Metabolisme KarbohidratDrh. 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 utamadan sebagai struktur dasa makhluk hidup

• Tanaman: menghasilkan karbohidrat (fotosintesis)

• Hewan/manusia: konsumsi karbohidrat untukmenghasilkan energi

• Terdiri dari:

– Monosakarida

– Disakarida

– Polisakarida

Karbohidrat

• Monosakarida

– Glukosa, fruktosa, galaktosa

• Disakarida

– Sukrosa, maltosa, laktosa

• Polisakarida

– Amilum, glikogen, selulosa

Karbohidrat

• Fungsi karbohidrat adalah:

– Menyediakan energi

– Mengatur metabolisme lemak dan protein

– Sumber energi khusus untuk sistem saraf pusat

Sukrosa

Glukosa Fruktosa

Laktosa

Glukosa Glukosa

Maltosa

Galaktosa 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 Glikogen

4 1 2

Piruvat dan laktat

Asetil koA

1. Glikolisis

2. Glikogenesis

3. Glikogenolisis

4. Glukoneogenesis

Glikolisis

• Lintasan utama penggunaan glukosa

• Glukosa piruvat

• Energi bebas yang dilepaskan pada proses ini digunakanuntuk membentuk ATP (adenosine triphosphate) danNADH (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 siklusKreb’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 theaction of glucokinase or Hexokinase

2. Glucose-6-phosphate is converted into glucose-1-phosphate by the action of Phosphoglucomutase, passingthrough an obligatory intermediate step of glucose-1,6-bisphosphate.

3. Glucose-1-phosphate is converted into UDP-glucose by theaction of Uridyl Transferase and pyrophosphate is formed,

4. Glucose molecules are assembled in a chain by glycogensynthase, which must act on a pre-existing glycogen primeror glycogenin (small protein that forms the primer).

5. Branches are made by branching enzyme (also known asamylo-α(1:4)→α(1:6)transglycosylase)

Glikogenesis

Glikogenolisis

• Penguraian glikogen

• Katabolisme glikogen melalui fosforolisis dengan bantuanenzim glikogen fosforilase

• glycogen(n residues) + Pi glycogen(n-1 residues) + glucose-1-phosphate

• Glikogenolisis terjadi di dalam sel otot dan hati sebagairespon hormonal dan sinyal saraf

• Glikogenolisis = pengaturan level glukosa dalam darah

Glikogenolisis

• Dalam miosit, degradasi glikogen berperan sebagai jalurintermediet glukosa-6-fosfatase untuk glikolisis (kontraksiotot)

• Dalam hepatosit, penguraian glikogen bertujuan untukpelepasan glukosa dalam darah untuk dipergunakan olehsel lain

• Glikogenolisis diatur oleh respon hormonal sebagai akibatlevel gula darah (glukagon, insulin, epinephrine)

Glukoneogenesis

• Jalur metabolik yang menghasilkan glukosa dari substansinon karbohidrat seperti piruvat, laktat, gliserol, asam aminoglukogenik dan asam lemak.

• Merupakan strategi makhluk hidup mempertahankan levelglukosa agar tidak hipoglikemia

• Glukoneogenesis terjadi di dalam hati. Pada ruminant,proses ini terjadi terus menerus

• Pada kebanyakan hewan, glukoneogenesis terjadi pada saatpuasa, diet rendah karbohidrat atau latihan berlebih

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis

• Gluconeogenesis begins in the mitochondria with theformation of oxaloacetate by the carboxylation of pyruvate.This reaction also requires one molecule of ATP, and iscatalyzed by pyruvate carboxylase.

• Oxaloacetate is reduced to malate using NADH, a steprequired for its transportation out of the mitochondria.

• Malate is oxidized to oxaloacetate using NAD+ in thecytosol, where the remaining steps of gluconeogenesis takeplace.

Glukoneogenesis

• Oxaloacetate is decarboxylated and then phosphorylated toform phosphoenolpyruvate using the enzymephosphoenolpyruvate carboxykinase. A molecule of GTP ishydrolyzed to GDP during this reaction.

• The next steps in the reaction are the same as reversedglycolysis. However, fructose-1,6-bisphosphatase convertsfructose-1,6-bisphosphate to fructose 6-phosphate, usingone water molecule and releasing one phosphate. This isalso the rate-limiting step of gluconeogenesis.

Glukoneogenesis

• Glucose-6-phosphate is formed from fructose 6-phosphateby phosphoglucoisomerase. Glucose-6-phosphate can beused in other metabolic pathways or dephosphorylated tofree glucose.

• The final reaction of gluconeogenesis, the formation ofglucose, 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 tidakdapat 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 dibawake hati melalui pembuluh darah dan digunakan untukglukoneogenesis di hati (laktat -> piruvat -> glukosa)

Siklus Cori

Karbohidrat pada kucing

• Pakan alami kucing, mis. Tikus tdd 55% protein, 45% lemakdan 1-2% karbohidrat

• Karbohidrat merupakan sumber energi yang baik

• Karbohidrat dan protein berperan serta mengendalikankadar glukosa darah pada kucing betina

• Karbohidrat sebagai penyedia laktosa pada kucing yangmenyusui

• 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 digestiprotein

• Diet CHO tinggi akan menurunkan pH feses akibatfermentasi yang tidak sempurna

Metabolisme karbohidrat pada kucing

• Hati berbeda dalam hal metabolisme disakarida

• Pada kebanyakan spesies, hepatic hexokinase danglucokinase aktif dalam proses fosforilasi glukosa (untukpenyimpanan dan oksidasi)

• Pada kucing, fungsi hepatic hexokinase minimal

• Pada kucing, aktivitas hepatic glikogen synthetase (konversiglukosa menjadi glikogen) minimal

• Sumber energi kucing: asam amino glukoneogenik danlemak

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