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.