METABOLISME KARBOHIDRAT

Disusun Oleh: Dr. Dian Apriliana R, MMed.Ed

TUJUAN PEMBELAJARAN

Menjelaskan metabolismeglukosa yang meliputi: glikolisisaerob & anaerob, glikogenesis, glikogenolisis, glukoneogenesis, HMP Shunt

Menjelaskan metabolism Fruktosa

Menjelaskan metabolism galactosa

PENDAHULUAN

Glukosa merupakan sumber energi utama, dimetabolisme melalui jalur utama glikolisis.

Piruvat akan dimetabolisme menjadi acetyl co-a di jaringan kaya akan oksigen.

Acetyl co-A memasuki siklus asam sitrat dan mengalami oksidasi sempurna, menghasilkan ATP, CO2 dan H2O.

Acetyl Co-A menjadi metabolit intermediate untuksintesis neurotransmitter di sel otak, sintesis lemak, protein

Kelebihan glukosa dalam tubuh akan disimpandalam bentuk glikogen dan trigliserid.

Komposisi diet orang indonesia 45 – 60% KH Sumber KH : nasi, kentang, roti, dsb KH sederhana yang dapat diabsorbsi di usus:

glukosa, galaktosa dan fruktosa Glukosa, galaktosa dan fruktosa di darah dapat

masuk ke dalam sel secara difusi terfasilitasi oleh glucose transporter

Macam-macam Glucose transporter

Transport metabolit karbohidrat dan protein di tingkat jaringan/ organ

METABOLISME TINGKAT SELULER

Jalur Metabolisme Glukosa

Glikogenesis sintesis polymer glikogen, disimpandi otot dan hati

Pentose phosphat pathway menyediakan ribosauntuk sintesis nukleotid dan asam nukleat

Triose phosphat menyediakan gliserol untuksintesis triacyl gliserol (trigliserid)

Piruvat dan metabolit intermediate siklus asam sitrat rantai karbon untuk sintesis asam amino. Acetyl co-a sebagai prekursor sintesis kolesterol dan asamlemak

Glukoneogenesis sintesis glukosa dari sumbernon KH

Overview MetabolismeKH

GLIKOLISIS

Merupakan jalur utama metabolisme glukosauntuk menghasilkan energi (ATP)

Terjadi di sitosol Dapat terjadi dalam kondisi aerob atau anaerob Produk metabolit yang dihasilkan adalah

pyruvate atau laktat Oksidasi pyruvate untuk menghasilkan energi

yang lebih besar memerlukan oksigen, mitochondrial enzyme system (pyruvate dehydrogenase, siklus asam sitrat dan rantaipernafasan)

G L I K O L I S I S

Tahapan glikolisis

1. Phosphorilasi glukosa menjadi glukosa-6-phosphate yang dikatalisis oleh enzyme hexokinase. Reaksi phosphorilasi ini memerlukanATP sebagai donor phosphate Enzyme hexokinase dapat diinaktivasi oleh

keberadaan substrat glukosa-6-phosphate melalui mekanisme allosteric inhibitor

Hepar memiliki isoenzyme hexokinase, yaituglucokinase yang berperan untuk segeramenurunkan konsentrasi glukosa di vena portasetelah makan dengan menyediakan glukosa-6-phosphate yang akan digunakan untukglyconesis dan lipogenesis.

Glucokinase pada sel beta pancreas berfungsiuntuk mendeteksi konsentrasi glukosa yang tinggi.Semakin banyak glukosa yang mengalami glikolisis,maka ATP yang dihasilkan semakin banyak menutup channel potassium depolarisasi pelepasan hormone insulin.

2. Perubahan glukosa-6-phosphate menjadifructose 6-phosphate yang dikatalisis oleh enzimphosphohexo isomerase

3. Phosphorilasi fructose 6-phosphate menjadifructose 1,6-biphosphate, dikatalisis oleh enzimphosphofructokinase.

4. Pemecahan fructose 1,6-biphosphate menjadi 2triosa phosphate, glyceraldehyde 3-phosphate,dan dihydroxyacetone phosphate oleh enzimaldolase.

5. Oksidasi glyceraldehyde 3-phosphate menjadi1,3-biphosphoglycerate, dikatalisis oleh enzimglyceraldehyde 3-phospho dehydrogenase. Enzim ini tergantung pada NAD

6. Transfer gugus phosphate dari 1,3-biphosphoglycerate ke adenin diphosphate (ADP) membentuk ATP dan 3-phosphoglycerate, dikatalisis oleh enzyme phosphoglycerate kinase

7. Perubahan 3-phosphoglycerate menjadi 2-phosphoglycerate, dikatalisis oleh enzimphosphoglyceromutase

8. Perubahan 2-phosphoglycerate menajdiphosphoenolpyruvate, dikatalisis oleh enzimenolase. Enzim ini diaktivasi oleh ion Magnesium atau Mangan

9. Transfer phosphate dari phosphoenolpyruvate keADP untuk membentuk ATP dan pyruvat, dikatalisis oleh enzim pyruvate kinase.

GLIKOLISIS ANAEROB

• Pada kondisi anaerob, Piruvat akan dikonversimenjadi Laktat oleh enzim Lactatdehydrogenase (LDH)

• Peningkatan kadarlaktat terjadi pada keadaan: setelah olahraga berat, syok, hipoksia

Glikolisis di eritrosit

• Jalur glikolisis di eritrositbertujuan untukmembentuk 2,3-Biphosphoglycerate yang berfungsi untukmenurunkan afinitas Hb thdO2 sehingga mudahdilepaskan ke jaringan

• Reaksi yang dikatalisis oleh enzim phosphoglycerate kinase dibypass oleh enzimbisphosphoglyceratemutase

Pyruvat yang dihasilkan dari glikolisis selanjutnyaakan dibawa ke mitokondria oleh proton symporter dan mengalami reaksi oksidasi decarboksilasimenjadi Acetyl Co-A, dikatalisis oleh kompleksmultienzim yaitu pyruvate dehydrogenase (PDH).

Kompleks enzim PDH memerlukan Thiamin sebagaicovaktor

Metabolisme Glikogen

Glikogen merupakan bentuk utama penyimpanankarbohidrat di tubuh akibat kelebihan glukosa.

Proses pembentukan glikogen dari glukosadisebut glikogenesis

Glikogen disimpan di hati dan otot. Glikogen hati berfungsi untuk menjaga kadar

glukosa dalam darah pada keadaan puasa Glikogen otot berfungsi sebagai penyedia

glukosa 1-phosphate untuk glikolisis di sel otot Proses pemecahan glikogen menjadi glukosa

disebut glikogenolisis

Sintesis Glikogen(Glikogenesis)

Langkah awal sintesis glikogen, melibatkanprotein glikogenin

Glikogenin mengkatalisis pemindahan residu 7 glukosa uridin diphosphate glukosa (UDP-Glc) membentuk Glikogen primer, yaitu substrat untukpembentukan glikogen.

Glycogen synthase mengkatalisis pembentukanikatan glikoside antara C-1 glukosa dari UDP-GLcdan C-4 residu glukosa terminal dari glycogen.

Glikogenesis & Glikogenolisis

Pemecahan GlikogenmenjadiGlukosa (Glikogenolisis)

Glikogen mengalami phosphorilasi menjadiglucose 1-phosphate, dikatalisis oleh enzimglycogen phosphorylase. Glycogen phosphorylase memerlukan piridoksal phosphate sebagai coenzyme

Glucose 1-phosphate diubah menjadi glucose 6-phosphate, dikatalisis enzimphosphoglucomutase.

Di hati, Glucose 6-phosphate dihidrolisis menjadiglucose, dikatalisis oleh enzim glucose 6-phosphatase.

Glukosa dilepaskan oleh sel hati ke darah

Gluconeogenesis Pembentukan glukosa dari sumber non KH Sumber non KH tersebut :

Glycerol Lactat Asam amino (semua asam amino kecuali Lysine

dan Leusin) Asam Lemak

Tujuan gluconeogenesis adalah menjagakeberlangsungan keberadaan glukosa di darah

Jalur yang digunakan sebagian besar menggunakanjalur TCA cycle.

Fase homeostasis glukosa

RegulasiGlukoneogenesis

Siklus Kerb’s (TCA Cycle)

Fungsi utama siklus asam sitrat:sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasiKH, lipid dan protein.

Siklus asam sitrat juga mempunyai perananpenting dlm proses glukoneogenesis, transaminasi, deaminasi dan lipogenesis.

bersifat amfibolik.

Pentosa Phosphat Patway Disebut juga Hexosa Monophosphate Shunt

(HMP Shunt) Merupakan jalur metabolisme lain untuk

oksidasi glukosa Tidak bertujuan menghasilkan energi ( ATP ) Fungsi :

pembetukan NADPH untuk keperluan sintesisasam lemak, melindungi eritrosit darihemolysis akibat stress oksidatif

Sintesis ribose untuk keperluan sintesisnukleotid dan asam nukleat (DNA & RNA)

Reaksi ini terjadi di sitosol

Metabolisme Galaktosa

Galaktosa diperlukan untuk sisntesis lactase, glycolipid, proteoglykan, dan glycoprotein

Galaktosa berasal dari hidrolisis laktosa yang terjadi di usus halus.

Galaktosa diubah menjadi glukosa di hati melaluiserangkaian peristiwa reaksi biokimiawi.

1. Phosphorilasi galaktosa menjadi galactosa 1-phosphate, dikatalisis enzim galactokinase

2. Galactosa 1-phosphate akan bereaksi denganUDP-Glc membentuk uridine diphosphate galactosa (UDPGal) dan glucose 1-phosphate. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim galactose 1-phosphate uridyl transferase

3. UDPGal dikonversi menjadi UDPGlc, dikatalisisoleh enzim UDPGal 4-epimerase.

4. UDP Glc akan digunakan untuk sintesis glikogen

Konversi Galactosa menjadiGlukosa di Hati

Sintesis laktosa di kelenjarmammae

Metabolisme fruktosa Konsumsi sukrosa atau High Fructose

Syrup (HFS) dalam jumlah yang besarakan menyebabkan peningkatanjumlah fruktosa di dalam vena porta hati

Fruktosa lebih cepat mengalamiglikolisis daripada glukosa karenatidak melalui proses metabolismeyang dikatalisis oleh phosphofructokinase

Kadar fruktosa berlebih di hati dapatmeningkatkan sintesis asam lemak, esterifikasi asam lemak, peningkatansekresi VLDL, sehingga kadar trigliseriddan LDL meningkat.

METABOLISME FRUKTOSA

Perbedaan Metabolisme Fruktosa Hati & Otot

Penyakit akibat gangguan jalur metabolisempentosa phosphate

Eritrosit hemolisis Konsumsi makanan/minuman tinggi fruktosa

meningkatkan resiko hipertriglicerid, hypercholesterolemia dan hyperuricemia

Penumpukan fruktosa dan sorbitol di lensa matamenyebabkan katarak

Defisiensi enzim-enzim di jalur metabolismegalaktosa dapat menyebabkan galactosemia

Kekurangan enzim fructokinase di hepar dapatmenyebabkan essential fructosuria

etc

Referensi

Bhagavan, N.V, Ha, C., 2011, Essential of Medical Biochemistry with Clinical Cases, Elsevier

King, M.W., 2014, www.themedicalbiochemistrypage.org Victor Rodwell, David Bender, Kathleen M. Botham, P. Anthony

Weil, Peter J. Kennelly, 2015, SECTION iv: metabolism of carbohydrate in Harper's Illustrated Biochemistry, 30th Edition (LANGE Basic Science)-McGraw-Hill Medical ; p:139-210

TERIMA KASIH