METABOLISME KARBOHIDRAT, LEMAK ENERGI
Wiryatun Lestariana Departemen Biokimia Fakultas Kedokteran UII YOGYAKARTA
MET. KARBOHIDRAT, LEMAK TENAGA
PENDAHULUAN MET. KARBOHIDRAT – TENAGA MET. LEMAK - TENAGA
PENDAHULUAN • Lintasan metabolisme digolongkan 3 katagori: 1. lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan) lintasan yg. digunakan untuk sintesis senyawa pembentuk struktur dan jaringan tubuh: sintesis protein, glikogen, dll. 2. lintasan katabolik (pembongkaran/pemecahan) biasa digunakan dalam pembentukan energi tenaga tinggi (∞ P) atau unsur equivalen pereduksi (FADH, NADH) Contoh: reaksi fosforilasi oksidatif (rantai respirasi) 3. lintasan amfibolik (persimpangan): memiliki lebih dr. satu fungsi dan terdapat pd. simpangan metabolisme sbg. penghubung lintasan anabolik dan katabolik Contoh: siklus asam sitrat (siklus Kreb’s)
Lintasan Metabolisme karbohidrat lipid protein asam nukleat dll.
Lintasan anabolik
Molekul makanan (Diet)
pencernaan
molekul sederhana
absorbsi
~P
2H
lintasan amfibolik
Lintasan katabolik
PE
= Proses endergonik lainnya
O2 CO2 + H2O
PE
Struktur sel • Sel yang tidak mempunyai mitokondria: energi yang diperoleh hanya sedikit krn. hanya dari glikolisis: aerob/anaerob • Sel yang memp. mitokondria: energi dapat diperoleh dari: - glikolisis - dekarboksilasi oksidatif - fosforilasi oksidatif - siklus Kreb’s - oksidasi – β asam lemak
Mitokndria sebagai pabrik energi
Hasil pencernaan makronutrien (karbohidrat, lemak dan protein) Karbohidrat: monosakarida terutama glukosa Lemak: asam lemak, digliserida, monogliserida, gliserol Protein: asam amino
diproses melalui lintasan amfibolik
Asetil-KoA Siklus Kreb’s
ATP + CO2
MET. KARBOHIDRAT Monosakarida
glukosa fruktosa galaktosa
- diabsorbsi, bisa langsung digunakan sbg. bahan bakar diabsobsi , dibawa ke hepar diubah mjd. glukosa yang siap pakai : 1. dikatabolisis tenaga 2. diubah mjd. seny. karbohidrat lain: - glikogen simpanan glukosa - ribosa komponen asam nukleat - galaktosa laktosasusu - bergabung dgn. protein glikoprotein dan proteoglikan
Fungsi KH • Simpanan energi, bahan bakar, dan senyawaantara metabolisme • Elemen struktural dan pembentuk RNA dan DNA • Elemen struktural dinding sel tanaman maupun bakteri • Identitas sel, berikatan dgn. protein/lipid dan berfungsi dalam proses pengenalan antar sel
Karbohidrat - Energi - Mrpk. sumber energi utama dan sumber serat utama - Jenis karbohidrat sangat beragram dapat dibedakan antara satu dgn. lainnya berdasarkan susunan atom-atomnya, panjang pendeknya rantai dan jenis ikatannya - Dari kompleksitas strukturnya dibedakan KH sederhana (monosakarida dan disakarida) dan KH majemuk polisakarida) dan ada diantara 2 KH di atas oligosakarida (rafinosa, satkiosa, fruktooligosakarida, dan galaktoolisakarida
Proses katabolisme hubungannya dengan pembentukan tenaga/senyawa lain penting • • • • • • • •
Glikolisis aerob dan anaerob Glikogenesis Glikogenolisis Dekarboksilasi oksidatif Fosforilasi oksidatif (rantai respirasi) Siklus asam sitrat Reaksi pentosa fosfat (Hexoxe Monophosphat Shunt) Glukoneogenesis
Empat proses utama yang memberikan ~ P Semua reaksi yg dikatalisis oleh ATP-sintetase (pd. aerob) tenaga diperoleh dari 1. oksidasi lewat rantai respirasi yang berlangsung di mitokondria: proses fosforilasi oksidatif 2. proses oksidasi glukosa melalui alur glikolisis (Emden Meyerhoff) berlangsung di sitosol 3. dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil-KoA (berlangsung di mitokondria) 4. alur siklus asam sitrat, bentuk ATP pd reaksi yg. dikatalisis suksinil-tiokinase (berlangsung di mitokondria)
Glikolisis
-ri-
15
Fosforilasi oksidatif (Rantai respirasi) (oksidasi reducing equivalent 2H)
-ri-
16
Dekarboksilasi oksidatif Piruvat menjadi asetil-KoA
-ri-
17
Asetil-KoA
CO2 dan air (Siklus Kreb’s)
-ri-
18
-ri-
19
Glikogenesis dan Glikogenolisis • Alur reaksi glikogenesis tidak merupakan kebalikan alur genolisis sebab enzimenzim yang terlibat kedalam 2 alur tersebut tidak sama • masing-masing alur membutuhkan enzim dan hormon aktivasi enzim yg berbeda -ri-
20
Glikogenesis dan Glikogenolisis
-ri-
21
-ri-
22
-ri-
23
GLUKONEOGENESIS Diperlukan untuk memenuhi kebutuhan glukosa apabila glukosa diet tidak cukup Suplai glukosa yang kontinyu perlu untuk: sumber tenaga terutama untuk sistem syaraf & eritrosit, sumber gliserida-gliserol untuk jaringan adiposa bahan bakar yg mensuplai energi otot skelet dlm kondisi anaerob prekursor gula susu oleh glandula mamae & diambil secara aktif oleh fetus
Glukoneogenesis
-ri-
25
-ri-
26
-ri-
27
REAKSI PENTOSA FOSFAT •
FUNGSI : 1. Untuk memperoleh NADPH sintesis reduktif di ekstramitokondrial, misalnya sintesis asam lemak 2. Untuk memperoleh ribosa pembentukan nukleotid & sintesis asam nukleat
• •
TEMPAT hepar, glandula mamae, korteks adrenalis, tiroid, eritrosit & testis Enzim-enzim yg bekerja terdapat pada fraksi solubel ekstramitokondrial (sitosol) -ri-
28
Lanjutan
• REAKSI 3-glukosa-6P + 6 NADP+ 3 CO2 + 2 glukosa-6P + gliseraldehid-3P + 6 H+ + 6 NADPH
• Reaksi yg menghasilkan NADPH adalah reaksi yg dikatalisis oleh enzim glukosa-6P DH & glukonat-6P DH
-ri-
29
HMPS di ERITROSIT • Memberikan NADPH yg dapat digunakan • Memberikan NADPH yg dapat digunakan untuk reduksi glutation teroksidasi untuk reduksi glutation teroksidasi menjadi glutation tereduksi menjadi glutation tereduksi + Glutation reduktase G-S-S-G + NADPH + H G-S-S-G + NADPH + H+ Glutation reduktase 2 G-SH + H 2O2 Glutation peroksidase 2 G-SH + H2O2
G-S-S-G + H2O G-S-S-G + H2O
Glutation peroksidasetase
-ri-
30
PENTING !!! Penimbunan H2O2
bentuk kehidupan eritrosit menurun karena kecepatan oksidasi Hb
metabolisme Hb meningkat
aktivitas glukosa-6P DH menurun
NADPH yg terbentuk menurun
eritrosit mudah hemolisis (fragil) -ri-
31
Reaksi Pentosa Fosfat
-ri-
32
Lanjutan
•
Faktor-faktor yang mempengaruhi glukosa darah: * Menurunkan: insulin, hipotiroid * Menaikkan: o hormon pertumbuhan o hormon steroid o epinefrin o glukagon o hipertiroid -ri-
33
Metabolisme Heksosa • Metabolisme fruktosa • Alur asam uronat • Perubahan galaktosa menjadi glukosa di hepar dan glukosa menjadi laktosa di glandula mame yg. sedang menyusui • Interelasi dalam metabolisme gula-gula amino
-ri-
34
lanjutan
• Hubungannya dengan katarak diabetik: Fruktosa & Sorbitol dalam Lensa - Fruktosa & sorbitol terdapat dlm. lensa mata >>>> (pd diabetes melitus) patogenesis katarak diabetik - Reaksi sorbitol tak terjadi di hepar bertanggungjawab pembentukan glukosa dari glukosa - Sorbitol tidak dengan mudah berdifusi melalui membran sel tertimbun kerusakan osmotik -ri-
35
Interelasi dalam metabolisme gula-gula amino
-ri-
36
Metabolisme lipid 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Biosintesis asam lemak Oksidasi asam lemak (ketogenenis) Metabolisme asam lemak tidak jenuh dan eikosanoid Metabolisme asil-gliserol dan sfingolipid Transport dan penyimpanan lemak Hormon-hormon pengatur mobilisasi lemak Sintesis, transport dan ekskresi kolesterol
Kepentingan biomedis • Triasilgliserol (trigliserida): cadangan tenaga tubuh • Oksidasi asam lemak meningkat terjadi pada kelaparan berat dan pada diabetes militus yg tidak terkontrol sintesis badan keton di hepar meningkat ketosis • Badan keton bersifat asam pada produksi yang berlebihan untuk periode tertentu ketoasidosis berakibat fatal shok
Lanjutan
* Glukoneogenesis tergantung pada oksidasi asam lemak, bila ada gangguan oksidasi asam lemak hipoglikemia * Hipoglikemia dapat terjadi karena defisiensi karnitin, karnitin palmatoil transferase * Hambatan oksidasi asam lemak juga bisa terjadi karena racun
Lemak - Tenaga • Tenaga dapat diproleh dari lemak setelah lemak mengalami lipolisis gliserol dan asam lemak bebas (FFA) • Gliserol melalui glukoneogenesis diubah menjadi glukosa • Asam lemak melalui oksidasi-β mol. Asetil-KoA Siklus Kreb’s tenaga
Oksidasi asam lemak • Kadang-kadang diistilahkan dengan ketogenesis • Oksidasi asam lemak tidak merupakan kebalikan biosintesis asam lemak • Oksidasi dan biosintesis asam lemak berlangsung dalam kompartemen yang terpisah, terkendali secara sendiri-sendiri dan terinterigasi dengan kebutuhan jaringan • Melibatkan senyawa NAD+ dan FAD diubah mjd. NADH dan FADH fosforilasi oksidatif ATP • Berlangsung di mitokondria, merupakan proses aerob yang memerlukan keberadaan oksigen
Ada 3 macam oksidasi asam lemak ω
β
α
CH3-CH2-CH2- …………………CH2-CH2-CH2-COOH 4
3
2
1
1. Osidaksi-: pelepasan 1 atom C dari ujung karboksilat, ditemukan di otak 2. Oksidasi-ß: 2 atom karbon dipecah sekaligus menjadi mol. asetil-KoA, dimulai dari ujung karboksilat, diputus diantara atom karbon (2) dan ß (3) 3. Oksidasi-: normal mrpk. lintasan yang sangat pendek, gugus –CH3 diubah menjadi – CH2OH yang selanjutnya diubah menjadi –COOH terbentuk asam dikarboksilat
Rangkaian reaksi oksidasi-ß asam lemak Istilah-istilah • * Asam lemak bebas (free fatty acid = FFA): asam lemak yang terdapat dalam keadaan tak teresterifikasi • * Unsuturated fatty acid (UFA): asam lemak tak jenuh non - esterifikasil (non esterfied fatty acid = NEFA)
lanjutan * Dalam plasma, FFA rantai panjang bergabung dengan albumin dan dalam sel terikat pada protein pengikat asam lemak (protein-Z) * FFA rantai pendek bersifat lebih mudah larut dalam air vena portal
lanjutan
* Pada awal reaksi, asam lemak harus diaktifkan dahulu Asam lemak + KoA-SH + ATP Asil-KoA sintetase
Asetil-KoA + AMP + ppi + H2O karena 1 mol. ATP diubah menjadi 1 mol. AMP berarti perlu 2Pi, sehingga untuk aktivasi 1 molekul asam lemak perlu 2 mol. fosfat energi tinggi (dalam tubuh dikonversi menjadi 2 mol. ATP)
Lanjutan
* Enzim asil-KoA sintetase terdapat di retikulum
endoplasmik di sebelah dalam dan pada membran eksternal mitokondria * Asil-KoA rantai panjang berikatan dng karnitin menembus membran internal mitokondria * Asil-KoA rantai pendek dapat masuk membran tanpa karnitin
Lanjutan
* Karnitin - disebut juga ß-hidroksi--trimetilamonium butirat - melimpah di otot, disintesis dari lisin dan metionin dalam hepar dan ginjal * Asil-KoA + karnitin asil-karnitin + karnitin palmaroil transferase KoA-SH
Jumlah molekul ATP yang dihasilkan dari oksidasi-ß satu molekul asam palmitat yang dilanjutkan dengan siklus asam sitrat 1. Untuk awal reaksi membutuhkan : - 2 ATP 2. Asetil-KoA yang dihasilkan 8 mol. (8 X 12): 96 ATP 3. Jumlah rangkaian reaksi 7 X, berarti menghasilkan 7 mol. NADH 7X3 : 21 ATP 7 mol. FADH 7X2 : 14 ATP __________________________________________ Jumlah molekul ATP yang dihasilkan dari oksidasi 1 mol. Asam palmitat = 129 mol.
Ketogenesis * Berlangsung di mitokondria hepar * Pada oksidasi kecepatan tinggi, hepar menghasilkan aseto-asetat, ß-hidroksi butirat, dan aseton badan keton * Di jaringan ekstrahepatik badan keton sebagai substrat sumber energi * Kondensasi aseto-asetil-KoA dgn. adanya enzim HMG-KoA sintetase menghasilkan HMG-KoA ( 3-hidroksi-3-metilglutarilKoA)
Sukses selalu
