Pencernaan dan Penyerapan Karbohidrat Karbohidrat adalah senyawa yang tersusun atas unsur-unsur C, H dan O. Dalam makanan terdapat 2 kelompok besar karbohidrat yaitu: 1. Karbohidrat yang tersedia tersedia (available carbohydrate) termasuk dalam karbohidrat yang dapat dicerna dan diserap sebagai karbohidrat dalam tubuh. Bentuk karbohidrat ini meliputi monosakarida, disakarida, d an oligosakarida dan polisakarida β-glukan. β-glukan. 2. Karbohidrat yang tidak tersedia (unavailable carbohydrate) yaitu karbohidrat yang tidak dapat dihidrolisis sehingga tidak dapat diserap. Bentuk karbohidrat yang termasuk kelompok ini adalah oligosakarida (rafinosa, stakhiosa), selulosa, lignin dan serat (Muchtadi et al.1993) Karbohidrat mulai dicerna pada mulut secara mekanik dengan pengunyahan dan kimiawi oleh enzim α-amilase saliva yang menghidrolisis karbohidrat kompleks menjadi gula-gula sederhana. Pencernaan lebih lanjut terjadi di usus halus dengan bantuan enzim α-amilase α-amilase pankreatik, sukrase usus, maltase usus dan laktase usus (Astawan M.2009). α-amilase pankreatik merupakan enzim yang berperan dalam memotong ikatan α-1,4 glikosida secara acak. Enzim ini akan memotong maltosa menjadi maltosa (90%), maltotriosa, glukosa dan amilopektin menjadi dekstrin, maltosa dan maltotriosa (Balagopalan, 1988). Pada brush border, yaitu membran mikrovili usus halus, oligosakarida oligosakarida dan disakarida akan dipecah menjadi unit-unit heksosa penyusunnya seperti glukosa, fruktosa dan galaktosa galaktosa (Murray et al.1997). Isomaltase atau α-dekstrinase, terutama berperan dalam hidrolisis ikatan α-1,6, α-1,6, bersama-sama dengan maltase dan sukrase akan memecah maltotriosa dan maltosa. Sukrase akan memecah sukrosa menjadisatu molekul fruktosa dan satu molekul glukosa. Laktase akan
menghidrolisis laktosa menjadi glukosa dan galaktosa dan trehalase akan menghidrolisis trehalosa, suatu dimer ikatan α-1,1 glukosa menjadi 2 molekul glukosa (Ganong et al. 2003). Karbohidrat setelah dicerna dalam usus akan diserap oleh dinding usus halus dalam bentuk monosakarida. Monosakarida sebagian besar dibawa oleh aliran darah menuju hati dan sebagian kecil lainnya dibawa ke sel jaringan tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut (Gambar 1). Di da lam hati, monosakarida mengalami proses sintesis menghasilkan glikogen, dioksidasi menjadi CO2dan H 2 O atau dilepaskan untuk dibawa oleh aliran darah ke bagian tubuh yang memerlukan (Subardi et al.2008). Transpor sebagian besar heksosa secara unik dipengaruhi oleh jumlah Na + di dalam lumen usus halus. Konsentrasi Na + yang tinggi pada permukaan mukosa sel mempermudah influks gula ke dalam sel-sel epitel. Glukosa dan galaktosa masuk ke d alam sel dengan cara difusi terfasilitasi menggunakan kotranspoter atau simport, sodium-dependent glucose transporter(SGLT). Perbedaan konsentrasi Na + bagian luar dan dalam sel menyebabkan Na +
dan glukosa mampu masuk ke dalam sel. Di dalam sel Na + akan bergerak menuju ruang intraseluler lateral kemudian melalui transpor aktif dikeluarkan dari dalam sel, sedangkan glukosa masuk ke dalam interstitium dengan cara difusi terfasilitasi melalui GLUT-2. Dari sini kemudian glukosa terdifusi ke dalam darah. Mekanisme transpor glukosa secara langsung juga akan mengangkut galaktosa. Transpor fruktosa tidak tergantung pada Na + atau transport glukosa dan galaktosa. Transpor fruktosa dari lumen usus halus ke dalam enterosit melalui difusi terfasilitasi menggunakan GLUT 5, kemudian masuk ke interstitium melalui GLUT 2 (Ganong et al. 2003). Kelebihan karbohidrat akan diubah menjadi lemak dan disimpan di dalam jaringan lemak. Beberapa glukosa yang melalui jaringan otot juga dapat diubah menjadi glikogen untuk disimpan (Muchtadi et al, 1993). Absorpsi karbohidrat dapat dihambat dengan senyawa bioaktif dari tanaman yang berfungsi sebagai senyawa kompetitor enzim glukosidase (Lee SH et al. 2010).
α-amilase dan α-
Enzim Enzim adalah molekul protein tak hidup yang dihasilkan oleh setiap sel hidup (eukariota dan prokariota). Di dalam sel, protein enzim melakukan ribuan reaksi kimia yang membuat sel hidup dapat mengekstrak energi dari lingkungan, mengubah sumber energi menjadi molekul yang bermanfaat, memperbaiki dan membangun diri sendiri, melakukan pembuangan hasil samping dan melakukan replikasi diri. Enzim merupakan protein yang tersusun atas asam -asam amino yang membentuk struktur tiga dimensi yang kompleks. Enzim adalah protein dengan demikiansifat protein juga berlaku pada enzim. Suhu yang terlalu tinggi akan merusak struktur tiga dimensi enzim dan aktivitasnya. Demikian pula pH dan tekanan osmosis yang terlalu tinggi atau rendah akan mengurangi/merubah fungsi enzim. Pada keseluruhan struktur enzim hanya sebagian kecil yang berfungsi mengadakan interaksi dengan substrat yang disebut sebagai sisi aktif. Sisi aktif pada protein enzim terdiri dari rangkaian beberapa asam amino yang terdapat dalam konfigurasi yang khusus sedemikian rupa, sehingga gugus fungsionalnya dapat berinteraksi dengan substrat secara benar. Asam-asam amino yang lain berperan memberikan bentuk ruang tertentu pada sisi aktif, sehingga hanya substrat dengan konfigurasi yang tepat yang d apat masuk ke dalam sisi aktif tersebut. Reaksi kimia yang terjadi pada gugus fungsional dan substrat meliputi pelepasan dan pengikatan elektron atau atom-atom hidrogen, oksigen, phospat, sulfur, pembentukan dan pergeseran ikatan ganda atau penguraian ikatan kovalen. Sebelum membentuk produk (P), enzim (E) berikatan dengan substrat (S) pada sisi aktifnya membentuk kompleks ES. Molekul enzim sangat selektif walaupun spesifitasnya beragam (Suhartono. 1989). Faktor-faktor yang
mempengaruhi enzim dan aktivitas enzim antara lain: 1. Temperatur atau suhu: umumnya enzim bekerja pada suhu yang optimum. Apabila suhu turun, maka aktivitas akan terhenti tetapi enzim tidak rusak. Sebaliknya, pada suhu tinggi aktivitas menurun dan enzim menjadi rusak. 2. Air : Air berperan dalam memulai kegiatan enzim, contoh pada waktu biji dalam keadaan kering kegiatan enzim tidak kelihatan. Baru setelah ada air, melalui imbibisi mulailah biji berkecambah. 3. pH : Perubahan pH dapat membalikkan kegiatan enzim, yaitu mengubah hasil akhir kembali menjadi substrat. 4. Hasil akhir : Kecepatan reaksi dalam suatu proses kimia tidak selalu konstan. Misal, kegiatan pada awal reaksi tidak sama dengan kegiatan pada pertengahan atau akhir reaksi. Apabila hasil akhir (banyak), maka akan menghambat aktivitas enzim. 5. Substrat : Substrat adalah zat yang diubah menjadi sesuatu yang baru. Umumnya, terdapat hubungan yang sebanding antara substrat dengan hasil akhir apabila konsentrasi enzim tetap, pH konstan, dan temperatur konstan. Jadi, apabila substrat yang tersedia dua kali lipat, maka hasil akhir juga dua kali lipat. Kinetika Inhibisi Enzim Kinetika enzim adalah salah satu cabang enzimologi yang membahas faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi enzimatis. Faktor-faktor utama yang mempengaruhi aktivitas enzim adalah konsentrasi enzim, substrat, produk, senyawa inhibitor dan aktivator, pH dan jenis pelarut yang terdapat pada lingkungan, kekuatan ion dan suhu. Pembentukan komplek enzim substrat (ES) membatasi kecepatan reaksi enzimatis. Artinya kecepatan maksimum reaksi enzim dicapai pada tingkat konsentrasi substrat yang sudah mampu mengubah
seluruh enzim menjadi kompleks ES. Pada konsentrasi substrat dibawah konsentrasi tersebut reaksi enzim bergantung pada konsentrasi substrat yang ditambahkan, sedangkan pada konsentrasi substrat diatas konsentrasi tersebut, kecepatan reaksi tidak tergantung pada konsentrasi substrat. Dengan kata lain, reaksinya menjadi bersifat ordo ke nol. Pada Tabel 2, dapat dilihat beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi dan informasi yang dapat diperoleh dengan mengubah-ubah faktor tersebut.
Beberapa senyawa bioaktif dari tumbuhan ketika ditambahkan ke dalam reaksi enzimatis dapat berperan sebagai aktivator dan juga inhibitor. Secara
kimiawi, suatu inhibitor tidak dapat dibedakan dari aktivator. Setelah mereka berinteraksi dengan enzim, barulah dapat dibedakan antara aktivator dan inhibitor. Aktivator, berikatan dengan enzim dan menyebabkan kenaikan kecepatan reaksi enzim, sedangkan inhibitor berikatan dengan enzim dan menyebabkan penurunan kecepatan reaksi enzim. Umumnya inhibitor menghambat kerja enzim dengan tiga jenis penghambatan, yakni penghambatan kompetitif, non kompetitif dan unkompetitif (Suhartono. 1989). 2. 3.1 Penghambatan Kompetitif Suatu bahan yang berkompetisi secara langsung dengan suatu substrat normal untuk suatu daerah (site) ikatan enzim dikenal dengan suatu inhibitor kompetitif. Inhibitor seperti ini biasanya menyerupai substrat dimana secara spesifik mengikat daerah aktif enzim. Reaksi akan terjadi dan produk akan dihasilkan, walaupun enzim bereaksi dengan inhibitor. Produk yang dihasilkan dari inhibitor akan berbeda jenisnya dengan produk yang dihasilkan oleh substrat (Voet&Voet. 2001). Pada penghambatan kompetitif inhibitor menyebabkan berubahnya harga KM(menjadi lebih besar dari KM semula), tanpa mengubah tingkat kecepatan maksimum Vmaks enzim. Jadi, enzim masih mampu mencapai kecepatan maksimum normalnya, walaupun dalam jangka waktu yang lebih lama, jika pada lingkungan tersebut terdapat senyawa inhibitor. Akan tetapi, adan ya inhibitor menyebabkan enzim membutuhkan konsentrasi substrat yang lebih besar, untuk mencapai harga Vmaks-nya. Penghambatan oleh inhibitor kompetitif dapat diatasi atau dikurangi dengan menambahkan konsentrasi substrat yang memperbesar peluang bagi substrat untuk berikatan dengan sisi aktif pada enzim (Suhartono. 1989). Model umum untuk inhibisi kompetitif diberikan pada Gambar 5. di bawah
ini :
. 3. 2 Penghambatan Nonkompetitif Pada jenis inhibisi non-kompetitif antara substrat dan inhibitor tidak memiliki kesamaan struktur. Efek penghambatan akan terjadi k arena inhibitor berikatan dengan sisi allosterik enzim, dan akan mengubah sisi aktifnya. Akibat dari jenis inhibisi ini adalah terjadinya penurunan V maks tanpa mengubah nilai KM-nya. Pada inhibisi non-kompetitif, inhibitor dapat membentuk ikatan dengan enzim dalam keadaan bebas, disamping dapat membentuk ikatan dengan komplek enzim-substrat (Gambar 6). Ikatan inhibitor terhadap enzim bebas dan enzim-substrat dapat menyebabkan terbentuknya kompleks enzim-inhibitor atau enzim-substrat-inhibitor yang bersifat tidak produktif karena tidak dapat membentuk produk. Produk hanya akan terbentuk jika ikatan inhibitor lepas dari kompleks enzim-substrat-inhibitor. Reaksi sampingan yang sangat merugikan akibat pengaruh inhibitor pada jenis penghambatan ini adalah besarnya peluang sisi aktif enzim untuk berubah secara permanen dari keadaan alami jika kompleks enzim-inhibitor memiliki ikatan yang sangat kuat. Hal ini akan menyebabkan enzim kehilangan reaktifitasnya secara permanen (Voet&Voet. 2001).
Penghambatan Unkompetitif Suatu penghambatan jenis unkompetitif merupakan senyawa yang berikatan secara reversibel pada molekul kompleks enzim substrat, membentuk kompleks Enzim Substrat Inhibitor (ESI) yang bersifat inaktif sehingga tidak dapat menghasilkan produk. Inhibitor tidak berikatan dengan molekul enzim bebas (E) (Suhartono.1989). Umumnya, inhibisi unkompetitif terjadi akibat adanya akumulasi produk dari reaksi enzim itu sendiri dan sangat jarang dijumpai pada reaksi enzim yang melibatkan hanya satu substrat dan satu produk. Pola kinetika yang terbentuk akibat adanya inhibitor pada jenis inhibisi unkompetitif ini adalah terjadinya penurunan nilai KMdan V maksdari keadaan normalnya (Voet &Voet. 2001). Model umum untuk inhibisi unkompetitif diberikan pada Gambar 7 di bawah ini :
