METABOLISME ZAT GIZI MAKRO

METABOLISME ZAT GIZI MAKRO

Oleh : DIAH MAUNAH

9999 – 32 – 048

JURUSAN GIZI FAKULTAS ILMU – ILMU KESEHATAN UNIVERSITAS ESA UNGGUL 2010

0

KARBOHIDRAT PENDAHULUAN Karbohidrat (KH) atau Hidrat Arang (HA) merupakan salah satu dari zat gizi makro yang memegang peranan penting sebagai sumber energi utama bagi manusia, dimana setiap gramnya menghasilkan 4 kcal. Walaupun lemak menghasilkan energi lebih besar daripada karbohidrat yaitu 9 kcal/gram, namun karbohidrat lebih banyak dikonsumsi seharihari sebagai bahan makanan pokok. Di negara sedang bekembang karbohidrat dikonsumsi sekitar 70-80% dari total kalori, bahkan pada daerah miskin dapat mencapai 90% dari total kalori. Sedangkan pada negara maju karbohidrat hanya dikonsumsi sekitar 40-60% dari total kalori. Secara kima karbohidrat didefinisikan sebagai turunan aldehid atau keton dari alkohol polihidrik (karena mengandung gugus hidroksi lebih dari satu), atau sebagai senyawa yang menghasilkan turunan tersebut (Muchtadi, Deddy. Pengantar Ilmu Gizi. 2009). Secara umum definisi karbohidrat adalah senyawa organik yang mengandung atom Karbon, Hidrogen dan Oksigen, dan pada umumnya unsur Hidrogen clan oksigen dalam komposisi menghasilkan H2O. Di dalam tubuh karbohidrat dapat dibentuk dari beberapa asam amino dan sebagian dari gliserol lemak. Sumber karbohidrat nabati dalam glikogen bentuk glikogen, hanya dijumpai pada otot dan hati dan karbohidrat dalam bentuk laktosa hanya dijumpai di dalam susu. Pada tumbuh-tumbuhan, karbohidrat di bentuk dari basil reaksi CO2 dan H2O melalui proses foto sintese di dalam sel-sel tumbuh-tumbuhan yang mengandung hijau daun (klorofil). Matahari merupakan sumber dari seluruh kehidupan, tanpa matahari tanda-tanda dari kehidupan tidak akan dijumpai. Akan tetapi sebagian besar karbohidrat diperoleh dari bahan makanan yang dikonsumsi sehari-hari, terutama sumber bahan makan yang berasal dari tumbuh-tumbuhan, dimana Pada proses fotosintesis, klorofil pada tumbuh-tumbuhan akan menyerap dan menggunakan energi matahari untuk membentuk karbohidrat dengan bahan utama CO2 dari udara dan air (H2O) yang berasal dari tanah. Energi kimia yang terbentuk akan disimpan di dalam daun, batang, umbi, buah dan biji-bijian.

1

Proses fotosintesis : Sinar matahari 6 CO2 + 6 H2O ---------------------------------------> C6 H12 O6 + 6 O2 Klorofil SUSUNAN KIMIA Semua jenis karbohidrat terdiri atas unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Paerbandingan antara hidrogen dan oksigen pada umumnya adalah 2:1 seperti halnya dalam air, dengan demikian diberi nama karbohidrat. Dalam bentuk sederhana, formula umum karbohidrat adalah CnH2nOn. Hanya heksosa (6-atom karbon), serta pentosa (5-atom karbon), dan polimernya memegang peranan penting dalam nutrisi. KLASIFIKASI KARBOHIDRAT Berdasarkan sifat ketersediaannya (availabilitas) bagi tubuh, maka karbohidrat yang terkandung dalam bahan pangan dikelompokkan menjadi dua golongan, yaitu : 1. Karbohidrat tersedia (Available Carbohydrate) adalah karbohidrat yang dapat dicerna dan atau diserap serta dimetabolisme dalam tubuh. Kelompok ini meliputi monosakarida (misalnya glukosa, fruktosa, dan galaktosa); disakarida dan oligosakarida (misalnya sukrosa, laktosa, maltosa, trehalosa dan oligosakarida lain yang sejenis dengan maltosa dan isomaltosa); dan polisakarida glukan (misalnya pati, dekstrin, dan glikogen). 2. Karbohidrat tidak tersedia tubuh (Unvailable Carbohydrate). Karbohidrat yang termasuk dalam kelmpok ini adalah karbohidrat yang tidak dapat hidrolisis oleh enzim-enzim yang terdapat dalam saluran pencernaan manusia, sehingga akirnya tidak dapat diserap oleh tubuh. Karbohidrat yang termasuk kelompok ini adalah oligosakarida yang tergolong sebagai seri rafinosa (rafinosa, stakhiosa, dan verbaskosa); polisakarida glukan (selulosa); polisakarida turunan (hemiselulosa, lignin, gum, pektin); serta beberapa macam disakarida misalnya laktulosa. Karbohidrat jenis ini dapat difermentasi oleh mikroflora yang terdapat dalam saluran pencernaan, menjadi asam lemak rantai pendek dan asam laktat. Sebagian dari hasil fermentasi akan diserap oleh usus besar dan akhirnya dimetabolisme oleh tubuh. Secara umum dalam ilmu gizi, penggolongan karbohidrat didasarkan pada jumlah molekulnya, yaitu karbohidrat sederhana dan karbohidrat kompleks. Sesungguhnya semua 2

jenis karbohidrat terdiri dari karbohidrat sederhana atau gula sederhana, sedangkan karbohidrat komplek memiliki lebih dari dua unit gula sederhana didalam satu molekul.

Karbohidrat Sederhana, terdiri atas : 1. Monosakarida, yang terdiri atas jumlah C yang sama dengan molekul air, yaitu Heksosa (mengandung 6 buah karbon [C6(H2O)6] contoh Glukosa, Fruktosa, Galaktosa) dan Pentosa (mengandung 5 buah karbon [C5(H2O)5] contoh Ribosa, Arabinosa, dan Xylosa). 2. Disakarida, yang terdiri atas ikatann 2 monosakarida. Dimana untuk tiap 12 atom C ada 11 molekul air [C12(H2O)11]. Contoh Sukrosa, Maltosa, Laktosa. 3. Gula Alkohol, merupakan bentuk alkohol dari monosakarida. 4. Oligosakarida, adalah gula rantai pendek yang dibentuk oleh galaktosa, glukosa, dan fruktosa. 1. MONOSAKARIDA (C6 H12 O6) Merupakan jenis karbohidrat yang paling sederhana (simple sugar), oleh karena tidak dapat lagi dihidrolisa dan terdiri dari molekul tunggal. Monosakarida larut dalam air, memiliki rasa yang manis (sehingga secara umum disebut juga gula). Tata nama monosakarida tergantung dari gugus fungsional yang dimiliki, terdapa nama monosakarida yang lain yaitu: Triosa (3 karbon), Tentrosa (4 karbon), Pentosa (5 karbon), dan Heksosa (6 karbon), Sebagian besar monosakarida dikenal dan yang terpenting adalah heksosa, karena terdiri dari 6-rantai atau cincin karbon. Atom-atom hidrogen dan oksigen terikat pada rantai atau cincin secara terpisah atau sebagai gugus hidroksil (OH). Terdapat tiga jenis heksosa yang terpenting dalam ilmu gizi, yaitu glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga macam monosakarida ini mengandung jenis dan jumlah atom yang sama, yaitu 6 atomkarbon, 12 atom hidrogen, dan 6 atom oksigen. Perbedaan terlatak pada cara penyusunan atom-atom hidrogen dan oksigen disekitar atom-atom karbon. Perbedaan penyunan atom tersebut memberikan perbedaan dalam tingkat kemanisan, daya larut, dan sifat lain dari ketiga monosakarida tersebut. Monosakarida yang terdapat pada alam umumnya terdapat dalam bentuk isomer dekstro (D).

3

-D-Galaktosa

Gambar 1. Struktur kimia monosakarida.

GLUKOSA Disebut juga dekstrosa atau gula anggur, terdapat luas dialam dalam jumlah sedikit, yaitu di dalam sayuran, buah, sirup jagung, sari pohon, dan bersamaan dengan fruktosa terdapat dalam madu, sari tebu (molase). Dalam proses metabolisme, glukosa merupakan bentuk karbohidrat yang beredar dalam tubuh yang berasal dari hasil pemecahan glikogen (cadangan karbohidrat dalam jaringan), dari pangan yang dikonsumsi atau sebagai pemecahan karbohidrat lain yang lebih kompleks seperti hasil akhir pencernaan amilum, sukrosa, maltosa, dan laktosa. Karena hanya glukosa yang ditemukan dalam plasma darah dan sel darah merah, maka glukosa terkadang disebut sebagai gula darah yang berfungsi sebagai penyedia energi bagi seluruh sel dan jaringan tubuh. Tubuh hanya dapat menggunakan glukosa dalam bentuk D. Dalam keadaan normal sistem saraf pusat hanya menggunakan glukosa sebagai sumber energi. Glukosa murni yang terdapat dipasaran diperoleh dari hasil olahan pati. Tingkat kemanisan glukosa hanya separuh dari sukrosa, sehingga digunakan lebih banyak untuk tingkat kemanisan yang sama. FRUKTOSA Disebut juga levulosa atau gula buah, merupakan gula paling manis (dengan tingkat kemanisan 1,2 dibandingkan dengan sukrosa dan isoglukosa 1,0; glukosa 0,7; sorbitol 0,5). Fruktosa memiliki rumus kima yang sama dengan glukosa namun strukturnya berbeda. Fruktosa terutama terdapat dalam sepertiga madu (bersama glukosa), dala buah, nektar bunga, sayur, hasil hidrolisa gula tebu. Sedangkan dalam tubuh fruktosa didapat dari hasil pemecahan sukrosa atau sakarosa. Secara komersil fruktosa yang diperoleh dari pati digunakan sebagai pemanis, seperti minuman ringan (softdrink) menggunakan sirup jagung-tinggi-fruktosa sebagai bahan pemanis.

4

GALAKTOSA Tidak ditemukan secara bebas di alam seperti glukosa dan fruktosa, tetapi dihasilkan di dalam tubuh selama berlangsungnya proses pencernaan laktosa. Galaktosa merupakan komponen serebrosida, yaitu lemak turunan yang terdapat di dalam otak dan jaringan saraf. MANOSA Jarang terdapat di dalam makanan. Di daerah gurun pasir manosa terdapat di dalam manna yang diolah untuk membuat roti. PENTOSA Merupakan bagian sel-sel semua bahan makanan alami. Terdapat dalam jumlah kecil, sehingga tidak terlalu penting sebagai sumber energi. Ribosa dan deoksiribosa merupakan bagian asam nukleat dalam inti sel. Karena dapat disintesis oleh semua hewan, ribosa dan deoksiribosa tidak merupakan zat gizi esensial.

2. DISAKARIDA Merupakan gabungan antara dua monosakarida yang melekat melalui proses kondensasi. Kedua monosakarida saling mengikat berupa ikatan glikosidik melalui satu atom oksigen. Disakarida dapat dipecah kembali menjadi dua molekul monosakarida melaui reaksi hidrolisis. Terdapat empat jenis disakarida yaitu sukrosa atau sakarosa, maltosa, laktosa, dan trehalosa. SUKROSA Sukrosa atau sakarosa disebut juga gula tebu atau gula bit. Merupakan jenis gula yang sering dipergunakan sehari-hari sehingga disebut gula meja (table sugar) atau gula pasir / gula invert. Mempunyai dua melekol monosakarida yang terdiri dari monosakirida yang terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. Bila dicernakan atau dihidrolisis, sukrosa pecah menjadi satu unit fruktosa. Surosa terdapat di tebu (100% mengandung sukrosa), bit, gula nira (50%), selai, jelly, buah, sayur dan madu. MALTOSA (Gula Malt) Tidak terdapat bebas di alam. Mempuyai dua molekul monosakarida yang terdiri dari dua molekul glukosa. Di dalam tubuh maltosa didapat dari hasil pemecahan amilum, 5

lebih mudah dicema dan rasanya lebih enak. Maltosa terbentuk pada setiao pemecahan pati, sepertiyang terjadi pada tumbuh – tumbuhan bila benih atau bijian berkecambah dan di dalam usus manusia pada pencernaan pati. Dengan Iodium amilum akan berubah menjadi warna biru. Amilum terdiri dari 2 fraksi (dapat dipisah kan dengan air panas) yaitu : 1. Amilosa - Larut dengan air panas - Mempunyai struktur rantai lurus 2. Amilopektin - Tidak larut dengan air panas - Mempunyai sruktur rantai bercabang Peranan perbandingan amilosa dan amilo pektin terlihat pada serelia; Contohnya beras, semakin kecil kandungan amilosa atau semakin tinggi kandungan amilopektinnya, semakin lekat nasi tersebut. Pulut sedikit sekali amilosanya (1-2%), beras mengandung amilosa > 2%. Berdasarkan kandungan amilosanya, beras (nasi) dapat dibagi menjadi 4 golongan yaitu amilosa tinggi 25-33%, amilosa menengah 20-25% amilosa rendah 0920%, amilosa sangat rendah < 9%. LAKTOSA Hanya terdapat dalam susu dan terdiri atas satu unit glukosa dan satu unit galaktosa. Laktosa kurang larut dalam air. Sumber laktosa hanya terdapat pada susu sehingga disebut juga gula susu (susu sapi 4-5% dan asi 4-7%). Laktosa diperlukan untuk pertumbu ban sel-sel otak. Laktosa dapat menimbulkan intolerance (laktosa intolerance) disebabkan kekurangan enzim laktase sehingga kemampuan untuk mencema laktosa berkurang. Kelainan ini dapat dijumpai pada bayi, anak dan orang dewasa, baik untuk sementara maupun secara menetap. Gejala yang sering dijumpai adalah diare, gembung, flatus dan kejang perut. Defisiensi laktase pada bayi dapat menyebabkan gangguan pertumbuhan, karena bayi sering diare. TREHALOSA Terdiri atas dua mol glukosa dan dikenal sebagai gula jamur. Sebanyak 15% bagian kering jamur terdiri atas trehalosa. Trehalosa juga terdapat dalam seranga.

6

3. GULA ALKOHOL Terdapat 4 jenis gula alkohol, yaitu sorbitol, manitol, dulcitol, dan inositol. SORBITOL Terdapat didalam beberapa jenis buah dan secara komersial dibuat dari glukosa. Enzim aldosa reduktase dapt mengubah gugus aldehida (CHO) dalam glukosa menjadi alkohol (CH2OH). Tingkat kemanisan 60% bila dibandingkan dengan sukrosa, diabsorpsi lebih lambat dan diubah di dalam hati menjadi glukosa. Sorbitol tidak mudak dimetabolisme oleh bakteri dalam mulut sehingga tidak mudah menimbulkan karies gigi. MANITOL dan DULCITOL Merupakan alkohol yang dibuat dari monosakarida manosa dan galaktosa. Manitol terdapat di dalam nanas, asparagus, ubi jalar, dan wortel. Secara komersial manitol diekstrasi dari sejenis rumput laut. INOSITOL Merupakan alkohol siklis yang menyerupai glukosa. Inositol terutama terdapat dalam sekam serealia. Bentuk esternya dengan fitat akan menghambat absorpsi kalsium dan zat besi dalam usus halus. 4. OLIGOSAKARIDA Terdiri atas polimer dua hingga sepuluh monosakarida (oligo = sedikit). Rafinosa, stakiosa, dan verbakosa adalah oligosakarida yang terdiri atas unit-unit glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga jenis oligosakarida ini terdapat di dalam biji tumbuhan dan kacang-kacangan serta tidak dapat dipecah oleh enzim-enzim pencernaan. Fruktan adalah sekelompok oligo dan polisakarida yang terdiri atas beberapa unit fruktosa yang terikat dengan satu molekul glukosa. Fruktan terdapat pada serealia, bawang merah, bawang putih, dan asparagus. Fruktan tidak dicernakan secra berarti. Sebagian besar di dalam usus besar difermentasi.

KARBOHIDRAT KOMPLEKS , terdiri dari : 1. Polisakarida, yang terdiri atas lebih dari dua ikatan monosakarida. 2. Serat atau sering disebut polisakarida nonpati

7

1.

POLISAKARIDA Merupakan senyawa karbohidrat kompleks yang mengandung lebih dari 60.000 molekul monosakarida yang tersusun membentuk rantai lurus ataupun bercabang. Polisakarida rasanya tawar (tidak manis), tidak seperti monosakarida dan disakarida. Di dalam Ilmu Gizi jenis polisakarida yang terpenting adalahadalah amilum (pati), dekstrin, glikogen, dan selulosa maupun polisakarida nonpati.. Amilum (zat pati) Merupakan sumber energi utama bagi orang dewasa di seluruh penduduk dunia, terutama di negara seclang berkembang oleh karena di konsumsi sebagai bahan makanan pokok. Disamping bahan pangan kaya akan amilum juga mengandung protein, vitamin, serat dan beberapa zat gizi penting lainnya. Amilum merupakan karbohidrat dalam bentuk simpanan bagi tumbuh-tumbuhan dalam bentuk granul yang dijumpai pada umbi dan akarnya. Sumber: umbi-umbian,serealia dan biji-bijian merupakan sumber amilum yang berlimpah ruah oleh karena mudah didapat untuk di konsumsi. Jagung, beras dan gandum kandungan amilurnnya lebih dari 70%, sedangkan pada kacang-kacangan sekitar 40%. Jumlah unit glukosa dan susunannya dalam satu jenis pati berbeda satu sama lain, bergantung pada jenis tanaman asalnya. Bentuk butiran pati berbeda satu sama lain dengan karakteristik tersendiri dalam hal daya larut, daya mengentalkan, dan rasa. Amilum tidak larut di dalam air dingin, tetapi larut di dalam air panas membentuk cairan yang sangat pekat seperti pasta; peristiwa ini disebut "gelatinisasi". Cabang-cabang dalam struktur amilopektinlah yang terutama menyebabkannya dapat membentuk gel yang cukup stabil. Selain itu proses pemasakan pati juga dapat menyebabkan melukkan dan memecahkan sel pati sehingga memudahkan proses pencernaan yang akan dihidrolisis menjadi glukosa, pada tahap pertengahan akan dihasilkan dekstrin dan maltosa. Amilosa merupakan rantai panjang unit glukosa yang tidak bercabang, sedangkan amilopektin adalah polimer yang susunannya bercabang-cabang degan 15-30 unit glukosa pada tiap cabang. Rantai glukosa terikat satu sama lain melalui ikatan alfa yang dapat dipecah dalam proses pencernaan. 8

Komposisi amilosa dan amilopektin berbeda dalam pai berbagai bahan makanan. Amilopektin pada umumnya terdapat dalam jumlah yang lebih besar. Sebagian besar pati mengandung 15% dan 35% amilosa. Pada beras semakin kecil kandungan amilosa atau semakin tinggi kandungan amilopektinnya, semakin pulen (lekat) nasi yang diperoleh. Dekstrin Merupakan zat antara dalam pemecahan amilum. Dektrin merupakan sumber utama karbohidrat dalam makanan lewat pipa (tube feeding). Molekulnya lebih sederhana, lebih mudah larut di dalam air, dengan yodium akan berubah menjadi warna merah. Molekul dekstrin lebih besar dari sukrosa dan glukosa sehingga memiliki pengaruh osmolar lebih kecil yang tidak mudah menimbulkan diare. Pati yang dipanggang secara kering akan menghasilkan dekstrin (contoh roti panggang). Dektrin lebih manis daripada pati dengan daya larut lebih tinggi dan lebih mudah dicernakan. Dekrin maltosa merupakan suatu produk hasil hidrolisis parsial apti, digunakan sebagi mkanan bayi karena tidak mudah mengalami fermentasi dan mudah dicerna. Glikogen Glikogen merupakan "pati hewani" karena merupakan bentuk simpanan karbohidrat dalam tubuh manusia dan hewan yang terutama terdapat pada hati dan otot, terbentuk dari ikatan 1000 molekul, larut di dalam air (pati nabati tidak larut dalam air) dan bila bereaksi dengan iodium akan menghasilkan warna merah. Glikogen terdiri atas unit-unit glukosa dalam bentuk rantai lebih bercabang daripada amilopektin sehingga membuat glikogen lebih mudah dipecah. Glikogen disimpan di dalam hati dan otot sebagai cadangan energi, yang sewaktu-waktu dapat diubah kembali menjadi glukosa bila dibutuhkan. Tubuh memiliki kapasitas terbatas untuk menyimpan glikogen, yaitu hanya sebanyak 350gram. Dua pertiga bagian dari glikogen disimpan dalam otot dan selebihnya disimpan dalam hati. Glikogen dalam otot dipergunakan hanya untuk keperluan energi didalam otot, sedangkan glikogen di hati dipergunakan sebagai sumber energi semua sel tubuh. Kelebihan glukosa melampaui kemempuannya menyimpan dalam bentuk glikogen akan disimpan menjadi lemak dan disimpan dalam jaringan lemak. Pada waktu hewan disembelih, terjadi kekejangan (rigor mortis) dan kemudian glikogen dipecah menjadi asam laktat selama post mortum.

9

2.

SERAT/ POLISAKARIDA NONPATI Definisi serat makanan adalah polisakarida nonpati yang menyatakan polisakarida dinding sel. Terdapat dua golongan serat, yaitu yang dapat larut dengan air dan yang tidak dapat larut dengan air. Serat yangg tidak dapat larut dengan aor adalah selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Serat yang larut dalam air adalah pektin, gum, mukilase, glukan, dan algal. Hampir 50% karbohidrat yang berasal dari tumbuh-tumbuhan adalah selulosa, karena selulosa merupakan bagian yang terpenting dari dinding sel tumbuh-tumbuhan. Selulosa tidak dapat dicerna oleh tubuh manusia, oleh karena tidak ada enzim untuk memecah selulosa. Meskipun tidak dapat dicerna, selulosa berfungsi sebagai sumber serat yang dapat memperbesar volume dari faeses, sehingga akan memperlancar defekasi. Selulosa melunakkan dan memberi bentuk pada feces karena mampu menyerap air, sehingga membantu pergerakan peristaltik usus, dengan demiian membantu defekasi dan mencegah konstipasi. Lignin terdiri dari polimer bercabang heterogen heksosa, pentosa, dan asam uronat. Lignin memberi kekuatan pada struktur tumbuhan, oleh karena itu merupakan bagian keras dari tumbuhan sehingga jarang dimakan. Lignin terdapat pada tangkai sayuran, bagian inti di dalam worten, biji jambu biji. Menurut Garrow dan James, 1993 Lignin sesungguhnya bukan karbohidrat dan seharusnya tidak dimasukkan dalam serat makanan. Pektin, gum, dan mukilase terdapat disekelilig dan di dalam sel tumbuhan. Ikatan ini larut atau mengembang di dalam air sehingga membentuk gel. Sehingga dipergunakan dalam industri sebagai emulsifier, stabilizer, dan pengental. Pektin merupakan polimer ramnosa dan asam galakturonat dengan cabang yang terdiri dari rantai galaktosa dan arabinosa. Pektin terdapat pada sayur dan buah, terutama jenis sitrus, apel, jambu, anggur, dan wortel. Senyawa pektin berfungsi sebagai bahan perekat antara dinding sel. Buah yang memiliki kandungan pektin tinggi baik digunakan sebagai bahan dasar pembuatan selai/jam. Gum adalah polisakarida larut air yang terdiri atas 10.000 – 30.000 unit yang terutama terdiri atas glukosa, galaktosa, manosa, arabinosa, ramnosa, dan asam uronat.

10

Gum arabic adalah sari pohon akasia. Gum dipergunakan sebagai emulsifier, stabilizier, dan pengental. Mukilase merupakan struktur kompleks yang mempunyai ciri khas yaitu memiliki komponen asam D-galakturonat. Mukilase terdapat di dalam biji-bijiandan akar yang berfungsi mencegah pengeringan. Beta-glukan terutama terdiri atas polimer glukosa bercabang yang terikat dalam bentuk Beta (1-3) dan Beta (1-9). Beta-glukan terdapat dalam serealia, terutama dalam oatdan barley, dan berperan dalam menurunkan kadar kolesterol dalam darah. Polisakarida algal yang diambil dari algae dan rumput laut merupakan polimer asamasam manuronat dan guluronat. Banyak dipergunakan sebagai bahan agar-agar dan sebagai pengental serta stabilizer. Tabel 1. KLASIFIKASI KARBOHIDARAT Kelompok Karbohidrat Sederhana Monosakarida Disakarida

Oligosakarida

Karbohidrat Kompleks Zat Pati

Polisakarida Nonpati

Contoh

Glukosa, Fruktosa Sukrosa Laktosa Maltosa Ranifosa Inulin

Hasil Pencernaan Dalam Saluran Cerna Glukosa (sedikit fruktosa) Glukosa + Fruktosa Glukosa + Galaktosa Glukosa + Glukosa Difermentasi menjadi asam lemak rantai pendek (short chain fatty acid, SCFA), hidrogen, metana, dan karbon dioksida.

Zat ati yang dapat dicerna Glukosa (digestible starch) Difermentasikanmenjadi Zat pati yang tidak dapat SCFA, hidrogen, metana, dan dicerna (‘pati resisten’, karbon dioksida resistant starch) Selulosa Beberapa bersifat tetap tidak Polisakarida nonselulosa, berubah termasuk hemiselulosa, Beberapa difementasi pektim, gum (seperti menjadi SCFA, hidrogen, lendir yang lengket), dan metana, dan musilago. karbondioksida. (Sumber: Mary E. Barasi, Ilmu Gizi, 2007)

11

FUNGSI KARBOHIDRAT 1. Sumber energi Didalam tubuh karbohidrat merupakan salah satu sumber energi utama. Dalam satu gram karbohidrat menghasilkan 4kcal energi. Sebagian karbohidrat di dalam tubuh berada dalam sirkulasi darah sebagai glikosa untuk keperluan energi segera; sebagian disimpan sebagai glikogen dalam hati dan jariangan otot, dan sebagian diubah menjadi lemak untuk kemudian disimpan sebagi cadangan energi di dalam jaringan lemak. Glukosa merupakan sumber energi utama bagi sistem saraf sentral, otak, dan eritrosit. 2. Pemberi rasa manis pada makanan Karbohidrat memberi rasa manis pada makanan, khususnya mono dan disakarida. Gula tidak mempunyai rasa manis yang sama. Fruktosa adalah gula paling manis. Bila tingkat kemanisa sakarosa diberi nilai 1 makan tinggkat kemanisan fruktosa adalah 1,7; glukosa 0,7; maltosa 0,4; laktosa 0,2. 3. Melindungi protein agar tidak dibakar sebagai penghasil energi / penghemat protein. Bila karbohidrat makanan tidak mencukupi, maka protein akan dipergunakan untuk memenuhi kebutuhan energi tubuh, dengan mengalahkan fungsi utamanya sebagai zat pembangun. Sebaliknya, bila karbohidrat makanan mencukupi maka protein akan digunakan sebagi zat pembangun (sebagai fungsi utama protein). 4. Pengatur metabolisme lemak Karbohidrat mencegah terjadinya oksidasi lemak yang tidak sempurna, sehingga menghasilkan bahan keton berupa asam asetoasetat, aseton, dan asam beta-hidroksibutirat. Bahan ini dibentuk didalam hati dan dikeluarkan melelui urine dengan mengikat basa berupa ion natrium. Hal ini dapat menyebabkan ketidakseimbangan natrium dan dehidrasi. pH cairan tubuh akan menurun. Keadaan ini menimbulkan ketosis atau asidosis yang dapat merugikan tubuh, untuk mencegah keadaan tersebut dibutuhkan setidaknya 50-100gram karbohidrat dalam sehari. 5. Membantu pengeluaran feses. Karbohidarat membantu pengeluaran feses dengan cara mengatur peristaltik usus dan memberi bentuk pada feses. Selulosa dalam serat makanan mengatur peristaltik usus, sedangkan hemiselulosa dan pektin mampu menyerap banyak air dalam usus besar sehingga memberi bentuk pada sisa makanan 12

yang akan dikeluarkan. Serat berfungsi memperbaiki kinerja peristaltik usus dan pemberi muatan pada sisa makanan, memiliki efek hipolipidemik, efek hipoglikemik, mencegah kegemukan, kostipasi, penyakit divertikulosis, kanker usus besar, membantu mengendalikan gula darah, dan jantung koroner yang berkaitan dengan kadar kolesterol yang tinggi. 6. Di dalam hepar berfungsi untuk detoksifikasi zat – zat toksik tertentu. 7. Beberapa jenis karbohidrat memiliki fungsi khusus di dalam tubuh. Misalnya laktosa berfungsi membantu penyerapan kalsium, ribosa merupakan merupakan komponen yang penting dalam asam nukleat. SUMBER KARBOHIDRAT Sumber karbohidarat adalah padi-padian atau serealia, umbi-umbian, kacangkacangan kering, dan gula. Hasil olahan bahan-bahan ibi adalah bihun, mie, roti, tepungtepungan, selai/jam, siryp, permen, dodol, dll. Sebagian besar sayur dan buah tidak banyak mengandung karbohidrat dibandingankan dengan padi-padian. 1 penukar buah/sayur ratarata mengandung 10gram karbohidart dibandingkan dengan kelompok padi-padian 1 penukarnya sebanyak 40gram karbohidrat. Sayur umbi-umbian, seperti wortel dan bit serta sayur kacang-kacangan relatif lebih banyak mengandung karbohidrat bila dibandingkan dengan jenis sayuran daun-daunan. Bahan makanan hewani seperti daging, ayam, ikan dan susu sedikit sekali mengandung karbohidrat. Sumber karbohidrat yang paling banyak dikonsumsi di Indonesia adalah beras, jagung, ubi, talas, singkong, dan sagu. Kandungan karbohidrat beberapa bahan makanan dapat dilihat pada tabel dibawah ini.

13

Makanan yang berasal dari hewan yang mengandung karbohidrat dalam jumlah cukup banyak adalah susu, tiram dan hati.

14

PENCERNAAN KARBOHIDRAT Tujuan akhir pencernaan dan absorpsi karbohidrat adalah mengubah karbohidrat menjadi ikatan-ikatan yang lebih kecil, terutama berupa glukosa dan fruktosa, sehingga dapat diserap oleh pembuluh darah melalui dinding usus halus. Pencernaan karbohidrat yang tidak dicernakan akan memasuki usus besar untuk sebagian besar dikeluarkan dari tubuh. Pencernaan Dalam Mulut Pencemaan karbohidrat sudah dimulai sejak makanan masuk ke dalam mulut; makanan dikunyah agar dipecah menjadi bagian-bagian kecil, sehingga jumlah permukaan makanan lebih luas kontak dengan enzim-enzim pencernaan disebut dengan bolus. Bolus makanan bercampur dengan ludah/saliva yang mengandung enzim amilase (sebelumnya dikenal sebagai ptialin). Enzim amilase bekerja memecah atau menghidrolisis karbohidrat rantai panjang seperti amilum dan dekstrin menjadi bentuk karbohidrat yang lebih sedernaha, akan diurai menjadi disakarida maltosa. Sedangkan air ludah berguna untuk melicinkan bolus agar lebih mudah ditelan. Hanya sebagian kecil amilum yang dapat dicema di dalam mulut, oleh karena makanan sebentar saja berada di dalam rongga mulut. Oleh karena itu sebaiknya makanan dikunyah lebih lama, agar memberi kesempatan lebih banyak pemecahan amilum di rongga mulut. Enzim amilase ludah bekerja paling baik pada pH ludah yang bersifat netral. Dengan proses mekanik, makanan ditelan melalui kerongkongan dan selanjutnya akan memasuki lambung. Pencernaan Dalam Lambung Proses pemecahan amilum diteruskan di dalam lambung, selama makanan belum bereaksi dengan asam lambung. Bolus yang ditelan masuk ke dalam lambung, disini amilase ludah yangg ikut masuk ke lambung dicernakan oleh enzim pencerna protein yang terdapat di lambung, sehingga pencernaan karbohidrat di dalam lambung terhenti Pencernaan Dalam Usus Sebagian besar pencernaan karbohiddrat terjadi di dalam usus halus. Enzim amilase yang dikeluarkan oleh pankreas, mencerna pati menjadi dekstrin dan maltosa. Di usus halus, maltosa, sukrosa/sakarosa, dan laktosa yang berasal dari makanan maupun penguraian karbohidrat kompleks akan diubah menjadi mono sakarida. Penyelesaian pencernaan karbohidrat dilakukan oleh enzim-enzim disakaridase yang dikeluarkan oleh sel-sel mukosa 15

usus halus berupa maltase, sukrase, dan laktase. Hidrolisis disakarida oleh enzim-enzim ini terjadi di dalam mikrovili dan monosakarida yang dihasilakan adalah sebagai berikut : maltase Maltosa ----------------->2 mol molekul glukosa sukrase Sakarosa ------------------> 1 mol glukosa + 1 mol fruktosa laktase Laktosa -------------------> 1 mol glukosa + 1 mol galaktosa ABSORPSI KARBOHIDRAT Semua jenis karbohidrat diserap dalam bentuk monosakarida, proses penyerapan ini terjadi di usus halus. Monosakarida glikosa, fruktosa, dan galaktosa kemudian diabsorpsi melalui sel epitel usus halus dan diangkut oleh sistem sirkulasi darah melaui vena porta. Bila konsentrasi monosakarida di dalam usus halus atau pada mukosa sel cukup tinggi, absorpsi dilakukan secara pasif atau fasilitatif. Tetapi, bila konsentrasi mrnutun, absorpsi dilakukan secara aktif melawan gradien konsentrasi dengan menggunakan energi dari ATP dan ion natrium. Glukosa dan galaktosa lebih cepat diabsorpsi dibandingkan fruktosa. Glukosa dan galaktosa memasuki aliran darah dengan jalan transfer aktif, sedangkan fruktosa dengan jalan difusi. Monosakarida melalui vena porta dibawa ke hati dimana fruktosa dan galaktosa diubah menjadi glukosa. Para ahli sepakat bahwa karbohidrat hanya dapat diserap dalam bentuk disakarida. Hal ini dibuktikan dengan dijumpainya maltosa, sukrosa dan laktosa dalam urine apabila mengkonsumsi gula dalam jumlah banyak. Akhimya Semua disakarida pada akhirnya diubah menjadi glukosa begitupula dengan berbagai jenis karbohidrat diubah menjadi glukosa sebelum diikut sertakan dalam proses metabolisme. Berdasarkan urutan, yang paling cepat di absorpsi adalah galaktosa, glukosa dan terakhir fruktosa.

16

METABOLISME KARBOHIDRAT Peranan utama karbohidrat di dalam tubuh adalah menyediakan glukosa bagi sel-sel tubuh, yang kemudian akan diubah menjadi energi. Glukosa memegang peranan utama dalam metabolisme karbohidrat. Setelah proses penyerapan melalui dinding usus halus, sebagian besar monosakarida dibawa oleh aliran darah ke hati. Di dalam hati, monosakarida mengalami proses sintesis menghasilkan glikogen, oksidasi menjadi CO2 dan H2O atau dilepaskan untuk dibawa dengan aliran darah kebagian tubuh yang memerlukan (gambar 3). Sebagian lain monosakarida dibawa langsung ke sel jaringan organ tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut. Karena pengaruh berbagai faktor dan hormon insulin yang dihasilkan oleh kelenjar pankreas, hati dapat mengatur kadar glukosa dalam darah. Bila kadar glukosa dalam darah meningkat sebagai akibat naiknya proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat, sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik. sehingga kadar gula darah dapat dipertahankan dalam batas-batas normal (80-120 mg%).

Sebaliknya bila kadar glukosa menurun (misalkan akibat latihan olahraga) glikogen akan diuraikan menjadi glukosa untuk selanjutnya mengalami proses katabolisme menghasilkan 17

energi (dalam bentuk energi kimia, ATP) yang dibutuhkan oleh kegiatan tersebut. Kadar glukosa dalam darah merupakan faktor yang penting untuk kelancaran kerja tubuh. Gambar 3 Gambaran Umum Metabolisme Karbohidrat: Hubungan antara hati, darah, dan otot HATI

DARAH

Glikogen

OTOT glikogen

fruktosa

fruktosa

galaktosa

galaktosa

glukosa

glukosa ATP

glukosa ATP

Piruvat

Piruvat

ATP Piruvat ATP

Lipida

CO2 + H2O laktat Sterol kolesterol

Laktat CO2 + H2O

Karbohidrat yang terdapat dalam darah, praktis dalam bentuk glukosa, oleh karena fruktosa dan galaktosa akan diubah terlebih dahulu sebelum memasuki pembuluh darah. Apabila jumlah karbohidrat yang dimakan melebihi kebutuhan tubuh, sebagian besar (2/3) akan disimpan di dalam otot dan selebihnya di dalam hati sebagai glikogen. Kapasitas pembentukan glikogen ini sangat terbatas (maksimum 350 gram), dan jika penimbunan dalam bentuk glikogen ini telah mencapai batasnya, kelebihan karbohidrat akan diubah menjadi lemak dan disimpan di jaringan lemak. Bila tubuh memerlukan kembali energi tersebut, simpanan glikogen akan dipergunakan terlebih dahulu, disusul oleh mobilisasi lemak. Jika dihitung dalam jumlah kalori, simpanan energi dalam bentuk lemak jauh melebihi jumlah simpanan dalam bentuk glikogen. Sel-sel tubuh yang sangat aktif dan memerlukan banyak energi, mendapatkan energi dari basil pembakaran glukosa yang di ambil dari aliran darah. Kadar gula darah akan diisi kembali dari cadangan glikogen yang ada di dalam hati. Kalau energi yang diperlukan lebih banyak lagi, timbunan lemak dari jaringan lemak mulai dipergunakan. Dalam jaringan lemak diubah ke dalam zat antara yang dialirkan ke hati. 18

Skema Perubahan Karbohidrat Di dalam Tubuh

Disini zat antara itu diubah menjadi glikogen, mengisi kembali cadangan glikogen yang telah dipergunakan untuk meningkatkan kadar gula darah. Peristiwa oksidasi glukosa di dalam jaringan-jaringan terjadi secara bertahap dan pada tahap-tahap itulah energi dilepaskan sedikit demi sedikit, untuk dapat digunakan selanjutnya. Melalui suatu deretan proses-proses kimiawi, glukosa dan glikogen diubah menjadi asam pyruvat. Asam pyruvat ini merupakan zat antara yang sangat penting dalam metabolisme karbohidrat. Asam pyruvat dapat segera diolah lebih lanjut dalam suatu proses pada "lingkaran Krebs". Dalam proses siklis ini dihasilkan CO2 dan H2O dan terlepas energi dalam bentuk persenyawaan yang mengandung tenaga kimia yang besar yaitu ATP (Adenosin Triphosphate). ATP ini mudah sekali melepaskan energinya sambi}berubah menjadi ADP (Adenosin Diphos phate). Sebagian dari asam piruvat dapat diubah menjadi "asam laktat". Asam laktat ini dapat keluar dari sel-sel jaringan dan memasuki aliran darah menuju ke hepar.

19

Di dalam hepar asam laktat diubah kembali menjadi asam pyruvat dan selanjutnya menjadi glikogen, dengan demikian akan menghasilkan energi. Hal ini hanya terdapat di dalam hepar, tidak dapat berlangsung di dalam otot, meskipun di dalam otot terdapat juga glikogen. Sumber glikogen hanya berasal dari glukosa dalam darah. Metabolisme karbohidrat selain di pengaruhi oleh enzim-enzim, juga diatur oleh hormonhormon tertentu. Hormon Insulin yang dihasilkan oleh "pulau-pulau Langerhans" dalam pankreas sangat memegang perananan penting. Insulin akan mempercepat oksidasi glukosa di dalam jaringan, merangsang perubahan glukosa menjadi glikogen di dalam sel-sel hepar maupun otot. Hal ini terjadi apabila kadar glukosa di dalam darah meninggi. Sebaliknya apabila kadar glukosa darah menurun, glikogen hati dimobilisasikan sehingga kadar glukosa darah akan menaik kembali. Insulin juga merangsang glukoneogenesis, yaitu mengubah lemak atau protein menjadi glukosa. Juga beberapa horrnon yang dihasilkan oleh hypophysis dan kelenjar suprarenal merupakan pengatur-pengatur penting dari metabolisme karbohidrat. Enzim sangat diperlukan pada proses-proses kimiawi metabolisme zat-zat makanan. vitamin-vitamin sebagian dari enzim, secara tidak langsung berpengaruh pada metabolisme karbohidrat ini. Tiamin (vitamin B1) diperlukan dalam proses dekarboksilase karbohidrat. Kekurangan vitamin B1 akan menyebabkan terhambatnya enzim-enzim dekarboksilase, sehingga asam piruvat dan asam laktat tertimbun di dalam tubuh. PEMBAGIAN METABOLISME KARBOHIDRAT Secara lanjut proses metabolisme karbohidrat dibagi menjadi beberapa jalur metablisme, dimana merupakan jalur kesatuan, yang mana jalur yang paling banyak dilalui tergantung pada keadaan (situasi nutrisi) pada saat proses metabolisme karbohidrat berlangsung. Pembagiannya adalah : 1) Glikolisis ("glycolysis") 2) Glikogenesis ( "glycogenesis" ). 3) Glikogenolisis ( "glycogenolysis" ). 4) Oksidasi asam piruvat. 5) Jalur fosfoglukonat oksidatif ( "Hexose Mono-phosphate Shunt" atau "Pentose Phosphate Pathway" ). 6) Glukoneogenesis ( "gluconeogenesis" ). 20

7) Metabolisme fruktosa, galaktosa dan heksosamin

Glikolisis Glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi asam piruvat atau asam laktat. Jalur ini terutama terjadi dalam otot bergaris, yang dimaksudkan untuk menghasilkan energi (ATP). Apabila glikolisis terjadi dalam suasana anaerobik maka akan berakhir dengan asam laktat, dan mengha-silkan dua ATP, apabila dalam keadaan aerobik berakhir menjadi asam piruvat dengan 8 ATP.

Tahapan reaksi glikolisis: Jalur ini disebut juga jalur Embden-Meyerhof. Semua enzim yang terlibat terdapat dalam fraksi ekstra mitokhondria (dalam sitosol). Mula-mula glukosa mengalami esterifikasi dengan fosfat, reaksi ini disebut juga fosforilasi glukosa oleh ATP menjadi glukosa 6-P. Heksokinase (glukokinase) ++

Mg

D-glukosa + ATP → D-glukosa 6-P + ADP. 21

++

Reaksi ini memerlukan ion Mg sebagai kofaktor. Dalam sel , sedikit sekali glukosa berada sebagai glukosa bebas, sebagian besar terdapat dalam bentuk ester glukosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis dua enzim : hexokinase dan glukokinase. Hexokinase terdapat dalam ber-macam2 sel, kecuali di sel hepar dan pankreas. Enzim ini sesuai dengan namanya dapat pula mengkatalisis esterifikasi heksosa lainnya dengan ATP; contoh: fruktosa menjadi fruktosa 6-P. Dalam sel binatang dan manusia enzim ini merupakan enzim regulator, karena dapat dihambat oleh hasil reaksinya. Glukokinase terdapat dalam hepar dan pankreas. Mempunyai Km untuk D-glukosa jauh lebih tinggi dari enzim hexokinase. Glukokinase memerlukan glukosa lebih tinggi untuk menjadi aktif bila dibandingkan dengan heksokinase. Berbeda dengan heksokinase glukokinase tidak dihambat oleh hasil reaksinya yaitu glukosa 6-P. Glukokinase berperan biasanya pada waktu kadar glukosa darah tinggi (sesudah makan). Pada penderita Diabetes Mellitus enzim ini jumlahnya berkurang. Reaksi fosforilasi ini boleh dikatakan reaksi satu arah. Selanjutnya glukosa 6-P diubah menjadi fruktosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis enzim fosfoheksosa isomerase, dimana terjadi aldosa-ketosa isomerasi. Hanya D-anomer dari glukosa 6-P yang bisa dipakai sebagai substrat. Reaksi ini merupakan reaksi bolak-balik. Reaksi selanjutnya adalah pembentukan fruktosa 1,6-difosfat oleh enzim fosfofruktokinase-1 (PFK-1). Reaksi ini boleh dikatakan reaksi satu arah. Enzim fosfofruktokinase-1 merupakan enzim yang bisa diinduksi. Enzim ini memegang peran yang penting dalam mengatur kece-patan glikolisis. fosfofruktokinase-1 Fruktosa 6-P + ATP ------->Fruktosa 1,6-BP + ADP. ++

Mg

Aktifitas enzim ini meningkat apabila konsentrasi ADP, AMP, fosfat inorganik (Pi) meningkat. Enzim fosfofruktokinase-1 dihambat oleh ATP, asam sitrat dan 2,3-DP gliserat (dalam sel darah merah). Apabila pemakaian ATP meningkat (kadar ATP menurun) maka aktifitasnya meningkat, sebaliknya apabila kadar ATP tinggi aktifitas enzim tersebut menurun. Enzim ini juga dihambat oleh meningkatnya kadar asam lemak bebas, sehingga apabila senyawa ini meningkat dalam darah, yang akhirnya masuk ke dalam sel , maka pemakaian glukosa akan 22

berkurang. Keadaan ini bisa terjadi pada waktu kelaparan, yang mana juga dapat terbentuk senyawa keton. Peran fruktosa 2,6 bisfosfat (dalam hepar). Dalam hepar fruktosa 2,6-bisfosfat merupakan allosterik efektor positif yang paling kuat bagi enzim fosfofruktokinase-1, dan merupakan inhibitor bagi enzim fruktosa 1,6bisfosfatase ("enzim glukoneogenesis"). Fruktosa 2,6-bisfosfat menghilangkan pengaruh hambatan (inhibisi) ATP terhadap fosfofruktokinase-1, dan meningkatkan affinitas enzim ini terhadap fruktosa 6-P. Fruktosa 2,6-bisfosfat menghambat fruktosa-1,6-bisfosfatase dengan jalan meningkatkan harga Km untuk fruktosa-1,6-bisfosfat. Kadar fruktosa 2,6-bisfosfat dibawah pengaruh kontrol substrat dan hormonal. Fruktosa 2,6-bisfosfat dibentuk dengan fosforilasi fruktosa 6-fosfat (fruktosa 6-P) yang dikatalisis enzim fosfofruktokinase-2 (PFK-2). Enzim yang sama bertanggung jawab juga terhadap pemecahan fruktosa 2,6 bisfosfat (F 2,6-BP), karena enzim ini mempunyai aktifitas fruktosa 2,6 bisfosfatase, namun enzim ini telah mengalami fosforilase menjadi PFK-2P (fosfo frukto kinase fosfat). Aktifitas bifungsi enzim fosfofruktokinase-2 ini dibawah pengaruh (kontrol) allosterik fruktosa 6-P. Apabila kadar senyawa ini meningkat, sebagai akibat meningkatnya kadar glukosa, maka akan meningkatkan aktifitas fosfofruktokinase-2 pada waktu yang sama aktifitas fosfatasenya menurun. Apabila kita memerlukan glukosa (pada waktu puasa), dengan perkataan lain glukosa darah menurun, glukagon akan menyebabkan terbentuknya cAMP, selanjutnya "cAMP- dependent protein kinase" teraktifasi, yang menyebabkan fosfofruktokinase-2 dihambat, sedangkan aktifitas fruktosa 2,6BPase meningkat, karena diubah menjadi PFK-2P. Dalam keadaan dimana kadar glukosa meningkat, menyebabkan fruktosa 6P meningkat, ini memacu PFK-2 membentuk fruktosa 2,6 bisfosfat. Selanjutnya F 2,6 BP akan merangsang akti-fitas fosfofruktokinase-1 dan menghambat fruktosa 1,6 bisfosfatase. Fruktosa 1,6-BP akan dipecah menjadi dua triosa oleh enzim aldolase. Aldolase Fruktosa 1,6-BP → Dihidroksi asetonfosfat + gliseraldehida 3-P (Pada sel binatang sedikitnya ada dua macam aldolase, aldolase A yang terdapat dalam sebagian besar jaringan , aldolase B terdapat dalam sel hepar dan ginjal. Semuanya terdiri dari empat subunit polipeptida yang berbeda komposisi asam aminonya). 23

Gliseraldehida 3-fosfat ↔ Dihidroksi asetonfosfat (DHAP). Kedua triosa tersebut diatas "interconverted", dapat saling berubah dengan adanya enzim fosfotriosa isomerase. Sampai dengan reaksi ini satu glukosa terpakai dan memerlukan dua ATP. Selanjutnya glikolisis berjalan dengan oksidasi gliseraldehid 3-fosfat (gliseraldehida 3-P) menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Karena adanya enzim fosfotriosa isomerase, dihidroksi asetonfos-fat juga dioksidasi.Enzim yang bertanggung jawab pada reaksi ini adalah +

gliseraldehida 3-P de-hidrogenase yang mana aktifitasnya tergantung adanya NAD . Enzim ini terdiri dari empat polipeptida yang identik membentuk tetramer. Empat gugusan -SH terdapat pada tiap polipep-tida, mungkin berasal dari residu sistein (cysteine). Satu gugusan -SH terdapat pada "active site".

Reaksinya berjalan mula-mula substrat berikatan

dengan "cysteinyl moiety" pada dehidrogenase membentuk suatu tiohemiasetal, yang kemudian dioksidasi menjadi tiol-ester. Atom hidrogen yang terlepas dipindah pada NAD

+

yang terikat pada enzim. NADH yang terbentuk,akan terikat pada enzim juga tapi tidak +

+

sekuat NAD , sehingga NADH ini mudah diganti oleh NAD yang lain. Energi yang terjadi pada oksidasi ini terwujud dalam ikatan sulfat energi tinggi, yang ke-mudian dengan fosforolisis menjadi ikatan fosfat energi tinggi pada posisi satu dari 1,3bisfosfo-gliserat.Pada fosforolisis diatas, Pi ditambahkan dan enzim bebas serta gugus -SH be-bas terbentuk. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP pada reaksi dengan ADP yang dikatalisis enzim fosfogliserat kinase. Reaksi ini menghasilkan 3-fosfogliserat. Jadi oksidasi fosfogliseraldehid menjadi fosfogliserat, dimana terlepas suatu energi, energi ini dipakai oleh reaksi pengambilan fosfat inorganik dan sintesis ATP; rangkaian reaksi-reaksi ini merupakan suatu "coupled reaction". Karena ada dua molekul triosafosfat yang +

dioksidasi, maka akan terbentuk dua molekul ATP. Pada reaksi ini NAD tereduksi menjadi NADH. Reaksi tersebut diatas adalah suatu con-toh dari fosforilasi pada tingkat substrat. Apabila ada asam arsenat, maka zat ini akan berkompetisi dengan Pi yang akan menghasilkan arseno-3-fosfogliserat, yang akan terhidrolisis spontan menghasilkan 3fosfogliserat tanpa menghasilkan ATP. Ini suatu contoh arsenat dapat "uncoupled" oksidasi dan fosforilasi. Selanjutnya 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase. Reaksi berikutnya dikatalisis oleh enzim enolase; pada reaksi ini terjadi 24

perubahan struktur molekul hingga terbentuk ikatan fosfat bertenaga tinggi pada posisi 2, yaitu fosfoenolpiruvat. Enolase dihambat oleh fluorida ( F ). Dalam praktek fluorida ditambahkan ke dalam larutan pada penentuan glukosa,juga kedalam pasta gigi. Kerja enzim ++

++

ini tergantung adanya Mn atau Mg . Reaksinya sebagai berikut: 2-fosfogliserat ↔ Fosfoenolpiruvat + H O. 2

Fosfat bertenaga tinggi dari fosfoenolpiruvat dipindah ke ADP menjadi ATP, yang dikatalisis enzim piruvat kinase. Reaksinya: ADP

ATP

Fosfoenolpiruvat   Enolpiruvat Piruvat kinase Enzim piruvat kinase hepar berbeda sifatnya dengan enzim piruvat kinase otot. Pada otot konsentrasi ATP yang tinggi akan menghambat enzim ini. Pada hepar enzim ini dapat dihambat oleh ATP dan alanin, tapi adanya fruktosa 1,6-difosfat dengan konsentrasi tinggi, akan dapat menghilangkan hambatan ini. Dalam hepar enzim ini dihambat juga oleh asam lemak rantai panjang dan asetil-KoA. Dalam hepar glukagon menghambat glikolisis dan merangsang glukoneogenesis dengan meningkatkan konsentrasi cAMP. Senyawa ini kemudian mengaktivasi "cAMP dependent protein kinase". Protein kinase yang aktif ini akan mengkatalisis fosforilasi enzim piruvat kinase menjadi piruvat kinase-P. Enzim piruvat kinase-P merupakan bentuk tidak aktif. Dengan demikian glukagon menghambat glikolisis. Sampai dengan reaksi ini hasil netto dari perubahan glukosa menjadi dua asam piruvat adalah dua NADH dan dua ATP, yaitu pada awal jalur ini dibutuhkan dua ATP dan kemudian menghasilkan empat ATP. Dalam keadaan aerobik NADH dengan menggunakan rantai respirasi dapat diubah menjadi 3 ATP. Pada keadaan anaerobik reoksidasi NADH melalui rantai respirasi tidak berjalan. Asam piruvat akan dirubah menjadi asam laktat, yang dikatalisis enzim laktat dehidrogenase.

25

Reaksinya: laktat dehidrogenase Asam piruvat + NADH L-laktat + NAD

+

Dengan demikian reoksidasi NADH melalui asam laktat memungkinkan glikolisis +

berlang-sung tanpa oksigen, karena NAD yang terbentuk cukup untuk kebutuhan enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase. Jadi jaringan pada keadaan hipoksia ada tendensi untuk membentuk asam laktat, terutama dalam otot bergaris. Asam laktat yang terbentuk akan masuk ke peredaran darah dan bisa didapatkan dalam urine. Sel Darah Merah Glikolisis dalam eritrosit sekalipun dalam keadaan aerobik akan menghasilkan asam laktat, karena enzim-enzim yang dapat mengoksidasi asam piruvat secara aerobik tidak ada dalam sel darah merah. Dalam eritrosit golongan mammalia tahapan yang dikatalisis fosfogliserat kinase di " by passed " dengan adanya enzim bisfosfogliserat mutase dan enzim 2,3-bisfosfogliserat fosfatase. Akibat adanya dua enzim ini ATP tidak terbentuk dan ini memungkinkan glikolisis berlangsung apabila kebutuhan ATP minimum. 2,3-bisfosfogliserat bergabung dengan hemo-globin sehingga menyebabkan affinitas hemoglobin terhadap oksigen menurun. Kurve dissosi-asi oksigen hemoglobin bergerak ke kanan. Dengan demikian adanya 2,3-bisfosfogliserat dalam sel darah merah membantu pelepasan oksigen untuk keperluan jaringan. Reaksinya : Enzim 1 1,3-bisfosfogliserat → 2,3-bisfosfogliserat Enzim 2 ↓ 3-fosfogliserat. Enzim 1 : bisfosfogliserat mutase Enzim 2: 2,3-bisfosfogliserat fosfatase

26

Dalam glikolisis ada tiga reaksi yang dapat dikatakan secara fisiologis satu arah, yaitu reaksi yang dikatalisis enzim-enzim : 1. heksokinase ( dan glukokinase ) 2. fosfofruktokinase 3. piruvat kinase Oksidasi Asam Piruvat Menjadi Asetil-CoA Asam piruvat dapat masuk ke dalam mitokhondria dengan pertolongan suatu transporter. Asam piruvat mengalami oksodasi-dekarboksilasi oleh suatu enzim yang tersusun rapi dalam matriks mitokhondria. Enzim-enzim ini disebut piruvat dehidrogenase komplek Mula-mula asam piruvat mengalami dekarboksilasi. Reaksi ini dikatalisis enzim piruvat dehidrogenase. Tiamin pirofosfat bertindak sebagai ko-enzim. Dalam reaksi ini terbentuk CO2 dan α-hidroksietil-tiaminpirofosfat atau disebut juga "aktif asetaldehid". Senyawa yang disebut belakangan ini dipindah ke prostetik lipoamide, yang merupakan bagian dari enzim transasetilase. Dalam perpindahan ini disulfida dari lipoamide tereduksi, asetildehida teroksidasi menjadi asetil aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian bereaksi dengan koenzim-A, membentuk asetil-S-KoA, dan menghasilkan lipoamide dalam bentuk disulfhidril (tereduksi). Koenzim yang tereduksi ini dioksidasi kembali oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase. Flavoprotein yang tereduksi +

kemudian dioksidasi oleh NAD . Ringkasnya, reaksinya adalah sebagai berikut: +

CH3COCOOH + HSCoA + NAD → CH3CO-SCoA + NADH + H

+

Piruvat dehidrogenase dihambat oleh hasil reaksinya yaitu NADH dan asetilKoA. Enzim ini juga dihambat oleh aktivitas oksidasi asam lemak, yang mana akan meningkatkan +

rasio Asetil-KoA/KoA, NADH/NAD dan ATP/ADP. Peningkatan rasio diatas akan mengaktivasi piru-vat dehidrogenase (PDH) kinase yang akan mengkatalisis fosforilasi enzim PDH a menjadi PDH b yang tidak aktif. PDH fosfatase akan menghidrolisis PDH b menjadi PDH a yang aktif. PDH fosfatase diaktivasi oleh insulin. Arsenit atau ion merkuri membentuk komplek dengan gugusan -SH dari asam lipoat dan menghambat piruvat dehidrogenase. Kekurangan tiamin akan menyebabkan asam piruvat tertimbun.

27

Glikogen Glikogenesis Pembentukan glikogen (glikogenesis) terjadi hampir dalam semua jaringan, tapi yang pal-ing banyak adalah dalam hepar dan dalam otot. Setelah seseorang diberi diet tinggi karbo-hidrat (hidrat arang), kemudian heparnya dianalisis , maka akan didapatkan kurang lebih 6% berat basah terdiri dari glikogen. Namun 12 sampai 18 jam kemudian, hampir semua gliko-gen habis terpakai. Dalam otot kandungan glikogen jarang melebihi satu persen, tapi untuk menghabiskan glikogen tersebut agak sulit, yaitu misalnya dengan olah raga berat dan lama. Sintesis glikogen dimulai dengan perobahan glukosa 6-fosfat menjadi glukosa 1fosfat yang dikatalisis enzim fosfoglukomutase (glukosa 1,6-bisfosfat bertindak sebagai koenzim). Selanjutnya enzim uridin difosfat glukosa pirofosforilase (UDPG pirofosforilase) meng-katalisis pembentukan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa). UTP + Glukosa 1-fosfat → UDP-glukosa + Ppi Reaksi ini boleh dikatakan reaksi searah,karena hidrolisis senyawa inorganik pirofosfat menjadi inorganik fosfat, yang dikatalisis enzim inorganik pirofosfatase menarik reaksi kekanan. Enzim glikogen sintetase (glikogen sintase) memindahkan glukosil aktif dari UDP-glukosa (UDPG) pada bagian dari ujung glikogen yang tidak dapat direduksi, membentuk ikatan α-1,4 glukosidik. Pembentukan ikatan tersebut terjadi ber-ulang2, sehingga cabangnya makin panjang. Apabila panjang cabang tersebut mencapai antara 6 sampai 11, maka enzim amilo (α 1,4) α (1,6) transglukosidase ("branching enzim") memindahkan sebagian dari residu ikatan α-1,4 (minimum 6 residu), pada rantai didekatnya membentuk ikatan α-1,6. Jadi terjadi titik percabangan baru. Kemudian kedua cabang tersebut bertambah panjang. Dan seterusnya kejadian berulang kembali. Uridin difosfat yang dibebaskan ketika unit glukosil dari UDPG dipindah kebagian tertentu dari glikogen, disintesis kembali menjadi UTP dengan memakai ATP. Total kebutuhan ATP untuk menyimpan satu molekul glukosa menjadi satu molekul glikogen adalah dua molekul, dua ADP dan dua inorganik fosfat terbentuk. Berat molekul glikogen mencapai satu sampai empat juta lebih

28

Glikogenolisis Pemecahan glikogen dalam hepar dan otot berbeda dengan enzim yang terdapat dalam pen-cernaan. Enzim glikogen fosforilase akan melepaskan unit glukosa dari rantai cabang gliko-gen yang tidak bisa direduksi. Reaksinya bisa digambarkan sebagai berikut: (Glukosa)n + H PO → Glukosa 1-fosfat + (Glukosa)n-1 3

4

Enzim ini hanya memecah ikatan α-1-4 glikosidik, dan berhenti pada empat residu dari titik cabang. Enzim amilo (α 1,4)(α 1,4) glukan transferase, memindah tiga unit glukosa yang terikat pada rantai cabang (yang tinggal empat) pada rantai yang lain membentuk “rantai” lurus. Selanjutnya enzim glikogen fosforilase.akan memecah ikatan α1,4 sampai 4 unit glukosa dari titik cabang, demikian seterusnya. Debranching enzim (amilo 1,6-glukosidase) memecah ikatan glukosidik 1,6 dan menghasil-kan glukosa. Dalam otot glukosa yang dihasilkan tidak cukup banyak untuk dieksport keluar sel, kemungkinan dipakai oleh sel otot itu sendiri. Glukosa 1-fosfat yang terlepas diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim fosfoglukomu-tase. Senyawa ini bisa masuk jalur glikolisis atau jalur lainnya. Di hepar, ginjal dan epitel usus halus glukosa 6fosfatase yang spesifik memecah ikatan ester dan melepaskan glukosa ke peredaran darah. Enzim ini tidak didapatkan dalam otot. Glikogenesis dan Glikogenolisis, Mekanisme dan Kontrol Pada prinsipnya enzim yang mengatur metabolisme glikogen adalah glikogen fosforilase dan glikogen sintase, enzim-enzim ini sendiri dibawah pengaruh suatu kontrol yang kom-plek yaitu suatu mekanisme yang melibatkan peristiwa allosterik dan modifikasi ikatan kovalen pada senyawa fosfat dari enzim. 

Aktifitas dan Inktiffitas Forforilase Dalam hepar, enzim fosforilase ada dalam keadaan aktif maupun tidak aktif. Pada fosfori-lase yang aktif (fosforilase a), gugusan hidroksil dari serin mengalami fosforilasi (dalam ikatan ester). Fosforilase a (yang aktif) bisa menjadi tidak aktif dengan hilangnya fosfat yang terikat pada senyawa serin tersebut. Reaksi ini dikatalisis enzim fosfatase spesifik dengan nama protein fosfatase-1. Untuk mengaktifkan enzim fosforilase kembali diperlu-kan refosforilasi, yang dapat dikatalisis enzim fosforilase kinase dengan adanya ATP. Fosforilase otot, berbeda secara immunologik dan genetik bila dibandingkan dengan fos-forilase hepar. Dalam otot fosforilase a merupakan 29

bentuk fosforilase aktif (dimer), mengalami fosforilasi. Enzim ini aktif dan tidak tergantung ada atau tidak adanya AMP. Tiap monomer mengandung satu piridoksal fosfat. Fosforilase b, yang mengalami defosforilasi hanya aktif apabila ada AMP. Dalam keadaan fisiologis fosforilase a merupakan bentuk aktif enzim enzim ini. Aktifasi melalui cAMP Fosforilase dalam otot dapat diaktifasi oleh epinefrin secara tidak langsung. Aktifasi ini melalui cAMP. cAMP merupakan suatu senyawa intra selluler, senyawa ini merupakan suatu senyawa antara ("intermediate compound"). Senyawa ini disebut juga "second mes-senger". Banyak hormon yang bekerja dengan perantaraan senyawa ini. cAMP dibentuk dari ATP oleh enzim adenilil siklase sebelumnya dikenal dengan nama adenilat siklase (adenylate cyclase), yang terdapat pada permukaan dalam membran sel. Adenilil siklase dapat diaktifasi oleh hormon-hormon seperti: epinefrin dan norepinefrin yang bekerja melalui reseptor adrenergik beta. Reseptor ini terletak pada sel membran. Pada hepar glukagon bekerja melalui reseptor yang lain yaitu reseptor glukagon. cAMP dirusak enzim fosfodiesterase; dengan adanya enzim ini kadar cAMP diatur dalam kadar yang rendah. Insulin dapat meningkatkan aktifitas enzim fosfodiesterase dalam hepar, dengan demikian menyebabkan kadar cAMP rendah. Meningkatnya cAMP menyebabkan meningkatnya aktifitas enzim protein kinase "cAMP-dependent", yang mempunyai spesifisitas luas. Protein kinase ini mengkatalisis fosforilasi oleh ATP, enzim fosforilase kinase b (tidak aktif) menjadi fosforilase kinase a (aktif), yang selanjutnya juga dengan proses fosforilasi fosforilase kinase a yang aktif mengkatalisis perubahan fosforilase b menjadi fosforilase a. Protein kinase "cAMP-dependent" yang tidak aktif terdiri dari dua pasang subunit. Tiap pasang terdiri dari suatu subunit regulator (R), yang dapat mengikat dua cAMP, dan sub-unit katalitik (C), yang mengandung "active site" membentuk R2C2. Apabila bereaksi dengan cAMP maka kompleks protein kinase yang tidak aktif itu akan berdisosiasi dan melepaskan monomer C yang aktif.

30

R2C2 + 4cAMP ↔ 2C + 2(R-cAMP2) enzim

enzim

inaktif

aktif

++

Aktifasi melalui Ca dan sinkronisasi dengan kontraksi otot. Beberapa saat setelah kontraksi otot dimulai glikogenolisis meningkat beberapa ratus kallipat. Hal ini disebabkan karena aktifitas fosforilase yang diaktifkan oleh ++

fosforilasekinase. Enzim fosforilase kinase sendiri diaktifkan oleh Ca , yang mana juga

merupakan signal untuk mengaktifkan kontraksi. Fosforilase kinase otot

terdiri dari 4 subunit, α, β, γ dan δ yang membentuk struktur (αβγδ)4. Subunit α dan β mengandung residu serin yang dapat difosforilasi oleh protein kinase "cAMP++

dependent". Subunit β dapat mengikat 4 Ca . Subunit β identik dengan kalmodulin protein (suatu "Ca

++

binding protein").Terikatnya Ca

++

pada subunit β dapat

mengaktifkan "catalytic site γ" biarpun enzim fosforilase kinase ini dalam bentuk defosforilasi (fosforilase kinase b). Akan tetapi fosforilase kinase a hanya akan ++

++

mempunyai aktivitas maksimal apabila telah mengikat Ca . TpC adalah Ca binding protein dalam otot, strukturnya mirip struktur Calmodulin. Calmodulin atau TpC dapat ++

berinteraksi dengan fosforilase-kinase (yang telah mengikat Ca ) dan menyebabkan aktivasi lebih lanjut. Jadi aktifasi kontraksi otot dan glikogenolisis dijalankan oleh kalmodulin yang sama. Efek Ca

++

dalam sel dapat terlihat berkat adanya "the Ca

++

binding protein" kalmodulin 

Glikogenolisis Dalam Hepar Penelitian menunjukkan bahwa selain pengaruh aktivitas glukagon melalui reseptornya, glikogenolisis dalam hepar juga dirangsang oleh katekolamin ++

(adrenalin) melalui proses yang melibatkan mobilisasi Ca dan tidak tergantung pada ++

cAMP (cAMP-independent mobilization of Ca ) dari mitokhondria ke sitosol. Selanjutnya terjadi rangsangan fos-forilase kinase yang sensitif terhadap ++

Ca /Calmodulin. Glukagon tidak mempengaruhi fosforilase otot bergaris, akan 31

tetapi jantung dapat dipe-ngaruhinya. Perbedaan yang lain antara hepar dan otot bergaris adalah, protein phosphatase-1 hepar dihambat oleh fosforilase yang aktif. Inaktivasi fosforilase. Fosforilase a dan fosforilase kinase a dapat dibuat tidak aktif oleh protein phosphatse-1 dengan jalan melepaskan gugusan fosfatnya (dephosphorylated). Protein phosphatase-1 sendiri dapat dihambat oleh suatu protein yang disebut inhibitor-1. Inhibitor-1 hanya aktif apabila sudah mengalami fosforilasi oleh cAMPdependent protein kinase menjadi inhibi-tor-1-P. Dengan demikian cAMP dapat mengontrol aktivasi maupun inaktivasi dari phos-phorilase. 

Aktivasi dan Inaktivasi “Glycogen Synthhase” (glikogen sintase) Seperti halnya fosforilase, glikogen sintase berada dalam bentuk fosforilasi maupun defos-forilasi. Akan tetapi bentuk aktif glikogen sintase (glikogen sintase a) adalah defosforilasi (yang telah kehilangan senyawa fosfat ). Bentuk ini bisa diubah menjadi glikogen sintase b (tidak aktif) dengan jalan fosforilasi residu serin (7 buah). Reaksi ini memerlukan ATP dan dikatalisis oleh sedikitnya 6 macam protein kinase. Glikogen sintase terdiri dari 4 sub unit yang identik. Tiap-tiap sub unit mempunyai 7 buah residu serin yang dapat difosforilasi. Enam macam protein kinase tersebut diatas, ++

terdiri dari dua protein kinase "Ca /Calmodulin dependent"(satu diantaranya adalah fosforilase kinase). Kemudian ada satu protein kinase yang cAMP-dependent. Protein kinase ini memungkinkan suatu hormon menghambat sintesis glikogen dan mengaktifkan glikogenolisis secara sinkron. Sedangkan protein kinase yang lain dikenal dengan nama glikogen sintase kinase-3, kinase-4 dan kinase-5. Glukosa-6P merupakan suatu allosterik aktivator dari glikogen sintase b dengan jalan menurunkan Km untuk UDP-glukosa. Dengan demikian bentuk yang tidak aktif (glikogen sintase b yaitu bentuk yang mengalami penambahan fosfat atau bentuk yang terfosforilasi) dapat menjalankan glikogen sintesis.Glikogen dapat menghambat sintesis glikogen itu sendiri. Insulin dapat merangsang sintesis glikogen dalam otot,dengan jalan meningkatkan defosforilasi (pelepasan fosfat) dan aktivasi glikogen sintesis b. Dalam keadaan normal defosforilasi glikogen sintesa b dilakukan oleh protein phosphatase-1, yang mana berada dibawah kontrol cAMP-dependent protein kinase. 32



Regulasi Metabolisme Glikogen Regulasi metabolisme glikogen dipengaruhi oleh keseimbangan antara enzim glikogen sintase dan fosforilase. Kedua enzim tersebut berada dibawah kontrol substrat (melalui al-losterik) dan hormon. Melalui cAMP-dependent protein kinase, fosforilase diaktifkan (dengan jalan meningkatkan cAMP) dan glikogen sintase aktif diubah menjadi tidak aktif pada waktu yang bersamaan. Jadi inhibisi glikogenolisis akan meningkatkan glikogenesisdan penghambatan terhadap glikogenesis akan menyebabkan peningkatan glikogenolisis. Hal lain yang perlu diperhatikan dalam regulasi metabolisme glikogen adalah peristiwa defosforilasi dari fosforilase a, fosforilase kinase dan glikogen sintase b dilakukan oleh satu protein dengan spesifisitas yang luas yaitu protein phosphatse-1. Selanjutnya protein phosphatase-1 dihambat oleh inhibitor-1-P. Inhibitor-1-P berasal dari inibitor-1 yang mengalami fosforilasi dan dikatalisa oleh "cAMP-dependent protein kinase". Dengan demikian glikogenolisis bisa dihentikan dan pada waktu yang bersamaan glikogenesis dirangsang, demikian juga sebaliknya, hal ini disebabkan karena adanya cAMP-dependent protein kinase. Baik fosforilase kinase maupun glikogen sintase secara reversibel dapat difosforilasi pada lebih dari satu tempat dengan bantuan kinase dan fosfatase yang berbeda. Fosforilasi yang kedua ini mengubah sensitivitas fosforilasi dan defosforilasi yang pertama ( Enzim piruvat dehidrogenase juga menunjukkan adanya "multisite phosphorylation")



Hepar Faktor utama yang mengatur metabolisme glikogen dalam hepar adalah konsentrasi fos-forilase a. Enzim ini tidak hanya merupakan "control the rate-limiting step" dalam gliko-genolisis, akan tetapi dapat juga menghambat aktivitas protein phosphatase-1 dengan demikian dapat mengontrol sintesis glikogen. Penghambatan aktivitas fosforilase terjadi sebagai akibat inhibisi allosterik oleh glukosa yang meningkat setelah makan. Sedangkan aktivasi fosforilase oleh 5`-AMP terjadi sebagai akibat menurunnya kadar ATP. Glukagon merupakan hormon utama yang menyebabkan kenaikan cAMP dalam hepar, yang berakibat meningkatnya glikogenolisis. Sebagian besar rangsangan katekolamin (adrenalin) melalui mekanisme yang tidak melibatkan cAMP akan tetapi melalui α1-reseptor adrenergik. Proses ini melalui rangsangan fosforilase kinase b langsung oleh Ca

++

dan calmodulin. cAMP-independent 33

glikogenolisis juga dapat disebabkan oleh vasopressin, oksitosin dan angiotensin II melalui kalsium atau jalur fosfatidilinositol bis-fosfat. Insulin menyebabkan inaktivasi fosforilase secara cepat yang diikuti oleh aktivasi glikogen sintase. Pengaruh ini bisa berlangsung apabila ada glukosa. Glikoneogenesis Glukoneogenesis Glukoneogenesis adalah suatu pembentukan glukosa dari senyawa yang bukan karbohidrat. Glukoneogenesis penting sekali untuk menyediakan glukosa, apabila didalam diet tidak mengandung cukup karbohidrat. Syaraf, medulla dari ginjal, testes, jaringan embriyo dan eritrosit memerlukan glukosa sebagai sumber utama penghasil energi. Glukosa diperlukan oleh jaringanadiposa untuk menjaga senyawa antara siklus asam sitrat. Didalam mammae, glukosa diperlukan untuk membuat laktosa. Didalam otot, glukosa merupakan satu-satunya bahan untuk membentuk energi dalam keadaan anaerobik. Untuk membersihkan darah dari asam laktat yang selalu dibuat oleh sel darah merah dan otot, dan juga gliserol yang dilepas jaringan lemak, diperlukan suatu proses atau jalur yang bisa memanfaatkannya. Pada hewan memamah biak, asam propionat merupakan bahan utama untuk glukoneogenesis. Jalur yang dipakai dalam glukoneogenesis adalah modifikasi dan adaptasi dari jalur Emb-den Meyerhof dan siklus asam sitrat. Enzim tambahan yang diperlukan dalam proses ini selain dari enzim-enzim dalam kedua jalur diatas adalah : 

Piruvat karboksilase



Fosfoenolpiruvat karboksikinase



Fruktosa 1,6-bisfosfatase (tidak ada dalam otot jantung dan otot polos)



Glukosa 6-fosfatase

Dalam keadaan puasa, enzim piruvat karboksilase dan enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase sintesisnya meningkat. Sintesis enzim ini juga dipengaruhi oleh hormon glukokortikoid. Dalam keadaan puasa, oksidasi asam lemak dalam hepar meningkat. Ini membawa akibat yang menguntungkan untuk glukoneogenesis karena akan menghasilkan ATP, NADH dan oksaloasetat. Asam lemak dan asetil-KoA akan menghambat enzim-enzim

34

fosfofruktokinase, piruvat kinase dan piruvat dehidrogenase, mengaktifkan enzim-enzim piruvat karboksilase dan fruktosa 1,6-bisfosfatase. Substrat untuk glukoneogenesis adalah : 

Asam laktat yang berasal dari otot, sel darah merah, medulla dari glandula suprarenalis, retina dan sumsum tulang



Gliserol, yang berasal dari jaringan lemak



Asam propionat, yang dihasilkan dalam proses pencernaan pada hewan memamah biak.



Asam amino glikogenik

Perubahan Asam Laktat Menjadi Glukosis Asam laktat di dalam sitoplasma diubah menjadi asam piruvat, kemudian asam piruvat ma-suk ke dalam mitokhondria dan diubah menjadi oksaloasetat. Karena oksaloasetat tidak dapat melewati membran mitokhondria, maka diubah dulu menjadi malat. Di sitoplasma malat diubah kembali menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi fosfoenolpiruvat yang selanjutnya berjalan ke arah kebalikan jalur Embden-Meyerhof dan akhirnya akan menjadi glukosa. Asam amino glukogenik masuk ke dalam jalur glukoneogenesis ditandai dengan bundaran dan panah pada siklus asam tri karboksilat ( TCA cycle ).Beberapa reaksi dan enzim-enzim tambahan untuk mengubah asam laktat menjadi glukosa (selain jalur kebalikan glikolisis dan TCA cycle) adalah : Enzim piruvat karboksilase mengkatalisis reaksi  Piruvat → Oksaloasetat (gambar 15-16) Dalam reaksi ini diperlukan ATP, CO (berasal dari H CO ), biotin ( yang diperlukan 2

2

3

untuk mengikat bikarbonat pada enzim sebelum ditambahkan pada asam piruvat ) dan ion Mg.  Enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase mengkatalisis reaksi : Oksaloasetat → Fosfoenolpiruvat Dalam reaksi ini diperlukan "high energy phosphate" GTP atau ATP, dan akan terbentuk CO . 2

35

 Enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase akan mengkatalisis reaksi : Fruktosa 1,6-bisfosfat → Fruktosa 6-fosfat Enzim ini bisa didapatkan dalam hati, ginjal otot bergaris, sedangkan jaringan lemak, otot jantung dan otot polos tidak mengandung enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase.  Enzim glukosa 6-fosfatase mengkatalisis reaksi : Glukosa 6-fosfat → Glukosa Enzim ini terdapat dalam usus halus, hati, ginjal dan platelet, akan tetapi tidak bisa dijumpai dalam otot dan jaringan lemak  Enzim gliserokinase mengkatalisis reaksi : Gliserol → Gliserol 3-fosfat Dalam reaksi ini diperlukan ATP dan menghasilkan ADP. Enzim ini terutama terdapat dalam hati dan ginjal. Enzim gliserol 3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis reaksi : Gliserol 3-fosfat → Dihidroksi aseton fosfat ( DHAP )  Asam propionat perlu diaktivasi dahulu menjadi propionil-KoA. Ensim tiokinase mengkatalisis reaksi ini dan memerlukan ATP , KoA dan ion Mg. Selanjutnya propionil-KoA diubah menjadi D-metilmalonil-KoA, selanjutnya setelah mengalami rasemisasi akan diubah menjadi L-metilmalonil-KoA. Senyawa ini kemudian akan diubah menjadi suksinil-KoA yang akan masuk ke dalam siklus asam sitrat yang akhirnya akan diubah menjadi glukosa melalui kebalikan jalur Embden-Meyerhof

Hexose Monophosphate Shunt (HMP Shunt) = Pentose Phosphate Pathway (PPP) Oksidasi Glukosa Langsung = Jalur Fosfoglukonat Jalur ini aktif dalam hepar, jaringan adiposa (lemak), adrenal korteks, glandula tiroid, sel darah merah,testes dan payudara yang sedang menyusui. Dalam otot aktivitas jalur ini ren-dah sekali. Fungsi utama jalur ini adalah untuk menghasilkan NADPH, yaitu dengan +

mereduksi NADP . NADPH diperlukan untuk proses anabolik di luar mitokhondria, seperti sintesis asam lemak dan steroid. Fungsi yang lain adalah menghasilkan ribosa-5-fosfat untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat. Jalannya reaksi sebagai berikut:

36

β-D-glukosa 6-fosfat mengalami oksidasi menjadi 6-fosfoglukonolakton. Enzimnya ++

++

adalah glukosa 6-fosfat dehidrogenase (G6PD). Reaksi ini memerlukan Mg atau Ca , +

memakai NADP dan menghasilkan NADPH. Insulin meningkatkan sintesis enzim ini. Selanjutnya 6-fosfoglukonolakton diubah menjadi 6-fosfoglukonat. Reaksi ini juga ++

++

memer-lukan Mg++, Mn atau Ca . Enzimnya glukono-lakton hidrolase. Satu molekul air (H2O) terpakai, ikatan cincin terlepas. 6-fosfoglukonat selanjutnya mengalami dekarboksilasi dan berubah menjadi riboluse-5-fosfat. Sebelum dekarboksilasi 6-fosfoglukonat dioksidasi menjadi semyawa ++

antara 3-keto 6-fosfoglukonat. Ion Mg , Mn

++

atau Ca

++

+

diperlukan. NADP bertindak

sebagai hidrogen ekseptor menjadi NADPH. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah 6+

fosfoglukonat dehidrogenase. Aktivitas enzim ini tergantung adanya NADP . Seperti halnya enzim G6PD enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase sintesisnya dirangsang oleh insulin. Selanjutnya Ribulosa 5-fosfat dapat menjadi dua substrat dari dua enzim yaitu: 1. Ribulosa 5-fosfat epimerase, yang membentuk suatu epimer pada karbon ketiga, yaitu xylulose 5-fosfat (xylulose 5-phosphate). 2. Ribosa 5-fosfat ketoisomerase, yang merubah ribulosa 5-fosfat menjadi ribosa 5fosfat.

Proses selanjutnya akan melibatkan suatu enzim transketolase, yang dapat

memindah dua unit karbon ( C1 dan C2 ) dari suatu ketosa pada aldehida dari aldosa. ++

Dalam reaksi ini diperlukan suatu koenzim, tiamin difosfat dan ion Mg . Dua karbon dari xylulose 5-fosfat dipindah pada ribosa 5-fosfat, menghasilkan suatu ketosa dengan tujuh karbon yaitu sedoheptulosa 7-fosfat dan aldosa dengan tiga karbon gliseraldehida 3fosfat. Sedoheptulosa 7-fosfat dan gliseraldehida 3-fosfat akan bereaksi dengan bantuan enzim transaldolase dan membentuk fruktosa 6-fosfat dan eritrosa 4-fosfat.Dalam reaksi ini, transaldolase memindah tiga karbon "active dihydroxy acetone" (C1-C3) dari keto dengan tujuh karbon pada aldosa dengan tiga karbon. Reaksi selanjutnya kembali melibatkan enzim transketolase, dimana xylulose 5-fosfat menjadi donor "active glycoaldehyde" (C1-C2). Eritrosa 4-fosfat yang terbentuk dari reaksi sebelumnya, akan bertindak sebagai akseptor (penerima) C1-C2. Reaksi ini memerlukan tiamin dan ion 37

++

Mg sebagai ko-enzim dan menghasilkan fruktosa 6-fosfat dan gliseraldehida 3-fosfat. Agar glukosa dapat dioksidasi secara sempurna menjadi CO , diperlukan enzim yang 2

dapat mengubah gliseraldehide 3-fosfat menjadi glukosa 6-fosfat. Untuk ini diperlukan enzim Embden-Meyerhof (glikolisis) yang bekerja kearah yang berlawanan. Selain itu, juga diperlukan enzim fruktosa 1,6-difosfatase. Enzim ini mengubah fruktosa 1,6-difosfat menjadi fruktosa 6-fosfat. Secara keseluruhan proses ini dapat dianggap suatu oksidasi tiga molekul glukosa 6-fosfat menjadi tiga molekul CO dan tiga molekul pentosa fosfat. 2

Tiga molekul pentosa fosfat diubah menjadi dua molekul glukosa fosfat dan satu molekul gliseraldehida 3-fosfat. Karena dua molekul gliseraldehide 3-fosfat dapat diubah menjadi satu molekul glukosa 6-fosfat melalui jalur kebalikan glikolisis, maka HMP Shunt dapat dikatakan suatu oksidasi glukosa sempurna ( gambar-20 ). Enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase mengontrol HMP Shunt. Enzim ini dapat dihambat oleh NADPH. Reaksi yang dikatalisis enzim ini tidak akan berjalan apabila NADPH tidak dipakai atau dengan kata lain konsentrasinya tidak menurun. Perlu diingat bahwa produksi ribosa 5-fosfat tidak tergantung pada oksidasi glukosa, tapi dapat melewati kebalikan jalur glikolisis. NADPH yang terbentuk berguna dalam sintesis asam lemak, steroid dan sintesis asam amino. Sintesis asam amino melalui glutamat dehidrogenase. Adanya lipogenesis yang aktif, memerlukan NADPH, hal ini akan merangsang oksidasi glukosa lewat HMP Shunt. "Fed state", suatu keadaan dimana seseorang baru saja makan, mungkin dapat menginduksi sintesis enzim-enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase dan 6-fosfoglukonat dehidrogenase. HMP Shunt dalam eritrosit, hepar dan paru berguna sebagai penghasil suatu reduktor (NADPH). NADPH dapat mereduksi glutation yang telah mengalami oksidasi ( G-S-S-G ) menjadi glutation yang tereduksi (2 G-SH). Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah glutation reduktase. Selanjutnya glutation yang tereduksi dapat membebaskan eritrosit dari H O dengan suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutation peroksidase. 2 2

2 G-SH + H O → G-S-S-G + 2 H O 2 2

2

Reaksi ini penting sebab penimbunan H O memperpendek umur eritrosit. Telah 2 2

dibuktikan adanya korelasi terbalik antara aktivitas enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase dengan fragilitas sel darah merah. Pada beberapa orang yang mengalami mutasi dimana 38

enzim ini berkurang, maka mereka akan lebih mudah mengalami hemolisis sel darah merah apabila diberi suatu oksidan seperti primaquin, aspirin, sulfonamid atau apabila diberi makan "fava bean". HMP Shunt akan menghasilkan suatu pentosa untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat. Ribosa 5-fosfat akan bereaksi dengan ATP menjadi 5-fosforibosil-1pirofosfat (PRPP). Dalam otot enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase dan 6-fosfoglukonat dehidrogenase hanya sedikit sekali, namun otot dapat membuat ribosa 5-fosfat, yaitu dengan kebalikan HMP Shunt. Metabolisme Asam Uronat (The Uronic Acid Pathway) Selain dari jalur yang telah diterangkan di atas, glukosa 6-fosfat dapat diubah menjadi asam glukoronat (glucoronic acid), asam askorbat (ascorbic acid) dan pentosa melalui suatu jalur yang disebut "the uronic acid pathway". Akan tetapi manusia, primata dan guinea pig tidak bisa membuat asam askorbat. Karena kekurangan enzim tertentu, maka L-gulonat yang terbentuk tidak bisa diubah menjadi L-asam askorbat. L-gulonat akan dioksidasi menjadi 3-keto-L-gulonat, yang kemudian mengalami dekarboksilasi menjadi L-xylulose. Reaksi lengkapnya adalah sebagai berikut : glukosa-6fosfat akan diubah menjadi glukosa 1-fosfat. Glukosa 1-fosfat akan bereaksi dengan UTP (uridin trifosfat) dan membentuk nukleotida aktif UDPG (uridin difosfat glukosa). Selanjutnya UDPG akan mengalami oksidasi dua tahap pada atom karbon yang keenam. Asam glukoronat (Dglucoronate) yang terbentuk oleh enzim yang tergantung pada NADPH, direduksi menjadi Lgulonat. L-gulonat merupakan bahan baku untuk membuat asam askorbat. L-gulonat melalui 3keto L-gulonat akan diubah menjadi L-xylulose (L silulose) (mungkin lebih baik dipakai istilah bah Ingrisnya, sebab bisa disalah artikan dengan selulose=cellulose). D-xylulose merupakan bagian dari HMP Shunt. Untuk bisa masuk ke dalam HMP Shunt,maka L-xylulose harus diubah dulu menjadi D-xylulose melalui silitol. Dalam proses ini diperlukan NADPH dan +

NAD . Perubahan silitol menjadi D-silulosa dikatalisis enzim silulosa reduktase. D-xylulose akan diubah menjadi D-xylulose 5-fosfat, ATP bertindak sebagai donor fosfat.

39

Pada suatu penyakit yang menurun yang disebut "essential pentosuria" di dalam urinnya banyak didapatkan L-xylulose, diperkirakan enzim yang mengkatalisis L-xylulose menjadi silitol tidak ada pada penderita penyakit ini. Metabolisme Fruktosa Fruktosa dapat difosforilasi menjadi fruktosa 6-fosfat oleh enzim heksokinase. Enzim ini juga dapat memakai glukosa dan mannosa sebagai substrat, tapi afinitas untuk fruktosa sangat kecil bila dibandingkan dengan glukosa. Fruktokinase yang terdapat dalam hati, ginjal dan usus halus, dapat mengkatalisis fruktosa dengan ATP menjadi fruktosa 1-fosfat. Harga Km untuk reaksi ini kecil sekali dan aktivitas enzim ini tidak dipengaruhi oleh puasa ataupun insulin. Sangat mungkin sekali bahwa fosforilasi dengan enzim ini merupakan reaksi fosforilasi yang utama dari fruktosa. Kekurangan enzim fruktokinase dalam hepar akan menyebabkan suatu kelainan yang disebut "essential fruktosuria". Karena aktivitas enzim fruktokinase tidak dipengaruhi insulin maka pada penderita Diabetes Mellitus, fruktosa dapat dihilangkan dari darah dengan kecepatan yang sama dibandingkan dengan orang normal. Fruktokinase tidak dapat memakai glukosa sebagai substrat. Selanjutnya fruktosa 1-fosfat dipecah menjadi D-gliseral dehid dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dilatalisis enzim aldolase B, yang terdapat dalam hati. Enzim ini juga bisa memakai fruktosa 1,6-bisfosfat sebagai substratnya.Apabila enzim aldolase B tidak ada maka akan menyebabkan suatu penyakit menurun yang disebut "hereditary fructosa intolerance". D-gliseraldehid dapat masuk ke dalam glikolisis melalui suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim yang terdapat dalam hepar yaitu triokinase. Enzim ini mengkatalisis fosforilasi D-gliseraldehid menjadi D-gliseraldehid 3-fosfat. Dihidroksi aseton fosfat dan gliseraldehi 3-fosfat (triosa fosfat) mungkin mengalami degradasi melalui jalur glikolisis atau diubah menjadi glukosa. Dalam hepar kedua triosa fosfat tersebut akan banyak yang diubah menjadi glukosa. Salah satu akibat dari "hereditary fructose intolerance" dan keadaan lain yang disebabkan karena kekurangan enzim fruktrosa 1,6-bisfofatase adalah hipoglisemi akibat induksi fruktosa, biarpun dalam hepar kadar glikogen tinggi. Ini disebabkan karena akumulasi fruktosa 1-fosfat dan fruktosa 1,6-bisfosfat akan menghambat aktivitas enzim fosforilase dalam hepar melalui mekanisme allosterik. Apabila hepar dan usus dari suatu binatang percobaan dibuang, maka injeksi fruktosa (pemberian fruktosa secara parenteral) tidak akan bisa diubah menjadi glukosa, dan 40

binatang tersebut akan mati, kecuali apabila diberi glukosa. Pada manusia telah dilaporkan bahwa ginjal dapat mengubah fruktosa menjadi glukosa dan asam laktat. Pada manusia, dalam usus banyak sekali fruktosa diubah menjadi glukosa sebelum diserap melalui vena porta (hal ini tidak terjadi pada tikus). Fruktosa akan lebih cepat mengalami glikolisis bila dibandingkan dengan glukosa, karena fruktosa tidak melewati jalur reaksi yang dikatalisis enzim fosfofruktokinase. Enzim ini mengontrol kecepatan reaksi katabolisme glukosa. Ini menyebabkan fruktosa akan membanjiri hepar dengan akibat meningkatnya sintesis asam lemak, esterifikasi asam lemak dan sekresi Very Low Density Lipoprotein (VLDL), yang mungkin bisa meningkatkan kadar triasil gliserol. Fruktosa bisa didapatkan dalam "seminal plasma" dan disekresi ke dalam fetal sirkulasi pada ikan paus . Pada binatang ini fruktose tertimbun dalam cairan amnion dan "allantoic fluid". Metabolisme Sorbitol Sorbitol dan fruktosa didapatkan dalam lensa. Pada penderita Diabetes Mellitus kadar sorbitol dan fruktosa dalam lensa meningkat, mungkin senyawa tersebut terlibat dalam pembentukan katarak. Inhibitor aldose reduktase dapat mencegah timbulnya katarak pada diabetes mellitus. Glukosa dapat diubah menjadi fruktosa melalui jalur sorbitol (gambar-22). Dalam hepar jalur ini tidak ada. Pembentukan fruktosa meningkat dengan meningkatnya kadar glukosa, seperti dalam Diabetes Mellitus. Aldosa reduktase mengkatalisis reduksi glukosa menjadi sorbitol. Dalam reaksi ini NADPH diperlukan sebagai reduktor, yang berubah menjadi NADP. Selanjutnya sorbitol dioksidasi menjadi fruktosa dalam suatu reaksi yang dikatalisis enzim sorbitol +

dehidrogenase. Reaksi ini memerlukan NAD . Sorbitol tidak dapat secara bebas berdifusi keluar sel, oleh karena itu dapat tertimbun dalam sel. Dalam hepar adanya sorbitol dehidrogenase menyebabkan sorbitol diubah menjadi fruktosa. Apabila sorbitol diberikan intravena maka senyawa ini akan diubah menjadi fruktosa, bukan menjadi glukosa (sorbitol dehidrogenase mengkatalisis reaksi dua arah). Apabila sorbitol diberikan per-oral sedikit sekali yang diserap, dan akan mengalami fermentasi oleh bakteri usus besar (kolon) dan menghasilkan asetat dan H . Pada keadaan "sorbitol intolerance" kram perut mungkin 2

disebabkan oleh makanan yang dikatakan pemanis "sugar-free" yang mengandung sorbitol. 41

Metabolisme Galaktosa Galaktosa diserap usus dengan mudah diubah menjadi glukosa dalam hepar. "Galactose tolerance test" adalah suatu pemeriksaan untuk mengetahui fungsi hepar, namun sekarang sudah jarang dipakai. Jalur yang dipakai untuk mengubah galaktosa menjadi glukosa adalah sebagai berikut: Galaktokinase mengkatalisis reaksi (1) dan dalam reaksi ini diperlukan ATP sebagai donor fosfat. Galaktosa 1-fosfat yang terbentuk akan bereaksi dengan uridin difosfat glukosa (UDPG) dan menghasilkan uridin difosfat galaktosa dan glukosa 1-fosfat. Reaksi ini dikatalisis enzim galaktosa 1-fosfat uridil transferase, galaktosa menggantikan tempat glukosa. Suatu epimerase mengubah galaktosa menjadi glukosa (reaksi 3). Reaksi ini terjadi pada suatu nukleotida yang mengandung galaktosa, peristiwa oksidasi+

reduksi berlangsung dan memerlukan NAD sebagai ko-enzim. UDP-glukosa yang dihasilkan, dibebaskan dalam bentuk glukosa 1-fosfat (reaksi 4). Mungkin sebelum dibebaskan digabung dulu dengan molekul glikogen, baru kemudian dipecah enzim fosforilase. Reaksi (3) adalah reaksi dua arah. Dari diagram dapat dilihat bahwa glukosa bisa diubah menjadi galaktosa. Dalam tubuh galaktosa diperlukan bukan hanya untuk sintesis laktosa, tetapi juga untuk membuat serebrosida, proteoglikan dan glikoprotein. Sintesis laktosa dalam mamma terjadi dengan jalan kondensasi UDP-galaktosa dengan glukosa dan dikatalisis enzim laktosa sintetase. Suatu penyakit yang dapat diturunkan menyebabkan galaktosemia, mungkin terjadi akibat kekurangan enzim-enzim pada reaksi (1), (2) dan (3). Akan tetapi yang paling banyak diketahui adalah akibat kekurangan enzim uridil transferase (reaksi 2). Karena kadar galaktosa meningkat, dalam lensa mata galaktosa bisa mengalami reduksi menjadi galaktitol. Apabila kadar galaktitol ini tertimbun dalam lesa mata maka akan mempercepat terjadinya katarak. Kekurangan enzim yang mengkatalisis reaksi (2) membawa akibat yang paling buruk bila dibandingkan dengan kekurangan enzim-enzim yang lain, karena galaktosa 1-fosfat tertimbun sedangkan hepar kekurangan fosfat inorganik. Ini bisa menyebabkan kegagalan fungsi hepar dan retardasi mental. Ekspresi klinik terjadi apabila aktivitas uridil transferase berkurang lebih dari 50 %, dan ini hanya terjadi pada homozygote. 42

Metabolisme Heksosamin Heksosamin merupakan komponen karbohidrat yang penting dalam tubuh, karena heksosamin adalah bagian dari elemen struktur jaringan tubuh. Mukopolisakarida biasanya terdiri dari dua monosakarida sebagai struktur dasar (repeating unit). Mukopolisakarida yang paling banyak didapatkan dalam tubuh adalah asam hialuronat. Asam hialuronat terdapat dalam "cell coat", "ground substance" pada jaringan ikat, jaringan sinovial, vitreous humor. "Repeating unit" asam hialuronat adalah asam D-glukoronat dan N-asetil D-glukosamin, yang terikat melalui β(1-3). Glukosa akan diubah menjadi glukosa 6-fosfat yang oleh enzim heksosa fosfat isomerase akan diubah menjadi fruktosa 6-fosfat. Amino transferase mengkatalisis pemindahan gugusan amino dari glutamin dan membentuk glukosamin 6-fosfat. Reaksi selanjutnya adalah pembentukan N-asetil glukosamin 6-fosfat, N-asetil glukosamin 1-fosfat, kemudian pembentukan UDP-N-asetil glukosamin yang selanjutnya dengan asam Dglukoronat membentuk unit untuk polimerisasi yaitu sintesa asam hialuronat. Mukopolisakarida yang lain adalah khondroitin, yang strukturnya mirip asam hialuronat, bedanya pada khondroitin N-asetil D-glukosamin yang terdapat pada hialuronat diganti dengan N-asetil D-galaktosamin. Khondroitin sendiri hanya merupakan bagian yang kecil dari komposisi "extra cellular material", tapi derivat sulfatnya seperti khondroitin 4sulfat dan khondroitin 6-sulfat merupakan komponen tulang rawan, kornea dan bagianbagian lain tubuh dalam jaringan ikat. Dengan enzim epimerase UDP-N-asetil glukosamin diubah menjadi UDP-N-asetil galaktosamin. Sintesa khondroitin dari dua monosakarida secara lengkap belum dijelaskan dalam buku standar.

43

Skema metabolisme karbohidrat dengan keterlibatan vitamin (sumber: H.N. Munro dalam Nutrisi dan Metabolisme Karbohidrat, Linder. Maria)

44

EKSKRESI KARBOHIDRAT Dalam waktu 1-4 jam setelah makan, pati nonkarbohidrat atau serat makanan dan sebagian kecil pati yang tidak dicernakan masuk ke dalam usus besar. Sisa-sisa pencernaan ini merupakan substrat potensial untuk difermentasikan oleh mikroorganisme di dalam usus besar. Substansi potensial lain yang difermentasikan adalah fruktosa, sorbitol, dan monomer lain yang sulit dicerna, laktosa (pada mereka yang kekurangan laktase), serta rafinosa, stakiosa, verbaskosa, dan fruktan. Produk utama fermentasi karbohidrat di dalam usus besar adalah karbon dioksisa, hidrogen, metan, dan asam-asam lemak rantai pendek yang mudah menguap, seperti asam asetat, asam propionat, dan asam butirat. Pada kadar rendah, sebagian besar gas-gas hasil fermentasi diabsorpsi dan dikeluarkan melalui paru-paru. Bila melebihi kemampuan kolon untuk mengabsorpsi, gas-gas ini akan dikeluarkan melelui anus (flatus). Sebanyak 60-70% asam lemak yang mudah menguap diabsorpsi kembali dan dapat digunakan sebagai sumber energi oleh berbagai jaringan tubuh. Jadi, sebagian besar karbohidrat yang lolos dari pencernaan di dalam usus halus akhirnya dapat dimanfaatkan kembali oleh tubuh.

REGULASI GULA DARAH Tanpa bantuan hormon, kadar gula darah akan mengalami fluktuasi yang besar. Kadar gula darah akan segera meningkat sesudah makan, dan sebaliknya bila tidak ada asupan makanan pada periode tertentu, kadar gula darah akan turun sangat rendah. Untuk mencegah terjadinya fluktuasi yang membahayakan ini, tubuh akan meregulasi glukosa darah dengan menggunakan hormon insulin dan glukagon. Hormon insulin disekresikan oleh sel-sel beta pankreas apabila kadar gula darah meninggi (hiperglikemia), yang biasanya terjadi sesudah rnakan, seperti nasi, roti, gula, dan lain sebagainya. Peninggian kadar gula darah ini, akan merangsang sekresi insulin dari sel-sel β pulau Langerhans pankreas. Sekresi Insulin ini berlangsung dalam dua rase, pada rase pertama kadar insulin melonjak tinggi seketika. Hal ini terjadi 10 menit sesudah kenaikan kadar gula darah, dan dimungkinkan karena ada simpanan insulin dalam granula. Kemudian terjadi rase ke dua yang bersifat lambat, berlangsung selama lebih dari 10 menit sampai 2 45

jam. Dalam jam pertama sesudah makan, gula darah meningkat sampai 160,11 mg%, dan kemudian menurun lagi berkat pengaruh insulin, sehingga 2 jam sesudah makan kadar gula darah normal kembali, yakni 120 mg%. Insulin akan merangsang pengambilan glukosa oleh jaringan dan kemudian memecahnya menjadi energi, menyimpannya dalam bentuk glikogen dan mengubahnya menjadi lemak. Dengan proses tersebut diatas, kadar gula darah akan menurun dan kembali normal 2 sampai 2 ½ jam sesudah makan. Sebaliknya bila kadar gula darah rendah, hormon glukagon yang dihasilkan sel-sel α pankreas akan rnenstimulasi sintesa glukosa dari asam amino, menyebabkan terlepasnya glikogen dari hepar, yang akan rneninggikan kadar gula darah. Jadi, aktifitas hormon insulin dan glukagon berlawanan satu sama lain. Ada juga hormon lain yang dapat membantu meninggikan kadar gula darah, salah satu yang paling penting adalah epinefrin (adrenalin) yang merangsang pembebasan glukosa dari glikogen. Hormon epinefrin ini akan disekresikan pada situasi dimana tubuh dalam keadaan stress ataupun dalarn keadaan bahaya. Peningkatannya akan menaikkan kadar gula darah, yang akan membantu tubuh untuk berkelahi atau berlari langkah seribu.

46

KEBUTUHAN KARBOHIDRAT Kebutuahn karbohidrat diperhitungkan akan fungsinya sebagai penghasil energi. Bila tidak ada karbohidarat, asam amino dan gliserol yang berasal dari lemak dapat diunah menjadi glukosa untuk keperluan energi otak dan sistem saraf pusat. Oleh sebab itu, tidak ada ketentuan pasti mengenai kebutuhan karbohidrat sehari untuk manusia. Namun, untuk memelihara kesehatan, WHO (1990) menganjurkan agar 55-75% konsumsi energi total berasal dari karbohidrat kompleks dan paling banyak hanya 10% berasal dari karbohidrat/gula sederhana. Sedangkan untuk serat rata-rata 20-30gram/hari.

PENYAKIT – PENYAKIT YANG BERHUBUNGAN DENGAN KARBOHIDRAT Penyakit – penyakit yang berhubungan dengan karbohidrat berkaitan dengan kuantitas dan kualitas karbohidrat serta gangguan metabolisme karbohidrat. Penyakitpenyakit karena ketidakseimbangan antara konsumsi dan kebutuhan energi adalah PEM (Protein Energi Malnutrition) atau penyakit KKP (Kurang Kalori Protein) dan penyakit kegemukan atau obesitas. Sedangkan yang termasuk gangguan metabolisme karbohidrat adalah Diabetes Militus (DM), lactose intolerance, dan lain-lain. KURANG KALORI PROTEIN (KKP) Penyakit kurang kalori protein pada dasarnya terjadi karena defisiensi energi dan defisiensi protein, disertai susunan hidangan yang tidak seimbang. Penyakit KKP terutama menyerang anak-anak yang sedang dalam tahap tumbuh kembang, dan dapat pula menyerang orang dewasa yang biasanya kekurangan makanan secara menyeluruh. Penyakit ini terutama terjadi karena konsumsi bahan pangan pokok yang tidak mencukupi kebutuhan dan berlangsung dalam jangka waktu yang lama. Gambaran klinik antara anak dan dewasa memiliki perbedaan. Pada dewasa memberikan gambaran klinik oedema kelaparan (hongeroedema, H.O.), tampak sangat kurus, oedema tampak menonjol pada sebagian besar penderita khususnya bagian kaki. Sedangkan pada anak-anak memberikan gambaran klinik berupa gejala-gejala yang merupakan campuran dari gambaran klinik defisiensi kalori dan defisiensi protein murni. Adakalanya gejala-gejala defisiensi energi menonjol sekali, memberikan gambaran klinik yang disebut marasmus, sedangkan gejala-gejala defisiensi protein yang menguasai kondisi klinik disebut kwasiokor. Umumnya KKP ini disebut 47

marasmic kwasiokor. Gambaran klinik marasmic kwasiorkor dapat bergesar kearah gambaran marasmus atau kwasiorkor, bila tidak tertanggulangi secara baik. Beberapa gejala marasmus adalah sangat kurus (umumnya terlihat seperti kulit dan tulang), berat badan menurun hingga 60% dari berat ideal menurut umur, muka berkerut seperti muka orang tua, kulit didaerah pantat berlipat-lipat, tergeletak pasif tanpa perhatian untuk sekitarnya (apatis), tidak ditemukan adanya jaringan lemak subkutan. Gejala yang dijumpai pada kwasiorkor antara lain apatis, rambut kepala halus dan jarang berwarna kemerahan kusam, rambut mudah dicabut tanpa terasa sakit oleh penderita, terkadang disertai dengan oedema, masih terdapat adanya jaringan lemak subkutan. Berat badan terkadang tersamar dengan adanya oedema. OBESITAS/KEGEMUKAN Dikatakan obesitas bila Indeks Massa Tubuh diatas 30. Keadaan ini disebabkan oleh ketidakseimbangan antara konsumsi energi dengan kebutuhan energi, dimana konsumsi energi yang berkebihan dibandingkan dengan kebutuhan ataupun penggunaan energi (energy expenditure). Kelebihan energi di dalam tubuh disimpan dalam bentuk lemak. Pada orang yang menderita obesitas, organ-organ tubuh dipaksa harus bekerja lebih berat, karena harus membawa kelebihan berat badan yang tidak memberikan manfaat secara langsung. Oleh karena itu, lebih cepat berkeringat untuk menghilangkan kelebiihan panas tersebut. Ada beberapa penyakit yang meningkat prevalensinya pada penderita obesitas, seperti penyakit-penyakit kardiovaskuler termasuk hipertensi, diabetes militus, dan lainnya. DEFISIENSI KARBOHIDRAT Manusia membutuhkan karbohidrat dalam jumlah tertentu setiap harinya. Walaupun tubuh tidak membutuhkan dalam jumlah yang khusus, kekurangan karbohidrat yang sangat parah akan menimbulkan masalah. Diperlukan sekitar 2 gram karbohidrat per Kg berat badan sehari untuk mencegah terjadinya ketosis. Secara keseluruhan tubuh harus mempertahankan keseimbangan tertentu dalam utilisasi karbohidrat, lemak dan protein sebagai sumber energi. Jika asupan karbohidrat ditiadakan, maka cadangan lemak dalam jaringan adiposa akan dimobilisasi sedemikian cepatnya, sehingga tubuh tidak dapat mengoksidasi karbohidrat seluruhnya menjadi CO 2 dan H2O. Sebagian dari hasil pemecahan lemak itu akan diubah menjadi substansi yang disebut dengan keton bodies. Walaupun tubuh dapat menggunakan keton bodies ini 48

sebagai penghasil energi dan dieksresikan melalui urine, produksi dalam jumlah besar akan teljadi penumpukan keton bodies di dalam darah dan mengakibatkan terjadinya ketosis. Hal ini sangat berbahaya dan dapat terjadi pada penderita Diabetes Mellitus yang tidak terkontrol. Jumlah asupan karbohidrat juga mempengaruhi penggunaan protein sebagai penghasil energi. Jika asupan karbohidrat rendah, tubuh akan memecah asam amino untuk menghasilkan energi dan mensintesa glukosa tubuh, sehingga jaringan yang membutuhkan gula ini akan mampu menjalankan fungsinya. Oleh karena sebagian protein tubuh digunakan untuk tujuan ini, maka sedikit karbohidrat dapat menyebabkan pemecahan dari jaringan otot untuk menghasilkan energi. Gejala yang timbul akibat asupan karbohidrat yang rendah adalah fatique, dehidrasi, mual, nafsu makan berkurang, dan tekanan darah kadang-kadang turun dengan mendadak sewaktu bangkit dari posisi berbaring (hipotensi ortostatik). Asupan karbohidrat yang adekwat, penting untuk mempertahankan cadangan glikogen yang dibutuhkan pada aktifitas fisik jangka panjang. Peningkatan glikogen otot dengan adanya proses penumpukan karbohidrat akan menambah stamina 30-60 menit lebih lama. KARIES GIGI/KARIES DENTIS Hubungan antara konsumsi karbohidrat dengan terjadinya karies dentis ada kaitannya dengan pembentukan plaque pada permukaan gigi. Plaque terbentuk dari sisasisa makanan yang melekat di sela-sela gigi. Plaque ini akhirnya akan ditumbuhi bakteri yang dapat mengubah pH rongga mulut menurun sampai dengan pH 4,5. Pada keadaan demikian maka struktur email gigi akan terlarut (email tidak larut pada pH 5,41). Konsumsi gula murni (permen, coklat, karamel) sering, akan menyebabkan keasaman rongga mulut menjadi permanen, sehingga semakin banyak email yang terlarut. Kerusakan email yang parah, disebut dengan karies dentis. Dari berbagai penelelitian sukrosa (gula bit dan gula tebu) mempunyai efek kariogenik lebih tinggi dibandingkan dengan fruktosa, glukosa dan maltosa. Sedangkan karbohidrat kompleks seperti amilum dan dekstrin, efek kariogeniknya tidak ada sama sekali. LACTOSE INTOLERANCE Merupakan gangguan metabolik yang mengenai disakarida laktosa. Laktosa di dalam saluran gastrointestinal dipecah oleh enzim laktase menjadi glukosa dan galaktosa. Pada 49

penderita lactose intolerace terdapat defisiensi enzim lactase, karena sintesanya berkurang atau tidak disentesa sama sekali. Defect disini terletak pada mekanisme untuk mensistesa enzim tersebut, yang berpangkal pada kelainan pada kelainan codon di dalam gene. Perubahan codon ini menyebab enzim lactase tidak disentesa atau disintesa dalam jumlah yang tidak mencukupi. Akibatnya laktosa tidak dapat dicerna dan kadar laktosa yang cukup tinggi di dalam saluran pencernaan bekerja sebagai laxans, menyebabkan diarrhoea. Gejala yang terjadi adalah penderita penyakit ini akan menderita diarrhoea bila mendapat air susu atau produk susu, baik ASI maupun air susu sapi atau hewan lainnya. Diketahui bahwa ASI mengandung disakarida laktosa dalam kadar lebih tinggi dibandingkan dengan air susu sapi. Karena kesalahan terletak di dalam gene, penyakit ini umumnya diturunkan (heriditer), dan terdapat sejak anak dilahirkan. Laktose intolerance juga terdapat di antara para orang dewasa yang tidak biasa mempergunakan susu, dimana sewaktu kecil tidak mengalami lactose intolerance, tetapi terbentuk setelah menjadi dewasa. Orang dewasa yang sejak kecil terus mempergunakan air susu dalam makanannya pada umumnya tidak mengalami lactose intolerance. Disimpulkan bahwa lactose intolerance pada dewasa merupakan adaptasi tubuh, karena tidak diperlukan lagi, sehingga tubuh lambat laun menghampus kapasitas membuat enzim laktase tersebut. Terapi dan prevensinya ialah dengan pemberian air susu rendah laktosa (LLM- low lactose milk) atau dengan menggantikan susu dengan susu kedelai yang tidak mengandung laktosa. DIABETES MILITUS Penyakit diabetes melitus merupakan gangguan metabolik yang bersangkutan dengan karbohidrat glukosa. Dasar penyakit diabetes militus adalah defisiensi hormon insulin. Hormon yang dihasilkan oleh sel-sel beta di dalam pulau-pulau Langerhans di dalam kelenjar pancreas ini mengatur metabolisme glukosa. Defisiensi relatif dari hormon insulin ini bisa disebabkan difisiensi pada saat sintesanya, tetapi mungkin sintesanya cukup namun sensitivitas sel target terhadap hormon yang menurun. Ada pula yang mengemukakan bahwa hormon insulin disentesa dalam jumlah cukup, tetapi mobilisasinya terhambat sehingga tertimbun dalam bentuk inaktip di dalam sel-sel beta. Banyak faktor yang berpengaruh untuk menifestasi penyakit diabetes militus pada seseorang.

50

Insulin bekerja mengubah glukosa menjadi glikogen di dalam sel-sel hati maupun otot; hal ini terjadi bila kadar glukosa di dalam darah meninggi. Sebaliknya bila glukosa darah menurun, glikogen hati dimobilisasikan sehingga menaikkan kembali konsentrasi glukosa di dalam aliran darah. Insulin juga merangsang glokoneogenesis, yaitu mengubah beberapa metabolit menjadi glukosa, khususnya metabolit hasil pemecahan lemak dan protein. Konsensus sekarang ialah bahwa insulin mengatur kesanggupan glukosa untuk masuk ke dalam sel target dan sel-sel pada umumnya. Pada defisiensi insulin, glukosa tidak dapat masuk ke dalam sel-sel, sehingga konsentrasinya meninggi di luar sel, termasuk di dalam cairan darah, namun timbunan glukosa tersebut tidak dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi bagi keperluan sel-sel yang membutuhkan. Glukosa yang bertumpuk di dalam aliran darah kemudian dibuang melalui ginjal kedalam urine, sehingga terjadi glukosuria. Karena glukosa tidak dapat dipergunakan untuk menghasilkan energi, maka lemak dan protein lebih banyak dipakai untuk menghasilkan energi yang diperlukan, sehingga terjadi peningkatan glukoneogenesis. Peningkatan pemecahan asam lemak menghasilkan asam-asam keton atau benda keton, yang berakibat menurunnya pH cairan darah, sehingga terjadi apa yang disebut acidosis. Penyebab di sini karena tertimbunnya benda-benda keton (keton bodies), sehingga disebut juga dengan ketosis. Benda keton ini dibuang melalui ginjal ke dalam urine sehingga terjadi ketouria. Pengobatan diabetes militus terdiri atas terapi nutrisi/diet, kegiatan fisik, dan medikamen. Komplikasi dapat terjadi bila keadaan diabetes tidak dapat dikendalikan, antara lain retinophatia diabetica, kelainan kardiovascular, gagal ginjal, kelainan hati, kelainankelainan syaraf (neurophatia diabetica), ganggren, dan kelainan kulit sejenis eczema bersisik yang sulit disembuhkan. KELAINAN-KELAINAN PENIMBUNAN GLIKOGEN Kelainan penimbunan glikogen "glycogen storage disease" adalah suatu penyakit yang diturunkan. Ada beberapa tipe: 

Tipe I glikogenosis ( von Gierke's disease ) Dalam sel-sel hepar dan "renal convulated tubules" penuh dengan glikogen. Secara me-tabolik glikogen ini tidak bisa dipakai. Terbukti dengan terjadinya hipoglisemia 51

pada penderita ini. Ketosis dan heperlipemia terjadi pada penderita ini, yang merupakan suatu tanda adanya kekurangan karbohidrat. Dalam hepar, ginjal dan usus halus aktivitas glu-kosa-6 fosfatase sedikit sekali atau tidak ada pada penderita ini. 

Tipe II ( Pompe's disease ) Merupakan kelainan yang menyebabkan kematian. Terjadi kekurangan enzim lisosom α-14 dan 16-glukosidase (asid maltase). Adapun fungsi kedua enzim tersebut adalah memecah glikogen. Sebagai akibatnya adalah terjadi penimbunan glikogen dalam lisosom.



Tipe III ( limit dextrinosis: Forbes' or Cori's disease ). Enzim "debranching" tidak ada pada penderita ini. Limit dekstrin tertimbun dalam sel-sel jaringan.



Tipe IV ( amylopectinosis,Anderson's disease ) Pada tipe ini enzim "branching" tidak ada, hingga terdapat akumulasi polisakarida den-gan sedikit titik-titik cabang. Kematian biasanya terjadi pada tahun pertama karena kegagalan jantung atau kegagalan hepar.



Tipe V glikogenosis ( myophosphorylase deficiency glycogenosis: McArdle's syndrome) Fosforilase otot tidak ada. Penderita dengan tipe ini tidak tahan olahraga. Meskipun kadar glikogen dalam otot tinggi (2,5-4,1%) namun sedikit sekali atau tidak terukur adanya asam laktat dalam darahnya.



Tipe VI glikogenosis ( Hers' s disease ). Dalam hepar kekurangan enzim fosforilase. Terjadi penimbunan glikogen dalam hepar. Ada tendensi mengalami hipoglikemi.



Tipe VII glikogenosis ( Tarui's disease ) Fosfofrukto kinase dalam otot dan eritrosit menurun. Bisa mengalami anemi hemolitik.



Tipe VIII. glikokenosis. Dalam hepar kekurangan enzim fosforilase kinase. Gejala mirip tipe VI.

52

DAFTAR PUSTAKA 

Sediaoetama, Achmad Djaeni., Ilmu Gizi, PT. Dian Rakyat, Jakarta, 2004 : 31-52



Barasi, Marry E., At a Glance Ilmu Gizi, University of wales Institute, cardiff,. Erlangga, Jakarta, 2007 : 28-30



Wirahadikusuma, Muhammad., Biokimia Metabolisme Energi, Karbohidrat, dan Lipid., Penerbit ITB, Bandung, 2005 :27-79



Linder, Maria C., Nutrisi dan Metabolisme, California State University, Fullrrton, CA., 2002 : 27- 56



Almatsier, Sunita., Prinsip Dasar Ilmu Gizi, PT. Garmedia Pustaka Utama, Jakarta, 2001 : 28-44



Winarno, FG., Kimia Pangan dan Gizi, PT. Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 1997 : 15-45



http://id.wikipedia.org/wiki/Karbohidrat



Murry R.M., Granner D.K., and Rodwell V.W.: Harper's Biochemistry. Twentyseventh Editions. Appleton & Lance. Englewood Cliffs. New Jersey. USA. 2006. Dalam METABOLISME HIDRAT ARANG ( KARBOHIDRAT ) Mohammad Hanafi.

53