BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Tubuh manusia terdiri dari jutaan sel-sel, di mana masing-masing sel

membutuhkan energi untuk kehidupannya. Energi tersebut berasal dari makanan,

terutama zat karbohidrat. Karbohidrat merupakan senyawa yang terbentuk dari

molekul karbon, hidrogen dan oksigen. Sebagai salah satu jenis zat gizi, fungsi utama

karbohidrat adalah penghasil energi di dalam tubuh. Tiap 1 gram karbohidrat yang

dikonsumsi akan menghasilkan energi sebesar 4 kkal dan energi hasil proses oksidasi

(pembakaran) karbohidrat ini kemudian akan digunakan oleh tubuh untuk

menjalankan berbagai fungsi-fungsinya seperti bernafas, kontraksi jantung dan otot

serta juga untuk menjalankan berbagai aktivitas fisik seperti berolahraga atau bekerja.

Secara sederhana karbohidrat dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu

karbohidrat sederhana dan karbohidrat kompleks dan berdasarkan responnya terhadap

glukosa darah di dalam tubuh, karbohidrat juga dapat dibedakan berdasarkan nilai

tetapan indeks glicemik-nya (glycemic index).

Contoh dari karbohidrat sederhana adalah monosakarida seperti glukosa,

fruktosa dan galaktosa atau juga disakarida seperti sukrosa dan laktosa. Jenis – jenis

karbohidrat sederhana ini dapat ditemui terkandung di dalam produk pangan seperti

madu, buah-buahan dan susu. Sedangkan contoh dari karbohidrat kompleks adalah

pati (starch), glikogen (simpanan energi di dalam tubuh), selulosa, serat (fiber) atau

dalam konsumsi sehari-hari karbohidrat kompleks dapat ditemui terkandung di dalam

produk pangan seperti, nasi, kentang, jagung, singkong, ubi, pasta, roti dsb.

Di dalam tubuh manusia, Karbohidrat mengalami berbagai proses kimia.

Proses inilah yang mempunyai peranan penting dalam tubuh kita. Reaksi-reaksi kimia

yang terjadi dalam sel ini tidak berdiri sendiri, tetapi saling berhubungan dan saling

mempengaruhi. Dalam hubungan antar reaksi-reaksi ini enzim-enzim mempunyai

peranan sebagai pengatur atau pengendali. Proses kimia yang terjadi dalam sel disebut

metabolisme.

.

1

1.2. Skenario

Gideon Bermain Sepak Bola

Tengker bermain sepak bola dan merasa kelelahan setelah berlatih dengan

mengelilingi lapangan sepak bola sebanyak 4 kali putaran. Setelah itu dia merasa

nafasnya terengah-engah. Hal ini menunjukan adanya peningkatan pembakaran energi ini

merupakan proses metabolisme karbohidrat yang kompleks,melibatkan proses

glikolisis,oksidasi asam piruvat,siklus krebs,rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.

1.3 Rumusan Masalah

1. Mengapa saat berlatih Gideon nafasnya terengah-engah?

2. Mengapa Gideon merasa kelelahan setelah selesai berlari keliling lapangan?

3. Bagaimana mekanisme metabolisme karbohidrat?

4. Bagaimana hubungan proses pembakaran energi dengan peningkatan pembakaran

energi?

1.4 Tujuan Pembelajaran

1. Mengetahui proses pembakaran energy

2. Memahami proses metabolism karbohidrat kompleks

2

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori

2.1.1 Metabolisme Karbohidrat

Karbohidrat merupakan salah satu diantara nutrien utama bagi manusia

Glukosa merupakan karbohidrat terpenting di dalam tubuh. Glukosa merupakan

sumber energy dalam tubuh. Bentuk karbohidrat lain mengalami perubahan menjadi

glukosa sebelum diserap dan digunakan sebagai energi di dalam tubuh. Pencernaan

karbohidrat terjadi di dalam saluran pencernaan oleh enzim - enzim. Enzim ini

berfungsi untuk memecah bentuk polisakarida dan disakarida menjadi bentuk

monosakarida. setelah mengalami rangkaian proses di dalam tubuh sehingga terbentuk

hasil akhir berupa glukosa, kemudian tubuh akan menggunakan glukosa untuk diubah

menjadi ATP atau menyimpan glukosa dalam bentuk glikogen sebagai cadangan

energy (Murray RK et al, 2009) Glukosa masuk ke dalam sel melalui membran sel,

masuk ke dalam sitoplasma sel melalui transpor membran, yaitu mekanisme difusi

pasif. Sejumlah molekul - molekul protein pembawa akan mengikat molekul glukosa

dan membawa glukosa masuk ke dalam sel. Di dalam sel, glukosa akan mengalami

fosforilasi oleh enzim glukokinase pada sel hati yang bersifat spesifik terhadap

glukosa dan dapat juga dikatalisis oleh enzim heksokinase pada sel-sel lain menjadi

glukosa 6 fosfat (Hardjasasmita P, 2006) Di dalam tubuh terdapat beberapa jalur

oksidasi karbohidrat.Agar dapat digunakan sebagai energi, glukosa mengalami

glikolisis, yaitu proses pemecahan glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat. Terdapat

juga - jalur glikogenesis dan glikogenolisis yang berfungsi untuk menjaga kestabilan

glukosa di dalam tubuh. Jalur metabolisme glukosa lainnya adalah jalur glukoronat

yang merupakan pembentukan glukuronat yang , berasal dari glukosa tubuh, jalur

HMP shunt (Hexose Mono Phosphate shunt), dan jalur glukoneogenesis

(Hardjasasmita P, 2006) .

Terdapat 2 macam glikolisis, yaitu glikolisis aerob dan glikolisis anaerob.

Glikolisis anaerob sering dikenal dengan jalur Embden Meyerhof. Jalur ini

berlangsung tanpa adanya oksigen. Sedangkan glikolisis aerob, atau sering dikenal

sebagai siklus Krebs (siklus Trikarboksilat atau siklus asam sitrat) berlangsung dengan

adanya oksigen. Kedua jalur ini dihubungkan oleh asetil SKoA, yaitu satu produk

reaksi oksidasi dekarboksilasi asam piruvat (Hardjasasmita P, 2006). Glikogenesis dan

glikogenolisis erat kaitannya dengan kestabilan kadar glukosa darah di dalam tubuh.

3

Proses pembentukan glikogen disebut glikogenesis. Glukosa 6 fosfat akan mengalami

perubahan menjadi glukosa 1 fosfat, kemudian menjadi uridin difosfat glukosa

(UDPG). Kemudian dengan dikatalisis oleh enzim glikogen sintase, atom karbon

molekul glukosa dari molekul UDPG membentuk ikatan glukosidat dengan atom

karbon 4 residu glukosa terminal dari molekul glkogen primer (yang sudah tersedia

sebelumnya) , ini merupakan reaksi awal pembentukan molekul glikogen yang

seutuhnya. Apabila rantai glukosida tersebut telah mencapai panjang rantai yang

minimal terdiri dari 11 residu glukosa, maka dibentuklah titik percabangan yang

dikatalisis oleh “branching enzyme”. Cabang yang baru akan memperpanjang rantai

glukosida, dan cabang ini akan mengalami percabangan baru setiap mencapai panjang

minimal 11 residu glukosa. Hal ini akan berlangsung terus menerus sampai akhirnya

pohon molekul glikogen terbentuk secara tuntas. Glikogen merupakan bentuk

simpanan glukosa dalam jaringan tubuh, umumnya pada hati dan otot (Hardjasasmita

P, 2006) .

Di saat tubuh memerlukan energi dan cadangan glukosa menurun, maka

cadangan glikogen yang disimpan dalam sel dapat digunakan kembali melalui suatu

proses pemecahan, yaitu glikogenolisis. Pemecahan ikatan glukosida 1,4 yang dimulai

dari bagian terminal setiap rantai cabang yang mengarah ke pangkal percabangan

rantai samapi dicapai 48 residu glukosa tersisa dari titik percabangan rantai. Proses ini

dibantu oleh enzim fosforilase, enzim ini tidak aktif pada keadaan istirahat. Unit

trisakarida dari residu 4 molekul glukosa yang tersisa tadi dipindahkan ke rantai

cabang lainnya. Reaksi tersebut dikatalisis oleh enzim glukan transferase, dan

menyebabkan titik cabang 1,6 terbuka. Selanjutnya titik cabang 1,6 glukosida yang

terbuka ini dihidrolisis oleh “debranching enzyme” yang bersifat spesifik. Gugus

fosfat pada atom C 1 dari molekul glukosa 1fosfatdimutasi intramolekuler oleh enzim

fosfoglukomutase membentuk glukosa 6P (Hardjasasmita P, 2006)

4

Gambar 1.

Selain berasal dari karbohidrat, glukosa dapat pula dibentuk dari non

karbohidrat , seperti lemak atau protein.Proses perubahan dari senyawa non

karbohidrat ini menjadi glukosa disebut, glukoneogenesis.Glukoneogenesis

berlangsung pada keadaan tubuh yang mengalami kekurangan glukosa untuk

memenuhi energi yang diperlukan oleh tubuh (Hardjasasmita P, 2006) .

Bila sel (terutama sel hati dan sel otot) mendekati saturasi glikogen, glukosa

tambahan akan diubah menjadi lemak dalam sel hati dan sel lemak serta disimpan

dalam jaringan adiposa.Di dalam hati, glukosa diubah menjadi piruvat melalui

glikolisis dan kemudian masuk ke dalam mitokondria. Piruvat kemudian membentuk

asetil KoA dengan bantuan enzim piruvat dehidrogenase dan oksaloasetat dengan

bantuan enzim piruvat karboksilase, kedua komponen ini kemudian bergabung

membentuk sitrat. Sitrat kemudian mengalami transpor menuju sitosol, untuk

kemudian membelah dan kembali menghasilkan asetil KoA dan oksaloasetat. Asetil

KoA kemudian menjadi malonil KoA dengan bantuan enzim asetil KoA karboksilase.

Malonil KoA mendonorkan 2 unit karbon yang digunakan untuk membentuk rantai

asam lemak dalam kompleks asam lemak sintase kepada palmita. Palmitat kemudian

mengalami pemanjangan dan desaturasi untuk membentuk asam lemak. Reaksi ini

membutuhkan NADPH (Smith, 2005).Di dalam hepar, gliserol 3 fosfat dihasilkan dari

fosforilasi gliserol oleh gliserolkinase atau dari reaksi DHAP (Dihydroxiacetone

5

phosphate) yang berasal dari glikolisis. Tetapi jaringan adiposa memiliki sedikit

gliserol kinase, sehingga pembentukan gliserol fosfat hanya melalui DHAP. Gliserol 3

fosfat kemudian bereaksi dengan fatty acyl CoA dari asam fosfatidik. Defosforilasi

asam fosfatidik menghasilkan diasilgliserol. Fatty acyl CoA lain kemudian bereaksi

dengan diasil gliserol membentuk triasilgliserol (Smith, 2005).

Dalam keadaan puasa, glikogen hati dipecah menjadi glukosa, dan dilepaskan

ke dalam aliran darah. Kadar glukosa plasma dipengaruhi oleh asupan makanan,

kecepatan pemasukan ke dalam sel otot, jaringan adiposa, dan organ- organ lain, dan

aktivitas glukostatik hati. (Hardjasasmita P, 2006); (Guyton AC, 2006)

.

6

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Mapping

MAKANAN

7

PROTEINKARBOHIDRAT LEMAK

Polisakarrida

Oligosakarida

Monosakarida

Disakarida

Glukosa

Katabolisme Anabolisme

Glikolisis

Aerob Anaerob

As. Piruvat

Asetil CoA

Siklus creb

Transport Elektron

36 ATP

Glikogenesis

Glikogen

NADPH ATP

NADPH2 CO2

2ATP +2FADH2 + 6NADH2 +4CO2

Aktivitas tubuh

As. Piruvat +2ATP

As. laktat

Glikogen

Glikogenolisis glikoneolisis

Glukosa Glukosa

3.2 Mengetahui proses pembakaran energi

1. Pada tahap pertama molekul makanan yang besar dipecah menjadi unit-unit yang lebih

kecil. Protein dihidrolis menjadi 20 macam asam amino, polisakarida dihidrolisis

menjadi gula sederhana seperti glukosa,lemak dihidrolisis menjadi gliserol dan asam

lemak.

2. Molekul kecil yang banyak macamnya ini di pecah menjadi beberapa unit sederhana

yang emainkan peran utama pada metabolisme gula,asam lemak, gliserol dan asam

amino di konversi menjadi unit asetil dari asetil koA. Sejumlh ATP dihasilkan pada

tahap ini.

3. Terdiri dari daur asam sitrat dan fosforilasi oksidatif yang merupakan jalur akhir

bersama oksidasi molekul bahan bakar. Asetil koA membawa unit asetil kedalam daur

ini, tempat unit ini dioksidasi lengkap menjadi CO2. 4 asang elektron di pindahkan(3

ke NAD+ 1 ke FAD)untuk setiap gugus asetil yang dioksidasi. Kemudian ATP di

hasilkan seama elektron mengalir dari bentuk-bentuk reduksi, NAD+ dan FAD ke O2

pada fosforilasi oksidasi lebih dari 90% ATP terbentuk.

3.3. Memahami proses metabolism karbohidrat kompleks

Proses metabolisme karbohidrat terdiri dari 2 proses yaitu degradasi atau katabolisme karbohidrat dan sintesis atau anabolisme karbohidrat.Katabolisme karbohidrat adalah proses pemecahan senyawa kompleks (glukosa) menjadi senyawa yang lebih sederhana sedangkan anabolisme karbohidrat adalah proses pembentukan dari senyawa yang sederana menjadi senyawa yang kompleks.

Proses katabolisme terdiri dari beberapa tahap diawali dengan proses Glikolisis. Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengkonversi glukosa menjadi piruvat.Glikolisis terdiri dari 10 tahap yang terjadi didalam sitosol yaitu :

1. Glukosa yang masuk kedalam sel difosforilasi oleh enzim heksokinase. Produk berupa glukosa-6- fosfat.

2. Glukosa-6 -fosfat diubah menjadi bentuk isomernya,yaitu fruktosa-6- fosfat dengan bantuan enzin fosfoglukoisomerase. Isomer tersebut memiliki bentuk dan jumlah atom yang sama,tapi memiliki truktur dan susunan yang berbeda.

3. Penambahan ATP dalam glikolisis, enzim fosfofruktokinase mentransfer satu grup fosfat dari atp ke glukosa-6 fosfat menghasilkan fruktosa-1,6 -bifosfat.

4. Pembentukan gliseraldehid -3-fosfat (PGAL) dari fruktosa-1,6-bifosfat melibatkan 2 enzim yaitu enzim aldolase yang memisahkan molekul gula menjadi PGAL dan isomernya yaitu di hidroksiaseton fosfat dan enzim isomerase yang bekerja secara bolak-balik terhadap PGAL dan isomernya. PGAL menjadi substrat glikolisis berikutnya.

8

5. Enzim triosefosfat dehidrogenase mengkatalisis reaksi pembentukan 1,3-bifosfogliserat dan NADH dari PGAL .

6. Akhirnya terbentu ATP. Kelompok fosfat berenergi di transfer dari 1,3-bifosfogiserat ke ADP,di bantu oleh enzim fosfogliserokinase. Setiap molekul glukosa menghasilkan 2 molekul ATP. Pada langkah ini terbentk senyawa 3-fosfogliserat.

7. Enzim fosfogliseromutase menempatkan kembali grup fosfat dari 3-fosfogliserat ke bentuk 2-fosfogliserat yang menjadi substrat reaksi selanjutnya.

8. Enzim enolase(termasuk dalam golongan enzim hidrase) membentuk ikatan ganda pada substrat melalui ekstraksi molekul air dari 2-fosfogliserat terbentuk fosfoenolpiruvat (PEP).

9. Akhir reaksi glikolisis menghasilkan ATP melalui fosforilasi tingkat substrat dari PEP ke ADP dengan bantuan enzim piruvat kinase.

10. Senyawa intermediet berupa piruvat menjadi substrat bagi reaksi selanjutnya (siklus krebs).

Siklus krebs merupakan jalan metabolism bersama untuk oksidasi molekul bahan bakar,juga berperan sebagai sumber bahan pembangunan untuk proses-proses biosintesis.

Sebelum memasuki siklus krebs enzim piruvat dehidrogenase memindahkan karbon dari setiap molekul piruvat. Enzim tersebut mengubah molekul piruvat berkarbon 3 menjadi asetil (berkarbon 2)Proses siklus krebs:

1. Asetil KoA mbr gugus asetilnya → 4 karbon oksaloasetat → 6 karbon sitrat

2. Sitrat → isositrat → terhidrogenasi melepaskan CO2

3. Lima karbon ketoglutarat → kehilangan CO2

4. Empat karbon suksinat → melepaskan CO2

5. Oksaloasetat dihasilkan kembali setelah satu kali siklus dan siap bereaksi dengan molekul asetil Ko A utk memulai siklus yang kedua

Rantai Respirasi adalah rangkaian reaksi-reaksi yang memindahkan energi dari koenzim (NAD+ dan FAD) pada tingkatan terakhir respirasi seluler secara aerobik.Rantai respirasi dan ATP sintase berinteraksi dengan electron (hydrogen)dan mengirimkan koenzim yang berasal dari tahap glikolisis dan siklus krebs.

Respirasi sel terdiri dari 3 tahap:

– KBH, as. Lemak, as. Amino dioksidasi menghasilkan pecahan 2 karbon: gugus asetil dr asetil Ko A

– Gugus Asetil → masuk dlm SAS → menghasilkan atom berenergi tinggi, membebaskan CO2

9

– Atom H dipecahkan mjd proton (H+) dan elektron berenergi tinggi, yg dipindahkan mll. molekul2 pembawa elektron, y.i. rantai respirasi, menuju molekul oksigen dan tereduksi mjd H2O

10

11

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

DAFTAR PUSTAKA

12

Fisher,Alec;Berpikir Kritis.

Warsito,bambang;Teknologi Pembelajaran Landasan &Aplikasinya.

Wibowo,Wahyu; Cara Cerdas Menulis Artikel Ilmiah

Chang,Richard Y ;1998; Langkah- langkah Pemecahan Masalah

Whetten & Cameroon ;2002 ;Developing Management Skills

Pedoman Penulisan Artikel Jurnal Ilmiah Oleh Universitas Negeri Jakarta

Panduan Pembuatan Makalah Jurnal Jurusan Penyiaran Program D4 Sekolah Tinggi

Multimedia “MMTC” ; 2012 ; Yogyakarta

Dalman; Menulis Karya Ilmiah

13