Biokimia Perombakan bahan organik Materi Kuliah Biologi Tanah Prodi Agroteknologi FPUPNVY PERTEMUAN KE 4-5
Dosen: Ir.Sri Sumarsih, MP. E-mail:
[email protected] Weblog: Sumarsih07.wordpress.com Website: agriculture.upnyk.ac.id
Jalur reaksi perombakan senyawa karbon
1
Karbohidrat
Dekomposisi hemiselulosa, selulosa dan khitin
Dekomposisi hemiselulosa
Dekomposisi selulosa
Dekomposisi khitin
2
Ligno selulosa
Struktur lignin yang menyelimuti selulosa pada tanaman Selaginella
Model struktur lignin pada kayu
Monomer molekul lignin: Gugus -CH3 disebut metoksil
Potongan struktur molekul lignin
3
Dekomposisi lignin Lignin yang terdekomposisi ditandai gugus metoksil (O-CH3) berkurang, gugus hidroksil (-OH) bertambah
Peruraian Karbohidrat Polisakarida enzim ligninase, selulase, amylase, dll Monosakarida jalur EMP (glikolisis) , HMP, ED Asam piruvat Siklus Krebs CO2 + H2O + Energi
4
Peruraian Lemak Lipida Enzim lipase Gliserol
Asam lemak
EMP (Glikolisis)
Asam asetat Asetat-coA
Siklus Krebs CO2 + H2O + Energi
Cell Wall
Peruraian protein
Amino Acids
Cell Membrane
Amino Acid Transport System
? Di/Tri Peptide Transport System
Di/Tri peptides
? Smaller Oligopeptides
? Large Oligopeptides
Cytoplasm
Amino Acids Di- and TriPeptidases
Di/Tri Peptides Peptidases
Oligopeptide Transport System
Oligopeptides
Proteinase Casein
5
Peruraian protein Protein enzim proteinase Polipeptida enzim peptidase Oligopeptida
asam amino
Asam amino intra seluler
Deaminasi
Dekarboksilasi
Transaminasi
NH3+CO2
CO2
NH4
Biosintesis protein
Jalur EMP (glikolisis) dan siklus Krebs (Tricarboxylic Acid/TCA)
6
Tricarboxylic Acid Cycle
7
Siklus TCA •Piruvat (Asetat) dari glikolisis didegradasi menjadi CO2 •Dihasilkan beberapa ATP •NADH dibuat lebih banyak •NADH akan membuat ATP lebih banyak dalam transport elektron dan fosforilasi oksidatif
Logika Kimia Siklus TCA •TCA nampaknya memiliki jalur yang kompleks untuk mengoksidasi asetat menjadi CO2 •Tetapi jalan normal (2 jalan) untuk memecah ikatan C-C dan mengoksidasi tidak bekerja untuk CO2 (perhatikan slide berikutnya) 1) Pemecahan antara karbon α dan β menjadi karbonil 2) Pemecahan α pada α-hidroksiketon
8
Lecture 31. The Tricarboxylic Acid Cycle
17
Logika kimia siklus TCA Asetat tdk memiliki β-karbon atau hidroksil:
Dua jalan pemecahan ikatan C-C: O
O
O
C Cα
O OH Cβ
C Cα
H3C C O pyruvate
α−Cleavage
β-Cleavage O
O H3C
C Oacetate
example: aldolase
example: transketolase
H3C C S CoA Acetyl-CoA
•Jadi TCA mengkondensasi asetat dg oksaloasetat dan melakukan pemecahan β dg oksidasi unt membentuk CO2, regenerasi oksaloasetat dan penangkapan Semua energi sebagai NADH dan ATP!
Lecture 31. The Tricarboxylic Acid Cycle
18
Intermediat TCA O
Acetyl-CoA O
C COO-
entry
H3C C S CoA
•Warna merah karboksilat diokisadi menjadi CO2 dan di dekarboksilasi; •Nomor di bawah tiap-tiap intermediet menunjukkan jumlah karbon. Siklus dimulai dengan 6 karbon dan diakhiri dengan 4 karbon.
H2C COOoxaloacetate
citrate H2C COOHO
isocitrate H2C COO-
C COO-
HC COO-
H2C COO
CH COO-
6
HO 6
α-ketoglutarate H2C COO-
succinyl-CoA H2C COO-
CH2
CH2
C COO
C
O 5
Succinate
Fumarate
H2C COO-
HC COO-
-
HC COO-
H2C COO
Malate OH
O
HC COO-
C COO-
H2C COO-
H2C COO-
SCoA
O 4
oxaloacetate
4
4
4
4
9
Tahap Jembatan: Dekarboksilasi Oksidatif Piruvat Piruvat dehidrogenase kompleks (PDC)
Piruvat + CoA + NAD+ O
asetyl-CoA + CO2 + NADH + H+ O
O
H3C C S CoA
H3C C O
Acetyl-CoA
pyruvate
•Piruvat masuk ke mitokhondria •Kaitan glikolisis ke TCA
Masuk pd suklis TCA: Sitrat Sintase Reaksi kondensasi oksaloasetat dengan actyl-CoA Sitrat Sintase
Oksaloasetat+Acetyl-CoA
Sitrat+CoASH citrate
O
C COO-
H2C COO oxaloacetate
O H2C COO-
H3C C S CoA
-
Acetyl-CoA
HO
C COOH2C COO-
•Karbon metil gugus asetil dari asetil-CoA berkondensasi dengan gugus karbonil pada oksaloasetat. Ikatan tioester dipecahkan unt membebaskan KoA •Dihasilkan asam sitrat
10
Isomerisasi Sitrat menjadi Isocitrate oleh Akonitase Akonitase
Sitrat
Isositrat
citrate H2C COO
H2C COO
S
HC COO-
C COO-
C COO-
HO
H2C COO-
H2C COO-
-
CH COO-
-
R
HC COO
-
HO
•Enzim akonitase mengkatalisis perubahan dapat balik sitrat mjd isositrat melalui pembentukan sis-akonitat •Sisi aktif mengandung pusat besi-sulfur, stereospecific; •Fluoroasetat sebagai penghambat TCA
Isositrat Dehyidrogenase: Oksidasi pertama Isositrat dehidrogenase
Isositrat + NAD+ isocitrate H2C COOS
HC COOCH COO-
α-ketoglutarat + CO2+ NADH +H+
Oxalosuccinate -
H2C COO O HC OC COO
α-ketoglutarate H2C COOCH2 C COO-
R
HO
O
O 5
•Terdapat dua jenis isositrat dehidrogenase yang satu memerlukan NAD+ sbg penerima elektron, yg lain NADP+ •Mitokondria mengandung dua tipe enzim tsb • ADP sbg aktivator, • α-ketoglutarat juga berperan nantinya dalam metabolisme nitrogen.
11
α-Ketoglutarat Dehidrogenase: Dekarboksilasi kedua α-Ketoglutarat dehidrogenase
α-ketoglut.+ NAD++CoA α-ketoglutarate
H2C COO
Suksinil-CoA + CO2+NADH +H+ succinyl-CoA
-
H2C COO-
CH2
CH2
C COO-
C SCoA
O 5
O 4
•Reaksi ini sama dengan reaksi piruvat dehidrogenase
Suksinil-CoA Sintetase: Fosforilasi tingkat Substrat menghasilkan GTP (akhirnya ATP) Suksinil-CoA Sintetase
Suksinil-CoA +GDP+P
Suksinat + GTP+CoASH Succinate
succinyl-CoA
H2C COO-
H2C COO-
H2C COO-
CH2 C SCoA
O 4
Nukleosida difosfat kinase
GTP + ADP
GDP + ATP
•Fosforilasi-tingkta-Substrat: substrat, lebih baik daripada rantai transport elektron atau gradien proton, menyediakan energi untr fosforilasi. •Pada tahapini, dihasilkan 2 NADH, 1 GTP atau dihasilkan ATP, jumlah karbon dirediksi menjadi 4. •Tahap2 berikutnya adalah mengubah suksinat mjd oksaloasetat.
12
Suksinat Dehidrogenase: Oksidasi FAD Suksinat Dehidrogenase
Suksinat + FAD
Fumarat + FADH2
Succinate
Fumarate
H2C COO-
HC COO-
H2C COO-
HC COO
-
•Suksinat dioksidasi mjd fumarat, yg mana FAD direduksi mjd FADH2 •Suksinat dehidrogenase juga dikenl sbg suksinat-koenzim Q reduktase. Tahap ini adalah bagian dari rantai transport elektron. •Asosiasi dg membran dlm mitokhondria
Fumarase Mengkatalisis Trans-hidrasi Fumarat Fumarase
Fumarate+H2O Fumarate
L-Malate Malate OH
HC COO-
HC COO-
HC COO-
H2C COO
-
13
Malat Dehidrogenase: Pelengkap siklus MDH
L-Malat + NAD+
Oksaloasetat+NADH+H+
Malate
oxaloacetate
OH HC COO
O
-
C COO-
H2C COO-
H2C COO-
•L-Malat dioksidasi mjd oksaloasetat; NAD direduksi mjd NADH; •Reaksi Endergonik
Homolactic fermentation of Glucose (Embden-Meyerhof Pathway, Glycolysis+LDH) Glucose G-P
F-6-P
FDP aldolase
F-1,6-P
Dihydroxyacetone-P
Glyceraldehyde (C3) PEP (2) Pyruvate (C3)
Lactata dehydrogenase (LDH) (2) Lactate
(C3)
Products: 2ATP 2Lactate Key enzymes FDP aldolase Lactate dehydrogenase
14
Mixed Acid Fermentation: Alternative end products for pyruvate Glucose FDP aldolase Dihydroxyacetone-phosphate
Glyceralderhyde-3-phosphate NAD+
LDH
(2) Lactate
(2)Pyruvate (2)NAD+
NADH+H+ (2) ADP (2) ATP (2) ADP (2) ATP
(2)CoA
(2)NADH+(2)H +
PFL
(2) Formate
(2) Acetyl-CoA NADH+H+ NAD+
Products: 3ATP 2 Formate 1 Ethanol 1 Acetate Key enzymes FDP aldolase Pyruvate formate lyase (PFL)
Acetaldehyde Acetyl-phosphate
NADH+H+ NAD+
ADP ATP
Ethanol
Acetate
Heterolactic Fermentation of Glucose (Pentose Phosphate Pathway) Glucose facultative anaerobic Anaerobic, aero-tolerant
CO2 Ribulose-5-phosphate Xylulose-5-phosphate PK Glyceralderhyde-3-phosphate
Pyruvate LDH
Lactate
Acetyl-phosphate
Acetaldehyde
Ethanol
Acetate Products: 2ATP 2 CO2 1 Lactate 1 Acetate Key enzymes PK LDH (NADH oxidase)
15
Biokimia pembentukan humus
Teori lignin untuk pembentukan humus
16
Teori polifenol untuk pembentukan humus
Struktur humus (asam humat & asam fulvat)
17
