Pencernaan dan Penyerapan Karbohidrat

Karbohidrat adalah senyawa yang tersusun atas unsur-unsur C, H dan O.

Dalam makanan terdapat 2 kelompok besar karbohidrat yaitu:

1. Karbohidrat yang tersedia (available carbohydrate) termasuk dalam

karbohidrat yang dapat dicerna dan diserap sebagai karbohidrat dalam

tubuh. Bentuk karbohidrat ini meliputi monosakarida, disakarida, dan

oligosakarida dan polisakarida β-glukan.

2. Karbohidrat yang tidak tersedia (unavailable carbohydrate) yaitu

karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis sehingga tidak dapat diserap.

Bentuk karbohidrat yang termasuk kelompok ini adalah oligosakarida

(rafinosa, stakhiosa), selulosa, lignin dan serat (Muchtadi et al.1993)

Karbohidrat mulai dicerna pada mulut secara mekanik dengan pengunyahan

dan kimiawi oleh enzim α-amilase saliva yang menghidrolisis karbohidrat

kompleks menjadi gula-gula sederhana. Pencernaan lebih lanjut terjadi di usus

halus dengan bantuan enzim α-amilase pankreatik, sukrase usus, maltase usus dan

laktase usus (Astawan M.2009). α-amilase pankreatik merupakan enzim yang

berperan dalam memotong ikatan α-1,4 glikosida secara acak. Enzim ini akan

memotong maltosa menjadi maltosa (90%), maltotriosa, glukosa dan amilopektin

menjadi dekstrin, maltosa dan maltotriosa (Balagopalan, 1988).

Pada brush border, yaitu membran mikrovili usus halus, oligosakarida dan

disakarida akan dipecah menjadi unit-unit heksosa penyusunnya seperti glukosa,

fruktosa dan galaktosa (Murray et al.1997). Isomaltase atau α-dekstrinase,

terutama berperan dalam hidrolisis ikatan α-1,6, bersama-sama dengan maltase

dan sukrase akan memecah maltotriosa dan maltosa. Sukrase akan memecah

sukrosa menjadisatu molekul fruktosa dan satu molekul glukosa. Laktase akan

menghidrolisis laktosa menjadi glukosa dan galaktosa dan trehalase akan

menghidrolisis trehalosa, suatu dimer ikatan α-1,1 glukosa menjadi 2 molekul

glukosa (Ganong et al. 2003).

Karbohidrat setelah dicerna dalam usus akan diserap oleh dinding usus

halus dalam bentuk monosakarida. Monosakarida sebagian besar dibawa oleh

aliran darah menuju hati dan sebagian kecil lainnya dibawa ke sel jaringan

tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut (Gambar 1). Di dalam

hati, monosakarida mengalami proses sintesis menghasilkan glikogen, dioksidasi

menjadi CO2dan H

2

O atau dilepaskan untuk dibawa oleh aliran darah ke bagian

tubuh yang memerlukan (Subardi et al.2008). Transpor sebagian besar heksosa

secara unik dipengaruhi oleh jumlah Na

+

di dalam lumen usus halus. Konsentrasi

Na

+

yang tinggi pada permukaan mukosa sel mempermudah influks gula ke dalam

sel-sel epitel. Glukosa dan galaktosa masuk ke dalam sel dengan cara difusi

terfasilitasi menggunakan kotranspoter atau simport, sodium-dependent glucose

transporter(SGLT). Perbedaan konsentrasi Na

+

bagian luar dan dalam sel

menyebabkan Na

+

dan glukosa mampu masuk ke dalam sel. Di dalam sel Na

+

akan bergerak menuju ruang intraseluler lateral kemudian melalui transpor aktif

dikeluarkan dari dalam sel, sedangkan glukosa masuk ke dalam interstitium

dengan cara difusi terfasilitasi melalui GLUT-2. Dari sini kemudian glukosa

terdifusi ke dalam darah. Mekanisme transpor glukosa secara langsung juga akan

mengangkut galaktosa. Transpor fruktosa tidak tergantung pada Na

+

atau transport

glukosa dan galaktosa. Transpor fruktosa dari lumen usus halus ke dalam enterosit

melalui difusi terfasilitasi menggunakan GLUT 5, kemudian masuk ke

interstitium melalui GLUT 2 (Ganong et al. 2003). Kelebihan karbohidrat akan

diubah menjadi lemak dan disimpan di dalam jaringan lemak. Beberapa glukosa

yang melalui jaringan otot juga dapat diubah menjadi glikogen untuk disimpan

(Muchtadi et al, 1993). Absorpsi karbohidrat dapat dihambat dengan senyawa

bioaktif dari tanaman yang berfungsi sebagai senyawa kompetitor enzim α-amilase dan α-glukosidase (Lee SH et al. 2010).

Enzim

Enzim adalah molekul protein tak hidup yang dihasilkan oleh setiap sel

hidup (eukariota dan prokariota). Di dalam sel, protein enzim melakukan ribuan

reaksi kimia yang membuat sel hidup dapat mengekstrak energi dari lingkungan,

mengubah sumber energi menjadi molekul yang bermanfaat, memperbaiki dan

membangun diri sendiri, melakukan pembuangan hasil samping dan melakukan

replikasi diri. Enzim merupakan protein yang tersusun atas asam-asam amino

yang membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks. Enzim adalah protein

dengan demikiansifat protein juga berlaku pada enzim. Suhu yang terlalu tinggi

akan merusak struktur tiga dimensi enzim dan aktivitasnya. Demikian pula pH

dan tekanan osmosis yang terlalu tinggi atau rendah akan mengurangi/merubah

fungsi enzim.

Pada keseluruhan struktur enzim hanya sebagian kecil yang berfungsi

mengadakan interaksi dengan substrat yang disebut sebagai sisi aktif. Sisi aktif

pada protein enzim terdiri dari rangkaian beberapa asam amino yang terdapat

dalam konfigurasi yang khusus sedemikian rupa, sehingga gugus fungsionalnya

dapat berinteraksi dengan substrat secara benar. Asam-asam amino yang lain

berperan memberikan bentuk ruang tertentu pada sisi aktif, sehingga hanya

substrat dengan konfigurasi yang tepat yang dapat masuk ke dalam sisi aktif

tersebut. Reaksi kimia yang terjadi pada gugus fungsional dan substrat meliputi

pelepasan dan pengikatan elektron atau atom-atom hidrogen, oksigen, phospat,

sulfur, pembentukan dan pergeseran ikatan ganda atau penguraian ikatan kovalen.

Sebelum membentuk produk (P), enzim (E) berikatan dengan substrat (S)

pada sisi aktifnya membentuk kompleks ES. Molekul enzim sangat selektif

walaupun spesifitasnya beragam (Suhartono. 1989). Faktor-faktor yang

mempengaruhi enzim dan aktivitas enzim antara lain:

1. Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum.

Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim tidak rusak.

Sebaliknya, pada suhu tinggi aktivitas menurun dan enzim menjadi rusak.

2. Air : Air berperan dalam memulai kegiatan enzim, contoh pada waktu biji

dalam keadaan kering kegiatan enzim tidak kelihatan. Baru setelah ada air,

melalui imbibisi mulailah biji berkecambah.

3. pH : Perubahan pH dapat membalikkan kegiatan enzim, yaitu mengubah hasil

akhir kembali menjadi substrat.

4. Hasil akhir : Kecepatan reaksi dalam suatu proses kimia tidak selalu konstan.

Misal, kegiatan pada awal reaksi tidak sama dengan kegiatan pada pertengahan

atau akhir reaksi. Apabila hasil akhir (banyak), maka akan menghambat aktivitas

enzim.

5. Substrat : Substrat adalah zat yang diubah menjadi sesuatu yang baru.

Umumnya, terdapat hubungan yang sebanding antara substrat dengan hasil akhir

apabila konsentrasi enzim tetap, pH konstan, dan temperatur konstan. Jadi, apabila

substrat yang tersedia dua kali lipat, maka hasil akhir juga dua kali lipat.

Kinetika Inhibisi Enzim

Kinetika enzim adalah salah satu cabang enzimologi yang membahas faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzimatis. Faktor-faktor utama yang

mempengaruhi aktivitas enzim adalah konsentrasi enzim, substrat, produk,

senyawa inhibitor dan aktivator, pH dan jenis pelarut yang terdapat pada

lingkungan, kekuatan ion dan suhu. Pembentukan komplek enzim substrat (ES)

membatasi kecepatan reaksi enzimatis. Artinya kecepatan maksimum reaksi

enzim dicapai pada tingkat konsentrasi substrat yang sudah mampu mengubah

seluruh enzim menjadi kompleks ES. Pada konsentrasi substrat dibawah

konsentrasi tersebut reaksi enzim bergantung pada konsentrasi substrat yang

ditambahkan, sedangkan pada konsentrasi substrat diatas konsentrasi tersebut,

kecepatan reaksi tidak tergantung pada konsentrasi substrat. Dengan kata lain,

reaksinya menjadi bersifat ordo ke nol. Pada Tabel 2, dapat dilihat beberapa faktor

yang mempengaruhi kecepatan reaksi dan informasi yang dapat diperoleh dengan

mengubah-ubah faktor tersebut.

Beberapa senyawa bioaktif dari tumbuhan ketika ditambahkan ke dalam

reaksi enzimatis dapat berperan sebagai aktivator dan juga inhibitor. Secara

kimiawi, suatu inhibitor tidak dapat dibedakan dari aktivator. Setelah mereka

berinteraksi dengan enzim, barulah dapat dibedakan antara aktivator dan inhibitor.

Aktivator, berikatan dengan enzim dan menyebabkan kenaikan kecepatan reaksi

enzim, sedangkan inhibitor berikatan dengan enzim dan menyebabkan penurunan

kecepatan reaksi enzim. Umumnya inhibitor menghambat kerja enzim dengan tiga

jenis penghambatan, yakni penghambatan kompetitif, non kompetitif dan

unkompetitif (Suhartono. 1989).

2. 3.1 Penghambatan Kompetitif

Suatu bahan yang berkompetisi secara langsung dengan suatu substrat

normal untuk suatu daerah (site) ikatan enzim dikenal dengan suatu inhibitor

kompetitif. Inhibitor seperti ini biasanya menyerupai substrat dimana secara

spesifik mengikat daerah aktif enzim. Reaksi akan terjadi dan produk akan

dihasilkan, walaupun enzim bereaksi dengan inhibitor. Produk yang dihasilkan

dari inhibitor akan berbeda jenisnya dengan produk yang dihasilkan oleh substrat

(Voet&Voet. 2001).

Pada penghambatan kompetitif inhibitor menyebabkan berubahnya harga

KM(menjadi lebih besar dari KM semula), tanpa mengubah tingkat kecepatan

maksimum Vmaks enzim. Jadi, enzim masih mampu mencapai kecepatan

maksimum normalnya, walaupun dalam jangka waktu yang lebih lama, jika pada

lingkungan tersebut terdapat senyawa inhibitor. Akan tetapi, adanya inhibitor

menyebabkan enzim membutuhkan konsentrasi substrat yang lebih besar, untuk

mencapai harga Vmaks-nya. Penghambatan oleh inhibitor kompetitif dapat diatasi

atau dikurangi dengan menambahkan konsentrasi substrat yang memperbesar

peluang bagi substrat untuk berikatan dengan sisi aktif pada enzim (Suhartono.

1989). Model umum untuk inhibisi kompetitif diberikan pada Gambar 5. di bawah

ini :

. 3. 2 Penghambatan Nonkompetitif

Pada jenis inhibisi non-kompetitif antara substrat dan inhibitor tidak

memiliki kesamaan struktur. Efek penghambatan akan terjadi karena inhibitor

berikatan dengan sisi allosterik enzim, dan akan mengubah sisi aktifnya. Akibat

dari jenis inhibisi ini adalah terjadinya penurunan V

maks tanpa mengubah nilai KM-nya. Pada inhibisi non-kompetitif, inhibitor dapat membentuk ikatan dengan

enzim dalam keadaan bebas, disamping dapat membentuk ikatan dengan komplek

enzim-substrat (Gambar 6). Ikatan inhibitor terhadap enzim bebas dan enzim-substrat dapat menyebabkan terbentuknya kompleks enzim-inhibitor atau enzim-substrat-inhibitor yang bersifat tidak produktif karena tidak dapat membentuk

produk. Produk hanya akan terbentuk jika ikatan inhibitor lepas dari kompleks

enzim-substrat-inhibitor. Reaksi sampingan yang sangat merugikan akibat

pengaruh inhibitor pada jenis penghambatan ini adalah besarnya peluang sisi aktif

enzim untuk berubah secara permanen dari keadaan alami jika kompleks enzim-inhibitor memiliki ikatan yang sangat kuat. Hal ini akan menyebabkan enzim

kehilangan reaktifitasnya secara permanen (Voet&Voet. 2001).

Penghambatan Unkompetitif

Suatu penghambatan jenis unkompetitif merupakan senyawa yang berikatan

secara reversibel pada molekul kompleks enzim substrat, membentuk kompleks

Enzim Substrat Inhibitor (ESI) yang bersifat inaktif sehingga tidak dapat

menghasilkan produk. Inhibitor tidak berikatan dengan molekul enzim bebas (E)

(Suhartono.1989). Umumnya, inhibisi unkompetitif terjadi akibat adanya

akumulasi produk dari reaksi enzim itu sendiri dan sangat jarang dijumpai pada

reaksi enzim yang melibatkan hanya satu substrat dan satu produk. Pola kinetika

yang terbentuk akibat adanya inhibitor pada jenis inhibisi unkompetitif ini adalah

terjadinya penurunan nilai KMdan V

maksdari keadaan normalnya (Voet &Voet.

2001). Model umum untuk inhibisi unkompetitif diberikan pada Gambar 7 di

bawah ini :