METABOLISME KARBOHIDRAT

GLIKOLISIS
DR.YUSTINI ALIOES.MSI,APT
Bagian Biokimia Fakultas Kedokteran
Universitas Andalas
Padang
Overview Carbohydrates Metabolisme
Glucose
Hexokinase
Pentose
Phosphate
Shunt
Glucose-6-P
glycolysis
Pyruvate
Glc-1- phosphate
glycogen
2
cytosol
mitochondria
(aerobic)
Pyruvate
Acetyl CoA
FATTY ACIDS
AMINO
ACIDS
Krebs
cycle
Reducing
equivalents
Oxidative
Phosphorylation
(ATP)
3
1.Glikolisis
• Disebut juga jalur metabolisme EmbdenMeyerhof.
• Adalah jalur oksidasi glukosa menjadi
piruvat + energi (ATP) + NADH.
• Glikolisis berlangsung dalam sitosol.
• Glikolisis merupakan jalur sumber energi
terutama bagi sel darah merah matang
yang tidak lagi punya mitokondria.
4
Glycogen
Glucose-1-P
Glucose
Hexokinase or Glucokinase
Glucose-6-Pase
Glucose-6-P
Glucose + Pi
Glycolysis
Pathway
Pyruvate
Glucose metabolism in liver.
5
Jaras Glikolisis
6
Jaras Glikolisis
7
Nasib Piruvat
• Piruvat dapat mengalami proses:
1. Aerobik (ada oksigen),
piruvat dioksidasi untuk menghasilkan
CO2 dan H2O melalui daur Kreb’s
2. Anaerobik (tanpa oksigen),
manusia = piruvat --> laktat
ragi
= piruvat --> etanol
8
Lactate Dehydrogenase
O
O

C
+
NADH + H NAD
C O
+
O
O

C
HC OH
CH3
CH3
pyruvate
lactate
9
Kepentingan Laktat
pada Manusia
1. Otot rangka memfermentasi gukosa
menjadi laktat pada saat latihan berat.
Laktat selanjutnya memasuki daur Cori.
2. Pada kasus infark miokard, sel-sel otot
jantung yang rusak melepaskan LDH ke
dalam darah, sehingga enzim ini bisa
digunakan untuk petanda diagnostik.
3. Sel-sel astrosit pada saraf otak juga
menghasilkan laktat.
10
11
Glikolisis Anaerob pada Ragi
Pyruvate
Decarboxylase
O
O
Alcohol
Dehydrogenase

C
C O
CH3
pyruvate
+
CO2 H
O
+
NADH + H NAD
C
CH3
acetaldehyde
H
H C OH
CH3
ethanol
12
Metabolisme Alkohol pada
Manusia
etanol  asetaldehid  asetat
- Manusia memiliki enzim untuk oksidasi
etanol di hepar, yaitu;
alkohol dehidrogenase
- asetaldehid sangat reaktif dan toksik
13
Pengaturan Glikolisis
 hexokinase or glucokinase
 phosphofructokinase
 pyruvate kinase
14
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.
15
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.
16
Pengaturan Glikolisis Utama:
Fosfofruktokinase
• Enzim ini membatasi / mengatur kecepatan
jalur glikolitik.
• Diaktifkan oleh peningkatan AMP dalam
sitosol.
• AMP meningkat karena ATP dihidrolisis
oleh reaksi yang memerlukan energi.
17
Pengaturan oleh Piruvat Kinase
Piruvat Kinase diatur didalam hepar.
Enzim ini mengubah kelebihan glukosa
menjadi piruvat, selanjutnya dimetabolisme
menjadi acetyl-CoA agar bisa disimpan
sebagai fatty acids untuk cadangan energi
jangka panjang.
18
Hasil Bersih Glikolisis Aerob
Glukosa + 2NAD+ + 2Pi + 2 ADP
2Piruvat + 2NADH + 4H+ + 2ATP + 2H2O
19
Hasil Bersih Glikolisis Anaerob
Glukosa + 2 ADP + 2 Pi
2 lactate + 2 ATP
20
Transpor Ekuivalen Pereduksi
ke dalam Mitokondria
•
Mitokondria tidak permeabel terhadap
NADH & FADH2, hanya elektron/H+ yang
bisa memasuki mitokondria.
• Oleh sebab itu, terdapat sistem transpor
ulak-alik yang terdiri dari:
1. Torak gliserol fosfat yg mengubah NADH
sitoplasma menjadi FADH2 mitokondria.
2. Torak malat aspartat yg mengubah NADH
sitoplasma menjadi NADH mitokondria. 21
Hasil Oksidasi 1 mol Glukosa
Sumber
Glikolisis; substrat
Daur Krebs; substrat
Fosforilasi oks; 2 NADH
Daur Krebs; 6 NADH
Daur Krebs; 2 FADH2
Sintesis Asetil KoA;
2 NADH
Total
Gliserol-P
2
2
4
18
4
Malat-asp
2
2
6
18
4
6
36
6
38
22
Metabolisme Galaktosa
23
Metabolisme Fruktosa
24
2. Glikogenesis
• Adalah sintesis glikogen dari glukosa.
• Glikogen adalah bentuk utama cadangan
glukosa pada sel-sel manusia.
• Penyimpanan glikogen terutama terjadi dlm
hepar dan otot rangka.
• Glikogen hepar berfungsi sebagai sumber
glukosa darah.
• Glikogen
otot
rangka
menghasilkan
glukosa-6-fosfat untuk sintesis ATP dalam
jalur glikolitik.
25
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.
26
3. Glikogenolisis
• Adalah jalur penguraian glikogen, tetapi
bukan kebalikan glikogenesis.
• Glikogen diuraikan oleh enzim;
1. Glikogen fosforilase
2. debranching enzyme
27
Jalur Glikogenolisis
28
Pengaturan Metabolisme Glikogen
Primary hormones =
-- epinephrine
(adrenaline)
-- glucagon
-- insulin
29
======== HORMONES ==========
Glucagon
-- Terutama bekerja pada hepar.
-- Diproduksi pada α-cells pulau-pulau
Langerhan pankreas.
-- Menstimulasi glikogenolisis.
-- Menginhibisi glikogenesis.
-- Glucagon juga menghambat glikolisi
-- Menstimulasi glukoneogenesis.
30
======== HORMONES ==========
Epinephrine
-- Bekerja terutama pada otot
rangka.
-- Menstimulasi glikogenolisis.
-- Menginhibisi glikogenesis.
Glucagon dan epinephrine
menstimulasi jalur intracellular
dengan cara meningkatkan
kadar cAMP.
31
======== HORMONES ==========
Insulin
-- Tingginya kadar glukosa darah
akan
menginduksi pelepasan insulin dari
β-cells
pulau-pulau Langerhan pankreas.
-- Meningkatkan glikogenesis di otot.
32
Fungsi Glikogen pada Janin
• Pada 10 minggu terakhir gestasi, insulin
menyebabkan peningkatan glikogenesis
pada janin.
• Setelah tali pusat dijepit, maka pasokan
glukosa dari ibu terhenti.
• Epinefrin & glukagon dengan cepat akan
memulihkan kadar glukosa melalui
glikogenolisis & glukoneogenesis.
33
4. Glukoneogenesis
• Adalah jalur untuk membentuk glukosa dari
senyawa bukan karbohidrat, misalnya;
laktat, gliserol, asam amino (tu alanin)
• Sebagian besar jalur glukoneogenesis
menggunakan enzim yang sama dengan
glikolisis.
• Jalur ini terjadi terutama di dalam hepar
dan sebagian kecil di ginjal.
34
Daur Glukoneogenesis
35
Permulaan Glukoneogenesis
• Glukoneogenesis dimulai dlm mitokondria,
yaitu; enzim piruvat karboksilase yang
mengkatalisis piruvat ----> oksaloasetat.
• Oksaloasetat meninggalkan mitokondria
melalui torak malat-aspartat (malataspartat shuttle).
36
Sumber Glukoneogenesis
37
Enzim Glukoneogenesis
1. Mitokondria =
- Piruvat karboksilase
2. Sitoplasma =
- Fosfoenolpiruvat karboksikinase
- Fruktosa 1,6-bisfosfatase
- Glukosa 6 fosfatase
38
5. HMP-Shunt
• Disebut juga jalur pentosa fosfat / heksosa
monofosfat.
• Jalur ini menghasilkan NADPH dan ribosa
di luar mitokondria.
• NADPH diperlukan untuk biosintesis;
asam lemak,kolesterol, dan steroid lain.
• Ribosa untuk biosintesis asam nukleat.
39
Kepentingan lain
• HMP-shunt berlangsung dalam jaringan;
hepar, lemak, korteks adrenal, tiroid,
eritrosit, kelenjar mammae sedang laktasi.
• NADPH juga penting dalam;
detoksifikasi obat oleh monooksigenase,
reduksi glutation.
40
HMP-shunt terdiri dari fase:
1. Oksidatif (irreversible);
glukosa 6-fosfat ---> ribulosa 5-fosfat
2. Non-oksidatif (reversible);
ribulosa 5-fosfat ---> ribosa 5-fosfat
41
Jalur HMP-Shunt
42
Hasil Bersih
3 glukosa 6-fosfat + 6 NADP+
3 CO2 + 6 NADPH + 6H+ +
2 fruktosa 6-fosfat + gliseraldehida 3-fosfat
43
Defisiensi glukosa 6-fosfat
dehidrogenase (G6PD)
• Eritrosit matang sudah tidak mengandung
mitokondria,
• Sehingga sangat tergantung pada G6PD.
• NADPH diperlukan untuk mereduksi;
glutation teroksidasi --> glutation tereduksi
(GSH)
-->
(GS-SG)
• GSH penting untuk meredam H2O2.
44
Defisiensi glukosa 6-fosfat
dehidrogenase (G6PD)
• Hidrogen peroksida (H2O2) menyebabkan
Hb ---> metHb, karena Fe2+ ---> Fe3+.
• Akibatnya terbentuk badan-Heinz yang
akan menimbulkan anemia hemolitik.
• Penyakit ini makin memburuk bila
penderita memakan obat malaria primaguin
atau kacang fava.
45
Kepustakaan
• Marks, DB., Marks, AD., Smith CM. 1996. Basic medical
biochemistry: a clinical approach. Dalam: B.U. Pendit,
penerjemah.
Biokimia Kedokteran Dasar: Sebuah
Pendekatan Klinis. Eds. J. Suyono., V. Sadikin., L.I.
Mandera. Jakarta: EGC, 2000.
• Cohen,
RJ.
Carbohydrate
metabolism.PPT.
www.med.ufl.edu/biochem/rcohen/rcohen.html. 2007.
• Hardjasasmita, P. Ikhtisar: biokimia dasar B. Balai
Penerbit FKUI. Jakarta. 1993.
• Schumm, DE. Essentials of biochemistry. Dalam: Moch.
Sadikin, penerjemah. Intisari Biokimia. Jakarta: Bina
Aksara, 1993.
46