METABOLISME MIKROORGANISME METABOLISME q Sel harus menyelesaikan 2

METABOLISME MIKROORGANISME

METABOLISME q Sel harus menyelesaikan 2 tugas dasar untuk tumbuh, yaitu: § Mensintesa komponen baru o § biosintesis Mengumpulkan energi q Jumlah total reaksi kimia biosintesis dan pengumpulan energi disebut “metabolisme”

PRINSIP METABOLISME q Metabolisme dapat dibagi 2 komponen, yaitu: § Anabolisme § Katabolisme q Katabolisme § Reaksi degradatif § Reaksi yang menghasilkan energi dari pecahan molekul-molekul yang lebih besar q Anabolisme § Reaksi yang melibatkan sintesis § komponen sel Reaksi anabolis membutuhkan energi o Reaksi anabolis menggunakan energi yang dihasilkan dari reaksi katabolis

PRINSIP METABOLISME q Mengumpulkan energi § § § Energi didefinisikan sebagai kapasitas untuk melakukan pekerjaan Hadir sebagai: o Energi potensial • Energi yang disimpan o Energi kinetik • Energi yang bergerak § Melakukan pekerjaan Energi dapat dikonversikan dari satu bentuk ke bentuk yang lain o Potensial kinetik o Kinetik potensial

PRINSIP METABOLISME q Mengumpulkan energi § Jumlah energi yang dilepas dari ikatannya disebut “energi bebas” o Energi tersedia untuk melakukan pekerjaan • • Jika perekasi (reactants) memiliki energi bebas lebih dari produk, maka energi dilepaskan. § Reaksi Eksergonis Jika produk memiliki energi lebih dari pereaksi, maka energi dikonsumsi. § Reaksi Endergonis

PRINSIP METABOLISME q Komponen Jalur metabolik § Proses terjadi sejalan dengan reaksi kimia o Komponen awal dikonversikan menjadi molekul pertengahan (intermediate) dan produk akhir. • § Produk Intermediates dan produk akhir dapat digunakan sebagai metabolit prekursor Jalur metabolik memiliki komponen penting untuk menyelesaikan proses o Enzim o ATP o Sumber energi kimia o Pembawa elektron o Metabolit prekursor

PRINSIP METABOLISME q Peran enzim § § § Enzim memfasilitasi setiap langkah jalur metabolik Mereka adalah protein yang berperan sebagai katalis o Meningkatkan konversi substrat menjadi produk Reaksi katalisa dengan menurunkan energi aktivasi o Energy required to initiate a chemical reaction

ENZIM q Berperas sebagai katalisator biologi § § § Sangat spesifik o Jenis enzim tertentu hanya beraksi dengan 1 substrat dalam jumlah terbatas Enzim tidak dapat mengganti pereaksi atau produk reaksi kimia o Enzim tidak dapat digantikan dengan reaksi kimia yang dikatalisisnya Enzim biasanya dinamai untuk substrat yang dilakukannya dan berakhir dengan akhiran–ase o protease

ENZIM q Cara kerja Enzim § Enzim bekerja dengan 2 tahap, yaitu: o Substrat yang mengikat sisi aktif enzim untuk membentuk suatu enzim kompleks • o Substrat adalah bahan khusus pada enzim yang bekerja. Produknya terbentuk. q E + S E + P q Enzim dilepas untuk mengikat substrat baru § Enzim diregulasikan untuk mencegah pruksi hasil yang berlebihan.

ENZIM q Kofaktor dan Koenzim § Kofaktor o § Komponen non-protein yang bereaksi dengan enzim. Koenzim o Kofaktor Organik • Bekerja sebagai pembawa (carriers) bagi molekul atau elektron § o NAD+, FAD and NADP+ adalah koenzim Tidak spesifik seperti enzim • Bisa bekerja dengan beberapa enzim.

ENZIM q Faktor Lingkungan dari aktifitas Enzim § Faktor-faktor yang mempengaruhi aktifits enzim adalah: o Suhu • o p. H • o Suhu yang meningkat akan meningkatkan kecepatan reaksi § Suhu yang sangat tinggi membuat enzim menjadi tidak berfungsi Fungsi enzim terbaik pada p. H di atas 7 Konsentrasi garam • Konsentrasi garam yang rendah sangat disukai enzim

ENZIM q Regulasi Allosteric § § Meregulasikan produksi hasil Molekul peregulasi mengikat nagian enzim allosteric o § Mengubah kemiripan enzim terhadap substrat Enzim Allosteric memulai aktifitas jalur (pathway) yang diberi o Regulasi mengendalikan aktifitas metabolik q Feedback inhibition § Produk akhir jalur (pathway) bekerja pada bagian allotter enzim o Menutup jalur masuk

ENZIM q Penghambatan Enzim § Penghambatan Tidak kompetitif (Non-competitive inhibition) o Penghambat dan substrat bekerja pada bagian enzim yang berbeda • § • Allosteric inhibition Feedback inhibition Penghambatan kompetitif (Competitive inhibition) o o Penghambat berkompetisi untuk bagian aktif dengan substrat Penghambat secara struktural sama dengan substrat • Obat Sulfa berkompetisi dengan PABA untuk bagian aktif enzim yang menghasilkan asam folat.

ENZIM

PRINSIP METABOLISME q Peran ATP § § Adenosine triphosphate (ATP) o Sumber energi bagi sel Berhubungan secara negatif pada kelompok fosfat yang menempel pada molekul adenosin o Berhubungan negatif terhadap fosfat • § Menciptakan ikatan tidak stabil yang mudah pecah menghasilkan energi ATP diciptakan dari 3 mekanisme: o Substrate phosphorylation o Oxidative phosphorylation o Photophosphorylation

PRINSIP METABOLISME q Substrate phosphorylation § Menggunakan energi kimia untuk menambahkan ion fosfat ke molekul ADP q Oxidative phosphorylation § Menggunakan energi dari proton untuk menambah ion fosfat ke ADP q Photophosphorylation § Menggunakan energi radiasi dari matahari untuk diubah menjadi phosphorylate ADP ke ATP

PRINSIP METABOLISME q Peran sumber energi kimia § Sumber energi o o Bahan compound pecah untuk menghasilkan energi Jenis-jenis bahan compound yang tersedia : • § Glukosa, merupakan molekul organisyang paling umum Mengumpulkan energi membutuhkan sejumlah reaksi yang berpasangan o Reaksi Oksidasi-reduksi

PRINSIP METABOLISME q Reaksi Oksidasi-reduksi § Reaksi di mana 1 atau lebih elektron dipindahkan dari 1 substrat ke substrat lainnya. o Bahan compound yang kehilangan elektron dioksidasi • o Bahan compound yang mendapat elektron direduksi • § Disebut Donor Elektron Disebut Pembawa Elektron Di dalam reaksi, elaktron dihilangkan o Proton sering mengikuti bentuk ion H+ • Ion H+ memiliki 1 proton dan tidak ada elektron

PRINSIP METABOLISME q Peran pembawa elektron (electron carriers) § Ada 3 jenis pembawa elektron (electron carriers) o o o § Nicotinamide adenine dinucleotide • NAD+ Flavin adenine dinucleotide • FAD Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate • NADP+ Bentuk yang direduksi mewakili kekuatan yang direduksi o Disebabkan energi yang dapat digunakan di dalam ikatan o Bentuk yang direduksi : • • • NADH + H+ FADH 2 NADPH

PRINSIP METABOLISME q Metabolit Precursor § § Produk Intermediate dihasilkan di dalam jalur katabolis Digunakan pada jalur anabolis o Tampil sebagai bahan mentah untk kontruksi makromolekul

KATABOLISME GLUKOSA Tahapan pada katabolisme glukosa: q q Glikolisis Transisi (konversi) Siklus Kreb (Tricarboxylic Cycle, TCA) Electron Transport Chain (ETC, Respiration)

KATABOLISM GLUKOSA q Skema metabolisme § Tiga jalur utama: o Jalur metabolik utama: • • § Glikolisis Transisi Siklus Kreb Electron Transport Chain Jalur utama adalah katabolis dan menyediakan : o o o Energi Koenzime yang direduksi Metabolit Precursor

GLIKOLISIS q Glikolisis § § Jalur utama untuk mengubah 1 glukosa 2 piruvat o 10 tahapan Jalur tersebut terdiri dari: o Dua 3 C-molekul piruvat o Menghasilkan 2 ATP • • o Dua molekul mengurangi tenaga • o 2 ATP selanjutnya pecah menjadi glukosa 4 ATP dikumpulkan NADH + H+ 6 jenis metabolit precursor • 5 intermediate and 1 piruvat

GLIKOLISIS

TRANSISI q Tahap Transisi § Menghubungkan glikolisis menjadi Tricarboxylic Acid Cycle § Memodifikasi 3 -C piruvat dari glikolisis menjadi 2 -C acetyl Co. A o CO 2 dihilangkan melalui dekarboksilasi • o § NAD+ direduksi menjadi NADH + H+ Setiap piruvat memasuki langkah transisi o § Sisa kelompok 2 -C acetyl bergabung menjadi koenzim A § Membentuk Acetyl Co. A Reaksi terjadi 2 kali untuk 1 glukosa Hasil dari tahap Transisi : o Tenaga yang berkurang • o NADH + H+ Metabolit Precursor • Acetyl Co. A

TRANSISI

SIKLUS ASAM TRICARBOKSILAT q Siklus Asam Trikarboksilat § § menyelesaikan oksidasi glukosa Menggabungkan acetyl Co. A dari tahap Transisi o Melepaskan CO 2 pada reaksi Siklus berganti 1 kali untuk setiap acetyl Co. A o Dua putaran untuk setiap molekul glukosa Siklus menghasilkan: o 2 ATP o 6 NADH + H+ o 2 FADH 2 o 4 CO 2

SIKLUS ASAM TRIKARBOKSILAT

RESPIRASI q Menggunakan NADH and FADH 2 untuk mensintesa ATP § Fosforilasi oksidatif terjadi dari kombinasi 2 mekanisme: o Rantai Trasportasi Elektron • o Menghasilkan proton motive force Kombinasi dengan sintesa ATP • Menggunakan energi di dalam proton motive force untuk mensintesa ATP

RESPIRASI q Rantai Transportasi elektron § § Kelompok pembawa elektron dengan membran yang melekat o Susunan pembawa membantu produksi proton motive force Empat jenis pembawa elektron: o Flavoproteins—FAD o Iron-sulfur proteins—seperti NAD dehydrogenase complex o Quinones—lipid soluble molecules yang bergerak di dalam membran dan memindahkan elektron o Cytochromes—proteins dengan kelompok ‘heme’

RESPIRASI q Rantai Transportasi elektron mitokondria § Rantai terdiri dari : Complex I • a. k. a NADH dehydrogenase o Complex II • a. k. a succinate dehydrogenase o Coenzyme Q o Complex III o Cytochrome C o Complex IV Setiap pembawa menerima elektron dari pembawa sebelumnya. o Di dalam proses, proton dipompakan melewati membran o §

RANTAI TRANSPORTASI ELEKTRON MITOKONDRIA

RESPIRASI q Mekanisme tenaga proton § Pembawa tertentu menerima proton dan elektron, beberapa hanya menerima elektron o Memompa proton melewati membran • • Menciptakan suatu gradien proton Penyusunan pembawa menyebabkan proton dapat melewati membran.

RESPIRATION q Rantai transportasi elektron menggunakan serangkaian reaksi oksidasi reduksi untuk menghasilkan energi untuk memompa H+ dan untuk membentuk air.

RANTAI TRANSPORTASI ELEKTRON MITOKONDRIA

RESPIRATION q Rantai transportasi elektron prokaryota § § Respiration dapat bersifat aerob atau anaerob Pada respirasi aerob beberapa prokaryota memiliki enzim sama dengan complex I and II dari mitokondria o Tidak memiliki enzim yang sama dengan complex III atau cytochrome c • Menggunakan quinones (ubiquinone) § membawa elektron secara langsung menuju terminal electron acceptor § Oksigen bertindak sebagai penerima jika tersedia

RANTAI TRANSPORTASI ELEKTRON PROKARYOTA (AEROB)

RESPIRASI q Rantai transportasi elektron pada prokaryota § § § Respirasi anaerob kurang efisien Pembawa elektron alternatif digunakan Oksigen tidak bertindak sebagai ujung penerima elektron (terminal electron acceptor) o Beberapa bakteri menggunakan nitrat • Bakteri pereduksi sulfur menggunakan sulfat sebagai ujung penerima elektron (terminal electron acceptor) Pembawa Quinone (menaquinone) menghasilkan vitamin K o § Nitrat diubah menjadi nitrit § Nitrit diubah menjadi ammonia

RESPIRASI q Sintesa ATP § Mengumpulkan energi dari tenaga proton (proton force) untuk mensitesa ATP o Mengizinkan proton untuk mengalir kembali ke dalam sel • § 10 proton dipompa keluar setiap NADH+H+ o § Menghasilkan cukup energi untuk mem-phosphorylate ADP ATP § Satu ATP terbentuk dari 3 proton Satu NADH menghasilkan 3 molekul ATP 6 proton dipompa keluar setiap FADH 2 o Satu FADH menghasilkan 2 molekul ATP

RESPIRASI q ATP dari phosphorylasi oksidatif § § ATP dihasilkan melalui re-oksidasi NADH + H+ dan FADH 2 Maximum theoretical yield o Dari glycolysis • o Dari tahap transisi • o 2 NADH + H+ 6 ATP 2 NADH + H+ 6 ATP Dari TCA • • 6 NADH + H+ 18 ATP 2 FADH 2 4 ATP

FERMENTASI q Digunakan oleh organisme yang tidak dapat berespirasi § Karena kekurangan penerima elektron inorganik yang cocok atau kekurangan rantai transportasi elektron q ATP dihasilkan hanya pada glikolisis § Tahap lain untuk mengkonsumsi tenaga pereduksi yang berlebih o o Mengulang siklus NADH Jalur fermentasi menggunakan pyruvate atau derivative sebagai terminal electron acceptor

FERMENTASI

FERMENTASI q Produk akhir dari fermentasi termasuk: § Asam laktat § Ethanol § Asam butyrat § Asam propionic § 2, 3 -Butanediol § Campuran beberapa asam q Semua dihasilkan pada serangkaian reaksi untuk menghasilkan terminal electron acceptor yang cukup

Terima Kasih