Metabolisme Karbohidrat

Metabolisme Karbohidrat
Drh. Fika Yuliza Purba, M.Sc.
Materi
• Karbohidrat
• Sintesis Karbohidrat
• Skema dasar metabolisme karbohidrat
– Glikolisis
– Glikogenesis
– Glikogenolisis
– Glukoneogenesis
Karbohidrat
• Penting untuk makhluk hidup sebagai bahan nutrisi utama
dan sebagai struktur dasa makhluk hidup
• Tanaman: menghasilkan karbohidrat (fotosintesis)
• Hewan/manusia:
konsumsi
menghasilkan energi
• Terdiri dari:
– Monosakarida
– Disakarida
– Polisakarida
karbohidrat
untuk
Karbohidrat
• Monosakarida
– Glukosa, fruktosa, galaktosa
• Disakarida
– Sukrosa, maltosa, laktosa
• Polisakarida
– Amilum, glikogen, selulosa
Karbohidrat
Sukrosa
Glukosa
Fruktosa
Laktosa
Glukosa
Galaktosa
• Fungsi karbohidrat adalah:
– Menyediakan energi
– Mengatur metabolisme lemak dan protein
– Sumber energi khusus untuk sistem saraf pusat
Maltosa
Glukosa
Glukosa
Glukosa
• Merupakan karbohidrat utama (fleksibel untuk sintesis
berbagai bahan yang dibutuhkan tubuh)
Metabolisme glukosa
• Penyusunan (anabolisme/genesis)
– Menggunakan molekul kecil untuk membentuk molekul yang
lebih besar
– Membutuhkan energi
• Penguraian (katabolisme/lisis)
– Menguraikan molekul besar
– Menyediakan energi
Dasar metabolisme karbohidrat
Asam amino dan gliserol
4
3
Glukosa
4
1
Piruvat dan laktat
Asetil koA
2. Glikogenesis
Glikogen
2
1. Glikolisis
3. Glikogenolisis
4. Glukoneogenesis
Glikolisis
• Lintasan utama penggunaan glukosa
• Glukosa
piruvat
• Energi bebas yang dilepaskan pada proses ini digunakan
untuk membentuk ATP (adenosine triphosphate) dan
NADH (nicotinamide adenine dinucleotide)
• Glikolisis terdiri dari 10 reaksi enzim katalis
Glikolisis
Glikolisis
• Pada metabolisme anaerob: energi + laktat
– Pyruvate + NADH + H+ → Lactate + NAD+
– Terjadi pada bakteri dan hewan dalam kondisi hipoksia
– Pada kebanyakan jaringan, persediaan energi seluler terakhir
• Pada metabolisme aerob: membentuk energi melalui siklus
Kreb’s, dengan perantaraan asetil koA
– Piruvat dikonversi menjadi asetil koA dan CO2 didalam mitokondria
(dekarboksilasi)
– Asetil koA => siklus Kreb’s, menghasilkan NADH lebih banyak
– NADH => NAD+
– 2,5 ATP untuk setiap NADH (fosforilasi oksidatif )
Glikolisis
• Glikolisis dibutuhkan sebagai jalur intermediet untuk
berbagai proses anabolisme, antara lain:
– Glukoneogenesis
– Metabolisme lipid
– Jalur penthose phosphate
– Siklus Kreb’s
• Sintesis asam amino
• Sintesis nukleotida
• Sintesis tetrapyrrole
Glikogen
• Glikogen otot: disimpan dalam sarkoplasma dalam bentuk
butiran
• Glikogen hati: berfungsi mempertahankan kadar glukosa
Glikogenesis
• Proses sintesis glikogen
• Pengaturan utama glikogenesis oleh insulin
• Senyawa lain: epinephrine, insulin, ion kalsium
• Tahap glikogenesis:
1. Glucose is converted into glucose-6-phosphate by the
action of glucokinase or Hexokinase
2. Glucose-6-phosphate is converted into glucose-1phosphate by the action of Phosphoglucomutase, passing
through an obligatory intermediate step of glucose-1,6bisphosphate.
3. Glucose-1-phosphate is converted into UDP-glucose by the
action of Uridyl Transferase and pyrophosphate is formed,
4. Glucose molecules are assembled in a chain by glycogen
synthase, which must act on a pre-existing glycogen primer
or glycogenin (small protein that forms the primer).
5. Branches are made by branching enzyme (also known as
amylo-α(1:4)→α(1:6)transglycosylase)
Glikogenesis
Glikogenolisis
• Penguraian glikogen
• Katabolisme glikogen melalui fosforolisis dengan bantuan
enzim glikogen fosforilase
• glycogen(n residues) + Pi
phosphate
glycogen(n-1
residues)
+ glucose-1-
• Glikogenolisis terjadi di dalam sel otot dan hati sebagai
respon hormonal dan sinyal saraf
• Glikogenolisis = pengaturan level glukosa dalam darah
Glikogenolisis
• Dalam miosit, degradasi glikogen berperan sebagai jalur
intermediet glukosa-6-fosfatase untuk glikolisis (kontraksi
otot)
• Dalam hepatosit, penguraian glikogen bertujuan untuk
pelepasan glukosa dalam darah untuk dipergunakan oleh
sel lain
• Glikogenolisis diatur oleh respon hormonal sebagai akibat
level gula darah (glukagon, insulin, epinephrine)
Glukoneogenesis
• Jalur metabolik yang menghasilkan glukosa dari substansi
non karbohidrat seperti piruvat, laktat, gliserol, asam amino
glukogenik dan asam lemak.
• Merupakan strategi makhluk hidup mempertahankan level
glukosa agar tidak hipoglikemia
• Glukoneogenesis terjadi di dalam hati. Pada ruminant,
proses ini terjadi terus menerus
• Pada kebanyakan hewan, glukoneogenesis terjadi pada saat
puasa, diet rendah karbohidrat atau latihan berlebih
Glukoneogenesis
Glukoneogenesis
• Gluconeogenesis begins in the mitochondria with the
formation of oxaloacetate by the carboxylation of pyruvate.
This reaction also requires one molecule of ATP, and is
catalyzed by pyruvate carboxylase.
• Oxaloacetate is reduced to malate using NADH, a step
required for its transportation out of the mitochondria.
• Malate is oxidized to oxaloacetate using NAD+ in the
cytosol, where the remaining steps of gluconeogenesis take
place.
Glukoneogenesis
• Oxaloacetate is decarboxylated and then phosphorylated to
form
phosphoenolpyruvate
using
the
enzyme
phosphoenolpyruvate carboxykinase. A molecule of GTP is
hydrolyzed to GDP during this reaction.
• The next steps in the reaction are the same as reversed
glycolysis. However, fructose-1,6-bisphosphatase converts
fructose-1,6-bisphosphate to fructose 6-phosphate, using
one water molecule and releasing one phosphate. This is
also the rate-limiting step of gluconeogenesis.
Glukoneogenesis
• Glucose-6-phosphate is formed from fructose 6-phosphate
by phosphoglucoisomerase. Glucose-6-phosphate can be
used in other metabolic pathways or dephosphorylated to
free glucose.
• The final reaction of gluconeogenesis, the formation of
glucose, occurs in the lumen of the endoplasmic reticulum,
where glucose-6-phosphate is hydrolyzed by glucose-6phosphatase to produce glucose.
Siklus Cori
• Merupakan interaksi glikolisis dan glukoneogenesis
• Terjadi selama olahraga jika metabolisme aerob di otot tidak
dapat memenuhi kebutuhan energi
• Glukosa yang dibentuk di hati dibawa ke otot melalui darah
• Terjadi proses glikolisis di otot (glukosa -> piruvat -> laktat)
• Laktat yang terbentuk di otot selama olahraga akan dibawa
ke hati melalui pembuluh darah dan digunakan untuk
glukoneogenesis di hati (laktat -> piruvat -> glukosa)
Siklus Cori
Karbohidrat pada kucing
• Pakan alami kucing, mis. Tikus tdd 55% protein, 45% lemak
dan 1-2% karbohidrat
• Karbohidrat merupakan sumber energi yang baik
• Karbohidrat dan protein berperan serta mengendalikan
kadar glukosa darah pada kucing betina
• Karbohidrat sebagai penyedia laktosa pada kucing yang
menyusui
• Pakan kering umumnya mengandung 40% karbohidrat,
dengan digestibility 85%
Metabolisme karbohidrat pada kucing
• Intake karbohidrat rendah:
– Kurang enzim amilase (inisiasi digesti CHO)
– Amilase intestinal dan pankreatik sedikit
– Aktivitas intestinal rendah
– Tidak memiliki enzim Fruktokinase (metabolisme monosakarida)
• Diet CHO tinggi akan menurunkan kemampuan digesti
protein
• Diet CHO tinggi akan menurunkan pH feses akibat
fermentasi yang tidak sempurna
Metabolisme karbohidrat pada kucing
• Hati berbeda dalam hal metabolisme disakarida
• Pada kebanyakan spesies, hepatic hexokinase dan
glucokinase aktif dalam proses fosforilasi glukosa (untuk
penyimpanan dan oksidasi)
• Pada kucing, fungsi hepatic hexokinase minimal
• Pada kucing, aktivitas hepatic glikogen synthetase (konversi
glukosa menjadi glikogen) minimal
• Sumber energi kucing: asam amino glukoneogenik dan
lemak
Karbohidrat pada ruminansia
• Sumber energi utama untuk maintenance, growth dan
production
• Sumber karbohidrat utama ruminansia: selulosa dan
hemiselulosa
• Fermentasi karbohidrat terjadi di dalam rumen oleh
mikroorganisme. Hanya 5-20% terdigesti di dalam usus
halus
• Fermentasi karbohidrat -> VFA
• Glukoneogenesis penting karena mensuplai 70-90% total
kebutuhan glukosa
Karbohidrat pada ruminansia
• Glukosa dihasilkan dari propionat, valerat, asam amino,
laktat dan gliserol
• Glukoneogenesis terkait dengan:
– Ketosis
– Toxemia pada domba
– Produksi susu
– Kadar lemak dalam susu
– Penggunaan feed additve