biokimia perombakan bahan organik - sumarsih07's weblog · pdf file3 ligno selulosa...
TRANSCRIPT
1
Biokimia Perombakan bahan organik
Materi Kuliah Biologi Tanah
Prodi Agroteknologi FPUPNVYPERTEMUAN 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
2
Karbohidrat
Dekomposisi hemiselulosa, selulosa dan khitin
Dekomposisihemiselulosa
Dekomposisikhitin
Dekomposisiselulosa
3
Lignoselulosa
Struktur lignin yang menyelimuti selulosa padatanaman Selaginella
Model strukturlignin pada kayu
Monomer molekullignin:Gugus -CH3 disebutmetoksil
Potongan strukturmolekul lignin
4
Dekomposisilignin
Lignin yang terdekomposisiditandai gugusmetoksil (O-CH3) berkurang, gugushidroksil (-OH) bertambah
Peruraian Karbohidrat
Polisakarida
enzim ligninase, selulase, amylase, dll
Monosakarida
jalur EMP (glikolisis) , HMP, ED
Asam piruvat
Siklus Krebs
CO2 + H2O + Energi
5
Peruraian Lemak
Lipida
Enzim lipase
Gliserol Asam lemak
EMP (Glikolisis) Asam asetat
Asetat-coA
Siklus Krebs
CO2 + H2O + Energi
Cell Wall Cell Membrane Cytoplasm
Amino Acids
Di/Tri Peptides
Oligopeptides
Peptidases
Peruraian
protein
Proteinase
Casein
Large Oligo-
peptides
SmallerOligo-
peptides
Di/Tri
peptides
Amino Acids
?
?
? Di- and Tri-
Peptidases
Oligopeptide
Transport
System
Di/Tri
Peptide
Transport
System
Amino Acid
Transport
System
6
Peruraian protein
Protein
enzim proteinase
Polipeptida enzim peptidase asam amino
Oligopeptida
Asam amino intra seluler
Deaminasi Dekarboksilasi Transaminasi Biosintesis
NH3+CO2 CO2 NH4 protein
Jalur EMP (glikolisis) dan siklus Krebs (Tricarboxylic Acid/TCA)
8
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
9
Logika kimia siklus TCA
Lecture 31. The Tricarboxylic Acid Cycle 17
•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!
H3C C
O
O-
H3C C
O O
O
H3C C
O
S CoA
acetate
pyruvate
Acetyl-CoA
O
C Cα Cβ C
O
Cα
OH
β-Cleavage α−Cleavage
example: aldolase example: transketolase
Dua jalan pemecahan ikatan C-C:Asetat tdk memilikiβ-karbon atau hidroksil:
Intermediat TCA
Lecture 31. The Tricarboxylic Acid Cycle 18
•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.COO
-C
H2C COO-
O
H3C C
O
S CoA
oxaloacetate
Acetyl-CoA
entry
COO-
H2C
H2C
C
COO-
HO COO-
COO-
H2C
CH
HC
COO-
COO-
HO
COO-
H2C
C
CH2
COO-
O
COO-
H2C
C
CH2
SCoA
O
COO-
HC
HC COO-
COO-
H2C
H2C COO-
COO-
HC
H2C COO-
OH
6 6 5 4 4 4 4
COO-
C
H2C COO-
O
oxaloacetate
4
citrate isocitrate α-ketoglutarate succinyl-CoA Succinate Fumarate Malate
10
Tahap Jembatan: Dekarboksilasi Oksidatif Piruvat
Piruvat + CoA + NAD+ asetyl-CoA + CO2 + NADH + H+
H3C C
O O
O
pyruvate
H3C C
O
S CoA
Acetyl-CoA
Piruvat dehidrogenase kompleks (PDC)
•Piruvat masuk ke mitokhondria•Kaitan glikolisis ke TCA
Masuk pd suklis TCA: Sitrat Sintase Reaksi kondensasi oksaloasetat dengan actyl-CoA
Oksaloasetat+Acetyl-CoA Sitrat+CoASHSitrat Sintase
COO-C
H2C COO-
O
oxaloacetate
H3C C
O
S CoA
Acetyl-CoA
COO-
H2C
H2C
C
COO-
HO COO-
citrate
•Karbon metil gugus asetil dari asetil-CoA berkondensasi dengan gugus karbonil pada oksaloasetat. Ikatan tioester dipecahkan unt membebaskan KoA•Dihasilkan asam sitrat
11
Isomerisasi Sitrat menjadi Isocitrate oleh Akonitase
Sitrat Isositrat
•Enzim akonitase mengkatalisis perubahan dapat balik sitrat mjd isositrat melalui pembentukan sis-akonitat•Sisi aktif mengandung pusat besi-sulfur, stereospecific;•Fluoroasetat sebagai penghambat TCA
Akonitase
COO-
H2C
H2C
C
COO-
HO COO-
citrate
COO-
H2C
HC
C
COO-
COO-
COO-
H2C
CH
HC
COO-
COO-
HOR
S
Isositrat Dehyidrogenase: Oksidasi pertama
Isositrat + NAD+ α-ketoglutarat + CO2+ NADH +H+
Isositrat dehidrogenase
•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.
COO-
H2C
C
HC
COO-
O
Oxalosuccinate
O
O-
COO-
H2C
C
CH2
COO-
O5
α-ketoglutarate
COO-
H2C
CH
HC
COO-
COO-
HO
isocitrate
R
S
12
α-Ketoglutarat Dehidrogenase: Dekarboksilasi kedua
α-ketoglut.+ NAD++CoA Suksinil-CoA + CO2+NADH +H+
α-Ketoglutarat dehidrogenase
•Reaksi ini sama dengan reaksi piruvat dehidrogenase
COO-
H2C
C
CH2
COO-
O5
α-ketoglutarate
COO-
H2C
C
CH2
SCoA
O4
succinyl-CoA
Suksinil-CoA Sintetase: Fosforilasi tingkat
Substrat menghasilkan GTP (akhirnya ATP)
Suksinil-CoA +GDP+P Suksinat + GTP+CoASHSuksinil-CoA Sintetase
•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.
COO-
H2C
C
CH2
SCoA
O4
succinyl-CoA
GTP + ADP GDP + ATPNukleosida difosfat kinase
COO-
H2C
H2C COO-
Succinate
13
Suksinat Dehidrogenase: Oksidasi FAD
Suksinat + FAD Fumarat + FADH2
Suksinat Dehidrogenase
•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
COO-
H2C
H2C COO-
Succinate
COO-
HC
HC COO-
Fumarate
Fumarase Mengkatalisis Trans-hidrasi Fumarat
Fumarate+H2O L-MalateFumarase
COO-
HC
HC COO-
Fumarate
COO-
HC
H2C COO-
OH
Malate
14
Malat Dehidrogenase: Pelengkap siklus
L-Malat + NAD+ Oksaloasetat+NADH+H+MDH
•L-Malat dioksidasi mjd oksaloasetat; NAD direduksi mjd NADH;•Reaksi Endergonik
COO-
HC
H2C COO-
OH
Malate
COO-C
H2C COO-
O
oxaloacetate
Homolactic fermentation of Glucose(Embden-Meyerhof Pathway, Glycolysis+LDH)
Glucose
G-P
F-6-P
F-1,6-P
Dihydroxyacetone-P Glyceraldehyde (C3)
PEP
(2) Pyruvate
(2) Lactate
Lactata dehydrogenase (LDH)
FDP aldolase
Products:
2ATP
2Lactate
Key enzymes
FDP aldolase
Lactate
dehydrogenase
(C3)
(C3)
15
Mixed Acid Fermentation:
Alternative end products for pyruvate
Glucose
Dihydroxyacetone-phosphate Glyceralderhyde-3-phosphate
FDP aldolase
(2)Pyruvate
(2) Formate
(2) Acetyl-CoA
Acetyl-phosphateAcetaldehyde
EthanolAcetate
(2)CoA
NAD+
NADH+H+
NADH+H+
NAD+
(2) ADP
(2) ATP
(2) ADP
(2) ATP
ADP
ATP
NADH+H+
NAD+
PFL
Products:
3ATP
2 Formate
1 Ethanol
1 Acetate
Key enzymes
FDP aldolase
Pyruvate formate lyase (PFL)
(2) Lactate
LDH
(2)NADH+(2)H+
(2)NAD+
Heterolactic Fermentation of Glucose
(Pentose Phosphate Pathway)
Glucose
Glyceralderhyde-3-phosphate
PK
Acetyl-phosphate
Acetate
Products:
2ATP
2 CO2
1 Lactate
1 Acetate
Key enzymes
PK
LDH
(NADH oxidase)
Lactate
LDH
Ribulose-5-phosphate
Xylulose-5-phosphate
Pyruvate
CO2
Acetaldehyde Ethanol
facultative anaerobicAnaerobic, aero-tolerant