METABOLISME KARBOHIDRAT

I. PENDAHULUAN

Karbohidrat merupakan sumber. Energi utama bagi organisme hidup. Manusia

menggunakan pati sebagai nutrien utama. Pati yang dapat berasal dari beras, jagung, gandum,

singkong, ubi sagu dan lain-lain merupakan polimer dari glukosa yang disintesis oleh tumbuh-

tumbuhan bagi cadangan energi/makan bagi tumbuh-tumbuhan tersebut.

Pada hewan dan manusia, karbohidrat disimpan dalam bentuk glikogen, terutama dihati

(2-8%) dan otot (0.5-1%). Glikogen hati terutama berguna bagi untuk mempertahankan agar

kadar glukosa darah normal (70-90 mg/ml darah), sedangkan glikogen otot bertindak sebagai

penyedia energi untuk keperluan interaksi.

Glukosa digunakan baik oleh organisme anaerob maupun aerob. Pada tahap-tahap awal

jalur katabolisme untuk kedua tipe organisme itu mirip satu sama lain. Organisme anaerob

memecahkan glukosa menjadi senyawa yang lebih sederhana yang tidak dapat dimetabolisme

lebih lanjut, tanpa bantuan oksigen. Sedangkan organisme anaerob selain memiliki perangkat

enzim yang dimiliki oleh organisme dan aerob, juga memiliki kemampuan lebih yang dapat

memecahkannya lebih sempurna, maka energi yang dihasilkan lebih banyak daripada yang

dihasilkan oleh organisme anaerob.

II. RUMUSAN MASALAH

Dalam makalh ini, masalah yang akan dibahas meliputi sebagai berikut.

A. Apa saja jenis karbohidrat?

B. Bagaimana proses metabolisme glukosa?

1. Glikolisis

2. Siklus asam sitrat (TCA)

3. Glikogenesis

4. Metabolisme melalui jalur HMP

C. Bgaiman metabolisme saat puasa?

III. PEMBAHASAN

A. Jenis Karbohidrat

Karbohidrat merupakan salah satu dari tiga bahan makanan pokok manusia dan

hewan disamping lemak dan protein. Dalam tubuh manusia dan hewan, senyawa ini

merupakan cadangan energi dan tersimpan didalam sel sebagai glikogen. Karbohidrat

terdapat dalam jumlah cukup besar didalam tumbuh-tumbuhan, terutama pada bagian-

bagian yang keras seperti biji, ubi dan kulit.

Karbohidrat sebenarnya bukan nama umum senyawaan kimia yang secara kimiawi

berupa bentuk hidrat dari karbon dan secara empiris mempunyai rumus: (Cn(H2O)n).

Termasuk dalam kelompok senyawa ini misalnya glukosa (C6H12O6) dan sakarosa

(C11H22O11). Terdapat pula senyawa yang tidak mematuhhi rumus umum tersebut seperti

ramnosa dengan rumus molekul (C6H12O5) dan dimasukkan dalam kelompok karbohidrat

karena senyawa ini memiliki sifat-sifat yang sama dengan karbohidrat.

Disamping itu, ternyata dikenal pula banyak senyawa yang memenuhi rumus umum

diatas tetapi tidak masuk dalam kelompok karbohidrat, seperti asam cuka (C2H4O2) dan

asam laktat (C3H6O3).

Berdasarkan sifat hidrolisisnya karbohidatdapat dibagi menjad empat golongan,

yaitu:

1. Monosakarida

Monosakarida dikenal sebagai bentuk paling sederhana dari karbohidrat dan

karena monosakarida umumnya memiliki rasa manis, maka senyawa ini disebut juga

sebagai “gula sederhana”. Contohnya: glukosa, fruktosa, dan galaktosa.

Monosakarida merupakan karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis dan tidak

kehilangan sifat gulanya. Golongan monosakarida ini biasanya dikelompokkan dalam

triosa, tetrafosfat, pentosaheksosa, dan heptosa. Disakarida merupakan karbohidrat

yang bila dihidrolisis menghasilkan dua monosakarida yang sama atau berbeda.

Contohnya adalah sukrosa yang jika dihidrolisis akan menghasilkan glukosa dan

fruktosa.

2. Oligosakarida

Senyawa ini terdiri atas dua buah atau lebih monosakarida yang dengan

pengaruh asam senyawa ini dapat mengalami hidrolisa menjadi bentuk-bentuk

monosakarida penyusunnya. Oligosakarida merupakan karbohidrat yang bila

dihidrolisis menghasilkan tiga hingga sepuluh monosakarida. Bila senyawa ini terdiri

dari dua monosakarida penyusun, disebut disakarida, dan apabila terdiri dari tiga

penyusun disebut trisakarida dan seterusnya. Contohnya: sakarosa, maltosa, dan

laktosa.

3. Glukosida

Senyawa ini merupakan turunan karbohidrat, tersusun atas molekul-molekul

gula dan molekul-molekul non gula yang tergabung satu sama lain dengan ikatan

glukosida. Contohnya: metilglukosida.

4. Polisakarida

Senyawa polisakarida merupakan gabungan dari banyak molekul monosakarida

dengan ikatan glukosakarida. Sebenarnya oligosakarida merupakan polisakarida

sederhana, tetapi tidak terdapat batas yang jelas antara oligosakarida dan

polisakarida.Polisakarida merupakan polimer monosakarida yang memiliki bobot

molekul yang tinggi. Bila dihidrolisis akan menghasilkan lebih dari sepuluh

monosakarida, senyawa yang termasuk dalam golongan ini adalah pati, dekstrin, dan

sellulosa.1

Tabel tpe dan komponen karbohidrat

Tipe komponen sumberPolisakarida, pati, dekstrin D-glukosa Biji-bijian, umbi-

umbian, kacang-kacangan, tebu, bit

Selulosa D-glukosa Dinding sel dan serat tanaman

Glikogen D-glukosa Hati, jaringan hewan, jagung

Hemiselulosa L-arabinosa, D-xylosa, Dinding sel dan serat

1 http://www.blogpribadi.com/2009/07/karbohidrat.html

L-rhamnosa, D-galaktosa, D-manosa, D-glukosa,

D-glukoronat dan D-galakturonat

tanaman, biji-bijian, kacang-kacangan,

tepung, dedak

Pentosan L-arabinosa, D-xylosa Hemiselulosa dan senyawa-senyawa

pektikSenyawa-senyawa pektik Asam D-galakturonat,

L-arabinosa, D-galaktosa,

L-rhaminosa, L-fukosa

Pada buah-buahan, terutama jeruk dan apel,

bit, sayur-sayuran

OligosakaridaRafinosa, stachynosa,

D-galaktosa, D-glukosa,D-fruktosa

Kacang-kacangan, biji-bijian, bit, dan tebu

Fruktosil-sukrosa D-frkutosa, D-glukosa Biji-bijian, bawang bombay, bawang

bakungMaltooligosakarida D-glukosa Sirup, malt,

amilodektrinDisakarida

SukrosaD-glukosa, D-fruktosa Tebu, bit, buah-buah,

sayuran, makanan manis

Maltosa, iso maltosaLaktosa

D-glukosaD-galaktosa, D-glukosa

Sirup, malt, maduSusu, keju, dairy

product

Tabel tipe karbohidrat yang dapat dicerna oleh manusia

Tipe KH Dapat dicerna Tidak dapat dicerna

Polisakarida Pati, amilosa, milodekstrin, glikosin

Selulosa, hemiselulosa, senyawa pektik, pentosan, khitin

Oligosakarida Sukrosa, malto dan maltosa, isomaltosa, laktosa

Melibiosa, rafinosa, stachyosa, laktulosa

Monosakarida D-glukosa, D-fruktosa, D-galaktosa

D-manosa, L-sorbosa

Pentosa D-ribosa L-arabinosa, D-xylosaAlditols Gliserol, D-glucitol

(sorbitol)Xylitol

D-manitol,galacticol (dulcitol)

L-arabiritol

B. Metabolisme Karbohidrat

1. Glikolisis

Baik dalam keadaan anaerob maupun aerob, glukosa diubah menjadi privat

melalaui serangkaian reaki glikolisis. Dalam keadaan anaerob piuvat dikonversi

menjadi asam lakta atau alkohol sedangkan dalam keadaan aerob piravat dikonversi

menjadi asetil KoA yang kemudian masuk dalam jalur asam trikarboksilat.

Sedangkan serangkaian reaksi yang terjadi berurutan dalam jalur EMP untuk

mengkonversi glukosa menjadi asam privat yang secara garis besar dapat

dikelompokkan dalam dua tahap, yaitu tahap perubahan glukosa menjadi triosa fosfat

(yang memerlukan energi kemia) dan tahap perubahan triofo fosfat menjadi asam

privat sambil melepaskan energi kimia ke lingkungannya.

a. Isomerasi Glukosa 6-Fosfat

Reaksi berikutnya adalah reaksi isomerasasi glukosa menjadi frutkosa 6-faosfat.

Reaksi ini dan sebaliknya dikatalisis enzim fosfo glukoisomerase (∆G = + 1400 kalori,

pH 7) Kkstb = 0,5.

b. Fosforealasi Frutkosa -6-Fosfat Menjadi Frutkosa 1,6 Difosfat

Pada reaksi tahap ketiga ini dikatalisis oleh fosfo-fruktosakinase.

Tahap ini merupakan tahap reaksi penting untuk pengendalian metabolisme

karena enzim ini adalah enzim allosterik yang dapat dipengaruhi oleh beberapa

metabolit umum. Kelebihan ATP ataupun asam sitrat dapat menghambat enzim

fosfofruktokinase ini. Sebaliknya AMP, ADP, dan Fruktosa 6-P dapat menstimulasi

enzim. Enzim ini memerlukan ion Mg2+ sebagai kfaktor dan memiliki berat molekul

yang sangat tinggi (± 360.000) dan terdiri dari 4 sub unit).

c. Pembentukan Trio Fosfat

Reaksi berikutnya menyangkut pemotongan glukosa 1,6 – difosfat dengan

membentuk dua triosa fosfat: dihidroksi aseton fasfat dan D-gliseraldehida -3- fosfat.

Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah aldolase, yang diisolasi pertama kali oleh

“Warburg” kini diketahui banyak ditemukan di alam.

Garapan yang didapat dari oksidasi aldehida menjadi asam karboksilat disimpan

dalam bentuk gugus asil fosfat:1-3 difosfogliserat. Enzim yang berperan adalah

gliseraldehida-3-fosfatdehidrogenase. Berat molekul enzim ini 145.000 dan terdiri atas

suatu tetramer dengan berat molekul masing-masing sebunit 35.000 dan terikat erat

dengan NAD+, jadi seluruhnya ada 4 NAD+.

d. Interkonversi Asam 3-Fosfogliserat Menjadi 2-Fosfogliserat

Fosfogliseril mutase mengkatkalisis interkonvensi dua macam asam

Fosfogliserat.

e. Pembentukan Asam Fosfoenol Piruvat

Reaksi berikutnya dikatalisis oleh enzim enolase:

Tetapan setimbang (Kstb) reaksi ini sama dengan 3. hal ini berarti bahwa reaksi

diatas berjalan secara reversible. Asam fosfoenol piravat (PED) merupakan molekul

berenergi tinggi. Hidrolisis molekul ini menghasilkan ∆G’=-14.800 kalori.

f. Hidrolisis Asam Fosfoenol Piravat Menjadi Piravat

Gugus fosfat dari PEP dipindahkan kepada ADP sehingga terbentuk ATP.

Reaksi ini dikatalisis leh enzim piravat kinase dan menghasilkan energi sebesar 61000

kalori.

Taoutomerisasi dari bentuk enol menjadi keto dapat memberikan cukup energi

untuk membentuk ATP.

Berikut adalah bagan glikolisis.

Gambar jalur glikolisis

2. Siklus krebs

Siklus Krebs adalah tahapan selanjutnya dari respirasi seluler. Siklus Krebs

adalah reaksi antara asetil ko-A dengan asam oksaloasetat, yang kemudian membentuk

asam sitrat. Siklus Krebs disebut juga dengan siklus asam sitrat, karena

menggambarkan langkah pertama dari siklus tersebut, yaitu penyatuan asetil ko-A

dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat.

Pertama-tama, asetil ko-A hasil dari reaksi antara (dekarboksilasi oksidatif)

masuk ke dalam siklus dan bergabung dengan asam oksaloasetat membentuk asam

sitrat. Setelah "mengantar" asetil masuk ke dalam siklus Krebs, ko-A memisahkan diri

dari asetil dan keluar dari siklus. Kemudian, asam sitrat mengalami pengurangan dan

penambahan satu molekul air sehingga terbentuk asam isositrat. Lalu, asam isositrat

mengalami oksidasi dengan melepas ion H+, yang kemudian mereduksi NAD+ menjadi

NADH, dan melepaskan satu molekul (CO2) dan membentuk asam a-ketoglutarat

(baca: asam alpha ketoglutarat). Setelah itu, asam a-ketoglutarat kembali melepaskan

satu molekul (CO2), dan teroksidasi dengan melepaskan satu ion H+ yang kembali

mereduksi NAD+ menjadi NADH. Selain itu, asam a-ketoglutarat mendapatkan

tambahan satu ko-A dan membentuk suksinil ko-A. Setelah terbentuk suksinil ko-A,

molekul ko-A kembali meninggalkan siklus, sehingga terbentuk asam suksinat.

Pelepasan ko-A dan perubahan suksinil ko-A menjadi asam suksinat menghasilkan

cukup energi untuk menggabungkan satu molekul ADP dan satu gugus fosfat anorganik

menjadi satu molekul ATP. Kemudian, asam suksinat mengalami oksidasi dan

melepaskan dua ion H+, yang kemudian diterima oleh FAD dan membentuk FADH2,

dan terbentuklah asam fumarat. Satu molekul air kemudian ditambahkan ke asam

fumarat dan menyebabkan perubahan susunan (ikatan) substrat pada asam fumarat,

karena itu asam fumarat berubah menjadi asam malat. Terakhir, asam malat

mengalami oksidasi dan kembali melepaskan satu ion H+, yang kemudian diterima oleh

NAD+ dan membentuk NADH, dan asam oksaloasetat kembali terbentuk. Asam

oksaloasetat ini kemudian akan kembali mengikat asetil ko-A dan kembali menjalani

siklus Krebs.

Dari siklus Krebs ini, dari setiap molekul glukosa akan dihasilkan 2 ATP, 6

NADH, 2 FADH2, dan 4 CO2. Selanjutnya, molekul NADH dan FADH2 yang

terbentuk akan menjalani rangkaian terakhir respirasi aerob, yaitu rantai transpor

elektron. 

3. Glikogenesis

Gugus fosfat dan energi yang diperlukan dalam reaksi pembentukan glukosa

6-fosfat dsari glukosa diberikan oleh ATP yang berperan sebagai senyawa kimia

berenergi tinggi. Sedang enzim yang mengkatalisnya adalah glukokinase. Selanjutnya,

dengan fosfoglukomutase, glukosa 6-fosfat mengalami reaksi isomerasi menjadi

glukosa 1-fosfat.

ATP ADP

Glukosa glukosa 6-fosfat

heksokinase

fosfoglukomutase

Uridin difosfat UTP uridil transferase glukosa (UDPG) Glukosa 1-fosfat

PPi UTP

Gambar 7. Glikogenesis: pembentukan uridin difosfat glukosa (UDPG) dari glukosa, melalui pembentukan glukosa 6-fosfat dan glukosa 1-fosfat.

Glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin tri fosfat (UTP) dikatalis oleh glukosa

1-fosfat uridil transferase menghasilkan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa)dan

pirofosfat (PPi).

Mekanisme reaksi glikogenesis juga merupakan jalur metabolisme umum

untuk biosintesis disakarida dan polisakarida. Dalam berbagai tumbuhan seperti

tanaman tebu, disakarida sukrosa dihasilkan dari glukosa dan fruktosa melalui

mekanisme biosintesis tersebut. Dalam hal ini UDP-glukosa abereaksi dengan fruktosa

6-fosfat, dikatalis oleh sukrosa fosfat sintase, membentuk sukrosa 6-fosfat yang

kemudian dengan enzim sukrosa fosfatase dihidrolisis menjadi sukrosa.

4. Jalur kata bolisme melalui jalur HMP

Jalur HMP sangat penting untuk menghasilkan pentose yang diperlukan untuk

sintesis asam nukleat dan nukleotida yang mengandung gugus prostetik, juga sebagai

penghasil materi awal untuk sintesis asam amino aromatic dan vitamin,dan juga

berperan dalam beberapa reaksi biosintesis.

Pola jalur HMP dapat dilihat pada gambar 1. Disini terlihat adanya

penambahan fragmen C2 dan C3 yang diperkirakan diperlukan untuk biosintesis

intermediate seperti leusin, isoleusin dan valin.

Jalur HMP mempunyai beberapa macam pola modifikasi dan campuran

diantaranya:

1. Modifikasi campuran EMP dan HMP. Pola ditemui pada kelompok

mikroorganisme Hidrolaktat fermentatife basillus. Pola jalur modifikasi ini dapat

dilihat pada (gambar ). Dalam jalur modifikasi terjadi perbedaan pada tahap

perubahan glukosa -6P. Pada alur glikolisis terlihat pada perubahan glukosa -6-P.

Diubah menjadi fruktosa -6P dan selanjutnya mengalami isomerisasi dan dirubah

lagi oleh enzim aldolase menjadi gliseraldehida-3P dan dihidroksiaseton P.

Sedangkan pada jalur HMPnya terlihat glukosa -6-P diubah menjadi 6-

fosfoglukonat dan selanjutnya membentuk ribolus A-5-fosfat. Hal ini sama seperti

tahap awal jalur.

3 glukosa

3 glukosa6-phospate

3 6 –phosphate gluconate

Xylulosa-5- Ribosa-5-Phosphate Phosphate Xylulosa-5-

Phosphate

Sedoheptulase-7-phosphate

Glyceraldehide-3- C2 Erythrose-6-Phosphate Phosphate

C2

3 Glucose-6-phosphat+6 NADP+ 2 Fructose-6-phosphate+Glyceraldehide-3-phosphate+3 CO2+NADPH2

Gambar Oksidasi glukosa melalui jalur HMP

3 NADPH2

3CO2 3NADPH2

3-Ribulose-5-phosphate

Glyceraloenyde-3- phosphate

2 Fruktose-6-phosphate

Glukosa1 ATP

Glukosa-6-fosfat

6- fosfoglukonat

CO2

Ribulosa-5- fosfat

Xilulosa-5-fosfat

Gliseraldehida Asetil fosfat 3-fosfat

Etanol Asetat

2 ATPPiruvat

Laktat

Gambar Metabolisme glukosa oleh laktobasilus hetero laktat

Pi

Pi

Poo1 ATP

2. Modifikasi HMP glioksilat, sebagai berikut:

C5 + C5

C6

2C2 2C3

2 NADH

CO2

C3 C4

C6(f) C6

C3 C2

C5

3. Dapat pula ditemui jalur alternative katabolisme glukosa yaitu bentuk pola interaksi antara glikolisis dan HMP.

Glukosa 6-P-glukonat Ribolusa-5P

Glukosa-6P C3+C2

CO2

Eritosa 4-p NADH2

Fruktosa-6 PPentosa

DHA G-3P

Piruvat

Jalur kerangka diatas menunjukan adanya interaksi antara glikolisis dan HMP dan

dapat menghasilkan senyawa-senyawa antara untuk biosintesis. Jadi dengan demikian pada

jalur katabolisme ini selain menghasilkan energy juga merupakan tahap awal biosintesis.

C. Metabolisme saat Puasa

HMP

Puasa pada bulan Ramadan adalah wajib hukumnya bagi umat Islam. Artinya, siapa

pun orangnya puasa Ramadan tidak boleh ditinggalkan. Secara keyakinan mungkin tidak

perlu diragukan lagi, akan tetapi sebenarnya adakah rahasia yang terkandung di dalam

puasa tersebut?

Mari kita telaah lebih dalam lagi tentang apa yang sebenarnya terjadi dalam tubuh

kita saat berpuasa. Dalam keadaan normal, tubuh mendapatkan energi dari luar melalui

makanan dan minuman atau dari dalam tubuh melalui pembakaran sistem metabolisme

lemak dan protein.

Dalam keadaan puasa, tubuh tidak disibukkan untuk melakukan penyerapan

makanan dari usus sebagai sumber energi dari luar, tetapi tubuh sendiri menyediakan

sekaligus menggunakan energi dari hasil proses metabolisme tubuh sendiri, yaitu dengan

membentuk gula darah dari glikogen yang berada di sel-sel hati dan siap pakai sebagai

sumber energi alami.

Diawali dengan makan sahur, tiga jam setelahnya tubuh kita akan menyimpan

kelebihan kalori dalam bentuk sumber tenaga cadangan berupa glikogen, asam amino, dan

lemak. Sumber energi ini akan digunakan dalam pergantian sel mati, perbaikan sel rusak,

dan pembentukan sel yang baru dengan kualitas yang baik.

Yang menarik, dalam keadaan puasa proses metabolisme ini selain menghasilkan

energi tadi, juga menghasilkan sisa-sisa metabolisme yang berbahaya, tetapi sekaligus akan

segera dibersihkan oleh sel-sel hati yang selanjutnya akan dibuang keluar tubuh.

Subhanallah!

Dalam keadaan puasa, kita melakukan pembatasan asupan kalori dari luar,

pembatasan ini meningkatkan zat yang bermanfaat berupa antioksidan. Antioksidan ini

dapat membersihkan zat yang bersifat racun, sekaligus mengeluarkannya dari dalam tubuh,

sehingga tubuh terhindar dari zat-zat yang berbahaya.

Selain itu, puasa juga meningkatkan jumlah sel darah putih untuk menangkal

serangan penyakit infeksi, sehingga terjadi peningkatan sistem kekebalan dalam tubuh.

Dan, yang mencengangkan dari puasa adalah sebagai upaya tubuh menyeimbangkan asam

basa tubuh yang diperlukan dalam proses metabolisme agar tetap berjalan sesuai dengan

rambu rambu. Subhanallah!

Dalam keadaan puasa, energi yang berasal dari makanan dan minuman saat sahur

akan digunakan secara hemat untuk aktivitas sistem kekebalan tubuh dan proses berpikir

oleh otak karena gula darah yang tersedia dari pencernaan sangat mudah untuk mengalami

proses metabolisme sistem kekebalan tubuh dan proses berpikir tidak memerlukan hormon

insulin.

Selain itu, puasa juga dapat mencegah penyakit yang timbul karena pola makan

yang berlebihan. Makanan yang berlebihan gizi belum tentu baik untuk kesehatan

seseorang. Kelebihan gizi atau overnutrisi dapat menyebabkan kegemukan. Kegemukan ini

merupakan sumber berbagai penyakit seperti kelainan lemak kolesterol dan trigliserida

tinggi, jantung koroner, kencing manis (diabetes mellitus), dan lain-lain. Dengan demikian,

sudah sepatutnya saat berbuka puasa tidak dianjurkan makan secara berlebihan. Bahaya!

Dapatlah digarisbawahi bahwa puasa secara ilmiah tidak hanya suatu upaya ibadah

wajib yang semata menahan lapar, dahaga, dan nafsu. Akan tetapi, mempunyai rahasia

kesehatan dalam meningkatkan daya tahan tubuh terhadap penyakit yang berbahaya.

IV. PENUTUP

Demikian makalah ini kiami susun. Kritik dan saran yang bersifat membangun kami

harapkan untuk makalah selanjutnya. Semoga makalah ini bermanfaat bagi kita semua.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.blogpribadi.com/2009/07/karbohidrat.html

http://septa-ayatullah.blogspot.com/2008/12/tipe-karbohidrat-komponen-dan-

sumbernya.html

Murray, Robert k.2003. Biokimia Harper. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC

KARBOHIDRAT

Disusun Guna Memenuhi

Mata Kuliah: Biokimia

Dosen Pengampu: Ratih Rizki Nirwana, S.SI.

Oleh:

Lulu AtinisaImam BaehaqiSiti Muzdalifah

FAKULTAS TARBIYAH

INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI WALISONGO

SEMARANG

2009