02/11/2016

1

Metabolisme karbohidrat

dr.Syazili Mustofa,M.BiomedDepartemen Biokimia dan Biologi Molekuler

Fakultas KedokteranUniversitas Lampung

Karbohidrat adalah suatu makromolekul yang memilikiperan penting dalam kimia kehidupan.

Karbohidrat adalah senyawa-senyawa aldehid (COH) atauketon C=O) dengan banyak gugus hidroksil (OH).

Senyawa ini menyusun sebagian besar bahan organik dialam karena perannya yang sangat banyak pada semuabentuk kehidupan

Peran utama : sumber energiKH menghasilkan 4 kilokalori/gram.

PENDAHULUAN

02/11/2016

2

Photosynthesis: Sun’s energy becomes part of glucose molecule

energy

Carbon dioxideWaterChlorophyll

GLUCOSE

6 CO2 + 6 H20 + energy (sun) C6H12O6 + 6 O2

120 grams of glucose / day = 480 calories

02/11/2016

3

adalah polihidroksi aldehid atau keton atau senyawayang menghasilkan senyawa-senyawa ini biladihidrolisa

Nama Karbohidrat : (CH2O)n atau (C.H2O)n

rumus empiris yang menunjukkan bahwa senyawatersebut adalah karbon “hidrat”.

Memiliki nisbah karbon terhadap hidrogen danOksigen sebagai 1:2:1

Contoh: D-glukosa C:H:O = 1:2:1. C6H12O6 (CH2O)n

KARBOHIDRAT

1. Bertindak sebagai sumber energi, bahan bakar, dan zat antara metabolisme

GLIKOLISIS;

KH+O2 CO2 + H2O + E (ATP)

- Pati dan glikogen, dapat dengan cepat dimobilisasi untuk menghasilkan glukosa bahan bakar utama untuk membentuk energi

- ATP, adalah derivat gula terfosforilasi alat tukar energi bebas yang universal

PERAN KH DALAM KEHIDUPAN

02/11/2016

4

2. Kerangka struktur RNA dan DNA◦ Gula ribosa dan deoksiribosa◦ Berperan pada penyimpanan dan ekspresi informasi

genetik.

3. Elemen struktur dinding sel bakteri dantumbuh-tumbuhan- selulosa, berlimpah pada biosfer

4. Berikatan dengan banyak protein dan lipid- glikoforin

protein integral membran , pada sel darahmerah

Overview of metabolism.

Jalur metabolisme 3 kategori

Katabolik: utk proses pemecahan molekul besar, oksidasi, menghasilkan ekivalen pereduksi dan terutama produksi

ATP

Anabolik: terlibat dlm proses sintesis senyawa kompleks dariprekursornya (AA protein), endotermik, endergonik.

Amfibolik: terjadi di persilangan metabolisme ygmenghubungkan jalur anabolik dg katabolik. Contoh SiklusKrebs (Siklus Asam Sitrat)

02/11/2016

5

Metabolisme Normal : adaptasi terhadap saat kelaparan/ puasa, latihan fisik, kehamilan, laktasi.

Metabolisme Abnormal: akibat dari defisiensi nutrisi, defisiensi enzim, sekresi hormon regulasi metabolisme tidak normal, efek obat dan racun.

Kebutuhan kalori seseorang dg BB 70 kg 2400 – 2900 kcal

Kurang lebih 40% - 50% lebih tinggi dari BMR (140% - 150% BMR).

Kelebihan kalori terus menerus

Obesitas (IMT > 26 utk Asia, >30 Kaukasia)

Kekurangan kalori terus menerus katabolisme protein tanpareplacement “emaciation”.

Kelaparan/ puasa

nervous system dan eritrosit , peka terhadap kekuranganglukosa

saat cadangan glikogen menipis maka tubuh melakukanglukoneogenesis

02/11/2016

6

Hormon pengatur metabolisme KH:

Insulin: patologis Diabetes melitus kadar gula darah tinggi

Glukagon glukoneogenesis meningkatkan kadar gula darah kenormal.

Hormon lain yang juga terlibat:KatekolaminKortisolHormon tiroidGrowth hormon

Penyakit Metabolisme KH:

Diabetes melitus tipe I : defisiensi sekresi insulin

Diabetes melitus tipe II: sel tidak sensitif terhadap insulin

Jalur katabolisme (3 tahapan)

Karbohidrat Protein Lipid

Glukosa Asam aminoAsam lemak

+ gliserol

Asetil-koA

Digesti + absorpsi

katabolisme

Siklus Krebs 2 H ATP

2 CO2

02/11/2016

7

Respirasi sel

GLIKOLISISAEROBIK

02/11/2016

8

SIKLUS ASAM SITRAT

(s. Krebs , s. asam sitrat, TCA cycle)

Serangkaian reaksi di mitokondria untuk oksidasi asetil-KoA menjadi CO2 dan H2O

terbtk NADH dan FADH2 akibat aktivitas enzim dehidrogenase

Merupakan Jalur metabolisme bersama utk oksidasi karbohidrat, lemak dan protein

Enzim-enzim terletak di matriks mitokondria, bebas/terikat pd

membran dalam mitokondria

NADH, FADH2 yg dihasilkan pada oksidasi-ß & TCA cycle di reoksidasi melalui

rantai pernafasan hasilkan ATP >>>,

Proses ini memerlukan O2 Oksidasi-ß dan TCA cycle berlangsung dalam keadaan

aerob.

02/11/2016

9

Secara garis besar reaksi tsb:

1 mol asetil-KoA bergabung dg 1 mol oksaloasetatmembentuk sitrat

Sitrat dioksidasi melalui serangkaian reaksi menghasilkan:2 mol CO2 dan ekivalen pereduksi serta

pembentukan kembali oksaloasetat yg dapat memulai reaksidg mol asetil Ko-A baru.

Fungsi TCA : antara lain1. Final common pathway untuk oksidasi sempurna

karbohidrat, lipid dan protein.2. Pembentukan energi (GTP)3. Pembentukan ekivalen pereduksi NADH, FADH2

GLIKOLISIS, GLUKONEOGENESIS DAN JALUR PENTOSA FOSFAT.

Glikolisis.

Proses pemecahan heksosa (6 C) menjadi senyawa 3C atau 2C dan menghasilkan ATP.

Glukoneogenesis.

Proses pembentukan karbohidrat (glukosa) dari senyawa non karbohidrat.

Jalur pentosa fosfat

Pemecahan glukosa menghasilkan, karbondioksida, NADPH dan ribosa/pentosa fosfat bahan baku DNA/ RNA.

02/11/2016

10

Glikolisis.

Glukosa piruvat/ laktat/ etanol dan CO2.

Amfibolik:

Katabolik memecah glukosa menghasilkan ATP.

Menghasilkan 3C prekursor utk pembentukan asam amino, asam lemak dan kolesterol.

Jalur glikolisis terdapat di hampir semua sel (Ubiquitouspathway).

GLIKOLISIS EMBDEN MEYERHOF

Oksidasi glukosa piruvat (aerob) / laktat (anaerob)

Berlangsung di bagian sitosol semua sel / jaringan

Fungsi : a.l membentuk energi

Dapat berlangsung dalam keadaan aerob atau anaerob

A. Glikolisis aerob :- piruvat yg dihasilkan dapat diubah menjadi asetil-KoA

selanjutnya dioksidasi di TCA menghasilkan lebih banyak NADH dan FADH2 ATP >>>

B. Glikolisis anaerob :- Rantai transfer elektron tdk dapat berlangsung reoksidasi

NADH NAD terjadi melalui reduksi piruvat laktat- ATP lebih sedikit (hanya tingkat substrat)

02/11/2016

11

Glikolisis Embden-Meyerhof (anaerob)

Jalur Embden-Meyerhof

02/11/2016

12

Glukoneogenesis

Adl suatu proses perubahan prekursor (bukan karbohidrat) menjadi glukosa atauglikogen.

Substrat/ prekursor:

Asam amino glukogenik

laktat

gliserol

propionat

Jaringan utama tempat berlangsung glukoneogenesis adl hati dan ginjal.

Organ tergantung /peka glukosa adalah sistem saraf dan eritrosit.

Hipoglikemia menyebabkan disfungsi otak berat koma game over

Fungsi:

Meningkatkan kadar glukosa darah utk kebutuhan normal sel.

02/11/2016

13

Glukoneogenesis, asam amino glukogenik

Jalur Pentosa Fosfat

Adl jalur alternatif metabolisme glukosa.

Jalur ini berlangsug di sitosol

Enzim yang terlibat antara lain G6PD, transketolase dan transaldolase

Reaksi terbagi ke dalam 2 fase:

- oksidatif: menghasilkan NADPH

- nonoksidatif : menghasilkan prekursor-prekursor ribosa

Fungsi:

(Bukan ditujukan untuk produksi ATP)

Menghasilkan NADPH untuk sintesis asam lemak & steroid

Sintesis ribosa untuk pembentukan nukleotida dan asam nukleat

Defisiensi enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase (G6PD) menyebabkan darahmudah hemolisis anemia hemolitik

02/11/2016

14

NADPH dr jalur Pentosa fosfat digunakan utk mereduksi GSSG GSH

02/11/2016

15

Glikogenesis-Glikogenolisis

02/11/2016

16

Regulasi metabolisme karbohidrat

02/11/2016

17

02/11/2016

18

Gula darah kadarnya dipertahankan dalam range yang sempit

Kadar glukosa darah manusiasetelah makan 6,5 – 7,2 mmol/L2 jam pp 4,5 – 5,5 mmol/Lpuasa 3,3 – 3,9 mmol/L

Kadar glukosa darah Berbeda utk tiap spesies.

Glukosa darah diperoleh dari makanan, glukoneogenesis danglikogenolisis.

Kadar glukosa darah diatur oleh proses metabolik danhormonal:

Insulin berperan utama dalam regulasi kadar glukosa darah.Insulin overdose hipoglikemia cepat convulsion/

kejang

Mekanisme Homeostasis melibatkan hati, jaringan ekstrahepatik dan hormon

Hati permeabel terhadap glukosa oleh adanya transporter glukosa GLUT2.

Sel ekstrahepatik (kecuali pankreas) relatif tidak permeabel, perlu insulin utk utk pengaturan transporter.

02/11/2016

19

Transporter glukosa utama (Harper edisi 27)

Lokasi jaringanLokasi jaringan FungsiFungsi

GLUT 1GLUT 1 Otak, ginjal, kolon, plasenta, Otak, ginjal, kolon, plasenta, SDMSDM

mengambil glukosamengambil glukosa

GLUT 2GLUT 2 Hati, selHati, sel--beta pankreas, usus beta pankreas, usus halus ginjal,halus ginjal,

mengambil / keluar cepat mengambil / keluar cepat glukosaglukosa

GLUT 3GLUT 3 Otak, ginjal, plasentaOtak, ginjal, plasenta mengambil glukosamengambil glukosa

GLUT 4GLUT 4 Jantung, otot rangka, adipositJantung, otot rangka, adiposit Mengambil glukosa dg Mengambil glukosa dg stimulasi insulinstimulasi insulin

GLUT 5GLUT 5 Usus halusUsus halus Absorpsi glukosaAbsorpsi glukosa

SGLT 1SGLT 1 Usus halus, ginjalUsus halus, ginjal Mengambil glukosa Mengambil glukosa melawan gradien melawan gradien konsentrasikonsentrasi

Glukokinase penting dalam pengaturan gula darah setelah makan.

Heksokinase mempunyai Km rendah untuk glukosa, berfungsi dengan kecepatan konstan pd keadaan normal.

Glukokinase mempunyai Km tinggi utk glukosa (afinitas rendah), aktivitasnya naik saat gula darah masuk vena porta pengambilan glukosa dalam jumlah besar setelah makan.

02/11/2016

20

Siklus Glukosa-Alanin

Cori cycle

02/11/2016

21

Glutathion Reductase

Dampak Hiperglikemia

02/11/2016

22

Metabolisme Fruktosa

02/11/2016

23

Metabolisme Galaktosa

02/11/2016

24

Metabolisme Galaktosa

Serat larut air

02/11/2016

25

Glukagon berperan kebalikan dari insulin.

Hormon ini diproduksi di sel-alfa pankreas.

Sekresi meningkat pada hipoglikemia

Menstimulasi glikogenolisis melalui aktivasi fosforilase,

Menstimulasi glukoneogenesis dari asam amino dan laktatmelalui caraka kedua c-AMP (lihat: Transduksi sinyal)

Insulin dan glukagon didegradasi di hati.

Hormon-hormon lain yg berefek pada kadar glukosa darah

Hormon2 kel pituitari anterior meningkatkan kadar glukosa darah.

growth hormon (inhibit glucose utilization),

ACTH, diabetogenic hormone

Glukokortikoid, (adrenal korteks) meningkatkan glukoneogenesis, katabolismeprotein, menghambat penggunaan glukosa ekstra-hepatik

Sitokin, antagonis efek thd insulin

Epinefrin, disekresi pd kondisi stres (exited, perdarahan, hipoksia, hipoglikemia) glikogenolisis di hati dan otot

di hati menyebabkan sekresi glukosa ke dalam sirkulasi

di otot menyebakan peningkatan glikolisis.

02/11/2016

26

Aspek klinik

Diabetes melitus, kadar gula tinggi dapat disebabkankurangnya sekresi hormon insulin (I) atau sel tidak sensitifterhadap insulin (defek pd reseptor) (II)

Ketidaksempurnaan jalur pentosa fosfat hemolisis seldarah merah (defisiensi enzim G6PD).

Pembebanan fruktosa pada hati dapat memperburuk kondisihiper trigliseridemia, hiperkolesterolemia dan hiperurikemia.

Fruktosa dan sorbitol dihubungkan dengan kejadian katarakdiabetik.

Pustaka

Harper’s Illustrated Biochemistry, 28th edition.

Zubay GL. Biochemistry, 4th edition

Gambar: Internet

Note:

Harap dibaca kembali bioenergetika dan biooksidasi.