Metabolisme Karbohidrat

Pencernaan

•Setelah proses penyerapan melalui dinding usus halus, monosakarida dibawa oleh aliran darah ke hati.

•Di dalam hati;

- monosakarida mengalami proses sintesis

menghasilkan glikogen,

- Oksidasi menjadi C02 dan H20,

- Dibawa dengan aliran darah ke bagian tubuh yang

memerlukannya

•Sebagian monosakarida dibawa ke sel jaringan tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut.

•Hormon insulin yang dihasilkan oleh kelenjar pankreas, dapat mengatur kadar glukosa dalam darah.

•Bila kadar glukosa dalam darah meningkat, sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik.

•Sebaliknya bila kadar glukosa menurun, glikogen diuraikan menjadi glukosa

•Selanjutnya mengalami proses katabolisme menghasilkan energi (dalam bentuk energi kimia, ATP)

Gambaran umum metabolisme karbohidrat : Hubungan antara hati, darah dan otot.

Kadar glukosa dalam darah sangat

berpengaruh terhadap kerja tubuh;

• Kadar normal glukosa dalam darah adalah 70 - 90 mg/100 ml.

• Bila kadar glukosa berada di bawah 70 mg/100 ml disebut hipoglisemia,

• Jika di atas 90 mg/100 ml disebut hiperglisemia

Berbagal keadaan yang mungkin terjadi sebagai akibat pengaruh kadar glukosa dalam darah.

Gejala hipoglisemia yang ekstrem;

• Otot gemetar, perasaan lemah badan, dan warna kulit pucat,

• Hipoglisemia yang serius dapat menyebabkan kehilangan kesadaran (pingsan) sebagai akibat kekurangan glukosa dalam otak yang perlu untuk pembentukan energi, sehingga kemudian dapat menyebabkan kematian.

Kadar glukosa yang tinggi (hiperglisemia)

• Merangsang pembentukan glikogen dan glukosa,

• sintesis asam lemak dan kolesterol dan glukosa.

• Kadar glukosa antara 140 dan 170 mg/100 ml disebut kadar ambang ginjal, karena pada kadar ini glukosa diekskresi dalam kemih melalui ginjal.

• Gejala ini disebut glukosuria yaitu keadaan ketidakmampuan ginjal untuk menyerap kembali glukosa yang telah mengalami filtrasi melalui sel tubula.

Kadar glukosa dalam darah diatur oleh beberapa

hormon;

1. Insulin dapat menurunkan kadar glukosa dengan menaikkan pembentukan glikogen dan glukosa.

2. Adrenalin (epinefrin), berperan dalam menaikkan kadar glukosa dalam darah. Kedua hormon ini bekerja sama secara

terkoordinasi mempertahankan kadar glukosa tetap normal untuk menunjang berlangsungnya proses metabolisme secara optimum.

Biosintesis dan perombakan glikogen :

• Proses pembentukan glikogen dari glukosa disebut glikogenesis, dimana glukosa-6-fosfat dan glukosa-1-fosfat sebagai senyawa antara .

• penguraian glikogen menjadi glukosa disebut glikogenolisis.

• Senyawa antara UDP-glukosa (uridin difosfat glukosa) hanya terjadi pada jalur pembentukan.

• Enzim yang berperan dalam kedua jalur tersebut berbeda.

Gambar : Reaksi glikogenesis dan glikogenolis. UTP = uridin trifosfat. ATP =adenosin trifosfat. ADP adenosin difosfat, (Pi) = gugus fosfat anorganik. UDP-glukosa = uridin difosfat glukosa. Enzim: E1 = fosforilase; E2 = fosfoglukomutase; E3 = fosfatase; E4 glukokinase; E5 = pirofosforilase; E6 = glikogen sintetase. PPI = asam pirofosfat.

Glikogenesis ;

•Pembentukan glukosa 6-fosfat dari glukosa dan ATP (senyawa kimia berenergi tinggi).

•Enzim yang mengkatalisis adalah glukokinase.

•Glukosa-6-fosfat mengalami reaksi isomerisasi menjadi glukosa-1-fosfat

•Glukosa-1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat menghasilkan uridin difosfat glukosa dan pirofosfat.

uridin difosfat glukosa (UDPG)

Glikogenesis:

pembentukan uridin difosfat gukosa (UDPG) dari glukosa, melalui pembentukan glukosa-6-fosfat dan glukosa-1-fosfat.

Biosintesis disakarida1. Mekanisme reaksi glikogenesis juga merupakan

jalur metabolisme umum untuk biosintesis disakarida dan polisakarida.

2. Dalam berbagai tumbuhan,disakarida (sukrosa) dihasilkan dari glukosa dan fruktosa melalui mekanisme biosintesis.

3. UDP-glukosa bereaksi dengan fruktosa 6-fosfat, membentuk sukrosa 6’-fosfat, yang kemudian dengan enzim sukrosa fosfatase dihidrolisis menjadi sukrosa.

Sukrosa

Reaksi pembentukan sukrosa dari fruktosa dan UDPG.

Reaksi glikogenesis (reaksi pembentukan glikogen dari glukosa)Tahap akhir terjadi reaksi kondensasi antara UDP-glukosa dengan unit glukosa primer menghasilkan rantai glikogen baru (tambahan satu unit glukosa).

Glikogenolisis

Tahap pertama, penguraian glikogen • Pembentukan glukosa 1-fosfat dan enzimnya adalah

glikogen fosforilase • Glukosa 1-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat

Tahap kedua, pembentukan glukosa - Pembentukan gluksa dari glukosa 6-fosfat. - Dalam reaksi ini, enzim glukosa 6-fosfatase melepas kan

gugus fosfat dari glukosa 6-fosfat sehingga terbentuk glukosa.

- Reaksi ini tidak menghasilkan ATP dari ADP dan fosfat.

Glikogenolisis : penguraian glikogen menghasilkan

glukosa-6-fosfat.

glukosa 6-fosfat glukosa 6-fosfat g glukosa + asam lukosa + asam fosfatfosfat

Glukosa-

6-fosfatase

Pengaturan pembentukan & penguraian glikogenEnzim yang mengkatalisis pembentukan dan penguraian

glikogen adalah glikogen sintetase & glikogen fosforilase.

Kerja kedua enzim ini teratur dan terkoordinasi sehingga kedua enzim tersebut dapat berada dalam keadaan

bentuk aktif atau tak aktif.

Bila glikogen sintetase berada dalam bentuk aktif, glikogen fosforilasi berada dalam bentuk tak aktif dan

sebaliknya.

Glikogen sintetase-1 dan glikogen sintetase-2 masing-masing adalah bentuk aktif dan tak aktif dari enzim

pembentuk glikogen

glikogen fosforilase-a dan fosforilase-b masing-masmg adalah bentuk aktif dan tak aktif dari enzim penguraian

glikogen.

Mekanisme reaksi bertahap dan pengaruh berbagai enzim dan hormon terhadap kerja glikogen sintase dan glikogen fosforilase dalam mengatur glikogenesis dan glikogenolisis

Penguraian dan pembentukan glukosa

- Proses penguraian glukosa menjadi piruvat, alkohol, laktat, CO2 dan air, dapat berlangsung melalui beberapa jalur metabolisme

- Jasad hidup dapat melakukan satu atau lebih jalur metabolisme penguraian glukosa

- Tiap jasad hidup mempunyai sistem kontrol sendiri.

Beberapa istilah yang berhubungan dengan metabolisme

1.Fermentasi atau peragian, proses senyawa kimia secara enzimatis menghasilkan gas

Glukosa + O2 etanol + CO2 + O2 (anaerob)

2.Glikolisis : proses penguraian karbohidrat menjadi piruvat (jalur metabolisme Embden-Meyerhoff ) terjadi dalam sitoplasma.

3.Glikolisis anaerob : proses penguraian karbohidrat menjadi laktat melalui piruvat (anaerob).

4.Pernafasan (respirasi) : proses kimia yang terjadi bila sel menyerap oksigen, menghasilkan CO2 dan air.

5.Pernafasan (khusus) adalah proses penguraian glukosa dengan menggunakan oksigen, menghasilkan C02, air, dan energi kimia (ATP). Melibatkan jalur metabolisme glikolisis, daur Krebs, dan fosforilasi bersifat oksidasi.

6.Daur asam trikarboksilat/daur asam sitrat: * Jalur metabolisme lingkar dimana asetat (asetil

koenzim-KoA) diubah menjadi CO2 dan air dengan

menggunakan oksigen.* Proses penguraian glukosa menjadi CO2 dan air,

merupakan proses oksidasi. Dimana energi yang dihasilkan dari proses penguraian glukosa mi adalah 690 kilokalori

(kkal),

Gambaran umum proses pernafasan secara keseluruhan.

Glikolisis dan glukoneogenesis

glikolisis

Glukoneogenesis

Glikolisis; • Tahap pertama pemasukan satu gugus fosfat ke dalam molekul glukosa menghasilkan glukosa 6-fosfat.

Reaksi ini dikatalisis oleh glukokinase dengan kofaktor ion Mg2+ Sedangkan gugus fosfat dan energi dari penguraian, ATP menjadi ADP.• Tahap kedua merupakan isomerisasi glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat, dikatalisis oleh fosfoheksoisomerase yang juga mengkatalisis reaksi kebalikannya.

• Tahap ketiga, pemasukan gugus fosfat dari ATP, dikatalisis oleh fosfofruktokinase dengan ion Mg2+ menghasilkan fruktosa 1 ,6-difosfat.

Reaksi kebalikannya dikatalisis oleh enzim fruktosa difosfatase, reaksi pelepasan satu gugus fosfat dari fruktosa 1 ,6-difosfat.• Tahap keempat pemecahan senyawa karbohidrat (fruktosa-1,6-difosfat) menjadi gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh aldolase yang juga bekerja untuk reaksi kebalikannya

Glikolisis: Reaksi enzim aldolase dan triosafosfat isomerase.

• Reaksi tahap kelima

- perubahan gliseraldehida 3-fosfat menjadi asam 1,3-difosfogliserat.

- Melibatkan reaksi pemasukan satu gugus fosfat dari - asam fosfat (bukan dan ATP)

- Oksidasi aldehida menghasilkan molekul asam karboksilat

- Reaksi oksidasi ini dikatalisis oleh gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase

Gambar Glikolisis: reaksi enzim gliseraldehida fosfat dehidrogenase.

• Reaksi reduksi pembentukan NADH dari NAD. • Reaksi kebalikannya juga dikatalisis oleh enzim

yang sama, menghasilkan NAD dan NADH.

Gambar : Reaksi perubahan bentuk oksidasi (NAD+) ke bentuk reduksi (NADH) nkotinamid adenin dinukleotida.

• Reaksi tahap ke enam dikatalisis oleh fosfogliserat kinase (dengan ion magnesium sebagai kofaktor), menghasilkan asam 3-fosfogliserat

Gambar : reaksi enzim fosfogliserat kinase.

• Reaksi tahap ke tujuh adalah isomerisasi asam gliserat 3-fosfat menjadi asam gliserat 2-fosfat, dikatalisis oleh fosfogliserat mutase.

Reaksi tahap ke delapan enzim enolase melepaskan satu molekul H20 dari asam gilserat 2-fosfat menghasilkani asam fosfoenol piruvat.

Reaksi pembentukan fosfo enol piruvat

• Reaksi tahap akhir adalah pembentukan asam piruvat dari asam fosfoenolpiruvat melalui senyawa antara asam enolpiruvat

• Dalam reaksi yang dikatalisis oleh piruvat kinase (dengan ion magnesium sebagai kofaktor)

• Gugus fosfat yang dilepaskan oleh fosfoenolpiruvat dipakai untuk mengsintesis ATP dan ADP.

* Perubahan enolpiruvat ke asam piruvat terjadi secana spontan.

* Perubahan piruvat menjadi fosfoenol piruvat dengan bantuan mitokondrion.

Glikolisis terbagi menjadi dua bagian;

• Pertama meliputi tahap reaksi enzim yang memerlukan ATP; Reaksi dari glukosa sampai dengan pembentukan fruktosa 6-fosfat, yang menggunakan dua molekul ATP untuk tiap satu molekul glukosa yang dioksidasi

• Bagian kedua meliputi tahap reaksi yang menghasilkan energi Dari gliseraldehida 3-fosfat sampai dengan piruvat menghasil kan 2 molekul NADH dan 4 molekul ATP

• Karena satu molekul NADH setara 3 molekul ATP, maka tahap reaksi ini menghasilkan 10 molekul ATP.

• Jadi keseluruhan proses glikolisis menghasilkan 10 - 2 = 8 molekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang dioksidasi.

• Sebaliknya, sintesis 1 molekul glukosa dari 2 molekul piruvat dalam glukoneogenesis diperlukan energi 12 ATP (4 ATP, 2 GTP dan 2 NADH).

Glikolisis anaerobDalam keadaan tanpa oksigen respirasi terhenti karena; • Proses pengangkutan elektron yang dirangkaikan dengan fosforilasi

bersifat oksidasi tidak berjalan. • Siklus Krebs akan terhenti karena piruvat tidak lagi masuk ke dalam

daur Krebs • Piruvat diubah menjadi asam laktat dengan laktat dehidrogenase

dan NADH sebagai sumber energinya. • Dua molekul NADH yang dihasilkan pada proses glikolisis tidak

dipakai untuk membentuk ATP tetapi digunakan untuk mereduksi 2 molekul asam piruvat menjadi asam laktat.

• Pada glikolisis anaerob ini energi yang dihasilkan hanya 2 molekul ATP saja.

• Jumlah ini jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan energi yang dihasilkan pada glikolisis aerob, yaitu 8 ATP.

Reaksi perubahari piruvat ke Iaktat dalam proses fermentasi asam Iaktat.

Fermentasi alkoholBeberapa jasad renik (ragi), glukosa dioksidasi menghasilkan etanol dan CO2 (fermentasi alkohol). - Reaksi perubahan asam piruvat menjadi asetaldehida,- Reaksi reduksi asetaldehida menjadi alkohol. Pada reaksi pertama, piruvat didekarboksilasi menjadi asetal dehida dan CO2 oleh piruvat dekarboksilase,(enzim ini tidak terdapat dalam hewan).

Reaksi pembentukan asetaldehida dari piruvat dengan enzm piruvat dekarboksilase.

Reaksi terakhir, asetaldehida direduksi oleh NADH dengan enzim alkohol dehidrogenase, menghasilkan etanol.Etanol dan CO2 hasil akhir fermentasi alkohol, dan jumlah energi yang dihasilkannya sama dengan glikolisis anerob yaitu 2 ATP.

Reaksi hidrogenasi asetaldehida menghasilkan etanol

Perubahan piruvat menjadi asetilkoenzim-A

Reaksi oksidasi piruvat menjadi asetil koenzim-A, merupakan jalurmetabolisme lingkar asam trikarboksilat (daur Krebs). - Reaksi ini dikatalisis oleh enzim piruvat dehidrogenase,

dihidrolipoil transasetilase, dan dihidrolipoil dehidrogenase)- Koenzim; tiamin pirofosfat, asam lipoat, koenzim-A, flavin

adenin dinukleotida, dan nikotinamid adenin dinukleotida.- Keseluruhan reaksi dekarboksilasi ini ireversibel, dengan

ΔG° = - 8,0 kkal per mol.piruvat + NAD+ + koenzim-A asetilkoenzim-A + NADH

+ CO2

- Reaksi ini merupakan jalan masuk utama karbohidrat ke dalam daur Krebs.

Jalur metabolisme daur asam trikarboksilat (atau asam sitrat) merupakan jalur metabolisme yang utama dari berbagai senyawa hasil metabolisme, yaitu hasil katabolisme karbohidrat, lemak, dan protein.

Daur Krebs sebagai bagian utama metabolisme penghasil energi.

• Daur asam trikarboksilat dapat berlangsung dalam sel hewan, tumbuhan, dan jasad renik yang aerob

• Daur asam trikarboksilat merupakan metabolisme penghasil energi yang utama.

• Jasad yang anaerob tidak menggunakan metabolisme daur ini sebagai penghasil energinya,

Daur Krebs merupakan proses pernafasan yang panjang dan kompleks, dimulai dari oksidasi glukosa menjadi CO2 dan H20 serta produksi ATP.

Proses pernafasan terdiri dari 4 tahap utama:1. Glikolisis (oksidasi glukosa menjadi piruvat)2. Perubahan piruvat menjadi asetil koenzirn-A; 3. Daur Krebs4. Proses pengangkutan elektron melalui rantai pernafasan yang

dirangkaikan dengan sintesis ATP dari ADP + Pi melalui proses fosforilasi bersifat oksidasi.

Ringkasan keseluruhan daur asam trikarboksilat atau daur asam sitrat (daur Krebs).

- Oksidasi satu molekul asetil koenzim-A dalam daur Krebs menghasilkan (3 X 3 + 2 X 1 + 1) ATP = 12 ATP

- Bila proses oksidasi itu dimulai dan piruvat, jumlah molekul ATP yang dihasilkan adalah 12 + 3 = 15 setiap satu molekul piruvat (pembentukan satu molekul asetil koenzim-A dari satu molekul piruvat menghasilkan satu molekul NADH).

Jumah enrgi (ATP) yang dihasilkan oIeh glikolisis dan daur Krebs

Kelainan metabolisme karbohidrat bersifat keturunanpenyakit yang timbul akibat kelainan metabolisme karbohidrat

adalah diabetes mellitus, galaktosemia, dan penyakit penyimpanan glikogen.

Diabetes mellitus : - Gejala pertama yang ditunjukkan : hiperglisemia, glukosuria,

ekskresi air kemih dalam jumlah yang banyak, rasa lapar dan haus, turunnya berat badan, ketonemia (terdapatnya jumlah aseton, asetoasetat, dan 13-hidroksibutirat yang cukup besar dalam darah) dan asidosis.

- Gejala kedua yang diakibatkan ; degenerasi dinding pembuluh darah dan pengaruhnya terhadap berbagai organ tubuh, terutama kemungkinan terjadinya kebutaan, terdapatnya glukosa di dalam air kemih menunjukkan kadar glukosa yang tinggi di dalam plasma darah (hiperglukosemia).

Akibatnya proses reaksi penghasil energi (glikolisis) akan berkurang sehingga mempengaruhi laju reaksi jalur metabolisme yang memerlukan energi (anabolisme).Telah diketahui proses pengangkutan glukosa ke dala.m sel bergantung pada adanya insulin, suatu hormon yang dikeluarkan oleh kelenjar pankreas. Kekuranganinsulin akan menyebabkan terhambatnya proses pengangkutan tersebut. Meka-nisme lain dan pengaruh insulin terhadap metabolisme karbohidrat adalah terhalangnya tahap reaksi masuknya asetil koenzim-A ke’ dalam daur asam trikarjpj boksilat.

Terima Kasih