Metabolisme Karbohidrat. Drh. Fika Yuliza Purba, M.Sc.

Metabolisme Karbohidrat

Drh. Fika Yuliza Purba, M.Sc.

Materi

• Karbohidrat

• Sintesis Karbohidrat

• Skema dasar metabolisme karbohidrat

– Glikolisis

– Glikogenesis – Glikogenolisis

– Glukoneogenesis

Karbohidrat

• Penting untuk makhluk hidup sebagai bahan nutrisi utama dan sebagai struktur dasa makhluk hidup

• Tanaman: menghasilkan karbohidrat (fotosintesis)

• Hewan/manusia: konsumsi karbohidrat untuk menghasilkan energi

• Terdiri dari:

– Monosakarida – Disakarida

– Polisakarida

Karbohidrat

• Monosakarida

– Glukosa, fruktosa, galaktosa

• Disakarida

– Sukrosa, maltosa, laktosa

• Polisakarida

– Amilum, glikogen, selulosa

Karbohidrat

• Fungsi karbohidrat adalah:

– Menyediakan energi

– Mengatur metabolisme lemak dan protein

– Sumber energi khusus untuk sistem saraf pusat Sukrosa

Glukosa Fruktosa

Laktosa

Glukosa Glukosa

Maltosa

Galaktosa Glukosa

Glukosa

• Merupakan karbohidrat utama (fleksibel untuk sintesis berbagai bahan yang dibutuhkan tubuh)

Metabolisme glukosa

• Penyusunan (anabolisme/genesis)

– Menggunakan molekul kecil untuk membentuk molekul yang lebih besar

– Membutuhkan energi

• Penguraian (katabolisme/lisis)

– Menguraikan molekul besar – Menyediakan energi

Dasar metabolisme karbohidrat

Asam amino dan gliserol 4 3

Glukosa Glikogen 4 1 2

Piruvat dan laktat

Asetil koA

1. Glikolisis

2. Glikogenesis 3. Glikogenolisis

4. Glukoneogenesis

Glikolisis

• Lintasan utama penggunaan glukosa

• Glukosa piruvat

• Energi bebas yang dilepaskan pada proses ini digunakan untuk membentuk ATP (adenosine triphosphate) dan NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)

• Glikolisis terdiri dari 10 reaksi enzim katalis

Glikolisis

Glikolisis

• Pada metabolisme anaerob: energi + laktat

– Pyruvate + NADH + H⁺ → Lactate + NAD⁺

– Terjadi pada bakteri dan hewan dalam kondisi hipoksia

– Pada kebanyakan jaringan, persediaan energi seluler terakhir

• Pada metabolisme aerob: membentuk energi melalui siklus Kreb’s, dengan perantaraan asetil koA

– Piruvat dikonversi menjadi asetil koA dan CO2 didalam mitokondria (dekarboksilasi)

– Asetil koA => siklus Kreb’s, menghasilkan NADH lebih banyak – NADH => NAD⁺

– 2,5 ATP untuk setiap NADH (fosforilasi oksidatif)

Glikolisis

• Glikolisis dibutuhkan sebagai jalur intermediet untuk berbagai proses anabolisme, antara lain:

– Glukoneogenesis – Metabolisme lipid

– Jalur penthose phosphate – Siklus Kreb’s

• Sintesis asam amino

• Sintesis nukleotida

• Sintesis tetrapyrrole

Glikogen

• Glikogen otot: disimpan dalam sarkoplasma dalam bentuk butiran

• Glikogen hati: berfungsi mempertahankan kadar glukosa

Glikogenesis

• Proses sintesis glikogen

• Pengaturan utama glikogenesis oleh insulin

• Senyawa lain: epinephrine, insulin, ion kalsium

• Tahap glikogenesis:

1. Glucose is converted into glucose-6-phosphate by the action of glucokinase or Hexokinase

2. Glucose-6-phosphate is converted into glucose-1- phosphate by the action of Phosphoglucomutase, passing through an obligatory intermediate step of glucose-1,6- bisphosphate.

3. Glucose-1-phosphate is converted into UDP-glucose by the action of Uridyl Transferase and pyrophosphate is formed, 4. Glucose molecules are assembled in a chain by glycogen

synthase, which must act on a pre-existing glycogen primer or glycogenin (small protein that forms the primer).

5. Branches are made by branching enzyme (also known as amylo-α(1:4)→α(1:6)transglycosylase)

Glikogenesis

Glikogenolisis

• Penguraian glikogen

• Katabolisme glikogen melalui fosforolisis dengan bantuan enzim glikogen fosforilase

• glycogen(n residues) + P_i glycogen(n-1 residues) + glucose-1- phosphate

• Glikogenolisis terjadi di dalam sel otot dan hati sebagai respon hormonal dan sinyal saraf

• Glikogenolisis = pengaturan level glukosa dalam darah

Glikogenolisis

• Dalam miosit, degradasi glikogen berperan sebagai jalur intermediet glukosa-6-fosfatase untuk glikolisis (kontraksi otot)

• Dalam hepatosit, penguraian glikogen bertujuan untuk pelepasan glukosa dalam darah untuk dipergunakan oleh sel lain

• Glikogenolisis diatur oleh respon hormonal sebagai akibat level gula darah (glukagon, insulin, epinephrine)

Glukoneogenesis

• Jalur metabolik yang menghasilkan glukosa dari substansi non karbohidrat seperti piruvat, laktat, gliserol, asam amino glukogenik dan asam lemak.

• Merupakan strategi makhluk hidup mempertahankan level glukosa agar tidak hipoglikemia

• Glukoneogenesis terjadi di dalam hati. Pada ruminant, proses ini terjadi terus menerus

• Pada kebanyakan hewan, glukoneogenesis terjadi pada saat puasa, diet rendah karbohidrat atau latihan berlebih

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis

• Gluconeogenesis begins in the mitochondria with the formation of oxaloacetate by the carboxylation of pyruvate.

This reaction also requires one molecule of ATP, and is catalyzed by pyruvate carboxylase.

• Oxaloacetate is reduced to malate using NADH, a step required for its transportation out of the mitochondria.

• Malate is oxidized to oxaloacetate using NAD⁺ in the cytosol, where the remaining steps of gluconeogenesis take place.

Glukoneogenesis

• Oxaloacetate is decarboxylated and then phosphorylated to form phosphoenolpyruvate using the enzyme phosphoenolpyruvate carboxykinase. A molecule of GTP is hydrolyzed to GDP during this reaction.

• The next steps in the reaction are the same as reversed glycolysis. However, fructose-1,6-bisphosphatase converts fructose-1,6-bisphosphate to fructose 6-phosphate, using one water molecule and releasing one phosphate. This is also the rate-limiting step of gluconeogenesis.

Glukoneogenesis

• Glucose-6-phosphate is formed from fructose 6-phosphate by phosphoglucoisomerase. Glucose-6-phosphate can be used in other metabolic pathways or dephosphorylated to free glucose.

• The final reaction of gluconeogenesis, the formation of glucose, occurs in the lumen of the endoplasmic reticulum, where glucose-6-phosphate is hydrolyzed by glucose-6- phosphatase to produce glucose.

Siklus Cori

• Merupakan interaksi glikolisis dan glukoneogenesis

• Terjadi selama olahraga jika metabolisme aerob di otot tidak dapat memenuhi kebutuhan energi

• Glukosa yang dibentuk di hati dibawa ke otot melalui darah

• Terjadi proses glikolisis di otot (glukosa -> piruvat -> laktat)

• Laktat yang terbentuk di otot selama olahraga akan dibawa ke hati melalui pembuluh darah dan digunakan untuk glukoneogenesis di hati (laktat -> piruvat -> glukosa)

Siklus Cori

Karbohidrat pada kucing

• Pakan alami kucing, mis. Tikus tdd 55% protein, 45% lemak dan 1-2% karbohidrat

• Karbohidrat merupakan sumber energi yang baik

• Karbohidrat dan protein berperan serta mengendalikan kadar glukosa darah pada kucing betina

• Karbohidrat sebagai penyedia laktosa pada kucing yang menyusui

• Pakan kering umumnya mengandung 40% karbohidrat, dengan digestibility 85%

Metabolisme karbohidrat pada kucing

• Intake karbohidrat rendah:

– Kurang enzim amilase (inisiasi digesti CHO) – Amilase intestinal dan pankreatik sedikit

– Aktivitas intestinal rendah

– Tidak memiliki enzim Fruktokinase (metabolisme monosakarida)

• Diet CHO tinggi akan menurunkan kemampuan digesti protein

• Diet CHO tinggi akan menurunkan pH feses akibat fermentasi yang tidak sempurna

Metabolisme karbohidrat pada kucing

• Hati berbeda dalam hal metabolisme disakarida

• Pada kebanyakan spesies, hepatic hexokinase dan glucokinase aktif dalam proses fosforilasi glukosa (untuk penyimpanan dan oksidasi)

• Pada kucing, fungsi hepatic hexokinase minimal

• Pada kucing, aktivitas hepatic glikogen synthetase (konversi glukosa menjadi glikogen) minimal

• Sumber energi kucing: asam amino glukoneogenik dan lemak

Karbohidrat pada ruminansia

• Sumber energi utama untuk maintenance, growth dan production

• Sumber karbohidrat utama ruminansia: selulosa dan hemiselulosa

• Fermentasi karbohidrat terjadi di dalam rumen oleh

mikroorganisme. Hanya 5-20% terdigesti di dalam usus halus

• Fermentasi karbohidrat -> VFA

• Glukoneogenesis penting karena mensuplai 70-90% total kebutuhan glukosa

Karbohidrat pada ruminansia

• Glukosa dihasilkan dari propionat, valerat, asam amino, laktat dan gliserol

• Glukoneogenesis terkait dengan:

– Ketosis

– Toxemia pada domba – Produksi susu

– Kadar lemak dalam susu – Penggunaan feed additve