Karbohidrat

Karbohidrat

A.    Pengertian

Karbohidrat merupakan bahan yang sangat di perlukan tubuh manusia, hewan, dan tumbuhan di samping lemak dan protein. Senyawa ini dalam jaringan merupakan cadang makanan atau energy yang di simpan dalam sel. Sebagian beasr karbohidrat yang ditemukan di dalam terdapat polisakarida dengan berat molekul tinggi. Beberapa polisakarida berfungsi sebagai penyimpan bagian monosakarida, sedangkan yang lain sebagai penyusun struktur di dalam dinding sel dan jaringan pengikat.

Karbohidrat merupakan komponen pangan yang menjadi sumber energy utama dan sumber serat makanan. Komponen ini di susun oleh tiga unsur utama, yaitu karbon (C), hydrogen (H) dan oksigen (O). atau dengan kata lain, karbohidrat merupakan suatu senyawa yang terdiri dari molekul-molekul karbon (C), hydrogen (H), dan oksigen (O) atau karbon dang hidrat (H2O) sehingga di namakan karbo-hidrat.

Pada tumbuhan karbohidrat di sintesis dari CO2 dan H2O melalui proses fotosintesis dalam sel berklorofil dengan sinar matahari. Karbohidrat yang di hasilkan merupakan cadangan makanan yang di simpan dalam akar, batang, dan biji sebagai pati(amilum). Karbohidrat dalam sel tubuh  di simpan dalam hati dan jaringan otot dalam bentik glikogen.

B.     Jenis Karbohidrat

Karbohidrat dapat di kelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon, lokasi gugus karbonil(-C=O) , serta streokimia. Berdasarkan jumlah unit gula dalam rantai, karbohidrat di golongkan menjadi 4 golongan utama yaitu :

·         Monosakarida ( terdiri atas 1 unit gula

·         Bisakarida ( terdiri atas 2 unit gula

·         Oligosakarida ( terdiri atas 3-10 unit gula)

·         Polisakarida ( terdiri atas lebih dari 10 unit gula )

Berdasarkan lokasi gugus –C=O , monosakarida di golongkan menjadi dua yaitu :

·         Aldosa ( berupa aldehid)

·         Ketosa ( berupa keton)

Berdasarkan jumlah atom C pada rantai, monosakarida di golongkan menjadi :

·         Triosa ( tersusun atas 3 atom C)

·         Tetrosa ( tersusun atas 4 atom C)

·         Pentosa ( tersusun atas 5 atom C)

·         Heksosa (tersusun atas 6 atom C)

·         Heptosa (tersusun atas 7 atom C)

·         Oktosa ( tersusun atas 8 atom)

C.     Metabolisme karbohidrat

Metabolisme merupakan modifikasi senyawa kimia secara biokimia didalam organisme dan sel, metabolism mencangkup sistensi ( anabolisme) dan penguraian  (katabolisme) molekul organic kompleks. Metabolism biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolism. Metabolism total meruakan semua proses biokimia didalam organisme. Metabolism sel mencangkup semua proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolism, makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup.

Karbohidrat setelah di cerna di usus, akan di serap oleh dinding usus halus dalam bentuk monosakarida. Monosakarida di bawa oleh aliran darah sebagian besar menuju hati, dan sebagian lainnya di bawah ke sel jaringan tertentu, dan mengalami proses metabolism lebih lanjut. Di dalam hati, monosakarida mengalami proses sintesis menghasilkan glikogen, dioksidasi menjadi CO2 dan H2O, atau dilepaskan untuk dibawa oleh aliran darah kebagian tubuh yang memerlukan. Hati dapat mengatur kadar glukosa dalam darah atas bantuan hormone insulin yang dikeluarkan oleh kelenjar pancreas. Kenaikan proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat menyebabkan glukosa dalam darah meningkat, sehingga sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik. Sebaliknya, jika banyak kegiatan maka banyak energy untuk kontraksi otot sehingga kadar glukosa dalam darah menurun.

Dalam hal ini, glikogen akan di urai menjadi glukosa yang selanjutnya mengalami katabolisme menghasilkan energy ( dalam bentuk energy kimia, ATP). Factor yang penting dalam kelancaran kerja tubuh adalah kadar glukosa dalam darah. Kadar glukosa dibawah 70 mg/100 ml disebut hipoglisemia. Adapun diatas 90 mg/100 ml disebut hiperglisemia. Hipoglisemia yang serius dapat berakibat kekurangan glukosa dalam otak sehingga menyebabkan hilangnya kesadaran ( pingsan). Hiperglisemia merangsang terjadinya glukosuria, yaitu ketidakmampuan ginjal untuk menyerap kembali glukosa yang telah mengalami filtrasi melalui sel tubuh. Hormone yang mengatur gula dalam darah, yaitu :

·         Hormone insulin, dihasilkan oleh pancreas, berfungsi menurunkan kadar glukosa dalam darah.

·         Hormone adrenalin, dihasilkan oleh korteks adrenal, berfungsi menaikkan kadar glukosa dalam darah.

Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energy jika berbentuk monosakarida. Energy yang dihasilkan berupa Adenosin trifospat (ATP). Glukosa merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap kedalam aliran darah, atau didalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonfersi didalam hati, serta dari glukosalah semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar metabolic utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat spesifik, misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, dalam senyawa lipid komplek tertentu dalam bentuk gabungan dengan protein, yaitu glikoprotein serta proteoglikan. Metabolisme karbohidrat pada manusia terutama :

·         melalui Embden-Meyerhof Pathway (EMP).

·         Glikogenesis yaitu sintesis glikogen dari glukosa.

·         Glikogenesisi yaitu pemecahan glikogen pada hepar hasil akhir adalah glukosa, sedangkan di otot menjadi piruvat dan asam laktat.

·         Siklus kreb atau sikluis asam trikarbokisilat atau siklus asam sitra adalah suatu jalan bersama dari Glikolisis, yaitu oksidasi glukosa atau glikogen menjadi piruvat dan sam laktat oksidasi karbohidrat, lemak dan protein melalui asetil KoA dan akan di oksidasikan secara sempurna menjadi CO2 dan H2O

·         Heksosa monofospat Shunt atau siklus pentose posfat adalah suatu jalan lain dari oksidasi glukosa selain EMP dan siklus kreb

·         Gluconeogenesis, yaitu pembentukan glukosa atau glikogen dari zat-zat bukan karbohidrat.

·         Oksidasi asam piruvat menjadi asetil KoA, yaitu lanjutan dari glikolisis serta   menjadi penghubung antara glikolisis dan siklus kreb.

a.       Lintasan metabolisme dapat di golongkan menjadi tiga katagori;

·         Lintasan anabolic (penyatuan/pembentukan)

Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa membentuk struktur dan mesin tubuh. Salah satu contoh dari katagori ini adlah sintesis protein.

·         Lintasan katabolic (pemecahan)

Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energy bebas, bias any a dalam bentuk posfat energy tinggi atau unsur equivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosfolirasi oksidasi.

·         Lintasan amfibolik (persimpangan)

Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolic dan lintasan katabolic. Contoh dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.

Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik tergolong sebagai katabolisme maupun anabolisme, yatu glokolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis serta gluconeogenesis.

D.    Macam-macam proses metabolism karbohidrat

·         Glikolisis

Glikogen adalah molekul polisakarida yang tersimpan dalam sel-sel hewan bersama dengan air dan digunakan sebagai sumber energy. Ketika pecah didalam tubuh, glikogen diubah menjadi glukosa, sumber energy yang penting bagi hewan. Banyak penelitian telah dilakukan pada glikogen dan perannya dalam tubuh, sejak itu glikogen diakui sebagai bagian penting dari system penyimpanan energy tubuh.

Glikolisi adalah sebuah rangkaian reaksi biokimia dimana glukosa dioksidasi menjadi asam piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolism yang paling universal yang paling kita kenal, dan terjadi (dengan berbagai variasi) dibanyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit permolekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi oaerobik yang sempurna. Energy yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organic berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH

·         Terjadi dalam semua sel tubuh manusia

·         Degradasi an-aerob glukosa menjadi laktat

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

·         asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)

·         asam laktat, pada suasana an-aerob (tidak tersedia oksigen)

Glikolisis merupakan jalur utama metabolism glukosa agar terbentuk asam peruvat, dan selanjutnya asetil KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sriktat (siklus krebs). Selain itu, glikolisi juga menjadi lintasan utama metaboliseme fruktosa dan galaktosa.

Keseluruhan persamaan rekasi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah : Glukosa + 2ADP + 2P_i         2_i (+)-Laktat + 2ATP + 2H₂O

Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisi adalah sebagai berikut,

§  Disebut juga EMBDEN MEYER HOFF PATHWAY

§  Terjadi di dalam  sitosol

§  Glikolisis : oksidasi glukosa                    energi ( ATP )

 

            Aerob                          Anaerob

( asam piruvat  )                      ( asam laktat )

§  Pada keadaan aerob :

Hasil akhirnya asam piruvat                Masuk ke dalam mitokondria             Asetil KoA

 

                                                                                  ATP + CO2+ H2O                   Siklus Krebs 

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. Terminsl fosfat berenergi tinggi pada ATP yang digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-IP)

Reaksi disertai kehilangan energy bebas dalam jumlah besar berupa kalor, sehingga dalam kondisi fisiologis dianggap irrivensibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk reaksi glukosa 6-fosfat.

                                                              Glukosa + ATP           glukosa 6-fosfat + ADP

2. glukosa 6-fosfat diubag menjadi fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerasi 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 fisiologolis tahap ini bisa dianggap irreversible. Reaksi ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-IP)

                                                  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 enzimaldolase (fruktosa 1,6-fosfar aldolase).

D-fruktosa 1,6-difosfat           D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat

5. Gliseraldehid 3-fosfat dapat diubah 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 gliseral dehid 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 bertanggungjawab terhadap oksidasi diatas adalah gliseraldehid 3-fosfat dehigrigenase, suatu enzim yang bergantung kepada NADH.

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

7. energy yang dihasilkan dalam proses oksidasi disimpan melalui pembentukan ikatan sulfur berenergi tinggi, setelah fosforolisis, sebuah gugus fosfat berenergi tinggi dalam posisi satu senyawa 1,3 bofosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi 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

8. 3-fosfogliserat dirubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisis 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 melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energy didalam molekul, menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi. Enolase dihambat oleh fluoride, suatu unsur yang dapat digunakan jika glikolisis didalam darah perlu dicegah sebelum kadar glukosa darah diperiksa. Enzim ini bergabung pada keberadaan Mg²⁺ atau Mn²⁺.

2-fosfogliserat                       fosfoenol iruvat+ H₂O

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

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

Piruvat + NADH + H⁺              L (+) – Laktat + NAD⁺

Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil KoA, akan dioksidasi menjadi CO₂ melalui siklus asam sitrat atau siklus krebs. Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH+ H⁺ yang terbentuk dalam glikolisis akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui salah satu dari reaksi ulak-alik (shuttle).

2. Oksidasi Piruvat

            Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi ( dekarbosilasi oksidasi ) menjadi asetil KoA, yang terjadi didalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda terjadi didalam mitokondria sel dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda yang bekerja secara berurutan didalam suatu komplek multi enzim. Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus krebs. Jalur ini juga merupakan konvensi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa non karbohidrat menjadi karbohidrat.

3. Siklus Krebs

            Siklus ini disebut sebagai siklus krebs dan siklus asam trikarbiksilat berlangsung didalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. 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 intermediate yang ada dalam siklus tersebut.

4. Glikogenesis

            Tahap pertama metabolism karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Proses ini tetjadi jika kita membutuhkan energy untuk aktivitas, misalnya berfikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energy, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen dinamakan glikogemesis. Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama didalam tubuh dan analok dengan amilum pada tumbuhan. Seperti amilum, glikogen merupakan polimer µ-D-glukosa yang bercabang.

5. Glikogenesis

            Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energy. Proses ini dinamakan glikogeonolisis, glikogeonolisis kebalikan dari glikogenesis, tetapi sebenarnya tidak demikian. Residuglukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang bersifat pada tiap visi cabang 1á6.

     Glikogen

     Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu cabang kecabang lain. Hidrolisis ikatan 1  6 memerlukan kerja enzim pemutus cabang ( deprasi enzim)yang spesifik.

6. Glukoneogenesis

            Terjadi jika sumber energy dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah pengguna lemak sebagai sumber energy. Jika lemak juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energy yang sesungguhnya protei berperan pokok sebagai pembangun tubuh. Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesisi adalah proses pembentikan glukosa dari senyawa-senyawa non karbon, bisa dari lipid maupun protein.