Metabolisme karbohidrat

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

            Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam makhluk hidup, mulai makhluk hidup bersel satu yang sangat sederhana seperti bakteri, protozoa, jamur, tumbuhan, hewan; sampai mkhluk yang susunan tubuhnya kompleks seperti manuasia. Di dalam proses ini, makhluk hidup mendapat, mengubah dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya untuk mempertahankan hidupnya.

            Metabolisme meliputi proses sintesis (anabolisme) dan proses penguraian (katabolisme) senyawa atau komponen dalam sel hidup.. Semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Hal lain yang penting dalam metabolisme adalah peranannya dalam penawaracunan atau detoksifikasi, yaitu mekanisme reaksi pengubahan zat yang beracun menjadi senyawa tak beracun yang dapat dikeluarkan dari tubuh.

            Karbohidrat terdiri dari karbon, hidrogen, dan atom oksigen diklasifikasikan sebagai mono-, di-, dan polisakarida, tergantung pada jumlah unit gula yang dikandungnya. Para monosakarida-glukosa, galaktosa, dan fruktosa-diperoleh dari pencernaan makanan yang diangkut dari mukosa usus melalui vena portal ke hati. Mereka dapat digunakan secara langsung untuk energi oleh semua jaringan, sementara disimpan sebagai glikogen di dalam hati atau otot, atau dikonversi menjadi lemak, asam amino, dan senyawa biologis lainnya.

            Metabolisme karbohidrat memainkan peran penting dalam kedua jenis diabetes mellitus. Masuknya glukosa ke jaringan-termasuk sebagian jantung, otot, dan jaringan adiposa-tergantung pada kehadiran hormon insulin. Insulin mengontrol penyerapan dan metabolisme glukosa dalam sel dan memainkan peran utama dalam mengatur konsentrasi glukosa darah. Reaksi metabolisme karbohidrat tidak dapat berlangsung tanpa kehadiran vitamin B, yang berfungsi sebagai koenzim. Fosfor, magnesium, besi, tembaga, mangan, seng dan kromium juga diperlukan sebagai kofaktor.

            Metabolisme karbohidrat dimulai dengan glikolisis, yang melepaskan energi dari glukosa atau glikogen untuk membentuk dua molekul piruvat, yang masuk siklus Krebs (atau siklus asam sitrat), oksigen-membutuhkan proses, di mana mereka benar-benar teroksidasi. Sebelum siklus Krebs dapat dimulai, piruvat kehilangan kelompok karbon dioksida untuk membentuk asetil koenzim A (asetil-KoA). Reaksi ini tidak dapat diubah dan memiliki konsekuensi metabolik penting. Konversi piruvat ke asetil-KoA membutuhkan vitamin B.

            Hidrogen karbohidrat dibawa ke rantai transpor elektron, di mana energi kekal dalam molekul ATP. Metabolisme dari satu molekul glukosa menghasilkan tiga puluh satu molekul ATP. Energi yang dilepaskan dari ATP melalui hidrolisis (reaksi kimia dengan air) kemudian dapat digunakan untuk pekerjaan biologi.

B.     Tujuan

            Adapun tujuan dari makalah ini yaitu untuk mengetahui proses metabolisme karbohidrat

C.    Manfaat

            Adapun manfaat dari makalah ini yaitu agar kita dapat mengetahui proses metabolism karbohidrat

D.    Rumusan Masalah

                  Adapun rumusan masalah dari makalah ini yaitu :

1.      Apa pengertian dari karbohidrat ?

2.      Bagaimana klasifikasi karbohidrat ?

3.      Apa manfaat karbohidrat ?

4.      Bagaimana lintasan metabolic karbohidrat ?

5.      Bagaimana tahap metabolism karbohidrat ?

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Karbohidrat

              Karbohidrat adalah senyawa organik dengan rumus umum _{C''m''(H 2} O) _n'''', yaitu, hanya terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, dua terakhir dalam rasio atom 2:1. Karbohidrat dapat dilihat sebagai hidrat karbon, maka nama mereka.

              Istilah ini paling sering digunakan dalam biokimia, di mana pada dasarnya adalah sebuah sinonim dari sakarida, keluarga besar karbohidrat alami yang mengisi peran banyak pada makhluk hidup, seperti penyimpanan dan transportasi energi (misalnya, pati, glikogen) dan komponen struktural (misalnya, selulosa dan kitin pada tanaman di arthropoda). Kata ini berasal dari bahasa Yunani''σάκχαρον''(''sákcharon''), yang berarti "gula". Sakarida dan turunannya termasuk biomolekul penting lainnya banyak yang memainkan peran kunci dalam sistem kekebalan tubuh, pemupukan, patogenesis, pembekuan darah, dan pembangunan.

              Dalam ilmu makanan dan dalam konteks informal, karbohidrat istilah yang sering berarti setiap makanan yang sangat kaya di pati (seperti sereal, roti dan pasta) atau gula (seperti permen, selai dan makanan penutup).  Sedangkan nomenklatur ilmiah karbohidrat kompleks, karbohidrat nama yang sangat sering berakhir di akhiran-ose.

B.     Klasifikasi Karbohidrat

1.   Monosakarida : terdiri atas 3-6 atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis oleh larutan asam dalam air menjadi karbohidrat yang lebih sederhana.
tidak dapat dihidrolisis ke bentuk yang lebih sederhana. berikut macam-macam monosakarida : denagn ciri utamanya memiliki jumlah atom C berbeda-beda :
triosa (C3), tetrosa (C4), pentosa (C5), heksosa (C6), heptosa (C7).
Triosa : Gliserosa, Gliseraldehid, Dihidroksi aseton
Tetrosa : threosa, Eritrosa, xylulosa
Pentosa : Lyxosa, Xilosa, Arabinosa, Ribosa, Ribulosa
Hexosa : Galaktosa, Glukosa, Mannosa, fruktosa
Heptosa : Sedoheptulosa


2. Disakarida : senyawanya terbentuk dari 2 molekul monosakarida yg sejenis atau tidak. Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air sehingga terurai menjadi 2 molekul monosakarida.
hidrolisis : terdiri dari 2 monosakatida
sukrosa : glukosa + fruktosa (C 1-2)
maltosa : 2 glukosa (C 1-4)
trehalosa ; 2 glukosa (C1-1)
Laktosa ; glukosa + galaktosa (C1-4)


3. Oligosakarida :senyawa yang terdiri dari gabungan molekul2 monosakarida yang banyak gabungan dari 3 – 6 monosakarida
dihidrolisis : gabungan dari 3 – 6 monosakarida misalnya maltotriosa


4. Polisakarida : senyawa yang terdiri dari gabungan molekul- molekul  monosakarida yang banyak jumlahnya, senyawa ini bisa dihidrolisis menjadi banyak molekul monosakarida. Polisakarida merupakan jenis karbohidrat yang terdiri dari lebih 6 monosakarida dengan rantai lurus/cabang. 

C.    Manfaat Karbohidrat

            Adapun tiga fungsi utama dari karbohidrat yakni sebagai sumber energi, menjaga cadangan energi, serta pembentuk protein dan lemak dalam tubuh. Sebagai sumber energi, pada setiap satu gram karbohidrat bisa menghasilkan 4 kkalori.

            Sebagian karbohidrat yang masuk dalam tubuh akan diubah menjadi energi. Sebagian lainnya akan disimpan dalam bentuk glikogen di hati dan di otot. Beberapa jaringan tubuh ada yang hanya dapat menggunakan energi yang berasal dari karbohidrat saja, misalnya sistem syaraf dan eritrosit.

            Karbohidrat juga melindungi dan menjadi penghemat protein tubuh, karena kebutuhan energi merupakan prioritas utama. Jika asupan karbohidrat belum mencukupi dan begitupun dengan lemak, maka protein lah yang akan menggantikan fungsi karbohidrat sebagai penghasil energi.

            Manfaat karbohidrat lainnya adalah membantu metabolisme lemak dan protein. Hal tersebut dapat membantu mencegah terjadinya ketosis atau asidosis yang dapat merugikan tubuh dan pemecahan protein yang berlebihan. Beberapa jenis karbohidrat memiliki fungsi khusus dalam tubuh. Seperti laktosa yang membantu penyerapan kalsium dan ribosa yang merupakan komponen penting dalam asam nukleat. Ada juga beberapa golongan karbohidrat yang tidak dapat dicerna, tapi mengandung serat yang sangat berguna untuk pencernaan dan memperlancar buang air besar.

D.    Lintasan Metabolisme Karbohidrat

            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 (Siklus Kreb).

Karbohidrat, lipid dan protein sebagai makanan sumber energi harus dicerna menjadi molekul-molekul berukuran kecil agar dapat diserap. Berikut ini adalah hasil akhir pencernaan nutrien tersebut:

  Hasil pencernaan karbohidrat: monosakarida terutama glukosa

  Hasil pencernaan lipid: asam lemak, gliserol dan gliserida

  Hasil pencernaan protein: asam amino

Semua hasil pencernaan di atas diproses melalui lintasan metaboliknya masing-masing menjadi Asetil KoA, yang kemudian akan dioksidasi secara sempurna melalui siklus asam sitrat dan dihasilkan energi berupa adenosin trifosfat (ATP) dengan produk buangan karbondioksida (CO₂).

                 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 manusia dan bahan bakar universal bagi janin. Glukosa diubah menjadi karbohidrat lain misalnya glikogen untuk simpanan, ribose untuk membentuk asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, bergabung dengan lipid atau dengan protein, contohnya glikoprotein dan proteoglikan.

a)         Jalur-jalur metabolisme karbohidrat

Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat 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 metabolisme 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 dan protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh energy.

E. Tahap Metabolisme Karbohidrat

Tahap metabolism karbohidrat terdiri 3 fase yaitu :

1.   Glikolisis

2.   Siklus Kreb

3.   Fosforilasi Oksidatif

1.      Glikolisis

Glikolisis adalah katabolisme glukosa yang berlangsung di dalam sitosol semua sel, menjadi:

1.   asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)

2.   asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)

Tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut (pada setiap tahap, lihat dan hubungkan dengan Gambar Lintasan detail metabolisme karbohidrat):

1.  Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. ATP diperlukan sebagai donor fosfat dan bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Satu fosfat berenergi tinggi digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P)

                         Mg²⁺

Glukosa + ATP       glukosa 6-fosfat + ADP

2.   Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase. Enzim ini hanya bekerja pada anomer -glukosa 6-fosfat.

-D-glukosa 6-fosfat  -D-fruktosa 6-fosfat

3.   Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase. ATP menjadi donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P)

-D-fruktosa 6-fosfat + ATP  D-fruktosa 1,6-bifosfat

4.   Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi gliserahdehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase (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.   Gliseraldehid 3-fosfat dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat dengan bantuan enzim gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase. Dihidroksi aseton fosfat bisa diubah menjadi gliseraldehid 3-fosfat maka juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat.

D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD⁺ + P_i 1,3-bifosfogliserat + NADH + H⁺

Atom-atom hidrogen yang dikeluarkan dari proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD⁺ yang terikat pada enzim. Pada rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi. (+3P). 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.   Pada 1,3 bifosfogliserat, fosfat posisi 1 bereaksi dengan ADP menjadi ATP dibantu enzim fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat.

1,3-bifosfogliserat + ADP  3-fosfogliserat + ATP

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 bantuan enzim fosfogliserat mutase.

3-fosfogliserat  2-fosfogliserat

9.   2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. Enolase dihambat oleh fluoride. Enzim ini bergantung pada Mg²⁺ atau Mn²⁺.

2-fosfogliserat  fosfoenol piruvat + H₂O

10. Fosfat pada PEP bereaksi dengan ADP menjadi ATP dengan bantuan enzim piruvat kinase. Enol piruvat yang terbentuk dikonversi spontan menjadi keto piruvat.

Fosfoenol piruvat + ADP  piruvat + ATP

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 tak tersedia oksigen (anaerob), tak terjadi reoksidasi NADH melalui pemindahan unsur ekuivalen pereduksi. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat dengan bantuan enzim laktat dehidrogenase.

Piruvat + NADH + H⁺  L(+)-Laktat + NAD⁺

Dalam keadaan aerob, piruvat masuk mitokondria, lalu dikonversi menjadi asetil-KoA, selanjutnya dioksidasi dalam siklus asam sitrat menjadi CO₂.

Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

-   hasil tingkat substrat                                              :+ 4P

-   hasil oksidasi respirasi                                           :+ 6P

-   jumlah                                                                     :+10P

-   dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P

                                                                                   + 8P

Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

-   hasil tingkat substrat                                           :+ 4P

-   hasil oksidasi respirasi                                         :+ 0P

-   jumlah                                                                     :+ 4P

-   dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P: - 2P

                                                                          + 2P

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 alfa-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:
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.
Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid, selanjutnya TDP lepas.
           Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.
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.

Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:

1.      Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi hidroksietil TDP terikat oleh komponen kompleks enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO₂.

2.      Hidroksietil TDP 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.

4.      Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein yang mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Flavoprotein tereduksi dioksidasi oleh NAD⁺, sehingga memindahkan ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.

Piruvat + NAD⁺ + KoA  Asetil KoA + NADH + H⁺ + CO₂

3.      Siklus Asam Sitrat

            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, 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.
Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat diuraikan sebagai berikut:
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.

Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat diuraikan sebagai berikut:

1.      Kondensasi asetil KoA dengan oksaloasetat membentuk sitrat, dikatalisir sitrat sintase.

Asetil KoA + Oksaloasetat + H₂O  Sitrat + KoA

2.      Sitrat dikonversi menjadi isositrat oleh enzim akonitase (akonitat hidratase) yang mengandung besi Fe²⁺. Konversi berlangsung dalam 2 tahap, yaitu: dehidrasi menjadi sis-akonitat dan rehidrasi menjadi isositrat.

3.      Isositrat mengalami dehidrogenasi menjadi oksalosuksinat dibantu enzim isositrat dehidrogenase, yang bergantung NAD⁺.

Isositrat + NAD⁺  Oksalosuksinat  –ketoglutarat + CO₂ + NADH + H⁺

                                              (terikat enzim)

Kemudian terjadi dekarboksilasi menjadi –ketoglutarat yang juga dikatalisir oleh enzim isositrat dehidrogenase. Mn²⁺ atau Mg²⁺ berperan penting dalam reaksi dekarboksilasi.

4.      –ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi suksinil KoA dengan bantua

5.      n kompleks –ketoglutarat dehidrogenase, dengan kofaktor misalnya TDP, lipoat, NAD⁺, FAD serta KoA.

–ketoglutarat + NAD⁺ + KoA  Suksinil KoA + CO₂ + NADH + H⁺

^6.        Suksinil KoA berubah menjadi suksinat dengan bantuan suksinat tiokinase (suksinil KoA sintetase).

Suksinil KoA + P_i + ADP  Suksinat + ATP + KoA

7.      Suksinat mengalami dehidrogenasi menjadi fumarat dengan peran suksinat dehidrogenase yang mengandung FAD.

Suksinat + FAD  Fumarat + FADH₂

8.      Fumarat mendapatkan penambahan air menjadi malat dengan bantuan enzim fumarase (fumarat hidratase)

Fumarat + H₂O  L-malat

9.      Malat mengalami hidrogensi menjadi oksaloasetat dengan katalisator malat dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD⁺.

L-Malat + NAD⁺  oksaloasetat + NADH + H⁺

Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat

            Pada proses oksidasi asetil KoA, dihasilkan 3 molekul NADH dan 1 FADH₂. Sejumlah ekuivalen pereduksi dipindahkan ke rantai respirasi dalam membran interna mitokondria. Ekuivalen pereduksi NADH menghasilkan 3 ikatan fosfat berenergi tinggi (esterifikasi ADP menjadi ATP). FADH₂ menghasilkan 2 ikatan fosfat berenergi tinggi. Fosfat berenergi tinggi juga dihasilkan pada tingkat siklus (tingkat substrat) 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.

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, misalnya untuk berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika jumlah glukosa melampaui kebutuhan, maka dirangkai menjadi glikogen untuk cadangan makanan melalui proses glikogenesis.

            Glikogen merupakan simpanan karbohidrat dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan. Glikogen terdapat didalam hati (sampai 6%) dan otot jarang melampaui jumlah 1%. 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 -D-Glukosa yang bercabang.

            Glikogen otot adalah sumber heksosa untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati adalah simpanan sumber heksosa untuk dikirim keluar guna mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras. Tetapi glikogen otot hanya terkuras 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 heksokinase sedangkan di hati oleh glukokinase.

2.      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 enzim UDPGlc pirofosforilase.

UTP + Glukosa 1-fosfat  UDPGlc + PP_i

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

5.      Atom C₁ pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C₄ pada 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  UDP + (C6)_n+1

         Glikogen       Glikogen

Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 14 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.

6.      Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 14 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 16 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1glukosil 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.

                  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).

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 dan HO atau dilepaskan untuk dibawa dengan aliran darah kebagian tubuh yang memerlukannya sebagaimana digambarkan pada Gambar 5. 

HATI	DARAH	OTOT
glikogen                       fruktosa                       galaktosa glukosa                        ATP piruvat    lipida           CO+ HO                   sterol                   kolsterol	fruktosa galaktosa glukosa                    ATP piruvat   laktat	glikogen   glukosa                       ATP piruvat   laktat                                   ATP                         CO+ HO

Gambar 5. Gambaran Umum Metabolisme Karbohidrat: Hubungan antara hati, darah dan otot.

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.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

                  Adapun kesimpulan dari makalah ini yaitu :

1)      Karbohidrat terdiri dari karbon, hidrogen, dan atom oksigen diklasifikasikan sebagai mono-, di-, dan polisakarida, tergantung pada jumlah unit gula yang dikandungnya. Para monosakarida-glukosa, galaktosa, dan fruktosa-diperoleh dari pencernaan makanan yang diangkut dari mukosa usus melalui vena portal ke hati. Mereka dapat digunakan secara langsung untuk energi oleh semua jaringan, sementara disimpan sebagai glikogen di dalam hati atau otot, atau dikonversi menjadi lemak, asam amino, dan senyawa biologis lainnya.

2)      Metabolisme karbohidrat dimulai dengan glikolisis, yang melepaskan energi dari glukosa atau glikogen untuk membentuk dua molekul piruvat, yang masuk siklus Krebs (atau siklus asam sitrat), oksigen-membutuhkan proses, di mana mereka benar-benar teroksidasi. Sebelum siklus Krebs dapat dimulai, piruvat kehilangan kelompok karbon dioksida untuk membentuk asetil koenzim A (asetil-KoA). Reaksi ini tidak dapat diubah dan memiliki konsekuensi metabolik penting. Konversi piruvat ke asetil-KoA membutuhkan vitamin B.

B.     Saran

Saran yang ingin saya sampaikan adalah agar kita sebagai mahasiswa harus betul-betul memahami tahap-tahap atau jalur-jalur pada metabolism karbohidrat, beserta reaksi-reaksi yang dihasilkan dari tahap-tahap metabolisme tersebut.