METABOLISME KARBOHIDRAT

METABOLISME KARBOHIDRAT


Metabolisme adalah jumlah reaksi-reaksi yang dikatalisis enzim dalam suatu organisme hidup yang merupakan aktivitas yang dinamis dan terorganisasi. Reaksi-reaksi ini terorganisasi dlm suatu lintasan (pathway); masing-masing lintasan terdiri dari bbrp reaksi yang berurutan (produk dari satu reaksi = substrat bagi reaksi berikutnya).

Ada dua lintasan biokimia:
Anabolisme (lintasan biosintetik): molekul besar dan kompleks disintesis dari prekursor yang lebih kecil.
Katabolisme (lintasan degradasi): mol. besar dan kompleks didegradasi menjadi molekul kecil dan biasanya dengan melepas energi (ATP). Energi ini digunakan untuk reaksi anabolik.

Katabolisme terdiri dari 4 tahap :
Mol. nutrien utama (protein, lemak, polisakarida) dipecah menjadi molekul kecil (building block), melalui proses pencernaan (digestion).
Building block dari tahap I (asam amino, asam lemak, monosakarida) dikonversi menjadi asetilKoA.
Gugus asetil dari asetil-KoA masuk ke dalam Siklus Asam Sitrat dan dioksidasi menjadi CO2; atom hidrogen yang kaya energi ditransfer ke NAD+ dan FADH2 (menjadi NADH dan FADH2).
Sejumlah energi (ATP) dilepas ketika NADH dan FADH2 dioksidasi melalui sistem transfer elektron (rantai pernafasan).

Anabolisme (Lintasan biosintetik)
Molekul besar dan kompleks (makro-nutrien) disintesis dari molekul prekursor yang lebih kecil (building block)Mis: asam amino ® proteinasam lemak ® lemak glukosa ® glikogen
Dalam anabolisme diperlukan sejumlah energi bebas

GLIKOLISIS
Glikolisis adalah pemecahan satu molekul glukosa (6C), melalui sederetan reaksi enzimatik, menjadi 2 molekul senyawa piruvat (3C).
Glikolisis bersifat universal, terdapat baik pada mikro-organisme maupun pada organisme tk tinggi. Perbedaan antar spesies hanyalah pada regulasi dan metabolisme lanjut dari asam piruvat yang terbentuk.

Glikolisis terdiri dari 2 fase:
Fase preparasi (preparatory phase), yaitu fosforilasi glukosa dan konversinya menjadi gliseraldehid 3-fosfat.
Fase pembayaran (payoff phase), yaitu konversi oksidatif gliseraldehid 3-P menjadi piruvat disertai pembentukan ATP dan NADH.

Reaksi netto glikolisis
Glukosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi ———-> 2Piruvat + 2NADH + 2H+ + 2ATP + 2H2O
Enzim yang terlibat dalam glikolisis

Preparatory phase:
Heksokinase
Fosfoheksoisomerase
Fosfofruktokinase
Aldolase
Triosafosfat isomerase

Payoff phase:
Gliseraldehid3-P dehidrogenase
Fosfogliserat kinase
Fosfogliserat kinase
Enolase
Piruvat kinase

Metabolisme piruvat

Piruvat yang terbentuk pada glikolisis dapat mengalami metabolisme lanjut, melalui salah satu dari 3 rute berikut:
Pada kondisi aerobik: Piruvat dioksidasi menghasilkan 2 mol. asetilKoA dan kehilangan 2 mol. CO2. AsetilKoA lalu dioksidasi melalui siklus asam sitrat dan rantai pernafasan (pada sel hati).
Pada kondisi anaerobik (hipoksia): Piruvat direduksi menjadi asam laktat (pada otot dan bbrp mikro organisme)
Pada kondisi anaerobik: Piruvat diubah menjadi alkohol (etanol) melalui proses fermentasi alkohol (pada sel ragi).

SIKLUS ASAM SITRAT (TCA CYCLE)
Siklus asam sitrat merupakan suatu rangkaian reaksi biokimia dalam organisme aerobik untuk memperoleh energi (ATP) yang tersimpan dalam asetilKoA.
AsetilKoA adalah produk reaksi katabolik dari karbohidrat, lipid dan asam amino.
Siklus asam sitrat terjadi dalam mitokondria.
Piruvat (dari glikolisis) diubah menjadi asetil-KoA oleh enzim kompleks piruvat dehidrogenase

Entri karbohidrat lain ke dalam Siklus Asam Sitrat :

Karbohidrat lain, seperti glikogen, fruktosa, maltosa, laktosa dll. dapat masuk ke dalam siklus asam sitrat setelah diubah menjadi salah satu intermediaet dari rangkaian glikolisis.

Regulasi aliran metabolit dari piruvat melalui siklus asam sitrat(TCA)
Kompleks piruvat dehidrogenase dihambat secara allosterik jika rasio [ATP]/[ADP], [NADH]/[NAD+] dan [Asetil-KoA/ KoA] tinggi. Jika rasio di atas rendah maka terjadi aktivitas allosterik dari oksidasi piruvat.
Kecepatan aliran dari siklus asam sitrat dapat dibatasi oleh ketersediaan (availability) dari substrat sitrat sintetase (oksaloasetat, asetil-KoA atau NAD+) yang selanjutnya dapat menghambat tahap oksidasi yang tergantung pada NAD.
Inhibisi umpan balik oleh suksinil-KoA, sitrat, dan ATP juga memperlambat siklus dg menginhibisi step awal.
Dalam jaringan otot, Ca2+ pemberi signal kontraksi, menstimulasi metabolisme penghasil energi untuk mengganti ATP yang dipakai waktu kontraksi.

FOSFORILASI OKSIDATIF
Fosforilasi oksidatif merupakan kulminasi dari metabolisme penghasil energi dalam organisme aerobik.
Dalam sel eukariot, fosforilasi oksidatif terjadi dalam mitokondria; fotofosforilasi oksidatif terjadi dalam kloroplas.
Fosforilasi oksidatif meliputi reduksi O2 menjadi H2O dg elektron dari NADH dan FADH2; dapat terjadi dlm keadaan terang maupun gelap.
Fotofosforilasi melibatkan oksidasi H2O menjadi O2 dengan NADP+sebagai akseptor elektron; tergantung dari adanya cahaya.

LINTASAN PENTOSA FOSFAT
Lintasan pentosa fosfat (LPF) merupakan suatu alternatif dari katabolisme glukosa untuk menghasilkan NADPH ( pembawa energi kimia dlm bentuk reducing power) dan ribosa (konstituen nukleotida dalam asam nukleat).
LPF ini terjadi terutama pada jaringan yang aktif dalam sintesis asam lemak dan steroid (kelenjar mammae, adrenal cortex, hati dan jaringan adiposa), juga dalam sel yang berisiko tinggi terhadap kerusakan oksidatif (sel darah merah).

Ada 2 jenis reaksi dalam Lintasan Pentosa Fosfat:
Reaksi oksidatif: konversi glukosa menjadi ribulosa 5-P
Reaksi nonoksidasi: pembentukan ribosa 5-P atau xilulosa 5-P.

Pada sel tumbuhan Lintasan pentosa fosfat ini terlibat dalam sintesis glukosa dalam reaksi gelap (dark reaction) pada foto-sintesis.

GLUKONEOGENESIS
Glukoneogenesis adalah pembentukan mol. glukosa baru dari prekursor nonkarbohidrat (asam laktat, bbrp asam amino, gliserol).
Terjadi terutama dalam sel hati.
Biosintesis glukosa ini sangat penting bagi mamalia sebab merupakan satu-satunya sumber bahan bakar (fuel) bagi beberapa jaringan (otak, sistem syaraf, eritrosit, testes dan jaringan embrio).
Jika glikogen hati kurang, glukoneogenesis menyediakan glukosa yang cukup bagi tubuh.
Glukoneogenesis tidak seluruhnya merupakan kebalikan dari glikolisis karena ada beberapa reaksi yang irreversibel

Siklus Cori
Otot yang sangat aktif (waktu olah raga) meng-gunakan glikogen sebagai sumber energi, menghasilkan laktat melalui glikolisis anaerobik.
Pada waktu istirahat (recovery), laktat ini dibawa ke hati dan digunakan untuk pembentukan glukosa melalui glukoneogenesis.
Glukosa ini dilepas ke dalam darah dan ditranspor ke otot untuk digunakan dalam pembentukan kembali glikogen.
Rangkaian (glukosa ® laktat ® glukosa) dinamakan siklus Cori (Cori cycle).

GLIKOGENOLISIS DAN GLIKOGENESIS
Glikogenolisis (degradasi glikogen) adalah pemecahan glikogen menjadi glukosa 6,P dengan bantuan enzim glikogen fosforilase dan debranching enzyme.
Glikogenesis (sintesis glikogen dari glukosa) terjadi setelah makan (kadar glukosa darah tinggi)
Sebagai titik awal adalah UTP-glukosa