metabolisme-karbohidrat

02/11/2016

Metabolisme karbohidrat dr.Syazili Mustofa,M.Biomed Departemen Biokimia dan Biologi Molekuler Fakultas Kedokteran Universitas Lampung

PENDAHULUAN  Karbohidrat adalah suatu makromolekul yang memiliki peran penting dalam kimia kehidupan.  Karbohidrat adalah senyawa-senyawa aldehid (COH) atau keton C=O) dengan banyak gugus hidroksil (OH).  Senyawa ini menyusun sebagian besar bahan organik di alam karena perannya yang sangat banyak pada semua bentuk kehidupan  Peran utama : sumber energi KH  menghasilkan 4 kilokalori/gram.

1

02/11/2016

Photosynthesis: Sun’s energy becomes part of glucose molecule

energy Carbon dioxide Water Chlorophyll

GLUCOSE

6 CO2 + 6 H20 + energy (sun)

C6H12O6 + 6 O2

120 grams of glucose / day = 480 calories

2

02/11/2016

KARBOHIDRAT adalah polihidroksi aldehid atau keton atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisa Nama Karbohidrat :  (CH2O)n atau (C.H2O)n rumus empiris yang menunjukkan bahwa senyawa tersebut adalah karbon “hidrat”. Memiliki nisbah karbon terhadap hidrogen dan Oksigen sebagai 1:2:1  Contoh: D-glukosa  C:H:O = 1:2:1.  C6H12O6  (CH2O)n

PERAN KH DALAM KEHIDUPAN 1. Bertindak sebagai sumber energi, bahan bakar, dan zat antara metabolisme GLIKOLISIS; KH+O2  CO2 + H2O + E (ATP) - Pati dan glikogen, dapat dengan cepat dimobilisasi untuk menghasilkan glukosa  bahan bakar utama untuk membentuk energi - ATP, adalah derivat gula terfosforilasi alat tukar energi bebas yang universal

3

02/11/2016

2. Kerangka struktur RNA dan DNA ◦ Gula ribosa dan deoksiribosa ◦ Berperan pada penyimpanan dan ekspresi informasi genetik.

3. Elemen struktur dinding sel bakteri dan tumbuh-tumbuhan - selulosa, berlimpah pada biosfer 4. Berikatan dengan banyak protein dan lipid - glikoforin protein integral membran , pada sel darah merah

Overview of metabolism. Jalur metabolisme  3 kategori Katabolik: utk proses pemecahan molekul besar, oksidasi, menghasilkan ekivalen pereduksi dan terutama produksi ATP Anabolik: terlibat dlm proses sintesis senyawa kompleks dari prekursornya (AA  protein), endotermik, endergonik. Amfibolik: terjadi di persilangan metabolisme yg menghubungkan jalur anabolik dg katabolik. Contoh Siklus Krebs (Siklus Asam Sitrat)

4

02/11/2016

Metabolisme Normal : adaptasi terhadap saat kelaparan/ puasa, latihan fisik, kehamilan, laktasi. Metabolisme Abnormal: akibat dari defisiensi nutrisi, defisiensi enzim, sekresi hormon regulasi metabolisme tidak normal, efek obat dan racun. Kebutuhan kalori seseorang dg BB 70 kg  2400 – 2900 kcal Kurang lebih 40% - 50% lebih tinggi dari BMR (140% - 150% BMR).

Kelebihan kalori terus menerus  Obesitas (IMT > 26 utk Asia, >30 Kaukasia) Kekurangan kalori terus menerus  katabolisme protein tanpa replacement  “emaciation”. Kelaparan/ puasa  nervous system dan eritrosit , peka terhadap kekurangan glukosa  saat cadangan glikogen menipis maka tubuh melakukan glukoneogenesis

5

02/11/2016

Hormon pengatur metabolisme KH: Insulin: patologis  Diabetes melitus  kadar gula darah tinggi Glukagon  glukoneogenesis  meningkatkan kadar gula darah ke normal. Hormon lain yang juga terlibat: Katekolamin Kortisol Hormon tiroid Growth hormon Penyakit Metabolisme KH: Diabetes melitus tipe I : defisiensi sekresi insulin Diabetes melitus tipe II: sel tidak sensitif terhadap insulin

Jalur katabolisme (3 tahapan) Karbohidrat

Protein

Lipid

Digesti + absorpsi Glukosa

Asam lemak

Asam amino

+ gliserol katabolisme Asetil-koA

Siklus Krebs

2H

ATP

2 CO2

6

02/11/2016

Respirasi sel

GLIKOLISIS AEROBIK

7

02/11/2016

SIKLUS ASAM SITRAT (s. Krebs , s. asam sitrat, TCA cycle) Serangkaian reaksi di mitokondria untuk oksidasi asetil-KoA menjadi CO2 dan H2O  terbtk NADH dan FADH2 akibat aktivitas enzim dehidrogenase Merupakan Jalur metabolisme bersama utk oksidasi karbohidrat, lemak dan protein Enzim-enzim terletak di matriks mitokondria, bebas/terikat pd membran dalam mitokondria NADH, FADH2 yg dihasilkan pada oksidasi-ß & TCA cycle  di reoksidasi melalui rantai pernafasan  hasilkan ATP >>>, Proses ini memerlukan O2  Oksidasi-ß dan TCA cycle berlangsung dalam keadaan aerob.

8

02/11/2016

Secara garis besar reaksi tsb: 1 mol asetil-KoA bergabung dg 1 mol oksaloasetat membentuk sitrat Sitrat dioksidasi melalui serangkaian reaksi menghasilkan: 2 mol CO2 dan ekivalen pereduksi serta pembentukan kembali oksaloasetat yg dapat memulai reaksi dg mol asetil Ko-A baru. Fungsi TCA : antara lain 1. Final common pathway untuk oksidasi sempurna karbohidrat, lipid dan protein. 2. Pembentukan energi (GTP) 3. Pembentukan ekivalen pereduksi NADH, FADH2

GLIKOLISIS, GLUKONEOGENESIS DAN JALUR PENTOSA FOSFAT. Glikolisis. Proses pemecahan heksosa (6 C) menjadi senyawa 3C atau 2C dan menghasilkan ATP. Glukoneogenesis. Proses pembentukan karbohidrat (glukosa) dari senyawa non karbohidrat. Jalur pentosa fosfat Pemecahan glukosa menghasilkan, karbondioksida, NADPH dan ribosa/pentosa fosfat bahan baku DNA/ RNA.

9

02/11/2016

Glikolisis. Glukosa  piruvat/ laktat/ etanol dan CO2. Amfibolik: Katabolik memecah glukosa menghasilkan ATP. Menghasilkan 3C prekursor utk pembentukan amino, asam lemak dan kolesterol.

asam

Jalur glikolisis terdapat di hampir semua sel (Ubiquitous pathway).

GLIKOLISIS EMBDEN MEYERHOF Oksidasi glukosa  piruvat (aerob) / laktat (anaerob) Berlangsung di bagian sitosol semua sel / jaringan Fungsi : a.l membentuk energi Dapat berlangsung dalam keadaan aerob atau anaerob A. Glikolisis aerob : - piruvat yg dihasilkan dapat diubah menjadi asetil-KoA  selanjutnya dioksidasi di TCA  menghasilkan lebih banyak NADH dan FADH2  ATP >>> B. Glikolisis anaerob : - Rantai transfer elektron tdk dapat berlangsung  reoksidasi NADH  NAD terjadi melalui reduksi piruvat  laktat - ATP lebih sedikit (hanya tingkat substrat)

10

02/11/2016

Glikolisis Embden-Meyerhof (anaerob)

Jalur Embden-Meyerhof

11

02/11/2016

Glukoneogenesis Adl suatu proses perubahan prekursor (bukan karbohidrat) menjadi glukosa atau glikogen. Substrat/ prekursor: Asam amino glukogenik laktat gliserol propionat Jaringan utama tempat berlangsung glukoneogenesis adl hati dan ginjal. Organ tergantung /peka glukosa adalah sistem saraf dan eritrosit. Hipoglikemia menyebabkan disfungsi otak  berat  koma  game over Fungsi: Meningkatkan kadar glukosa darah utk kebutuhan normal sel.

12

02/11/2016

Glukoneogenesis, asam amino glukogenik

Jalur Pentosa Fosfat Adl jalur alternatif metabolisme glukosa. Jalur ini berlangsug di sitosol Enzim yang terlibat antara lain G6PD, transketolase dan transaldolase Reaksi terbagi ke dalam 2 fase: - oksidatif: menghasilkan NADPH - nonoksidatif : menghasilkan prekursor-prekursor ribosa Fungsi: (Bukan ditujukan untuk produksi ATP) Menghasilkan NADPH untuk sintesis asam lemak & steroid Sintesis ribosa untuk pembentukan nukleotida dan asam nukleat Defisiensi enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase (G6PD) menyebabkan darah mudah hemolisis  anemia hemolitik

13

02/11/2016

NADPH dr jalur Pentosa fosfat digunakan utk mereduksi GSSG  GSH

14

02/11/2016

Glikogenesis-Glikogenolisis

15

02/11/2016

Regulasi metabolisme karbohidrat

16

02/11/2016

17

02/11/2016

Gula darah kadarnya dipertahankan dalam range yang sempit Kadar glukosa darah manusia setelah makan 6,5 – 7,2 mmol/L 2 jam pp 4,5 – 5,5 mmol/L puasa 3,3 – 3,9 mmol/L Kadar glukosa darah  Berbeda utk tiap spesies. Glukosa darah diperoleh dari makanan, glukoneogenesis dan glikogenolisis.

Kadar glukosa darah diatur oleh proses metabolik dan hormonal: Insulin berperan utama dalam regulasi kadar glukosa darah. Insulin overdose  hipoglikemia cepat  convulsion/ kejang Mekanisme Homeostasis melibatkan hati, jaringan ekstra hepatik dan hormon Hati permeabel terhadap glukosa oleh adanya transporter glukosa GLUT2. Sel ekstrahepatik (kecuali pankreas) relatif tidak permeabel, perlu insulin utk utk pengaturan transporter.

18

02/11/2016

Transporter glukosa utama (Harper edisi 27) Lokasi jaringan

Fungsi

GLUT 1

Otak, ginjal, kolon, plasenta, SDM

mengambil glukosa

GLUT 2

Hati, selsel-beta pankreas, usus halus ginjal,

mengambil / keluar cepat glukosa

GLUT 3

Otak, ginjal, plasenta

mengambil glukosa

GLUT 4

Jantung, otot rangka, adiposit

Mengambil glukosa dg stimulasi insulin

GLUT 5

Usus halus

Absorpsi glukosa

SGLT 1

Usus halus, ginjal

Mengambil glukosa melawan gradien konsentrasi

Glukokinase penting dalam pengaturan gula darah setelah makan. Heksokinase mempunyai Km rendah untuk glukosa, berfungsi dengan kecepatan konstan pd keadaan normal. Glukokinase mempunyai Km tinggi utk glukosa (afinitas rendah), aktivitasnya naik saat gula darah masuk vena porta  pengambilan glukosa dalam jumlah besar setelah makan.

19

02/11/2016

Siklus Glukosa-Alanin

Cori cycle

20

02/11/2016

Glutathion Reductase

Dampak Hiperglikemia

21

02/11/2016

Metabolisme Fruktosa

22

02/11/2016

Metabolisme Galaktosa

23

02/11/2016

Metabolisme Galaktosa

Serat larut air

24

02/11/2016

Glukagon berperan kebalikan dari insulin. Hormon ini diproduksi di sel-alfa pankreas. Sekresi meningkat pada hipoglikemia Menstimulasi glikogenolisis melalui aktivasi fosforilase, Menstimulasi glukoneogenesis dari asam amino dan laktat melalui caraka kedua c-AMP (lihat: Transduksi sinyal)

Insulin dan glukagon didegradasi di hati.

Hormon-hormon lain yg berefek pada kadar glukosa darah Hormon2 kel pituitari anterior  meningkatkan kadar glukosa darah. growth hormon (inhibit glucose utilization), ACTH, diabetogenic hormone Glukokortikoid, (adrenal korteks) meningkatkan glukoneogenesis, katabolisme protein, menghambat penggunaan glukosa ekstra-hepatik Sitokin, antagonis efek thd insulin Epinefrin, disekresi pd kondisi stres (exited, perdarahan, hipoksia, hipoglikemia)  glikogenolisis di hati dan otot di hati menyebabkan sekresi glukosa ke dalam sirkulasi di otot menyebakan peningkatan glikolisis.

25

02/11/2016

Aspek klinik Diabetes melitus, kadar gula tinggi dapat disebabkan kurangnya sekresi hormon insulin (I) atau sel tidak sensitif terhadap insulin (defek pd reseptor) (II) Ketidaksempurnaan jalur pentosa fosfat  hemolisis sel darah merah (defisiensi enzim G6PD). Pembebanan fruktosa pada hati dapat memperburuk kondisi hiper trigliseridemia, hiperkolesterolemia dan hiperurikemia. Fruktosa dan sorbitol dihubungkan dengan kejadian katarak diabetik.

Pustaka Harper’s Illustrated Biochemistry, 28th edition. Zubay GL. Biochemistry, 4th edition Gambar: Internet Note: Harap dibaca kembali bioenergetika dan biooksidasi.

26