Upload
trinhliem
View
244
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
KarbohidratKarbohidratMetabolisme Karbohidrat
Lab BiokimiaFakultas Biologi UGM
KarbohidratKarbohidrat
• Biomolekul yang paling banyak ditemukan di alamD i l k l• Dari namanya molekul yang terdiri dari carbon (C) dan hydrate (air H2O)y ( 2 )
• Mempunyai rumus molekul (CH2O)n untuk monosakaridamonosakarida
• Disintesis dari CO2 dan H2O dlm proses 2 pfotosintesis
• Dikenal juga sebagai sakaridasakarida
KlasifikasiKlasifikasi• Berdasar kompleksitasnya• Berdasar kompleksitasnya,
dapat dibagi menjadi 3 golongan– Monosakarida karbohidrat
tunggal– Oligosakarida karbohidrat
t d bbyg tersusun dr bbrp monosakarida
– Polisakarida karbohidratPolisakarida karbohidrat yang tersusun dr lebih dari 10 monosakarida
FungsiDidalam organisme memiliki berbagai peranan:• Simpanan energi bahan bakar dan senyawa antara• 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 polisakaridaId tit l b ik t d t i t li id d• Identitas sel berikatan dgn protein atau lipid dan berfungsi dlm proses pengenalan antar sel (cell-cell recognition) oligosakaridaecog o ) o gosa a da
MonosakaridaMonosakarida• Gula paling sederhana• Gula paling sederhana• Rumus molekul (CH2O)n
T d t d l 2 b t k• Terdapat dalam 2 bentuk– Aldosa
Ketosa– Ketosa• Monosakarida plg sederhana mempy jumlah
karbon 3 gliseraldehid dan dihidroksiasetonkarbon 3 gliseraldehid dan dihidroksiaseton• Monosakarida yang paling umum adalah
heksosaheksosa• Di alam biasa terdapat dlm konformasi D
M k id d dik l kkMonokarida dapat dikelompokkan berdasar jumlah carbon penyusunnya :
n Category3 Triose4 Tetrose5 Pentose6 Hexose7 Heptose8 Octose
MonosaccharidesAldoses (e.g., glucose) have an aldehyde group at
Ketoses (e.g., fructose) have a keto group,
one end. usually at C2.
COH
CH OHC
C OHH
C HHO
CH2OH
C O
C HHO
C OHH
C HHO
C OHH
C OHH
CH2OH
C OHH
CH2OH
D-glucose D-fructose
KetosaKetosa
Bentuk cincin Piran dan FuranBentuk cincin Piran dan Furan
Most common monosacharidesMost common monosacharides
Glukosa:Terdapat di dlm
Galaktosa:Dikenal sebagai
Fruktosa :Gula dalam
darah, sumber ATP dlm respirasi seluler
gula dalam susu dan yoghurt sebagai bagian
madu dan buah-buahanJ ga berasalseluler
Tersimpan dlm btk polimer: pati
sebagai bagian dr laktosaTerdapat dlm
Juga berasal dari hasil hidrolisis p p
dan glikogenStruktural :
ppolimer sbg agar sukrosa
selulosa
Oligosakarida
Ikatan glikosida antar monosakarida akan membentukoligosakarida dan polisakarida
Oligosakarida yg paling sederhana DisakaridaIkatanalpha
Dlm proses penggabungan 2 monomer tst H2O akan dibebaskandibebaskan
C12H22O11 =
2 C6H12O6 − H2O
Gula mereduksi : gula yg i k tmempunyai gugus keton
atau aldehid shg mampu mereduksi ion Cu2+ mjdmereduksi ion Cu mjd Cu+
Gula tidak mereduksi
Most common disacharides
Maltosa :h il hid li i i
Sukrosa :Dik l b i
Laktosa :Dik l b ihasil hidrolisis pati
t.d 2 glukosa ygterikat dgn ikatan
Dikenal sebagai gula meja diperoleh dr tebu
Dikenal sebagaigula susut d galaktosa danterikat dgn ikatan
α 1-4Hidrolisis
diperoleh dr tebu dan beett.d. glukosa dan
t.d galaktosa danglukosa yg terikatdgn cara C1 β gal Hidrolisis
maltaseg
fruktosa yang terikat dgn cara C1α glu C2 β fru
g β g– C4 gluHidrolisisl kt / βC1α glu - C2 β fru
Hidrolisis sukrase / invertase
laktase / βgalaktosidase
sukrase / invertase
Polisakarida
• Merupakan polimer unit monosakaridap p
• Unit monomer bisa :
• homopolisakarida
• heteropolisakarida• heteropolisakarida
• Berbeda antara satu dgn yg lain pada unit penyusunnya, ikatan yg y y ygmenghubungkan, rantai cabang yg terbentuk
Common polysacharides
PolysaccharideGlycogen
MonomericD Glucose
Linkagesα 1 6 branchesGlycogen
CelluloseChitin
D-GlucoseD-GlucoseN-Acetyl-D-
α 1 6 branchesβ1 4β1 4Chitin
Amylopectin
N-Acetyl-D-glucosamineD-Glucose
β1 4
α 1 6 branchesAmylopectinAmylose D-Glucose
α 1 6 branchesα 1 4
Pati/Amilum
Mer pakan polimer gl kosaMerupakan polimer glukosa
Terdiri dari 2 macam polisakarida
• Amilosa tidak bercabang
• Amilopektin byk cabang C 1 6 setiap• Amilopektin byk cabang C 1-6 setiap 10-30 residu
Hid li i il ( d lik id )Hidrolisis α amilase (endoglikosidase)
Tidak larut dalam air, sehingga byk digunakan sbg bentuk simpanan karbohidrat pd tnman.
Glikogen
Polimer glukosa dengan struktur yg mirip dgn amilopektin tp byk cabang (setiap 8 residu) p p y g ( p )dan lebih pendek
Terdapat di hewan sebagai bentuk simpanan karbohidrat ktk dibutuhkan energi dipecahkarbohidrat ktk dibutuhkan energi dipecah mjd glukosa glicogenolisis
T i dl h ti d t tTersimpan dlm hati dan otot
Sellulosa
• Struktural karbohidrat utama pada• Struktural karbohidrat utama pada tumbuhan berkayu dan berserat
• Polimer D-glukosa linear dgn iktn β1 4Polimer D-glukosa linear dgn iktn β1 4• Dengan iktn tersebut menyebabkan mempy
karakter yg sangat berbeda dgn amilosakarakter yg sangat berbeda dgn amilosa• Bentuk spt fiber / serat lurus dan
memanjangj g• Setiap residu glukosa membtk pita yang
antr satu dgn yg lain saling berputar 180 °g yg g p
Kitin
• Merupakan polimer N asetil β D• Merupakan polimer N-asetil β – D glukosamin
• Terhubung dengan ikatan β 1 4 sehingga• Terhubung dengan ikatan β 1 4 , sehingga memiliki struktur yg mirip dengan selulosa kecuali pada gugus OH atom C 2 diganti p g g gdengan gugus amino yg terasilasi
• Terdistribusi luas di banyak organisme y gterutama menyusun eksoskeleton bbrp moluska dan artropoda
Glikosaminoglikan
• heterosakarida yg berulang dan• heterosakarida yg berulang danmengandung derivat gula amino apakahitu glukosamin atau galaktosaminitu glukosamin atau galaktosamin.
• pada setiap unit penyusunnya tersebutselalu bermuatan negatif krn adanyaselalu bermuatan negatif krn adanyagugus karboksilat dan sulfat
• Major glukosamine a l : dermatan sulfatMajor glukosamine a.l. : dermatan sulfat, kondroitin sulfat, heparan sulfat, keratansulfat, heparin, hyaluronatep y
Kondroitin dermatan sulfat sulfat
Heparin Hyaluronatp Hyaluronat
M t b li k b hid tMetabolisme karbohidrat
GlGlycogen
Pati, sukrosa
simpanan
GLUKOSA
simpanan
Oksidasi viaOksidasi via
Pentose phosphat pathway (PPP)
Oksidasi via glikolisis
Ribosa 5-phospat pyruvat
pankreas
mulut
α Amilase Pati
maltosamulut maltosa
Pembuluh darah
dipeptidase, sukrase,
Maltosa
2 glukosaGLIKOLISISmaltase, laktase,
1. GLIKOLISIS (Embden-Meyerhoff-Parnas Pathway) : Perubahan degradatif glukosa menjadi asam piruvat, (asam laktatatau 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 CO26 molekul glukosa 6P menjadi 5 molekul fruktosa 6P + 6 CO2
3. GLIKOGENOLISIS, Proses degradatif pembongkaran Glikogen menjadiGlukosa-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 (polimer6. FRUKTANOLITIK, Proses degradatif pembongkaran fruktan (polimerfruktosa) ----> Fruktosa
7. INTERKONVERSI MONOSAKARIDE, proses perubahan antar isomer p pmonosakarida menjadi Glukosa-6P dan Fruktosa-6P dan selanjutnyamasuk dalam glikolisis atau menjadi beberapa OLIGOSAKARIDAatau polisakarida lainnya
Glikolisis• Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang
mengubah glukosa menjadi dua g g jmolekul piruvat
• Pada proses ini juga dihasilkan ATPPada proses ini juga dihasilkan ATP• Dikenal sebagai Embden-Meyerhof
pathwaypathway• 10 langkah utk menjadi piruvat
FATE of PYRUVATE
Sangat tergantung pada jenis organismenya
C H O + 2 ADP + 2 NAD++ + 2 Pi 2 t
organismenya
C6H12O6 + 2 ADP + 2 NAD++ + 2 Pi 2 pyruvate + 2 ATP + 2 NADH + 2 H++ + 2 H2O
Tahap persiapan
• Memerlukan 2 molekul ATP• Memecah gula heksosa menjadi molekul 2 triose
f f t
Tahap pengembalian / pay off
fosfat
Tahap pengembalian / pay off• 4 ATP
2 molekul piruvat• 2 molekul piruvat• 2 molekul NADH + H
Tahap 1.
• Fosforilasi glukosa• Fosforilasi glukosa
• Reaksi yang irreversibel
• Heksokinase : tranfer gugus fosfat pada molekul heksosa
• Memerlukan Mg
• Terdapat di semua jenis sel
tahap ke 2: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 substratnyaEnsim memerlukan Mg, dan spesifik untuk substratnya
Tahap ke 3.
Dikatalisis oleh fosfofruktokinase (PFK), secara alosterik diatur oleh: AMP ADP Citrate (off)oleh: AMP ADP Citrate (off)
F2,6 BP ATP (off)
Merupakan titik regulasi glikolisis yang utama.
Pd kondisi in vivo reaksi berlangsung irreversibel
Tahap ke 4Tahap 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
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
Tahap ke 6
Memerlukan NAD+ 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 maka Karena dihasilkan 2 molekul ATP untuk setiap 1 glukosa, maka pada tahap ini, reaksi menjadi impas
Tahap ke 8
Reaksi pada kondisi standar cenderung lebih ke arah kiri untuk p gmembentuk 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 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 f ffosforilasi 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 sebelumnyamenarik dua reaksi sebelumnya
-Ensim yg mengkatalisis reaksi ini secara allosterik dinon aktifkan oleh : ATP, alanine, and acetyl-CoA,
D n e llo te ik di ktifk n oleh F1 6BP nd Dan secara allosterik diaktifkan oleh F1,6BP, and
Daur Kreb (TCA)Daur Kreb (TCA)
• Berfungsi mengoksidasi hasil glikolisis mjd CO2 dan juga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergijuga menyimpan energi ke bentuk molekul berenergi tinggi spt ATP, NADH, FADH2
• Sentral dalam siklus oksidatif dlm respirasiSentral 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
• Berfungsi dalam katabolisme dan juga anabolisme g j gamfibolik
• Katabolisme memproduksi molekul berenergi tinggi
• Anabolisme memproduksi intermedier untuk prekursor biosintesis makromolekul
• Berbagai daur mengambil senyawa antara dlm siklus kreb berkurang hrs ada mekanisme utkkreb berkurang hrs ada mekanisme utk mengganti senyawa antara tadi daur anaplerotik
Daur Kreb (TCA)
Overview the reaction
Dalam setiap siklus:– 1 gugus asetil ( molekul 2C) masuk dan keluar sebagai 2
COmolekul CO2
– 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 FADg
– Dihasilkan:• 2 ATP, 8 NADH, 2 FADH2
Tidak diperlukan O pada TCA tetapi digunakan pada– Tidak diperlukan O2 pada TCA, tetapi digunakan pada Fosforilasi oksidatif untuk memberi pasokan NAD, shg piruvat dapat di ubah menjadi Asetil Co A
Glikolisis vs TCA
Glik li i TCAGlikolisis1. Reaksi berjalan
linier
TCA1. Reaksi siklis2 L t k di t iklinier
2. Lokasi di sitoplasma
2. Letak di matriks mitokondria
sitoplasma
Reaksi AnaplerotikReaksi Anaplerotik• Ketika produk intermedier TCA digunakan
sbg prekursor biosintesis lainnyasbg prekursor biosintesis lainnya• Konsentrasi intermedier turun
memperlambat kecepatan TCAp p• 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– Piruvat malat dg ensim malat– Reaksi transamnasi : Aspartat OAA dan
glutamat α KG
Major biosynthetic roles of some citric acid cycle intermediates.
Sintesis Glukosa
Sintesis glukosa sangat penting krn otak dan sistem saraf kitasaraf kita membutuhkan glukosa sebagai sumber energisumber energi utama
glukoneogenesisglukoneogenesis
-Universal ditemukan diUniversal ditemukan di hewan, tumbuhan , fungi dan mikroorganisme lainnya
-10 tahap reaksi, dan 7 diantaranya merupakan kebalikan glikolisiskebalikan glikolisis
Pengubahan pyruvat menjadi Phosphoenolpyruvate (PEP) memerlukan bypas reaksi
Pyruvat dari sitosol dibawa ke dalam mitokondria terlebih dahulu
Pyr korboksilasePyr korboksilase
OAA + GTP PEP + CO2 + 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
Glukoneogenesis membutuhkan banyak energi dan bersifat irreversibelirreversibel
S iSampai jumpa dan Good luck to ur exam