MAKALAH METABOLISME KARBOHIDRAT

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Makhluk hidup di muka bumi ini selalu memerlukan energi dalam kehidupannya sehari-hari. Dalam proses penyediaan energi baik pada tumbuhan maupun manusia, selalu melalui berbagai rentetan reaksi kimia. Seluruh proses kimia atau reaksi kimia yang terjadi di dalam sel yang berupa reaksi penyusunan energi dan reaksi penggunaan energi biasa kita sebut dengan Metabolisme. Energi yang ada dalam tubuh manusia haruslah seimbang sesuai yang dibutuhkan oleh tubuhnya.

Jalur metabolik yang utama untuk penggunaan glukosa adalah glikolisis dan lintasan pentosa fosfat. Lintasan pentosa fosfat atau heksosa monofosfat shunt merupakan jalur alternatif untuk metabolisme glukosa. Lintasan pentosa fosfat lebih kompleks dari pada glikolisis. Lintasan ini tidak menghasilkan ATP.

Glukosa, fruktosa, dan galaktosa secara kuantitatif merupakan heksosa terpenting yang diserap dari traktus gastrointestinal. Ketiga unsur ini berasal dari masing-masing pati, sukrosa, dan laktosa yang terdapat di dalam makanan. Untuk konversi fruktosa dan galaktosa menjadi glukosa telah dibentuk lintasan yang khusus terutama di hati.

Pada makalah ini, penulis akan membahas tentang metabolisme karbohidrat yang lebih menitik beratkan pada jalur pentosa fosfat dan glikogenesis.

B.     Tujuan

Adapun tujuan penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui:

1.      Jalur pentosa fosfat

2.      Proses glikogenesis dan glikogenolisis.

3.      Energi yang dihasilkan dari metabolisme karbohidrat.

BAB II

PEMBAHASAN

A.     Jalur Pentosa Fosfat

Jalur pentosa fosfat merupakan jalur metabolisme alternatif untuk oksidasi glukosa di mana tidak ada ATP yang dihasilkan. Produk utamanya adalah NADPH, suatu pereduksi yang diperlukan dalam beberapa proses anabolisme (untuk biosintesis asam lemak, kolesterol, dan steroid lain) dan ribosa-5 fosfat yang merupakan komponen struktural nukleotida dan asam nukleat (Ribosa untuk biosintesis asam nukleat).

Jalur pentosa fosfat merupakan jalur untuk sintesis tiga fosfat pentosa : ribulosa 5 - fosfat, ribose 5 - fosfat, dan xylulose 5 - fosfat. Ribosa 5 – fosfat diperlukan untuk sintesis RNA dan DNA. Jalur pentosa fosfat/heksosa monofosfat menghasilkan NADPH dan ribosa di luar mitokondria. Kepentingan lain jalur pentosa fosfat berlangsung dalam jaringan hepar, lemak, korteks adrenal, tiroid, eritrosit, kelenjar mammae. NADPH juga penting dalam detoksifikasi obat oleh monooksigenase, reduksiglutation.

Lintasan pentosa fosfat merupakan jalur alternatif untuk metabolisme glukosa. Lintasan ini tidak menghasilkan ATP, tetapi mempunyai dua fungsi utama, yaitu :

1. Produksi NADPH untuk sintesis reduktif seperti biosintesis asam lemak serta steroid.
2. Mencegah stress oksidatif dengan mengubah H₂O₂ menjadi H₂O dan jika tidak terdapat NADPH, H₂O₂ akan di ubah menjadi radikal bebas hidroksin yang akan menyerang sel.

Pada sel darah merah, kegunaan pertama dari NADPH adalah untuk mereduksi bentuk disulfid dari glutathione menjadi bentuk sulfhydril, reduksi glutathione ini adalah untuk mempertahankan struktur normal dari sel darah merah dan untuk menjaga bentuk hemoglobin dalam bentuk Fe²⁺. NADPH pada hati dan payudara digunakan untuk biosintesis asam lemak.

Reaksi pentosa fosfat terjadi dalam sitosol. Enzim pada lintasan pentosa fosfat seperti pada glikolisis ditemukan di dalam sitosol. Seperti pada glikolisis, oksidasi dicapai lewat reaksi dehidrogenasi, tetapi dalam hal lintasan pentosa fosfat, sebagai akseptor hidrogen digunakan NADP⁺ dan bukan NAD⁺. Tidak ada ATP yang digunakan ataupun diproduksi pada jalur ini.

Terdapat 2 fase pada penthosa fosfat :

1. Fase oksidatif yang menghasilkan NADPH

Pada fase yang pertama, glukosa 6-phosphate menjalani proses dehidroginase dan dekarboksilase untuk memberikan sebuah senyawa pentosa, yaitu ribosa 5-phosphate.

2. Fase nonoksidatif yang menghasilkan prekursor ribosa

Pada fase yang kedua, ribulosa 5-fosfat dikonversi kembali menjadi glukosa 6-fosfat oleh serangkaian reaksi yang terutama melibatkan dua enzim yaitu transketolase dan transaldolase.

Reaksi dehidrogenasi glukosa 6-fosfat menjadi 6-fosfoglukonat terjadi lewat pembentukan 6-fosfoglukonolakton yang dikatalisis oleh enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung NADP. Hidrolisis 6-fosfoglukonolakton dilaksanakan oleh enzim glukonolakton hidrolase.

Tahap oksidasi yang kedua dikatalisis oleh enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase, yang juga memerlukan NADP⁺ sebagai akseptor hidrogen. Dekarboksilase kemudian terjadi dengan pembentukan senyawa ketopentosa , yaitu ribulosa 5-fosfat. Reaksi mungkin berlangsung dalam dua tahap melalui intermediate 3-keto-6-fosfoglukonat.

Reaktan	Produk	Enzim	Keterangan
Glukosa 6-phosphate + NADP+	6- phosphoglukono- δ-lakton + NADPH	Glukosa 6-phosphate dehydrogenase	Dehidrogenase, dimana terjadi pembuangan H+ dan kemudian direaksikan dengan NADP+ membentuk NADPH
6-phosphoglukono - δ-lactone + H2O	6 phosphoglukonat+ H+	6 phosphoglukolactonase	Hidrolisis
6-phosphoglukonat + NADP+	Ribulosa 5-phosphate + NADPH + CO2	6-phosphoglukonat dehidrogenase	Dekarboksilase oksidatif. NADP+sebagai akseptor electron, membentuk molekul NADPH yang lain serta CO2dan ribulosa 5-phosphate
Ribulosa 5 - phosphate	Ribulosa 5-phosphate	Phosphopentosa isomerase	Isomerase

Secara singkat, reaksi pada proses ini adalah :

Glukosa 6-phosphat + 2 NADP+ +H₂O → ribulosa 5-phosphate + 2NADPH + 2H⁺ + CO₂

B.     Proses Glikogenesis dan Glikogenolisis

1.        Proses Glikogenesis

Glikogenesis merupakan proses pembentukan glikogen dari glukosa kemudian disimpan dalam hati dan otot. Pada proses ini, lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen akan diaktivasi di dalam hati, olehhormoninsulinsebagairesponterhadaprasioguladarah yang meningkat, misalnya karena kandungan karbohidrat setelah makan atau teraktivasi pada akhir siklus Cori.

Pada hati, glikogenesis berfungsi untuk mempertahankan kadar gula darahsedangkan padaotot bertujuan untuk kepentingan otot sendiri dalam membutuhkan energi. Proses Glikogenesis terjadi apabila jumlah glukosa ( dari makanan ) yang masuk kedalam tubuh terlalu berlebih maka glukosa tersebut akan disimpan di hati dalam bentuk glikogen.  Proses terjadinya glikogenesis:

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.

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.

Enz-P + Glukosa 6-fosfat «Enz + Glukosa 1,6-bifosfat « Enz-P + Glukosa 1-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 + PP_i

d.      Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi

e.       Atom C₁ pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C₄pada 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 à UDP + (C6)_n+1     Glikogen       Glikogen

Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 1à4 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.

Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 1à4 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 1à6 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1àglukosil dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis. (Murray dkk. Biokimia Harper).

Tampak bahwa setiap penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir oleh enzim glikogen sintase.Sekelompok glukosa dalam rangkaian linier dapat putus dari glikogen induknya dan berpindah tempat untuk membentuk cabang.Enzim yang berperan dalam tahap ini adalah enzim pembentuk cabang (branching enzyme).

2.        Proses glikogenelisis

Glikogenolisis merupakan reaksi pemecahan molekul glikogen menjadi molekul glukosa. Proses ini terjadi apabila tubuh membutuhkan glukosa, untuk digunakan lebih lanjut dalam proses glikolisis. Glikogenolisisjuga dapat berarti lintasan metabolisme yang digunakan oleh tubuh, selain glukoneogenosis untuk menjaga keseimbangan kadar glukosa di dalam plasma darah untuk menghindari simtomahipoglisemia. 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 1à4 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 1à6.

(C₆)_n + P_ià (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 1à6 terpajan. Hidrolisis ikatan 1à6 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung. (Murray dkk. Biokimia Harper)

Berikut tahap-tahap glikogenelisis :

a.       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.

b.      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.

c.       Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi sehingga menghasilkan energi, yang energi itu terekam / tersimpan dalam bentuk ATP

C.    Energi yang Dihasilkan dari Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia di dalam organisme dan sel. Metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks yang biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia di dalam sel, tanpa metabolisme makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup.

Pada glikolisis aerob, energi ysng dihasilkan terinci sebagai berikut:

1. Hasil tingkat substrat                                                  : +4P
2. Hasil oksidasi respirasi                                                : +6P
3. Jumlah                                                                         : 4P+6P = 10P
4. Dikurangi untuk aktivasi glukosa dan fruktosa 6P     : -2
5. Hasil akhir                                                                   : 10P-2P = 8P

Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

1. Hasil tingkat substrat                                                  : +4P
2. Hasil oksidasi respirasi                                                : +0P
3. Jumlah                                                                         : 4P+0P = 4P
4. Dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P     : -2P
5. Hasil akhir                                                                   : 4P-2P = 2P

Pada siklus asam sitrat, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

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 krebs  akan menghasilkan energi 3P+3P+1P+2P+3P = 2P

Apabila dihubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat, dan siklus krebs akan dapat kita itung bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian sebagai berikut:

1. Glikolisis                                                                   : 8P
2. Oksidasi piruvat (2X3P)                                           : 6P
3. Siklus krebs (2X12P)                                                : 24P

Jumlah                                                                        : 38P

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Metabolisme karbohidrat adalah proses yang mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks. Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen untuk disimpan di dalam hati.

B.     Saran

Peranan karbohidrat dalam tubuh sangat penting terutama untuk kesehatan. Selain itu sebagai mahasiswa, kita juga harus lebih banyak mengetahui dan mempelajari tentang berbagai hal yang menyangkut molekul atau senyawa dalam tubuh, seperti karbohidrat sebab ini akan menjadi acuan kita dalam memberikan pengajaran kepada peserta didik nantinya.

DAFTAR PUSTAKA

Campbell. 2002. Biologi Edisi kelima-jilid 2.Jakarta: Erlangga

Martoharsono, Soeharsono. 1978. Biokimia Jilid I. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press

McKee, Trudy. McKee, James R. 2003. Biochemistry the Molecular Basis of Life Third Edition. McGraw-Hill, Inc. New York.

Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW, 2003, Biokimia Harper, Edisi XXV, Penerjemah Hartono Andry, Jakarta: EGC

Poedjiani, Anna. Supriyanti, F. M. Titin. 2006. Dasar-Dasar Biokimia. Penerbit Universitas Indonesia. Jakarta

Stryer L, 1996, Biokimia, Edisi IV, Penerjemah: Sadikin dkk (Tim Penerjemah Bagian Biokimia FKUI),  Jakarta: EGC

Wirahadikusuma, M., 1988.Metabolisme Karbohidrat dan Lemak,  ITB, Bandung