1

Biokimia Perombakan bahan organik

Materi Kuliah Biologi Tanah

Prodi Agroteknologi FPUPNVYPERTEMUAN KE 4-5

Dosen: Ir.Sri Sumarsih, MP.E-mail: Sumarsih_03@yahoo.com

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)

7

Tricarboxylic Acid

Cycle

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

16

Biokimia pembentukan humus

Teori lignin untuk pembentukan humus

17

Teori polifenol untuk pembentukan humus

Struktur humus (asam humat & asam fulvat)