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 menghasilkan energi • Terdiri dari: – Monosakarida – Disakarida – Polisakarida
karbohidrat
untuk
Karbohidrat • Monosakarida – Glukosa, fruktosa, galaktosa
• Disakarida – Sukrosa, maltosa, laktosa
• Polisakarida – Amilum, glikogen, selulosa
Karbohidrat Sukrosa Glukosa
Fruktosa
Laktosa
Glukosa
Galaktosa
• Fungsi karbohidrat adalah: – Menyediakan energi – Mengatur metabolisme lemak dan protein – Sumber energi khusus untuk sistem saraf pusat
Maltosa
Glukosa
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
4
1
Piruvat dan laktat Asetil koA
2. Glikogenesis Glikogen
2
1. Glikolisis 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-1phosphate by the action of Phosphoglucomutase, passing through an obligatory intermediate step of glucose-1,6bisphosphate. 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) + Pi phosphate
glycogen(n-1
residues)
+ glucose-1-
• 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-6phosphatase 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
