Upload
hellositty
View
64
Download
15
Embed Size (px)
DESCRIPTION
lemak
Citation preview
METABOLISME KARBOHIDRAT “Untuk Memenuhi Tugas Biokimia”
Dosen Pembimbing : Nanang Prayitno, MPSDisusun Oleh : Kelompok 7
Della YuliantyNenli KurniwijayantiRizki Leoni Harnelita
D3-B Jurusan Gizi
Politeknik Kesehatan Jakarta IIJalan Hang Jebat III/F3 Kebayoran Baru, Jakarta 12120
A. PENDAHULUAN
Karbohidrat, berdasarkan pada massa, merupakan kelas biomolekul yang paling
berlimpah di alam. Lebih lazim dikenal sebagai gula, karbohidrat merupakan produk
akhir utama penggabungan fotosintetik dari karbon anorganik (CO2) ke dalam zat hidup.
Perubahan energi matahari ini menjadi energi kimiawi dari biomelekul menjadikan
karbohidrat sumber utama dari energi metabolik bagi organisme hidup. Karbohidrat juga
bertindak sebagai bentuk cadangan polimerik dari energi. Di samping itu, karbohidrat
merupakan komponen dari banyak bahan sekretorik struktural dan selular serta
nukleotida, yang pada gilirannya, juga digunakan untuk beragam fungsi. Jadi pada sistem
kehidupan, karbohidrat digunakan untuk banyak tujuan yang berbeda dan merupakan
contoh terkemuka dari berbagai kemampuan fungsional yang dapat dimiliki suatu kelas
biomolekul.
Karbohidrat didefinisikan sebagai polihidrosialdehid atau polihidroksiketon dan
derivatnya. Suatu karbohidrat merupakan suatu aldehid (-CHO) jika oksigen karbonil
berkaitan dengan suatu atom karbon terminal, dan suatu keton (=C=O) jika oksigen
karbonil berikatan dengan suatu karbon internal. Definisi ini menghindari klasifikasi
melalui formula empirik dan mencangkup derivat seperti gula deoksi dan amino.
Dalam alam, karbohidrat terdapat sebagai monosakarida (gula individual atau sederhana),
oligosakarida, dan polisakarida. Oligosakarida umumnya didefinisikan sebagai suatu
molekul yang mengandung dua hingga sepuluh unit monosakarida, beberapa diantaranya
mempunyai berat molekul beberapa juta. Dalam konteks ketiga klasifikasi inilah
disajikan subjek karbohidrat yang luas.
B. KLASIFIKASI KARBOHIDRAT
Karbohidrat dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Karbohidrat Sederhana
Karbohidrat Sederhana terdiri dari :
1.1 Monosakarida
Monosakarida adalah karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis menjadi
karbohidrat yang lebih sederhana.
Sebagian besar monosakarida dikenal sebagai heksosa, karena terdiri atas 6-rantai
atau cincin karbon. Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai atau
cincin ini secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH). Ada tiga jenis
heksosa yang penting dalam ilmu gizi, yaitu glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah atom yang sama,
yaitu 6 atom karbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaannya hanya
terletak pada cara penyusunan atom-atom hidrogen dan oksigen di sekitar atom-
atom karbon. Perbedaan dalam susunan atom inilah yang menyebabkan perbedaan
dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain ketiga monosakarida tersebut.
Monosakarida yang terdapat di alam pada umumnya terdapat dalam bentuk
isomer dekstro (D). Gugus hidroksil ada karbon nomor 2 terletak di sebelah
kanan. Struktur kimianya dapat berupa struktur terbuka atau struktur cincin. Jenis
heksosa lain yang kurang penting dalam ilmu gizi adalah manosa. Monosakarida
yang mempunyai lima atom karbon disebut pentosa, seperti ribosa dan arabinosa
Glukosa, dinamakan juga dekstrosa atau gula anggur, terdapat luas di alam
dalam jumlah sedikit, yaitu di dalam sayur, buah, sirup jagung, sari pohon,
dan bersamaan dengan fruktosa dalam madu. Glukosa memegang peranan
sangat penting dalam ilmu gizi. Glukosa merupakan hasil akhir
pencernaan pati, sukrosa, maltosa, dan laktosa pada hewan dan manusia.
Dalam proses metabolisme, glukosa merupakan bentuk karbohidrat yang
beredar di dalam tubuh dan di dalam sel merupakan sumber energi.
Fruktosa, dinamakan juga levulosa atau gula buah, adalah gula paling
manis. Fruktosa mempunyai rumus kimia yang sama dengan glukosa,
C6H12O6, namun strukturnya berbeda. Susunan atom dalam fruktosda
merangsang jonjot kecapan pada lidah sehingga menimbulkan rasa manis.
Galaktosa, tidak terdapat bebas di alam seperti halnya glukosa dan
fruktosa, akan tetapi terdapat dalam tubuh sebagai hasil pencernaan
laktosa.
Manosa, jarang terdapat di dalam makanan. Di gurun pasir, seperti di
Israel terdapat di dalam manna yang mereka olah untuk membuat roti.
Pentosa, merupakan bagian sel-sel semua bahan makanan alami.
Jumlahnya sangat kecil, sehingga tidak penting sebagai sumber energi.
1.2 Disakarida
Ada empat jenis disakarida, yaitu sukrosa atau sakarosa, maltosa, laktosa, dan
trehaltosa.
Trehaltosa tidak begitu penting dalam ilmu gizi, oleh karena itu akan dibahas
secara terbatas. Disakarida terdiri atas dua unit monosakarida yang terikat satu
sama lain melalui reaksi kondensasi. kedua monosakarida saling mengikat berupa
ikatan glikosidik melalui satu atom oksigen (O). Ikatan glikosidik ini biasanya
terjadi antara atom C nomor 1 dengan atom C nomor 4 dan membentuk ikatan
alfa, dengan melepaskan satu molekul air. Hanya karbohidrat yang unit
monosakaridanya terikat dalam bentuk alfa yang dapat dicernakan. Disakarida
dapat dipecah kembali mejadi dua molekul monosakarida melalui reaksi
hidrolisis. Glukosa terdapat pada ke empat jenis disakarida; monosakarida lainnya
adalah fruktosa dan galaktosa.
Sukrosa atau sakarosa dinamakan juga gula tebu atau gula bit. Secara komersial
gula pasir yang 99% terdiri atas sukrosa dibuat dari keuda macam bahan
makanan tersebut melalui proses penyulingan dan kristalisasi. Gula merah
yang banayk digunakan di Indonesia dibuat dari tebu, kelapa atau enau
melalui proses penyulingan tidak sempurna. Sukrosa juga terdapat di dalam
buah, sayuran, dan madu.
Maltosa (gula malt) tidak terdapat bebas di alam. Maltosa terbentuk pada setiap
pemecahan pati, seperti yang terjadi pada tumbuh-tumbuhan bila benih atau
bijian berkecambah dan di dalam usus manusia pada pencernaan pati.
Laktosa (gula susu) hanya terdapat dalam susu dan terdiri atas satu unit glukosa
dan satu unit galaktosa. Kekurangan laktase ini menyebabkan ketidaktahanan
terhadap laktosa. Laktosa yang tidak dicerna tidak dapat diserap dan tetap
tinggal dalam saluran pencernaan. Hal ini mempengaruhi jenis
mikroorgnaisme yang tumbuh, yang menyebabkan gejala kembung, kejang
perut, dan diare. Ketidaktahanan terhadap laktosa lebih banyak terjadi pada
orang tua. Mlaktosa adalah gula yang rasanya paling tidak manis (seperenam
manis glukosa) dan lebih sukar larut daripada disakarida lain.
Trehalosa seperti juga maltosa, terdiri atas dua mol glukosa dan dikenal
sebagai gila jamur. Sebanyak 15% bagian kering jamur terdiri atas trehalosa.
Trehalosa juga terdapat dalam serangga.
1.3 Oligosakarida
Oligosakarida terdiri atas polimer dua hingga sepuluh monosakarida.
Rafinosa, stakiosa, dan verbaskosa adalah oligosakarida yang terdiri atas unit-
unit glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga jenis oligosakarida ini terdapat
du dalam biji tumbuh-tumbuhan dan kacang-kacangan serta tidak dapat
dipecah oleh enzim-enzim perncernaan.
Fruktan adalah sekelompok oligo dan polisakarida yang terdiri atas beberapa
unit fruktosa yang terikat dengan satu molekul glukosa. Fruktan terdapat di
dalam serealia, bawang merah, bawang putih, dan asparagus. Fruktan tidak
dicernakan secara berarti. Sebagian ebsar di dalam usus besar difermentasi.
2. Karbohidrat Kompleks
2.2 Polisakarida
Karbohidrat kompleks ini dapat mengandung sampai tiga ribu unit gula sederhana
yang tersusun dalam bentuk rantai panjang lurus atau bercabang. Jenis
polisakarida yang penting dalam ilmu gizi adalah pati, dekstrin, glikogen, dan
polisakarida nonpati.
Pati (amilum) merupakan simpanan karbohidrat dalam tumbuh-tumbuhan dan
merupakan karbohidrat utama yang dimakan manusia di seluruh dunia. Pati
terutama terdapat dalam padi-padian, biji-bijian, dan umbi-umbian. Jumlah
unit glukosa dan susunannya dalam satu jenis pati berbeda satu sama lain,
bergantung jenis tanaman asalnya. Bentuk butiran pati ini berbeda satu sama
lain dengan karakteristik tersendiri dalam hal daya larut, daya mengentalkan,
dan rasa. Amilosa merupakan rantai panjang unit glukosa yang tidak
bercabang, sedangkan amilopektin adalah polimer yang susunannya
bercabang-cabang dengan 15-30 unit glukosa pada tiap cabang.
Dekstrin merupakan produk antara pada perencanaan pati atau dibentuk melalui
hidrolisis parsial pati. Dekstrin merupakan sumber utama karbohidrat dalam
makanan lewat pipa (tube feeding). Cairan glukosa dalam hal ini merupakan
campuran dekstrin, maltosa, glukosa, dan air. Karena molekulnya lebih besar
dari sukrosa dan glukosa, dekstrin mempunyai pengaruh osmolar lebih kecil
sehingga tidak mudah menimbulkan diare.
Glikogen dinamakan juga pati hewan karena merupakan bentuk simpanan
karbohidrat di dalam tubuh manusia dan hewan, yang terutama terdapat di
dalam hati dan otot. Dua pertiga bagian dari glikogen disimpan dalam otot
dan selebihnya dalam hati. Glikogen dalam otot hanya dapat digunakan
untuk keperluan energi di dalam otot tersebut, sedangkan glikogen dalam hati
dapat digunakan sebagai sumber energi untuk keperluan semua sel tubuh.
Kelebihan glukosa melampaui kemampuan menyimpannya dalam bentuk
glikogen akan diubah menjadi lemak dan disimpan dalam jaringan lemak.
c. Sumber Karbohidrat
Sumber karbohidrat adalah padi-padian atau serealia, umbi-umbian, kacang-kacang
kering, dan gula. Hasil olah bahan-bahan ini adalah bihun, mie, roti, tepung-tepungan, selai,
sirup, dan sebagainya. Sebagian besar sayur dan buah tidak banyak mengandung karbohidrat.
Sayur umbi-umbian, seperti wortel dan bit serta kacang-kacangan relatif lebih banyak
mengandung karbohidrat daripada sayur daun-daunan. Bahan makanan hewani seperti
daging, ayam, ikan, telur, dan susu sedikit sekali mengandung karbohidrat. Sumber
karbohidrat yang banyak dimakan sebagai makanan pokok di Indonesia adalah beras, jagung,
ubi, singkong, talas, dan sagu.
d. Fungsi Karbohidrat
1. Sumber Energi
Fungsi utama karbohidrat adalah menyediakan energi bagi tubuh. Karbohidrat merupakan
sumber utama energi bagi penduduk di seluruh dunia, karena banyakdi dapat di alam dan
harganya relatif murah. Satu gram karbohidrat menghasilkan 4 kkalori.
Sebagian karbohidrat di dalam tubuh berada dalam sirkulasi darah sebagai glukosa untuk
keperluan energi segera; sebagian disimpan sebagai glikogen dalam hati dan jaringan otot,
dan sebagian diubah menjadi lemak untuk kemudian disimpan sebagai cadangan energi di
dalam jaringan lemak. Seseorang yang memakan karbohidrat dalam jumlah berlebihan
akan menjadi gemuk.
2. Pemberi Rasa Manis pada Makanan
Karbohidrat memberi rasa manis pada makanan, khususnya mono dan disakarida. Gula
tidak mempunyai rasa manis yang sama. Fruktosa adalag gula yang paling manis. Bila
tingkat kemanisan sakarosa diberi nilai 1, maka tingkat kemanisan fruktosa adalah 1,7;
glukosa 0,7; maltosa 0,4; laktosa 0,2.
3. Penghemat Protein
Bila karbohidrat makanan tidak mencukupi, maka protein akan digunakan untuk
memenuhi kebutuhan energi, dengan mengalahkan fungsi utamanya sebagai zat
pembangun. Sebaliknya, bila karbohidrat makanan mencukupi, protein terutama akan
digunakan sebagai zat pembangun.
4. Pengatur Metabolisme Lemak
Karbohidrat mencegah terjadinya oksidasi lemak yang tidak sempurna, sehingga
menghasilkan bahan-bahan keton berupa asam asetoasetat, aseton, dan asam beta-hidroksi-
butirat. Bahan-bahan ini dibentuk menyebabkan ketidakseimbangan natrium dan dehidrasi.
pH cairan menurun. Keadaan ini menimbulkan ketosis atau asidosis yang dapat merugikan
tubuh.
5. Membantu Pengeluaran Feses
Karbohidrat membantu pengeluaran feses dengan cara emngatur peristaltik usus dan
memberi bentuk pada feses. Selulosa dalam serat makanan mengatur peristaltik usus.
e. Metabolisme Karbohidrat
Untuk mempermudah mempelajari metabolisme karbohidrat, maka dibagi menjadi
beberapa jalur metabolisme. Namun hendaknya diingat bahwa dalam tubuh, jalur-jalur ini
merupakan ke- satuan, yang mana jalur yang paling banyak dilalui tergantung pada
keadaan status nutrisi waktu itu. Pembagiannya adalah:
1. Glikolisis
2. Glikogenesis
3. Glikogenolisis
4. Glukoneogenesis
5. Oksidasi asam piruvat.
1. Glikolisis
Kata glikolisis berasal dari gliko, artinya
gula, dan lisis, artinya penguraian.
Glikolisis merupakan proses penguraian
gula enam karbon menjadi dua molekul
asam piruvat berkarbon 3. Reaksi
terhadap glikolisis terdiri atas Sembilan
tahap reaksi, dan dapat digolongkan
menjadi dua fase, yang fase yang
memerlukan ATP, dan fase yang
menghasilkan ATP. Proses reaksi
glikolisis bersifat anaerob dan berada di
sitoplasma.
Tahap pertama glikolisis diawali dengan fosforilasi glukosa membentuk glukosa-6-fosfat
(reaksi 1). Proses ini dapat dikatalis oleh dua macam enzim yang berbeda, yaitu enzim
glukokinase dan heksokinase. Glukosa-6-fosfat mengalami isomerisasi menjadi fruktosa-6-
fosfat (reaksi 2), kemudian mengalami fosforilasi menjadi fruktosa 1,6-difosfat (reaksi 3).
Enzim yang melakukan fosforilasi dalam reaksi ini disebut fosfofruktokinase.
Fruktosa 1,6-difosfat dengan bantuan aldolase, dipecah menjadi dua senyawa, yaitu
gliseraldehida-3-fosfat dan dehidroksiaseton fosfat. Dehidroksiaseton fosfat, pada akhirnya
akan mengalami isomerisasi menjadi gliseraldehida-3-fosfat (reaksi 4). Reaksi 1 sampai
dengan reaksi 4 ini merupakan fase yang memerlukan ATP, yaitu mengubah glukosa menjadi
dua senyawa gliseraldehida-3-fosfat beratom tiga karbon.
Pada fase 2 glikolisis, gliseraldehida-3-fosfat diubah menjadi asam piruvat, dan pelepasan
energy bebas dari keseluruhan reaksi ini digunakan untuk mensintesis ATP. Reaksi pertama
fase 2 ialah oksidasi terhadap gliseraldehida-3-fosfat menjadi 1,3-difosfogliserat (reaksi 5).
Pada reaksi ini menggunakan NAD+ sebagai koenzimnya, dan mereduksinya menjadi
NADH + H+ .
1,3-difosfogliserat merupakan senyawa berenergi tinggi sehingga dengan bantuan
fosfogliserat kinase dapat membentuk 3-fosfogliserat dan ATP (reaksi 6). 3-fosfogliserat
kemudian berisomerasi menjadi 2-fosfogliserat (reaksi 7), yang selanjutnya diubah menjadi
fosfoenolpiruvat (reaksi 8). Akhirnya, fosfoenol piruvat memindahkan fosfat energy tinggi
pada ADP membentuk ATP dan asam piruvat (reaksi 9).
Fase 1 glikolisis membutuhkan 2 ATP, sedangkan pada fase 2 dihasilkan 4 ATP dan 2
NADH + H+ sehingga hasil bersih glikolisis ini ialah asam piruvat, 2 ATP, dan 2 NADH +
H+ . Seperti halnya glukosa, fruktosa dan galaktosa dalam respirasi aerob juga memasuki
jalur reaksi glikolisis.
2. Glikogenesis
Glikogenesis adalah proses pembentukan glikogen dari glukosa kemudian disimpan dalam
hati dan otot. Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh.
Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1%.
Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati, maka besarnya simpanan
glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak.
Proses glikogenesis terjadi jika kita membutuhkan energi, misalnya untuk berpikir, mencerna
makanan, bekerja dan sebagainya. Jika jumlah glukosa melampaui kebutuhan, maka
dirangkai menjadi glikogen untuk menambah simpanan glikogen dalam tubuh sebagai
cadangan makanan jangka pendek melalui proses glikogenesis.
Jika kadar glukosa darah meningkat (hiperglikemia) glukosa akan di ubah dan di simpan
sebagai glikogen atau lemak, glikogenesis (produksi glikogen) terjadi terutama dalam sel otot
dan hati. Glikogenesis akan menurunkan kadar glukosa darah dan proses ini di stimulasi oleh
insulin yang disekresi dari pankreas.
Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut:
a. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga
pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati
oleh glukokinase.
ATP + D-glukosa → D-glukosa 6- fosfat + ADP
b. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan
katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan
gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya
adalah glukosa 1,6-bifosfat ( glukosa 1,6-bisfosfat bertindak sebagai koenzim).
Glukosa6-fosfat → Glukosa1- fosfat
Enz-P + Glukosa 1-fosfat→ Enz + Glukosa 1,6-bifosfat →Enz-P + Glukosa 6-fosfat
c. Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk
uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc
pirofosforilase.
UTP + Glukosa 1-fosfat UDPGlc + PPi
d. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan
menarik reaksi kearah kanan persamaan reaksi.
e. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik
dengan atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin
difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah
ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen
primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.
UDPGlc + (C6)n UDP + (C6)n+1
f. Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 14 untuk membentuk rantai
pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap melekat
pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati terdapat jumlah molekul glikogen yang
melebihi jumlah molekul glikogenin.
g. Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut
hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang
memindahkan bagian dari rantai 14 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai
yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 16 sehingga membuat titik cabang pada
molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1
glukosil dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non
reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga
akan mempercepat glikogenesis.
3. Glikogenolisis
Kata "Glikogenolisis" di jabarkan menjadi Glikogen yaitu glikogen dan lisis yaitu pemecahan
atau penguraian. Sehingga Glikogenolisis merupakan proses pengubahan dari polisakarida
yaitu glikogen menjadi monosakarida yaitu glukosa.
Proses glikogenolisis ini terjadi dalam tubuh karena kadar glukosa dalam tubuh sudah mulai
kekurangan akan kandungan glukosa akibat berbagai aktivitas baik dalam maupun luar
tubuh. Aktivitas dari luar tubuh seperti berlari, berjalan, bersepeda, berenang, dll. Sedangkan
aktivitas dari dalam tubuh sendiri meliputi proses respirasi, pencernaan, sistem kerja syaraf,
dll. Tujuan dari glikogenolisis ini terbagi menjadi dua yaitu:
a. Di otot : proses ini digunakan untuk keperluan menghasilkan energi
b. Di hati : proses ini dilakukan untuk mempertahankan kadar gula dalam darah pada saat
jeda waktu makan.
Glikogenolisis merupakan reaksi hidrolisis glikogen menjadi glukosa, perubahan glikogen
menjadi sumber energi merupakan proses katabolisme cadangan sumber energi. Enzim
utama yang berperan dalam glikogenolisis ini adalah glikogen fosforilase. Proses
glikogenolisis terkadang menyebabkan meningkatnya kadar gula dalam darah yang dapat
menyebabkan penyakit diabetes. Glikogen dalam hati akan di glikogenolisis setelah 12-18
jam puasa. Glikogen dalam otot hanya akan mengalami glikogenolisis setelah seseorang
melakukan olahraga yang berat dan lama. Proses glikogenolisis yang terjadi secara terus-
menerus akan dapat menyebabkan kerusakan pada liver. Kerusakan pada fungsi liver akan
menyebabkan penyakit yang sebagian besar tidak dapat diobati dan berakhir dengan
kematian.
Kapan Glikogenolisis terjadi
Pada saat seseorang berpuasa atau sedang melakukan aktivitas berat (latihan, olahraga,
bekerja) yang berlebihan akan menyebabkan turunnya kadar gula darah dalam darah menjadi
60 mg /100 ml darah keadaan ini (kadar gula darah turun) akan memacu hati untuk
membebaskan glukosa dari pemecahan glikogen yang disebut proses glikogenolisis.
Glikogenolisis dirangsang oleh hormon glukagon dan aderenalin. Glukagon (glucagon) adalah
suatu hormon yang dikeluarkan oleh pankreas yang berguna untuk meningkatkan kadar
glukosa darah. Sedangkan hormon adrenalin adalah hormon yang merangsang glukagon untuk
bekerja
Proses terjadinya glikogenolisis
Pemecahan glikogen menjadi Glukosa 1 Fosfat
Ada tiga enzim yang menkatalisis ( hormon glukaden -> C-AMP-enzim posporilase)
1. Glikogen fosforilase : Glikogen (α 1,4 glikosidik) -> Glukosa 1-P
2. Transferase : memindahkan 3 residu glukosa cabang lain lebih peka difosrilasi
3. Debranching enzyme ( α 1,6 gilokosilase) ikatan α 1.6 glikosidik
Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1-fosfat. Berbeda dengan
reaksi pembentukan glikogen, reaksi ini tidak melibatkan UDP-glukosa, dan enzimnya adalah
glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1- fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh
enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase.
Tahap reaksi berikutnya adalah pembentukan glukosa dari glukosa 6-fosfat. Berbeda dengan
reaksi kebalikannya dengan glukokinase, dalam reaksi ini enzim lain, glukosa 6-fosfatase,
melepaskan gugus fosfat sehigga terbentuk glukosa. Reaksi ini tidak menghasilkan ATP dari
ADP dan fosfat.
Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi
sehingga menghasilkan energy , yang energy itu terekam / tersimpan dalam
bentuk ATP
4. Glukoneogenesis
Pada dasarnya glukoneogenesis adalah sintesis glukosa dari senyawa bukan karbohidrat,
misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung
terutama dalam hati. Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah
ke hati. Di sini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi
dalam suatu proses yaitu glukoneogenesis (pembentukan gula baru).
Glukoneogenesis yang dilakukan oleh hati atau ginjal, menyediakan suplai glukosa yang
tetap. Kebanyakan karbon yang digunakan untuk sintesis glukosa berasal dari katabolisme
asam amino. Laktat yang dihasilkan dalam sel darah merah dan otot dalam keadaan
anaerobik juga dapat berperan sebagai substrat untuk glukoneogenesis. Glukoneogenesis
mempunyai banyak enzim yang sama dengan glikolisis, tetapi demi alasan termodinamika
dan pengaturan, glukoneogenesis bukan kebalikan dari proses glikolisis karena ada tiga tahap
reaksi dalam glikolisis yang tidak reversibel, artinya diperlukan enzim lain untuk reaksi
kebalikannya.
Enzim Glikolitik :
1. Glukokinase
Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP
2. Fosfofruktokinase
Fruktosa-6-fosfat + ATP fruktosa-1,6-difosfat + ADP
3. Piruvatkinase
Fosfenol piruvat + ADP asam piruvat + ATP.
Enzim glikolitik yang terdiri dari glukokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase
mengkatalisis reaksi yang ireversibel sehingga tidak dapat digunakan untuk sintesis glukosa.
Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversibel tersebut, maka proses glukoneogenesis
berlangsung melalui tahap reaksi lain. Reaksi tahap pertama glukoneogenesis merupakan
suatu reaksi kompleks yang melibatkan beberapa enzim dan organel sel, yang diperlukan
untuk mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuk fosfoenolpiruvat.
Tiga reaksi pengganti yang pertama mengubah piruvat menjadi fosfoenolpiruvat (PEP), jadi
membalik reaksi yang dikatalisis oleh piruvat kinase. Perubahan ini dilakukan dalam 4
langkah. Pertama, piruvat mitokondria mengalami dekarboksilasi membentuk oksaloasetat.
Reaksi ini memerlukan ATP (adenosin trifosfat) dan dikatalisis oleh piruvat karboksilase.
Seperti banyak enzim lainnya yang melakukan reaksi fiksasi CO2, pada reaksi ini
memerlukan biotin untuk aktivitasnya. Oksaloasetat direduksi menjadi malat oleh malat
dehidrogenase mitokondria. Pada reaksi ini, glukoneogenesis secara singkat mengalami
overlap (tumpang tindih) dengan siklus asam sitrat. Malat meninggalkan mitokondria dan
dalam sitoplasma dioksidasi membentuk kembali oksaloasetat. Kemudian oksaloasetat
sitoplasma mengalami dekarboksilasi membentuk PEP pada reaksi yang tidak memerlukan
GTP (guanosin trifosfat) yang dikatalisis oleh PEP karboksikinase.
Reaksi pengganti kedua dan ketiga dikatalisis oleh fosfatase. Fruktosa-1,6-bisfosfatase
mengubah fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi fruktosa-6-fosfat, jadi membalik reaksi yang
dikatalisis oleh fosfofruktokinase. Glukosa-6-fosfatase yang ditemukan pada permulaan
metabolisme glikogen, mengkatalisis reaksi terakhir glukoneogenesis dan mengubah
glukosa-6-fosfat menjadi glukosa bebas.
Dengan penggantian reaksi-reaksi pada glikolisis yang secara termodinamika ireversibel,
glukoneogenesis secara termodinamika seluruhnya menguntungkan dan diubah dari lintasan
yang menghasilkan energi menjadi lintasan yang memerlukan energi. Dua fosfat berenergi
tinggi digunakan untuk mengubah piruvat menjadi PEP. ATP tambahan digunakan untuk
melakukan fosforilasi 3-fosfogliserat menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Diperlukan satu NADH
pada perubahan 1,3-bisfosfogliserat menjadi gliseraldehida-3-fosfat. Karena 2 molekul
piruvat digunakan pada sintesis satu glukosa, maka setiap molekul glukosa yang disintesis
dalam glukoneogenesis, sel memerlukan 6 ATP dan 2 NADH. Glikolisis dan
glukoneogenesis tidak dapat bekerja pada saat yang sama. Oleh karena itu, ATP dan NADH
yang diperlukan pada glukoneogenesis harus berasal dari oksidasi bahan bakar lain, terutama
asam lemak.
Walaupun lemak menyediakan sebagian besar energi untuk glukoneogenesis, tetapi lemak
hanya menyumbangkan sedikit fraksi atom karbon yang digunakan sebagai substrat. Ini
sebagai akibat struktur siklus asam sitrat. Asam lemak yang paling banyak pada manusia
yaitu asam lemak dengan jumlah atom karbon genap didegradasi oleh enzim -oksidasi
menjadi asetil-KoA. Asetil KoA menyumbangkan fragmen 2-karbon ke siklus asam sitrat,
tetapi pada permulaan siklus 2 karbon hilang sebagai CO2. Jadi, metabolisme asetil KoA
tidak mengakibatkan peningkatan jumlah oksaloasetat yang tersedia untuk glukoneogenesis.
Bila oksaloasetat dihilangkan dari siklus dan tidak diganti, kapasitas pembentukan ATP dari
sel akan segera membahayakan. Siklus asam sitrat tidak terganggu selama glukoneogenesis
karena oksaloasetat dibentuk dari piruvat melalui reaksi piruvat karboksilase.
Kebanyakan atom karbon yang digunakan pada sintesis glukosa disediakan oleh katabolisme
asam amino. Beberapa asam amino yang umum ditemukan mengalami degradasi menjadi
piruvat.
Oleh karena itu masuk ke proses glukoneogenesis melalui reaksi piruvat karboksilase. Asam
amino lainnya diubah menjadi zat antara 4 atau 5 karbon dari siklus asam sitrat sehingga
dapat membantu meningkatkan kandungan oksaloasetat dan malat mitokondria.
Pengaturan Glukoneogenesis
Hati dapat membuat glukosa melalui glukoneogenesis dan menggunakan glukosa melalui
glikolisis sehingga harus ada suatu sistem pengaturan yang mencegah agar kedua lintasan ini
bekerja serentak.Sistem pengaturan juga harus menjamin bahwa aktivitas metabolik hati
sesuai dengan status gizi tubuh yaitu pembentukan glukosa selama puasa dan menggunakan
glukosa saat glukosa banyak. Aktivitas glukoneogenesis dan glikolisis diatur secara
terkoordinasi dengan cara perubahan jumlah relatif glukagon dan insulin dalam sirkulasi.
5. Oksidasi Asam Piruvat
Glukosa di dalam sel dipecah secara oksidasi dengan menggunakan molekul oksigen menjadi
karbondioksida (CO2), air (H2O), energi (ATP), dan panas. Jika kadar oksigen tercukupi,
maka asam piruvat selanjutnya akan diubah menjadi asetil koenzim A (Asetil Ko-A)
sehingga dapat masuk ke siklus Kreb's, atau setelah menjadi asetil Ko-A kemudian masuk ke
dalam siklus Kreb's dengan menghasilkan NADH (nicotin amid dinucleotid), FAD (Flavin
adenin dinucleotid), ATP (adenosin trifosfat), CO2 dan H2O. Peristiwa ini terjadi di dalam
mitokondria atau sering disebut respirasi seluler.
Transport electron: mengubah NADH dan FADH menjadi ATP di dalam membran dalam
mitokondria. Satu mol glukosa akan menghasilkan sebanyak 36 mol ATP (netto). Satu mol
glukosa (180 gr glukosa) menghasilkan 686.000 kalori setara 36 ATP. Selain dari glukosa,
ATP dapat dihasilkan dari pemecahan asam lemak dan asam amino.
Berasal Dari Jumlah ATP yang dihasilkan
Glikolisis sebagai ATP 4
Glikolisis sebagai NADH 4
Perubahan asam piruvat menjadi Asetil Ko-A sebagai NADH 6
Siklus Krebs sebagai GTP 2
Siklus Krebs dari reduksi FAD 4
Siklus Krebs sebagai NADH 18
Jumlah Total 38
Glikolisis diperlukan 2 ATP untuk memecah glukosa -2
Jumlah Bersih 36
Adenosin Triposfat (ATP) ATP merupakan senyawa labil, yaitu kombinasi adenin, gula
ribosa, dan 3 posfat yang berikatan dengan energi tinggi. Setiap perubahan ATP menjadi
ADP membebaskan 12.000 kalori. Sumber energi tinggi lainnya adalah GTP (Guanosin
triposfat). Substrat sumber energi dengan bantuan enzim yang ada dalam mitokondria.
Adenosin triphospat (ATP) yang merupakan senyawa berenergi tinggi dapat diubah menjadi
energi dengan reaksi: ATP + H2O ↔ ADP + Pi + 700 Kal/mol
Organ-organ yang terlibat dalam metabolisme karbohidrat.
1. Hati (hepar/liver) merupakan organ homeostatik yang berperan penting dalam menjaga kadar
gula darah (KGD) agar tetap berada pada kondisi serasi dan seimbang (homeostasis).
Glukosa (juga fruktosa dan galaktosa) dalam darah masuk lewat vena porta hepatica,
sinusoid, kemudian sel hati, selanjutnya oleh sel hati akan diubah menjadi glikogen
(glikogenesis). Sebaliknya, jika tubuh kekurangan glukosa, maka glikogen akan segera
diubah lagi menjadi glukosa (glikogenolisis). Hal ini dapat terjadi di hati karena hati
memiliki kedua enzim yang berperan dalam katabolisme maupun anabolisme karbohidrat.
Selain itu, hati juga memiliki fungsi lain sebagai berikut:
a. Sintesis protein dan degradasi serta pembentukan urea dari nitrogen
b. Sintesis, penyimpanan dan penggunaan lipid
c. Pembentukan empedu untuk digesti lemak
d. Inaktivasi senyawa kimia, detoksifikasi racun oleh sel retikuloendothelial (SER)
e. Absorpsi dan penyimpanan zat anti-anemik yang penting untuk pematangan (maturasi)
eritrosit.
2. Pankreas merupakan organ yang memiliki kemampuan sebagai eksokrin maupun endokrin.
Bagian endokrin kelenjar pankreas yakni bagian pulau Langerhans tersusun atas sel α dan sel
β yang berperan menghasilkan hormon yang mengontrol metabolisme karbohidrat yaitu:
a. Glukagon, disekresikan oleh sel α (alfa) pankreas, berperan sebagai faktor hiperglikemik
artinya sebagai faktor yang menyebabkan meningkatnya kadar glukosa darah. Karena
glukagon berperan merangsang proses glikogenolisis dan glukoneogenesis. Glukagon
bersifat lebih poten daripada epinefrin.
b. Insulin, disekresikan oleh sel β (beta) pankreas, merupakan faktor hipoglikemik artinya
sebagai faktor yang menyebabkan penurunan kadar glukosa darah. Insulin berperan untuk
meningkatkan sintesis glikogen.
Makanan yang banyak mengandung KH akan merangsang sekresi insulin dan mencegah
sekresi glukagon. Insulin berfungsi mempermudah dan mempercepat masuknya glukosa ke
dalam sel dengan meningkatkan afinitas molekul karier glukosa. Glukosa setelah berada di
dalam sel, oleh insulin akan disimpan atau disintesis menjadi glikogen baik di hati, otot, atau
jaringan lain.
3. Medulla adrenal tersusun atas sel kromafin yang berperan menghasilkan hormon epinefrin
(adrenalin) atau disebut juga katekolamin. Sekresi epinefrin dirangsang oleh saraf simpatis
sebagai respon terhadap turunnya kadar glukosa darah. Epinefrin berperan meningkatkan
kadar glukosa darah dan asam laktat karena merangsang glikogenolisis pada hati dan otot
sehingga terjadi hiperglikemik. Pada metabolisme lemak, epinefrin merangsang lipolisis pada
jaringan adiposum dan akan meningkatkan kadar asam lemak bebas (free fatty acid/FFA).
Epinefrin juga menyebabkan vasodilatasi pembuluh darah otot skelet dan vasokonstriksi
pembuluh darah splanchnik dan sirkulasi kulit. Hal ini menyebabkan shunt glukosa dan FFA
ke dalam otot sehingga memungkinkan terjadinya proses oksidasi. Epinefrin juga
mempengaruhi kekuatan kontraksi otot jantung, sehingga aliran darah pada otot menjadi
semakin cepat sehingga total konsumsi oksigen meningkat sampai 30%.
Misalnya pada pelari maraton, epinefrin akan mempengaruhi kerja jantung dan sirkulasi,
sehingga meningkatkan jumlah denyut jantung dan tekanan darah dengan mengubah
diameter arteriole akibatnya darah dari viscera akan berpindah ke kulit dan otot, sehingga
metabolisme di otot meningkat. Mekanismenya sbb.:
a. Glukosa dibebaskan dari timbunan (cadangan) glikogen melalui mekanisme
glikogenolisis di hati.
b. Sekresi insulin dihambat.
c. Penurunan kadar gula darah secara langsung merangsang saraf sympatis yang
menginervasi medulla adrenal untuk mensekresikan epinefrin.
d. Epinefrin akan meningkatkan glikogenolisis pada otot dan hati sehingga meningkatkan
kadar gula darah kemudian glukosa-6-posfat.
e. Apabila kebutuhan glukosa telah tercukupi, maka akan terjadi hiperglikemi, kemudian
akan terjadi glikogenesis, sekresi insulin meningkat dan sekresi epinefrin dihambat.
4. Kelenjar tiroid (thyroid) Kelenjar tiroid mensekresikan hormon tiroksin yang berperan untuk
meningkatkan metabolisme terutama oksidasi seluler.