6. metabolisme
TRANSCRIPT
METABOLISME SEL(KATABOLISME & ANABOLISME)
Pelatihan Rekayasa Bioproses Dalam Industri Bioteknologi20 November – 1 Desember 2006
LIESBETINI HARTOTO
Metabolisme :
• Semua reaksi kimia yang terjadi di dalam sel berbagai molekulterlibat dalam reaksi tsb = “metabolit”
• Terbagi menjadi 2 kategori :a. Menghasilkan energi katabolismeb. Biosintetik (memerlukan energi) anabolisme
• Organisme Fotosintetik memperoleh energi dari cahaya matahari• Organisme Kemotrof dari senyawa organik
• Oksidasi Biologis merupakan dehidrogenasi (penghilangan2 atom H yang dipindahkan molekul lain (= coenzyme),Contoh : - NAD (nicotinamide adenin dinucleotida)
- FMN (flavin mononucleotide)- FAD (flavin adenine dinucleotide)
• Selama pemecahan senyawa organik, dihasilkan senyawa antara(intermediate) yang mengandung gugus fosfat yang terikat sebagaiikatan ester fosfat (ikatan berenergi tinggi) ATP (adenine trifosfat)
Sumber Energi
KATABOLISME(Khimosintesis)
ANABOLISME(Biosintesis)
KATABOLISME(Fotosintesis)
CahayaBiopolimer
Fosforilasi substrat& Oksidatif
RNA, DNA,Protein Fosforilasi
Bioelemen/intermediate(asam amino, purin dll)
Pengumpulanintraseluler
ATPADP
ATPADP PanasPanas
Produk metabolisme Substrat
Skema Proses Metabolisme Di dalam Sel Mikroba
KATABOLISME
Pada mikroba dikenal 4 jalur pemecahan glukosa menjadi asam piruvat
1. Jalur Embden-Meyerhof Parnas (EMP) atau Glikolisis
fungi & kebanyakan bakteri
2. Jalur Heksosamonofosfat (HMF)
berbagai organisme
3. Jalur Entner-Doudoroff (ED)
hanya ditemukan pada beberapa bakteri
4. Jalur Fosfoketolase (FK)bakteri golongan laktobasili heterofermentatif
1. Jalur Embden-Meyerhof Parnas (EMP) atau Glikolisis
1. Jalur Embden-Meyerhof Parnas (EMP) atau Glikolisis
Merupakan reaksi konsekutif :
1. Fosforilasi glukosa oleh ATP; isomerisasi dan fosforilasi membentukfruktosa-1,6 difosfat dan 2 ADP
2. Pemecahan fruktosa-1,6 difosfat membentuk 2 mol triofosfat3. Oksidasi 3-fosfo-gliseraldehida dg redukso NAD dan pengambilan
fosfat anorganik (Pi ) pembentukan ikatan berenergi tinggi pd 1,3-difosfo-gliserat
4. Pemindahan ∼P dari 1,3-difosfo-gliserat ke ADP5. Isomerisasi 3-fosfo-gliserat, diikuti dg dehidrasi membentuk ∼P pd
fosfo-enol-piruvat6. Pemindahan ∼P pd fosfo-enol-piruvatke ADP dan membentuk piruvat
dan ATP
Piruvat menjadi kunci dalam proses katabolisme selanjutnyaContoh : asam laktat
etanol (khamir)Senyawa penting bernilai komersial
2. Jalur Heksosamonofosfat (HMF)
2. Jalur Heksosamonofosfat (HMF)
- Pemecahan glukosa menjadi asam piruvat dapat terjadi dari 2 jalur, yaitu jalur Heksosa Difosfat (seperti jalur EMP) dan jalur HeksosaMonofosfat
- Memberikan pentosa yang dibutuhkan untuk sintesis asam nukleat, beberapa asam amino armatik, vitamin & NADPH+H+
Siklus Pentosa
- Tidak menghasilkan energi secara langsung, tetapi NADPH+H+ yangterbentuk merupakan ATP jika masuk ke dalam sistem transpor energi
- Reaksi keseluruhan :
3 Glukosa-6-fosfat + 6 NADP+ 2 Fruktosa-6-fosfat + Gliseraldihida-3-fosfat + 3 CO2 + 6 NADPH+H+
Kaitan Link Glikolisis dgn Jalur Heksosamonofosfat (HMF)
3. Jalur Entner-Doudoroff (ED)
3. Jalur Entner-Doudoroff (ED)
-Ditemukan pada oksidasi glukosa oleh spesies Pseudomonas
- Tahapan reaksi :
* Aktivasi glukosa oleh ATP* Oksidasi gugus aldehid pada glukosa-6-fosfat membentuk
6-fosfo-glukonat dan reduksi NADP* Dehidrasi 6-fosfo-glukonat membentuk 2-keto-3-deoksi-6-fosfo-glukona
(KDPG)* Pemutusan KDPG menghasilkan piruvat dan gliseraldehida-3-fosfat* Triosa-fosfat melewati jalur Glikolisis serta menghasilkan 2 mol ATP
dan 1 mol NADPH+H+
4. Jalur Fosfoketolase (FK)
Glukosa L-arabinosaD-ribosa D-xylosa
Glukosa-6-P
Glukonolakton-6-P
6-Fosfoglukonat
Ribulose 5-P
D-ribosa 5-P L-ribolose D-xylosa
Xylulose 5-P
Gliseraldehida 3-P Asetil-P Asetat
Piruvat
ATPADP
NADP+
NADPH+H+
NADP+
NADPH+H+
ATPADP ATP
ADP
ADP ATP
Lihat EMP
4. Heterolactic lactobacilli
4. Heterolactic lactobacilli (Jalur Fosfoketolase (FK)
- Merupakan modifikasi dari jalur Glikolisis, karena mikroba tidakmempunyai enzim glikolitik (aldolase) : fruktosa difosfatgliseraldehida-3-fosfat
-Tahapan reaksi :
Pentosa fosfat diisomerisasi dan dipecah dgn pengikatan Pi asetil ∼fosfat terbentuk asetat atau etanolgliseraldehida-3-fosfat Glikolisis piruvat laktat
• Beberapa mikroba memetabolisme oiruvat dengan berbagai jalurkondisi
anaerobik
• Contoh :
Mikroba Produk Utama
Clostridia Butirat, asam setat, butanol, etanol, aseton, CO2, H2
Enteric bacteria Asam asetat, etanol, CO2 , H2 atau asam format, (E. coli, asam laktat, asam suksinat, 2,3-butilen glikolAerobacter aerogenes)
Yeast Etanol, CO2
Homofermentatif Lactic acidlactobacilli
Metabolisme Piruvat Secara Anaerobik
Siklus Asam Sitrat (TCA Cycle = Siklus Krebs))
- Bila tersedia oksigen, banyak mikroba dapat mengoksidasi puruvat melaluiSiklus Krebs
- Siklus berperan penting dalam memberikan kerangka karbon sebagaisenyawa awal (intermediate) serta energi untuk reaksi
- Melepaskan lebih banyak energi dibandingkan Glikolisis
Siklus Asam Sitrat (TCA Cycle = Siklus Krebs))
ANABOLISME (BIOSINTESIS)
1. Biosintesis Asam Amino
2. Biosintesis Asam Lemak
3. Biosintesis Karbohidrat
4. Biosintesis Nukleotida
5. Biosintesis Antibiotika
6. dll
Biosintesis Asam Amino
Biosintesis Asam Lemak
KETERATURAN METABOLISME
- Metabolisme mikroba berjalan dengan tingkat keteraturan yang sangat baikefisien dan tidak terjadi pembentukanproduk secara berlebihan
- Metabolisme mikroba dikendalikan melalui mekanisme keteraturan dalamaktivitas dan sintesis enzim, seperti :
1. Induksi2. Keteraturan Katabolit3. Feedback Regulation4. Keteraturan Muatan Energi5. Permeabilitas Membran
MODIFIKASI METABOLISME
1. Modifikasi Lingkungan
2. Modifikasi Genetika
3. Rekombinasi Genetika
SISTEM PENGENDALIAN AKTIVITAS ENZIM OLEH MIKROBA(Feedback Regulation)