Metabolisme Karbohidrat

1.     Glikolisis

Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses pemecahan glukosa menjadi:

a.      Asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)

b.      Asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)

Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.

Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:

Glukosa + 2ADP +2P_i à 2_L(+)-Laktat +2ATP +2H₂O

Tahap tahap proses glikolisis :

1.          Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. Proses ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat. ATP bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Terminal fosfat berenergi tinggi pada ATP digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P) Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar berupa kalor, sehingga dalam kondisi fisiologis dianggap irrevesibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk reaksi glukosa 6-fosfat.

Mg²⁺

        Glukosa + ATP   à    glukosa 6-fosfat + ADP

2.        Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase dalam suatu reaksi isomerasi aldosa-ketosa. Enzim ini hanya bekerja pada anomer µ-glukosa 6-fosfat.

µ-D-glukosa 6-fosfat « µ-D-fruktosa 6-fosfat

3.          Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase merupakan enzim yang bersifat alosterik sekaligus bisa diinduksi, sehingga berperan penting dalam laju glikolisis. Dalam kondisi fisiologis tahap ini bisa dianggap irreversible. Reaksi ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P)

µ-D-fruktosa 6-fosfat + ATP « D-fruktosa 1,6-bifosfat

4.            Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase (fruktosa 1,6-bifosfat aldolase).

D-fruktosa 1,6-bifosfat« D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat

5.              Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi interkonversi). Reaksi bolak-balik ini mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase.

D-gliseraldehid 3-fosfat « dihidroksiaseton fosfat

6.             Glikolisis berlangsung melalui oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3-bifosfogliserat, dan karena aktivitas enzim fosfotriosa isomerase, senyawa dihidroksi aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3-fosfat.

D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD⁺ + P_i« 1,3-bifosfogliserat + NADH + H⁺

Enzim yang bertanggung jawab terhadap oksidasi di atas adalah gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung kepada NAD.

Atom-atom hydrogen yang dikeluarkan dari proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD⁺ yang terikat pada enzim. Pada rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi. (+3P)

Catatan:

Karena fruktosa 1,6-bifosfat yang memiliki 6 atom C dipecah menjadi Gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat yang masing-masing memiliki 3 atom C, dengan demikian terbentuk 2 molekul gula yang masing-masing beratom C tiga (triosa). Jika molekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1 molekul glukosa pada bagian awal, sampai dengan tahap ini akan menghasilkan 2 x 3P = 6P. (+6P)

7.            Energi yang dihasilkan dalam proses oksidasi disimpan melalui pembentukan ikatan sulfur berenergi tinggi, setelah fosforolisis, sebuah gugus fosfat berenergi tinggi dalam posisi 1 senyawa 1,3 bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP dalam reaksi lebih lanjut  dengan ADP, yang dikatalisir oleh enzim fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat.

1,3-bifosfogliserat + ADP « 3-fosfogliserat + ATP

Catatan:

Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)

8.             3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim fosfogliserat mutase. Senyawa 2,3-bifosfogliserat (difosfogliserat, DPG) merupakan intermediate dalam reaksi ini.

3-fosfogliserat « 2-fosfogliserat

9.             2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. Reaksi ini melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energi di dalam molekul, menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi.

Enolase dihambat oleh fluoride, suatu unsure yang dapat digunakan jika glikolisis di dalam darah perlu dicegah sebelum kadar glukosa darah diperiksa. Enzim ini bergantung pada keberadaan Mg²⁺ atau Mn²⁺.

2-fosfogliserat « fosfoenol piruvat + H₂O

10.         Fosfat berenergi tinggi PEP dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga menghasilkan ATP. Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat. Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar sebagai panas dan secara fisiologis adalah irreversible.

Fosfoenol piruvat + ADP à piruvat + ATP

Catatan:

Karena ada 2 molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)

11.           Jika keadaan bersifat anaerob (tak tersedia oksigen), reoksidasi NADH melalui pemindahan sejumlah unsure ekuivalen pereduksi akan dicegah. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim laktat dehidrogenase.

Piruvat + NADH + H⁺ à L(+)-Laktat + NAD⁺

Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO₂ 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).

Kesimpulan:

Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

-   hasil tingkat substrat                                                      :+ 4P

-   hasil oksidasi respirasi                                                     :+ 6P

    jumlah                                                                              +10P

-   dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P        : - 2P

                                                                                                + 8P

Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

-   hasil tingkat substrat                                                      :+ 4P

-   hasil oksidasi respirasi                                                     :+ 0P

    jumlah                                                                               + 4P

-   dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P        : - 2P

       + 2P

     2.     Siklus Asam Sitrat

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 menyebabkan katabolisme 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 (CH₃-CO~KoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.

Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut.

Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk 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 interna mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria.

Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat diuraikan sebagai berikut:

1.        Kondensasi awal asetil KoA dengan oksaloasetat membentuk sitrat, dikatalisir oleh enzim sitrat sintase menyebabkan sintesis ikatan karbon ke karbon di antara atom karbon metil pada asetil KoA dengan atom karbon karbonil pada oksaloasetat. Reaksi kondensasi, yang membentuk sitril KoA, diikuti oleh hidrolisis ikatan tioester KoA yang disertai dengan hilangnya energi bebas dalam bentuk panas dalam jumlah besar, memastikan reaksi tersebut selesai dengan sempurna.

Asetil KoA + Oksaloasetat + H₂O à Sitrat + KoA

2.   Sitrat dikonversi menjadi isositrat oleh enzim akonitase (akonitat hidratase) yang mengandung besi Fe²⁺ dalam bentuk protein besi-sulfur (Fe:S). Konversi ini berlangsung dalam 2 tahap, yaitu: dehidrasi menjadi sis-akonitat, yang sebagian di antaranya terikat pada enzim dan rehidrasi menjadi isositrat.

Reaksi tersebut dihambat oleh fluoroasetat yang dalam bentuk fluoroasetil KoA mengadakan kondensasi dengan oksaloasetat untuk membentuk fluorositrat. Senyawa terakhir ini menghambat akonitase sehingga menimbulkan penumpukan sitrat.

3.        Isositrat mengalami dehidrogenasi membentuk oksalosuksinat dengan adanya enzim isositrat dehidrogenase. Di antara enzim ini ada yang spesifik NAD⁺, hanya ditemukan di dalam mitokondria. Dua enzim lainnya bersifat spesifik NADP⁺ dan masing-masing secara berurutan dijumpai di dalam mitokondria serta sitosol. Oksidasi terkait rantai respirasi terhadap isositrat berlangsung hampir sempurna melalui enzim yang bergantung NAD⁺.

Isositrat + NAD⁺ « Oksalosuksinat « µ–ketoglutarat + CO₂ + NADH + H⁺

(terikat enzim)

Kemudian terjadi dekarboksilasi menjadi µ–ketoglutarat yang juga dikatalisir oleh enzim isositrat dehidrogenase. Mn²⁺ atau Mg²⁺ merupakan komponen penting reaksi dekarboksilasi. Oksalosuksinat tampaknya akan tetap terikat pada enzim sebagai intermediate dalam keseluruhan reaksi.

4.      Selanjutnya µ–ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif melalui cara yang sama dengan dekarboksilasi oksidatif piruvat, dengan kedua substrat berupa asam µ–keto.

µ–ketoglutarat + NAD⁺ + KoA à Suksinil KoA + CO₂ + NADH + H⁺

Reaksi tersebut yang dikatalisir oleh kompleks µ–ketoglutarat dehidrogenase, juga memerlukan kofaktor yang idenstik dengan kompleks piruvat dehidrogenase, contohnya TDP, lipoat, NAD⁺, FAD serta KoA, dan menghasilkan pembentukan suksinil KoA (tioester berenergi tinggi). Arsenit menghambat reaksi di atas sehingga menyebabkan penumpukan µ–ketoglutarat.

5.        Tahap selanjutnya terjadi perubahan suksinil KoA menjadi suksinat dengan adanya peran enzim suksinat tiokinase (suksinil KoA sintetase).

Suksinil KoA + P_i + ADP « Suksinat + ATP + KoA

Dalam siklus asam sitrat, reaksi ini adalah satu-satunya contoh pembentukan fosfat berenergi tinggi pada tingkatan substrat dan terjadi karena pelepasan energi bebas dari dekarboksilasi oksidatif µ–ketoglutarat cukup memadai untuk menghasilkan ikatan berenergi tinggi disamping pembentukan NADH (setara dengan 3~P.

6.       Suksinat dimetabolisir lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi yang diikuti oleh penambahan air dan kemudian oleh dehidrogenasi lebih lanjut yang menghasilkan kembali oksaloasetat.

Suksinat + FAD « Fumarat + FADH₂

Reaksi dehidrogenasi pertama dikatalisir oleh enzim suksinat dehidrogenase yang terikat pada permukaan dalam membrane interna mitokondria, berbeda dengan enzim-enzim lain yang ditemukan pada matriks. Reaksi ini adalah satu-satunya reaksi dehidrogenasi dalam siklus asam sitrat yang melibatkan pemindahan langsung atom hydrogen dari substrat kepada flavoprotein tanpa peran NAD⁺. Enzim ini mengandung FAD dan protein besi-sulfur (Fe:S). Fumarat terbentuk sebagai hasil dehidrogenasi. Fumarase (fumarat hidratase) mengkatalisir penambahan air pada fumarat untuk menghasilkan malat.

Fumarat + H₂O « L-malat

Enzim fumarase juga mengkatalisir penambahan unsure-unsur air kepada ikatan rangkap fumarat dalam konfigurasi trans.

Malat dikonversikan menjadi oksaloasetat dengan katalisator berupa enzim malat dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD⁺.

L-Malat + NAD⁺ « oksaloasetat + NADH + H⁺

Enzim-enzim dalam siklus asam sitrat, kecuali alfa ketoglutarat dan suksinat dehidrogenase juga ditemukan di luar mitokondria. Meskipun dapat mengkatalisir reaksi serupa, sebagian enzim tersebut, misalnya malat dehidrogenase pada kenyataannya mungkin bukan merupakan protein yang sama seperti enzim mitokondria  yang mempunyai nama sama (dengan kata lain enzim tersebut merupakan isoenzim).

Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat

Pada proses oksidasi yang dikatalisir enzim dehidrogenase, 3 molekul NADH dan 1 FADH₂ akan dihasilkan untuk setiap molekul asetil-KoA yang dikatabolisir dalam siklus asam sitrat. Dalam hal ini sejumlah ekuivalen pereduksi akan dipindahkan ke rantai respirasi dalam membrane interna mitokondria (lihat kembali gambar tentang siklus ini).

Selama melintasi rantai respirasi tersebut, ekuivalen pereduksi NADH menghasilkan 3 ikatan fosfat berenergi tinggi melalui esterifikasi ADP menjadi ATP dalam proses fosforilasi oksidatif. Namun demikian FADH₂ hanya menghasilkan 2 ikatan fosfat berenergi tinggi. Fosfat berenergi tinggi selanjutnya akan dihasilkan pada tingkat siklus itu sendiri (pada tingkat substrat) pada saat suksinil KoA diubah menjadi suksinat.

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

Gambar : Lintasan detail Siklus Kreb’s (sumber: Murray dkk. Biokimia Harper)

Glikogenesis

Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi.

Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis.

Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati, maka besarnya simpanan glikogen di otot  bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak. Seperti amilum, glikogen merupakan polimer µ-D-Glukosa yang bercabang.

Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.

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.

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 yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.

Enz-P + Glukosa 6-fosfat «Enz + Glukosa 1,6-bifosfat « Enz-P + Glukosa 1-fosfat

3.        Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase.

UTP + Glukosa 1-fosfat « UDPGlc + PP_i

4.      Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi

5.        Atom C₁ pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C₄ pada residu glukosa terminal 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.

UDPGlc + (C6)_n à UDP + (C6)_n+1

         Glikogen       Glikogen

Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 1à4 untuk membentuk rantai pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap melekat pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati terdapat jumlah molekul glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin.

6.       Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 1à4 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 1à6 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1àglukosil dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis.

Glikogenolisis

Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis. Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 1à4 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 1à6.

(C₆)_n + P_i à (C₆)_n-1 + Glukosa 1-fosfat

Glikogen      Glikogen

Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 1à6 terpajan. Hidrolisis ikatan 1à6 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung.

Glukoneogenesis

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.

Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.

Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai berikut:

1.     Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dan gliserol. Asam lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk dalam siklus Kreb’s. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur glikolisis.

2.     Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Kreb’s.

Untuk dapat masuk ke dalam proses glukoneogenesis asam amino perlu melakukan deaminasi (pelepasan gugus amino). Masing-masing jenis asam amino memiliki jalur yang berbeda tergantung dari sifatnya. Namun, pada umumnya asam amino tersebut bersiifat glukogenik dan campuran, hanya leusin yang bersifat ketogenik murni.

Sisa dari metabolisme asam amino dalam darah berupa amonia (NH₃₎ yang kemudian akan disintesis oleh hati menjadi urea (NH₄OH). Selanjutnya akan dikeluarkan melalui urin dan keringat.

Gambar : Jalur glukoneogenesis (sumber: Murray dkk. Biokimia Harper)

Gambar : Glukoneogenesis dari bahan protein. Dalam hal ini protein telah dipecah menjadi berbagai macam asam amino (sumber : Murray dkk. Biokimia Harper)

Read More

Metabolisme Lemak (Lipid)

Proses dan Transport Lipid

Pemrosesan dan distribusi lipid dijelaskan dalam 8 tahap, yaitu:

1.   Triasilgliserol yang berasal dari diet makanan tidak larut dalam air. Untuk mengang-kutnya menuju usus halus dan agar dapat diakses oleh enzim yang dapat larut di air seperti lipase, triasilgliserol tersebut disolvasi oleh garam empedu seperti kolat dan glikolat membentuk misel.

2.    Di usus halus enzim pankreas lipase mendegradasi triasilgliserol menjadi asam lemak dan gliserol. Asam lemak dan gliserol diabsorbsi ke dalam mukosa usus.

3.        Di dalam mukosa usus asam lemak dan gliserol disintesis kembali menjadi triasilgliserol.

4.  Triasilgliserol tersebut kemudian digabungkan dengan kolesterol dari diet makanan dan protein khusus membentuk agregat yang disebut kilomikron.

5.        Kilomikron bergerak melalui sistem limfa dan aliran darah ke jaringan-jaringan.

6.    Triasilgliserol diputus pada dinding pembuluh darah oleh lipoprotein lipase menjadi asam lemak dan gliserol.

7.      Komponen ini kemudian diangkut menuju sel-sel target.

8.   Di dalam sel otot (myocyte) asam lemak dioksidasi untuk energi dan di dalam sel adipose (adipocyte) asam lemak diesterifikasi untuk disimpan sebagai triasilgliserol.

Selama olah raga, otot membutuhkan dengan cepat sejumlah energi simpanan. Asam lemak yang disimpan dalam adipocyte dapat dilepaskan dan ditransport ke myocyte oleh serum albumin untuk didegradasi menghasilkan energi.

Sintesis Asam Lemak

Sintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan dari jalur pemecahannya. Sintesis asam lemak lebih merupakan seperangkat reaksi, yang menunjukkan prinsip bahwa jalur sintesis dan jalur pemecahan dalam system biologis biasanya berbeda. Asam lemak disintesis jika terdapat kelebihan kalori dalam sel. Sumber utama karbon untuk asam lemak berasal dari karbohidrat dalam diet. Sintesis asam lemak terjadi di sitosol.

Sumber energi: NADPH yang berasal dar jalur pentosa fosfat

ACC  : Asetyl CoA Carboxylase

FAS    : Fatty Acyd Synthase

Palmitat dapat diperpanjang atau mengalami desaturasi untuk membentuk serangkaian asam lemak (diubah menjadi asam lemak lain).

Sintesis Triasilgliserol (TAG)

Sintesis gliserol 3-fosfat merupakan akseptor awal asam lemak selama sintesis TAG. Terdapat 2 jalur untuk produksi gliserol 3-fosfat:

1.        Di hati dan jaringan adiposa

Glukosa -----> DHAP (Dihydroxyaceton phosphate) -----> Gliserol 3-fosfat

Enzim yang terlibat: gliserol fosfat dehidrogenase

2.      Di hati

Gliserol bebas -----> Gliserol 3-fosfat

Enzim yang terlibat: gliserol kinase

Penyimpanan TAG:

-         Di jaringan adiposa : sebagai derivata lemak

-         Di hati                      : bersama kolesteril ester, kolerterol, fosfolipid, dan protein membentuk 

      lipoprotein: VLDL -----> mengangkut lipid endogen ke jaringan perifer.

Oksidasi Asam Lemak

Tahap 1: aktivasi asam lemak di sitoplasma. Asam lemak difosforilasi dengan menggunakan satu molekul ATP dan diaktifkan dengan asetil Co-A menghasilkan asam lemak-CoA, AMP, dan pirofosfat inorganik.

Tahap 2: Pengangkutan asam lemak-CoA dari sitoplasma ke mitokondria dengan bantuan molekul pembawa carnitine, yang terdapat dalam membran mitokondria.

Masuknya asam lemak ke mitokondria melalui transport acyl-carnitine/carnitine.

Tahap 3: Reaksi ß-oksidasi, berlangsung dalam 4 tahap, yaitu: (1) dehidrogenasi I, (2) hidratasi, (3) dehidrogenasi II, dan (4) tiolasi (tahap pemotongan).

 1.    Dehidrogenasi I, yaitu dehidrogenasi Asam lemak-CoA yang sudah berada di dalam mito-kondrioa oleh enzim acyl-CoA dehidrogenase, menghasilkan senyawa enoyl-CoA. Pada reaksi ini, FAD (flavin adenin dinukleotida) yang bertindak sebagai koenzim direduksi menjadi FADH2. Dengan mekanisme fosforilasi bersifat oksidasi melalui rantai pemafasan, suatu molekul FADH2 dapat menghasilkan dua molekul ATP.

2.   Hidratasi, yaitu ikatan rangkap pada enoyl-CoA dihidratasi menjadi 3-hidroxyacyl-CoA oleh enzim enoyl-CoA hidratase.

3.       Dehidrogenase II, yaitu dehidrogenasi 3-hidroxyacyl-CoA oleh enzim ß-hidroxyacyl- CoA dehidrogenase dengan NAD+ sebagai koenzimnya menjadi ß-ketoacyl-CoA. NADH yang terbentuk dari NAD+ dapat dioksidasi kembali melalui mekanisme fosforilasi oksidatif yang dirangkaikan dengan rantai pernafasan menghasilkan tiga molekul ATP.

4.   Pemecahan molekul dengan enzim ß-ketoacyl-CoA thiolase. Pada reaksi ini satu molekul ketoacyl-CoA menghasilkan satu molekul asetyl-CoA dan sisa rantai asam lemak dalam bentuk CoA-nya, yang mempunyai rantai dua atom karbon lebih pendek dari semula.

è Oksidasi asam lemak dengan nomor atom karbon ganjil sama dengan oksidasi asam lemak dengan nomor genap (proses diatas) sampai tersisa 3 karbon yang akan membentuk propional CoA.

Read More

Metabolisme Protein

Metabolisme protein hanya terjadi pada protein non ensensial, dan bersifat reversible atau bolak-balik. Metabolisme protein terjadi di Hepar. Tahapan metabolisme protein terdapat 3 tahap:

1.     Transaminasi

Proses katabolisme asam amino  berupa pemindahan gugus amino darisuatu asam amino ke senyawa lain (keto. Asam piruvat, ketoglutarat atau oksaloasaetat). Sehingga (keto)senyawa tersebut dirubah menjadi asam amino. Sedangkan asam amino dirubah menjadi senyawa keto)

2.   Deaminasi

Yaitu hasil dari transaminase (glutamate) yang ditambahkan dengan NAD⁺ menggunakan enzim glutamate dehydrogenase menjadi α-ketoglutarat, amoniak, dan NADH.

amoniak ini akan langsung masuk ke siklus urea.

3.     Siklus urea

Terjadi di mitokondria dan cytosol hepar. Hal ini terjadi karena amoniak di dalam tubuh tidak dapat di keluarkan begitu saja. Harus mengalami siklus ini dan berubah menjadi urea dan keluar dari hepar dan menuju ginjal. Kemudian, di keluarkan melalui urine.

Read More

Roles of Protein (Fungsi Protein)

Protein adalah makro molekul yang tersusun atas unsur C, H, O dan N. Memiliki mikro molekul atau monomer asam amino. Fungsi  protein yaitu sebagai berikut :

1.     Struktur dan Pemeliharaan

Protein Struktur adalah protein yang berfungsi sebagai pondasi dalam pembentukan jaringan tubuh.Fungsi protein sebagai pemeliharaanya itu untuk menggantikan sel-sel yang mati ataupun rusak.

Contoh protein Struktur : Kolagen ( membentuk tulang dan gigi ), Keratin ( membentuk rambut, terdapat pada kuku, dan sel kulit ).

Contoh Protein Pemeliharaan : Protein yang menggantikanselkulit yang mati (karena sel kulit hanya hidup selama 30 hari ), protein yang mencegah kerontokan pada rambut ( protein keratin ).

2.   Regulasi

Regulasi adalah salah satu fungsi protein untuk mengatur atau sebagai pengaturan fungsi biologis dalam tubuh.

Contoh Protein Regulasi :Enzim {(Lipase untuk memecah Lipid atau TAG menjadi asam lemak dan gliserol. Xanthine Oxidase untuk mengoksidasi xanthine menjadi uric acid)}, Hormon {( Hormon Insulin untuk mengatur kadar glukosa dalam darah. Hormon Kalsitosin untuk mengatur kadar kalsium.)}

3.     Transport

Contoh Protein Transport : Hemoglobin ( berfungsi untuk mengangkut oksigen dariparu-paru menuju ke darah dan jaringan tubuh ), Mioglobin ( berfungsi untuk mengangkut oksigen dari darah menuju otot ), Lipoprotein ( berfungsi untuk mengangkut LDL,HDL,VLDL,IDL ,CM untuk bergerak di dalam darah ).

4.   Energi

Protein berfungsi sebagai penghasil energy, karena protein memiliki gugus karbon sehingga dapat menjadi sumber bahan bakar, apabila tidak adanya asupan karbohidrat dan lemak sehingga protein digunakan untuk membentuk energy terlebih dahulu bukan untuk membentuk jaringan.Energy yang dihasilkan oleh protein yaitu 4 kkal/gram.

5.     Mengatur Tekanan Osmotik

Contoh : Protein Plasma ( Albumin. Albumin berfungsi untuk menjaga tekanan osmotic, apabila kadar albumin dalam darah menurun, menyebabkan tekanan osmotic menurun, dan kapiler tidak bias menahan tekanan hidrostatik dari cairan interestial,sehingga air ataupun cairan masuk ke kapiler,dan terjadilah edema atau pembengkakan. )

6.    Mengatur Asam Basa

Protein memiliki sifat zwitter ion yaitu sifat untuk bermuatan positif ataupun negative sesuai yang dibutuhkan.Pada keadaan yang terlaluasam, darah banyakmengandung ion  H⁺maka protein akan bermuatan negative dan mengikat ion H⁺ sehingga tidak terjadi peristiwa acidosis. Begitupun dalam keadaan basa,protein akan bermuatan positif untuk mencegah ternjadinya alkalosis.

7.    Proteksi

Protein berfungsi sebagai proteksi tubuh untuk melawan antigen yang membahayakan tubuh.

Contoh Protein Proteksi :Antibodi Imunoglobulin berfungsi untuk mernjaga tubuh dari serangan antigen seperti virus, bakteri,toksin. Fibrinigen berfungsi untuk merangsang terbentukanya thrombus yang berperan dalam penyembuhanluka.

8.    Neurotransmitter

Contoh Protein Transmitter :AsetilKolin yang berfungsi untuk menurunkan impuls dari neuron ke neuron lainnya dan bekerja pada celah-celah sinapis.

9.    Kontraksi

Contoh Protein Kontraksi :Aktin dan Miosin. Aktin dan Miosin adalah protein kontraktil pada otot yang bekerja dengan bantuan ATP. Ketika ATP berubah menjadi ADP, Aktin dan Miosin akan membentuk Aktomiosin untuk berkontraksi, sedangkan apabila ATP habis atau energinya habis, maka Aktomiosin akan kembali mejandi Aktin dan Miosin.

10. Pigment pada Retina

Contoh Protein padaRetina : Protein Opsin yang berfungsi untuk menyusun pigmen penglihatan pada retina yang bekerja dengan cara menangkap cahaya dan menginisiasi impuls saraf. Contoh pigmen penglihatan yaitu rhodopsin yang membantu penglihatan dalam keadaan gelap.

11.  Nutrient atau Penyimpanan

Protein nutrient atau protein penyimpanan adalah protein yang berfungsi untuk menyimpan asam amino dan ion logam untuk menghasilkan energi pada saat dibutuhkan.

Contoh Protein Nutrient : Ferritin yang berfungsi untuk menyimpan zat besi dan mengatur jumlahnya, karena zat besi berfungsi untuk pembentukan hemoglobin. Kasein yang berfungsi untuk menyimpan asam amino, kalsium,fosfor,protein ini banyak ditemukan pada usus.

Read More

Hierarki Biomolekul

Biomolekul tersusun dari rangkaian unsur menjadi mikromolekul, makromolekul, dan supramolekul. Kemudian supramolekul tersebut akan bergabung menjadi organel, sel, jaringan, organ, dan sistem organ hingga terakhir membentuk suatu individu.

·        Unsur

Zat kimia yang paling utama. zat dasar yang tidak dapat diuarai menjadi zat yang lebih sederhana dengan cara kimia.

1.       Ada 92 unsur yang terjadi secara alami dan ditambah dengan unsur buatan (sekitar 16).

2.      Dari semua unsur yang terjadi secara alami, enam diantaranya, yaitu sulfur (S), fosfor (P), oksigen (O), nitrogen (N), karbon (C), dan hidrogen  (H) membentuk 99% benda hidup.

·        Atom

Merupakan  bagian terkecil dari unsur yang mempertahankan sifat-sifat kimianya yang khas. Atom terdiri dari 3 partikel sub-atom dasar yaitu proton, elektron, dan neutron, yang berbeda dalam massa, muatan listrik, dan letaknya dalam atom. Proton dan neutron terletak dalam nukleus, sedangkan elektron bergerak mengelilingi nukleus pada bidang elektron.

a.       Proton membawa satu unit muatan listrik positif.

b.       Elektron membawa satu unit muatan listrik dan berfungsi sebagai pengikata antar atom. Massanya lebih kecil dari proton dan neutron.

c.       Neutron adalah suatu partikel yang tidak bermuatan dan massanya sama dengan massa proton.

·        Molekul

Suatu kombinasi kimia dari dua atau lebih atom yang membentuk zat kimia spesifik. Satu molekul adalah dua atom atau lebih yang bergabung akibat gaya tarik yang disebut ikatan kimia.

·        Mikromolekul

Tersusun atas molekuk-molekul kecil. Dimana molekul tersebut dipersatukan oleh ikatan kimia seperti monosakarida, asam amino, asam lemak, nukleotida, dan lain sebagainya.

·        Makromolekul

Merupakan molekul yang sangat besar, mempunyai struktur rantai polimerik dari molekul kecil seperti protein, polisakarida/karbohidrat, lipid kompleks, asam nukleat, dan juga polimer alamiah-sintetis lain.

·        Supramolekul

Gabungan dari makromolekul, seperti membran plasma, membran sel, kromosom, membran dari apparatus golgi, dan lain sebagainya.

·        Organel

Organel adalah komponen yang ditemukan dalam semua sel dan dipandang sebagai organ intern yang secara metabolik aktif melakukan fungsi spesifik penting.

·        Sel

Merupakan unit struktural dan fungsional terkecil dari tubuh makhluk hidup. Badan sel memiliki empat bagian dasar, yaitu membran sel (membran plasma), sitoplasma (protoplasma sel), organel sitoplasma (struktur tetap yang melakukan fungsi metabolik spesifik), dan nukleus (tempat materi genetik berada).

·        Jaringan

Sekelompok sel dengan struktur yang sama secara struktural yang mengalami spesialisasi untuk melakukan fungsi yang tertentu. Terdapat  empat jaringan dasar pada tubuh manusia, yaitu jaringan epitel, jaringan otot, jaringan ikat, dan jaringan saraf.

·        Organ

Terbentuk dari dua jaringan atau lebih, yang bergabung dan berfungsi sebagai pusat fisiologi khusus untuk aktivitas tubuh.

·        Sistem organ

Beberapa organ bekerja sama untuk melakukan fungsi yang saling berkaitan, maka organ-organ tersebut membentuk suatu sistem organ.

·        Individu

Keseluruhan sistem organ membentuk individu.

Read More