I Nyoman Suarsana 1 REGULASI METABOLISME (1)
REGULASI METABOLISME DAN
SISTEM ORGAN
MEKANISME REGULASI
LOGO
1. REGULASI OLEH SISTEM ENZIM DAN
HORMON
2. INTEGRASI METABOLISME DAN SISTEM
ORGAN
I NYOMAN SUARSANA
LABORATORIUM BIOKIMIA
FAKULTAS KEDOKTERAN
HEWAN
LOGO
2
1
LOGO
BAGAIMANA METABOLISME DIREGULASI
LOGO
Metabolic Integration and Organ Specialization
Essential Question
Metabolisme selalu diatur
Anabolisme dan katabolisme harus
diregulasi secara tepat oleh:
1. Aktivitas enzim
2. Konsentrasi enzim (pengaturan pada tingkat
gen)
3. Hormon
4. Kompartementalisation
5. Organ specialization
1.Apa yang mendasari prinsip-prinsip
integrasi katabolisme dan produksi
energi dengan anabolism dan konsumsi
energi?
2.Bagaimana metabolisme terintegrasi
dalam organisme kompleks dengan
berbagai sistem organ?
3
LOGO
4
Stage1
Protein, glycogen dan TGA
di pecah menjadi komponen
yang lebih kecil
LOGO
Stage 2
Asam amino, glukosa dan
asam lemak masuk jalur khusus
dan diubah menjadi produk
intermediet
Stage 3
Produk intermediet masuk TCA
Dan dioksidasi menjadi
Karbondioksida dan ATP. Elektron
dan ion H dipindahkan oleh koenzim
NAD, FAD membentuk NADH
dan FADH
Stage 4
Reduksi koenzim NADH dan
FADH2, masuk rantai transport
Elektron dan dioksidasi fosforilasi
Menghasilkan ATP dan air
5
Catabolism: The
Breakdown of
Macro-nutrients for
Energy
Stages 1-4
6
Kompartementalisation
LOGO
Kompartementalisation
LOGO
Glikolisis, Siklus TCA, Respirasi,
Biosintesis, Oksidasi terjadi pada level sel
Bagaimana dengan organisme tingkat
tinggi (vertebrata)?
7
Lokasi Seluler Metabolisme
LOGO
8
The Absorptive State
LOGO
Citric Acid Cycle, Oxidative
Phosphorelation, Fatty Acid Oxidation Mitochondria
Glycolysis - Cytosol
Fatty Acid Synthesis – Cytosol
Nucleic Acid synthesis - Nucleus
Protein Synthesis – Ribosomes & RER
9
The Postabsorptive State
LOGO
11
10
An Introduction to Cellular Metabolism
LOGO
12
Metabolic Turnover and Cellular ATP Production
LOGO
Nutrient Use in Cellular Metabolism
13
14
LOGO
Lipid Synthesis
LOGO
Glycolysis
LOGO
PFK is the most important control site in glycolysis:
Cytosol
15
LOGO
Citric Acid Cycle
In liver, when glucose is low, glucagon activates
phosphatase to convert F-2, 6-BP to F-6-P. PFK is
Inhibited, which slows down glycolysis.
In muscle, when glucose is low, epinephrine activates
a kinase to convert F-6-P to F-2,6-BP. PFK is
Activated, which accelerates glycolysis.
16
ORGAN SPECIALIZATION
LOGO
Tissue and Organ differencs
Pyruvate d.h.complex
1.Muscle
Citrate synthase
2.Liver
3.Brain
4.Adipose tissue
Isocitrate d.h.
5.Kidney
mitochondria
α-ketoglutarate d.h.
17
18
LOGO
Input dan output bahan bakar
LOGO
Tiap organ membuat energi (ATP) untuk
keperluan fungsi organ masing-masing
Ginjal: ATP untuk tranport aktif
Otot: ATP untuk konstraksi
Liver: ATP untuk biosintesis
Rata-rata manusia memerlukan 1500-6000
kcal/hari (6000-25000 kJ/hari)
Jenis sumber energi dan penyimpanan energi
berbeda masing-masing organ
Organ yang memproduksi suatu bahan bakar
biasanya tidak mampu menggunakan bahan
bakar tersebut
19
Otak
LOGO
Perlu banyak ATP
Pada kondisi normal hanya menggunakan
glukosa sebgai sumber energi
60% glukosa digunakan untuk otak
15% energi per orang digunakan untuk
otak
Organ aerobik, 20% konsumsi oksigen
Diskontinyu supply glukosa menyebabkan
kerusakan otak irreversible
21
Otot
LOGO
20
Bahan bakar Otak (Fueling the Brain)
LOGO
Metabolisme otak sangat tinggi tetapi tidak
mempunyai cadangan Energi
Otak memerlukan suplai glukosa terus menerus
Dalam kondisi puasa, otak dapat menggunakan
β-hydroxybutyrate(from fatty acids),
megubahnya menjadi acetyl-CoA dalam TCA
Melalui cara ini otak menggunakan Lipid
sebagai bahan bakar
22
LOGO
Sumber energi: glukosa, asam lemak, badan
keton
Pada keadaan istirahat sumber energi: asam
lemak
Pada saat kontraksi sumber energi: glukosa
(diawali dari glikogen)
¾ glikogen manusia disimpan di otot dan
tidakbisa di tranfer ke sel lain
Protein juga tersimpan tetapi tidak efisien jika
digunakan sebagai sumber energi
23
24
Jantung
LOGO
Seperti otot tetapi kerjanya relatif konstan
Aerobik
Banyak mitokondria
Tidak ada simpanan energi sehingga
suplai glukosa dan oksigen dari darah
harus kontinyu
Jaringan Adipose
Simpanan bahan bakar
Rata-rata manusia: 135000 kcal (565000
kJ)
Biosintesis dan pemecahan triasilgliserol
secara kontinyu
Glukosa sebagai kontrol
25
Liver
26
LOGO
Biosintesis bahan bakar untuk digunakan
organ lain
Biosintesis asam lemak
Biosintesis glukosa dari glikogen maupun
glukoneogenesis
Membuffer level gula darah melalui
pembentukan glikogen
Sumber energi: glukosa, asam lemak,
asam amino
Sel Darah
LOGO
Penguhubung antar organ: tansport limbah
suatu organ yang mungkin merupakan bahan
bakar organ lain
Mentransport oksigen dan karbon dioksida
Trnasport hormon
Transport produk akhir seperti urea ke ginjal
Sumber energi: glukosa (anaerob) di eritrosit
50% darah berupa sel darah (99% berupa
eritrosit)
27
Bagaimana komunikasi antar organ terjalin
LOGO
28
LOGO
LOGO
Figure 15–6. Transport and
fate of major lipid substrates
and metabolites. (FFA, free
fatty acids; LPL, lipoprotein
lipase; MG,
monoacylglycerol; TG,
triacylglycerol; VLDL, very
low density lipoprotein.)
Figure 15–5. Transport and fate
of major carbohydrate and
amino acid substrates and
metabolites. Note that there is
little free glucose in muscle,
since it is rapidly hosphorylated
upon entry.
29
30
LOGO
LOGO
Figure 15–7. Intracellular
location and overview of major
metabolic pathways in a liver
parenchymal cell. (AA →,
metabolism of one or more
essential amino acids; AA ↔,
metabolism of one or more
nonessential amino acids.)
31
LOGO
33
LOGO
35
32
LOGO
34
LOGO
36
LOGO
How Is Metabolism Integrated in a Multicellular Organism?
LOGO
Jantung
Keton bodies
Glucosa
Fatty acid
Figure:
Hubungan
metabolisme
antara organ
organ utama:
• Otak,
• Otot,
• Jantung,
• Jaringan
adipose,
• Hati.
CO2 + H2O
Glucosa
Keton bodies
Adipose tissue
Fatty acid
TGA
Glycerol
Fatty acid
Keton bodies
Lactate
Acetyl-CoA
Fatty acid
Pyruvate
Amino acids
TGA
Glycerol
Glucose
Protein
Glycogen
Alanin+
glutamin
Amino acids
Protein
Muscle
37
www.themegallery.com
Website: Staff.unud.ac.id/~suarsana
LOGO
39
Liver
Urea
Keton bodies
Glucosa
CO2 + H2O
Brain
CO2 + H2O
Tanda panah merah khusus menunjukkan
jalur dalam keadaan gemuk
Lactate
Pyruvate
Glucosa
CO2 + H2O
Glycogen
38
SISTEM ORGAN
MEKANISME REGULASI
LOGO
1. REGULASI OLEH SISTEM ENZIM DAN
HORMON
2. INTEGRASI METABOLISME DAN SISTEM
ORGAN
I NYOMAN SUARSANA
LABORATORIUM BIOKIMIA
FAKULTAS KEDOKTERAN
HEWAN
LOGO
2
1
LOGO
BAGAIMANA METABOLISME DIREGULASI
LOGO
Metabolic Integration and Organ Specialization
Essential Question
Metabolisme selalu diatur
Anabolisme dan katabolisme harus
diregulasi secara tepat oleh:
1. Aktivitas enzim
2. Konsentrasi enzim (pengaturan pada tingkat
gen)
3. Hormon
4. Kompartementalisation
5. Organ specialization
1.Apa yang mendasari prinsip-prinsip
integrasi katabolisme dan produksi
energi dengan anabolism dan konsumsi
energi?
2.Bagaimana metabolisme terintegrasi
dalam organisme kompleks dengan
berbagai sistem organ?
3
LOGO
4
Stage1
Protein, glycogen dan TGA
di pecah menjadi komponen
yang lebih kecil
LOGO
Stage 2
Asam amino, glukosa dan
asam lemak masuk jalur khusus
dan diubah menjadi produk
intermediet
Stage 3
Produk intermediet masuk TCA
Dan dioksidasi menjadi
Karbondioksida dan ATP. Elektron
dan ion H dipindahkan oleh koenzim
NAD, FAD membentuk NADH
dan FADH
Stage 4
Reduksi koenzim NADH dan
FADH2, masuk rantai transport
Elektron dan dioksidasi fosforilasi
Menghasilkan ATP dan air
5
Catabolism: The
Breakdown of
Macro-nutrients for
Energy
Stages 1-4
6
Kompartementalisation
LOGO
Kompartementalisation
LOGO
Glikolisis, Siklus TCA, Respirasi,
Biosintesis, Oksidasi terjadi pada level sel
Bagaimana dengan organisme tingkat
tinggi (vertebrata)?
7
Lokasi Seluler Metabolisme
LOGO
8
The Absorptive State
LOGO
Citric Acid Cycle, Oxidative
Phosphorelation, Fatty Acid Oxidation Mitochondria
Glycolysis - Cytosol
Fatty Acid Synthesis – Cytosol
Nucleic Acid synthesis - Nucleus
Protein Synthesis – Ribosomes & RER
9
The Postabsorptive State
LOGO
11
10
An Introduction to Cellular Metabolism
LOGO
12
Metabolic Turnover and Cellular ATP Production
LOGO
Nutrient Use in Cellular Metabolism
13
14
LOGO
Lipid Synthesis
LOGO
Glycolysis
LOGO
PFK is the most important control site in glycolysis:
Cytosol
15
LOGO
Citric Acid Cycle
In liver, when glucose is low, glucagon activates
phosphatase to convert F-2, 6-BP to F-6-P. PFK is
Inhibited, which slows down glycolysis.
In muscle, when glucose is low, epinephrine activates
a kinase to convert F-6-P to F-2,6-BP. PFK is
Activated, which accelerates glycolysis.
16
ORGAN SPECIALIZATION
LOGO
Tissue and Organ differencs
Pyruvate d.h.complex
1.Muscle
Citrate synthase
2.Liver
3.Brain
4.Adipose tissue
Isocitrate d.h.
5.Kidney
mitochondria
α-ketoglutarate d.h.
17
18
LOGO
Input dan output bahan bakar
LOGO
Tiap organ membuat energi (ATP) untuk
keperluan fungsi organ masing-masing
Ginjal: ATP untuk tranport aktif
Otot: ATP untuk konstraksi
Liver: ATP untuk biosintesis
Rata-rata manusia memerlukan 1500-6000
kcal/hari (6000-25000 kJ/hari)
Jenis sumber energi dan penyimpanan energi
berbeda masing-masing organ
Organ yang memproduksi suatu bahan bakar
biasanya tidak mampu menggunakan bahan
bakar tersebut
19
Otak
LOGO
Perlu banyak ATP
Pada kondisi normal hanya menggunakan
glukosa sebgai sumber energi
60% glukosa digunakan untuk otak
15% energi per orang digunakan untuk
otak
Organ aerobik, 20% konsumsi oksigen
Diskontinyu supply glukosa menyebabkan
kerusakan otak irreversible
21
Otot
LOGO
20
Bahan bakar Otak (Fueling the Brain)
LOGO
Metabolisme otak sangat tinggi tetapi tidak
mempunyai cadangan Energi
Otak memerlukan suplai glukosa terus menerus
Dalam kondisi puasa, otak dapat menggunakan
β-hydroxybutyrate(from fatty acids),
megubahnya menjadi acetyl-CoA dalam TCA
Melalui cara ini otak menggunakan Lipid
sebagai bahan bakar
22
LOGO
Sumber energi: glukosa, asam lemak, badan
keton
Pada keadaan istirahat sumber energi: asam
lemak
Pada saat kontraksi sumber energi: glukosa
(diawali dari glikogen)
¾ glikogen manusia disimpan di otot dan
tidakbisa di tranfer ke sel lain
Protein juga tersimpan tetapi tidak efisien jika
digunakan sebagai sumber energi
23
24
Jantung
LOGO
Seperti otot tetapi kerjanya relatif konstan
Aerobik
Banyak mitokondria
Tidak ada simpanan energi sehingga
suplai glukosa dan oksigen dari darah
harus kontinyu
Jaringan Adipose
Simpanan bahan bakar
Rata-rata manusia: 135000 kcal (565000
kJ)
Biosintesis dan pemecahan triasilgliserol
secara kontinyu
Glukosa sebagai kontrol
25
Liver
26
LOGO
Biosintesis bahan bakar untuk digunakan
organ lain
Biosintesis asam lemak
Biosintesis glukosa dari glikogen maupun
glukoneogenesis
Membuffer level gula darah melalui
pembentukan glikogen
Sumber energi: glukosa, asam lemak,
asam amino
Sel Darah
LOGO
Penguhubung antar organ: tansport limbah
suatu organ yang mungkin merupakan bahan
bakar organ lain
Mentransport oksigen dan karbon dioksida
Trnasport hormon
Transport produk akhir seperti urea ke ginjal
Sumber energi: glukosa (anaerob) di eritrosit
50% darah berupa sel darah (99% berupa
eritrosit)
27
Bagaimana komunikasi antar organ terjalin
LOGO
28
LOGO
LOGO
Figure 15–6. Transport and
fate of major lipid substrates
and metabolites. (FFA, free
fatty acids; LPL, lipoprotein
lipase; MG,
monoacylglycerol; TG,
triacylglycerol; VLDL, very
low density lipoprotein.)
Figure 15–5. Transport and fate
of major carbohydrate and
amino acid substrates and
metabolites. Note that there is
little free glucose in muscle,
since it is rapidly hosphorylated
upon entry.
29
30
LOGO
LOGO
Figure 15–7. Intracellular
location and overview of major
metabolic pathways in a liver
parenchymal cell. (AA →,
metabolism of one or more
essential amino acids; AA ↔,
metabolism of one or more
nonessential amino acids.)
31
LOGO
33
LOGO
35
32
LOGO
34
LOGO
36
LOGO
How Is Metabolism Integrated in a Multicellular Organism?
LOGO
Jantung
Keton bodies
Glucosa
Fatty acid
Figure:
Hubungan
metabolisme
antara organ
organ utama:
• Otak,
• Otot,
• Jantung,
• Jaringan
adipose,
• Hati.
CO2 + H2O
Glucosa
Keton bodies
Adipose tissue
Fatty acid
TGA
Glycerol
Fatty acid
Keton bodies
Lactate
Acetyl-CoA
Fatty acid
Pyruvate
Amino acids
TGA
Glycerol
Glucose
Protein
Glycogen
Alanin+
glutamin
Amino acids
Protein
Muscle
37
www.themegallery.com
Website: Staff.unud.ac.id/~suarsana
LOGO
39
Liver
Urea
Keton bodies
Glucosa
CO2 + H2O
Brain
CO2 + H2O
Tanda panah merah khusus menunjukkan
jalur dalam keadaan gemuk
Lactate
Pyruvate
Glucosa
CO2 + H2O
Glycogen
38