ENERGI DAN METABOLISME

ENERGI DAN METABOLISME

Energi pada metabolisme karbohidrat, lipid, protein

Represented byHELMIN ELYANI

PROTEIN LEMAKKARBOHIDRAT

food

amino acids sugars glycerol fatty acids

GLIKOLISISglukosa

Asam piruvat

acetyl CoA

DAURKREB

NH3

(ammonia)

RANGKAIANTRANSPOR ELEKTRON

Molekul Molekul lain yang lain yang digunakadigunakan pada n pada respirasirespirasi

ENERGI KIMIA

• BIOSINTESIS : anabolic pathway endergonic reaction

• DEGRADASI : katabolic pathway exergonic reaction

• INTERKONVERSI : katabolic and anabolic conversion

• ENERGI : asetil-KoA, pyruvat, glycerol in TCA Cycle and oxphos

ENERGI

Tiga tahap penuaian energi Glikolisis Daur Krebs Rangkaian transpor elektron Reaksi secara keseluruhan:

C6H12O6 + 6 O2 + ADP 6 CO2 + 6 H2O + ATP.

RESPIRASI SEL

ATP memiliki energi yang dapat dilepaskan dengan mudah melalui pemutusan ikatan pada fosfat ketiga.

Energi yang dilepaskan digunakan untuk menjalankan proses-proses kehidupan.

Pembebasan fosfat ketiga mengubah ATP menjadi molekul yang memiliki 2 gugus fosfat ( ADP).

ADP dapat membentuk ATP kembali bila terdapat gugus fosfat dan energi.

ATP (Adenosin Tri Phosphat)SIMPANAN ENERGI KIMIA TERBESAR

p p p

ATPenergikeluar

energimasuk

p p p p p p

Tanjakan energi

P + ADP P + ADP

Sumber Energi didapat dari :- Glikolisis (glukosa) - Oksidasi beta (asam lemak)- Siklus asam sitrat- Oksidasi fosforilasi

Memperoleh Energi (ATP)

Katabolisme Glukosa

- di sitoplasma.- di sitoplasma.- Memotong 1 molekul gula berkarbon 6 - Memotong 1 molekul gula berkarbon 6 menjadi 2 molekul gula berkarbon 3 menjadi 2 molekul gula berkarbon 3 (asam piruvat adalah hasil akhir).(asam piruvat adalah hasil akhir).- Tidak menghasilkan banyak energi - Tidak menghasilkan banyak energi (hanya dihasilkan 2 ATP), tetapi dapat (hanya dihasilkan 2 ATP), tetapi dapat berlangsung sangat cepat dan jika tidak berlangsung sangat cepat dan jika tidak ada oksigen (anaerobik) masih bisa ada oksigen (anaerobik) masih bisa berlangsung.berlangsung.- Ada 2 fase, yaitu - Ada 2 fase, yaitu 1. Glukosa diubah menjadi triosa fosfat1. Glukosa diubah menjadi triosa fosfat2. Triosa fosfat menjadi asam laktat 2. Triosa fosfat menjadi asam laktat

G

L

I

K

O

L

I

S

I

S

DaurKrebs

CoAasetil koenzim A

asam sitrat

CO2

NADHNAD+

asam oksaloasetat 1.

2.

3.

4.

5.

6.

asam -ketoglutarat

CO2

NAD+

NAD+

asam malat

NADH

NADHFADH2 FAD+

asam suksinat

ATP

turunan asam -ketoglutarat

ADP

6 NADH

2 FADH2

Rangkaian transpor elektron

CO2

2 ATP

GLYCOLYSISSUMMARY OF THE KREBS CYCLE

Asetil koA didegradasi sempurna menjadi CO2.

Hanya 1 ATP yang dihasilkan dari setiap asetil koA yang memasuki Daur Krebs (total 2 ATP tiap glukosa).

Semua elektron dapat diikat dalam bentuk 6 NADH (per glukosa) untuk diproses lebih lanjut melalui rangkaian transpor elektron.

Ringkasan Daur Krebs

sel

membran dalam

Membran luarmitokondrion

glikolisis

Daur Krebs

membrane luar

membrandalam

Rangkaian transpor elektron

kompartemendalam

H2O

O2

H+

e-

kompartemenluar

H+

H+

H +

H+

H+

H +

H +

H +

glikolisis

Asam piruvat

cytosolNAD+

koenzimA NADH Menuju ke

rangkaian transpor elektron

koA

CO2

Kompartemen dalam Daur Krebs

mitokondrion

asetll koenzim A

• Elektron dibebaskan dari oksidasi nutrisi selama katabolisme.

• Elektron dipindahkan oleh pembawa elektron melalui suatu proses untuk menghasilkan ATP.

Katabolisme, Transfer Elektron dan Reaksi Oksidasi Reduksi

Oksidasi: Pengambilan/pemindahan elektron dari suatu senyawa. Reduksi:Penambahan/pemberian elektron kepada suatu senyawa. Pembawa Elektronadalah molekul yang memindahkan elektron selama proses oksidasi reduksi di dalam sel diperankan oleh NADH, FADH2

Oksidasi - Reduksi

Di dalam sel, NAD terdapat dalam 2 bentuk: Bentuk membawa elektron atau atom hidrogen

( NADH) dan tanpa atom hidrogen (NAD+). NAD+ berperan sebagai senyawa pengoksidasi,

bila menerima atom hidrogen dan elektron, menjadi NADH.

NAD (Nikotinamida Dinukleotida)

NADH dapat memindahkan elektron ke molekul lain, dan kembali menjadi NAD.

Proses pemindahan ini dikendalikan/dilakukan oleh enzim.

NAD (Nikotinamida Dinukleotida)

NAD+

- -NADH NAD+

- -

kosong kosongterisi

NAD +

H

H

+

+

-

-

NAD

NAD

- -

-

-+

H

+ H+

+H

proton

teroksidasi

tereduksi

■ NADH memindahkan elektron ke suatu rangkaian molekul yang terdapat di membran dalam mitokondria.

■ Perpindahan elektron mengakibatkan perpindahan ion H+ melawan gradien konsenrasi.

Rangkaian Transpor Elektron

■ Energi yang terbentuk pada saat masuknya kembali ion H+ ke dalam mitokondria melalui ATP sintase, digunakan untuk menggabungkan fosfat dengan ADP untuk membentuk ATP.

■ Dihasilkan ATP yang lebih banyak pada tahap ini (32 ATP per glukosa).

Rangkaian Transpor Elektron

GLYCOLYSIS

ELECTRONTRANSPORTCHAIN

O2H2O

32ATP

KREBSCYCLE

SINTESIS ATP

mitokondriamitokondria

inner compartment

outer compartment

inner membrane

Kompartemen bagian luar

innermembrane

NADH

RANGKAIAN TRANSPOR ELEKTRON

ATP synthesis

ADP + P

ATP

NAD+

2 H+ + 1/2 O2

H2OKompartemen bagian dalam

H+H+

H+H+

H+

H+

H+

H+ H+

H+

H+

H+

H+

H+ H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+

H+H+ H+H+

H+

H+

H+

H+

SIKLUS ASAM SITRAT

fosforilasi pada tingkat substrat :

1,3 BPG 3 PG 2 ATPPEP Piruvat 2 ATPSuksinil koA suksinat 2 ATP

TOTAL 6 ATP

OKSIDASI FOSFORILASI

ENERGI HASIL GLIKOLISIS

Hasil 2 mol ATP eq dg energi 14.000 kalori

Total energi yang dibebaskan (dari glukosa-as laktat) = 56.000 kalori

Maka efisiensinya = 25

%

ATP YANG TERBENTUKATP dibentuk

• fosforilasi oksidatif dari reoksidasi koenzim tereduksi oleh rantai pernafasan

1. 3PG 1,3 BPG = NAD = 4 ATP2. Pir asetil KoA = NAD = 6 ATP3. Isositrat alfa ketoglutarat = NADP = 6 ATP4. Alfa ketoglutarat suksinil koA = NAD = 6 ATP5. Suksinat fumarat = FAD = 4 ATP6. Malat oksaloasetat = NAD = 6 ATPTOTAL = 32 ATP

fosforilasi pada tingkat substrat :1. 1,3 BPG 3 PG 2 ATP2. PEP Piruvat 2 ATP3. Suksinil koA suksinat 2 ATPTOTAL 6 ATP

Energetika Oksidasi KH• 1 mol glukosa CO2 + H2O (kolorimeter) timbul panas 2870 KJ

• dalam jaringan sebagian panas (1398 KJ) diikat fosfat berenergi tinggi.

• 1 mol glukosa CO2 + H2O + 38 ATP(1ATP 36,8 KJ)

Metabolisme energi lipid

Overview METABOLISME LIPID

OKSIDASI LIPID• Asam lemak yang ada di dalam sel ( sitosol ) berasal dari 2

sumber :- Asam lemak bebas dari darah- Hasil pemecahan triasilgliserol sel oleh enzim lipase

• Selanjutnya untuk menghasilkan energi, asam - asam lemak tersebut harus dioksidasi.

• Proses oksidasi asam lemak berlangsung di dalam mitokondria

• Jadi asam lemak yang ada di sitosol harus dikirim ke dalam mitokondria untuk bisa mengalami proses oksidasi

OKSIDASI BETA• perubahan asam lemak bebas menjadi asetil KoA

( untuk bisa masuk ke siklus sel)• ASAM LEMAK DAPAT MASUK KE DALAM MITOKONDRIA

MELALUI TAHAP – TAHAP SEBAGAI BERIKUT :

OKSIDASI BETA

HASIL ATP DI DALAM TAHAP – TAHAP OKSIDATIF SELAMA OKSIDASI SATU MOLEKUL

PALMITOIL – KoA MENJADI CO2 + H2O

Tahap yang berkaitan dengan

NAD

Tahap yang berkaitan dengan

FAD

ATP

Asil-KoA dehidrogenase 7 14

3-Hidroksiasil-KoA dehidrogenase 7 21

Isositrat dehidrogenase 8 24

a-ketoglutarat dehidrogenase 8 24

Suksinil-KoA * sintetase 8

Suksinat dehidrogenase 8 16

Malat dehidrogenase 8 24

Total ATP yang terbentuk : 131

1. Asetil – KoA akan langsung dioksidasi lebih lanjut menjadi CO2

melalui siklus asam sitrat / siklus Krebs.2. 2. Asetil – KoA akan diubah menjadi badan keton untuk dikirim ke

jaringan perifer. (Selanjutnya di jaringan perifer badan keton akan dioksidasi)

Asetil – KoA yang telah terbentuk dari hasil oksidasi asam LEMAK di dalam mitokondria, dihadapkan pada 2 alternatif / kemungkinan proses selanjutnya yaitu :

Yang terutama menentukan jalur mana yang akan dilalui asetil – KoA adalah : TERSEDIANYA OKSALOASETAT untuk memulai masuknya asetil – KoA ke dalam siklus asam sitrat.

Bila konsentrasi oksaloasetat rendah (pada keadaan : puasa, diet rendah karbohidrat, penyakit diabetes melitus yang tidak terkontrol ) maka hanya sedikit asetil – KoA yang masuk ke dalam siklus asam sitrat, sehingga jalur pembentukan “ badan keton “ yang akan terjadi.

KETON BODIES

brown fat• Jaringan lemak coklat (bayi usia sekitar 26

minggu gestasi )

- mempunyai banyak vakuola lemak dan mengelilingi inti yang ada ditengah, sedangkan sel lemak putih hanya mempunyai satu vakuola lemak besar dan satu inti berbentuk perak terletak pada perimeter

- Sel lemak coklat berisi glikogen dan banyak mengandung mitokondria dengan multipel cristae untuk menghasilkan bahan bakar dan energi yang dibutuhkan guna produksi panas dengan cepat, sedangkan sel lemak putih tidak berisi glikogen dan mitokondria relatif sedikit

• Jaringan lemak coklat berisi simpanan trigliserida konsentrasi tinggi.

• Jaringan lemak coklat mempunyai banyak vaskularisasi dan penuh persarafan tidak bermielin dengan ujung saraf simpatis disetiap sel lemak. Ujung saraf simpatis akan mengeluarkan noradrenalin yang akan menstimulasi lipolisis dan aktivitas uncoupling protein.

Fungsi lemak coklat

• Membawa nutrient seluler dan sampah metabolik ke tempat semestinya.

• Menyebarkan panas yang dihasilkan dalam jaringan lemak coklat untuk istirahat tubuh

• Suplai saraf tidak bermielin menghasilkan jalur untuk stimulasi jaringan lemak coklat

Termogenin dan ox phos pd brown fat

• pernafasan dalam jaringan lemak coklat adalah tidak menghasilkan energi dalam bentuk ATP, tetapi lebih dalam bentuk panas (jalur alternatif phosphorilasi oksidatif khas )

• proton menurunkan gradien elektrokimia dan masuk matrik mitokondria melalui ATP synthase, sampai gradient habis. Pada jaringan lemak coklat, UCP 1 menyediakan bypass bagi ATP synthase (kecepatan enzim dalam produksi panas terbatas), dan dengan demikian energi pada gradient elektrokimia tidak digunakan untuk sintesis ATP, tetapi oksidasi lemak lebih banyak dilepaskan sebagai panas

• Mitokondria dalam jaringan lemak coklat dapat menghabiskan “ hampir 90% energi respirasi sebagai termogenesis nonshivering

Non shivering thermogenesis

brown adipose tissue

Metabolisme energi protein

JALUR INTERKONVERSI ASAM AMINO