Biokimia Sel

GlikolisisTIK :Mahasiswa mampu menganalisis proses glikolisis untuk pembangkitan energi serta menjelaskan proses lanjutannya GlikolisisPokok BahasanJalur dan tahap glikolisisPembangkitan dan neraca energi glikolisisProses lanjutan glikolisis Pyruvate dehydrogenase ComplexGlikolisisApa itu glikolisis ?Glycolysis : serangkaian reaksi yang menghubungkan degradasi parsial glukosa menjadi pyruvate dengan sintesis ATP dari Pi dan ADPEnergi dari glikolisis digunakan untuk sintesis ATP. Pyruvate dapat dipakai oleh reaksi-reaksi lain.Glikolisisevolutionary primitive energy creating systemmay occur in anaerobic environments

GlikolisisTujuan GlikolisisMembangkitkan ATP dari energi bebas sebagai hail rearrangement glukosa Memecah glukosa secara parsial, untuk menyediakan bahan untuk metabolisme selanjutnya (Siklus TCA). lysis of glucose=glycolysis.

GlikolisisTahapan GlikolisisSet-up : Aktivasi glukosa sebagai persiapan untuk pemecahan, butuh ATPMid-Phase : Hexosa dipecah menjadi 2 triosa, dioksidasi menjadi kaboksilat. Beberapa energi diperangkap sebagai energi ikatanPay-off : Recovery energi ikatan untuk pembentukan ATPGlikolisisGlikolisis - Glukoneogenesis

Harus dipelajari proses demi prosesKeterkaitan dengan metabolisme secara keseluruhanGlikolisisGlucose Glucose-6-PhosphateReaksi : Penambahan phosphateDGo cukup memberikan dorongan reaksi selanjutnya

GlikolisisGlucose-6-Phosphate Fructose-6-PhosphateReaksi : IsomerisasiDGo = + 2,0 kJ/molDG = -0,6 kcal/molEnzim : G-6-P isomerase

GlikolisisFructose-6-Phosphate Fructose-1,6-biPhosphateReaksi : kinase; aktivasi dengan melibatkan ATPDGo = -14,4 kJ/molDG = -5,3 kcal/mol; irreversibelEnzim : phosphofructokinase

GlikolisisFructose-1,6-biPhosphate Dihydroxyacetone phosphate + Glyceraldehyde 3-phosphateReaksi : aldol cleavage DGo = +22,0 kJ/molDG = -0,3 kcal/mol; reversibelEnzim : aldolase (lyase)

GlikolisisNasib Dihydroxyacetone phosphate + Glyceraldehyde 3-phosphateTahap selanjutnya hanya glyceraldehide-3-phosphateDihydroxiacetone phosphate menjadi glyceraldehide-3-phosphateDua molekul G3P/glukosa

GlikolisisGlyceraldehyde 3-phosphate 1,3-Bisphosphoglycerate

Enzym : Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenaseReaksi : Oksidasi & PhosphorilasiDGo = + 1,5 kcal/molDG = -0.4 kcal/mol; reversible

GlikolisisMekanisme

Reaksi kunci dari segi energi.Oksidasi aldehyde menjadi carboxylate dengan NAD+ sebagai akseptor, sekitar -50 kJ/mol. 1 ikatan energi tinggi acylphosphate, Siap untuk recover energi sebagai ATP Glikolisis1,3-Bisphosphoglycerate 3 PhosphoglycerateReaksi : DefosforilasiEnzim : Phosphoglycerate kinaseDGo`= - 24,2 kJ/molDG = - 0,3 kcal/mol; reversibel2 mol1,3-bisphosphoglycerate /glukosa, berarti 2 ATP/glukosa.

Glikolisis3-Phosphoglycerate 2-PhosphoglycerateReaksi : Pergeseran gugus fosfatEnzim : PhosphoglyceromutaseDGo`= +5,8 kJ/molLangkah awal untuk menangkap energi yang masih ada di ester fosfat

Glikolisis2-Phosphoglycerate PhosphoenolpyruvateReaksi : DehidrasiEnzim : EnolaseDGo`= +3,2 kJ/molDG = - 0,8 kcal/mol; reversibelPenghilangan H2O untuk membuat satu ikatan ganda

GlikolisisPhosphoenolpyruvate (PEP) to Pyruvate Reaksi : DefosforilasiEnzim : Pyruvate kinaseDGo`= - 31,6 kJ/molDG = - 4,0 kcal/mol; irreversibel2 mol PEP/glukosa, maka dihasilkan 2 ATP/glukosa

GlikolisisSetelah Glikolisis ?Harus dilihat secara keseluruhanNasib Pyruvat, tergantung keberadaan oksigen

GlikolisisPenggunaan pyruvate; anaerobDasar untuk fermentasiDireduksi oleh NADH menjadi laktat

Decarboksilasi pyruvat dilanjutkan dehidrogenase alcohol menghasilkan etanol, CO2 dan NAD+GlikolisisPenggunaan pyruvate; aerobMasuk ke siklus Krebs (TCA cycle)NADH yang dihasilkan masuk ke rantai transport elektron untuk menghasilkan ATPOksigen sebagai penerima elektron yang terakhirNADH harus segera direoksidasi menjadi NAD+ dan H+ karena persediaan terbatasGlikolisisOksigen terbatas ?Di otot, jika pemakaian melebihi pasokan, misal lari cepatTeradaptasi bisa beralih ke anaerob untuk mempertahankan ATP.Akumulasi laktat; asidifikasi dan lelah.

GlikolisisLaktat dieksresikan ke darah, sirkulasi ke hati.Di hati diubah menjadi glukosa melalui jalur gluconeogenesis, dikembalikan ke otot.Dikenal sebagai siklus Cori

GlikolisisEnergetika Glikolisis;Misal untuk glikolisis anaerob

GlikolisisProduksi ATP; Aerob dan Anaerob

GlikolisisSebagian besar tahap dalam keadaan setimbangTiga tahap dengan DG sangat negatif; regulator

Pengukuran DG aktual & [intermediet]GlikolisisDG negatif dan jalur glukoneogenesisTiga tahap : Hexokinase, phosphofructokinase dan pyruvate kinaseTidak reversibel; pada saat glukoneogenesis harus di by pass dengan bantuan hidrolisis ATPGlukoneogenesis butuh 6 ATP untuk mensintesis glukosa dari 2 molekul laktatGlikolisisPengaturan glikolisisOleh tahap dengan DG sangat negatifTerhenti jika ATP tidak dibutuhkan Hexokinase : product inhibition oleh glucose-6-phosphate. Jika G-6-P tidak terpakai enzim shuts down. Phosphofructokinase : pengaturan negatif oleh ATP dand diaktivasi oleh 5'-AMP. Jika ATP cukup, phosphofructokinase berhenti Pyruvate kinase : dihambat oleh kecukupan ATP GlikolisisGlukoneogenesisSintesis glukosa dari piruvat3 Jalur dengan perubahan energi tinggi di by passMekanisme dalam mengatur level glukosa untuk keperluan metabolismeGlikolisisGlucose Catabolism; ResumeCellular respiration 4 steps are involved, glucose + O2 produces H2O + energy + CO2

Glikolisis Formation of Acetyl Coenzyme APyruvic acid enters the mitochondria with help of transporter proteinDecarboxylationpyruvate dehydrogenase converts 3 carbon pyruvic acid to 2 carbon fragment (CO2 produced)pyruvic acid was oxidized so that NAD+ becomes NADH2 carbon fragment (acetyl group) is attached to Coenzyme A to form Acetyl coenzyme A which enter Krebs cyclecoenzyme A is derived from pantothenic acid (B vitamin).

GlikolisisOksidasi Pyruvate Acetyl-SCoACH3COCO2- + NAD+ + HSCoA CH3CO-SCoA + CO2 + NADH DGo = -30.9 kJ/molEnzim : pyruvate dehydrogenaseEnergy dihasilkan melalui pelepasan CO2 dan proses oksidasiEnergy ditangkap sebagai NADH (daur ulang menghasilkan 2.5 ATP) dan pembentukan ikatan thioester energi tinggi penghubung gugus acetyl dengan Coenzyme A.GlikolisisPyruvate dehydrogenase : Enzym komplek

Melibatkan beberapa coenzym : TPP, Lipoamide, FADGlikolisisTPP = Thiamine PyrophosphateMengandung atom C reaktif antara N dan S.Ikatan ganda dan muatan + menstabilkan muatan negatif CPasangan elektron; bertindak sebagai nukleophile, berikatan dengan gugus C=O Pyrophosphate : ester pyrophosphoric acid, HP2O73-

Menyebabkan hilangnya CO2 dari pyruvate dan mengikat acetaldehyde sebagai komplek covalent, mentransfernya ke koenzim lipoamide E2.GlikolisisLipoamideMenangkap gugus acetyl group sebagai thioester internal dan mentransfernya ke Coenzyme A membentuk acetyl-Coenzyme A.

Amide dari 8-carbon lipoic acid, pasangan S pada C-6 dan C-8.Terikat pada lysine side chain enzimGlikolisisCoenzyme ATerdiri dari pantotheine, adenosine sebagai pembawa phosphate pada posisi 3'-

Carrier dan activator asam lemak agar larut. Gugus penting -SH pembentuk ikatan energi tinggi.GlikolisisFADTerikat sangat kuat dengan enzimMereduksi kembali dihydrolipoamide menjadi lipoamide; FADH2 yang terbentuk di daur ulang oleh NAD+

GlikolisisPeranan Vitamin B; bagian coenzim

Niacin (nicotinamide) : NAD+, NADP+ Riboflavin ( B2) : FAD, FMN Thiamine (B1) : thiamine pyrophosphate Pantothenate (B5) : Coenzyme A Pyridoxine (B6) : Pyridoxal phosphate Folic acid : tetrahydrofolate Cobalamin (B12) : Cobalamin Biotin : Biotin GlikolisisMekanisme detil (1)TPP mengikat pyruvate sebagai substrate. C nucleophilic menyerang C=O, addition product.N+ menarik elektron, karboksilat membebaskan CO2

GlikolisisMekanisme detil (2)C nukleophilik dari hydroxyethyl-TPP menyerang S-S ring lipoamide, substrate oxidation step. Jika TPP menarik elektronnya, substrate dibebaskan sebagai gugus acetyl yang terikat dengan S dari lipoamide tereduksiEnergi digunakan membentuk ikatan thioester dan pengikatan coenzyme A.

GlikolisisMekanisme detil (3)Cincin dihydrolipoamide bergerak ke Enzim 3 untuk di daur ulangAtom H ditransfer ke FAD membentuk FADH2, yang terikat di enzim.FADH2 di daur ulang oleh NADH

GlikolisisTahapAerobAnaerob

1. Hexokinase- 1- 1

2. 6-Phosphofructokinase- 1- 1

3. Glyceraldehyde-3-P DH+ 50

3. Phosphoglycerate kinase+ 2+ 2

4. Pyruvate kinase+ 2+ 2

5. Lactate dehydrogenase---Daur ulang NADH

Total72