Klik disini - WordPress.com

Oleh:
Tri Suwandi, S.Pd., M.Sc.
[email protected]
Mengapa metabolisme karbohidrat
penting?
• Monosakarida (heksosa) hasil pencernaan terutama:
glukosa, galaktosa, dan fruktosa.
• Fruktosa dan galaktosa  glukosa (di hati)
• Glukosa adalah sumber energi utama.
• Kadar glukosa darah harus seimbang antara 80-180g/dl
• Bila berlebih atau berkurang dari kadar normal 
gangguan kesehatan
• Berlebih  hiperglikemia  glukosa sangat reaktif 
merusak
• Kekurangan  hipoglikemia  “low batt”
Jika [glukosa] tinggi
Jika [glukosa] rendah
Aerob
Siklus
Krebs
Glikolisis
Kemiosmosis
Anaerob
Glikogenesis
Metabolisme
Karbohidrat
Glikogenolisis
Pentose
Phosphate Shunt
Glukoneogenesis
Fosforilasi
Oksidatif
Fermentasi
1. GLIKOLISIS
• Disebut juga Embden Meyer Hoff Pathway
• Berlangsung di sitosol
• Prinsip: memecah glukosa (senyawa organik
berkarbon 6) menjadi 2 molekul senyawa asam
piruvat (senyawa organik berkarbon 3).
– Reaksi-reaksi pada Glikolisis pada umumnya berjalan 2
arah (bolak-balik), kecuali reaksi 1, 3, dan 10 berjajan
searah.
– Terdapat 2 fase:
– Fase I (reaksi 1-5)  Fase investasi energi
– Fase II (reaksi 6-10)  Fase pembayaran energi
Pengaturan Glikolisis
1. hexokinase atau glucokinase
2. phosphofructokinase
3. pyruvate kinase
Pengaturan Pertama Glikolisis:
Heksokinase
• Mengkatalisis semua heksosa.
• Terdapat hampir dalam semua sel, kecuali hepar dan
sel-β pankreas.
• Tidak dipengaruhi oleh puasa, diet, insulin, diabetes
melitus
• Dihambat oleh Glukosa-6-fosfat.
10
Pengaturan Pertama Glikolisis:
Glukokinase
• Mengkatalisis hanya glukosa saja.
• Terdapat dalam sel hepar saja.
• Dipengaruhi oleh: puasa, diet, insulin, diabetes melitus
• Tidak dihambat oleh Glukosa-6-fosfat.
11
Pengaturan Glikolisis: Fosfofruktokinase
• Enzim ini membatasi/mengatur kecepatan jalur
glikolitik.
• Diaktifkan oleh peningkatan AMP dalam sitosol.
• AMP meningkat karena ATP dihidrolisis oleh reaksi yang
memerlukan energi.
12
Pengaturan Glikolisis: Piruvat Kinase
• Piruvat Kinase diatur di dalam hepar.
• Enzim ini mengubah kelebihan glukosa menjadi piruvat,
selanjutnya dimetabolisme menjadi acetyl-CoA agar bisa
disimpan sebagai fatty acids untuk cadangan energi
jangka panjang.
13
Dekarboksilasi Oksidatif
• Berlangsung di membran luar mitokondria
Siklus Asam Sitrat/Asam Trikarboksilat/Krebs
• Berlangsung di matriks mitokondria
Fosforilasi Oksidatif
• Berlangsung di membrane dalam
mitokondria
H
H

H
Protein
complex
of electron
carriers
Cyt c
Q
I
IV
III
II
FADH2 FAD
NADH
H
2 H + 1/2O2
ATP
synthase
H2O
NAD
ADP  P i
(carrying electrons
from food)
ATP
H
1 Electron transport chain
Oxidative phosphorylation
2 Chemiosmosis
Figure 9.16
Electron shuttles
span membrane
2 NADH
Glycolysis
2 Pyruvate
Glucose
MITOCHONDRION
2 NADH
or
2 FADH2
2 NADH
Pyruvate oxidation
2 Acetyl CoA
 2 ATP
Maximum per glucose:
CYTOSOL
6 NADH
2 FADH2
Citric
acid
cycle
Oxidative
phosphorylation:
electron transport
and
chemiosmosis
 2 ATP
 about 26 or 28 ATP
About
30 or 32 ATP
Respirasi Anaerob/Fermentasi
2 ADP  2 P
Glucose
i
2 ADP  2 P
2 ATP
Glycolysis
Glucose
i
2 ATP
Glycolysis
2 Pyruvate
2 NAD 
2 Ethanol
2 NADH
 2 H
2 Acetaldehyde
(a) Alcohol fermentation
•
•
2 NAD 
2 CO2
Manusia memiliki enzim untuk oksidasi
etanol di hepar, yaitu alkohol dehidrogenase
Asetaldehid sangat reaktif dan toksik
2 NADH
 2 H
2 Pyruvate
2 Lactate
(b) Lactic acid fermentation
2. GLUKONEOGENESIS
• Prinsip  pembentukan glukosa dari bahan bukan
karbohidrat.
• Pada mamalia terutama terjadi di hati dan ginjal
• Substrat :
1.
2.
3.
4.
Asam laktat  dari otot, eritrosit
Gliserol  dari hidrolisis Triasilgliserol dalam jaringan lemak
(adiposa)
Asam amino glukogenik
Asam propionat  pada ruminansia
• Glukoneogenesis penting sekali untuk penyediaan glukosa
bila karbohidrat tidak cukup dalam diet.
• Jaringan perlu pasokan glukosa kontinu sebagai sumber
energi terutama sistem saraf dan eritrosit.
• Eritrosit tidak memiliki inti dan organel seperti mitokondria, jadi
siklus Krebs dan transfer elektron tidak berlangsung, akibatnya
asam laktat akan menumpuk.
• Sel-sel astrosit pada saraf otak juga menghasilkan laktat.
• Otot rangka memfermentasi gukosa menjadi laktat pada saat
latihan berat. Laktat selanjutnya memasuki daur Cori.
Regulation of gluconeogenesis and
glycolysis:
 inactivation of the glycolytic enzymes and activation
of the enzymes of gluconeogenesis
1. Pyruvate ↔ PEP
Pyruvate kinase - inactivation by cAMP
(glucagon)
Phosphoenolpyruvate carboxykinase induced by glucagon, epinephrine, and
cortisol
2. Fructose 1,6-P ↔ Fructose 6-P
Phosphofructokinase - activated
by fructose 2,6-P
Fructose 1,6-bisphosphatase - inhibited
by fructose 2,6-P
3. Glucose 6-P ↔ Glucose
Glucokinase - high Km for glucose,
induced by insulin
Glucose 6-phosphatase - induced during
fasting
3. JALUR PENTOSA FOSFAT
• Disebut juga HMP shunt (Hexose Monophosphate Shunt) atau
Pentose Phosphate Pathway.
• Merupakan jalan lain untuk oksidasi glukosa, tetapi tidak
bertujuan menghasilkan energi (ATP).
• 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.
• Aktif dalam :
–
–
–
–
–
–
Hati
Jaringan Lemak
Kelenjar Korteks Adrenal
Kelenjar Tiroid
Kelenjar Mammae
Eritrosit
Pentose
Phosphate
Pathway
4. GLIKOGENESIS vs
GLIKOGENOLISIS
• Glikogenesis  sintesis glikogen dari glukosa.
• Glikogenolisis  pemecahan glikogen menjadi glukosa.
• Glikogen adalah bentuk utama cadangan glukosa pada selsel manusia.
• Penyimpanan glikogen terutama terjadi dalam hepar dan
otot rangka.
• Glikogen hepar berfungsi sebagai sumber glukosa darah.
• Glikogen otot rangka akan diubah menjadi glukosa-6fosfat untuk sintesis ATP dalam jalur glikolitik.
• Hormon yg mengatur glukosa darah:
– Hormon dari kelenjar pulau Langerhans α dan β pankreas 
Glukagon dan Insulin
– Hormon dari medula adrenal  Epinefrin
– Hormon dari kelenjar hipofisa/pituitari anterior  Growth
Hormone (somatotropin)
• Glukagon (hati) dan epineprin (otot)  pembentukan
cAMP
– cAMP  menghambat glikogen sintase  glikogenesis
terhambat
– cAMP  memacu fosforilase  glikogenolisis berlangsung
• Insulin (hati dan otot)
– memicu glikogen sintase  glikogenesis berlangsung
– memacu fosfodiesterase  cAMP dipecah menjadi 5’AMP 
glikogenolisis terhambat
Glycogenolysis
Glycogenesis
oligo (α 1→6) to (α 1→4)
glucan-transferase
amylo (1→4) to (1→6)
transgycosylase
Glucose homeostasis:
 maintenance of blood glucose levels near 80 to 100 mg/dL (4,4-5,6 mmol/l)
 insulin and glucagon (regulate fuel mobilization and storage)
Hypoglycemia prevention:
1. release of glucose from the large glycogen stores in the liver (glycogenolysis)
2. synthesis of glucose from lactate, glycerol, and amino acids in liver
(gluconeogenesis)
3. release of fatty acids from adipose tissue (lipolysis)
Hyperglycemia prevention:
1. conversion of glucose to glycogen (glycogen synthesis)
2. conversion of glucose to triacylglycerols in liver and adipose tissue
(lipogenesis)
Pathways regulated by the release of:
 glucagon (in response to a lowering of blood glucose levels)
 insulin (in response to an elevation of blood glucose levels)
Major sites of glucagone
action on fuel metabolism:
Mobilization of energy stores
1. release of glucose from liver
glycogen
2. stimulating gluconeogenesis
from lactate, glycerol, and
amino acids (liver)
3. mobilizing fatty acids
(adipose tissue)
Major sites of insulin action on
fuel metabolism:
The storage of nutriens
• glucose transport into
muscle and adipose tissue
• glucose storage as glycogen
(liver, muscle)
• conversion of glucose to TG
(liver) and their storage
(adipose tissue)
• protein synthesis (liver,
muscle)
• inhibition of fuel mobilization
Sumber glukosa darah:
1. Karbohidrat makanan
2. Glikogenolisis hepar
3. Glukoneogenesis
Production of blood glucose
Glycogenolysis
 2 hours after a meal
 the primary source of blood
glucose during the first few hours
of fasting
Gluconeogenesis
 after consumption of the liver
glycogen
 lactate (muscle, erythrocytes),
amino acids (muscle), glycerol
(adipose tissue)
Sources of blood glucose in fed, fasting, and starved states:
Blood glucose levels at various stages of fasting:
Stage of fasting
Glucose (mg/dL)
Glucose (mM/L)
Normal level
80-100
4,4-5,6
Fasting (12 h)
80
4,4
Starvation (3 d)
70
3,9
Starvation (5-6 wk)
65
3,6
Metode “Carbohydrate Loading”
untuk Olahragawan
• Otot mengandung glikogen lebih sedikit daripada
hepar, tetapi kadarnya akan menurun hanya sesudah
kerja otot yang lama.
• Bila memakan banyak karbohidrat, maka glikogen
otot akan meningkat melampaui tingkat biasa (>1%).
• Olahragawan memanfaatkan kemampuan otot ini
untuk ketahanan saat bertanding.
39
Regulation of liver and muscle glycogen metabolism:
State
Regulators
Response
Fasting
Glucagon ↑, Insulin ↓
cAMP ↑
Glycogen degradation ↑
Glycogen synthesis ↓
Carbohydrate meal
Glu ↑, Glucagon ↓, Insulin ↑
cAMP ↓
Glycogen degradation ↓
Glycogen synthesis ↑
Exercise and stress
Adrenalin ↑
cAMP ↑, Ca2+-calmodulin ↑
Glycogen degradation ↑
Glycogen synthesis ↓
Fasting (rest)
Insulin ↓
Glycogen synthesis ↓
Glucose transport ↓
Carbohydrate meal (rest)
Insulin ↑
Glycogen synthesis ↑
Glucose transport ↑
Exercise
Epinephrine ↑
AMP ↑, Ca2+-calmodulin ↑,
cAMP ↑
Glycogen synthesis ↓
Glycogen degradation ↑
Glycolysis ↑
Liver
Muscle