BAB I PENDAHULUAN
1.1
LATAR BELAKANG
Untuk melakukan aktivitasnya manusia dan hewan memerlukan energi yang diperoleh dari makanannya. Umumnya makanan tersebut merupakan karbohidrat, yaitu suatu polisakarida yang mengandung sejumlah gugus hidroksil. Senyawa karbohidrat terdiri atas atom C, H dan O dengan rumus umum (CH 2O)n atau CnH2nOn. Untuk memperoleh energi yang diperlukan oleh tubuh, maka karbohidrat tersebut harus dipecah dipecah menjadi molekul-molekul yang lebih sederhana sehingga dapat diserap oleh sel. Proses selanjutnya didalam sel terjadi proses metabolisme sehingga dihasilkan energi berupa ATP. Proses metrabolisme ini terdiri dari glikolisis, glukoneogenesis, metabolisme piruvat, dan siklus krebs. Pengubahan karbohidrat hingga dihasilkan energi ini tidak semudah yang kita bayangkan karena melalui beberapa reaksi-reaksi yang rumit dan berkelanjutan. Oleh karena itu penyusun ingin membahas masalah ini supaya lebih memahami bagaimana reaksi yang terjadi dan berapa energi yang dihasilkan dari proses metabolisme tersebut.
1.2
RUMUSAN MASALAH
Dalam makalah yang kami susun ini ada beberapa hal yang akan dibahas, antara lain yaitu: 1. Apa pengertian karbohidrat? 2. Bagaimana penggolongan karbohidrat? 3. Bagaimana proses metabolisme karbohidrat hingga dihasilkan energi?
1.3
TUJUAN PENULISAN
1
Tujuan kami membuat makalah ini adalah untuk mengetahui proses metabolisme karbohidrat yang terjadi di dalam sel sehingga dihasilkan energi berupa ATP. Dan juga juga untuk memenuhi tugas mata kuliah biologi biologi dasar.
1.4.
MANFAAT
Adapun manfaat dari makalah ini adalah agar kita dapat mengetahui bagaimana proses metabolisme karbohidrat.
2
BAB II PEMBAHASAN
2.1 PENGERTIAN KARBOHIDRAT
Karbohidrat adalah suatu komponen dalam makanan yang merupakan sumber energi yang utama bagi makhluk hidup, khususnya manusia dan hewan. Karbohidrat
diperoleh
dari
tumbuhan
melalui
proses
fotosintesis
dari
karbondioksida dan air dengan bantuan sinar matahari dan klorofil di dalam daun. Secara umum reaksi tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
6 CO2 + 6 H2O
sinar matahari, klorofil
C6H12O6 + 6 O2
Glukosa yang dihasilkan diubah menjadi amilum dan disimpan dalam buah, umbi, atau batang yang dapat dikonsumsi oleh manusia dan hewan. Karbohidrat tersusun atas atom-atom karbon, hidrogen dan oksigen dengan perbandingan atom H dan O adalah 2:1, misalnya glukosa dengan rumus kimia C6H12O6 atau sukrosa yang mempunyai rumus kimia
C12H22O11. Senyawa
karbohidrat mempunyai gugus fungsi – OH dan aldehid atau keton sehingga karbohidrat
dapat
didefinisikan
sebagai
polihidroksialdehida
atau
polihidroksiketon. Karbohidrat dalam tubuh hewan dibentuk dari beberapa asam amino, gliserollemak, dan sebagian besar diperoleh dari makanan yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. Karbohidrat dalam sel tubuh disimpan dalam hati dan jaringan otot dalam bentuk glikogen. Hewan dapat mensisntesis sebagian karbohidrat dari lemak dan protein, tetapi jumlah terbesar karbohidrat dalam jaringan tubuh hewan berasal dari tumbuhan.
2.2 PENGGOLONGAN KARBOHIDRAT
Karbohidrat dapat dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon, lokasi gugus karbonil (-C=O), serta stereokimia. Berdasarkan 3
jumlah unit gula dalam rantai, karbohidrat digolongkan menjadi 3 golongan utama yaitu monosakarida, oligosakarida, dan polisakarida. a.
Monosakarida (terdiri atas 1 unit gula)
Monosakarida merupakan karbohidrat yang paling sederhana dan tidak dapat dihidrolisis lagi menjadi karbohidrat lain. Penamaan monosakarida ditentukan oleh jumlah atom C pada molekulnya. Karbohidrat sederhana ini dapat dibagi menjadi triosa, tetrosa, pentosa, heksosa, atau tergantung dari jumlah atom karbon yang dimiliki, dan dalam aldosa atau ketosa, jadi tergantung pada gugus aldehida atau ketonnya. Contoh monosakarida adalah triosa, pentosa, dan heksosa. Triosa memiliki 3 atom C, terdapat di dalam sel sebagai hasil atau metabolit pada oksidasi heksosa dan pentosa. Pentosa memilliki 5 atom C, terdapat pada asam nukleat (DNA dan RNA) dan beberapa koenzim. Heksosa memiliki 6 atom C, contohnya adalah glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi kearah kanan. Di alam, terdapat dalam buah buahan dan madu lebah. Di alam, glukosa dihasilkan dalam reaksi antara karbon dioksida dalam air disebut fotosintesis dan glukosa yang terbentuk terus digunakan
untuk
pembentukan
amilum
atau
selulosa.
Adapun
fruktosa
mempunyai rasa lebih manis dari pada glukosa. fruktosa berkaitan dengan glukosa membentuk sukrosa. b.
Oligosakarida (terdiri atas 2-4 unit gula)
Senyawa yang termasuk oligosakarida mempunyai molekul yang terdiri atas beberapa molekul monosakarida. Dua molekul monosakarida yang berikatan membentuk satu molekul disakarida, tiga molekul monosakarida akan membentuk trisakarida dan seterusnya. Yang termasuk oligosakarida antara lain sukrosa, maltosa, laktosa, dan rafinosa. Sukrosa adalah gula yang kita pergunakan sehari-hari disebut juga gula pasir, mempunyai dua molekul monosakarida yang terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul fruktosa. 4
Maltosa mempunyai dua molekul monosakarida yang terdiri dari dua molekul glukosa. Di dalam tubuh maltosa didapat dari hasil pemecahan amilum, lebih mudah dicerna dan rasanya lebih enak. Laktosa mempunyai dua molekul monosakarida yang terdiri dari satu molekul glukosa dan satu molekul galaktosa. Laktosa kurang larut di dalam air, hanya terdapat pada susu sehingga disebut juga gula susu. c.
Polisakarida (terdiri atas lebih dari 10 unit gula)
Polisakarida merupakan senyawa karbohidrat kompleks yang mengandung lebih dari 60.000 molekul monosakarida yang tersusun membentuk rantai lurus ataupun bercabang. Polisakarida rasanya tawar (tidak manis). Amilum (pati) merupakan sumber energi utama sebagai bahan makanan pokok. Umbi-umbian, serealia dan biji-bijian merupakan sumber amilum. Amilum tidak larut di dalam air dingin, tetapi larut di dalam air panas membentuk cairan yang sangat pekat seperti pasta disebut "gelatinisasi". Dekstrin merupakan zat antara dalam pemecahan amilum. Molekulnya lebih sederhana, lebih mudah larut di dalam air, dengan iodium akan berubah menjadi wama merah. Glikogen terbentuk dari ikatan 1000 molekul, larut di dalam air, bila bereaksi dengan iodium akan menghasilkan warna merah. Glikogen banyak terdapat pada kecambah, serealia, susu, dan juga terdapat pada otot hewan, manusia dan ikan. Glikogen disimpan di dalam hati dan otot sebagai cadangan energi, yang sewaktu-waktu dapat diubah kembali menjadi glukosa bila dibutuhkan.
2.3 METABOLISME KARBOHIDRAT
Metabolisme adalah suatu proses reaksi kimia yang terjadi di dalam makhluk hidup, mulai dari makhluk bersel satu yang sangat sederhana seperti bakteri sampai makhluk bersel banyak seperti tumbuhan, hewan dan juga manusia. Di dalam proses ini makhluk hidup mendapat, mengubah, dan memakai 5
senyawa kimia dari sekitarnya untuk kelangsungan hidupnya. Kelangsungan reaksi kimia didalam metabolisme dari permulaan sampai ke suatu hasil akhir disebut jalur metabolisme. Senyawa yang terbentuk selama jalur metabolisme berlangsung disebut senyawa antara (intermediate). Metabolisme meliputi proses sintesis (anabolisme) dan proses penguraian (katabolisme) senyawa atau komponen di dalam sel hidup. Melalui jalur anabolisme terbentuk senyawa dan diperlukan sejumlah energi supaya proses anabolisme terjadi. Reaksi kimia yang terjadi meliputi sintesis dari ikatan C-C(sintesa asam lemak), ikatan CO-N- (sintesa protein), ikatan C-N-(sintesis urea), dan ikatan .C-O- (sintesa trigliserida) memerlukan energi. Unsur kimia dan senyawa digunakan untuk membentuk senyawa baru yang lebih besar. Sebaliknya melaui
jalur
katabolisme
akan
terjadi
penguraian
senyawa
menjadi
komponenyang lebih kecil. Misalnya, katabolisme glukosa akan terurai menjadi karbon dioksida (CO 2) danair (H2O). Di dalam proses katabolisme sejumlah energi dilepaskan; sebagian dipakai oleh sel dan sisanya hilang sebagai panas. Produksi energi untuk keperluan sel terjadi dalam tiga tahap; 1. Molekul-molekul besar komponen makanan seperti protein, pati, lemak dipecah selama proses pencernaan dan penyerapan menjadi molekul-molekul yang lebih kecil seperti asam amino, monosakarida dan asam lemak 2. Sebagian besar molekul-molekul yang lebih sederhana ini selanjutnya diuraikan menjadi senyawa antara (intermediate) yang terdiri dari dua atom karbon yakni asam asetat (CH3COOH), dan asam asetat dipecah menjadi air dan karbon dioksida. Elektron dan ion hidrogen yang dilepaskan selama proses metabolisme ini disumbangkan ke atom oksigen membentuk air. Sebagian energi yang dihasilkan di dalam proses katabolisme ini memicu sintesa adenosin triphosphat (ATP). ATP adalah energi di dalam suatu bentuk yang digunakan sel. Metabolisme Karbohidrat dimulai dengan pencernaan Amilum dalam usus halus. Hasil pencernaan berupa monosakarida diserap oleh usus halus. Rangkaian 6
reaksi yang membentuk beberapa jalur, seperti glikolisis, glikogen sintesis dan pemecahannya, HMP Shunt, glukoneogenesis, asam uronat sebenarnya adalah merupakan katabolisme glukosa. Untuk mempermudah mempelajari metabo-lisme karbohidrat, maka dibagi menjadi beberapa jalur metabolisme. Namun hendaknya diingat bahwa dalam tubuh, jalur-jalur ini merupakan kesatuan, yang mana jalur yang paling banyak dilalui tergantung pada keadaan (status nutrisi) waktu itu. Pembagiannya
adalah:
Glikolisis
("glycolysis"),
Glikogenesis
("glycogenesis"), Glikogenolisis ( "glycogenolysis" ), Oksidasi asam piruvat, Jalur fosfoglukonat oksidatif ("Hexose Mono-phosphate Shunt" atau
"Pentose
Phosphate Pathway" ), Glukoneogenesis ("gluconeogenesis" ), Metabolisme fruktosa, galaktosa dan heksosamin.
2.3.1
GLIKOLISIS
Glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi asam piruvat atau asam laktat. Jalur ini terutama terjadi dalam otot bergaris, yang dimaksudkan untuk menghasilkan energi (ATP). Apabila glikolisis terjadi dalam suasana anaerobik maka akan berakhir dengan asam laktat, dan menghasilkan dua ATP. a. Tahapan reaksi glikolisis.
Proses glikolisis dimulai dengan molekul glukosa dan diakhiri dengan terbentuknya asam piruvat. Serangkaian reaksi-reaksi dalam proses glikolisis tersebut dimanakan juga jalur Embden-meyerhof. Reaksi-reaksi yang berlangsung pada proses glikolisis dapat dibagi dalam dua fase. Pada fase pertama, glukosa diubah menjadi triofosfat dengan proses fosforilasi. Fase kedua dimulai dari reaksi oksidasi triofosfat hingga terbentuk asam laktat. Perbedaan antara kedua fase ini terletak pada aspek energi yang berkaitan debgan reaksi-reaksi dalam kedua fase tersebut. Dalam proses glikolisis satu mol glukosa diubah menjadi dua mol asam piruvat. Fase pertama dalam proses glikolisis melibatkan dua mol ATP yang 7
diubah menjadi ADP. Jadi fase pertama ini menggunakan energi yang tersimpan dalam molekul ATP. Fase kedua mengubah dua mol triosa yang terbentuk pada fase pertama menjadi dua mol asam laktat, dan dapat menghasilkan 4 mol ATP. Jadi fase kedua ini menghasilkan energi. Apabila ditinjau dari keseluruhan proses glikolisis ini menggunakan 2 mol ATP dan menghasilkan 4 mol ATP sehingga masih sisa 2 mol ATP yang ekivalen dengan energi sebesar 14.00 kalori. Energi tersebut tersimpan dan dapat digunakan oleh otot dalam energi mekanik.
Gambar
:Proses glikolisis
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.
8
Reaksi netto glikolisis:
Glukosa + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi
2Piruvat + 2NADH + 2H + + 2ATP + 2H2O
Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO 2 melalui siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH + H + yang terbentuk dalam glikolisis akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui salah satu dari reaksi ulang alik (shuttle).
Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut: Hasil tingkat substrat
: + 4 ATP
Hasil oksidasi respirasi
: + 2 NADP = 6 ATP
Jumlah
: +10 ATP
Dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P
: - 2 ATP = + 8 ATP
Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut: Hasil tingkat substrat
: + 4 ATP
Hasil oksidasi respirasi
: + 0 ATP
Jumlah
: + 4 ATP
Dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P
: - 2 ATP = + 2 ATP
9
2.3.2
GLIKOGENESIS
Glikogenesis : merupakan jalur pembentukan glikogen dari glukosa, erat hubungannya dengan kestabilan kadar gula darah dalam tubuh seseorang. Tahap awal glikogenesis melibatkan glukosa. Awal reaksi dari glikogenesis yaitu reaksi pembentukan glukosa yang dikatalis oleh enzim heksokinase atau enzim glukokinase dan reaksinya bersifat irreversible.
Pembentukan glikogen (glikogenesis) terjadi hampir dalam semua jaringan, tapi yang paling banyak adalah dalam hepar dan dalam otot. Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut: 1.
Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang
lazim terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati oleh glukokinase
ATP + D-glukosa → D-glukosa 6- fosfat + ADP
2.
Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan
bantuan katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible
10
yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat( glukosa 1,6-bisfosfat bertindak sebagai koenzim). Glukosa 6-fosfat → Glukosa 1- fosfat Enz-P + Glukosa 1-fosfat→ Enz + Glukosa 1,6- bifosfat →Enz-P + Glukosa 6-fosfat
3.
Selanjutnya sampai pada reaksi kunci di dalam biosintesis glikogen yaitu
reaksi yang tidak terlibat di dalam pemecahan glikogen. glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim uridin difosfat glukosa pirofosforilase (UDPG pirofosforilase) meng-katalisis pembentukan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa). UTP + Glukosa 1-fosfat → UDP-glukosa + Ppi
2.3.3
GLIKOGENOLISIS
Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1 -fosfat. Berbeda dengan reaksi pembentukan glikogen, reaksi ini tidak melibatkan UDPglukosa, dan enzimnya adalah glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase. Jalur glikogenolisis bukan merupakan jalur kebalikan dari glikogenesis yang disebabkan kerja enzim yang bersifat reversibel melainkan masing-masing mempunyai jalur sendiri dengan macam enzim yang berbeda. Enzim adenilat siklase mempengaruhi glikogenesis dan glikogenosis secara tidak langsung, adenilat siklase hanya mengatalisis pembentukan AMP siklik dari ATP yang bersifat merangsang fosforilase dan menekan glikogen sintese.
11
Gambar: Proses Glikogenolisis Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian, proses ini memiliki lintasan terpisah. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini 4 glikogen untuk spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 1 menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang 6. Ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 1. (C6)n ( glikogen) + Pi → 4 (C6)n-1 (glikogen) + Glukosa 1-fosfat Gluko transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida 6 dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 1 6 memerlukan kerja enzim enzim pemutus terpajang. Hidrolisis ikatan 1 cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung. Enzim ini hanya memecah ikatan α-1-4 glikosidik, dan berhenti pada empat residu dari titik cabang. Enzim amilo (α 1,4)(α 1,4) glukan transferase,
12
memindah tiga unit glukosa yang terikat pada rantai cabang (yang tinggal empat) pada rantai yang lain membentuk “rantai” lurus. Selanjutnya enzim glikogen fosforilase.akan memecah ikatan α-1,4 sampai 4 unit glukosa dari titik cabang, demikian seterusnya. Debranching enzim (amilo 1,6-glukosidase) memecah ikatan glukosidik 1,6 dan menghasilkan glukosa. Dalam otot glukosa yang dihasilkan tidak cukup banyak untuk dieksport keluar sel, kemungkinan dipakai oleh sel otot itu sendiri. Glukosa 1-fosfat yang terlepas diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim fosfoglukomu-tase. Senyawa ini bisa masuk jalur glikolisis atau jalur lainnya. Di hepar, ginjal dan epitel usus halus glukosa 6-fosfatase yang spesifik memecah ikatan ester dan melepaskan glukosa ke peredaran darah.
Tahap reaksi berikutnya adalah pembentukan glukosa dari glukosa 6fosfat. Berbeda dengan reaksi kebalikannya dengan glukokinase, dalam reaksi ini enzim lain, glukosa 6-fosfatase, melepaskan gugus fosfat sehigga terbentuk glukosa. Reaksi ini tidak menghasilkan ATP dari ADP dan fosfat.
Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi sehingga menghasilkan energi yang tersimpan dalam bentuk ATP 13
2.3.4
GLUKONEOGENESIS
Glukoneogenesis adalah reaksi pembentukan glukosa yang berasal dari senyawa-senyawa non karbohidrat misalnya asam-asam amino, senyawa-senyawa intermediet
yang
dijumpai
di
jalur-jalur
metabolisme.
Glukoneogenesis
berlangsung pada keadaan tubuh yang sedang mengalami kekurangan glukosa untuk memenuhi energi yang diperlukan oleh tubuh, misalnya dalam keadaan kelaparan. Jalur glukoneogenesis terutama berlangsung di hati dan ginjal. Pr oses Gl uk oneogenesi s
Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Disini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yang disebut glukoneogenesis (pembentukan gula baru). Pada dasarnya glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa dari senyawa-senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung terutama dalam hati. Walaupun proses glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa, namun bukan kebalikan dari proses glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak reversible, artinya diperlukan enzim lain untuk kebalikannya. Glukosa + ATP
Glukosa-6-Posfat + ADP2.
Fruktosa-6-posfat + ATP
fruktosa 1,6 diposfat + ADP3.
Fosfoenol piruvat + ADP
asam piruvat + ATP
Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversible tersebut, makaproses glukoneogenesis berlangsung melalui tahap reaksi lain, yaitu : 1.Fosfoenolpiruvat dibentuk dari asam piruvat melalui pembentukan asamoksalo asetat. (a) Asam piruvat + CO2+ ATP + H2O
asam oksalo asetat +ADP + Fosfat +
2H+ (b) Oksalo asetat + guanosin trifosfat
fosfoenol
piruvat
+guanosin
difosfat + CO2 Reaksi (a) menggunakan katalis piruvat karboksilase dan reaksi (b) menggunakan fosfoenolpiruvat karboksilase.
14
Jumlah reaksi (a) dan (b) ialah : fosfoenolpiruvat + ADP +GDP + fosfat + 2H+
asam piruvat + ATP + GTP + H2O
Fruktosa-6-fosfat dibentuk dari fruktosa-1,6-difosfat dengan cara hidrolisisoleh enzim fruktosa-1,6-difosfatase. Reaksinya sebagai berikuit : fruktosa-1,6-difosfat + H2O
fruktosa-1.6-difosfat
fruktosa-6-fosfat + fosfat3.
Glukosa dibentuk dengan cara hidrolisis glukosa-6-fosfat dengan katalis glukosa-6-fosfatase. Reaksinya sebagai berikuit : glukosa-6-fosfat + H2O
Gambar
glukosa-6-fostafase
glukosa + fosfat.
: Proses Glukoneogenesis
15
2.3.5
OKSIDASI ASAM PIRUVAT
Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil- KoA, yang terjadidi dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda yang bekerjasecara berurutan di dalam suatu kompleks multi enzim yang berkaitan dengan membran internal mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks
-keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat.
∝
Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan sikl us Kreb’s. Jalur ini juga merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa nonkarbohidrat menjadi karbohidrat.Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut: 1. Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi derivatehidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO 2. 2. Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid,selanjutnya TD P lepas 3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi. 4. Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD +, yang akhirnya memindahkan ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi. Piruvat + NAD+ + KoA
Asetil KoA + NADH + H+ + CO2
16
2.3.6
SIKLUS ASAM SITRAT (SIKLUS KREBS)
Siklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkankatabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH3CO∼KoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat. Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasikarbohidrat, lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam
17
lemak dan banyak asam aminodimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut. Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalambentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen(hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.
Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran
18
interna mitokondria sehinggamemfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yangbertempat di dalam membran interna mitokondria.
Tahapan Reaksi Siklus Krebs: Tahap 1. sitrat sintase (hidrolisis) Asetil KoA + oksaloasetat + H2O
sitrat +
KoA-SH Merupakan reaksi kondensasi aldol yg disertai hidrolisis dan berjalan searah Klinis: sitrat sintase sangat spesifik terhadap zat yang dikerjakan. Flouroasetil KoA dapat menggantikan gugus – asetil KoA. Flourosasetat kadang digunakan sebagai racun tikus. Tahap 2. aconitase, memerlukan 2 tahap Sitrat diubah menjadi isositrat oleh enzim akonitase yg mengandung Fe 2+ caranya : mula-mula terjadi dehidrasi menjadi cis-akonitat (yang tetap terikat enzim ) kemudian terjadi rehidrasi menjadi isositrat
19
Tahap 3. isositrat dehidrogenase (dekarboksilasi pertama) Isositrat dioksidasi menjadi oksalosuksinat (terikat enzim) oleh isositrat dehidrogenase yang memerlukan NAD +. Reaksi ini diikuti dekarboksilasi oleh enzim yg sama menjadi α-ketoglutarat. Enzim ini memerlukan Mn 2+ / Mg2+. Ada 3 jenis isozim isositrat dehidrogenase : satu jenis isozim menggunakan NAD + (intramitokondria), isozim ini hanya ditemukan didalam mitokondria NADH + H + yang terbentuk akan diteruskan dalam rantai respirasi. Dua jenis isozim yang lain menggunakan NADP + dan ditemukan di luar mitokondria (ekstramitokondria) dan sitosol Tahap 4. α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks (dekarboksilasi) Dekarboksilasi
oksidatif
α-ketoglutarat
(caranya
seperti
pada
dekarboksilasi oksidatif piruvat) menjadi suksinil KoA oleh enzim α-ketoglutarat dehidrogenase kompleks. Enzim ini memerlukan kofaktor seperti : TPP, Lipoat, NAD +, FAD dan KoA-SH. Reaksi ini secara fisiologis berjalan searah. Klinis: Reaksi ini dapat dihambat oleh arsenit mengakibatkan akumulasi / penumpukan α-ketoglutarat Tahap 5. suksinat thikonase (fosforilasi tingkat substrat) Suksinil KoA
Suksinat
Reaksi ini memerlukan ADP atau GDP yg dengan Pi akan membentuk ATP atau GTP. Juga memerlukan Mg 2+. Reaksi ini merupakan satu-satunya dalam TCA cycle yg membentuk senyawa fosfat berenergi tinggi pada tingkat substrat. Pada jaringan dimana glukoneogenesis terjadi ( hati & ginjal) terdapat 2 jenis isozim suksinat thiokonase, satu jenis spesifik GDP, satu jenis untuk ADP. Pada jaringan nonglukoneogenik hanya ada isozim yang menggunakan ADP Tahap 6: Suksinat dehidrogenase (dehidrogenasi dan oksidasi) Suksinat + FAD
Fumarat + FADH2
20
Reaksi ini tidak lewat NAD, Klinis: dihambat oleh malonat, asam dikarboksilat berkarbon3. Suksinat dapat tertimbun dan pernapasan terhambat Tahap 7 : Fumarase (dehidrasi) Fumarat + H2O
L-Malat
( Tidak memerlukan koenzim ) Tahap 8: Malat dehidrogenase L-Malat + NAD+
Oksaloasetat + NADH + H+
Reaksi ini membentuk kembali oksaloasetat. Terdapat 6 isozim MDH, 50% isozim MDH adalah tipe IV Sifat amfibolik siklus asam sitrat
Siklus asam sitrat bersifat amfibolik, yang artinya memiliki dua sifat yaitu anabolik (sintesis molekul untuk menjadi senyawa yang lebih kompleks) maupun katabolik (pemecahan molekul menjadi molekul yang lebih sederhana) hal ini disebabkan karena senyawa intermidiete harus digantikan. Pintasan yang menggunakan senyawa intermidiete siklus asam sitrat adalah: 1. Biosintesis glukosa (glukoneogenesis) – oxaloacetate. (yang ditransportasikan sebagai malate) 2. Biosintesis lipid-acetyl-CoA dari ATP-citrate lyase. ATP + citrate + CoA 3.Biosintesis
asam
ADP + Pi + oxaloacetate + acetyl-CoA amino
-α-ketoglutarate
(dehidrogenasi
atau
transaminasidariglutamate) dan transaminasi oxaloacetate. 4.Biosintesi porfirin - succinyl-CoA. Sifat amfibolik yang dimiliki oleh siklus Asam Sitrat berkaitan dengan reaksi anaplerotik yangberperan menggantikan senyawa intermidiet siklus Krebs yang habis:
21
1.Piruvat karboksilase 2.Piruvat + CO2 + ATP + H 2O
oksaloasetat + ADP + Pi.
3.Oksidasi asam lemak - suksinil-CoA. 4.Katabolisme (Ile, Met, Val) - suksinil-CoA. 5.Transaminasi dan deaminasi asam amino untuk menjadi -α- ketoglutarate dan oksaloasetat. Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah: 1.Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P
= 9P
2.Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P
= 2P
3.Pada tingkat substrat
= 1P
Jumlah
= 12P
Satu siklus Kreb’s akan menghasilkan energi 3P + 3P + 1P + 2P + 3P = 12P. Kalau kita hubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan dapat kita hitung bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian sebagai berikut: 1. Glikolisis
: 8P
2. Oksidasi piruvat (2 x 3P)
: 6P
3. Siklus Kreb’s (2 x 12P)
: 24P
Jumlah
: 38P
Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut: 1. Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP. 2. Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap inidihasilkan energi berupa ATP.
22
3. Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap inidihasilkan energi berupa ATP. 4. Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen). Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang. 5.
Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat. Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogen pun juga habis, maka sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh energi.
23
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan
A. Metabolisme karbohirat 1. Karbohidrat adalah senyawa organik terdiri dari unsur karbon, hidrogen, dan oksigen. Karbohidrat terbagi menjadi 3 kelompok yaitu monosakarida, disakarida, polisakarida. 2. Glikolisis: perubahan glukose →asam piruvat 5 R/ Glukose + 2 ADP + 2 PO4→2 asam piruvat + 2 ATP + 4 H Hasil utama glikolisis: asam piruvat Energi dihasilkan: 2 ATP Tempat reaksi glikolisis: sitoplasma Terdiri 2 lintasan: Embden Meyerhof dan Heksosmonofosfat B. Siklus Krebs ( Asam piruvat ) 1. Siklus Krebs merupakan sarana pengaruh bermacam zat yang berasal dari berbagai jalur metabolisme menjadi beberapa macam zat-antara yang lazim berperan pada jalur katabolisme dan anabolisme 2. Beberapa enzim berperan sebagai alat bantu, mengkatalisis berbagai reaksi anaplerotik untuk mempertahankan dan atau mengisi kembali komponenkomponen siklus Krebs 3. Kepentingan siklus Krebs erat rangkaiannya dengan rantai pernapasan serta dihasilkannya ATP yang diperlukan pada gerakan, transportasi, dan biosintesis Siklus Kreb: perubahan asetil co-A→H R/ 2 Asetil Ko-A + 6 H2O + 2 ADP→4 CO2 + 16 H + 2 Ko-A + 2 ATP Hasil utama: H
24
Energi dihasilkan: 2 ATP Tempat berlangsung: mitokondria Sisa metabolisme CO2 berasal dari hasil samping Siklus Krebs/Siklus Asam Sitrat/ Siklus Asam Trikarboksilat
3.2 Saran
Seperti yang telah dibahas dalam pembahasan , kita tahu proses metabolism karbohidrat itu tidaklah sesingkat yang kita bayangkan, namun terdiri dari beberapa proses untuk mengubah karbohidrat menjadi energy. Bisa kita bayangkan betapa besarnya karunia dan kekuasaan Allah, di dalam sel yang begitu kecil,terjadi reaksi-reaksi ataupun proses-proses yang begitu banyak,yang semua prose itu bermanfaat untuk kelangsungan hidup manusia. Oleh karena kita sebagai mahluk ciptaan Allah wajib mensyukuri nikmat dan anugerah yang telah diberikan Allah tersebut. Dan juga Makalah ini jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu diharapkan bagi pembaca untuk dapat membaca dari referensi lainnya.
25
DAFTAR PUSTAKA
Anonimous.
2012.
Biokimia.
Diakses
tanggal 11 November 2012
Anonimous.
2012.
Glikolisis.
www.docstoc.com/docs/66361172/biokimia.
http://id.scribd.com/doc/69807631/Glikolisis-
Siklus- Krebs-dan-Glukoneogenesis. Diakses tanggal 11 November 2012 Anonimous.
2012.
Makalah
Biokimia.
http://id.scribd.com/doc/74730287/makalah-biokimia-vhyee.
Diakses
tanggal 1 Desember Anonimous.
2012.
Makalah
Karbohidrat .
http://al-
faj.blogspot.com/2011/05/makalah-karbohidrat.html. Diakses tanggal 9 Desember 2012 Anonimous.
2012.
Metabolisme
Karbohidrat.
http://4uliedz.wordpress.com/2009/04/09/metabolisme-karbohidrat/. Diakses tanggal 22 Desember 2012 Anonimous.
2012.
Metabolisme
Karbohidrat .
http://ebookbrowse.com/metabolisme-karbohidrat-ms-word-doc
d198686437. Diakses tanggal 11 November 2012
Anonimous.
2012.
Metabolisme
Karbohidrat .
http://ml.scribd.com/doc/24753579/METABOLISME KARBOHIDRAT. Diakses tanggal 1 Desember 2012
Anonimous.
2012.
Proses
Metabolisme
Karbohidrat.
http://id.scribd.com/doc/84272372/PROSES-METABOLISME
KARBOHIDRAT. Diakses tanggal 9 Desember 2012
Poedjiadi, Anna dan Titin Supriyanti. 2006. Dasar-dasar Biokimia. Bandung: UI
Press
26
Tim Pengelola TPB Biologi Dasar Universitas Riau. 1997. Diktat Kuliah Biologi Dasar . Pekanbarau:UR-Press Toha. 2001. Biokimia, Metabolisme Biomolekul . Bandung: Alfabeta Wirahadikusumah, Muhammad. 1985. Metabolisme Energi, Karbohidrat dan Lipid . Bandung: ITB
27
