Makalah_Kel_7_Piruvat_Dehidrogenase.docx

(1)

Makalah Makalah

ENZIM PIRUVAT DEHIDROGENASE

Ditujukan untuk Memenuhi Tugas Biokimia Ditujukan untuk Memenuhi Tugas Biokimia

Disusun oleh: Disusun oleh: Dina Maniar (10509005) Dina Maniar (10509005) Vina R Aldilla (10509011) Vina R Aldilla (10509011) Anthoni B Prasetyo (10509035) Anthoni B Prasetyo (10509035) Aldini R Humaidi (10509041) Aldini R Humaidi (10509041) Aisyah (10509057) Aisyah (10509057) Raissa (10509059) Raissa (10509059) Gita Madia (10508089) Gita Madia (10508089)

Program Studi Kimia Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamPengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung

Institut Teknologi Bandung Bandung

Bandung 2012 2012

(2)

Daftar Isi

Daftar Isi ... 1

BAB I Pendahuluan ... 2

BAB II Deskripsi Enzim ... 5

BAB III Mekanisme Kerja Enzim ... 7

BAB IV Pengendalian Enzim ... 12

(3)

BAB I

PENDAHULUAN

Metabolisme merupakan suatu istilah yang berasal dari bahasa Yunani“metabolē_{” yang berarti}

“perubahan” atau “transformasi”. Hal ini berhubungan erat dengan berbagai macam proses dalam

tubuh yang mengubah makanan dan zat lainnya menjadi energi dan byproduct metabolik lainnya yang juga digunakan oleh tubuh kita1_{. Metabolisme merupakan proses penting, karena dapat}

mempertahankan kerja bagian-bagian tubuh, memperbaiki kerusakan-kerusakan yang ada dalam tubuh, menyembuhkan luka, serta menghilangkan racun. Secara umum, metabolisme dibagi menjadi dua jenis, yaitu katabolisme dan anabolisme. Katabolisme merupakan metabolisme destruktif, artinya, pada katabolisme, molekul-molekul organik yang berukuran besar dipecah menjadi molekul-molekul yang berukuran lebih kecil. Proses ini terjadi seiring dengan dilepaskannya energi, biasanya dalam bentuk ATP. Sementara itu, anabolisme merupakan metabolisme konstruktif, dimana molekul-molekul prekursor disusun menjadi molekul organik yang lebih besar, dan proses ini membutuhkan energi (ATP)2_.

1

What is Metabolism? - wiseGEEK . (n.d.). Retrieved March 3, 2012, from wiseGEEK: http://wisegeek.com/what-is-metabolism.htm

2

Metabolism. (2010, May 23). Retrieved March 3, 2012, from

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/M/Metabolism.htm

(4)

Beberapa contoh metabolisme yang terjadi di dalam tubuh antara lain adalah metabolisme karbohidrat, metabolisme protein, dan metabolisme lemak/lipid. Mayoritas metabolisme tersebut menghasilkan energi berupa ATP.

Metabolisme karbohidrat dimulai dengan proses pencernaan, yang menyebabkan monosakarida (terutama glukosa) diserap ke dalam aliran darah. Dalam otot dan hati, glukosa diubah menjadi glikogen melalui proses anabolisme yang dinamakanglikogenesis. Proses sebaliknya, yaitu konversi glikogen menjadi glukosa (terjadi pada saat kadar glukosa dalam darah berada dalam jumlah re ndah) dinamakan

glikogenolisis, yang merupakan suatu proses katabolisme. Saat tubuh membutuhkan energi, glukosa kemudian mengalami prosesglikolisis yang menghasilkan asam piruvat dan ATP. Namun karena proses glikolisis hanya menghasilkan ATP dalam jumlah yang re latif kecil, asam piruvat kemudian diubah menjadi asetil KoA (prosesdekarboksilasi oksidatif ) dan asam sitrat serta CO2 dan H2O melaluisiklus

asam sitrat(siklus TCA, siklus Krebs). Kebanyakan ATP yang dihasilkan berasal dari proses oksidasi pada siklus asam sitrat yang berhubungan juga dengan rantai transfer e lektron3_.

Piruvat yang dihasilkan dari proses glikolisis yang t elah disebutkan di atas dapat dikonversi menjadi tiga produk yang berbeda, tergantung kondisinya. Ketidakhadiran oksigen dalam prosesnya menyebabkan piruvat terkonversi menjadi asam laktat oleh enzim laktat dehidrogenase (Gambar 3) atau menjadi etanol dalam dua tahap yang masing-masing dikatalisis oleh enzim piruvat dekarboksilase

3

Ophardt, C. E. (2003). Overview Metabolism. Retrieved March 3, 2012, from http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/600glycolysis.html

(5)

danalkohol dehidrogenase(Gambar 4). Keberadaan oksigen akan menyebabkan piruvat dikonversi menjadi asetil KoA oleh enzimpiruvat dehidrogenase (Gambar 5)4_{. Pada makalah ini, akan dibahas lebih}

lanjut mengenai enzim piruvat dehidrogenase.

4

Cloe, A. (2011, May 4). How is Glucose Metabolized? | LIVESTRONG.COM . Retrieved March 3, 2012, from LIVESTRONG.COM: http://www.livestrong.com/article/81866-glucose-metabolized/

Gambar 5. Konversi piruvat menjadi asetil KoA

(6)

BAB II

DEKSRIPSI ENZIM

Piruvat dehidrogenase kompleks (PDC) adalah kompleks yang terdiri atas 3 buah enzim (protein fungsional) yang mengkatalisis perubahan piruvat menjadi asetil KoA melalui proses piruvat dekarboksilasi.

Gambar 6. Reaksi Piruvat menjadi asetil KoA oleh enzim Piruvat dehidrogenase kompleks

Piruvate Dehidrogenase Kompleks memiliki struktur yang berbeda, yaitu pada organisme prokariot dan pada organisme eukariot. Pada organisme prokariot pyruvate dehidrogenase kompleks berbentuk kubus simetri dan memiliki hingga 60 subunit protein dalam bentuk 3 buah protein fungsional. Sementara itu pada organisme eukariot, pyruvate dehidrogenase membentuk struktur dodecahedral simetri. Pada organisme eukariot, enzim ini memiliki hingga 96 subunit protein dalam bentuk 3 buah protein fungsional.

Gambar 7. Struktur dodecahedral simetri

(7)

Enzim Jumlah Subunit Gugus Prostetik Reaksi yang dikatalisis Pyruvate Dehydrogenase (E1) 24 TPP Dekarboksilasi oksidatif piruvat Dihydrolipoyl transacetylase (E2)

24 Lipoamide Transfer gugus asetil ke Ko-A

Dihydrolipoyl Dehydrogenase (E3)

12 FAD Pembentukan kembali lipoamida bentuk teroksidasi

Aktivitas PDC berkaitan erat dengan aktivitas PDK (piruvat dehidrogenase kinase) dan PDP (piruvat dehidrogenase phospatase). Saat kelaparan, PDK mengalami kenaikan jumlah di jaringan, sedangkan PDP mengalami penurunan sehingga menginhibisi PDC untuk mengkatabolisme glukosa dan prekursor glukoneogenesis. Akibatnya metabolisme bergeser ke arah pemanfaatan lemak, sementara protein otot digunakan secara minimal untuksupply prekursor glukoneogenesis.

(8)

BAB III

MEKANISME KERJA ENZIM

Dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil KoA dikatalisis olehKompleks Piruvat

Dehidrogenase(PDC) yang terdiri dari tiga enzim seperti t elah dijelaskan pada Bab II. Reaksi netto yang terjadi adalah Piruvat + KoA + NAD+ _{asetil KoA + CO}

2 + NADH

Tiamin pirofosfat (TPP), lipoamida, dan FAD bertindak sebagai kofaktor katalitik, sedangkan KoA dan NAD+_{merupakan kofaktor stoikiometrik. Secara umum, mekanisme kerja enzim-enzim ini ditunjukkan}

pada Gambar 8. Untuk lebih jelasnya, maka akan diuraikan mekanisme kerja enzim secara bertahap. Terdapat empat langkah untuk mengkonversi Piruvat menjadi Asetil KoA.

Gambar 8. Mekanisme kerja enzim

Pertama, enzimPiruvat Dehidrogenase (E1) mengkatalisis dekarboksilasi Piruvat saat bergabung dengan TPP. Piruvat + TPP hidroksietil-TPP + CO2

Pada gugus TPP, atom karbon antara atom Nitrogen dan Sulfur pada c incin tiazol (Gambar 9) merupakan karbon paling bersifat asam dibandingkan dengan sebagian besar gugus =CH lainnya.

(9)

Gambar 9. Struktur TPP,

karbon paling asam ditunjukkan oleh karbon nomor 2

Gambar 10. Bentuk terionisasi TPP

Akibat karbon yang positif ini, TPP mudah untuk terionisasi menjadi karbonion(Gambar 10) yang

kemudian dapat mudah untuk bergabung dengan gugus karbonil dari Piruvat. Karbon C-2 pada TPP akan bertindak sebagai nukleofil yang akan menyerang atom karbon paling positif pada Piruvat (Gambar 11). Cncin Nitrogen TPP yang bermuatan positif kemudian akan bertindak sebagai penampung negatif untuk menstabilkan pembentukan muatan 8egative untuk dekarboksilasi (Gambar 12)5_{. Protonasi kemudian}

dapat membentukhidroksietil tiamin pirofosfatyang dapat beresonansi.

5

(10)

Gambar 11. Mekanisme tahap penyerangan oleh nukleofil

Gambar 12. Mekanisme tahap dekarboksilasi

Pada tahap kedua, enzimPiruvat Dehidrogenase (E1) kembali berperan dalam mengkatalisis reaksi. Gugus hidrosietil yang terikat pada TPP teroksidasi membentuk gugus asetil yang kemudian ditransfer ke lipoamida menjadi Asetil Lipoamida6_{. Pada reaksi akan terbentuk pula karbanion TPP.}

Oksidator pada reaksi ini adalah gugus disulfide lipoamida (Gambar 13) yang tereduksi menjadi sulfihidril. Reaksi yang terjadi dapat dilihat pada Gambar 14.

Gambar 13. Struktur Lipoamida

6

(11)

Gambar 14. Reaksi pada tahap kedua

Pada tahap tiga, gugus asetil ditransfer dari asetil lipoamida ke kofaktor KoA untuk membentuk Asetil KoA yang dikatalisis olehDihidrolipoil transasetilase (E2). Ikatan tioester energi tinggi te rsimpan saat gugus asetil pindah. Reaksi yang terjadi dapan dilihat pada Gambar 15. Pada t ahap ini, Asetil KoA terbentuk.

Gambar 15. Reaksi pada tahap ketiga

Pada tahap keempat, lipoamida bentuk teroksidasi dibentuk kembali dengan bantuan biokatalis

Dihidrolipoil Dehidrogenase (E3). Dua electron ditransfer kepada gugus prostetik FAD dari enzim dan kemudian ke NAD+7_{. Potensial transfer electron dari FAD yang terikat protein ini memungkinkan untuk}

mentransfer elektron pada NAD+_{. Reaksi yang terjadi ditunjukkan oleh Gambar 16.}

7

(12)

Gambar 16. Reaksi pada tahap keempat

Pusat dari mekanisme kerja enzim dehidrogenase adalah E2 yang mener ima dua electron dari E1 dan gugus asetil terbentuk melalui E2 sebelum dilanjutkan dengan E3. Semua enzim dan koenzim

-koenzimnya membentuk strukturcluster sehingga memungkinkan reaksi berlangsung cepat tanpa menyebar jauh dari permukaan kompleks enzim. Zat antara yang dihasilkan tidak pernah meninggalkan komplesk enzim tersebut dan konsentrasi E2 dijaga sangat tinggi. Struktur seperti ini pula diperlukan agar gugus asetil yang teraktifkan tidak digunakan oleh enzim lain dengan substrat gugus asetil ini8_.

8

(13)

BAB IV

PENGENDALIAN ENZIM

Kompleks piruvat dehidrogenase berperan untuk mengkatalisis aliran karbon asetil hasil glikolisis ke dalam siklus TCA . Reaksi yang dikatalisis oleh piruvat dehiodrogenase untuk mengkonversi piruvat menjadi asetil Co A itu sendiri terjadi secara termodinamika dan bersifat ireversibel.

Pengendalian PDC dapat terjadi dengan dua mekanisme, yaitu pengendalian alosterik9_dan

modifikasi kovalen dengan fosforilasi pada subunit E1 ( khusus pada eukaryot).10_{Ketika NADH dan Asetil}

Koa berada dalam jumlah yang tinggi dalam sel, produksi dari senyawa berenergi tinggi ini akan menginhibisi kinerja PDC. Sementara jika di dalam sel, metabolit ini berada dalam bentuk NAD+_{dan Koa}

( energi rendah), kinerja PDC akan teraktivasi. Selain itu metabolit ATP/AMP juga dapat mempengaruhi kinerja enzim PDC dengan cara yang sama. Dalam bentuk ATP menjadi inhibitor sementara dalam bentuk AMP menjadi aktivator.11_{. Jadi dapat disimpulkan bahwa kompleks piruvat dehidrogenase dapat}

diinhibisi bila senyawa antara untuk biosintesis berlebihan dan muatan energi yang tinggi12_{dan dapat}

diaktivasi pada keadaan sebaliknya.

Mekanisme kedua adalah modifikasi kovalen dengan fosforilasi pada subunit E1. Mekanisme jenis kedua ini hanya terjadi pada suatu eukaryot. Jika terjadi fosforilasi oleh piruvat dehidrogenase kinase, kinerja PDC akan terhambat.Sebaliknya jika terjadi defosforilasi oleh piruvat dehidrogenase fosfatase, kinerja PDC akan teraktivasi.13

Keberadaan metabolit tertentu juga dapat mengaktivasi atau menginhibisi enzim yang terlibat dalam proses fosforilasi ini. Selain memiliki efek alosterik secara langsung pada PDC, NADH dan asetil Coa juga dapat menginhibisi kinerja PDC secara tidak langsung yaitu melalui aktivasi piruvat dehidrogenase kinase dan inhibisi piruvat dehidrogenase fosfataseSebaliknya, keberadaan metabolit berenergi rendah seperti NAD+_{dan Coa dapat mengaktivasi fosfatase dan menginhibisi kinase sehingga}

dapat semakin mengaktivasi kinerja PDC.14

9_{Palmer, Michael. 2008. Metabolisme Couse Notes. Kanada : University of Waterloo}

http://watcut.uwaterloo.ca/webnotes/PDF/MetabolismNotes.pdf

10_{http://www.wiley.com/college/boyer/0470003790/animations/pdc/pdc.htm (diakses 3 maret 2012)} 11_{Stryer, Lubert ., 1995. Biochemistry , 4}th_{ed. ,W.H. Freeman and Company; London. Page 524-525.} 12_{http://www.wiley.com/college/boyer/0470003790/animations/pdc/pdc.htm (diakses 4 Maret 2012)} 13_idem

(14)

Gambar 17. Regulasi piruvat dehidrogenase

Faktor lain yang dapat mempengaruhi kinerja PDC adalah senyawa insulin dan fruktosa 1,6 bisfosfatase . Insulin mampu merangsang defosforilasi kompleks PDC, sehingga konversi piruvat ke asetil CoA jadi lebih cepat. Selain itu keberadaan insulin juga dapat membantu meningkatkan aktivitas kompleks piruvat dehidrogenase. Sama seperti insulin, keberadaan fruktosa 1,6 bisfosfatase juga mampu menstimulasi kinerja PDC. Keberadaan substrat awal, piruvat, juga dapat mempengaruhi aktivitas enzim. Piruvat dalam jumlah banyak dapat mengaktivasi dan menstimulasi kinerja enzim.

Keseluruhan pengendalian tersebut memiliki dampak yang baik. Ketika produk telah terbentuk terlalu banyak ( ditunjukkan dengan keberadaan NADH dan asetil Koa), kinerja PDC akan terhambat sehingga proses pembentukan produk akan berkurang atau bahkan berhenti sama sekali. Sebaliknya keberadaan substrat yang terlalu banyak (ditunjukkan dengan keberadaan piruvat, NAD+_{dan fruktosa}

1,6 bisfosfat) akan menyebabkan enzim dipaksa untuk bekerja lebih cepat sehingga mampu meningkatkan aktivitas enzim PDC.

(15)

DAFTAR PUSTAKA

Sumber Tulisan

Cloe, A. (2011, May 4). How is Glucose Metabolized? | LIVESTRONG.COM. Retrieved March 3, 2012, from LIVESTRONG.COM: http://www.livestrong.com/article/81866-glucose-metabolized/

Lehninger, A. L. (2005). Principles of Biochemistry, 4th Edition. New York: Worth Publisher, Inc.

Metabolism. (2010, May 23). Retrieved March 3, 2012, from

http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/M/Metabolism.html

Ophardt, C. E. (2003). Overview Metabolism. Retrieved March 3, 2012, from http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/600glycolysis.html

Stryer, Lubert. (2000). Biokimia Edisi 4. Jakarta: Penerbit K edokteran (p.304)

Sumber Gambar:

Gambar 1: www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/images/590metabolism.gif (diakses 3 Maret 2012) Gambar 2: Lehninger. 2005.Principles of Biochemistry, 4th_Edition_{. New York: Worth Publisher, Inc. p.525}

Gambar 3: Lehninger. 2005.Principles of Biochemistry, 4th_Edition_{. New York: Worth Publisher, Inc. p.538}

Gambar 6: Stryer, Lubert. (2000). Biokimia Edisi 4. Jakarta: Penerbit Kedokteran (p.304) Gambar 7: Stryer, Lubert. (2000). Biokimia Edisi 4. Jakarta: Penerbit Kedokteran (p.304)

Gambar 8-10,12-16: Lehninger, A. L. (2005). Principles of Biochemistry, 4th Edition. New York: Worth Publisher

Gambar 11: http://homepages.strath.ac.uk/~bas96104/cofactor/cofactor.htm

Gambar 17: Palmer, Michael. 2008.Metabolisme Couse Notes. Kanada : University of Waterloo http://watcut.uwaterloo.ca/webnotes/PDF/MetabolismNotes.pdf