Metabolisme Karbohidrat

BAB II
METABOLISME KARBOHIDRAT

Metabolisme karbohidrat mencakup reaksi-reaksi monosakarida, terutama glukosa, disamping itu fruktosa dan galaktosa. Metabolisme karbohidrat terdiri dari beberapa tahapan.

A. GLIKOLISIS
1. Glukosa
Proses glikolisis terjadi di sitoplasma yang menghasilkan 2 asam piruvat, 2 NADH dan 2 ATP. Langkah awal katabolisme glukosa dilakukan oleh enzim-enzim glikolisis yang terletak dalam sitoplasma.
Glikolisis dapat dibagi dalam dua fase yaitu fase yang memerlukan ATP dan fase yang menghasilkan ATP. Pada fase pertama, ATP digunakan untuk mengubah 1 molekul glukosa menjadi 2 molekul gula 3-karbon yang terfosforilasi. Pertama, gugus fosforil dipindahkan dari ATP ke glukosa untuk membentuk glukosa 6-fosfat, reaksi ini dapat dikatalisis oleh 2 enzim yang berbeda, heksokinase dan glukokinase, dimana keberadaan enzim heksokinase terdapat pad semua sel dan enzim glukokinase terutama terdapat dalam hati, yang juga membantu mengatur kadar glukosa dalam darah.
Glukosa 6-fosfat mengalami isomerisasi yaitu pengubahan glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat dengan enzim fosfoglukoisomerase yang tidak memerlukan kofaktor dan terdapat dalam jaringan otot. Fruktosa 6- fosfat mengalami fosforilasi yng memerlukan ATP untuk membentuk fruktosa 1,6 bisfosfat yang mengkatalisisnya adalah enzim fosfofruktokinase sebagai enzim pembatas kecepatan pada glikolisis.
Fruktosa 1,6 bisfosfat dipecah menjadi 2 molekul triosa fosfat, yaitu dihidroksiaseton fosfat dan gliseraldehida 3-fosfat yang mejadi katalis adalah enzim aldose. Dan kemudian dihidroksiaseton fosfat akan mengalami isomerisasi menjadi gliseraldehid 3-fosfat karena yang mengalami reaksi lebih lanjut dalam proses glikoisis adalh glisraldehid 3-fosfat.
Fase kedua, adalah diubahnya gliseraldehid 3 fosfat menjadi piruvat, dan perubahan energi bebas dari keseluruhan reaksi digunakan mengfosforilsi ADP menjadi ATP dan mereduksi NAD nenjadi NADH. Pertama glisraldehid 3-fosfat dioksidasi menjadi 1,3 bifosfogliserat, NAD direduksi menjadi NADH, karena ia merupakan anhidrida asam fosforik karboksilat, 1,3 bifosfogliserat adalah senyawa berenergi tinggi. Pada reaksi berikutnya, gugus fosfat berenergi tinggi ini dipindahkan ke ADP, membentuk ATP dan 3 fosfogliserat. Zat yang teakhir ini mengalami mengalami isomerisasi membentuk senyawa berenergi tinggi yang lain, fosfoenolpiruvat. Akhirnya fosfoenolpiruvat memindahkan fofat berenergi tingginya ke ADP, membentuk ATP dan piruvat. Kedua reaksi yang menghasilkan ATP pada glikolisis merupakan fosforilasi tingkat substrat, yaitu pemindahan gugus fosforil ke ADP dari senyawa berenergi tinggi lain.
Hasil bersih glikolisis adalah 2ATPdan 2 NADH untuk setiap molekul glukosa yang didegradasi menjadi piruvat. Fase pertama memerlukan 2 ATP, sedangkan fase kedua menghasilkan 4 ATP dan 2 NADH.

2. fruktosa dan galaktosa
Setelah glukosa , monosakarida yang terbanyak dalam metabolisme bahan bakar adalah fruktosa dan galaktosa. Kedua senyawa ini terutama dikatabolisma dalam hati.
Pada fruktosa reaksi yang pertama dikatalisis oleh fruktokinase, froktosa 1 fosfat yang dihasilkan kemudian membelah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan gliseraldehida. Gliseraldehida akan diubah menjadi gliseraldehida 3 fosfat yang kemudian masuk kelintasan glikolisis sebagai triosa fosfat.
Langkah pertama katabolisme galaktosa dikatalisis oleh galaktokinase, galaktosa 1 fosfat yang dihasilkan masuk kelintasan yang pertama memerlukan dan kemudian membentuk kembali nukleotida yang berasal dari glukosa, uridin difosfat glukosa ( UDP-glukosa ). Galaktosa 1 fosfat uridiltransferase mengkatalisis pemindahan nukleotida uridin yang terdapat pada UDP-glukosa ke galaktosa 1 fosfat dan UDP galaktosa. UDP galaktosa kemudian diubah menjadi UDP glukosa melalui kerja suatu epimerase. UDP glukosa dapat berperan sebagai substrat untuk sintesis glikogen atau transferase, diubah menjadi glukosa 1 fosfat. Zat yang terakhir ini dapat mengalami isomerisasi menjadi glukosa 6 fosfat dan masuk ke gliolisis.

Reoksidasi NADH di sitoplasma
NADH yang dihasilkan disitoplasma tidak dapat menembus mitokondria, dan elektron harus ditransfor kedalam mitokondria dengan menggunakan 2 “Shuttle”
Pertama malat shuttle yang terjadi dalam hati, ginjal, dan jantung. Dalam sitoplasma, elektron dipindahkan dari NADH ke asam 4 karbon, oksaloasetat mereduksinya menjadi malat, malat masuk ke mitokondria, dimana ia mereduksi NAD menjadi NADH. Oksloaset yang dihasilkan hanya dapat meninggalkan mitokondria setelah diubah menjadi aspartat. Oksaloasetat ekstramitokondria dibentuk kembali dari aspartat.
Kedua gliserol fosfat shuttle yang digunakan otot rangka dan otak, dalam sitoplasma elektron dipindahkan dari NADH ke dehidroksiaseton fosfat, membentuk gliserol 3 fosfat. Zat yang terakhir ini masuk ke mitokondria dan memindahkan elektronnya ke FAD. Dihidroksiaseton yang terbentuk dalam mitokondria dapat kembali ke sitoplasma untuk mengulangi proses. Sel yang menggunakan gliserol fosfat shuttle menghasilkan ATP lebih sedikit untuk setiap NADH yang ditimbulkan pada glikolisis dibandingkan sel yang menggunakan malat shuttle.
Pada otot yang berkontraksi cepat, oksigen tidak dapat dikirimkan ke mitokondria, cukup cepat untuk reoksidasi semua NADH yang dihasilkan oleh lintasan glikolitik. Dalam keadaan ini, ekuivalen pereduksi dikeluarkan dari otot ke hati. Bila konsentrasi NADH sitoplasma meningkat, laktat dehidrogenase menkatalisis pemindahan ekuivalen pereduksi dari NADH ke piruvat, karena itu membentuk laktat. Laktat meninggalkan otot dan diangkut dalam sirkulasi ke hati. Disini, laktat dehidrogenase mengkatalisis pemindahan elektron kembali ke NAD, piruvat terbentuk kembali. Piruvat yang dibentuk ini dapat digunakan untuk mensintesis glukosa melalui glukoneogenesis. Glukosa masuk kembali ke sirkulasi dan dapat kembali ke sel otot, fungsi siklus ini, yang dinamakan siklus Cori, adalah memindahkan ekuivalen pereduksi yang berlebihan dari otot ke hati. Hal ini memungkinkan otot berfungsi secara anaerobic dalam waktu singkat. Karena sel darah merah tidak mempunyai mitokondria, mereka juga tergantung pada laktat dehidrogenase untuk regenerasi NAD.
B. DEKARBOKSILASI OKSIDATIF
Dekarboksilasi oksidatif terjadi didalam matrik mitokondria. Ini merupakan proses perombakan asam piruvat yang dihasilkan dari proses glikolisis. Jika didalam sel ada oksigen, maka piruvat hasil dari glikolisis akan dikatabolisme lebih lanjut untuk menghasilkan lebih banyak ATP.untuk kepentingan ini, asam piruvat akn ditransfer kedalam mitokondria yang kemudian mengalami proses dekarboksilasi oksidatif yaitu pelepasan karbon dioksida dari gugus asam piruvat dan bereaksi dengan koenzim A sehingga menghasilkan asetil s-KoA. Pada proses ini dikatalisis oleh kompleks enzim piruvat dehidrogenase.
C. SIKLUS ASAM SITRAT/SIKLUS KREBS
Proses selanjutnya adalah siklus asam sitrat/siklus krebs yang masih terjadi di matriks mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan cara mengoksidasi Asetil Ko A yang dihasilkan oleh katabolisme parsial karbohidrat dan lipid.
Reaksi pertama, asetil KoA memasuki siklus dengan mengadakan kondensasi dengan oksaloasetat membentuk sitrat. Energi yang diperlukan untuk menjalankan reaksi ini disediakan oleh ikatan tioester berenergi tinggi Asetil KoA.
Reaksi kedua, sitrat diubah menjadi isositrat, reaksi ketiga secr dekarboksilasi oksidatif membentuk ketoglutarat dan CO2, sedangkan NAD direduksi menjadi NADH. Reaksi keempat ketoglutarat juga mengalami dekarboksilasi oksidatif. Hasil reaksi ini adalah sukinil KoA, CO2 dan NADH. Enzim yang mengkatalisis reaksi 4, ketoglutarat dehidrogenase merupakan kompleks multi enzim yang sangat mirip dengan privat dehidrogenase dalam struktur dan mekanisme kerjanya. Seperti privat dehidrogenase, ia mengandung 3 aktivitas enzimatik dan memerlukan tiamin pirofosfat, asam lifoat, KoA, FAD dan NAD untuk aktivitasnya. Hasil reaksi, suksenil KoA mengandung ikatan tioester berenergi tinggi. Reaksi kelima suksinat dilepaskan dari KoA dan energi bebas dari ikatan tioester digunakan untuk membentuk guanosin triposfat (GTP). GTP seperti ATP, merupakan nukleosida trifosfat ; berperan pada pembentukan ATP dengan memindahkan gugus fosforil terminalnya pada ADP. Jadi, siklus asam sitrat mempunyai suatu reaksi fosforilasi tingkat substrat. Reaksi keenam suksinat dioksidasi menjadi fumarat, ini adalah satu-satunya reaksi siklus asam sitrat yang menggunakan FAD bukan NAD sebagai aseptor ekuivalen pereduksi. Reaksi ketujuh fumarat mengalami hidrasi membentuk malat, dan reaksi kedelapan malat kemudian dioksidasi menjadi oksalo asetat pada reaksi yang menghasilkan NADH lain. Oksalo asetat yang dihasilkan pada reaksi yang terakhir untuk mengulangi siklus dengan molekul asetil Ko-A lain.
D. FOSFORILASI OKSIDATIF
Melalui kerja lintasan katabolik yang dijelaskan diatas, NAD dan FAD direduksi masing-masing menjadi NADH dan FADH2. pada stadium akhir katabolisme bahan bakar, koenzim-koenzim tersebut direoksidasi, dan energi bebas yang terjadi pada proes ini menjalankan fosforilasi ADP. Keseluruhan reaksi yang dinamakan fosforilasi oksidatif, dilakukan melalui kopel dua komponen membran dalam mitokondria: rantai transfor electron, yang juga dinamakan rantai pernafasan; dan ATPase mitokondria ( dinamakan demikian karena reaksinya berlawanan dengan reaksi pembentukan ATP ).
Rantai transfor electron terdiri dari serangkaian karier elektron yang dihubungkan dengan membran dalam mitokondria. Rantai menerima elektron dari NADH dan FADH2 dan akhirnya menyumbangkannya ke O2, membentuk air. Karena electron NADH masuk kedalam rantai pada NADH dehidrogenase, mereka mengaktifkan ketiga pompa. Sedangkan elektron FADH2 masuk rantai pada koenzim Q, sehingga hanya mengaktifkan dua pompa.
Aktivitas pompa menimbulkan gradien proton disepanjang membran dalam mitokondria. Proton yang masuk kembali ke mitokondria melaui ATPase mitokondria menjalankan pembentukan ATP oleh mekanisme yang tidak diketahui. Pada proses kopel transfor elektron dan sintesis ATP, oksidasi 1 NADH menghasilkan 3 ATP dan oksidasi 1 FADH menghasilkan 2 ATP.
Glukoneogenesis
Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Disini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yang disebut glukoneogenesis(pembentukan gula baru). Pada dasarnya glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa dari senyawa-senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung terutama di dalam hati. Walaupun proses glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa, namun bukan kebalikan dari proses glikolisis. Karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak reversible/irreversible, artinya diperlukan enzim lain untuk reaksi kebalikannya. Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversible/irreversible tersebut, maka proses glukoneogenesis berlangsung melalui tahap reaksi lain, yaitu:
- Fosfoenolpiruvat dibentuk dari asam piruvat melalui pembentukan asam oksaloasetat.
- Fruktosa 6-fosfat dibentuk dari fruktosa 1,6 fosfat dengan cara hidrolisis oleh enzim fruktosa 1,6 fosfatase.
- Glukosa dibentuk dengan cara hidrolisis glukosa 6 fosfat dengan katalis glukosa 6 fosfatase.


BAB III
KESIMPULAN

Metabolisme karbohidrat terdiri dari beberapa tahapan yaitu glikolisis yang terjadi di sitoplasma, dekarboksilasi oksidatif, siklus asam sitrat, dan fosforilasi oksidatif yang semuanya terjadi di matriks mitokondria yang setelah diproses secara menyeluruh akan menghasilkan energi berupa ATP.
Metabolisme yang merupakan proses kimia yang terjadi dalam sel sangat dipengaruhi oleh enzim-enzim yang berperan sebagai pengatur dan pengendali sehingga proses metabolisme ini dapat berlangsung dengan cepat dan tanpa terjadi kesalahan.


DAFTAR PUSTAKA

Colby. Diane.S., Ringkasan Biokimia Harper : (Biochemistry:a synopsis). Penerbit EGC, Jakarta, 1996.
Poedjiadi , Ana., Dasar-Dasar Biokimia. Penerbit UI Press. 1994.
Lehninger. L Albert.,Dasar-Dasar Biokimia. Penerbit Erlangga. 1995.
…………………Materi Mata Kuliah Biokimia . 2003.