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 karbohidrat untuk menghasilkan energi Terdiri dari: Monosakarida Disakarida Polisakarida
Karbohidrat Monosakarida Glukosa, fruktosa, galaktosa Disakarida Sukrosa, maltosa, laktosa Polisakarida Amilum, glikogen, selulosa
Karbohidrat Sukrosa Laktosa Maltosa Glukosa Fruktosa Glukosa Galaktosa Glukosa Glukosa Fungsi karbohidrat adalah: Menyediakan energi Mengatur metabolisme lemak dan protein Sumber energi khusus untuk sistem saraf pusat
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 Glikogen 4 1 2 Piruvat dan laktat 1. Glikolisis 2. Glikogenesis 3. Glikogenolisis 4. Glukoneogenesis Asetil koa
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-1- phosphate by the action of Phosphoglucomutase, passing through an obligatory intermediate step of glucose-1,6- bisphosphate. 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 orglycogenin (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) + P i glycogen (n-1 residues) + glucose-1- phosphate 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-6- phosphatase 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