1. METABOLISME KARBOHIDRATGlukosa merupakan pusat dari semua metabolisme. Glukosa adalah bahan bakar universal bagi sel manusia dan merupakan sumber karbon untuk sintesis sebagian besar senyawa lainnya. Semua jenis sel manusia menggunakan glukosa untuk memperoleh energi. Gula lain dalam makanan (terutama fruktosa dan galaktosa) diubah menjadi glukosa atau zat antara dalam metabolisme glukosa.

Glukosa adalah prekursor untuk sintesis bermacam-macam gula lain yang diperlukan untuk pembentukan senyawa khusus, misalnya laktosa, antigen permukaan sel, nukleotida, atau glikosaminoglikan. Glukosa juga merupakan prekursor pokok bagi senyawa nonkarbohidrat; glukosa dapat diubah menjadi lemak (termasuk asam lemak, kolesterol, dan hormon steroid), asam amino, dan asam nukleat. Dalam tubuh manusia, hanya senyawa-senyawa yang disintesis dari vitamin, asam amino esensial, dan asam lemak esensial yang tidak dapat disintesis dari glukosa.

Lebih dari 50% kalori dalam makanan sehari-hari di Amerika Serikat diperoleh dari kanji, sukrosa, dan laktosa. Karbohidrat makanan ini diubah menjadi glukosa, galaktosa, dan fruktosa di saluran cerna. Monosakarida diserap dari usus, masuk ke dalam darah, dan berpindah ke jaringan tempat zat tersebut dimetabolis.Setelah dibawa ke dalam sel, glukosa mengalami fosforilasi oleh suatu heksokinase menjadi glukosa 6-fosfat. Glukosa 6-fosfat kemudian dapat masuk ke sejumlah jalur metabolik.

Tiga jalur yang biasa terdapat pada semua jenis sel adalah glikolisis, jalur pentosa fosfat, dan sintesis glikogen. Di dalam jaringan, fruktosa dan gataktosa diubah menjadi zat antara metabolisme glukosa. Dengan demikian, nasib gula-gula ini sejajar dengan nasib yang dialami oleh glukosa.Nasib utama glukosa 6-fosfat adalah oksidasi melalui jalur glikolisis, yang merupakan sumber ATP untuk semua jenis sel. Sel yang tidak memiliki mitokondria tidak dapat mengoksidasi bahan bakar lain. Sel tersebut menghasilkan ATP dari glikolisis anaerobik (perubahan glukosa menjadi laktat). Sel yang memiliki mitokondria mengoksidasi glukosa menjadi CO2 dan H2O melalui glikolisis dan siklus asam trikarboksilat. Sebagian jaringan, misalnya otak, bergantung pada oksidasi glukosa menjadi CO2 dan H2O untuk penyediaan energi karena kapasitas jaringan tersebut menggunakan bahan bakar lain terbatas.Glukosa menghasilkan zat antara pada glikolisis dan siklus asam trikarboksilat yang digunakan untuk sintesis asam amino dan gugus gliserol serta asam lemak pada triasilgliserol.Nasib glukosa 6-fosfat lainnya yang penting adalah oksidasi melalui jalur pentosa fosfat, yang menghasilkan NADPH. Ekuivalen reduksi pada NADPH digunakan untuk reaksi biosintetik dan untuk mencegah kerusakan oksidatif pada sel. Dalam jalur ini, glukosa mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi gula 5-karbon (pentosa), yang dapat masuk kembali ke jalur glikolitik. Gula-gula tersebut juga dapat digunakan untuk sintesis nukleotida.

Glukosa 6-fosfat juga diubah menjadi UDP-glukosa, yang memiliki banyak fungsi di dalam sel. Nasib utama UDP-glukosa adalah sintesis glikogen, yaitu polimer untuk menyimpan glukosa. Walaupun sebagian besar sel memiliki glikogen sebagai pemasok glukosa dalam keadaan darurat, namun simpanan terbesar adalah di otot dan hati. Glikogen otot digunakan untuk menghasilkan ATP selama kontraksi otot. Glikogen hati digunakan untuk mempertahankan kadar glukosa darah selama puasa dan olahraga atau pada saat kebutuhan meningkat. UDP-Glukosa juga digunakan untuk membentuk gula lain, dan galaktosa dan glukosa dapat dipertukarkan sementara terikat ke UDP. UDP-Galaktosa digunakan untuk sintesis laktosa di kelenjar payudara. Di hati, UDP-glukosa dioksidasi menjadi UDP-glukuronat, yang digunakan untuk mengubah bilirubin dan senyawa toksik lainnya menjadi glukuronida untuk ekskresi.Gula nukleotida juga digunakan untuk sintesis proteoglikan, glikoprotein. dan glikolipid. Proteoglikan adalah komponen karbohidrat yang utama pada matriks ekstrasel, tulang rawan, dan cairan ekstrasel (misalnya cairan sinovium sendi). Sebagian besar protein ekstrasel adalah glikoprotein, yaitu, protein ekstrasel secara kovalen melekat ke karbohidrat. Untuk glikolipid dan glikoprotein membran sel, bagian karbohidrat meluas ke dalam ruang ekstrasel.Semua sel dengan tiada hentinya mendapat glukosa; tubuh mempertahankan kadar glukosa dalam darah yang konstan (sekitar 80-100 mg/dL) walaupun pasokan makanan dan kebutuhan jaringan berubah-ubah sewaktu kita tidur, makan, dan bekerja. Proses ini disebut homeostasis glukosa. Kadar glukosa darah yang rendah (hipoglikemia) dicegah dengan pelepasan glukosa dari simpanan glikogen hati yang besar (glikogenolisis); melalui sintesis glukosa dari laktat, gliserol, dan asam amino di hati (glukoneogenesis) dan melalui pelepasan asam lemak dari simpanan jaringan adiposa (lipolisis) sebagai bahan bakar alternatif apabila pasokan glukosa tidak mencukupi. Kadar glukosa dalam darah yang tinggi (hiperglikemia) dicegah oleh perubahan glukosa menjadi glikogen dan perubahan glukosa menjadi triasilgliserol di hati. Dengan demikian, jalur penggunaan glukosa sebagai bahan bakar tidak dapat dianggap terpisah sama sekali dari jalur yang melibatkan metabolisme asam amino dan asam lemak.Keseimbangan antar jaringan dalam menggunakan dan menyimpan glukosa selama puasa dan makan terutama dilakukan melalui kerja hormon homeostasis metabolikinsulin dan glukagon. Namun, kortisol, epinefrin, norepinefrin, dan hormon lain juga berperan dalam penyesuaian pasokan dan kebutuhan antar jaringan sebagai respons terhadap perubahan dalam status fisiologis.

1. hormon insulin, dihasilkan oleh pankreas, berfungsi menurunkan kadar glukosa dalam darah;

2. hormon adrenalin, dihasilkan oleh korteks adrenal, berfungsi menaikkan kadar glukosa dalam darah.

Macam-macam proses metabolisme karbohidrat:

A. Glikogenesis

Glikogenesis adalah poses pembentukan glikogen dari glukosa. Proses pembentukan glikogen sebagai berikut.

1. Tahap pertama adalah pembentukan glukosa-6-fosfat dari glukosa, dengan bantuan enzim glukokinase dan mendapat tambahan energi dari ATP dan fosfat.

2. Glukosa-6-fosfat dengan enzim glukomutase menjadi glukosa-1-fosfat.

3. Glukosa-1-fosfat bereaksi dengan UTP (Uridin Tri Phospat) dikatalisis oleh uridil transferase menghasilkan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa) dan pirofosfat (PPi).

4. Tahap terakhir terjadi kondensasi antara UDP-glukosa dengan glukosa nomor satu dalam

rantai glikogen primer menghasilkan rantai glikogen baru dengan tambahan satu unit glukosa.

Istilah yang berhubungan dengan metabolisme penguraian glukosa sebagai berikut.

Fermentasi atau peragian adalah proses penguraian senyawa kimia yang menghasilkan gas.

Dalam hal ini adalah penguraian karbohidrat, etanol, dan CO2.

Glikolisis adalah proses penguraian karbohidrat menjadi piruvat.

Glikolisis anaerobadalah proses penguraian karbohidrat menjadi laktat tanpa melibatkan O2.

Respirasi adalah proses reaksi kimia yang terjadi apabila sel menyerap O2, menghasilkan CO2dan H2O.

Respirasi dalam arti yang lebih khusus adalah proses-proses penguraian glukosa dengan menggunakan O2, menghasilkan CO2, H2O, dan energi (dalam bentuk energi kimia, ATP) yang melibatkan metabolisme glikosis, Daur Krebs, dan fosforilase bersifat oksidasi.

B. Glikolisis.

Glikolisis adalah proses penguraian karbohidrat menjadi piruvat. Karbohidrat di dalam usus yaitu glukosa setelah melalui dinding usus. Glukosa dalam darah sebagian diubah menjadi glikogen. Peristiwa oksidasi glukosa di dalam jaringan terjadi secara bertingkat dan pada tingkat tertinggi dilepaskan energi melalui prosesproses kimiawi (glukosa, glikogen) diubah menjadi piruvat. Piruvat ini merupakan zat antara yang sangat penting dalam metabolisme karbohidrat.

Sifat-sifat peristiwa glikolisis, antara lain:

a. oksidasi glikogen/glukosa menjadi piruvat laktat;

b. dapat berlangsung secara aerob dan anaerob;

c. diperlukan adanya enzim dan energi;

d. menghasilkan senyawa karbohidrat beratom tiga;

e. terjadi sintesis ATP dari ADP + Pi.

Pada peristiwa glikolisis aerob dihasilkan piruvat, sedangkan pada glikolisis anaerob dihasilkan laktat melalui piruvat. P.

C. Glukoneogenesis

Glukoneogenesis adalah pembentukan glukosa dari piruvat (kebalikan glikolisis). Sifat-sifat peristiwa glukoneogenesis antara lain:

a. merupakan reaksi yang kompleks;

b. melibatkan beberapa enzim dan organel sel, yaitu mitokondrion;

c. terlebih dahulu mengubah piruvat menjadi malat;

d. metabolisme piruvat diangkut ke dalam mitokondrion dengan cara pengangkutan aktif melalui membran.

Dalam peristiwa glukoneogenesis diperlukan energi sebanding dengan 12 molekul ATP.

Siklus Krebs

Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler. Siklus Krebs adalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.Fungsi siklus Krebs

Merupakan jalur akhir oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Karbohidrat, lemak dan protein semua akan dimetabolisme menjadi asetyl-KoA.Tujuan Siklus KrebsMenjelaskan reaksi-reaksi metabolik akhir yang umum terdapat pada jalur biokimia utama katabolisme tenaga Menggambarkan bahwa CO2 tidak hanya merupakan hasil akhir metabolisme, namun dapat berperan sebagai zat antara, misalnya untuk proses lipogenesis.Mengenali peran sentral mitokondria pada katalisis dan pengendalian jalur-jalur metabolik tertentu, mitokondria berfungsi sebagai penghasil energi.

Gbr: Siklus krebsPertama-tama, asetil ko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif) masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk asam sitrat. Setelah "mengantar" asetil masuk ke dalam siklus Krebs, ko-A memisahkan diri dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan penambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat. Lalu, asam isositrat mengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi NADH, dan melepaskan satu molekul CO2 dan membentuk asam a-ketoglutarat (baca: asam alpha ketoglutarat). Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskan satu molekul CO2, dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali mereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan tambahan satu ko-A dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinil ko-A, molekul ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat. Pelepasan ko-A dan perubahan suksinil ko-A menjadi asam suksinat menghasilkan cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik menjadi satu molekul ATP. Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi dan melepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2, dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asam fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat, karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malat mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima oleh NAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asam oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil ko-A dan kembali menjalani siklus Krebs.Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor elektron.

RANTAI RESPIRASIH hasil utama dari siklus Krebs ditangkap oleh carrier NAD menjadi NADHH dari NADH ditransfer ke Flavoprotein Quinon sitokrom b sitokrom c sitokrom aa3 terus direaksikan dengan O2 H2O + E

Rangkaian transfer H dari satu carrier ke carrier lainya disebut Rantai respirasiRantai Respirasi terjadi didalam mitokondria transfer atom H antar carrier memakai enzim Dehidrogenase sedangkan reaksi H + O2 memakai enzim OksidaseUrutan carrier dalam rantai respirasi adalah: NAD Flavoprotein Quinon sitokrom b sitokrom c sitokrom aa3 direaksikan dengan O2 H2O + E

FOSFORILASI OKSIDATIFDalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi energi tsb ditangkap oleh ADP untuk menambah satu gugus fosfat menjadi ATPFosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi tinggi dalam proses rantai respirasiFosforilasi oksidatif proses merubah ADP ATP

FOSFORILASI OKSIDATIFSistem dalam mitokodria yang merangkaikan respirasi dengan produksi senyawa antar ATP.Mitokondria memiliki:1. Membran eksternalSifatnya permeable terhabar sebagian sebagian besar metabolit.2. Membran internalSifatnya permiabilitas selektif, terbentuk kripta-kripta, terdapat beberapa enzim untuk siklus As. Sitrat ( Krebs) dan reaksi oksidasi beta asam lemak.3. Ruang antar membraneMengandung enzim adenilat kinase dan keratin kinase.

Pembangkitan NADH dan FADH2 melalui siklus Krebs merupakan awal dari fase transfor electron, dalam sintesis aerobic ATP ari glukosa dan karbohidrat lain. Reoksidasi dari koenzim yang tereduksi ini (membawa pasangan electron yang diturunkan dari oksidasi piruvat) mengawali transfor electron. Suatu proses mitokondria yang mentransfer electron melalui suatu seri molekul akseptor hingga akseptor terakhir, O2 direduksi menjadi air. Sistem trnsfor ini menyebabkan pelepasan sejumlah besar energy. Suatu persentase bermakna yang dilestarikan melalui sintesis ATP oleh komponen terkahir dari pernafasan aerobic, fosforilasi.

KREATIN DAN KREATININKreatin disintesa di hati dari: metionin, glisin dan argininDalam otot rangka difosforilasi membentuk fosforilkreatin (simpanan energi)

istirahatKreatin + ATP Fosforilkreatin Kreatinin gerak urine

Fungsi Karbohidart Fungsi utamanya sebagai sumber energi (1 gram karbohidrat menghasilkan 4 kalori) bagi kebutuhan sel-sel jaringan tubuh. Sebagian dari karbohidrat diubah langsung menjadi enersi untuk aktifitas tubuh, clan sebagian lagi disimpan dalam bentuk glikogen di hati dan di otot. Ada beberapa jaringan tubuh seperti sistem syaraf dan eritrosit, hanya dapat menggunakan enersi yang berasal dari karbohidrat saja. Melindungi protein agar tidak dibakar sebagai penghasil energi. Kebutuhan tubuh akan energi merupakan prioritas pertama; bila karbohidrat yang di konsumsi tidak mencukupi untuk kebutuhan energi tubuh dan jika tidak cukup terdapat lemak di dalam makanan atau cadangan lemak yang disimpan di dalam tubuh, maka protein akan menggantikan fungsi karbohidrat sebagai penghasil enersi. Dengan demikian protein akan meninggalkan fungsi utamanya Membantu metabolisme lemak dan protein dengan demikian dapat mencegah terjadinya ketosis dan pemecahan protein yang berlebihan. Di dalam hepar berfungsi untuk detoksifikasi zat-zat toksik tertentu. Beberapa jenis karbohidrat mempunyai fungsi khusus di dalam tubuh. Laktosa rnisalnya berfungsi membantu penyerapan kalsium. Ribosa merupakan merupakan komponen yang penting dalam asam nukleat. Selain itu beberapa golongan karbohidrat yang tidak dapat dicerna, mengandung serat (dietary fiber) berguna untuk pencernaan, memperlancar defekasi.GlikolisisGlikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses pemecahan glukosa menjadi:1.asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)2.asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)

Glukosa memasuki glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat yang dikatalisis oleh heksosinase dengan menggunakan ATP. Dalam kondisi fisiologis, fosforilasi glukosa menjadi glukosa-6 fosfat dapat dianggap bersifat irreversible. Heksosinase dihambat secara alosterik oleh produknya yaitu glukosa 6-fosfat.Glukosa6-fosfat adalah suatu senyawa penting yang berada di pertemuan beberapa jalur metabolic:glikolisis, glukoneogenesis, jalur pentose fosfat, glikogenesis, dan glikogenolisis. Pada glikolisis senyawa ini diubah menjadi fruktosa 6 fosfat oleh fosfoheksosa isomerase yang melibatkan suatu isomerisasi aldosa-ketosa. Reaksi ini diikuti oleh fosforilasi lain yang dikatalisis oleh enzim fosfofruktokinase untuk membentuk fruktosa 1,6 bifosfat. Reaksi fosfofruktokinase secara fungsional dianggap irreversible secara fisiologis; reaksi ini dapat diinduksi dan diatur secara alosterik dan memiliki peran besar dalam mengatur laju glikolisis.Fruktosa 1,6 bifosfat dipecah oleh aldose menjadi dua triosa fosfat, gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat dapat saling terkonversi oleh enzim fosfotriosa isomeraseGlikolisi berlanjut dengan oksidasi gliseraldehida 3-fosfat menjadi 1,3 bifosfogliserat. Enzim yang mengatalisis reaksi ini, gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase, bersifat dependen-NAD. Secara structural, enzim ini terdiri dari empat polipeptida identik yang membentuk suatu tetrameter. Empat gugus SH terdapat di masing-masing polipeptida dan berasal dari suaru ester tiol; hydrogen yang dikeluarkan dalam oksidasi ini dipindahkan ke NAD . Ester tiol kemudian mengalami fosforolisis; fosfat anorganik (Pi) ditambahkan yang membentuk 1,3 bifosfogliserat ke ADP; membentuk ATP dan 3-fosfogliserat.Karena untuk setiap molekul glukosa yang mengalami glikolisis dihasilkan dua molekul triosa fosfat, pada tahap ini dihasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa yang mengalami glikolisis. 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat oleh fosfogliserat mutase . Besar kemungkinannya bahwa 2,3 bifosfogliserat merupakan zat antara reaksi iniLangkah berikutnya dikatalisis oleh enolase dan melibatkan suatu dehidrasi yang membentuk fosoenolpiruvat. Enolase dihambat oleh flourida, enzim ini juga bergantung pada keberadaan Mg2+ atau Mn2+ oleh piruvat kinase untuk membentuk dua molekul ATP per satu molekul glukosa yang dioksidasi. Pada kondisi anaerob, NADH tidak dapt direoksidasi melalui rantai respiratorik menjadi okseigen. Piruvat direduksi oleh NADH menjadi laktat yang dikatalisis oleh laktat dehidrogenase. Terdapat berbagai isoenzim laktat dehidrogenase spesifik jaringan yang penting secara klinis, Reoksidasi NADH melalui pembentukan laktat memungkinkan glikolisis berlamgsung tanpa oksigen dengan menghasilkan cukup NAD+ untuk siklus berikutnya dari reaksi yang dikatalisis oleh gliseraldehida-3 fosfat dehidrogenase. Pada keadaan aerob, piruvat diserap ke dalam mitokondria dan setelah menjalani dekarboksilasi oksidatif menjadi asetil-KoA , dioksidasi menjadi C02 oleh siklus asam sitrat.Pada proses glikolisis : Input =2 ATP Output / Hasil = Bruto : 4 ATP + 2 NADH Netto : 2 ATP = 2 ATP2 NADH = 6 ATP 2 piruvat = 8 ATP / molekul glukosaGlukoneogenesisGlukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh.Jadi bisa disimpulkan bahwaglukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai berikut:1.Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dan gliserol. Asam lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk dalam siklus Krebs. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur glikolisis.2.Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Krebs.LIPOLISISLemak disimpan sebagai cadangan energi dalam bentuk Trigliserid, cholesterol dan asam lemak bebas Untuk dapat digunakan sebagai energi Trigliserid harus dipecah dahulu menjadi asam lemak dan gliserol. Selanjutnya asam lemak akan mengalami oksidasi (- oksidasi) menjadi asetil co-a untuk dapat masuk ke dalam siklus Kerbs (TCA cycle) atau digunakan untuk membentuk benda keton (ketogenesis) Lanjutan dari siklus Krebs, glukosa sebagai hasil akhir.

Hasil lipogenisis yang berupa energi akan ditransfer ke organ-organ yang membutuhkan energi.