BIOKIMIA II

  • View
    849

  • Download
    9

Embed Size (px)

Transcript

BIOKIMIA IIDIKTAT

Disusun Oleh: Ketut Ratnayani, S.Si., M.Si. A.A Mayun Laksmiwati, S.Si., M.Si. Ir. Sri Wahyuni, M.Kes.

Dibiayai dari Dana Hibah Pengajaran SP4 Tahun 2006

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANABUKIT JIMBARAN

DAFTAR ISI

BAB I PENGANTAR METABOLISME

TIU

: Mahasiswa mampu menjelaskan tentang gambaran umum metabolisme beserta pengaturannya secara tepat dan benar (C2).

1.1 Gambaran Umum Metabolisme Keseluruhan rangkaian reaksi kimia yang berlangsung dalam sel hidup disebut metabolisme. Metabolisme merupakan aktivitas sel yang amat terkoordinasi, mempunyai tujuan dan mencakup berbagai kerjasama banyak sistem multienzim. Semua spesi yang berkaitan dengan reaksi metabolisme (seperti substrat, senyawa intermediet dan produk) disebut metabolit. Metabolisme memiliki empat fungsi spesifik, yaitu: 1. Untuk memperoleh energi kimia (dari degradasi sari makanan yang kaya energi yang berasa dari lingkungan atau energi matahari). 2. Untuk mengubah molekul nutrien menjadi precursor unit pembangun bagi makromolekul sel. 3. Untuk menggabungkan unit-unit pembangun ini menjadi makromolekul (protein, asam nukleat, lipida, polisakarida) dan komponen sel lain.4. Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan di dalam

fungsi khusus. Secara umum metabolisme dapat dibagi menjadi dua fase yaitu katabolisme (degradasi) dan anabolisme (biosintesis). Katabolisme merupakan fase metabolisme yang bersifat menguraikan, menyebabkan molekul nutrien seperti karbohidrat, protein dan lipida yang datang dari lingkungan atau dari cadangan makanan sel itu sendiri terurai di dalam reaksi-reaksi bertahap menjadi produk akhir yang lebih kecil dan sederhana, seperti asam laktat, CO2, dan amonia. Katabolisme diikuti oleh pelepasan sederhana, seperti asam laktat. Katabolisme diikuti oleh pelepasan energi bebas ( di dalam bentuk molekul pembawa energi, ATP atau NADPH) yang telah tersimpan di dalam struktur komplek molekul organik yang lebih besar tersebut. Sedangkan Anabolisme merupakan fase pembentukan atau sintesis dari metabolisme, yaitu molekul pemula atau unit pembangun yang lebih kecil disusun menjadi makromolekul besar yang merupakan komponen sel, seperti protein dan asam nukleat. Karena biosintesis mengakibatkan peningkatan ukuran1

dan kompleksitas struktur, maka proses ini memerlukan input energi bebas, yang diberikan oleh pemecah ATP menjadi ADP dan fosfat. Biosintesis beberapakomponen sel juga memerlukan atom hidrogen berenergi tinggi yang disumbangkan oleh NADPH. Katabolisme dan anabolisme terjadi bersamaan di dalam sel dan kecepatan prosesnya diatur sendiri-sendiri. Secara umum dapat kita bandingkan proses-proses katabolisme dengan anabolisme berdasarkan Tabel 1.1. No 1 Tinjauan Proses Katabolisme Penguraian sederhana 2 Energi molekul Anabolisme nutrien Pembentukan atau sintesis dari unit pembangun proses yang

kaya energi menjadi molekul makromolekul

Diikuti pelepasan energi bebas Merupakan dalam bentuk ATP (ATP)

membutuhkan energi bebas

3

Pola

Lintas

katabolik

menyatu Lintas produk berbeda

anabolik

menyebar yang

menjadi lintas akhir bersama

menghasilkan banyak jenis biosintesis

1

1

Gambar 1.1. Gambaran Umum metabolisme globalSiklus Produk I Molekul BioAsetil-KoA Tahap III HProdukakhir Tahap II CO2 Protein Tahap Polisakarida NH3 Piruvat Glukosa Asam Lipid Gliserol O 2 Asam Degradasi katabolisme Molekul Unit Amino asam Sitrat Pembangun Umum Besar yang lemak sederhanan

dan berukuran kecil

Gambar 1.2 Tiga tahap katabolisme aerobik Ketiga tahap katabolisme dari nutrien utama penghasil energi. Pada tahap I ratusan protein dan berbagai jenis polisakarida dan lipid dipecahkan menjadi komponen unit pembangunnya, yang relatif hanya berjumlah sedikit. Pada tahap II, molekul unit pembangun selanjutnya akan diuraikan lagi menjadi suatu produk yang bersifat umum yaitu gugus asetil-KoA. Akhirnya, pada tahap III, katabolisme mengarah kepada siklus asam sitrat dengan pembentukan hanya tiga produk akhir utama. Walaupun asam nukleat juga mengalami penguraian secara bertahap, proses ini tidak diperlihatkan karena pemecahan ini tidak terlalu banyak memberikan energi yang dibutuhkan oleh sel.

1

Lintas katabolik yang menyatu X W V U T S R Q P O N M L K J I H G F E D C B Produk A Pemula biosintetik Akhir Katabolik

Lintas biosintetik yang menyebar, yang membentuk banyak produk dari beberapa jenis pemula

Gambar 1.3 Menyatunya lintas katabolik dan menyebarnya lintas anabolikAsam amino ProteinCO2 Karbohidrat Energi kimia Molekul Pemula Makromolekul Produk akhir ATP Nutrien Gula sel energi Polisakarida LemakHmiskin Penghasil NADPH yang O Asam lemak Lipid energi Protein 2 NH3 Basa nukleat Asamnitrogen

Gambar 1.4 Hubungan energi di antara lintas katabolik dan lintas anabolik 1.1.1. Lintas katabolisme Lintas katabolisme menyerupai sungai yang meluas dialiri dari berbagai cabang anak sungai. Terdapat tiga tahap utama di dalam proses katabolisme aerobik (gambar 1.2) yaitu:

1

Tahap 1 : Makromolekul

sel dipecah menjadi molekul unit pembangunnya atau

monomernya, misal : polisakarida dipecah menjadi monosakarida. Tahap 2 : Berbagai produk dari tahap 1, dikumpulkan dan diuraikan menjadi produk yang bermanfaat umum (senyawa antara) yaitu Asetil-CoA (2C) dan piruvat (3C). Tahap 3 : Katabolisme mengarah pada siklus asam sitrat dengan pembentukan hanya tiga macam produk akhir utama yaitu : CO2, H2O, dan NH3. Gugus asetil dari Asetil-CoA diberikan kedalam siklus asam sitrat yang merupakan lintas akhir yang bersifat umum yang dilalui oleh nutrien penghasil energi. Disini terjadi oksidasi nutrien menghasilkan CO2, H2O, NH3, dan energi (dalam bentuk molekul ATP). 1.1.2. Lintas anabolisme Lintas anabolisme mempunyai banyak cabang yang menuju kepada ratusan jenis komponen sel. Lintas anabolisme juga berlangsung dalam tiga tahap, yaitu (contoh pada biosintesa polisakarida pati) : Tahap 1 : Dimulai dengan molekul kecil pemula, sebagai contoh sintesis pati (polimer glukosa) dimulai dari asam piruvat, intermediet asam sitrat, asam -keto dan pemula lain. Tahap 2 : Pada sintesis glukosa asam piruvat diubah menjadi glukosa melalui proses glukoneogenesis. Tahap 3 : Pada tahap terakhir glukosa dirangkai menjadi polisakarida pati. 1.1 Metabolisme Jalur Utama dan Metabolisme Sekunder Sampai saat ini kita telah membicarakan, terutama lintas metabolisme utama atau primer, tempat berubahnya zat makanan sel yang berukuran relatif besar (karbohidrat, lipida, dan protein). Pada lintas utama ini aliran metabolik relatif besar. Sebagai contoh, beberapa ratus gram glukosa dioksidasi menjadi CO2 dan H2O tiap hari oleh orang dewasa. Tetapi, terdapat pula lintas metabolik lain yang memiliki densitas aliran yang jauh lebih kecil termasuk pembentukan dan penguraian senyawa dalam jumlah hanya miligramperhari. Lintas ini menyusun metabolisme sekunder sel, termasuk pembentukan produk-produk khusus yang diperlukan oleh sel dalam jumlah sedikit. Lintas sekunder metabolisme ini terlibat dalam biosintesa koenzim dan hormon termasuk produk-produk yang dibutuhkan oleh sel dalam jumlah sedikit. Lintas sekunder metabolisme di dalam sebagai bentuk kehidupan2

menghasilkan ratusan biomolekul yang amat khusus seperti nukleotida, pigmen, toksin, antibiotik dan alkaloid. Produk-produk ini amat penting bagi kehidupan organisme yang membuatnya, dan masing-masing memiliki tujuan biologis spesifik, senyawa ini dibuat oleh lintas sekunder khusus yang tidak selalu diketahui detailnya. 1.2 Pengaturan Lintas Metabolisme Lintas metabolisme diatur dalam tiga jenis mekanisme yang berbeda, yaitu: 1. Kontrol aktivitas enzim Alosterik Kontrol aktivitas enzim Alosterik merupakan bentuk regulasi yang paling cepat memberikan respon. Enzim alosterik mampu mengubah aktivitas katalitiknya sebagai respon terhadap molekul efektor (pemberi rangsangan atau penghambat). Enzim alosterik biasanya terletak pada atau dekat permulaan dari suatu urutan multienzim dan mengkatalisis tahap yang membatasi kecepatannya, yang biasanya merupakan reaksi yang tidak dapat balik. Pada lintas katabolik yang menuju kepada pembentukan ATP dari ADP, produk akhir ATP sering kali berfungsi sebagai penghambat alosterik pada tahap awal katabolisme (Feed Back Inhibition atau inhibisi balik), yang dapat dilihat pada gambar 1.5. Pada lintas anabolik, produk akhir biosintesis seperti asam amino sering kali berfungsi sebagai penghambat alosterik bagi tahap awal. Beberapa enzim alosterik yang mengatur suatu urutan metabolik mungkin dirancang oleh moderator positif ADP atau AMP, dan dihambat oleh modulator negatif ATP. Enzim alosterik pada suatu lintas tertentu mungkin juga bersifat responsif secara spesifik terhadap senyawa antara atau produk dari lintas metabolik lain. Dengan cara ini, kecepatan sistem enzim yang berbeda dapat terkoordinasi satu sama lain. 2. Pengaturan oleh Hormon Mekanisme ini terjadi pada organisme tingkat tinggi. Hormon merupakan pembawa pesan kimiawi yang disekresi oleh berbagai kelenjar endokrin dan diangkut oleh darah menuju jaringan atau organ target (tempat hormon melakukan rangsangan atau hambatan terhadap beberapa aktivitas metabolik spesifik). Sebagai contoh penerapannya adalah peranan hormon adrenalin, hormon adrenalin disekresikan oleh bagian medula dari kelenjar adrenal, diangkut oleh darah menuju hati. Disini adrenalin merangsang pemecahan glikogen menjadi glukosa, sehingga meningkatkan kadar gula darah. Adrenalin juga merangsang penguraian glikogen di dalam otot kerangka, menghasilkan laktat dan energi dalam bentuk ATP. Adrenalin memberikan pengaruh ini dengan mengikat sisi reseptor adrenalin yang spesifik2

pada permukaan sel hati dan otot. Pengikatan adrenalin merupakan isyarat