PENDAHULUAN
Ternak menggunakan
komponen zat-zat gizi untuk memenuhi kebutuhan mempertahankan kondisi normal
tubuhnya, pertumbuhan jaringan tubuh, berproduksi dan bereproduksi. Produk-produk
ternak, seperti daging, susu, telur dan hasil-hasil ikutan lain, pada dasarnya
merupakan hasil dari serangkaian proses yang kompleks, mulai dari proses
pencernaan sampai metabolisme zat-zat gizi, yang mengakumulasikan protein,
karbohidrat, lemak dan mineral pada jaringan-jaringan tubuh. Mikroba memiliki
kemampuan untuk fermentasi komponen-komponen pakan, termasuk karbohidrat dan
protein menjadi asam-asam organik yang sederhana, yang umumnya dikenal sebagai
Volatile Fatty Acid (VFA) atau asam lemak volatil (asam asetat, propionat dan
butirat).
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". Peranan utama karbohidrat di
dalam tubuh adalah menyediakan glukosa bagi sel-sel tubuh, yang kemudian diubah
menjadi energi. Glukosa memegang peranan sentral dalam metabolisme karbohidrat.
Jaringan tertentu hanya memperoleh energi dari karbohidrat seperti sel darah
merah serta sebagian besar otak dan sistem saraf. Fungsi utama dari metabolisme karbohidrat
adalah untuk menghasilkan energi dalam bentuk senyawa yang mengandung ikatan
fosfat bertenaga tinggi, vitamin
larut dalam air, cadangan makanan, dan materi pembangun.
PEMBAHASAN
A.
METABOLISME
Metabolisme merupakan
terjadinya pertukaran zat antara suatu sel atau suatu organisme secara
keseluruhan dengan zat antara suatusel atau organisme secara keseluruhan dengan
lingkungannya. Metabolisme berasal dari kata Yunani “Metabole” yang berarti perubahan. Metabolisme kadang juga diartikan
pertukaran zat antaara satu sel atau secara keseluruhan dengan lingkungannya.
Salah satu aktivitas protoplasma yang penting adalah pembentukan sel baru
dengan cara pembelahan. Sebelum sel melakukan pembelahan, maka protoplasma akan
aktif mengumpulkan serta mensintesa karbohidrat, protein, lemak dan banyak lagi
senyawa kompleks yang merupakan bagian dari protoplasma dan dinding sel. Bahan
dasar untuk sintesa senyawa organic tersebut adalah unsure-unsur aorganic yang
diserap oleh akar dan gula yang dibentuk dari karbon dioksida dan air pada
proses fotosintesa (asimilasi karbon).
Metabolisme
adalah segala proses reaksi kimia
yang terjadi didalam tubuh makhluk hidup, mulai makhluk hidup bersel satu
hingga yang memiliki susunan tubuh kompleks seperti manusia. Dalam hal ini,
makhluk hidup mendapat, mengubah dan memakai senyawa kimia dari sekitarnya
untuk mempertahankan hidupnya. Metabolisme meliputi proses sintesis
(anabolisme) dan penguraian (katabolisme) senyawa atau komponen dalam sel
hidup. Anabolisme memakai energy untuk membangun moleul kompleks dari molekul
sederhana. Sedangkan katabolisme membebaskan energy dengan merombak senyawa
kompleks menjadi senyawa sederhana. Semua reaksi metabolisme dikatalis oleh
enzim. Hal lain yang penting dalam metabollisme adalah perenannya dalam penawar
racun atau detoksifikasi.
Proses metabolisme yang terjadi didalam sel
merupakan aktivitas yang sangat terkoordinasi, melibatkan kerjasama berbagai
system enzim yang mengkatalis reaksi-reaksi secara bertahap dan memerlukan pengaturan
metabolic untuk mengendalikan mekanisme reaaksinya. Proses metabolism bagi organisme hidup
memiliki empat fungsi spesifik, yaitu :
1.
Untuk
memperoleh energi kimia dalam bentuk ATP dari hasil degradasi zat-zat makanan
yang kaya energi yang berasal dari lingkungan.
2.
Untuk
mengubah molekul zat-zat makanan (nutrisi) menjadi perkursor unit pembangun
bagi biomolekul sel.
3.
Untuk
menyusun unit-unit pembangun menjadi protein, asam nikleat, lipida,
polisakarida, dan komponen sel lain. Untuk membentuk dan merombak
biomolekul.
B.
KARBOHIDRAT
Karbohidrat
merupakan makanan pokok kita 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. Karbohidrat adalah polihidroksi aldehid atau polihidroksi keton, mempunyai
rumus umum Cn(H2O)m. 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".
Karbohidrat memegang peranan penting dalam alam karena merupakan sumber
energi utama bagi manusia dan hewan yang harganya relatif murah. Semua
karbohidrat berasal dari tumbuh-tumbuhan. Melalui fotosintesis, klorofil
tanaman dengan bantuan sinar matahari mampu membentuk karbohidrat dari
karbondioksida (CO2) berasal dari udara dan air (H2O)
dari tanah. Karbohidrat yang dihasilkan adalah klarbohidrat sederhana glukosa.
Di samping itu dihasilkan oksigen (O2) yang lepas di udara.
Sinar Matahari
Klorofil 
6 CO2 + 6 H2O C6H12O6
+ 6 O2
Karbohidrat
Produk yang dihasilkan terutama dalam bentuk gula
sederhana yang mudah larut dalam air dan mudah diangkut ke seluruh sel-sel guna
penyediaan energi. Sebagian dari gula sederhana inmi kemudian mengalami
polimerisasi dan membentuk polisakarida.
Karbohidrat digolongkan menjadi 4 berdasarkan
strukturnya, yaitu monosakarida, disakarida, oligosakarida dan polisakarida.
1.
Monosakarida
Monosakarida
merupakan karbohidrat yang mempunyai molekul paling sederhana dibandingkan
dengan molekul karbohidrat lain. Molekul
karbohidrat yang
terdiri dari satu molekul gula sederhana tidak dapat diuraikan menjadi
molekul sederhana lagi dan merupakan persenyawaan
netral dan mudah larut dalam air, sukar larut dalam alkoholdan tidak larut
dalam eter. Berdasarkan atas radikal fungsi yang terdapat dalam molekulnya,
monosakarida dibedakan atas aldosa (mempunyai gugus aldehid) dan ketosa
(mempunyai gugus keton)
Contoh : Glukosa,
Galaktosa, Fruktosa
2.
Disakarida
Disakarida
tersusun 2 satuan monosakarida. Umumnya terdiri atas dua sisi heksosa, oleh
karena itu sering disebut dengan heksodisakarida. Senyawa terbentuk dari 2 molekul monosakarida sejenis atau tidak dan dapat dihidrolisis oleh larutan asam dan air.
Contoh : Sukrosa (tebu), Laktosa (susu), Maltosa.
3.
Oligosakarida
Oligosakarida
mengandung paling sedikit sampai delapan satuan monosakarida yang saling
berhubungan Senyawa
karbohidrat yang
terdiri dair
3-6 unit monosakarida yang digabung oleh ikatan kovalen, sebagai rantai polipeptida pada
glikoprotein dan glikogen.
Contoh : Malto-triosa
4.
Polisakarida
Polisakarida
mempunyai susunan yang komplek dengan berat molekul besar. Pada hidrolisisnya
secara senyawa juga akan dihasilkan komponen-komponen penyusunnya yaitu
monosakarida. Polisakarida mengandung lebih dari delapan (ratusan sampai ribuan monosakarida dg rantai lurus atau
cabang)
satuan monosakarida.
Contoh : Amilum,
Selulosa, Dekstrin, Glikogen, Glikoprotein,
C.
METABOLISME
KARBOHIDRAT
Pencernaan
karbohidrat terjadi terutama di usus kecil. Enzim amilase yang disekresi
pankreas, dengan pH optimum 7 memerlukan ion Cl secara mutlak, menghidrolisis
amilosa menjadi maltosa dan glukosa. Apabila amilopektin dan glikogen
dihidrolisis; glukosa, maltosa, maltotriosa dan oligosakarida dengan rantai
cabang pendek terbentuk. Amilum (starch) dan glikogen yang telah mengalami
hidrasi (hydrated starch) akan dicerna oleh amilase pankreas dan menghasilkan
maltosa [a-Glk(1 à)Glk],
trisaccharida maltotriosa [a-Glk(1à4) aGlk(1à4) Glk], a-limit dextrins dan sedikit
glukosa.
Amilase
merupakan endopolisakaridase; a-amilse tidak bisa memutus ikatan a-(1à4) pada glukosa yang terletak pada titik
cabang, seperti gambar di bawah.
Gambar a : Cara kerja enzim amilase
Enzim-enzim
yang dapat menghidrolisis disakarida terdapat pada "brush border",
dengan nama umum disakaridase. Hasil utama hidrolisis disakarida adalah
glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Monosakarida yang telah diserap masuk ke vena
porta setelah melalui hepar beredar keseluruh tubuh. Selulosa tidak dapat
dicerna oleh manusia, akhirnya akan dikeluarkan dengan feses.
Monosakarida diserap dengan kecepatan yang
berbeda. Urutan menurut kecepatannya adalah sebagai berikut : galaktosa,
glukosa fruktosa, mannosa, xilosa (xylosa) dan arabinosa. Galaktosa dan glukosa
diserap secara aktif.
Tujuan akhir pencernaan
dan absorpsi karbohidrat adalah mengubah karbohidrat menjadi ikatan-ikatan
lebih kecil, terutama berupa glukosa dan fruktosa, sehingga dapat diserap oleh
pembulu darah melalui dinding usus halus. Pencernaan karbohidrat kompleks
dimulai di mulut dan berakhir di usus.
1. Mulut
Pencernaan karbohidrat dimulai di mulut. Bola
makanan yang diperoleh setelah makanan dikunyah bercampurn dengan ludah yang
mengandung enzim amilase (sebelumnya dikenal sebagai ptialin). Amilase menghidrolisis pati atau amilum menjadi
bentuk karbohidrat lebih sederhana, yaitu dekstrin. Bila berada di mulut cukup
lama, sebagian diubah menjadi disakarida maltosa. Enzim amilase ludah bekerja
paling baik pada pH ludah yang bersifat netral. Bolus yang ditelan masuk ke
dalam lambung.
2. Usus
Halus
Pencernaan karbohidrat dilakukan oleh enzim-enzim
disakarida yang dikeluarkan olej sel-sel mukosa usus halus bnerupa maltase,
sukrase, dan laktase. Hidrolisis disakarida oleh enzim-enzim ini terjadi di
dalam mikrovili dan monosakarida yang dihasilkan adalah sebagai berikut :
Maltase
Maltosa 2 mol glukosa
Sukrase
Sakarosa 1 mol glukosa + 1
mol fruktosa
Laktase
Laktosa 1 mol glukosa + 1
mol galaktosa
Monosakarida glukosa, fruktosa, dan
galaktosa kemudian diabsorpsi melalui sel epitel usus halus dan diangkut oleh
sistem sirkulasi darah melalui vena porta. Bila konsentrasi monosakarida di dalam usus halus
atau pada mukosa sel cukup tinggi, absorpsi dilakukan secara pasif atau
fasilitatif. Tapi, bila konsentrasi turun, absorpsi dilakukan secara aktif
melawan gradien konsentrasi dengan menggunakan energi dari ATP dan ion natrium.
3.
Usus Besar
Dalam waktu 1-4 jam setelah selesai makan, pati
nonkarbohidrat atau serat makanan dan sebagian kecil pati yang tidak dicernakan
masuk ke dalam usus besar. Sisa-sisa pencernaan ini merupakan substrat
potensial untuk difermentasi oleh mikroorganisma di dalam usus besar. Substrat
potensial lain yang difermentasi adalah fruktosa, sorbitol, dan monomer lain
yang susah dicernakan, laktosa pada mereka yang kekurangan laktase, serta
rafinosa, stakiosa, verbaskosa, dan fruktan.
Produk
utama fermentasi karbohidrat di dalam usus besar adalah karbondioksida,
hidrogen, metan dan asam-asam lemak rantai pendek yang mudah menguap, seperti
asam asetat, asam propionat dan asam butirat.
Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat
dijelaskan sebagai berikut:
1. Glukosa
sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat
jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.
2. Selanjutnya
masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan
energi berupa ATP.
3. Asetil
KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini
dihasilkan energi berupa ATP.
4. Jika
sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak
dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen).
Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek.
Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus
dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.
5. Jika
terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen
dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti
dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.
6. Jika
glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber
energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini
dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan
protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami
katabolisme untuk memperoleh energi.
Beberapa tahap proses metabolisme karbohidrat di dalam
tubuh, yaitu glikolisis, glikogenesis, glikogenolisis dan glukoneogenesis.
1.
GLIKOLISIS
Glikolisis adalah pemecahan glukosa
menjadi asam piruvat atau asam laktat. Jalur ini terutama terjadi dalam otot bergaris,
yang dimaksudkan untuk menghasilkan energi (ATP). Apabila glikolisis terjadi
dalam suasana anaerobik maka akan berakhir dengan asam laktat, dan menghasilkan
dua ATP.
a.
Tahapan reaksi glikolisis.
Jalur ini disebut juga jalur
Embden-Meyerhof. Semua enzim yang terlibat terdapat dalam fraksi ekstra
mitokhondria (dalam sitosol). Mula-mula glukosa mengalami esterifikasi dengan
fosfat, reaksi ini disebut juga fosforilasi glukosa oleh ATP menjadi glukosa
6-P.
Heksokinase (glukokinase)
Mg++
D-glukosa +
ATP ® D-glukosa 6-P +
ADP.
Reaksi ini memerlukan ion Mg++.
Dalam sel , sedikit sekali glukosa berada
sebagai glukosa bebas, sebagian besar terdapat dalam bentuk ester glukosa 6-P.
Reaksi ini dikatalisis dua enzim : hexokinase dan glukokinase.
Hexokinase terdapat dalam
ber-macam2 sel,kecuali di sel hepar dan pankreas. Enzim ini sesuai dengan
namanya dapat pula mengkatalisis esterifikasi heksosa lainnya dengan ATP; contoh: fruktosa menjadi
fruktosa 6-P. Dalam sel binatang dan manusia enzim ini merupakan enzim
regulator, karena dapat dihambat oleh hasil reaksinya.
Glukokinase terdapat
dalam hepar dan pankreas. Mempunyai Km
untuk D-glukosa jauh lebih tinggi dari enzim hexokinase. Glukokinase memerlukan
glukosa lebih tinggi untuk menjadi aktif bila dibandingkan dengan heksokinase.
Selain itu glukokinase tidak dihambat oleh hasil reaksinya yaitu glukosa
6-P. Glukokinase berperan biasanya pada waktu kadar glukosa darah tinggi
(sesudah makan). Pada penderita Diabetes Mellitus enzim ini jumlahnya
berkurang.
Reaksi fosforilasi ini boleh dikatakan
reaksi satu arah.
Selanjutnya glukosa 6-P diubah menjadi
fruktosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis enzim fosfoheksosa isomerase, dimana
terjadi aldosa-ketosa isomerasi. Hanya D-anomer dari glukosa 6-P yang bisa
dipakai sebagai substrat. Reaksi ini merupakan reaksi bolak-balik.
Reaksi selanjutnya adalah pembentukan fruktosa
1,6-difosfat oleh enzim fosfofruktokinase-1. Reaksi ini boleh dikatakan reaksi
satu arah. Enzim fosfofruktokinase-1 merupakan enzim yang bisa diinduksi. Enzim
ini memegang peran yang penting dalam
mengatur kecepatan glikolisis.
fosfofruktokinase-1
Fruktosa 6-P + ATPà Fruktosa 1,6-BP
+ ADP.
Mg++
Aktifitas enzim ini meningkat apabila
konsentrasi ADP, AMP, fosfat inorganik ( Pi ) meningkat. Enzim fosfofruktokinase-1 dihambat oleh ATP,
asam sitrat dan 2,3-DP gliserat (dalam sel darah merah). Apabila pemakaian ATP
meningkat (kadar ATP menurun) maka aktifitasnya meningkat, sebaliknya apabila
kadar ATP tinggi aktifitas enzim tersebut menurun. Enzim ini juga dihambat oleh
meningkatnya kadar asam lemak bebas, sehingga apabila senyawa ini meningkat
dalam darah, yang akhirnya masuk ke dalam sel , maka pemakaian glukosa akan
berkurang.
Fruktosa 1,6-BP akan dipecah menjadi dua
triosa oleh enzim aldolase.
Aldolase
Fruktosa 1,6-BP ® Dihidroksi asetonfosfat +
gliseraldehida 3-P
Pada sel binatang sedikitnya ada dua macam
aldolase, aldolase A yang terdapat dalam sebagian besar jaringan , aldolase B
terdapat dalam sel hepar dan ginjal. Semuanya terdiri dari empat subunit
polipeptida yang berbeda komposisi asam amino-nya.
Gliseraldehida 3-fosfat « Dihidroksi asetonfosfat (DHAP).
Kedua triosa tersebut diatas
"interconverted", dapat saling berubah dengan adanya enzim
fosfotriosa isomerase.
Sampai dengan reaksi ini satu glukosa
terpakai dan memerlukan dua ATP.
Selanjutnya glikolisis berjalan dengan
oksidasi gliseraldehid 3-fosfat (gliseraldehida 3-P) menjadi
1,3-bisfosfogliserat. Karena adanya enzim fosfotriosa isomerase, dihidroksi
asetonfosfat juga dioksidasi.Enzim yang bertanggung jawab pada reaksi ini
adalah gliseraldehida 3-P dehidrogenase yang mana aktifitasnya tergantung
adanya NAD+. Enzim ini
terdiri dari empat polipeptida yang identik membentuk tetramer. Empat gugusan
-SH terdapat pada tiap polipeptida, mungkin berasal dari residu sistein
(cysteine). Satu gugusan -SH terdapat
pada "active site". Reaksinya berjalan sebagai berikut.
Mula-mula substrat berikatan dengan
"cysteinyl moiety" pada dehidrogenase membentuk suatu tiohemiasetal,
yang kemudian dioksidasi menjadi tiol-ester. Atom hidrogen yang terlepas
dipindah pada NAD+ yang terikat pada enzim. NADH yang terbentuk,akan
terikat pada enzim juga tapi tidak sekuat NAD+, sehingga NADH ini mudah diganti oleh NAD+
yang lain.
Energi yang terjadi pada oksidasi ini
terwujud dalam ikatan sulfat energi tinggi, yang kemudian dengan fosforolisis
menjadi ikatan fosfat energi tinggi pada posisi satu dari
1,3-bisfosfo-gliserat.Pada fosforolisis diatas, Pi ditambahkan dan enzim bebas
serta gugus -SH bebas terbentuk. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi
ATP pada reaksi dengan ADP yang dikatalisis enzim fosfogliserat kinase. Reaksi
ini menghasilkan 3-fosfogliserat.
Jadi oksidasi fosfogliseraldehid menjadi
fosfogliserat, dimana terlepas suatu energi, energi ini dipakai oleh reaksi
pengambilan fosfat inorganik dan sintesis ATP; rangkaian reaksi-reaksi ini
merupakan suatu "coupled
reaction".Karena ada dua molekul triosafosfat yang dioksidasi, maka
akan terbentuk dua molekul ATP. Pada reaksi ini NAD+ tereduksi
menjadi NADH. Reaksi tersebut diatas adalah suatu contoh dari fosforilasi pada
tingkat substrat.
Apabila ada asam arsenat, maka zat ini akan berkompetisi dengan Pi yang akan
menghasilkan arseno-3-fosfogliserat, yang akan terhidrolisis spontan
menghasilkan 3-fosfogliserat tanpa menghasilkan ATP. Ini suatu contoh arsenat
dapat "uncoupled" oksidasi dan fosforilasi.
Selanjutnya 3-fosfogliserat diubah menjadi
2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat
mutase. Reaksi berikutnya
dikatalisis oleh enzim enolase; pada
reaksi ini terjadi perubahan struktur molekul hingga terbentuk ikatan fosfat
bertenaga tinggi pada posisi 2, yaitu fosfoenolpiruvat.
Enolase dihambat oleh fluorida ( F ). Dalam praktek fluorida
ditambahkan ke dalam larutan pada penentuan glukosa,juga kedalam pasta gigi.
Kerja enzim ini tergantung adanya Mn++ atau Mg++.
Reaksinya sebagai berikut:
2-fosfogliserat « Fosfoenolpiruvat + H2O.
Fosfat bertenaga tinggi dari fosfoenolpiruvat dipindah ke ADP menjadi
ATP, yang dikatalisis enzim piruvat
kinase.
Reaksinya:
ADP ATP
Fosfoenolpiruvat ßà Enolpiruvat
Piruvat kinase
Enzim piruvat kinase hepar berbeda
sifatnya dengan enzim piruvat kinase otot. Pada otot konsentrasi ATP yang
tinggi akan menghambat enzim ini. Pada hepar enzim ini dapat dihambat oleh ATP
dan alanin, tapi adanya fruktosa 1,6-difosfat dengan konsentrasi tinggi, akan
dapat menghilangkan hambatan ini. Dalam hepar enzim ini dihambat juga oleh asam
lemak rantai panjang dan asetil-KoA.
Dalam hepar glukagon menghambat glikolisis dan merangsang glukoneogenesis
dengan meningkatkan konsentrasi cAMP. Senyawa ini kemudian mengaktivasi
"cAMP dependent protein kinase". Protein kinase yang aktif ini akan
mengkatalisis fosforilasi enzim piruvat kinase
menjadi piruvat kinase-P. Enzim piruvat kinase-P me-rupakan bentuk tidak
aktif. Dengan demikian glukagon menghambat glikolisis.
Sampai dengan reaksi ini hasil netto dari
perubahan glukosa menjadi dua asam piruvat adalah dua ATP, yaitu pada awal
jalur ini dibutuhkan dua ATP dan kemudian menghasilkan empat ATP. Pada keadaan anaerobik reoksidasi NADH
melalui rantai respirasi tidak berjalan. Asam piruvat akan dirubah menjadi asam
laktat, yang dikatalisis enzim laktat
dehidrogenase.
Reaksinya:
laktat dehidrogenase
Asam piruvat +
NADH ßà L-laktat + NAD+
Dengan demikian reoksidasi NADH melalui
asam laktat memungkinkan glikolisis berlangsung tanpa oksigen, karena NAD+
yang terbentuk cukup untuk kebutuhan enzim gliseraldehid-3-fosfat
dehidrogenase. Jadi jaringan pada keadaan hipoksia ada tendensi untuk membentuk
asam laktat, terutama dalam otot bergaris. Asam laktat yang terbentuk akan
masuk ke peredaran darah dan bisa didapatkan dalam urine.
b.
Sel Darah Merah
Glikolisis dalam eritrosit sekalipun dalam
keadaan aerobik akan menghasilkan asam laktat, karena enzim-enzim yang
dapat mengoksidasi asam piruvat secara
aerobik tidak ada dalam sel da-rah merah.
Dalam eritrosit golongan mammalia tahapan yang dikatalisis fosfogliserat kinase di " by
passed " dengan adanya enzim bisfosfogliserat
mutase dan enzim 2,3-bisfosfogliserat
fosfatase (gambar-4). Akibat adanya dua enzim ini ATP tidak terbentuk dan
ini memungkinkan glikolisis berlangsung apabila kebutuhan ATP minimum.
2,3-bisfosfogliserat bergabung dengan hemoglobin sehingga menyebabkan affinitas
hemoglobin terhadap oksigen menurun. Kurve dissosiasi oksigen hemoglobin
bergerak ke kanan. Dengan demikian adanya 2,3-bisfosfogliserat dalam sel darah
merah membantu pelepasan oksigen untuk keperluan jaringan.
Reaksinya :
Enzim 1
1,3-bisfosfogliserat ® 2,3-bisfosfogliserat
Enzim 2
¯
3-fosfogliserat.
Enzim
1 : bisfosfogliserat mutase
Enzim
2: 2,3-bisfosfogliserat fosfatase
Dalam glikolisis ada tiga reaksi boleh dikatakan
secara fisiologis satu arah, yaitu reaksi yang dikatalisis enzim-enzim :
1. heksokinase ( dan glukokinase )
2. fosfofruktokinase
3. piruvat kinase
c.
OKSIDASI ASAM PIRUVAT MENJADI ASETIL-KoA
Asam piruvat dapat masuk ke dalam mitokhondria
dengan pertolongan suatu transporter. Asam piruvat mengalami
oksodasi-dekarboksilasi oleh suatu enzim yang tersusun rapi dalam matriks
mitokhondria. Enzim-enzim ini disebut piruvat dehidrogenase kompleks
Mula-mula asam piruvat mengalami
dekarboksilasi. Reaksi ini dikatalisis enzim piruvat dehidrogenase. Tiamin
pirofosfat bertindak sebagai ko-enzim. Dalam reaksi ini terbentuk CO2 dan a-hidroksietil-tiaminpirofosfat atau
disebut juga "aktif asetaldehid". Senyawa yang disebut belakangan ini
dipindah ke prostetik lipoamide, yang merupakan bagian dari enzim transasetilase. Dalam perpindahan
ini disulfida dari lipoamide tereduksi, asetildehida teroksidasi menjadi asetil
aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian bereaksi
dengan koenzim-A, membentuk asetil-S-KoA, dan menghasilkan lipoamide dalam
bentuk disulfhidril(tereduksi). Koenzim yang tereduksi ini dioksidasi kembali
oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase. Flavoprotein yang
tereduksi kemudian dioksidasi oleh NAD+. Ringkasnya, reaksinya
adalah sebagai berikut:
CH3COCOOH
+ HSCoA +
NAD+ ® CH3CO-SCoA +
NADH + H+
Piruvat dehidrogenase diaktifasi oleh
fruktosa difosfat, dan dihambat oleh hasil reaksinya yaitu NADH dan asetilKoA.
Enzim ini juga dihambat oleh aktivitas oksidasi asam lemak, yang mana akan
meningkatkan rasio Asetil-KoA / KoA, NADH / NAD+ dan ATP / ADP.
Peningkatan rasio diatas akan mengaktivasi piruvat dehidrogenase (PDH) kinase yang
akan mengkatalisis fosforilasi enzim PDH a menjadi PDH b yang tidak aktif. PDH
fosfatase akan menghidrolisis PDH b menjadi PDH a yang aktif. PDH fosfatase
diaktivasi oleh insulin. Arsenit atau ion merkuri membentuk komplek dengan
gugusan -SH dari asam lipoat dan menghambat piruvat dehidrogenase. Kekurangan
tiamin akan menyebabkan asam piruvat tertimbun.
2.
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 energy.
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 olehglukokinase.
2. Glukosa 6-fosfat diubah
menjadi glukosa 1-fosfatdalam 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 denganuridin trifosfat (UTP) untuk
membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir
oleh enzim UDPGlc pirofosforilase.
UTP + Glukosa
1-fosfat « UDPGlc + PPi
4. Hidrolisis pirofosfat
inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kea
rah kanan persamaan reaksi
5. Atom C1 pada
glukosa yang diaktifkan olehUDPGlc 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 (disebutglikogen 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 membentukrangkaian 1à6 sehingga membuat titik
cabangpada 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.
Tampak
bahwa setiap penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir
oleh enzim glikogen sintase. Sekelompok glukosa dalam rangkaian
linier dapat putus dari glikogen induknya dan berpindah tempat untuk membentuk
cabang. Enzim yang berperan dalam tahap ini adalah enzim pembentuk
cabang (branching enzyme).
3.
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 +
Pi à (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat
Glikogen Glikogen
Glukan
transferase dibutuhkan
sebagai katalisatorpemindahan 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.
4.
GLUKONEOGENESIS
Glukoneogenesis adalah suatu pembentukan
glukosa dari senyawa yang bukan karbohidrat. Glukoneogenesis penting sekali
untuk menyediakan glukosa, apabila didalam diet tidak mengandung cukup
karbohidrat. Syaraf, medulla dari ginjal, testes, jaringan embriyo dan
eritrosit memerlukan glukosa sebagai sumber utama penghasil energi. Glukosa
diperlukan oleh jaringan adiposa untuk menjaga senyawa antara siklus asam
sitrat. Didalam mammae, glukosa diperlukan untuk membuat laktosa. Didalam otot,
glukosa merupakan satu-satunya bahan untuk membentuk energi dalam keadaan
anaerobik.
Untuk membersihkan darah dari asam
laktat yang selalu dibuat oleh sel darah merah dan otot, dan juga gliserol yang
dilepas jaringan lemak, diperlukan suatu proses atau jalur yang bisa
memanfaatkannya.
Pada hewan memamah biak, asam propionat
merupakan bahan utama untuk glukoneogenesis.
Jalur yang dipakai dalam glukoneogenesis
adalah modifikasi dan adaptasi dari jalur Embden-Meyerhof dan siklus asam
sitrat.
Enzim tambahan yang diperlukan dalam
proses ini selain dari enzim-enzim dalam kedua jalur diatas adalah :
1)
Piruvat karboksilase.
2)
Fosfoenolpiruvat karboksikinase.
3)
Fruktosa 1,6-bisfosfatase (tidak ada
dalam otot jantung dan otot polos).
4)
Glukosa 6-fosfatase.
Dalam keadaan puasa, enzim piruvat
karboksilase dan enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase sintesisnya meningkat.
Sintesis enzim ini juga dipengaruhi oleh hormon glukokortikoid. Dalam keadaan
puasa, oksidasi asam lemak dalam hepar meningkat. Ini membawa akibat yang
menguntungkan untuk glukoneogenesis karena akan menghasilkan ATP, NADH dan
oksaloasetat.
Asam lemak dan asetil-KoA akan menghambat
enzim-enzim fosfofruktokinase, piruvat kinase dan piruvat dehidrogenase,
mengaktifkan enzim-enzim piruvat karboksilase dan fruktosa 1,6-bisfosfatase.
Substrat untuk glukoneogenesis adalah :
1)
asam laktat yang berasal dari otot, sel
darah merah, medulla dari glandula supra-renalis, retina dan sumsum tulang.
2)
gliserol, yang berasal dari jaringan
lemak dan asam amino yang berasal dari protein.
3)
asam propionat, yang dihasilkan dalam
proses pencernaan pada hewan memamah biak.
4)
asam amino glikogenik.
Perubahan
asam laktat menjadi glukosa
Asam laktat di dalam sitoplasma diubah
menjadi asam piruvat, kemudian asam piruvat masuk ke dalam mitokhondria dan
diubah menjadi oksaloasetat. Karena oksaloasetat tidak dapat melewati membran
mitokhondria, maka diubah dulu menjadi malat. Di sitoplasma malat diubah
kembali menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi
fosfoenolpiruvat yang selanjutnya berjalan ke arah kebalikan jalur
Embden-Meyerhof dan akhirnya akan menjadi glukosa.Pada diagram dapat juga kita
lihat reaksi-reaksi yang diperlukan untuk mengubah gliserol dan asam-asam amino
glukogenik menjadi glukosa. Asam amino glukogenik masuk ke dalam jalur
glukoneogenesis ditandai dengan bundaran dan panah pada siklus asam tri
karboksilat ( TCA cycle ).
Beberapa reaksi dan enzim-enzim tambahan
untuk mengubah asam laktat menjadi glukosa (selain jalur kebalikan glikolisis
dan TCA cycle) adalah :
Enzim piruvat karboksilase mengkatalisis
reaksi
1) Piruvat
® Oksaloasetat (gambar 15-16).
Dalam reaksi ini diperlukan ATP, CO2
(berasal dari H2CO3), biotin ( yang diperlukan untuk
mengikat bikarbonat pada enzim sebelum ditambahkan pada asam piruvat ) dan ion
Mg.
2) Enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase
(ekstra mitokhondrial) mengkatalisis reaksi :
Oksaloasetat ® Fosfoenolpiruvat
Dalam
reaksi ini diperlukan "high energy phosphate" GTP atau ATP, dan akan
terbentuk CO2.
3). Enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase akan
mengkatalisis reaksi :
Fruktosa 1,6-bisfosfat ® Fruktosa 6-fosfat
Enzim
ini bisa didapatkan dalam hati, ginjal otot bergaris, sedangkan jaringan lemak,
otot jantung dan otot polos tidak mengandung enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase.
4).
Enzim glukosa 6-fosfatase mengkatalisis reaksi :
Glukosa
6-fosfat ® Glukosa
Enzim
ini terdapat dalam usus halus, hati, ginjal dan platelet, akan tetapi tidak
bisa dijumpai dalam otot dan jaringan lemak.
Enzim
gliserokinase mengkatalisis reaksi :
Gliserol ® Gliserol 3-fosfat
Dalam reaksi ini diperlukan ATP dan
menghasilkan ADP. Enzim ini terutama terdapat dalam hati dan ginjal.
Enzim gliserol 3-fosfat dehidrogenase
mengkatalisis reaksi :
Gliserol
3-fosfat ® Dihidroksi aseton fosfat ( DHAP )
Asam propionat perlu diaktivasi dahulu
menjadi propionil-KoA. Ensim tiokinase mengkatalisis reaksi ini dan memerlukan
ATP , KoA dan ion Mg. Selanjutnya propionil-KoA diubah menjadi
D-metilmalonil-KoA, selanjutnya setelah mengalami rasemisasi akan diubah
menjadi L-metilmalonil-KoA. Senyawa ini kemudian akan diubah menjadi
suksinil-KoA yang akan masuk ke dalam siklus asam sitrat yang akhirnya akan
diubah menjadi glukosa melalui kebalikan jalur Embden-Meyerhof.
Pada burung dara, ayam dan marmut
fosfoenolpiruvat (PEP) kaboksikinase hepar terdapat dalam mitokhondria. PEP
yang terbentuk keluar dari mitokhondria. PEP karboksikinase pada tikus terdapat
di sitoplasma. Malat keluar. Pada manusia, guinea pig dan sapi PEP
karboksikinase terdapat di dalam dan di luar mitokhondria.
KESIMPULAN
Metabolism merupakan
metodifikasi senyawa kimia secara biokimia dan organism san sel. Metabolism
mencakup anabolisme dan katabolisme molekul organic komplek Karbohidrat
merupakan komponen pangan yang menjadi sumber energy utama dan sumber serat
makanan. Komponen ini disusun oleh 3 unsur utama, yaitu karbon ( C), hydrogen
(H) dan oksigen (O) serta hidrat sehingga dinamakan karbohidrat. Tujuan akhir pencernaan dan absorpsi
karbohidrat adalah mengubah karbohidrat menjadi ikatan-ikatan lebih kecil,
terutama berupa glukosa dan fruktosa, sehingga dapat diserap oleh pembulu darah
melalui dinding usus halus. Pencernaan karbohidrat kompleks dimulai di mulut
dan berakhir di usus. Proses Metabolism karbohidrat dilakukan beberapa tahap,
yaitu glikolisis, glikogenesis, glikogenolisis dan glukoneogenesis
DAFTAR PUSTAKA
Bondy P.K. and
Rosenberg L.E. : Duncan's Diseases of Metabolism Genetic Metabolism and
Endocrino-logy. Seventh Ed. Asian Ed. W.B. Saunder Comp. Igaku Shoin Ltd. Tokyo
1974. pp 245 - 250.
Devlin T.M. : Texbook
of Biochemistry with Clinical correlation. Third Ed. John Wiley & Son Pub.
Singapore. 1992. pp 351, 1077 - 1081
Lehninger A.L.,
Nelson D.L and Cox M.M : Principles of Biochemistry. Second Ed. Worth Publ.
Inc. New York. 1993. pp 298, 598-599
Martini,
dr. Tri. “DIKTAT 1 BIOKIMIA”, Biomolekul Enzim hormon.
Murry R.M.,
Granner D.K., Mayes P.A. and Rodwell V.W.: Harper's Biochemistry.
Twenty-sixthth Edition. Appleton & Lance. Englewood Cliffs. New Jersey.
USA. 2003. pp 122 – 129, 136 – 172.
Robert G.P dkk :
Harrison's Principles of Internal Medicine. Tenth Ed. International Student
Edition. McGrawHill Book Copm. Tokyo. 1985 pp 1873
Rypier's Medical
Licensure Examination. 13th Ed. J.P. Lippincott Comp. Phil. 1981. pp 245 - 261.
