METABOLISME KARBOHIDRAT

MAKALAH BIOKIMIA LANJUT METABOLISME KARBOHIDRAT DISUSUN OLEH Kelompok : VIII (Delapan) Anggota : Denti Eka Putri F1B011003 Reno Andespa F1B011029 Novia Wahyuni F1B011012 Seftian Risandi F1B011024 Nurfitriana F1B010039 Dosen : Dwita Oktiarni, M.Si JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS BENGKULU 2014 BAB 1 PANDAHULUAN LATAR BELAKANG Karbohidrat atau yang biasa disebut hidrat arang merupakan makanan pokok bangsa Indonesia. Pada umumnya sumber karbohidrat dalam makanan berasal dari beras, namun ada juga yang berasal dari sagu, ketela pohon atau jagung. Di negara yang sudah maju, daging merupakan menu utama dari makanan mereka. Karbohidrat dalam daging namanya glikogen. Karbohidrat merupakan senyawa biomolekul yang paling banyak jumlahnya di permukaan bumi ini. Polimer karbohidrat yang tidak larut merupakan pelindung dan membentuk dinding sel bakteri; pada tumbuhan senyawa ini berfungsi sebagai penopang dan pada binatang berfungsi sebagai jaringan ikat dan "cel coat". Fungsi utama dari metabolisme karbohidrat adalah untuk menghasilkan energi dalam bentuk senyawa yang mengandung ikatan fosfat bertenaga tinggi. Metabolisme Karbohidrat dimulai dengan pencernaan Amilum dalam usus halus. Hasil pencernaan berupa monosakarida diserap oleh usus halus. Glukosa merupakan senyawa utama yang paling banyak dibicarakan dalam metabolisme Karbohidrat. Rangkaian reaksi yang membentuk beberapa jalur , seperti glikolisis, sintesis glikogen (glikogenesis), pemecahannya glikogen (glikogenolisis), HMP Shunt, dan glukoneogenesis. Sistem pencernaan merupakan salah satu sistem yang sangat penting. Sistem pencernaan pada manusia melibatkan beberapa organ penting seperti mulut, esofagus, lambung, hati, pankreas, kandung empedu, usus halus, dan usus besar. Organ-organ tersebut memiliki peranan penting dalam mencerna berbagai zat dalam makanan menjadi bentuk yang lebih sederhana sehingga dapat diabsorpsi oleh tubuh dan dapat mengasilkan energi. Pencernaan karbohidrat dalam usus halus dilakukan dengan memecah pati yang belum dicerna oleh amilase, sehingga sebelum masuk jejunum, pati hampir seluruhnya diubah menjadi maltosa dan isomaltosa. Usus halus juga menghidrolisis disakarida menjadi monosakarida yang dilakukan oleh enzim-enzim epitel usus halus, seperti enzim laktase, enzim sukrase, enzim maltase, dan enzim isomaltase. Sehingga hasil akhir pencernaan karbohidrat yang diabsorpsi ke dalam darah semuanya berupa monosakarida. TUJUAN Untuk mengetahui proses glikolisis pada metabolisme karbohidrat dalam tubuh. Untuk mengetahui proses pembentukan glikogen (glikogenesis) sebagai sumber energi cadangan dalam tubuh melalui metabolisme karbohidrat. Untuk mengetahui proses pemecahannya glikogen (glikogenolisis) didalam tubuh. Untuk mengetahui proses HMP Shunt (heksosa mono phosphate SHUNT) pada metabolisme karbohidrat. Untuk mengetahui proses glukoneogenesis pada metabolisme karbohidrat dalam tubuh. MANFAAT Makalah ini diharapkan dapat memberikan kontribusi pengetahuan mengenai metabolisme karbohidrat didalam tubuh yang meliputi glikolisis, glikogenesis, glikogenolisis, HMP Shunt, dan glukoneogenesis yang dapat mengasilkan energi yang akan digunakan oleh tubuh untuk beraktifitas. BAB II TINJAUAN PUSTAKA KARBOHIDRAT Karbohidrat adalah biomolekul yang paling banyak terdapat di alam. Setiap tahunnya diperkirakan kira-kira 100 milyar ton CO2 dan H2O diubah kedalam molekul selulosa dan produk tanaman lainnya melalui proses fotosintesis. Karbohidrat memiliki peranan yang cukup beragam; di berbagai negara karbohidrat adalah sebagai bahan makanan utama. Oksidasi karbohidrat merupakan lintasan pembentukan energi yang utama pada sel-sel yang tidak melakukan fotosintesis. Karbohidrat yang tidak larut air berfungsi sebagai jaringan penunjang atau pembentuk struktur dinding sel tanaman, bakteri dan jaringan penghubung. Polimer karbohidrat befungsi sebagai pelumas pada sabungan tulang dan berperan sebagai senyawa perekat diantara sel. Polimer karbohidrat komplek yang melekat pada molekul protein atau lemak berperan sebagai penerus signal yang menentukan lokasi internal atau lintasan metabolik molekul. Nama karbohidrat (carbohydrate) diambil dari komponen penyusunnya yang terdiri dari karbon, hidrogen dan “ate” yang berarti oksigen. Pada awalnya nama karbohidrat digunakan untuk menunjukkan gula dan polimernya. Sekarang nama karbohidrat lebih tepat digunakan untuk menggambarkan senyawa polihidroksi aldehid atau keton atau senyawa yang dihasilkan dari hidrolisisnya. Umumnya karbohidrat memiliki rumus empiris Cn(H2O)n dengan perbandingan C : H : O adalah 1 : 2 : 1. Sebagai contoh glukosa C6H12O6 yang juga dapat ditulis dengan C6(H2O)6. Walaupun demikian beberapa karbohidrat memiliki nitrogen, fosfor dan sulfur. Karbohidrat digolongkan kedalam monosakarida, disakarida, oligosakararidan dan polisakarida. Dalam banyak hal penggolongan untuk oligosakarida dikelompokkan saja kedalam polisakarida. Kata sakarida berasal dari kara Latin (sakkharon) yang berarti gula. Monosakarida atau gula sederhana terdiri dari satu unit polihidroksi aldehid atau polihidroksi keton. Monosakarida yang paling banyak terdapat di alam adalah Dglukosa dengan enam atom karbon. MONOSAKARIDA Karbohidrat yang paling sederhana adalah monosakarida dan sebagai unit pembentuk disakarida, oligo dan polisakarida. Monosakarida memiliki gugus aldehid atau keton dengan satu atau lebih gugus hidroksil. Monosakarida glukosa dan fruktosa memiliki enam gugus hidroksil. Atom karbon tempat pengikatan gugus hidroksil disebut sebagai pusat kiral. Gambar 1. Monosakarida DISAKARIDA Disakarida seperti maltosa, laktosa dan sukrosa terdiri dari dua unit monosakarida yang terbentuk melalui suatu ikatan yang disebut ikatan glikosida. Pembentukan ikatan ini berlangsung dengan pembentukan asetal dari hemiasetal (glukopiranosa) dan satu gugus hidroksil dari molekul gula yang kedua. Ikatan glikosida ini mudah dihidrolisis oleh asam tetapi tidak oleh basa. Oleh karena itu diskarida dapat dihidrolisis dengan mudah dengan memanaskannya dalam larutan asam encer. Bentuk ikatan glikosida lainya terbentuk antara gula dengan atom N (ikatan N-glikosil) yang ditemukan pada seluruh nukleotida. OLIGOSAKARIDA ATAU POLISAKARIDA Beberapa (sekitar 3-6) monosakarida bergabung menjadi satu, disebut sebagai oligosakarida (oligo- artinya "sedikit"). Jika banyak monosakarida bergabung menjadi satu, maka akan disebut sebagai polisakarida. Monosakarida dapat bergabung membentuk satu rantai panjang, atau mungkin bercabang-cabang. 2 jenis polisakarida yang paling dikenal adalah selulosa dan glikogen, dua-duanya terdiri dari monomer glukosa. Glukosa merupakan sumber energi utama bagi makhluk hidup. Polisakarida akan dipecah menjadi monomer-monomernya (fosforilase glikogen akan membuang residu glukosa dari glikogen), sedangkan disakarida seperti laktosa atau sukrosa akan dipecah menjadi 2 komponen monosakaridanya. PENCERNAAN Gambar 2. Pencernaan karbohidrat Pencernaan karbohidrat sudah dimulai sejak makanan masuk ke dalam mulut; makanan dikunyah agar dipecah menjadi bagian-bagian kecil, sehingga jumlah permukaan makanan lebih luas kontak dengan enzim-enzim pencemaan. Di dalam mulut makanan bercampur dengan air ludah yang mengandung enzim amilase (ptyalin). Enzim amilase bekerja memecah karbohidrat rantai panjang seperti amilum dan dekstrin, akan diurai menjadi molekul yang lebih sederhana maltosa. Sedangkan air ludah berguna untuk melicinkan makanan agar lebih mudah ditelan. Hanya sebagian kecil amilum yang dapat dicerna di dalam mulut, oleh karena makanan sebentar saja berada di dalam rongga mulut. Oleh karena itu sebaiknya makanan dikunyah lebih lama, agar memberi kesempatan lebih banyak pemecahan amilum di rongga mulut. Dengan proses mekanik, makanan ditelan melalui kerongkongan dan selanjutnya akan memasuki lambung. Setelah melalui dinding usus halus, glukosa akan menuju ke hepar melalui vena portae. Sebahagian karbohidrat ini diikat di dalam hati dan disimpan sebagai glikogen, sehingga kadar gula darah dapat dipertahankan dalam batas-batas normal (80-120 mg%). Karbohidrat yang terdapat dalam darah, praktis dalam bentuk glukosa, oleh karena fruktosa dan galaktosa akan diubah terlebih dahulu sebelum memasuki pembuluh darah. Apabila jumlah karbohidrat yang dimakan melebihi kebutuhan tubuh, sebagian besar (2/3) akan disimpan di dalam otot dan selebihnya di dalam hati sebagai glikogen. Kapasitas pembentukan glikogen ini sangat terbatas (maksimum 350 gram), dan jika penimbunan dalam bentuk glikogen ini telah mencapai batasnya, kelebihan karbohidrat akan diubah menjadi lemak dan disimpan di jaringan lemak. Bila tubuh memerlukan kembali enersi tersebut, simpanan glikogen akan dipergunakan terlebih dahulu, disusul oleh mobilisasi lemak. Jika dihitung dalam jumlah kalori, simpanan enersi dalam bentuk lemak jauh melebihi jumlah simpanan dalam bentuk glikogen. Sel-sel tubuh yang sangat aktif dan memerlukan banyak enersi, mendapatkan enersi dari basil pembakaran glukosa yang di ambil dari aliran darah. Kadar gula darah akan diisi kembali dari cadangan glikogen yang ada di dalam hati. Kalau enersi yang diperlukan lebih banyak lagi, timbunan lemak dari jaringan lemak mulai dipergunakan. Dalam jaringan lemak diubah ke dalam zat antara yang dialirkan ke hati. Gambar 3. Perubahan karbohidrat di dalam tubuh Disini zat antara itu diubah menjadi glikogen, mengisi kembali cadangan glikogen yang telah dipergunakan untuk meningkatkan kadar gula darah. Peristiwa oksidasi glukosa di dalam jaringan-jaringan terjadi secara bertahap dan pada tahap-tahap itulah enersi dilepaskan sedikit demi sedikit, untuk dapat digunakan selanjutnya. Melalui suatu deretan proses-proses kimiawi, glukosa dan glikogen diubah menjadi asam pyruvat. Asam pyruvat ini merupakan zat antara yang sangat penting dalam metabolisme karbohidrat. Asam pyruvat dapat segera diolah lebih lanjut dalam suatu proses pada "lingkaran Krebs". Dalam proses siklis ini dihasilkan CO2 dan H2O dan terlepas enersi dalam bentuk persenyawaan yang mengandung tenaga kimia yang besar yaitu ATP (Adenosin Triphosphate). ATP ini mudah sekali melepaskan enersinya sambi}berubah menjadi ADP (Adenosin Diphos phate). Sebagian dari asam piruvat dapat diubah menjadi "asam laktat". Asam laktat ini dapat keluar dari sel-sel jaringan dan memasuki aliran darah menuju ke hepar. Di dalam hepar asam laktat diubah kembali menjadi asam pyruvat dan selanjutnya menjadi glikogen, dengan demikian akan menghasilkan enersi. Hal ini hanya terdapat di dalam hepar, tidak dapat berlangsung di dalam otot, meskipun di dalam otot terdapat juga glikogen. Sumber glikogen hanya berasal dari glukosa dalam darah. Metabolisme karbohidrat selain di pengaruhi oleh enzim-enzim, juga diatur oleh hormon-hormon tertentu. Hormon Insulin yang dihasilkan oleh "pulau-pulau Langerhans" dalam pankreas sangat memegang perananan penting. Insulin akan mempercepat oksidasi glukosa di dalam jaringan, merangsang perubahan glukosa menjadi glikogen di dalam sel-sel hepar maupun otot. Hal ini terjadi apabila kadar glukosa di dalam darah meninggi. Sebaliknya apabila kadar glukosa darah menurun, glikogen hati dimobilisasikan sehingga kadar glukosa darah akan menaik kembali. Insulin juga merangsang glukoneogenesis, yaitumengubah lemak atau protein menjadi glukosa. Juga beberapa horrnon yang dihasilkan oleh hypophysis dan kelenjar suprarenal merupakan pengatur-pengatur penting dari metabolisme karbohidrat. Enzim sangat diperlukan pada proses-proses kimiawi metabolisme zat-zat makanan. vitamin-vitamin sebagian dari enzim, secara tidak langsung berpengaruh pada metabolisme karbohidrat ini. Tiamin (vitamin B1) diperlukan dalam proses dekarboksilase karbohidrat. Kekurangan vitamin B1 akan menyebabkan terhambatnya enzim-enzim dekarboksilase, sehingga asam piruvat dan asam laktat tertimbun di dalam tubuh. METABOLISME Metabolisme adalah keseluruhan proses yang terjadi dalam makhluk hidup yang membutuhkan dan memanfaatkan energi bebas untuk melaksanakan berbagai macam fungsi. Organisma memperoleh energi tersebut melalui reaksi eksergonik dari oksidasi nutrient untuk menjaga kestabilan hidup seperti: melakukan kerja mekanik, transport senyawa aktif melawan gradient konsentrasi, dan biosintesis senyawa kompleks. Energi bebas yang diperoleh tersebut sering digunakan untuk mengkounter reaksi endergonik melalui sintesis senyawa intermedier berenergi tingg adenosin trifosfat (ATP). Disamping digunakan untuk oksidasi, nutrient juga diuraikan dalam serangkaian reaksi menjadi senyawa intermedier umum yang merupakan precursor senyawa biologi lain. Gambar 4. Interaksi Katabolisme dengan Anabolisme melalui ATP, NADH dan NADPH Jalur metabolisme adalah serangkaian reaksi enzimatis yang berurutan yang menghasilkan produk tertentu. Senyawa yang bereaksi, senyawa intermedier serta produknya disebut dengan metabolit. Setiap reaksi dikatalisis oleh enzim berbeda. Sejauh ini sudah lebih dari 2.000 enzim diketahui. Serangkaian reaksi yang terdapat dalam metabolisma dikelompokkan menjadi 2 yaitu: KATABOLISME Katabolisma, atau reaksi penguraian. Dalam katabolisma senyawa metabolit kompleks diuraikan menjadi produk yang lebih sederhana dengan membebaskan energi. Energi yang dibebaskan selama proses ini disimpan dalam bentuk ATP dari ADP dan fosfat atau digunakan untuk mereduksi NADP+ menjadi NADPH. Keduanya, ATP dan NADPH merupakan sumber energi utama untuk digunakan dalam jalur anabolisma Karakteristik jalur penguraian adalah mengubah berbagai senyawa (karbohidrat, lipid, protein) menjadi senyawa intermedier umum.yang akan dimetabolisma lebih lanjut dalam jalur oksidatif pusat yang mengubahnya menjadi beberapa produk akhir. ANABOLISME Anabolisma, jalur biosintesis. Jaluar ini mempunyai proses kebalikannya. Beberapa macam metabolit, terutama piruvat, asetil CoA dan senyawa intermedier dalam siklus asam sitrat berfungsi sebagai senyawa awal untuk biosintesis berbagai produk. BAB III PEMBAHASAN Metabolisme karbohidrat merupakan suatu proses reaksi kimia melibatkan karbohidrat yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup, baik reaksi kimia pemecahan karbohidrat (katabolisme) atau reaksi kimia pembentukan (anabolisme). Adapun skema keseluruhan metabolisme karbohidrat yang terjadi di dalam tubuh, meliputi: Glikolisis Glikolisis merupakan suatu proses reaksi kimia pada karbohidrat khususnya monosakarida yaitu glukosa yang akan dipecah dan dioksidasi dengan bantuan enzim-enzim yang berperan pada proses glikolisis, sehingga menghasilkan 2 ATP, 2 Asam Piruvat, 2 NADH, dan 2H2O. Proses glikolisis ini termasuk proses metabolisme yang menghasilkan energi. Proses glikolisis terdiri dari 10 tahap reaksi untuk menghasilkan energi, yaitu: 3.1.1 Fosforilasi Glukosa heksokinase Glukosa (C6H12O6) + ATP Glukosa 6-Fosfat (C6H11O6P1) + ADP Fosforilasi glukosa merupakan proses penambahan gugus fosfat. Reaksi ini dibantu oleh enzim heksokinase, yang berperan untuk memisahkan satu kelompok fosfat dari ATP (Adenosine Triphsophate) dan menambahkannya ke glukosa, sehingga terbentuk menjadi glukosa 6-fosfat. 3.1.2 Produksi Fruktosa-6 Fosfat Phosphoglucoisomerase Glukosa 6-Fosfat (C6H11O6P1) Fruktosa 6-Fosfat (C6H11O6P1) Proses produksi fruktosa 6-fosfat dibantu oleh enzim phosphoglucoisomerase yang berfungsi untuk mengubah glukosa 6-fosfat menjadi fruktosa 6-fosfat yang merupakan isomer nya (Isomer adalah molekul yang berbeda dengan rumus molekul yang sama tetapi susunan berbeda dari atom). 3.1.3 Produksi Fruktosa 1, 6-difosfat fosfofruktokinase Fruktosa 6-fosfat (C6H11O6P1) + ATP Fruktosa 1, 6-difosfat (C6H10O6P2) Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi fruktosa 1, 6-difosfat dengan penambahan kelompok fosfat. Konversi ini dibantu oleh enzim fosfofruktokinase yang memanfaatkan satu molekul ATP dalam proses. 3.1.4 Pemecahan Fruktosa 1, 6-difosfat Aldolase Fruktosa 1,6-difosfat (C6H10O6P2) gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1) + Dihydroxyacetone fosfat (C3H5O3P1) Aldolase enzim membawa pemisahan Fruktosa 1, 6-difosfat menjadi dua molekul gula yang berbeda yang keduanya isomer satu sama lain. Kedua gula yang terbentuk adalah gliseraldehida fosfat dan fosfat dihidroksiaseton. 3.1.5 interkonversi Dua Glukosa Triose Fosfat Dihidroksiaseton fosfat (C3H5O3P1) gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1) Fosfat dihidroksiaseton adalah molekul hidup pendek. Oleh karenaitu, akan diubah menjadi fosfat gliseraldehida oleh enzim yang disebut fosfat triose. Jadi dalam totalitas, tahap keempat dan kelima dari glikolisis menghasilkan dua molekul gliseraldehida fosfat. 3.1.6 Pembentukan NADH & 1,3-Diphoshoglyceric Fosfat dehidrogenase Triose 2 NAD + + 2 H- 2NADH (Reduced nicotinamide adenine dinucleotide) + 2 H + Triose fosfat dehidrogenase 2 gliseraldehida fosfat + 2 (C3H5O3P1) + 2P 2 molekul asam 1,3- diphoshoglyceric (C3H4O4P2) Tahap keenam melibatkan dua reaksi penting. Pertama adalah pembentukan NADH dari NAD + (nicotinamide adenin dinukleotida) dengan menggunakan enzim dehydrogenase fosfat triose dan kedua adalah penciptaan 1,3-diphoshoglyceric asam dari dua molekul gliseraldehida fosfat yang dihasilkan pada tahap sebelumnya. 3.1.7 Produksi ATP & 3-fosfogliserat Asam phosphoglycerokinase 2 molekul asam 1,3-diphoshoglyceric (C3H4O4P2) + 2 ADP 2 molekul 3-asam fosfogliserat (C3H5O4P1) + 2 ATP (Adenosine Triphosphate) Tahap ketujuh melibatkan penciptaan 2 molekul ATP bersama dengan dua molekul 3-asam fosfogliserat dengan bantuan enzim phosphoglycerokinase pada dua molekul produk 1,3-diphoshoglyceric asam, dihasilkan dari tahap sebelumnya. 3.1.8 Relokasi Atom Fosfor phosphoglyceromutase 2 molekul 3- asam fosfogliserat (C3H5O4P1) 2 molekul asam 2-fosfogliserat (C3H5O4P1) Tahap delapan adalah reaksi penataan ulang sangat halus yang melibatkan relokasi dari atom fosfor dalam 3-fosfogliserat asam dari karbon ketiga dalam rantai untuk karbon kedua dan menciptakan 2 - asam fosfogliserat. Pembentukkan senyawa berenergi tinggi enolase 2 molekul asam 2-fosfogliserat (C3H5O4P1) 2 molekul asam phosphoenolpyruvic (PEP) (C3H3O3P1) + 2 H2O Pada proses pembentukan energi tinggi, 2- asam fosfogliserat dibantu dengan enzim enolase yang akan menghilangkan molekul air yang terdapat dalam asam fosfogliserat untuk membentuk asam yang lain yang disebut asam phosphoenolpyruvic (PEP). Reaksi ini mengubah kedua molekul 2-fosfogliserat asam yang terbentuk pada tahap sebelumnya. 3.1.10 Pembentukan piruvat Asam & ATP kinase piruvat 2 molekul asam phosphoenolpyruvic (PEP) (C3H3O3P1) + 2 ADP 2ATP + 2 molekul asam piruvat Tahap ini melibatkan penciptaan dua molekul ATP bersama dengan dua molekul asam piruvat dari reaksi enzim kinase piruvat pada dua molekul asam phosphoenolpyruvic dihasilkan pada tahap sebelumnya. Hal ini dikarenakan oleh transfer dari atom fosfor dari asam phosphoenolpyruvic (PEP) untuk ADP (Adenosin trifosfat). Adapun skema proses glikolisis secara keseluruhan, yaitu: 3.2 Glikogenesis Glikogenesis merupakan proses kimia pembentukan glikogen dari glukosa yang kemudian disimpan dalam hati dan otot. Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dengan amilum pada tumbuhan. Proses glikogenesis terdiri dari 5 tahap reaksi, yaitu: 3.2.1 Tahap 1 ATP + D-glukosa D-glukosa 6- fosfat + ADP 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.  3.2.2 Tahap 2 Fosfoglukomutas fosfoglukomutase Glukosa 1-fosfat Glukosa 1,6-bifosfat Glukosa 6-fosfat  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 reversibel yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.  3.2.3 Tahap 3 pirofosforilase UDPGlc + PPi UTP + Glukosa 1-fosfat Pada tahap 3, glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini di katalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase. 3.2.4 Tahap 4 Hidrolisis pirofosfat inorganik dengan dibantu oleh enzim pirofosfatase inorganik  akan menarik reaksi kearah kanan persamaan reaksi.  3.2.5 Tahap 5 glikogen sintase UDP + (C6)n+1 UDPGlc + (C6)n  Glikogen Glikogen Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C4 pada residu glukosa glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.  Adapun skema keseluruhan pada proses glikogenesis karbohidrat, yaitu: Glikogenolisis Glikogenolisis merupakan proses kimia penguraian glikogen menjadi glukosa. Pada proses penguraian glikogen menjadai glukosa pada tahp glikogenolisis ini dibantu dengan beberapa enzim, yaitu glikogen fosforilase yang befungsi untuk memutuskan ikatan α-1,4 glikosidik pada glikogen, enzim transferase yang befungsi untuk memindahkan 3 unit glukosa dari titik percabangn ke cabang lain pada glikogen, sehingga membentuk rantai lurus, serta enzim percabangan atau dikenal dengan debranching enzyme yang berperan untuk memutuskan ikatan α-1,6 glikosidik pada glikogen. Berikut merupakan reaksi dari proses glikogenolisis pada metabolisme karbohidrat: Dari reaksi diatas, dapat dilihat secara umum proses penguraian glikogen(n-residu) menghasilkan glukosa-1- fosfat dan glikogen (n-1 residu). Untuk lebih jelas, dapat dilihat pada skema alur penguraian glikogenolisis yang terjadi pada glikogen: Pada gambar skema alur glikogenolisis diatas, tampak rantai dari glikogen(n-residu) yang memiliki unit-unit glukosa sebagai penyusunnya. Pada reaksi glikogenolisis, terjadi penguraian glikogen (n-residu) menjadi glukosa. Proses ini diawali dengan reaksi pemutusan ikatan α-1,4 glikosidik pada glikogen dengan bantuan enzim fosforilase. Enzim fosforilase ini merupakan enzim yang berperan untuk memutuskan ikatan α-1,4 glikosidik pada glikogen, sehingga dihasilkan glikogen yang hanya memiliki maksimal 4 unit glukosa dari titik percabangan. Glikogen yang telah dihasilkan dari proses pemutusan ikatan α-1,4 glikosidik, kemudian dengan dibantu oleh enzim transferase yang berperan untuk memindahkan 3 unit glukosa penyusun glikogen dari titik percabangan (a) ke rantai cabang lain (b) pada glikogen, sehingga hanya tersisa 1 unit glukosa pada rantai cabang (a). 1 unit glukosa yang terdapat pada rantai cabang yang memiliki ikatan α-1,6 glikosidik dilepaskan dengan bantuan enzim percabangan, dalam hal ini berupa α-1,6 glukosidase, sehingga terjadi pemutusan ikatan α-1,6 glikosidik pada glikogen dan melepaskan 1 unit glukosa. Hasil reaksi glikogenolisis yang didapatkan, yaitu berupa glikogen (n-1 residu) yang berantai lurus dan glukosa 1 fosfat. Glukosa 1 fosfat inilah yang kemudian masuk k jalur glikolisis dan menghasilkan energi. Hexosa Mono Phosphate (HMP) Shunt Hexosa Mono Phosphate (HMP) Shunt merupakan salah satu dari metabolisme jalur penguraian gula dalam metabolisme. HMP-Shunt disebut juga jalur pentosa fosfat atau heksosa monofosfat. Jalur ini menghasilkan NADPH dan ribosa di luar mitokondria. NADPH diperlukan untuk biosintesis; asam lemak,kolesterol, dan steroid lain. Ribosa untuk biosintesis asam nukleat. Adapun reaksi secara umm yang terjadi pada proses HMP-Shunt, sebagai berikut: Glukosa 6-phosphat + 2 NADP+ + H2O ribulosa 5-phosphate + 2NADPH + 2H + + CO2 Skema keseluruhan alur reaksi Hexosa Mono Phosphate (HMP) Shunt, yaitu: Reaksi dehidrogenasi glukosa 6-fosfat menjadi 6-fosfoglukonat terjadi lewat pembentukan 6-fosfoglukonolakton yang dikatalisis oleh enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung NADP. Hidrolisis 6-fosfoglukonolakton dilaksanakan oleh enzim glukonolakton hidrolase. Tahap oksidasi yang kedua dikatalisis oleh enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase, yang juga memerlukan NADP+ sebagai akseptor hidrogen. Dekarboksilase kemudian terjadi dengan pembentukan senyawa ketopentosa , yaitu ribulosa 5-fosfat. Ribulosa 5-fosfat kini berfungsi sebagai substrat bagi dua ennzim yang berbeda. Ribulosa 5-fosfat 3-epimerase mengubah konfigurasi disekitar karbon 3 dari ribulosa 5 fosfat, dengan membentuk epimer xilulosa 5-pospat, yaitu senyawa ketopentosa lainnya. Ribosa 5-fosfat ketoisomerase mengubah ribulosa 5-fosfat menjadi senyawa aldopentosa yang bersesuaian, yaitu ribosa 5-fosfat yang merupakan precursor bagi residu ribosa yang diperlukan dalam sintesis nukleotida dan asam nukleat. Transketolase memindahkan unit dua-karbon yang terdiri atas karbon 1 dan 2 dari sebuah ketosa kepada atom karbon aldehid pada gula aldosa. Karena itu, enzim ini mempengaruhi konversi gula pentosa menjadi aldosa dengan berkurangnya dua karbon, dan sekaligus mengonversi gula aldosa menjadi ketosa dengan bertambahnya dua atom karbon. Reaksi tersebut memerlukan vitamin B, yaitu tiamin. Jadi, enzim transketolase mengatalisis proses pemindahan unit dua karbon dari xilulosa 5 fosfat kepada ribulosa 5 fosfat , yang menghasilkan ketosa sedoheptulosa 7-fosfat tujuh karbon dan aldosa gliseraldehid 3-fosfat . kedua produk ini kemudian memasuki reaksi lainnya yang dikenal sebagai reaksi transaldolasi. Enzim transaldolasi memungkinkan pemindahan moietas dihidroksiaseton tiga - karbon (karbon 1-3), dari ketosa sedoheptulosa 7-fosfat kepada aldosa gliseraldehid 3-fosfat untuk membentuk ketosa fruktosa 6-fosfat dan aldosa eritrosa 4-fosfat empat karbon. Kemudian berlangsung reaksi selanjutnya yang sekali lagi melibatkan enzim transketolase , dengan xilulosa 5-fosfat berfungsi sebagai donor glikoaldehid. Pada keadaan ini, eritrosa 4-fosfat yang terbentuk di atas bertindak sebagai akseptor , dan hasil reaksinya adalah fruktosa 6-fosfat serta gliseraldehid 3-fosfat. Glukoneogenesis Glukoneogenesis adalah proses metabolisme karbohidrat untuk menghasilkan glukosa yang berasal dari senyawa- senyawa non-karbohidrat. Contoh senyawa non karbohidrat yang dapat diubah menadi glukosa melalui proses glukoneogenesis yaitu, asam laktat, asam amino glukogenik, asam piruvat dan α-gliserol. Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh. Reaksi proses glukoneogenesis dengan menggunakan prekusor berupa asam piruvat, sebagai berikut: Tahap 1 Asam piruvat + ATP + GTP + H2O fosfoenolpiruvat + ADP + GDP + fosfat + 2H+ Fosfoenolpiruvat dibentuk dari asam piruvat melalui pembentukan asam aksalo asetat. Reaksi ini terjadi dikarenakan pada tahap glikolisis terdapat reaksi yang bersifat irreversibel. Tahap 2 Glukosa -1,6-difosfatase Glukosa-1,6-difosfat + H2O Glukosa -6-fosfat + Pi Glukosa-6-fosfat dibentuk dari glukosa-1,6-difosfat dengan cara hidrolisis oleh enzim fruktosa-1,6-difosfatase. Tahap 3 glukosa-6-fosfatase. Glukosa-6-fosfat + H2O glukosa + Pi Glukosa dibentuk dengan cara hidrolisis glukosa-6-fosfat dengan katalis glukosa-6-fosfatase. Adapun skema reaksi secara keseluruhan pada proses glukoneogenesis, yaitu: BAB IV JAWABAN PERTANYAAN Mengapa hanya glukosa yang dibahas pada metabolisme karbohidrat? Bagaimana dengan karbohidrat yang lain seperti disakarida dan polisakarida? Jawab: Karena karbohidrat seperti disakarida dan polisakarida telah diolah sebelumnya dalam proses pencernaan di dalam tubuh dengan bantuan enzim seperti amilase, sukrase, maltase, laktase, dan enzim isomerase yang akan mengubah disakarida dan polisakarida menjadi monosakarida seperti glukosa. Pada metabolisme karbohidrat, manakah yang merupakan reaksi katabolisme dan anabolisme? Jawab: Yang merupakan proses reaksi katabolisme pada metabolisme karbohidrat, yaitu: Glikolisis, karena pada proses glikolisis terjadi pemecahan senyawa kompleks glukosa, menjadi bentuk lebih sederhana yaitu 2 ATP, 2 Asam Piruvat, 2 NADH dan 2 H2O. Glikogenolisis, karena pada proses glikogenolisis terjadi pemecahan senyawa kompleks glikogen (n-residu), menjadi bentuk lebih sederhana yaitu glukosa-1-fosfat. HMP Shunt, karena pada proses HMP Shunt terjadi pemecahan senyawa kompleks glukosa-6-fosfat atau fruktosa-6-fosfat, menjadi bentuk lebih sederhana NADPH. Yang merupakan proses reaksi anabolisme pada metabolisme karbohidrat, yaitu: Glikoneogenesis, karena pada proses glikoneogenesis terjadi pembentukan dari senyawa yang sederhana seperti asam piruvat, asam lemak, asam laktat, menjadi bentuk yang lebih kompleks yaitu glukosa. Untuk proses glikogenesis terdapat reaksi anabolisme dan katabolisme. Reaksi katabolisme yaitu pada proses pemecahan ATP dan D-glukosa menjadi UDP dan reaksi anabolisme yaitu pada reaksi penyusunan glikogen dari unit-unit glukosa-1-fosfat. Dari skema metabolisme karbohidrat, manakah reaksi awal dari metabolisme karbohidrat? Jawab: Reaksi awal metabolisme karbohidrat terjadi pada reaksi glikolisis, karena reaksi keseluruhan dari metabolisme karbohidrat yang menghasilkan energi terjadi pada proses glikolisis Pada pemecahan fruktosa1,6-difosfat menghasilkan gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1) dan Dihydroxyacetone fosfat (C3H5O3P1), mengapa nama senyawa yang dihasilkan berbeda, sedangkan struktur molekulnya sama? Jawab: Nama senyawa yang dihasilkan berbeda karena pada proses pemecahan fruktosa1,6-difosfat dipengaruhi enzim isomerase yang berperan untuk mengubah struktur dari gliseraldehida fosfat (C3H5O3P1) menjadi Dihydroxyacetone fosfat (C3H5O3P1). a. Apakah fosforilasi oksidatif sama dengan fosforilasi pada metabolisme karbohidrat? Pada tahap glikolisis ada enzim yang membantu proses reaksinya, apakah enzim itu bereaksi? Jawab: Fosforilasi oksidatif merupakan reaksi yang sama dengan fosforilasi pada metabolisme karbohidrat, karena pada proses fosforilasi oksidatif maupun fosforilasi metabolisme karbohidrat melibatkan fosfat yang akan teroksidasi menjadi ATP yang merupakan sumber energi bagi makhluk hidup. Enzim yang membantu proses reaksi pada tahap glikolisis ikut bereaksi, namun tidak mengganggu hasil dari reaksi (produk). Pada proses HMP Shunt, pada skema NADPH juga terjadi pembentukan frukosa-6-fosfat, proses tersebut dapat dikatakan proses HMP Shunt? Jawab: Tidak, karena pada proses HMP Shunt : Glukosa 6-phosphat+2 NADP+ +H2O ribulosa 5-phosphate+2NADPH + 2H + + CO2 Dari reaksi HMP Shunt tersebut, dapat terlihat bahwa hasil dari reaksi tidak menghasilkan fruktosa-6-fosfat, melainkan ribulosa 5-phosphate, 2NADPH, 2H+, CO2 Jika didalam tubuh kekurangan karbohidrat maka apa pengaruhnya pada metabolisme karbohidrat? Apakah ada hubungannya dengan penyakit diabetes militus? Jawab: Jika didalam tubuh kekurangan karbohidrat maka akan menggangu proses metabolisme karbohidrat didalam tubuh. Hal ini dikarenakan pada proses pmbentukan energi yang dibutuhkan oleh tubuh dihasilkan dari karbohidrat yang dikonsumsi. Namun, jika kadar karbohidrat yang dikonsumsi kurang maka tubuh akan memanfaatkan glikogen dan lemak sebagai energi cadangan dalam tubuh. Pada penyakit diabetes militus dipengaruhi oleh rusaknya atau tidak berfunsinya dengan baik hormon insulin yang mengatur gula darah dalam tubuh. a. Apakah sama kebutuhan energi saat orang sedang santai dengan orang yang sedang aktif (berlari)? Mengapa pada penderita diabetes asam amino glikogenik lebih cepat terbentuk dibandingkan dengan glukosa? Jawab: Tidak, karena karena energi pada saat orang sedang santai, memperoleh energi secara normal. Sedangkan untuk orang yang sedang aktif atau berlari, selain memperoleh energi secara normal, didapatkan juga perolehan energi tambahan dari otot, karena otot memiliki simpanan glikogen yang dapat dijadikan energi ketika tubuh membutuhkan energi yang lebih besar dibandingkan biasanya. Glikogen didalam otot akan mengalami proses glikogenolisis menjadi glukosa dan selanjutnya masuk ke proses glikolisis dan menghasilkan energi yang dibutuhkan ketika tubuh sedang aktif (berlari). Pada penderita diabetes asam amino glikogenik lebih cepat terbentuk dibandingkan dengan glukosa, hal ini dikarenakan, pada penderita diabetes tubuh penderita tidak dapat mengolah glukosa di dalam darah secara maksimal yang disebabkan oleh hormon insulin yang terganggu ataupun tubuh yang tidak efektif untuk mengolah glukosa di dalam darah atau tubuh menjadi energi tergantung pada penyakit diabetes yang dialami oleh penderita, sehingga untuk memperoleh energi bagi tubuhnya, penderita diabetes mendapatkan energi dari simpanan energi pada tubuh, yang berupa asam amino (protein) ataupun asam lemak, oleh karena itu, proses pembentukan asam amino gikogenik lebih cepat terbentuk dibandingkan glukosa. Apakah dengan kekurangan glukosa tubuh secara langsung mengalami akibat yang buruk seperti kematian? Dan adakah hubungannya dengan cadangan energi seperti lemak yang terdapat di dalam tubuh? Bagaimana dengan orang yang sedang berpuasa? Jawab: Tidak, hal ini sangat berhubungan dengan cadangan energi seperti lemak dan protein yang terdapat didalam tubuh. Karena apabila tubuh kekurangan glukosa, maka tubuh akan menggunakan simpanan energi cadangan yang terdapat dalam bentuk asam lemak dan protein untuk diolah menjadi energi bagi tubuh. Untuk orang yang sedang berpuasa, energi yang dihasilkan didapatkan dari makanan yang dikonsumsi ketika sahur. Apabila pada saat sahur banyak mengkonsumsi karbohidrat, maka karbohidrat yang dikonsumsi akan diolah menjadi energi pada saat berpuasa, dan sisanya akan disimpan dalam bentuk glikogen di dalam hati dan otot yang akan digunakan apabila tubuh membutuhkan tambahan energi selama melakukan aktivitas berpuasa. BAB V SIMPULAN Metabolisme karbohidrat merupakan proses reaksi kimia yang melibatkan karbohidrat untuk menghasilkan energi yang sangat penting bagi makhluk hidup. Metabolisme karbohidrat terdiri dari 5 jenis proses: Glikolisis Glikogenesis Glikogenolisis Hexosa Mono Phosphate (HMP) Shunt Glikoneogenesis Proses glikolisis menghasilkan 2 ATP, 2 Asam Piruvat, 2 NADH, dan 2 H2O Proses Glikogenesis menghasilkan Uridin Difosfat Gliserida dan Glikogen (n residu) Proses Glikogenolisis menghasilkan Glukosa -1-fosfat dan Gliogen (n-1 residu) Proses Hexosa Mono Phosphate (HMP) Shunt menghasilkan 2NADPH, ribulosa 5-phosphate, 2H +, dan CO2. Proses Glikoneogenesis menghasilkan Glukosa dan fosfat inoganik. DAFTAR PUSTAKA Anna, P. 1994. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta: Universitas Indonesia Lehninger, A. L. 2000. Dasar-Dasar Biokimia Jilid 1. Jakarta: Erlangga Maulana, M. 2008. Diabetes Melitus. Jogjakarta: Katahati Moerdowo, R.M. 1989. Spektrum Diabetes Mellitus. Jakarta: Djambatan Sediaoetama, A. D. 1989. Ilmu Gizi. Jakarta: Dian Rakyat Winarno, F. G. 1980. Kimia Pangan. Jakarta: Gramedia Wirahadikusumah,M. 1985. Biokimia Metabolisme Energi, Karbohidrat,dan Lipid.Bandung: ITB