Metabolisme Karbohidrat 2

5/28/2018 Metabolisme Karbohidrat 2

1/64

METABOLISMEKARBOHIDRAT


2/64

Tujuan Instruksional Umum

Memberikan pemahaman tentang:

Glikolisis

Glikogenesis Glikogenolisis

Glukoneogenesis

Hexosa monofosfat shunt

Pengaturan metabolisme Pengaruh hormon pada metabolisme

karbohidrat.


3/64

Pengantar

Karbohidrat merupakan senyawa organikyang pada tumbuhan terbentuk dari hasilfotosintesis yaitu reaksi dari

karbondioksida(CO2) dengan air(H2O)yang memerlukan energi.

Sedangkan reaksi kebalikannya pada ragidan hewan adalah fermentasi atau

glikolisis.fotosintesis

6CO2+6H2O+E -----------------------C6H12O6

fermentasi


4/64

Dari struktur molekulnya karbohidratterbagi menjadi 2 jenis yaitu:

Aldosa (derivat aldehid)

Contoh: glukosa

Ketosa (derivat keton)

Contoh: fruktosa

Sifat, reaksi kimia, metabolisme danfungsinya banyak dipengaruhi olehstruktur molekul karbohidrat itu sendiri.


5/64

Klasifikasi Karbohidrat1. Monosakarida

Yang banyak terlibat dalam metabolisme adalahgliserosa, dihiroksiaseton, ribosa, glukosa, galaktosa,fruktosa,mannosa.

2. Disakarida Yang banyak terlibat dalam metabolisme adalahmaltosa, sukrosa, laktosa.

3. Oligosakarida Yang banyak terlibat dalam metabolisme adalah

eritrodekstrin dan akrodekstrin.

4. Polisakarida Yang banyak terlibat adalah glikagon, amilum, inulin,

mukoprotein, glikolipid dan proteoglikan.


6/64

Didalam tubuh karbohidrat berfungsisebagai:

Senyawa struktural artinya ikut menyusunstruktur tubuh.

Misalnya menyusun dinding sel, organ dan jaringan.

Senyawa fungsional yaitu menyusun molekulfungsional.

Seperti nukleotida: DNA,RNA,FMN, Ig dan antisera.


7/64

Dalam proses metabolisme,karbohidrat merupakan sumberenergi seperti glukosa dan cadangan

energi seperti glikogen, disamping itujuga menghasilkan senyawa-senyawaantara (intermediate metabolisme)

yang dapat digunakan untuk prosesmetabolisme lainnya termasuk prosessintesis senyawa atau biomolekul

tertentu.


8/64

Pada keadaan patologismetabolisme karbohidrat berkaitan

dengan beberapa keadaancontohnya obesitas, aterosklerosis,asidosis laktat, diabetes mellitus dan

anemia hemolitik.


9/64

Garis Besar MetabolismeKarbohidrat

Meliputi berbagai proses (jalur-reaksi) ataujalur metabolisme sebagai berikut

1. Glikolisisglikolisis adalah jalur utama metabolismekarbohidrat yaitu merupakan proseskatabolisme (oksidasi) glukosa atau glikogen

menjadi piruvat atau asam laktat melalui jalurEmbden-Meyerhof Pathway.Dan jalur initerjadi hampir disemua sel tubuh. Padakeadaan normal, sel syaraf (otak) dan eritrositmemperoleh energi hanya dari glikolisis.


10/64

Lanjutan

2. Glikogenesis

Merupakan jalur sintesis glikogen dariglukosa yang umumnya berlangsungdidalam hepar dan otot, berperanuntuk menambah simpan ataucadangan glikogen didalam tubuh

yang bila diperlukan dapat dibongkaruntuk dioksidasi kembali.


11/64

3. Glikogenolisis

Merupakan proses penguraian

glikogen,yang hasil utamanyadihepar adalah glukosa, sedangkandi otot hasil utamaya adalah

piruvat dan laktat


12/64

Lanjutan

4. Oksidasi piruvat menjadi asetil Ko-A

proses ini merupakan langkah pembuka

jalan untuk masuknya senyawa hasilglikolisis kedalam siklus asam sitrat atausiklus krebs yang merupakan jalurumum akhir dari oksidasi

karbohidrat,lemak dan protein.


13/64

5. Jalur pentosa monofosfat (HexosaMonofosfat Shunt)

Jalur ini merupakan jalur alternatif ataujalur lain dari Embden-Meyerhofpathway dalam oksidasi glukosa. Jugamerupakan jalur utama penghasilNADPH dan Ribosa. NADPH diperlukan

pada proses sintesis reduktif,sedangkan ribosa merupakan senyawayang ikut menyusun nukleotida.


14/64

Lanjutan

6. Glukoneogenesis.

Proses sintesis glukosa atau glikogen darisenyawa bukan karbohidrat, dapat dariasam lemak, gliserol, asam laktat atauasam amino. Sedangkan padaruminansia dapat dari asam propionat.Jalur reaksi yang terlibat atau terkait

dengan glukoneogenesis adalah sikluskrebs dan jalur glikolisis yangterbalik(reaksi reversibel).


15/64

Semua reaksi ini berlangsung dalamsitosol sebab enzim-enzim yang

berperan mengkatalisis reaksitersebut berada dalam sitosol.


16/64

Jalur Umum Metabolisme Karbohidrat

Glikogen

Glukosa-1P

Glukosa-6P

Fruktosa 1,6 bisfosfat

Triosa-P

Fosfoenol Pirovat

Alfa ketoglutaratSitrat

SIKLUS KREBS

Asetil KoAPiruvat

oxaloasetat

laktat

CO2

Gliserol

Glukosa

CO2

PropionatPropionat


17/64

Glikolisis

Glikolisis dapat berlangsung hampir di semuajaringan tubuh.

Sel syaraf dan eritrosit memperoleh energi

hanya dari glikolisis. Penelitian pada awal penemuannya dimulai dari

pengamatan perubahan biokimia pada ototyang berkontraksi.

Bila otot berkontraksi pada keadaan tidakada oksigen(anerobik).

Glikogen otot akan hilang tetapi munculpiruvat dan laktat.


18/64

Bila kemudian otot tadi diberi oksigen lagi(aerobik) maka piruvat dan laktat akanhilang sebaliknya glikogen akan muncul

lagi. Pada kondisi ini piruvat dan laktat akan

mengalami oksidasi lebih lanjut menjadiCO2 dan H2O.

Hal ini terjadi karena ada reoksidasi dariNADPH yang terbentuk dari glikolisis yangterhambat karena tidak ada oksigen


19/64

Lanjutan

Dengan dasar diatas maka glikolisis ada2 macam: Glikolisis aerob

Glikolisis anaerob Keduanya mempunyai langkah reaksi

yang sama, kecuali hasil akhirnya dan

jumlah energi yang dihasilkan berbeda.


20/64

Pada glikolisis aerob hasil akhiradalah piruvat dan energi yang

dihasilkan sebanyak 8 ATP. Pada glikolisis anaerob hasil

akhirnya adalah laktat dandihasilkan 2 ATP.


21/64

Untuk mendapatkan jumlah ATP sepertipada reaksi glikolisis aerob maka reaksi

jalur anaerob harus bekerja lebih aktifdan membutuhkan substrat dan enzimyang lebih banyak.

Seluruh persamaan reaksi pada glikolisis

anaerob secara singkat adalah :Glukosa + 2 ADP + 2Pi ----------2

laktat + 2 ATP +2H2O


22/64

Langkah-langkah reaksi glikolisis

1. Aktivasi Glukosa Untuk masuk kedalam reaksi glikolisis,

glukosa diaktifkan terlebih dahulu melalui

reaksi fosforilasi yang memerlukan 2 ATP danion Mg serta enzim hexokinase di otot,sedangkan dalam sel parenkim hepar dan selpulau langerhans pankreas adalah oleh enzimglukokinase. Aktivasi ini menghasilkan

glukosa 6 fosfat.

Glukosa + ATP----------Glukosa 6-P+ ADP

Mg


23/64

Hexokinase pada dasarnya berbedadengan glikokinase sebab hexokinasemempunyai afinitas yang tinggi terhadapglukosa (substratnya) sebab enzim ini

mempunyai nilai Km yang rendah. Enzim ini bertanggung jawab untuk

kelangsungan oksidasi glukosa di seljaringan perifer.

Glukokinase mempunyai afinitas yangrendah terhadap glukosa sebabmempunyai Km yang tinggi.


24/64

Enzim ini akan aktif pada kadarglukosa darah tinggi misalnya

sesaat setelah makan. Enzim ini sangat bertanggung jawab

terhadap penyimpanan atau

pembongkaran glikogen di hepar


25/64

Lanjutan

2. Glukosa -6P yang berasal dari glukosaatau dari perubahan glukosa 1P dariglikagon, selanjutnya mengalami

isomerisasi glukosa -6P oleh enzimfosfohexosa isomerase akan diubahmenjadi fruktosa-6P.

Glukosa-6P--------------fruktosa-6P

isomerase


26/64

Lanjutan

3. Fruktosa-6P kemudian akan mengalamifosforilasi kembali menjadi fruktosa 1,6bifosfat.

Reaksi ini berjalan searah(irreversible)memerlukan

ATP dan enzim fosfofruktokinase yang bersifatallosterik artinya dapat memacu reaksi ini.

Oleh karena itu merupakan salah satu reaksi yangberperan sebagai kontrol atau mengatur kecepatan

glikolisis.

Fruktosa-6P + ATP------------Fruktosa 1,6

bisfosfat


27/64

4. Fruktosa 1,6 bisfosfat merupakanbentuk yang tidak stabil sehinggamudah diurai oleh enzim aldolasemenjadi triosafosfat yaitu gliseraldehid -3P dan dehidroksiaseton fosfat.

Fruktosa 1,6 bisfosfat--------Gliseraldehid

-3P +Dihidroksi aseton - P


28/64

Lanjutan5. Gliseraldehid-3P dapat mengalami

interkonversi artinya dapat salingmembentuk dengan bantuan enzim

fosfotriosa isomerase. Gliseraldehid-3P---------Dihidroksi

asetonP

Gliseraldehid-3P selanjutnya dioksidasimenjadi 1,3-difosfogliserat dikatalisisoleh enzim gliseraldehid-3Pdehidrogenase yang memerlukan NAD.


29/64

Pada reraksi ini terbentuk ikatan fosfatenergi tinggi.

Ikatan fosfat energi tinggi ini dapatditangkap pada reaksi berikutnya yangmemerlukan enzim fosfogliseratkinasesehingga terbentuk 3-fosfogliserat.

Gliseraldehid 3P+NAD+Pi1,3 bisfosfogliserat+NAD+H 1,3 bisfosfogliserat+ADP3 Fosfogliserat + ATP


30/64

Lanjutan Dua NADH untuk setiap 1 mol glukosa yang

terbentuk dapat berlanjut ke rantai respirasisehingga dihasilkan 6 ATP.

Reaksi ini dapat dihambat oleh arsenat yangbersaing dengan fosfat anorganik (inhibisikompetitif) sehingga terbentuk 1-arseno-3-fosfogliserat tanpa menghasilkan energi (ATP).

Ini merupakan suatu contoh bahwa arsenatdapat memisahkan oksidasi dan fosforilasi.


31/64

Lanjutan7. 3-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat

mutase diubah menjadi 2-fosfogliseratdan senyawa intermediatenya adalah

2,3-bisfofogliserat. Selanjutnya 2fosfogliserat oleh enolase (memerlukanion Mg atau Mn) diubah menjadi

fosfenolpiruvat dan air.Reaksi ini dapatdihambat oleh fluorida.

2-fosfogliserat ------fosfenolpiruvat +H2O


32/64

8. Fosfenol piruvat oleh piruvat kinasediubah menjadi piruvat, dihasilkan

2 molekul ATP untuk setiap 1molekul glukosa.

Fosfenol piruvat + ADP Piruvat +ATP


33/64

Lanjutan

9. Piruvat dalam keadaan anaerob dapatdireduksi menjadi laktat. Reaksi inimemerlukan NADH dan laktat dehidrogenase.

Piruvat +NADH + H --------Laktat + NAD


34/64


35/64

Glikogenesis & Glikogenolisis

Glikogenesis & glikogenolisi berbedaproses.

Reaksi dapt terjadi di hepar & otot. Glikogenesis dimulai dari aktivadi glukosa

oleh hexokinase atau glukokinase glukosa-6P.

Glukosa-6P glukosa-1P oleh enzimfosfoglukomutase yg perlu ion Mg.


36/64

Glukosa-1P + Uridin trifosfat (UTP) nukleotida aktif uridin difosfat glukosa

(UDPGlc). UTP + glukosa-1P UDPGlc + Ppi

UDPGlc berikatan dgn C4 residu glukosarterminal dr molekul glikogen primermelalui ikatan glikosidik 1 -> 4 & UDPdilepas kembali, dgn demikian rantaiglikogen primer bertambah panjang.

Reaksi dikatalisis glikogen sintase. UDPGlc + glikogen (C6)n glikogen (C6)n+1

+ UDP.


37/64

Setelah rantai glikogen bertambahpanjang mencapai 11 molekul residuglukosa percabangan melaluiikatan glikosidik 1 -> 6 oleh enzimpercabangan amilo (1->4(1->6)transglukosidase.

Glikogen hepar glukosa darah,glikogen otot glikolisis di otot itusendiri.


38/64

Kandungan glikogen hepar 1,0% = 72 g(berat hepar 72 g)

Kandungan glikogen otot 0,7% = 245 g(massa otot 35 kg)

Glukosa ekstrasel 0,1% = 10 g(volume 10 lt)


39/64

Glukosa darah mulai menurun krndioksidasi maka cadangan

glukosa (glikogen) dibongkarmelalui jalur glikogenolisis.

Pada keadaan puasa kandungan

glikogen hepar akan habis.


40/64

Reaksi glikogenolisis dimulai dari kerja enzimfosforilase yang bertanggung jawab untukfosforilisis. Glikogen (C6) + Pi Glikogen (C6) n-1 + Glukosa-1P

Enzim glukan transferase berfungaimemutus & memindahkan unit trisakaridadari satu cabang ke cabang yg lain,

selanjutnya terjadi pemecahan ikatan 1->6 oleh enzim aminlo (1->6) glukosidase &selanjutnya terbentuk glukosa-1P.


41/64

Glukosa-1P oleh fosfoglukomutase ygperlu Mg diubah glukosa-6P dgntambahan H20 & enzim glukosa-6

fosfatase dilepaskan glukosa bebas &fosfat anorganik.

Glukosa bebas dpt masuk ke sirkulasiumum jaringan perifer.

Dlm otot enzim ini tidak ada sehinggaglikogenolisis di otot tidak dapatmenghasilkan glukosa bebas, glukosa-6Pjalur glikolisis.


42/64


43/64

Pengaturan Glikogenesis dan


44/64

Pengaturan Glikogenesis dan

Glikogenolisis Enzim pengendali glikogenesis adalah glikogen

sintase dan untuk glikogenolisis adalah olehenzim glikogen fosforilase.

Kedua enzim ini bekerja secara allosterik dan

modifikasi kovalen yang melibatkan fosforilasidan defosforilasi dan banyak faktor yangmempengaruhi pada pengendalian tersebut.

Modifikasi kovalen disebabkan oleh kerja siklikAMP (c-AMP), senyawa ini bekerja atau sebagaisecond messeger dan banyak hormon bekerjadisini.


45/64

C-AMP berasal dari ATP oleh enzimadenilat siklase, sedangkan adenilatsiklase diaktifkan olen epinephrin dan

norepinephrin yang bekerja lewatreseptor beta adrenergik pada membrandinding sel, di dalam hepar oleh enzimglukagon yang bekerja lewat akseptor

glukagon yang independen. Hormon insulin memacu sintesis glikogen

di otot melalui aktivitas defosforilasi danaktivasi enzim glikogen sintase.


46/64

Glukoneogenesis dan Pengendalian


47/64

Glukoneogenesis dan PengendalianKadar Gula Darah

Glukoneogenesis meningkat pada keadaantubuh kekurangan energi yang berasal darioksidasi glukosa misalnya pada kelaparan danpenderita Diabetes Mellitus tak terkontrol.

Glukosa merupakan satu-satunya bahan bakarpenghasil energi bagi otot pada keadaananaerob, sedangkan pada eritrosit dan selsyaraf pada keadaan normal hanya dapatmemanfaatkan glukosa sebagai sumber energi

kecuali pada keadaan ketonemia,maka pada selsyaraf (otak) dapat mengoksidasi benda ketonsebagai sumber energi.


48/64

Glukosa juga dibutuhkan oleh jaringanadiposa sebagai sumber gliserida-gliserolyang mempunyai peranan untuk

mempertahankan kadar senyawa antarapada siklus asam sitrat.

Reaksi dalam glikolisis ada yang bersifatirreversible dan ada yang reversible.

Reaksi reversible yaitu piruvat menjadi fosfenol piruvat

fruktosa-6P menjadi fruktosa 1,6 bisfosfat

glukosa menjadi glukosa 6P

glukosa-1P menjadi glikogen


49/64

Glukoneogenesis1. Piruvat dan fosfoenol piruvat

untuk merubah piruvat kembali menjadifosfoenol piruvat maka piruvat perlu

diubah menjadi oxaloasetat. Perubahan ini terjadi di mitokondria yang

memerlukan piruvat karboksilase, ATP,biotin dan CO2.

Oxaloasetat selanjutnya diubah menjadimalat. Kemudian malat dapat menembuskeluar dari mitokondria ke sitosol yangselanjutnya malat diubah oxaloasetat.


50/64

Oxaloasetat extramitokondria akandiubah menjadi fosfoenol piruvat olehenzim fosfoenol pirufat karboksikinasedengan bantuan GTP atau ITP.


51/64

Lanjutan2. Fruktosa 1,6 bisfosfat dan fruktosa 6-fosfat

Di dalam hepar, ren dan otot lurik terdapatenzim fruktosa 1,6 bisfosfatase yangmengkatalisis perubahan fruktosa 1,6

bisfosfat menjadi fruktosa-6P. Enzim ini jugauntuk sintesis glikogen dari triosa.

3. Glukosa-6P dan glukosa

Di dalam sel hepar dan ren terdapat enzimglukosa-6P yang berperan mengubahglukosa-6P menjadi glukosa. Enzim ini tidakterdapat dalam sel otot dan jaringan adiposa.


52/64

Lanjutan

4. Glukosa-1P dan glikagon

Gliserol dari jaringan adiposa dapatdiubah menjadi gliserol-3P dihepar dan

ren oleh katalisis gliserol kinase yangmemerlukan ATP.

5. Kemudian gliserol-3P mengalamioksidasi menjadi dihidroksiaseton fosfat

oleh enzim gliserol-3 fosfatdehidrogenase yang memerlukan NAD.Selanjutnya oleh katalisis enzim diatasdapat diubah sampai menjadi glukosa.


53/64


54/64

Pada keadaan terjadi penurunan kadarglukosa darah maka glukagon danepinephrin akan memacuglukoneogenesis dan menghambatglikolisis dalam hepar denganmeningkatkan kadar c-AMP dan memacu

kerja piruvat kinase. Sedangkanadrenalin berperan menaikkan kadarglukosa darah dan memacu glikolisis.


55/64

Kadar Glukosa Darah Kadar glukosa darahpada manusiabervariasipada keadaan kenyang dan lapar yaitu berkisar

antara 80-120 mg%. Sesaat setelah makan kadar glukosa darah

naik dapat sampai 170mg% tetapi setelah 2jam turun sampai ke nilai normal. Kadar glukosa yang turun mendadak

(hipoglikemia) misalnya akibat mendapatsuntikan insulin dapat mengakibatkan kejang

sampai koma.


56/64

Kadar glukosa darah yang tinggi diatasnormal disebut hiperglikemia misalnyapada penderita DM.

Kadar glukosa darah dapat berasal dariabsorbsi glukosa oleh usus halus atauinfus dextrose.

Dapat juga dari hasil glikogenolisis dihepar dan dari glukoneogenesis, misalnyadari laktat (siklus kori)


57/64

Kadar glukosa darah diaturoleh berbagai hormon

1. Insulin

Insulin berperan langsung dalam pengambilanglikosa darah oleh sel otot dan sel jaringan

adiposa tetapi tidak berefek langsung padapengambilan glukosa oleh sel hepar. Olehkarena itu pada hipoinsulinemia maka kadarglukosa darah naik misalnya pada DM. Insulin

memiliki efek cepat untuk memacu kerjaenzim glikogen sintase.


58/64

2. Glukagon

Kerja hormon berlawanan denganinsulin, sekresinya oleh sel A pulaulangerhans dipacu oleh keadaanhipoglikemia. Efeknya memacuglikogenolisis dengan mengaktifkan

kerja enzim fosforilase, juga memacuglukoneogenesis dari asam amino danlaktat.


59/64

3. Hormon pertumbuhan (GH)

Efek hormon pertumbuhan dankortikotropin(ACTH) adalah menaikkan

kadar glukosa darah sehingga disebutmempunyai efek diabetogenik.

4. Glukokortikoid

Hormon ini memacu glukoneogenesis.Efek ini terjadi karena ada peningkatankatabolisme protein jaringan danpengambilan asam amino oleh hepar.


60/64

5. Hormon Tiroid

Mempunyai efek menaikkan kadarglukosa darah. Juga memacu

pemakaian glukosa oleh sel.6. Epinephrin

Berefek memacu glikogenolisis dalamhepar dan otot. Epinephrin disekresioleh medulla adrenalis akibat stres,perdarahan, takut dan hipoksia.


61/64

Hexosa Monofosfat Shunt

Merupakan jalur samping dari glikolisisyang berperan dalam menghasilkanNADPH dan ribosa.

Proses HMS sangat aktif di hepar, jaringanadiposa, kortex adrenal, tiroid, eritrosit,testis dan kelenjar mammae yang sedanglaktasi,tetapi tidak aktif diotot.

NADPH dihasilkan pada reaksi pertamadan kedua yang dikatalisis oleh enzimglukosa-6 fosfat dehidrogenase.

Oksidasi Piruvat Asetil


62/64

Oksidasi Piruvat Asetil-KoA

Jalur ini merupakan jalur irreversibel dariglikolisis menuju siklus asam sitrat.

Senyawa harus diangkut ke mitokondriamenggunakan transporter piruvat, reaksidikatalisis enzim piruvat dihidrogenasekompleks.

Reaksi ini bergantung pada kofaktorvitamin tiamin difosfat.


63/64

Kondisi ketidakmampuan memetabolismepiruvat kerapkali menyebabkan asidosislaktat.

Ion arsen (merkuri) akan menggabungkangugus SH asam lipoat menjadi kompleks &menghambat kerja piruvat dehidrogenase.

Bila terjadi defisiensi tiamin memungkinkanterjadi penumpukan piruvat.

Pd alkoholisme dgn status gizi buruk seringdefisiensi tiamin, bila diberi glukosa penumpukan glukosa asidosis laktat kematian.


64/64

Defisiensi piruvat dehidrogenase herediter dptterjadi akibat defek salah satu komponen ataulebih dlm kompleks enzim menunjukkanasidosis laktat, khususnya setelah pemberianglukosa.

Defisiensi aldose A herediter & defisiensipiruvat kinase dlm eritrosit anemiahemolitik.

Kemampuan melakukan kerja fisik pdpenderita defisiensi fosfofruktokinase otot rendah, terutama bila diet banyak KH. Bilamenggunakan lipid sebagai bahan bakaralternatif kemampuan kerja membaik.

Metabolisme Karbohidrat 2

Documents

Transcript of Metabolisme Karbohidrat 2