) ( d lik id ) Tidak larut dalam air, sehingga byk digunakan sbg bentuk simpanan karbohidrat pd tnman.
Glikogen Polimer glukosa dengan struktur yg mirip dgn amilopektin p Æ tp p byk y cabang g (setiap ( p 8 residu)) dan lebih pendek Terdapat di hewan sebagai bentuk simpanan karbohidrat Æ ktk dibutuhkan energi Æ dipecah mjd glukosa Æ glicogenolisis T i Tersimpan dlm dl Æ hati h ti dan d otot t t
Sellulosa • Struktural karbohidrat utama pada tumbuhan berkayu dan berserat • Polimer D-glukosa linear dgn iktn β1Æ4 • Dengan iktn tersebut menyebabkan mempy karakter yg sangat berbeda dgn amilosa • Bentuk spt fiber / serat lurus dan memanjang j g • Setiap residu glukosa membtk pita yang antr satu dgn g yg lain saling g berputar p 180 °
Kitin • Merupakan polimer N-asetil N asetil β – D glukosamin • Terhubung dengan ikatan β 1Æ4 , sehingga memiliki struktur yg mirip dengan selulosa kecuali p pada gugus g g OH atom C 2 diganti g dengan gugus amino yg terasilasi y organisme g • Terdistribusi luas di banyak terutama menyusun eksoskeleton bbrp moluska dan artropoda
Glikosaminoglikan • heterosakarida yg berulang dan mengandung derivat gula amino apakah itu glukosamin atau galaktosamin. galaktosamin • pada setiap unit penyusunnya tersebut selalu bermuatan negatif Æ krn adanya gugus karboksilat dan sulfat • Major glukosamine a.l. a l : dermatan sulfat, sulfat kondroitin sulfat, heparan sulfat, keratan p hyaluronate y sulfat, heparin,
Kondroitin sulfat
Heparin p
dermatan sulfat
Hyaluronat
M t b li Metabolisme karbohidrat k b hid t
Glycogen Gl Pati, sukrosa simpanan
GLUKOSA Oksidasi via Pentose phosphat pathway (PPP)
Ribosa 5-phospat
Oksidasi via glikolisis
pyruvat
pankreas α Amilase
mulut
Pati maltosa
Pembuluh darah Maltosa
GLIKOLISIS
2 glukosa
dipeptidase, sukrase, maltase, laktase,
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 glukosa-6P 6P menjadi 5 molekul fruktosa fruktosa-6P 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 6. FRUKTANOLITIK, Proses degradatif pembongkaran fruktan (polimer fruktosa) ----> Fruktosa proses perubahan p antar isomer 7. INTERKONVERSI MONOSAKARIDE, p monosakarida menjadi Glukosa-6P dan Fruktosa-6P dan selanjutnya masuk dalam glikolisis atau menjadi beberapa OLIGOSAKARIDA atau polisakarida lainnya
Glikolisis • Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengubah g g glukosa menjadi j dua molekul piruvat • Pada proses ini juga dihasilkan ATP • Dikenal sebagai Embden-Meyerhof pathway • 10 langkah utk menjadi piruvat
FATE of PYRUVATE
Sangat tergantung pada jenis organismenya C6H12O6 + 2 ADP + 2 NAD++ + 2 Pi Æ 2 pyruvate t + 2 ATP + 2 NADH + 2 H++ + 2 H2O
Tahap persiapan • Memerlukan 2 molekul ATP • Memecah gula heksosa menjadi molekul 2 triose f f t fosfat
Tahap pengembalian / pay off • 4 ATP • 2 molekul piruvat • 2 molekul NADH + H
Tahap 1. • Fosforilasi glukosa • Reaksi yang irreversibel • Heksokinase : tranfer gugus fosfat pada molekul heksosa • Memerlukan Mg • Terdapat di semua jenis sel
tahap ke 2: Dikatalisis fosfoglukoisomerase Perubahan isomer dari aldosa ke ketosa Reaksi berlangsung dengan cepat krn standar energi bebas yang kecil Ensim memerlukan Mg Mg, dan spesifik untuk substratnya
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 Æ reaksi berlangsung irreversibel
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 Æ dapat diatur agar tetap cenderung ke arah pembentukan produk dengan cara : konsentrasi produk dibuat sangat rendah
Tahap ke 5 Dikatalisis oleh Triose Phosphate Isomerase Reaksi R k i lebih l bih cenderung d ke k arah h kanan, k dan d dilakukan dil k k dengan d tetap menjaga konsentrasi G3P rendah
Tahap ke 6 Memerlukan NAD+ Æ sehingga ratio NAD+/NADH+H di dalam sel sangat penting untuk pengaturan laju dan arah reaks
Tahap ke 7 Merupakan reaksi fosforilasi tingkat substrat untuk ADP menjadi 3PG dan ATP Karena dihasilkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 glukosa, glukosa maka pada tahap ini, reaksi menjadi impas
Tahap ke 8 Reaksi p pada kondisi standar cenderung g 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
Tahap ke 9 Merupakan reaksi dehidrasi sederhana dari 2PG menjadi Phosphoenolpyruvate (PEP) Mempunyai efek naiknya energi hidrolisis ikatan fosfat (dr -15.6 kJ/mol dalam 2PG menjadi -61.9 kJ/mol dalam PEP ) Energi bebas tersebut digunakan utk reaksi berikutnya Æ f f fosforilasi tingkat substrat utk ADP menjadi ATP
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, D n secara Dan e allosterik llo te ik diaktifkan di ktifk n oleh F1,6BP, F1 6BP and nd
Daur Kreb (TCA)
• Berfungsi mengoksidasi hasil glikolisis mjd CO2 dan juga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergi tinggi spt ATP, NADH, FADH2 • Sentral dalam siklus oksidatif dlm respirasi Æ dimana semua makromolekul dikatabolis (Karbohidrat, Lipid dan Protein) • Untuk kelangsungannya membutuhkan : NAD, FAD, ADP, Pyr dan OAA (oxaloacetic acid) • Menghasilkan senyawa intermedier yg penting Æ asetil Co A, α KG(ketoglutarate) & OAA • Merupakan prekursor untuk biosintesis makromolekul – makromolekul
• Berfungsi g dalam katabolisme dan juga j g anabolisme Æ amfibolik • Katabolisme Æ memproduksi molekul berenergi tinggi • Anabolisme Æ memproduksi intermedier untuk prekursor biosintesis makromolekul • Berbagai daur mengambil senyawa antara dlm siklus kreb Æ berkurang Æ hrs ada mekanisme utk mengganti senyawa antara tadi Æ daur anaplerotik
Daur Kreb (TCA)
Overview the reaction Dalam setiap siklus: – 1 gugus asetil ( molekul 2C) masuk dan keluar sebagai 2 molekul CO2 – Dalam setiap siklus : OAA digunakan untuk membentuk sitrat Æ setelah mengalami reaksi yang panjang Æ kembali diperoleh OAA – Terdiri dari 8 reaksi : 4 mrpkn oksidasi Æ dimana energi Æ digunakan g utk mereduksi NAD dan FAD – Dihasilkan: • 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH2 – Tidak diperlukan O2 pada TCA TCA, tetapi digunakan pada Fosforilasi oksidatif Æ untuk memberi pasokan NAD, shg piruvat dapat di ubah menjadi Asetil Co A
Glikolisis vs TCA Glikolisis Glik li i 1. Reaksi berjalan linier 2. Lokasi di sitoplasma
TCA 1. Reaksi siklis 2 Letak 2. L t k di matriks t ik mitokondria
Reaksi Anaplerotik • Ketika produk intermedier TCA digunakan sbg prekursor biosintesis lainnya • Konsentrasi intermedier Æ turun Æ memperlambat p kecepatan p TCA • Ada 5 reaksi : – – – – –
Piruvat Æ OAA dgn ensim pyr karboksilase PEP Æ OAA dgn ensim PEP karboksikinase PEP Æ OAA dgn ensim PEP karboksilase Piruvat Æ malat dg ensim malat Reaksi transamnasi : Aspartat Æ OAA dan glutamat Æ α KG
Major biosynthetic roles of some citric acid cycle intermediates.
Sintesis Glukosa
Sintesis glukosa sangat penting krn otak dan sistem saraf kita membutuhkan glukosa sebagai sumber energi utama
glukoneogenesis -Universal Universal ditemukan di hewan, tumbuhan , fungi dan mikroorganisme lainnya -10 tahap reaksi, dan 7 diantaranya merupakan kebalikan glikolisis
Pengubahan pyruvat menjadi Phosphoenolpyruvate (PEP) Æ memerlukan bypas reaksi Pyruvat dari sitosol dibawa ke dalam mitokondria terlebih dahulu
Pyr korboksilase
OAA + GTP Æ PEP + CO2 + GDP , PEP karboksikinase
Fruktosa 1,6 BP menjadi F 6P Æ reaksi bypass ke dua Reaksi di katalisis oleh F 1,6 bifosfatase
Glukosa 6P Æ glukosa : merupakan reaksi bypass ke 3 Dikatalisis oleh ensim glukosa 6 fosfatase
Glukoneogenesis Æ membutuhkan banyak energi dan bersifat irreversibel
Sampaii S jumpa dan Good luck to ur exam
