metabolisme-karbohidrat

02/11/2016
Metabolisme karbohidrat
dr.Syazili Mustofa,M.Biomed
Departemen Biokimia dan Biologi Molekuler
Fakultas Kedokteran
Universitas Lampung
PENDAHULUAN
 Karbohidrat adalah suatu makromolekul yang memiliki
peran penting dalam kimia kehidupan.
 Karbohidrat adalah senyawa-senyawa aldehid (COH) atau
keton C=O) dengan banyak gugus hidroksil (OH).
 Senyawa ini menyusun sebagian besar bahan organik di
alam karena perannya yang sangat banyak pada semua
bentuk kehidupan
 Peran utama : sumber energi
KH  menghasilkan 4 kilokalori/gram.
1
02/11/2016
Photosynthesis: Sun’s energy becomes part of glucose molecule
energy
Carbon dioxide
Water
Chlorophyll
GLUCOSE
6 CO2 + 6 H20 + energy (sun)
C6H12O6 + 6 O2
120 grams of glucose / day = 480 calories
2
02/11/2016
KARBOHIDRAT
adalah polihidroksi aldehid atau keton atau senyawa
yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila
dihidrolisa
Nama Karbohidrat :
 (CH2O)n atau (C.H2O)n
rumus empiris yang menunjukkan bahwa senyawa
tersebut adalah karbon “hidrat”.
Memiliki nisbah karbon terhadap hidrogen dan
Oksigen sebagai 1:2:1
 Contoh: D-glukosa  C:H:O = 1:2:1.
 C6H12O6  (CH2O)n
PERAN KH DALAM KEHIDUPAN
1. Bertindak sebagai sumber energi, bahan bakar,
dan zat antara metabolisme
GLIKOLISIS;
KH+O2  CO2 + H2O + E (ATP)
- Pati dan glikogen, dapat dengan cepat
dimobilisasi untuk menghasilkan glukosa 
bahan bakar utama untuk membentuk energi
- ATP, adalah derivat gula terfosforilasi alat
tukar energi bebas yang universal
3
02/11/2016
2. Kerangka struktur RNA dan DNA
◦ Gula ribosa dan deoksiribosa
◦ Berperan pada penyimpanan dan ekspresi informasi
genetik.
3. Elemen struktur dinding sel bakteri dan
tumbuh-tumbuhan
- selulosa, berlimpah pada biosfer
4. Berikatan dengan banyak protein dan lipid
- glikoforin
protein integral membran , pada sel darah
merah
Overview of metabolism.
Jalur metabolisme  3 kategori
Katabolik: utk proses pemecahan molekul besar, oksidasi,
menghasilkan ekivalen pereduksi dan terutama produksi
ATP
Anabolik: terlibat dlm proses sintesis senyawa kompleks dari
prekursornya (AA  protein), endotermik, endergonik.
Amfibolik: terjadi di persilangan metabolisme yg
menghubungkan jalur anabolik dg katabolik. Contoh Siklus
Krebs (Siklus Asam Sitrat)
4
02/11/2016
Metabolisme Normal : adaptasi terhadap saat kelaparan/ puasa,
latihan fisik, kehamilan, laktasi.
Metabolisme Abnormal: akibat dari defisiensi nutrisi, defisiensi
enzim, sekresi hormon regulasi metabolisme tidak normal,
efek obat dan racun.
Kebutuhan kalori seseorang dg BB 70 kg  2400 – 2900 kcal
Kurang lebih 40% - 50% lebih tinggi dari BMR (140% - 150%
BMR).
Kelebihan kalori terus menerus
 Obesitas (IMT > 26 utk Asia, >30 Kaukasia)
Kekurangan kalori terus menerus  katabolisme protein tanpa
replacement  “emaciation”.
Kelaparan/ puasa
 nervous system dan eritrosit , peka terhadap kekurangan
glukosa
 saat cadangan glikogen menipis maka tubuh melakukan
glukoneogenesis
5
02/11/2016
Hormon pengatur metabolisme KH:
Insulin: patologis  Diabetes melitus  kadar gula darah tinggi
Glukagon  glukoneogenesis  meningkatkan kadar gula darah ke
normal.
Hormon lain yang juga terlibat:
Katekolamin
Kortisol
Hormon tiroid
Growth hormon
Penyakit Metabolisme KH:
Diabetes melitus tipe I : defisiensi sekresi insulin
Diabetes melitus tipe II: sel tidak sensitif terhadap insulin
Jalur katabolisme (3 tahapan)
Karbohidrat
Protein
Lipid
Digesti + absorpsi
Glukosa
Asam lemak
Asam amino
+ gliserol
katabolisme
Asetil-koA
Siklus
Krebs
2H
ATP
2 CO2
6
02/11/2016
Respirasi sel
GLIKOLISIS
AEROBIK
7
02/11/2016
SIKLUS ASAM SITRAT
(s. Krebs , s. asam sitrat, TCA cycle)
Serangkaian reaksi di mitokondria untuk oksidasi asetil-KoA menjadi CO2 dan H2O
 terbtk NADH dan FADH2 akibat aktivitas enzim
dehidrogenase
Merupakan Jalur metabolisme bersama utk oksidasi karbohidrat, lemak dan protein
Enzim-enzim terletak di matriks mitokondria, bebas/terikat pd
membran dalam mitokondria
NADH, FADH2 yg dihasilkan pada oksidasi-ß & TCA cycle  di reoksidasi melalui
rantai pernafasan  hasilkan ATP >>>,
Proses ini memerlukan O2  Oksidasi-ß dan TCA cycle berlangsung dalam keadaan
aerob.
8
02/11/2016
Secara garis besar reaksi tsb:
1 mol asetil-KoA bergabung dg 1 mol oksaloasetat
membentuk sitrat
Sitrat dioksidasi melalui serangkaian reaksi menghasilkan:
2 mol CO2 dan ekivalen pereduksi serta
pembentukan kembali oksaloasetat yg dapat memulai reaksi
dg mol asetil Ko-A baru.
Fungsi TCA : antara lain
1. Final common pathway untuk oksidasi sempurna
karbohidrat, lipid dan protein.
2. Pembentukan energi (GTP)
3. Pembentukan ekivalen pereduksi NADH, FADH2
GLIKOLISIS, GLUKONEOGENESIS DAN JALUR PENTOSA FOSFAT.
Glikolisis.
Proses pemecahan heksosa (6 C) menjadi senyawa 3C atau 2C
dan menghasilkan ATP.
Glukoneogenesis.
Proses pembentukan karbohidrat (glukosa) dari senyawa non
karbohidrat.
Jalur pentosa fosfat
Pemecahan glukosa menghasilkan, karbondioksida, NADPH
dan ribosa/pentosa fosfat bahan baku DNA/ RNA.
9
02/11/2016
Glikolisis.
Glukosa  piruvat/ laktat/ etanol dan CO2.
Amfibolik:
Katabolik memecah glukosa menghasilkan ATP.
Menghasilkan 3C prekursor utk pembentukan
amino, asam lemak dan kolesterol.
asam
Jalur glikolisis terdapat di hampir semua sel (Ubiquitous
pathway).
GLIKOLISIS EMBDEN MEYERHOF
Oksidasi glukosa  piruvat (aerob) / laktat (anaerob)
Berlangsung di bagian sitosol semua sel / jaringan
Fungsi : a.l membentuk energi
Dapat berlangsung dalam keadaan aerob atau anaerob
A. Glikolisis aerob :
- piruvat yg dihasilkan dapat diubah menjadi asetil-KoA 
selanjutnya dioksidasi di TCA  menghasilkan lebih banyak
NADH dan FADH2  ATP >>>
B. Glikolisis anaerob :
- Rantai transfer elektron tdk dapat berlangsung  reoksidasi
NADH  NAD terjadi melalui reduksi piruvat  laktat
- ATP lebih sedikit (hanya tingkat substrat)
10
02/11/2016
Glikolisis Embden-Meyerhof (anaerob)
Jalur Embden-Meyerhof
11
02/11/2016
Glukoneogenesis
Adl suatu proses perubahan prekursor (bukan karbohidrat) menjadi glukosa atau
glikogen.
Substrat/ prekursor:
Asam amino glukogenik
laktat
gliserol
propionat
Jaringan utama tempat berlangsung glukoneogenesis adl hati dan ginjal.
Organ tergantung /peka glukosa adalah sistem saraf dan eritrosit.
Hipoglikemia menyebabkan disfungsi otak  berat  koma  game over
Fungsi:
Meningkatkan kadar glukosa darah utk kebutuhan normal sel.
12
02/11/2016
Glukoneogenesis, asam amino glukogenik
Jalur Pentosa Fosfat
Adl jalur alternatif metabolisme glukosa.
Jalur ini berlangsug di sitosol
Enzim yang terlibat antara lain G6PD, transketolase dan transaldolase
Reaksi terbagi ke dalam 2 fase:
- oksidatif: menghasilkan NADPH
- nonoksidatif : menghasilkan prekursor-prekursor ribosa
Fungsi:
(Bukan ditujukan untuk produksi ATP)
Menghasilkan NADPH untuk sintesis asam lemak & steroid
Sintesis ribosa untuk pembentukan nukleotida dan asam nukleat
Defisiensi enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase (G6PD) menyebabkan darah
mudah hemolisis  anemia hemolitik
13
02/11/2016
NADPH dr jalur Pentosa fosfat digunakan utk mereduksi
GSSG  GSH
14
02/11/2016
Glikogenesis-Glikogenolisis
15
02/11/2016
Regulasi metabolisme karbohidrat
16
02/11/2016
17
02/11/2016
Gula darah kadarnya dipertahankan dalam range yang sempit
Kadar glukosa darah manusia
setelah makan 6,5 – 7,2 mmol/L
2 jam pp
4,5 – 5,5 mmol/L
puasa
3,3 – 3,9 mmol/L
Kadar glukosa darah  Berbeda utk tiap spesies.
Glukosa darah diperoleh dari makanan, glukoneogenesis dan
glikogenolisis.
Kadar glukosa darah diatur oleh proses metabolik dan
hormonal:
Insulin berperan utama dalam regulasi kadar glukosa darah.
Insulin overdose  hipoglikemia cepat  convulsion/
kejang
Mekanisme Homeostasis melibatkan hati, jaringan ekstra
hepatik dan hormon
Hati permeabel terhadap glukosa oleh adanya transporter
glukosa GLUT2.
Sel ekstrahepatik (kecuali pankreas) relatif tidak permeabel,
perlu insulin utk utk pengaturan transporter.
18
02/11/2016
Transporter glukosa utama (Harper edisi 27)
Lokasi jaringan
Fungsi
GLUT 1
Otak, ginjal, kolon, plasenta,
SDM
mengambil glukosa
GLUT 2
Hati, selsel-beta pankreas, usus
halus ginjal,
mengambil / keluar cepat
glukosa
GLUT 3
Otak, ginjal, plasenta
mengambil glukosa
GLUT 4
Jantung, otot rangka, adiposit
Mengambil glukosa dg
stimulasi insulin
GLUT 5
Usus halus
Absorpsi glukosa
SGLT 1
Usus halus, ginjal
Mengambil glukosa
melawan gradien
konsentrasi
Glukokinase penting dalam pengaturan gula darah setelah
makan.
Heksokinase mempunyai Km rendah untuk glukosa, berfungsi
dengan kecepatan konstan pd keadaan normal.
Glukokinase mempunyai Km tinggi utk glukosa (afinitas
rendah), aktivitasnya naik saat gula darah masuk vena porta
 pengambilan glukosa dalam jumlah besar setelah makan.
19
02/11/2016
Siklus Glukosa-Alanin
Cori cycle
20
02/11/2016
Glutathion Reductase
Dampak Hiperglikemia
21
02/11/2016
Metabolisme Fruktosa
22
02/11/2016
Metabolisme Galaktosa
23
02/11/2016
Metabolisme Galaktosa
Serat larut air
24
02/11/2016
Glukagon berperan kebalikan dari insulin.
Hormon ini diproduksi di sel-alfa pankreas.
Sekresi meningkat pada hipoglikemia
Menstimulasi glikogenolisis melalui aktivasi fosforilase,
Menstimulasi glukoneogenesis dari asam amino dan laktat
melalui caraka kedua c-AMP (lihat: Transduksi sinyal)
Insulin dan glukagon didegradasi di hati.
Hormon-hormon lain yg berefek pada kadar glukosa darah
Hormon2 kel pituitari anterior  meningkatkan kadar glukosa darah.
growth hormon (inhibit glucose utilization),
ACTH, diabetogenic hormone
Glukokortikoid, (adrenal korteks) meningkatkan glukoneogenesis, katabolisme
protein, menghambat penggunaan glukosa
ekstra-hepatik
Sitokin, antagonis efek thd insulin
Epinefrin, disekresi pd kondisi stres (exited, perdarahan, hipoksia, hipoglikemia)
 glikogenolisis di hati dan otot
di hati menyebabkan sekresi glukosa ke dalam sirkulasi
di otot menyebakan peningkatan glikolisis.
25
02/11/2016
Aspek klinik
Diabetes melitus, kadar gula tinggi dapat disebabkan
kurangnya sekresi hormon insulin (I) atau sel tidak sensitif
terhadap insulin (defek pd reseptor) (II)
Ketidaksempurnaan jalur pentosa fosfat  hemolisis sel
darah merah (defisiensi enzim G6PD).
Pembebanan fruktosa pada hati dapat memperburuk kondisi
hiper trigliseridemia, hiperkolesterolemia dan hiperurikemia.
Fruktosa dan sorbitol dihubungkan dengan kejadian katarak
diabetik.
Pustaka
Harper’s Illustrated Biochemistry, 28th edition.
Zubay GL. Biochemistry, 4th edition
Gambar: Internet
Note:
Harap dibaca kembali bioenergetika dan
biooksidasi.
26