METABOLISME KARBOHIDRAT
advertisement
DISUSUN OLEH Dr.H.MOHAMMAD HANAFI, MBBS.MS. FAKULTAS KEDOKTERAN UNAIR PENGANTAR Senyawa paling besar jumlahnya di permukaan bumi Makanan pokok orang Asia / Afrika / Papua : beras, ubi-ubian, sagu, pisang dan lain-lain. Amilum : amilopektin dan amilose ¾ Macam-macam karbohidrat • Heteropolisakarida • Homopolisakarida • Oligosakarida • Disakarida • Monosakarida Tissue-specific glucose transporters Name Tissue Km Properties Facilitated transport—glucose moves down concentration gradient RBCs, most others Medium (5 mM) Basal glucose uptake Liver, pancreatic β-cells High (7-20 mM) Allows glucose equilibration Brain Low (1 mM) Constant uptake GLUT4 Muscle, Fat Medium (5 mM) Insulin regulated uptake GLUT5 Small Intestine GLUT1 GLUT2 GLUT3 --- Fructose transporter Active transport—glucose moves up concentration gradient, sodium moves down SGLT-1 Duodenum, Kidney --- Active transporters- SGLT-2 Kidney --- couple sodium and glucose Tissues that require glucose transport from low to high concentration Glucose Transport Proteins Kinetic properties of glucose transporters GLUT-2 Uptake in liver and pancreas β-cells is proportional to plasma concentration GLUT-1 GLUT-3 Uptake in brain is independent of plasma concentration over physiological range Km = concentration at which half maximum rate of transport occurs (1/2 Vmax) GLUT4 activity is regulated by insulindependent translocation Intracellular pool of GLUT4 in membranous vesicles translocate to the cell membrane when insulin binds to its receptor. The presence of more receptors increases the Vmax for glucose uptake (does not affect Km). When insulin signal is withdrawn, GLUT4 proteins return to their intracellular pool. GLUT4 is present in muscle and adipose tissue. Pencernaan dan Penyerapan • Amilase pankreas • Endopolisakarida : memecah ikatan α ( 1 Æ 4 ), kecuali pada ujung dan pada ikatan antara glukosa yang memberi cabang ( C1 ) dan glukosa sebelumnya ( C4 ). • Hasilnya : glukosa, maltosa, maltoriosa dan oligasakarida (lilmit dekstrin) • Enzim pada permukaan usus halus : maltase, laktase, sukrase dan limit dekstrase • Diserap secara aktif : glukosa dan galaktosa Cara kerja enzim amilase Blood & guts: Putting it together for glucose transport… glucose Fig. 11-44 Metabolisme karbohidrat Glikolisis ("glycolysis") Glikogenesis ( "glycogenesis" ). Glikogenolisis ( "glycogenolysis" ). Oksidasi asam piruvat. TCA Cycle (final common pathway) Jalur fosfoglukonat oksidatif ( "Hexose Monophosphate Shunt" atau "Pentose Phosphate Pathway" ). Glukoneogenesis ( "gluconeogenesis" ). Uronic Acid pathway Metabolisme fruktosa, galaktosa dan heksosamin GLIKOLISIS • Perubahan : glukosa Æ asam piruvat glukosa Æ asam laktat • Fungsi : menghasilkan ATP • Tempat : sitoplasma • Aerobik glikolisis menghasilkan 8 ATP • Anaerobik glikolisis menghasilkan 2 ATP G Æ G 6P HEKSOKINASE GLUKOKINASE Terdapat di semua sel kecuali hepar dan pankreas Dihambat oleh hasil reaksinya ( G 6P ) Km untuk glukosa kecil Dapat mengkatalisis Fruktosa (F) Æ F 6P • Terdapat di hepar dan pankreas • Tidak dihambat oleh G 6P • Km untuk glukosa besar • Hanya G Æ G 6P G 6P ÅÆ F 6P F 6P Æ F 1,6 BP PFK-1 Enzim regulator Reaksi satu arah PHOSPHO FRUKTO KINASE 1 ( PFK 1 ) Diaktifasi oleh • ADP • AMP • Pi • F 2,6 BP ( fruktose 2,6 Bis Phosphate ) Dihambat oleh ATP Asam sitrat 2,3 BP Gliserat ( dalam eritrosit) Asam lemak bebas Asetil-KoA Senyawa keton Senyawa keton : Asetoasetat Betahidroksi Butirat Aseton O || C−C−C−COOH OH | C−C−C−COOH O || C−C−C PERAN F 2,6 BP Dalam hepar ¾ Merupakan allosterik efektor positif yang paling kuat bagi enzim fosfofruktokinase-1 (PFK-1), dan ¾ Menghilangkan hambatan ATP thd PFK-1 ¾ Merupakan inhibitor bagi enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase F 6P Æ F2,6 BP PFK-2 Protein Kinase cAMP Dependent Protein Æ Protein P (tidak semua protein) Phosphofructokinase-2 (PFK-2) is also a phosphatase (bifunctional enzyme) Bifunctional enzyme has two activities: • 6-phosphofructo-2-kinase activity, decreased by phosphorylation • Fructose-2,6-bisphosphatase activity, increased by phosphorylation kinase ATP ADP fructose-2,6-bisphosphate fructose-6-phosphate Pi phosphatase F 1,6 BP Gld 3P + DHAP 2 2 Dalam glikolisis DHAP akan diubah menjadi gliseraldehid 3P Untuk satu glukose Dua gliseraldehid 3P 2 2 Apabila ada oksigen Rantai Respirasi berjalan, NADH akan diubah menjadi 3 ATP dan NAD+ Enzim gliseraldehid 3P dehidrogenase mutlak memerlukan NAD+ . Apabila tidak ada oksigen RR tidak berjalan NADH harus diubah dengan cara lain 2 2 ”COUPLE REACTION” Dua reaksi : (1) Gliseraldehid 3P Æ 1,3 BP Gliserat dan (2) 1,3 BP Gliserat Æ 3 P Gliserat disebut “coupling reaction” (1) pelepasan energi, membentuk fosfat organik (2) fosforilasi Æ ATP 2 2 3P Glisrt ÅÆ 2P Glisrt Fluorid (-) 2 Enolase Pasta gigi ditambah F Dalam pemeriksaan glukosa Piruvat Kinase ADP ATP PEP Æ EP Reaksi enzimatik Satu arah PEP Æ P Untuk mempersingkat reaksi: dari PEP menjadi P, enol piruvat tidak usah disebut Piruvat Kinase kerjanya Ditingkatkan oleh : F 1,6 BP Dalam hepar F 1,6 BP dapat menghilangkan hambatan oleh ATP dan Alanin Dihambat oleh : • ATP • Asam lemak bebas ( FFA ) • Asetil KoA • Senyawa keton • Alanin (hanya dalam hepar) Pengaruh Protein Kinase (Prt K) terhadap glikolisis. • Protein Kinase cAMP dependent diaktifkan oleh cAMP. • cAMP dibentuk dari ATP yang dikatalisis oleh enzim adenilil siklase (adenylil cyclase) • Adenilil siklase dapat diaktivasi oleh hormon glukagon Glikolisis dibuat tidak aktif dengan jalan menghambat di dua tempat 1.Menghambat PFK-1 dgn cara menurunkan jumlah F2,6 BP. PFK-2-P mengkatalisis F2,6 BP Æ F6P + Pi. Protein Kinase cAMP Dependent aktif PFK-2 Æ PFK-2-P ( ATP Æ ADP ) 2.Menghambat reaksi PEP Æ P Piruvat Kinase Æ PK-P dikatalisis oleh Prt K cAMP Dependent Piruvat Kinase fosfat (PK-P) tidak aktif Apabila ada oksigen, glikolisis berakhir menjadi asam piruvat dan menghasilkan delapan ATP. Coba mahasiswa menghitung sendiri. Ingat NADH dapat diubah menjadi 3 ATP dalam rantai respirasi Apabila tidak ada oksigen, misalnya pada otot tertentu pada seorang sprinter dan pada seorang lifter; maka NADH akan diubah menjadi NAD+ melalui reaksi : asam piruvat menjadi asam laktat Asam Piruvat (P) Terjadi reduksi asam piruvat menjadi asam laktat menghasilkan NAD+ dan menggunakan NADH NAD+ dapat dipakai oleh enzim gliseraldehid 3P dehidrogenase, sehingga glikolisis dapat berjalan biarpun tidak ada oksigen. Glikolisis dalam Sel Darah Merah ¾Selalu berakhir dengan asam laktat tidak ada mitokhondria tidak ada enzim rantai respirasi NADH Æ NAD+ mengimbangi reaksi Asam Piruvat Æ Asam Laktat ¾Terbentuk 2,3 BPGliserat Æ sel darah merah melepas oksigen Apabila eritrosit tidak perlu ATP, 1,3 BP Glrt 2,3 BP Glrt 2,3 BP Glrt menggeser dissosiasi HbO2 Æ Hb + O2 Example: Glu4T - Hidden Until Needed Glu4T Box 11-2 • The glucose transporter for import into muscle and fat cells is sequestered in vesicles when external glucose is low • Insulin stimulation of its receptor (signals what?) brings transporters to the membrane, and thus • stimulating glucose uptake 15x or more • If insulin is not released (Type I diabetes), what will happen with these cells, and to blood sugar? Insulin Action in Muscle and Fat Cells Mobilization of GLUT4 to the Cell Surface Plasma membrane Insulin receptor Intracellular signaling cascades Intracellular GLUT4 vesicles Insulin GLUT4 vesicle mobilization to plasma membrane GLUT4 vesicle integration into plasma membrane GLUT4=glucose transporter 4 Glucose Glucose entry into cell via GLUT4 vesicle