Metabolisme Karbohidrat
GLIKOLISIS
Glikogen adalah molekul polisakarida yang tersimpan
dalam sel-sel hewan bersama dengan air dan digunakan sebagai sumber energi.
Ketika pecah di dalam tubuh, glikogen diubah menjadi glukosa, sumber energi
yang penting bagi hewan. Banyak penelitian telah dilakukan pada glikogen dan
perannya dalam tubuh ,sejak itu glikogen diakui sebagai bagian penting dari
sistem penyimpanan energi tubuh. \
Glikolisis adalah serangkaian reaksibiokimia di mana glukosadioksidasi menjadi molekulasam piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal yang kita kenal, dan terjadi (dengan berbagai
variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan
oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organik berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan
istilah ATP dan NADH
-
Terjadi dalam semua sel tubuh manusia
-
Degradasi an-aerob glukosa menjadi laktat
Glukose+2 ADP+2 Pi 2 Laktat + 2 ATP + 2 H2O
Glikolisis
PDH
D-Glukosa
2-Piruvat 2 Asetil-KoA
2 CO2
2 Laktat
TCA
PDH= Pyruvate Dehydrogenase
ADP= Adonesine Di Phosphate
ATP= Adonesine Tri Phosphate
GLIKOGENESIS
- Glikogenesis adalah poses pembentukan glikogen dari glukosa.
- Glikogenolisis adalah proses penguraian Glikogen menjadi Glukosa
- Fermentasi adalah Penguraian Glukosa menjadi Senyawa antara ( asam laktat , alkohol) karena penguraian glukosa dalam suasana Anaerob
- Respirasi adalah sebutan penguraian Glukosa menjadi CO2 dan H2O dalam suasana Aerob
- Pada metabolisme karbohidrat pada manusia dan hewan secara umum, setelah melalui dinding usus halus sebagian besar monosakarida dibawa oleh aliran darah ke hati.
- Di dalam hati, monosakarida mengalami sintesis menghasilkan glikogen, oksidasi menjadi CO 2 dan H 2O atau dilepaskan untuk dibawa dengan aliran darah kebagian tubuh yang memerlukannya sebagaimana digambarkan sbb
- Sebagian lain monosakarida dibawa langsung ke sel jaringan organ tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut.
- Karena pengaruh berbagai faktor dan hormon insulinyang dihasilkan oleh kelenjar pankreas, maka hati dapat mengatur kadar glukosa dalam darah.
- Bila kadar glkosa dalam darah meningkat sebagai akibat naiknya proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat, sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik.
- Sebaliknya bila kadar glukosa menurun, misalnya akibat latihan olahraga, glikogern diuraikan menjadi glukosa yang selanjutnya mengalami proses katabolisme menghasilkan energi (dalam bentuk energi kimia, ATP) yang dibutuhkan oleh kegiatan olahraga tersebut
- Kadar glukosa dalam darah merupakan faktor yang sangat penting untuk kelancaran kerja tubuh. Kadar normal glukosa dalam darah adalah 70-90 mg/100 ml.
- Keadaan dimana kadar glukosa berada di bawah 70mg/100ml disebut hipoglisemia, sedangkan diatas 90mg/100ml disebut hiperglisemia.
- Hipoglisemia yang ekstrem dapat menghasilkan suatu rentetan reaksi goncangan yang ditunjukkan oleh gejala gemetarnya otot, perasaan lemah badan dan pucatnya warna kulit.
- Hipoglisemia yang serius dapat menyebabkan kehilangan kesadaran sebagai akibat kekurangan glukosa dalam otak yang diperlukan untuk pembentukan energi, sehingga pada akhirnya dapat menyebabkan kematian.
- Kadar glukosa yang tinggi merangsang pembentukan glikogen dari glukosa, sintesis asam lemak dan kolesterol dari 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 tubuh.
- Kadar glukosa dalam darah diatur oleh beberapa hormon. Insulin dihasilkan oleh kelenjar pankreas menurunkan kadar glukosa dengan menaikkan pembentukan glikogen dari glukosa.
- Adrenalin (epineprin) yang juga dihasilkan oleh pankreas, dan glukagon berperan dalam menaikkan kadar glukosa dalam darah. Semua faktor ini bekerjasama secara terkoordinasi mempertahankan kadar glukosa tetap normal untuk menunjang berlangsungnya proses metabolisme secara optimum.
Proses
pembentukan glikogen ringkasnya sebagai berikut :
- Tahap pertama adalah pembentukan glukosa-6-fosfat dari glukosa, dengan bantuan enzim glukokinase dan mendapat tambahan energi dari ATP dan fosfat.
- Glukosa-6-fosfat dengan enzim glukomutase menjadi glukosa-1-fosfat.
- Glukosa-1-fosfat bereaksi dengan UTP (Uridin Tri Phospat) dikatalisis oleh uridil transferase menghasilkan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa) dan pirofosfat (PPi).
- Tahap terakhir terjadi kondensasi antara UDP-glukosa dengan glukosa nomor satu dalam rantai glikogen primer menghasilkan rantai glikogen baru dengan tambahan satu unit glukosa.
- Glukosa 6-fosfat dan glukosa 1-fosfat merupakan senyawa antara dalam proses glikogenesis atau pembentukan glikogen dari glukosa.
- Proses kebalikannya, penguraian glikogen menjadi glukosa yang disebut glikogenolisis juga melibatkan terjadinya kedua senyawa antara tersebut tetapi dengan jalur yang berbeda seperti digambarkan pada Gambar dibawah.
- Senyawa antara UDP-glukosa (Glukosa Uridin Difosfat) terjadi pada jalur pembentukan tetapi tidak pada jalur penguraian glikogen. Demikian pula enzim yang berperan dalam kedua jalur tersebut juga ber
- Gugus fosfat dan energi yang diperlukan dalam reaksi pembentukan glukosa 6-fosfat dsari glukosa diberikan oleh ATP yang berperan sebagai senyawa kimia berenergi tinggi.
- Sedang enzim yang mengkatalisnya adalah glukokinase. Selanjutnya, dengan fosfoglukomutase, glukosa 6-fosfat mengalami reaksi isomerasi menjadi glukosa 1-fosfat.
- Glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin tri fosfat (UTP) dikatalis oleh glukosa 1-fosfat uridil transferase menghasilkan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa)dan pirofosfat (PPi).
- Mekanisme reaksi glikogenesis juga merupakan jalur metabolisme umum untuk biosintesis disakarida dan polisakarida.
- Dalam berbagai tumbuhan seperti tanaman tebu, disakarida sukrosa dihasilkan dari glukosa dan fruktosa melalui mekanisme biosintesis tersebut.
- Dalam hal ini UDP-glukosa abereaksi dengan fruktosa 6-fosfat, dikatalis oleh sukrosa fosfat sintase, membentuk sukrosa 6-fosfat yang kemudian dengan enzim sukrosa fosfatase dihidrolisis menjadi sukrosa.
Glikogenolisis
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
Istilah yang berhubungan dengan metabolisme penguraian glukosa Dibagi menjadi dua :
- Fermentasi ( Respirasi Anaerob)
- Respirasi Aerob
Fermentasi atau peragian adalah proses
penguraian senyawa kimia glukosa tanpa oksigen melalui proses Glikolisis yang
menghasilkan asam Piruvat , namun tidak berlanjut dengan siklus krebs dan
transport Elektron karena suasana reaksi tanpa oksigen.
Asam Piruvat
kemudian akan diproses tanpa oksigen menjadi Asam piruvat ( Fermentasi Asam
Piruvat ) atau Asam Piruvat menjadi Asetal dehide kemudian Alkohol dalam
Fermentasi Alkohol
Fermentasi
menghasilkan gas CO2. Dalam Fermentasi Alkohol
Respirasi
aerob adalah
proses reaksi kimia yang terjadi apabila sel menyerap O2, menghasilkan CO2 dan
H2O.
Respirasi
dalam arti yang lebih khusus adalah prosesproses penguraian glukosa dengan
menggunakan O2, menghasilkan CO2, H2O, dan energi (dalam bentuk energy kimia,
ATP)
Proses
Respirasi yang berjalan secara Aerob meliputi 3 langkah yaitu
- Glikosis,
- Daur Krebs : Dekarbosilasi Oksidatif dan Siklus Krebs
- Sistem Transport electron (Fosforilasi Oksidatif)
- Glukosa adalah unit terkecil dari Karbohidrat
- Karbohidrat adalah senyawa yang tersusun atas unsur-unsur C, H, dan O.
- Karbohidrat setelah dicerna di usus, akan diserap oleh dinding usus halus dalam bentuk monosakarida
- Monosakarida dibawa oleh aliran darah sebagian besar menuju hati, dan sebagian lainnya dibawa ke sel jaringan tertentu, dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut.
- Di dalam hati, monosakarida mengalami proses sintesis menghasilkan glikogen, dioksidasi menjadi CO2 dan H2O, atau dilepaskan untuk dibawa oleh aliran darah ke bagian tubuh yang memerlukan.
- Hati dapat mengatur kadar glukosa dalam darah atas bantuan hormon insulin yang dikeluarkan oleh kelenjar pankreas.
- Kenaikan proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat menyebabkan glukosa dalam darah meningkat, sehingga sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik.
- Sebaliknya, jika banyak kegiatan maka banyak energi untuk kontraksi otot sehingga kadar glukosa dalam darah menurun
- Dalam hal ini, glikogen akan diuraikan menjadi glukosa yang selanjutnya mengalami katabolisme menghasilkan energi (dalam bentuk energi kimia, ATP).
- Faktor yang penting dalam kelancaran kerja tubuh adalah kadar glukosa dalam darah.
- Kadar glukosa di bawah 70 mg/100 ml disebut hipoglisemia.
- Adapun di atas 90 mg/100 ml disebut hiperglisemia.
- Hipoglisemia yang serius dapat berakibat kekurangan glukosa dalam otak sehingga menyebabkan hilangnya kesadaran (pingsan).
- Hiperglisemia merangsang terjadinya gejala glukosuria, yaitu ketidakmampuan ginjal untuk menyerap kembali glukosa yang telah mengalami filtrasi melalui sel tubuh.
Hormon yang
mengatur kadar gula dalam darah, yaitu:
- Hormon insulin, dihasilkan oleh pankreas, berfungsi menurunkan kadar glukosa dalam darah;
- hormon adrenalin, dihasilkan oleh korteks
Untuk memahami proses penyederhanaan
Glukosa dalam Glikolisis, Dekarbolsilasi Oksidatif , Siklus krebs dan
STE(Fosforilasi oksidatif) secara skematis akan diuraikan disini OK
GLIKOLISIS
GLIKOLISIS
- Proses penguraian karbohidrat menjadi piruvat. Juga disebut jalur metabolisme Emden-Meyergoff dan sering diartikan pula sebagai penguraian glukosa menjadi piruvat. Proses ini terjadi dalam sitoplasma. Glikolisis anaerob: proses penguraian karbohidrat menjadi laktat melalui piruvat tanpa melibatkan oksigen.
- Proses penguraian glukosa menjadi CO 2 dan air seperti juga semua proses oksidasi. Energi yang dihasilkan dari proses penguraian glukosa ini adalah 690 kilo-kalori (kkal).
- Jumlah energi ini sebenarnya jauh lebih besar daripada jumlah energi yang dapat disimpan secara sangkil dalam bentuk energi kimia ATP yang dihasilkan dalam proses penguraian tersebut.
- Dengan adanya oksigen (dalam suasana aerob), glikolisis menghasilkan piruvat, atau tanpa oksigen (glikolisis anaerob) menghasilkan laktat. Glikolisis menghasilkan dua senyawa karbohidrat beratom tiga dari satu senyawa beratom enam; pada proses ini terjadi sintesis ATP dari ADP + Pi. Gambar 13 me-nunjukkan proses glikolisis secara keselurhan.
- Seperti halnya reaksi dengan glukokinase (reaksi tahap pertama) dan fosfofruktokinase (reaksi tahap ketiga), reaksi dengan piruvat kinase ini juga merupakan reaksi yang tidak reversibel, sehingga merupakan salah satu tahap reaksi pendorong glikolisis.
- Reaksi kebalikannya yang merupakan reaksi tahap pertama glukoneogenesis merupakan suatu reaksi yang kompleksyang melibatkan beberapa enzim dan organel sel yaitu mitokondrion, yang diperlukan untuk terlebih dahulu mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuknya fosfoenol piruvat.
- Pada jalan metabolisme ini, piruvat diangkut kedalam mitokondria dengan cara pengangkutan aktif melalui membran mitokondrion. Selanjutnya piruvat bereaksi dengan CO 2 menghasilkan asam oksalasetat.
- Reaksi ini dikatalis oleh piruvat karboksilase (enzim yang terdapat pada mitokondria tetapi tidak terdapat pada sitoplasma), dan memerlukan koenzim biotin dan kofaktor ion maggan, serta ATP sebagai sumber energi.
- Dalam mekanisme reaksinya, biotin (sebagai gugus biotinil) yang terikat pada gugus lisina dari piruvat karboksilase, menarik CO 2 atau HCO 3 dalam mitokondrion kemudian mengkondensasikan dengan asam piruvat ( dengan bantuan ATP dan Mn -2) menghasilkan asam oksalasetat.
- Asam oksalasetat kemudian direduksi menjadi asam malat oleh NADH dan dikatalis malat dehidrogenase. Asam malat diangkut keluar mitokondria dengan cara pengangkutan aktif melalui membran mitokondrion yang kemudian dioksidasi kembali menjadi asam oksalasetat oleh NAD + dan malat dehidrogenase yang terdapat dalam sitoplasma.
- Akhirnya oksalasetat dikarboksilasi dengan CO 2 dan difosforilasi dengan gugus fosfat dari GTP (guanosin trifosfat, sebagai sumber energi yang khas disamping ATP) dan dikatalis oleh fosfoenolpiruvat karboksikinase menghasilkan fosfoenolpiruvat.
- Dengan demikian untuk mengubah satu molekul piruvat menjadi fosfoenolpiruvat diperlukan energi sebanyak satu ATP plus satu GTP dan melibatkan paling sedikit empat macam enzim.
- Dibandingkan dengan reaksi kebalikannya, yaitu perubahan sat molekul fosfoenol piruvat menjadi piruvat, dihasilkan satu ATP dan melibatkan satu macam enzim saja.
- Dilihat dari keseluruhan, glikolisis terbagi menjadi dua bagian. Bagian pertama meliputi tahap reaksi enzim yang memerlukan ATP, yaitu tahap reaksi dari glukosa sampai dengan pembentukan fruktosa 6-fosfat., yang menggunaka dua molekul ATP tiap satu molekul glukosa yang dioksidasi. Bagian kedua meliputi tahap reaksi yang menghasilkan energi (ATP dan NADH) yaitu dari gliseraldehide 3-fosfat sampai dengan piruvat. Dari bagian kedua ini dihasilkan dua molekul NADH dan empat molekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang dioksidasi (atau untuk dua molekul gliseraldehid 3-fosfat yang dioksidasi). Karena satu molekul NADH yang masuk rantai pengangkutan elektron dapat menghasilkan tiga molekul ATP, maka tahap reaksi bagian kedua ini menghasilkan 10 molekul ATP. Dengan demikian, keseluruhan proses glikolisis menghasilkan 10-2 = 8 molekul ATP untuk tiap molekul glukosa yang dioksidasi.
- Sebaliknya, untuk mensintesis satu molekul glukosa dari dua molekul piruvat dalam proses glukoneogenesis diperlukan energi dari 4 molekul ATP, 2 GTP (sebanding dengan 2 ATP) dan 2 NADH (= 6 ATP) atau sebanding dengan 12 molekul ATP.
GLUKONEOGENESIS
Glukoneogenesis adalah suatu
pembentukan glukosa dari senyawa yang bukan karbohidrat Glukoneogenesis penting
sekali untuk menyediakan glukosa, apabila didalam diet tidak mengandung cukup
karbohidrat.Syaraf, medulla dari ginjal, testes, jaringan embriyo dan eritrosit
memerlukan glukosa sebagai sumber utama penghasil energi.Glukosa diperlukan
oleh jaringan adiposa untuk menjaga senyawa antara siklus asam sitrat.Didalam
mammae, glukosa diperlukan untuk membuat laktosa.Didalam otot, glukosa
merupakan satu-satunya bahan untuk membentuk energi dalam keadaan anaerobik.
Untuk membersihkan darah dari asam laktat yang selalu
dibuat oleh sel darah merah dan otot, dan juga gliserol yang dilepas jaringan
lemak, diperlukan suatu proses atau jalur yang bisa memanfaatkannya. Pada hewan memamah biak, asam propionat merupakan bahan utama untuk glukoneogenesis.
Jalur yang dipakai dalam glukoneogenesis adalah modifikasi dan adaptasi dari
jalur Embden-Meyerhof dan siklus asam sitrat.
Enzim tambahan yang diperlukan
dalam proses ini selain dari enzim-enzim dalam kedua jalur diatas adalah :
a.
Piruvat karboksilase
Fosfoenolpiruvat
karboksikinase
Fruktosa 1,6-bisfosfatase
(tidak ada dalam otot jantung dan otot polos)
Glukosa 6-fosfatase
Dalam keadaan puasa, enzim piruvat karboksilase dan
enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase sintesisnya meningkat.Sintesis enzim ini
juga dipengaruhi oleh hormon glukokortikoid.Dalam keadaan puasa, oksidasi asam
lemak dalam hepar meningkat. Ini membawa
akibat yang menguntungkan untuk glukoneogenesis karena akan menghasilkan ATP,
NADH dan oksaloasetat.
Asam lemak dan asetil-KoA akan menghambat enzim-enzim
fosfofruktokinase, piruvat kinase dan piruvat dehidrogenase, mengaktifkan
enzim-enzim piruvat karboksilase dan fruktosa 1,6-bisfosfatase.
b.
Substrat untuk glukoneogenesis adalah :
1.
asam laktat yang berasal dari otot, sel darah
merah, medulla dari glandula supra-renalis, retina dan sumsum tulang
2.
gliserol, yang berasal dari jaringan lemak
3.
asam propionat, yang dihasilkan dalam proses
pencernaan pada hewan memamah biak.
4. asam amino
glikogenik
c. Perubahan
asam laktat menjadi glukosa
Untuk mengubah asam laktat
menjadi glukosa dapat dilihat pada diagram (gambar 14):
Asam laktat di dalam sitoplasma diubah menjadi asam
piruvat, kemudian asam piruvat masuk ke dalam mitokhondria dan diubah menjadi
oksaloasetat.Karena oksaloasetat tidak dapat
melewati membran mitokhondria, maka diubah dulu menjadi malat. Di sitoplasma
malat diubah kembali menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi
fosfoenolpiruvat yang selanjutnya berjalan ke arah kebalikan jalur
Embden-Meyerhof dan akhirnya akan menjadi glukosa.
Pada diagram dapat juga kita
lihat reaksi-reaksi yang diperlukan untuk mengubah gliserol dan asam-asam amino
glukogenik menjadi glukosa. Asam amino glukogenik masuk ke dalam jalur
glukoneogenesis ditandai dengan bundaran dan panah pada siklus asam tri
karboksilat ( TCA cycle ).
Beberapa reaksi dan enzim-enzim
tambahan untuk mengubah asam laktat menjadi glukosa (selain jalur kebalikan
glikolisis dan TCA cycle) adalah :
Enzim piruvat karboksilase
mengkatalisis reaksi
1. Piruvat
® Oksaloasetat (gambar 15-16)
Dalam reaksi ini diperlukan
ATP, CO2 (berasal dari H2CO3), biotin ( yang
diperlukan untuk mengikat bikarbonat pada enzim sebelum ditambahkan pada asam piruvat
) dan ion Mg.
2. Enzim
fosfoenolpiruvat karboksikinase mengkatalisis reaksi :
Oksaloasetat ® Fosfoenolpiruvat
Dalam reaksi ini diperlukan
"high energy phosphate" GTP atau ATP, dan akan terbentuk CO2.
7.3.3 Enzim fruktosa
1,6-bisfosfatase akan mengkatalisis reaksi :
Fruktosa 1,6-bisfosfat ®
Fruktosa 6-fosfat
Enzim ini bisa didapatkan dalam hati, ginjal otot
bergaris, sedangkan jaringan lemak, otot jantung dan otot polos tidak
mengandung enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase.
Enzim
glukosa 6-fosfatase mengkatalisis reaksi :
Glukosa 6-fosfat ® Glukosa
Enzim ini terdapat dalam usus
halus, hati, ginjal dan platelet, akan tetapi tidak bisa dijumpai dalam otot
dan jaringan lemak.
Enzim gliserokinase
mengkatalisis reaksi :
Gliserol ® Gliserol 3-fosfat
Dalam reaksi ini diperlukan ATP dan menghasilkan ADP. Enzim ini terutama
terdapat dalam hati dan ginjal.
Enzim gliserol 3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis reaksi :
Gliserol 3-fosfat ® Dihidroksi aseton fosfat ( DHAP )
Asam propionat perlu diaktivasi
dahulu menjadi propionil-KoA. Ensim tiokinase mengkatalisis reaksi ini dan
memerlukan ATP , KoA dan ion Mg. Selanjutnya propionil-KoA diubah menjadi
D-metilmalonil-KoA, selanjutnya setelah mengalami rasemisasi akan diubah
menjadi L-metilmalonil-KoA. Senyawa ini kemudian akan diubah menjadi
suksinil-KoA yang akan masuk ke dalam siklus asam sitrat yang akhirnya akan
diubah menjadi glukosa melalui kebalikan jalur
Embden-Meyerhof
Pada burung dara, ayam dan marmut
fosfoenolpiruvat (PEP) kaboksikinase hepar terdapat dalam mitokhondria. PEP yang terbentuk keluar dari mitokhondria.
PEP karboksikinase pada tikus terdapat di sitoplasma. Malat keluar.
Pada manusia, guinea pig dan sapi PEP karboksikinase terdapat di dalam dan
di luar mitokhondria.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar