KARBOHIDRAT
OLEH:
Muhlis
NIM. 20113103086
D.2 Pagi/biologi
BAB
I
PENDAHULUAN
A.
Latar
Belakang
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 sehari – sehari. 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 dan
sebagainya. Metabolisme mempunyai pengertian yang amat luas, yang pada
prinsipnya dapat diartikan sebagai semua reaksi kimia atau perubahan kimia yang
terjadi di dalam tubuh mahluk hidup. Metabolisme yang terjadi dalam tubuh
mahluk hidup melibatkan berbagai reaksi kimia yang saling berkaitan satu dengan
yang lain yang saling menunjang. misalnya dalam sintesis jaringan terlibat metabolisme
protein yang mempersiapkan kerangka dasar jaringan tersebut.
B.
Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan karbohidrat dan metabolisme
karbohidrat?
2. Berapa macam proses metabolisme karbohidrat pada tubuh
manusia?
3. Bagaimana proses metabolisme karbohidrat?
C.
Tujuan
Ø Mengetahui
apa yang dimaksud dengan karbohidrat.
Ø Mamahami
jenis-jenis karbohidrat dalam tubuh manusia.
Ø Memahami
proses metabolism karbohidrat.
C.
Manfaat
Berdasarkan
dengan tujuan di atas, di berharapkan makalah ini dapat manambah pengetahuan
mahasiswa seputar metabolisme karbohidrat, termasuk proses pembentukannya dalam
tubuh.
BAB II
PEMBAHASAN
A. PENGERTIAN
KARBOHIDRAT
Karbohidrat merupakan bahan yang
sangat diperlukan tubuh manusia, hewan, dan tumbuhan di samping lemak dan
protein. Senyawa ini dalam jaringan merupakan cadangan makanan atau energi yang
disimpan dalam sel. Sebagian besar karbohidrat yang ditemukan di alam terdapat
sebagai polisakarida dengan berat molekul tinggi . Beberapa polisakarida
berfungsi sebagai penyimpan bagi monosakarida, sedangkan yang lain sebagai
penyusun struktur di dalam dinding sel dan jaringan pengikat. Karbohidrat
merupakan komponen pangan yang menjadi sumber energi utama dan sumber serat
makanan. Komponen ini disusun oleh 3 unsur utama, yaitu karbon (C), hidrogen(H)
dan oksigen (O). Atau dengan kata lain, karbohidrat merupakan suatu senyawa
yang terdiri dari molekul-molekul karbon (C), hydrogen (H) dan oksigen (O) atau
karbon dan hidrat (H2O) sehingga dinamakan karbo-hidrat. Pada tumbuhan,
karbohidrat disintesis dari CO2 dan H2O melalui proses fotosintesis dalam sel
berklorofil dengan bantuan sinar metahari. Karbohidrat yang dihasilkan
merupakan cadangan makanan yang disimpan dalam akar, batang, dan biji sebagai
pati (amilum). Karbohidrat dalam sel tubuh disimpan dalam hati dan jaringan
otot dalam bentuk glikogen. Jenis Karbohidrat Karbohidrat dapat dikelompokkan
menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon, lokasi gugus karbonil
(-C=O), serta stereokimia. Berdasarkan jumlah unit gula dalam rantai,
karbohidrat digolongkan menjadi 4 golongan utama yaitu:
1. Monosakarida (terdiri atas 1 unit
gula)
2. Disakarida (terdiri atas 2 unit
gula)
3. Oligosakarida (terdiri atas 3-10
unit gula)
4. Polisakarida (terdiri atas lebih
dari 10 unit gula)
Berdasarkan jumlah atom C pada
rantai, monosakarida digolongkan menjadi:
Ø Triosa
(tersusun atas 3 atom C)
Ø Tetrosa
(tersusun atas 4 atom C)
Ø Pentosa
(tersusun atas 5 atom C)
Ø Heksosa
(tersusun atas 6 atom C)
Ø Heptosa
(tersusun atas 7 atom C)
Ø Oktosa
(tersusun atas 8 atom C)
Metabolisme merupakan modifikasi
senyawa kimia secara biokimia di dalam organisme dan sel. Metabolisme mencakup
sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks.
Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan- tahapan yang melibatkan enzim, yang
dikenal pula sebagai jalur metabolisme.
Metabolisme total merupakan semua
proses biokimia di dalam organisme. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia
di dalam sel. Tanpa metabolisme, makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup.
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 ketidak mampuan ginjal untuk
menyerap kembali glukosa yang telah mengalami filtrasi melalui sel tubuh. Hormon yang mengatur kadar gula dalam
darah, yaitu:
Ø hormon
insulin, dihasilkan oleh pankreas, berfungsi menurunkan kadar glukosa dalam
darah;
Ø hormon
adrenalin, dihasilkan oleh korteks adrenal, berfungsi menaikkan kadar glukosa
dalam darah.
Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk
monosakarida. Energi yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP). Glukosa
merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat
makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke dalam bentuk glukosalah
karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua bentuk
karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar
metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan
bakar universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan
fungsi sangat spesifik, misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk
asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, dalam senyawa lipid kompleks
tertentu dan dalam bentuk gabungan dengan protein, yaitu glikoprotein serta proteoglikan.
Peristiwa yang dialami unsur-unsur makanan setelah dicerna
dan diserap adalah Metabolisme
Intermediat. Jadi metabolisme intermediat mencakup suatu bidang luas
yang berupaya memahami bukan saja lintasan metabolik yang dialami oleh
masing-masing molekul, tetapi juga interelasi dan mekanisme yang mengatur arus
metabolit melewati lintasan tersebut.Metabolisme karbohidrat pada manusia
terutama: Glikolisis, yaitu oksidasi glujkosa atau glikogen menjadi piruvat dan
asam laktat melalui Embden-Meyerhof Pathway (EMP).
Glikogenesis, yaitu sintesis glikogen dari glukosa.
Glikogenolisis, yaitu pemecahan glikogen, pada hepar hasil akhir adalah
glukosa, sedangkan di otot menjadi piruvat dan asam laktat Siklus Krebs atau
siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitra adalah suatu jalan bersama
dari oksidasi karbohidrat, lemak dan protein melalui asetil-Ko-A dan akan
dioksidasikan secara sempurna menjadi CO2 & H2O. Heksosa Monofosfat Shunt
atau siklus pentosa fosfat adalah suatu jalan lain dari oksidasi glukosa selain
EMP dan siklus Krebs. Glukoneogenesis, yaitu pembentukan glukosa atau glikogen
dari zat-zat bukan karbohidrat. Oksidasi asam piruvat menjadi asetil Ko-A,
yaitu lanjutan dari glikolisis serta menjadi penghubung antara glikolisis dan
siklus Krebs Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori
1.
Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan) Ini merupakan
lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk struktur dan mesin
tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.
2.
Lintasan katabolik (pemecahan) Lintasan ini meliputi berbagai
proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam bentuk fosfat
energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan
fosforilasi oksidatif.
3.
Lintasan amfibolik (persimpangan) Lintasan ini memiliki
lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme sehingga
bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik.
Contoh dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.
Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang
tergolong sebagai katabolisme maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi
piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis serta
glukoneogenesis.
Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat
dijelaskan sebagai berikut:
1.
Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis
(dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan
energi berupa ATP.
2.
Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil
KoA. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.
3.
Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus
asam sitrat. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.
4.
Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi
kita maka glukosa tidak dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer
glukosa (disebut glikogen). Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai
cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh,
maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan
energi jangka panjang.
5.
Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber
energi, maka glikogen dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami
glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.
6.
Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun
juga habis, maka sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus
digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru)
karena dianggap lipid.
7.
protein harus diubah
menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh
energi.
MACAM-MACAM PROSES METABOLISME KARBOHIDRAT
Ø Glikolisis
Glikogen
Glikolisis
adalah sebuah rangkaian reaksi biokimia dimana glukosa dioksidasi menjadi
molekul asam 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.
Glikolisis
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)
Glikolisis
merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan
selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus
Kreb’s). Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa
dan galaktosa. Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan
laktat adalah: Glukosa + 2ADP +2Pi 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O Secara rinci,
tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut:
1.
Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi
menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh enzim heksokinase atau
glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. Proses
ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat. ATP bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP.
Terminal fosfat berenergi tinggi pada ATP digunakan, sehingga hasilnya adalah
ADP. (-1P) Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar
berupa kalor, sehingga dalam kondisi fisiologis dianggap irrevesibel.
Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk reaksi glukosa 6-fosfat.
2.
Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bifosfat
dengan bantuan enzim fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase merupakan enzim yang
bersifat alosterik sekaligus bisa diinduksi, sehingga berperan penting dalam
laju glikolisis. Dalam kondisi fisiologis tahap ini bisa dianggap irreversible.
Reaksi ini memerlukan ATPsebagai donor fosfat, sehingga hasilnya adalah
ADP.(-1P) µ-D-fruktosa 6-fosfat + ATP ↔ D-fruktosa 1,6-bifosfat 4. Fruktosa
1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-
fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzimaldolase
(fruktosa 1,6- bifosfat aldolase). D-fruktosa 1,6-bifosfat ↔ D-gliseraldehid
3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat 5. Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah
menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi interkonversi). Reaksi
bolak-balik ini mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase. D-gliseraldehid
3-fosfat ↔ dihidroksiaseton fosfat 6. Glikolisis berlangsung melalui oksidasi
Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3- bifosfogliserat, dan karena aktivitas enzim
fosfotriosa isomerase, senyawa dihidroksi aseton fosfat juga dioksidasi menjadi
1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3-fosfat. D-gliseraldehid 3-fosfat +
NAD+ + Pi ↔ 1,3-bifosfogliserat + NADH + H+ Enzim yang bertanggung jawab
terhadap oksidasi di atas adalah gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, suatu
enzim yang bergantung kepada NAD. Atom-atom hydrogen yang dikeluarkan dari
proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD+ yang terikat pada enzim. Pada
rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi.
(+3P) Catatan: Karena fruktosa 1,6-bifosfat yang memiliki 6 atom C dipecah
menjadi Gliseraldehid 3- fosfat dan dihidroksi aseton fosfat yang masing-masing
memiliki 3 atom C, dengan demikian terbentuk 2 molekul gula yang masing-masing
beratom C tiga (triosa). Jika molekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah
menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1 molekul glukosa pada bagian awal,
sampai dengan tahap ini akan menghasilkan 2 x 3P = 6P. (+6P) 7. Energi yang
dihasilkan dalam proses oksidasi disimpan melalui pembentukan ikatan sulfur
berenergi tinggi, setelah fosforolisis, sebuah gugus fosfat berenergi tinggi
dalam posisi 1 senyawa 1,3 bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini
ditangkap menjadi ATP.
3.
reaksi lebih lanjut
dengan ADP, yang dikatalisir oleh enzimfosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang
dihasilkan adalah 3-fosfogliserat. 1,3-bifosfogliserat + ADP ↔ 3-fosfogliserat
+ ATP Catatan: Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang
dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P. (+2P) 8. 3-fosfogliserat diubah menjadi
2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim fosfogliserat mutase. Senyawa
2,3-bifosfogliserat (difosfogliserat, DPG) merupakan intermediate dalam reaksi
ini. 3-fosfogliserat ↔ 2-fosfogliserat 9. 2-fosfogliserat diubah menjadi
fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. Reaksi ini melibatkan
dehidrasi serta pendistribusian kembali energi di dalam molekul, menaikkan
valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi. Enolase dihambat oleh
fluoride, suatu unsure yang dapat digunakan jika glikolisis di dalam darah
perlu dicegah sebelum kadar glukosa darah diperiksa. Enzim ini bergantung pada
keberadaan Mg2+ atau Mn2+. 2-fosfogliserat ↔ fosfoenol piruvat + H2O 10. Fosfat
berenergi tinggi PEP dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga
menghasilkan ATP. Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami
konversi spontan menjadi keto piruvat. Reaksi ini disertai kehilangan energi
bebas dalam jumlah besar sebagai panas dan secara fisiologis adalah
irreversible. Fosfoenol piruvat + ADP → piruvat + ATP Catatan: Karena ada 2
molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat sehingga total hasil energi
pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P) 11. Jika keadaan bersifat anaerob (tak
tersedia oksigen), reoksidasi NADH melalui pemindahan sejumlah unsure ekuivalen
pereduksi akan dicegah. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi
ini dikatalisir oleh enzim laktat dehidrogenase. Piruvat + NADH + H+ →
L(+)-Laktat + NAD+ Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan
setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO2 melalui siklus
asam sitrat(Siklus Kreb’s). Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH + H+ yang
terbentuk dalam glikolisis akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui
salah satu dari reaksi ulang alik (shuttle).
4.
Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci
sebagai berikut: - hasil tingkat substrat : + 4P - hasil oksidasi respirasi : +
6P - jumlah : 4P + 6P = 10 P - dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P
: – 2P 10P – 2P = 8P . Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci
sebagai berikut: - hasil tingkat substrat : + 4P - hasil oksidasi respirasi : +
0P - jumlah : 4P + 0P = 4P - dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P :
– 2P 4P - 2P = 2 P 2. Oksidasi piruvat Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi
(dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadi di dalam
mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang
berbeda yang bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang
berkaitan dengan membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut
diberi nama kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks µ-keto
glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat. Jalur ini merupakan penghubung
antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga merupakan konversi
glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa non
karbohidrat menjadi karbohidrat. Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam
lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut: 1. Dengan adanya TDP
(thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi derivate hidroksietil
tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim piruvat
dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO2. 2. Hidroksietil tiamin
difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok prostetik
dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid, selanjutnya
TDP lepas. 3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah
menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.
5.
Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh
flavoprotein, yang mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase.
Akhirnya flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD+, yang akhirnya
memindahkan ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi. Piruvat + NAD+ + KoA →
Asetil KoA + NADH + H+ + CO2 .
Ø Oksidasia asam Piruvat Menjadi
Asetil-KoA
Piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif
menjadi asetil-KoA oleh suatu enzim yang tersusun rapi dalam matrik
mitokondria, yang disebut piruvat dehidrogenase komplek.
Mula-mula piruvat mengalami dekarboksilasi oleh enzim piruvat dehidrogenase dengan tiamin pirofosfat sebagai koenzim yang mengahsilkan CO2 dan α-hidroksietil-tiaminpirofosfat atau disebut juga active acetadehyde. Senyawa yang disebut belakangan ini dipindah pada protetik lipoamide dari enzim lipoil transasetilase. Dalam perpindahan ini disulfida dari liamida terdeuksi. Asetidehida teroksidasi menjadi asetil aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian dipindahkan pada koenzim A, membentuk astil –S-CoA dan menghasilkan lipoamida dalam bentuk disulfhidril. Koenzim yang tereduksi dioksidasi kembali oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase.
Mula-mula piruvat mengalami dekarboksilasi oleh enzim piruvat dehidrogenase dengan tiamin pirofosfat sebagai koenzim yang mengahsilkan CO2 dan α-hidroksietil-tiaminpirofosfat atau disebut juga active acetadehyde. Senyawa yang disebut belakangan ini dipindah pada protetik lipoamide dari enzim lipoil transasetilase. Dalam perpindahan ini disulfida dari liamida terdeuksi. Asetidehida teroksidasi menjadi asetil aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian dipindahkan pada koenzim A, membentuk astil –S-CoA dan menghasilkan lipoamida dalam bentuk disulfhidril. Koenzim yang tereduksi dioksidasi kembali oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase.
Flavoprotein
yang tereduksi kemudian dioksidasi oleh NAD+. Piruvat dehidrogenase diaktivasi
oleh fruktosa bisfosfat dan dihambat oleh hasil reaksinya yaitu NADH dan
asetil-CoA. Arsenit atau ion merkuri membentuk komplek dengan gugusan –SH dari
asam lipoat dan menghambat piruvat dehidrogenase. Kekurangan tiamin akan
menyebabkan piruvat tertimbun.
Pada oksidasi piruvat ini akan dihasilkan asetil-KoA dan NADH. Untuk satu molekul glukosa akan dihasilkan dua NADH dan dua molekul asetil-KoA. NADH dapat memasuki rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif, yang dapat menghasilkan 3 ATP per satu molekul NADH, sedangkan asetil-KoA dapat dioksidasi lebih lanjut melalui siklus asam sitrat.
Pada oksidasi piruvat ini akan dihasilkan asetil-KoA dan NADH. Untuk satu molekul glukosa akan dihasilkan dua NADH dan dua molekul asetil-KoA. NADH dapat memasuki rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif, yang dapat menghasilkan 3 ATP per satu molekul NADH, sedangkan asetil-KoA dapat dioksidasi lebih lanjut melalui siklus asam sitrat.
Ø SIKLUS KREBS
Siklus ini juga
sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan
berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama
oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Siklus asam sitrat merupakan rangkaian
reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah
ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan
sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP.
Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH3-CO~KoA, asetat aktif),
suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat. Fungsi utama
siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi
karbohidrat, lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan
banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada
dalam siklus tersebut. Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan
terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil
kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian
memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses
fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan
oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut. Enzim-enzim
siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk
bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna mitokondria sehingga
memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada
rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria.
Ø Siklus asam sitrat
Siklus asam
sitrat[1] (bahasa Inggris: citric acid cycle, tricarboxylic acid cycle, TCA
cycle, Krebs cycle, Szent-Györgyi-Krebs cycle) adalah sederetan jenjang
reaksi metabolisme pernapasan selular
yang terpacu enzim yang terjadi setelah proses glikolisis, dan bersama-sama merupakan pusat dari sekitar 500
reaksi metabolisme yang terjadi di dalam sel.[2] Lintasan katabolisme akan menuju pada lintasan ini dengan membawa molekul kecil untuk diiris guna menghasilkan energi, sedangkan lintasan anabolisme merupakan lintasan yang bercabang keluar dari
lintasan ini dengan penyediaan substratsenyawakarbon untuk keperluan biosintesis.
Reaksi-reaksi pada siklus asam
sitrat diuraikan sebagai berikut:
a.
Kondensasi awal asetil KoA dengan oksaloasetat membentuk
sitrat, dikatalisir oleh enzim sitrat sintase menyebabkan sintesis ikatan
karbon ke karbon di antara atom karbon metil pada asetil KoA dengan atom karbon
karbonil pada oksaloasetat. Reaksi kondensasi, yang membentuk sitril KoA,
diikuti oleh hidrolisis ikatan tioester KoA yang disertai dengan hilangnya
energi bebas dalam bentuk panas dalam jumlah besar, memastikan reaksi tersebut
selesai dengan sempurna. Asetil KoA + Oksaloasetat + H2O → Sitrat + KoA
b.
Sitrat dikonversi menjadi isositrat oleh enzim akonitase
(akonitat hidratase) yang mengandung besi Fe2+ dalam bentuk protein besi-sulfur
(Fe:S). Konversi ini berlangsung dalam 2 tahap, yaitu: dehidrasi menjadi
sis-akonitat, yang sebagian di antaranya terikat pada enzim dan rehidrasi
menjadi isositrat. Reaksi tersebut dihambat oleh fluoroasetat yang dalam bentuk
fluoroasetil KoA mengadakan kondensasi dengan oksaloasetat untuk membentuk
fluorositrat. Senyawa terakhir ini menghambat akonitase sehingga menimbulkan
penumpukan sitrat.
c.
Isositrat mengalami dehidrogenasi membentuk oksalosuksinat
dengan adanya + enzim isositrat dehidrogenase. Di antara enzim ini ada yang
spesifik NAD , hanya ditemukan di dalam mitokondria. Dua enzim lainnya bersifat
spesifik NADP+ dan masing-masing secara berurutan dijumpai di dalam mitokondria
serta sitosol. Oksidasi terkait rantai respirasi terhadap isositrat berlangsung
hampir sempurna melalui enzim yang bergantung NAD+.Metabolisme Karbohidrat.
d.
Isositrat + NAD+ « Oksalosuksinat ↔ µ–ketoglutarat + CO2 +
NADH + H+ (terikat enzim) Kemudian terjadi dekarboksilasi menjadi µ–ketoglutarat
yang juga dikatalisir oleh enzim isositrat dehidrogenase. Mn2+ atau Mg2+
merupakan komponen penting reaksi dekarboksilasi. Oksalosuksinat tampaknya akan
tetap terikat pada enzim sebagai intermediate dalam keseluruhan reaksi. 4.
Selanjutnya µ–ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif melalui cara yang
sama dengan dekarboksilasi oksidatif piruvat, dengan kedua substrat berupa
asamµ–keto. µ–ketoglutarat + NAD+ + KoA → Suksinil KoA + CO2 + NADH + H+ Reaksi
tersebut yang dikatalisir oleh kompleks µ–ketoglutarat dehidrogenase, juga
memerlukan kofaktor yang idenstik dengan kompleks piruvat dehidrogenase,
contohnya TDP, lipoat, NAD+, FAD serta KoA, dan menghasilkan pembentukan
suksinil KoA (tioester berenergi tinggi). Arsenit menghambat reaksi di atas
sehingga menyebabkan penumpukan µ–ketoglutarat. 5. Tahap selanjutnya terjadi
perubahan suksinil KoA menjadi suksinat dengan adanya peran enzim suksinat
tiokinase (suksinil KoA sintetase). Suksinil KoA + Pi + ADP ↔ Suksinat + ATP +
KoA Dalam siklus asam sitrat, reaksi ini adalah satu-satunya contoh pembentukan
fosfat berenergi tinggi pada tingkatan substrat dan terjadi karena pelepasan
energi bebas dari dekarboksilasi oksidatif µ–ketoglutarat cukup memadai untuk
menghasilkan ikatan berenergi tinggi disamping pembentukan NADH (setara dengan
3~P. 6. Suksinat dimetabolisir lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi yang
diikuti oleh penambahan air dan kemudian oleh dehidrogenasi lebih lanjut yang
menghasilkan kembali oksaloasetat. Suksinat + FAD ↔ Fumarat + FADH2 Reaksi
dehidrogenasi pertama dikatalisir oleh enzim suksinat dehidrogenase yang
terikat pada permukaan dalam membrane interna mitokondria, berbeda dengan
enzim- enzim lain yang ditemukan pada matriks. Reaksi ini adalah satu-satunya
reaksi dehidrogenasi dalam siklus asam sitrat yang melibatkan pemindahan
langsung atom hydrogen dari substrat kepada flavoprotein tanpa peran NAD+.
Enzim ini mengandung FAD dan protein
besi-sulfur (Fe:S). Fumarat terbentuk sebagai hasilMetabolisme Karbohidrat.
e.
dehidrogenasi. Fumarase (fumarat hidratase) mengkatalisir
penambahan air pada fumarat untuk menghasilkan malat. Fumarat + H2O ↔ L-malat
Enzim fumarase juga mengkatalisir penambahan unsure-unsur air kepada ikatan
rangkap fumarat dalam konfigurasi trans. Malat dikonversikan menjadi
oksaloasetat dengan katalisator berupa enzim malat dehidrogenase, suatu reaksi
yang memerlukan NAD+. L-Malat + NAD+ ↔ oksaloasetat + NADH + H+ Enzim-enzim
dalam siklus asam sitrat, kecuali alfa ketoglutarat dan suksinat dehidrogenase
juga ditemukan di luar mitokondria. Meskipun dapat mengkatalisir reaksi serupa,
sebagian enzim tersebut, misalnya malat dehidrogenase pada kenyataannya mungkin
bukan merupakan protein yang sama seperti enzim mitokondria yang mempunyai nama
sama (dengan kata lain enzim tersebut merupakan isoenzim). Energi yang
dihasilkan dalam siklus asam sitrat Pada proses oksidasi yang dikatalisir enzim
dehidrogenase, 3 molekul NADH dan 1 FADH2 akan dihasilkan untuk setiap molekul
asetil-KoA yang dikatabolisir dalam siklus asam sitrat. Dalam hal ini sejumlah
ekuivalen pereduksi akan dipindahkan ke rantai respirasi dalam membrane interna
mitokondria (lihat kembali gambar tentang siklus ini). Selama melintasi rantai
respirasi tersebut, ekuivalen pereduksi NADH menghasilkan 3 ikatan fosfat
berenergi tinggi melalui esterifikasi ADP menjadi ATP dalam proses fosforilasi
oksidatif. Namun demikian FADH2 hanya menghasilkan 2 ikatan fosfat berenergi
tinggi. Fosfat berenergi tinggi selanjutnya akan dihasilkan pada tingkat siklus
itu sendiri (pada tingkat substrat) pada saat suksinil KoA diubah menjadi
suksinat. Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam
sitrat adalah:
1. Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P =
9P
2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P =
2P
3. Pada tingkat substrat = 1P Jumlah = 12P
Satu siklus Kreb’s akan menghasilkan energi 3P + 3P + 1P + 2P + 3P =
12P.Metabolisme Karbohidrat.
Kalau kita hubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat dan
siklus Kreb’s, akan dapat kita hitung bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna
(aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian sebagai berikut: 1. Glikolisis
: 8P 2. Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P 3. Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P Jumlah
: 38P 4. Glikogenesis Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa
(glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil
KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian siklus asam sitrat untuk
dikatabolisir menjadi energi. Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan
energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna makanan, bekerja dan
sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka
kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses
anabolisme ini dinamakan glikogenesis. Glikogen merupakan bentuk simpanan
karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan.
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. Seperti amilum, glikogen merupakan polimer µ-D-Glukosa yang bercabang.
Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk
proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat
berhubungan dengan simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan
kadar glukosa darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18
jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen
otot hanya terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang
berat dan lama. Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai
berikut: 1. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang
lazim terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir
oleh heksokinasesedangkan di hati oleh glukokinase.Metabolisme Karbohidrat.
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. Enz-P +
Glukosa 6-fosfat Enz + Glukosa 1,6-bifosfat « Enz-P + Glukosa 1-fosfat 3. Selanjutnya
glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin
difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzimUDPGlc
pirofosforilase. UTP + Glukosa 1-fosfat ↔ UDPGlc + PPi 5. Glikogenolisis Jika
glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah
untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan
glikogenolisis. Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan
tetapi sebenarnya tidak demikian. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi
satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini spesifik untuk
proses fosforolisis rangkaian 1Ã 4 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat.
Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara
berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap
sisi cabang 1Ã 6. (C6)n + Pi → (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat Glikogen Glikogen
Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida
dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 1→6
terpajan.Hidrolisis ikatan 1→6 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang
(debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka
kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung. 6. Glukoneogenesis
Glukoneogenesis 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 bahwa
glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa non
karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein
Tidak ada komentar:
Posting Komentar