210109011 Biosintesis Karbohidrat Lemak

Biosintesis Karbohidrat & Lemak

Biosintesis Karbohidrat

Saat ini: mencapai titik balik metabolisme sel

Beberapa prinsip biosintesis:

Lintas berbeda dengan proses degradasinya

Enzim pengatur berbeda dengan lintas kataboliknya

Memerlukan energi (penguraian ATP menghasilkan energi); reaksi tidak dapat balik

Biosintesis D-glukosa penting & harus karena:

Otak (Otak manusia: 120 g/hari)

Sistem syaraf

Medula ginjal

Testes

Eritrosit

Embrio

s

Prekursor biosintesis D-glukosa Piruvat Sebagian besar asam amino Laktat Gliserol Senyawa antara siklus asam sitrat

Pembentukan D-glukosa dengan prekursor non-KHO :

glukoneogenesis

Biosintesis glikogen paling penting: Hati (segera diubah menjadi glukosa darah) Otot (sumber energi ATP kontraksi otot)

Glukoneogenesis

Piruvat menjadi Fosfoenolpiruvat

Reaksi jalan pintas pertama Katalis piruvat karboksilase mitokondria

(pembentukan oksaloasetat dari piruvat) Piruvat karboksilase: enzim pengatur

Hampir tidak aktif tanpa modulator positif: asetil-koA

Oksaloasetat direduksi menghasilkan malat oleh malat dehidrogenase mitokondria dengan memanfatkan NADH NADH + H+ + oksaloasetat NAD+ + malat

Malat meninggalkan mitokondria untuk memasuki sitosol Malat + NAD+ oksaloasetat + NADH + H+

Oksaloasetat yang terbentuk dikatalisis oleh fosfoenolpiruvat karboksilase menghasilkan fosfoenolpiruvat, Tergantung oleh Mg2+ dan guanosin trifosfat (GTP)

Oksaloasetat + GTP fosfoenolpiruvat + CO2 + GDP

Fruktosa 1,6-Difosfat menjadi Fruktosa 6-Fosfat

Glikolitik Enzim:

Fruktosa 6-fosfat

Fosfofruktokinase

ATP + fruktosa 6-fosfat ADP + fruktosa 1,6-difosfat

Glukoneogenisis Enzim: fruktosa difosfatase (modulator + ATP,

modulator kuat ATP)

Fruktosa 1,6-difosfat + H2O Fruktosa 6-fosfat + Pi

Pemecahan Glikogen

Glukosa 6-fFosfat menjadi Glukosa Bebas

Defosforilasi glukosa 6-fosfat

Enzim: glukos-6 fosfatase (retikulum endoplasmik hati; tidak ada di otot /otak , sehingga tidak dapat menghasilkan glukosa darah)

Persamaan keseluruhan reaksi:

Piruvat + ATP + GTP fosfoenolpiruvat +ADP + GDP +Pi

Go= 0,2 kkal/mol (energi bebas baku total yang menimbulkan sintesis fosfoenolpiruvat)

G sebenarnya keadaan intraseluler : amat negatif : - 6 kkal

s

Glukoneogenisis Mahal

2 piruvat + 4ATP + 2GTP + 2NADH + 2H+ + 4H2O glukosa + 2NAD

+ + 4ADP + 2GDP + 6 Pi

Mokelul glukosa dibentuk dari piruvat, perlu:

6 gugus fosfat berenergi tinggi

4 dari ATP

2 dari GTP

Reaksi glukonegenisis bukan kebalikan pengubahan glukosa menjadi piruvat

Glukoneogenisis vs Glikolisis

Glukoneogenisis

Titik kontrol pertama: piruvat karboksilase (modulator posifif: asetil-KoA)

Biosintesis glukosa dari piruvat terjadi: asetil-KoA dalam jumlah berlebih di mitokondria

Asetil-KoA modulator negatif kompleks piruvat dehidrogenase, sehingga oksidasi piruvat menjadi asetil-KoA terhambat

Titik kontrol kedua: fruktosa difosfatase

Dihambat oleh AMP

Glikolitik: AMP & ADP mengaktifkan fosfofruktokinase, tetapi dihambat oleh sitrat & ATP

Siklus asam sitrat: dipadati bahan bakar (asetil-KoA/sitrat/ATP), maka piruvat menjadi glukosa dilakukan yang kemudian akan disiman daam bentuk glikogen

Glukoneogenesis: diatur oleh piruvat kinase secara tidak langsung (tidak digunakan dalam glukoneogenesis)

Piruvat kinase

L (hati)

M (otot)

Piruvat kinase L:

Terletak di jaringan yang banyak melakukan glukoneogenesis

Dihambat oleh kelebihan ATP

Dihambat oleh asam amino: alanin (prekursor glukoneogenesis)

Dihambat: maka glikolisis melambat

Pirvat kinase M: tidak diatur dengan cara ini

Senyawa Siklus Asam Sitrat sebagai Prekursor Glukosa

Senyawa antara siklus asam sitrat: Sitrat

Isositrat

-ketoglutarat

Suksinat

Fumarat

Malat

Senyawa di atas teroksidasi dalam siklus asam sitrat menghasilkan

oksaloasetat: fosfoenolpiruvat

Hanya 3 C diubah menjadi glukosa

Sebagian Besar Asam Amino adalah Glukogenik

Asam amino: dibah menjadi piruvat/ senyawa tertentu dalam siklus asam sitrat

Contoh asam amino sebagai prekursor fosfoenolpiruvat: Alanin (deaminasi menghasilkan piruvat)

Glutamat (deaminasi menghasilkan -ketoglutarat)

Aspartat (deaminasi menghasilkan oksaloasetat)

Penderita diabetes: kecepatan pengubahan asam amino glukogenik menjadi glukosa lebih cepat daripada orang normal

Glukoneogenisis selama Normalisasi setelah Gerakan Muskular

Selama aktivitas muskular: Sistem sirkular tidak dapat membawa O2 & glukosa ke otot

kerangka dengan kecepatan cukup untuk memenuhi kebutuhan otot tinggi terhadap ATP

Glikogen otot: sebagai bahan bakar melalui proses glikolisis menghasilkan laktat & ATP

O2 rendah, laktat akan keluar dari otot ke darah lalu ke hati menghasilkan glukosa darah lalu kembali ke otot

2 molekul laktat memerlukan 6 gugus fosfat berenergi tinggi ATP untk menghasilkan glukosa, walau hanya 2 molekul ATP saat pemecahan 1 molekul glukosa

Proses normalisasi sempurna: 30 menit

Biosintesis Glikogen

Sintesis glikogen: pada semua jaringan terutama otot hati & kerangka

Tahapan Tahap 1/awal : reaksi heksokinase (fosforilasi glukosa menjadi

glukosa 6 fosfat) Tahap 2: glukosa 6-fosfat menjadi glukosa 1-fosfat oleh

fosfoglukomutase Tahap 3/kunci: pebentukan uridin difosfat oleh kerja glukosa 1-

fosfat uridiltransferase Tahap 4/akhir:Glikoge sintase memindahkan residu glukosil dari

UPD-glukosa ke ujung non-reduksi molekul glikogen bercabang

Pautan (1 4) dibentuk diantara atom C 1 molekul glukosa yang datang & atom C 4 residu glukosa ujung pada glikogen

Ikatan (1 6): glikosil-(4 6)-transferase: pemindahan fragmen oligosakarida terminal (6-7 glukosil) dari ujung nonreduksi cabang glikogen kebagian dalam, sehingga membentuk cabang baru

Pengaturan Glikogen Sintase & Fosforilase

Fosforilase a: bentuk aktif glikogen fosforilase

Fosforilase b: defosforilase dari fosforilase a Cenderung tidak aktif

Dirangsang oleh AMP

Diaktifkan menjadi fosforilase a oleh fosforilase kinase plus ATP

Glikogen sintase: terfosforilasi & terdefosforilasi (diatur berlawanan dari glikogen fosforilase & tidak berada pada kondisi aktif secara bersamaan) Glikogen sintase a: terdefosforilasi

Glikogen sintase b: terfosforilasi oleh ATP pada kedua gugus hidroksil serinnya oleh protein kinase Diaktifkan kembali oleh fosfoprotein fosfatase

Keseimbangan laju sintesis & penguraian glikogen dikontrol 2 hormon adrenalin

Glukagon

Kedua hormon mengontrol bentuk aktif & inaktif enzim glikogen sintase

Sekresi adrenalin: urai glikogen hati & otot (meningkatkan rasio fosforilase a terhadap b, tetapi glikogen sintase a terhadap b)

Glukonegenisis dari Asam Lemak

Biosintesis Lemak

Biosintesis Lemak

Biosintesis triasilgliserol: paling aktif pada hewan karena kemampuan menyimpan triasilgliserol besar

Glikogen: beberapa ratus gram glikogen dalam hati & otot

Hampir tidaj memenui kebutuhkan energi 12 jam

Cadangan triasilgliserol pada seorang pria dengan berat bdan 70 Kg adalah 12 Kg: cukup untuk memenuhi kebutuhan basala selama 8 minggu

Kelebihan diet KHO, shingga kapasitas penyimpanan glikogen tidak mencukupi KHO diubah menjadi triasilgliserol (bawah kulit &

rongga perut)

Lipida polar membran (fosfolipid & sfingolipid) : tidak disimpan, tetapi tetap disintesis berkesinambungan

90 % energi cadangan triasilgliserol: berada dalam bentuk asam lemaknya

Biosintesis Asam Lemak

Asam lemak utama pada lipida: jumlah atom C genap

Lintas berbeda dengan degradasi oksidatif lipida

Biosintesis asam lemak memerlukan:

Senyawa antara berkarbon 3

CO2 Enzim : asam lemak sintetase

Senyawa yang berperan dalam pembentukan asam palmitat:

Asetil-KoA : pemulai

Malonil-KoA

Pertumbuhan rantai dimulai dari inisiasi residu asetil& memperpanjangnya dengan penambahan unit 2-karbon dari malonil-KoA sampai ujung karboksil palmitat Gugus karboksil tidak teresterifikasi: hilang sebagai

CO2 Senyawa anataranya: tioester (bukan KoA)

Tioester: protein berat molekul rendah yang disebut protein pembawa asil (ACP) dan mempunyai gugus SH-esensial

Biosintesis asam lemak : sitosol sel eukariotik

Degradasi oksidatif asam lemak : mitokondria

Malonil-KoA dibentuk dari Asetil-KoA

Malonil-KoA : prekursor langsung siosintesis asam lemak

Malonil-KoA pertama kali dibentuk oleh asetil-KoA di sitosol

Asetil-KoA berasal dari intramitokondria

Asetil-KoA dari:

oksidasi piruvat

Oksidasi asam lemak

Degradasi kerangka karbon asam amino

Asetil-KoA: tidak dapat menembus membran mitokondria : sistem ulangalik gugus asetil dapat memindahkan gugus asetil melintasi membran mitokondria

Sistem ulang-alik Asetil-KoA berinteraksi dengan oksaloasetat

membentuk sitrat oleh sutrat sintase Sitrat keluar matrik menuju sitosol melalui sistem

transpor trikarboksilat spesifik Sitrat berinteraksi dengan KoA sitosol & ATP : asetil-

KoA Sitrat + ATP+KoA Asetil-KoA+ ADP+ Pi+oksaloasetat

Asetil-KoA mengalamikarboksilasi menghasilkan malonil-KoA (tidak dapat balik)

CO2 yang masuk menjadi gugus karboksilat malonil-KoA ATP + Asetil-KoA + CO2 + H2O Malonil-KoA + ADP +Pi+ H

+

Sistem Asam Lemak Sintase

Enzim yang terlibat : 7

Berlangsung di sitosol

Pusat sistem : ACP yang mengikat secara kovalen senyawa antara asil

Gugus prostetik ACP: 4-fosfopantetein

Fungsi ACP: analog peranan koenzim A pada oksidasi asam lemak: esterifikasi senyawa antara asil

Gugus prostetik & residu serin melekat: tangan pengayun untuk membawa gugus asil terikat secara kovalen dari suatu tempat aktif enzim menuju tempat aktif lainnya

Asam lemak sintase mempunayi 2 macam gugus sulfihidril esensial & dimuati oleh gugus asil

1 gugus prostetik 4-fosfopantetein ACP

Residu sistein spesifik dari 3-ketosil-ACP

Berpartisipasi biosintesis asam lemak

Pemuatan gugus sulfhidril

ACP transferase: gugus asetil dari asetil-S-KoA le sistein SH

ACP maloniltransferase: gugus malonil dari malonil-S-KoA

Penambahan Setiap Unit 2-karbon

Tahap kondensasi:

Gugus asetil & malonil berikakatan secara kovalen dengan gugs SH pada sintase: reaksi kondensasi : membentuk gugus asetoasetil (asetil pindah)& membebaskan CO2

Tahap Reduksi3-keto

ASETOASETIL-S-ACP mengalami reduksi pada gugus karbonildengan menggunakan nadph : membentuk d-3-hidroksibutiril-S-ACP

Tahap dehidrasi

D3-hidroksibutiril-S-ACP didehidrasi menghasilkan trans-2-butenoi-S-ACP

Tahap Penjenuhan

Ikatan ganda direduksi / dijenuhkan untuk membentuk butiril-S-ACP

Gugus butiril dipindahkan ke gugus sitein

Perpanjangan:

Gugs malonil dipindahkan gugs fosfooantein-SH pada ACP, gugus butitil meninggalkan lalu menggantikan CO2 pada gugus malonil: gugs asil C6

Gugs 3-ketonya direduksi : menghasilkan gugus asil 6-C jenuh : heksanoil dipindahkan ke gugus SH sistein

Setelah 7 siklus : palmitoil S-ACP lalu dilepaskan dari ACP