Karbohidrat adalah komponen dalam makanan yang merupakan sumber energi yang utama bagi organisme hidup. Dalam makanan kita, karbohidrat terdapat sebagai polisakarida yang dibuat dalam tumbuhan dengan cara fotosintesis. Tumbuhan merupakan gudang yang menyimpan karbohidrat dalam bentk amilum dan selulosa. Amilum digunakan oleh hewan dan manusia apabila ada kebutuhan untuk memproduksi energi. Di samping dalam tumbuhan, dalam tubuh hewan dan manusia juga terdapat karbohidrat yang merupakan sumber energi, yaitu glikogen. Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis, baik dalam mulut, lambung maupun usus. Hasil akhir proses pencernaan karbohidrat ini ialah glukosa, fruktosa, galaktosa, dan manosa serta monosakarida lainnya. Senyawa-senyawa ini kemudian diabsorbsi melalui dinding usus dan dibawa ke hati oleh darah. Dalam sel-sel tubuh, karbohidrat mengalami berbagai proses kimia. Proses inilah yang mempunyai peranan penting dalam tubuh kita. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sel ini tidak berdiri sendiri, tetapi saling berhubungan dan saling mempengaruhi. Sebagai contoh apabila banyak glukosa yang teroksidasi untuk memproduksi energi, maka glikogen dal;am hati akan mengalami proses hidrolisis untuk membentuk glukosa. Sebaliknya apabila suatu reaksi tertentu menghasilkan produk yang berlebihan, maka ada reaksi lain yang dapat menghambat produksi tersebut. Dalam hubungan antar reaksi ini enzi-enzim mempunyai peranan sebagai pengatur dan pengendali. Proses kimia yang
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Karbohidrat adalah komponen dalam makanan yang merupakan sumber energi yang
utama bagi organisme hidup. Dalam makanan kita, karbohidrat terdapat sebagai polisakarida
yang dibuat dalam tumbuhan dengan cara fotosintesis. Tumbuhan merupakan gudang yang
menyimpan karbohidrat dalam bentk amilum dan selulosa. Amilum digunakan oleh hewan dan
manusia apabila ada kebutuhan untuk memproduksi energi. Di samping dalam tumbuhan, dalam
tubuh hewan dan manusia juga terdapat karbohidrat yang merupakan sumber energi, yaitu
glikogen.
Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis, baik dalam
mulut, lambung maupun usus. Hasil akhir proses pencernaan karbohidrat ini ialah glukosa,
fruktosa, galaktosa, dan manosa serta monosakarida lainnya. Senyawa-senyawa ini kemudian
diabsorbsi melalui dinding usus dan dibawa ke hati oleh darah.
Dalam sel-sel tubuh, karbohidrat mengalami berbagai proses kimia. Proses inilah yang
mempunyai peranan penting dalam tubuh kita. Reaksi-reaksi kimia yang terjadi dalam sel ini
tidak berdiri sendiri, tetapi saling berhubungan dan saling mempengaruhi. Sebagai contoh
apabila banyak glukosa yang teroksidasi untuk memproduksi energi, maka glikogen dal;am hati
akan mengalami proses hidrolisis untuk membentuk glukosa. Sebaliknya apabila suatu reaksi
tertentu menghasilkan produk yang berlebihan, maka ada reaksi lain yang dapat menghambat
produksi tersebut. Dalam hubungan antar reaksi ini enzi-enzim mempunyai peranan sebagai
pengatur dan pengendali. Proses kimia yang terjadi dalam sel ini disebut metabolisme. Oleh
karena itu, dalam makalah ini akan dijelaskan satu persatu tentang proses metabolisme
karbohidrat, sehingga pembaca akan lebih mengerti.
B. Rumusan Masalah
1. Apa yang dimaksud dengan metabolisme, karbohidrat, dan metabolisme karbohidrat?
2. Berapa macam proses metabolisme karbohidrat pada tubuh manusia?
BAB II
PEMBAHASAN
1. Pengertian Metabolisme, Karbohidrat, dan Metabolisme Karbohidrat
1.1.Pengertian Metabolisme
Metabolisme adalah segala proses reaksi kimia yang terjadi di dalam 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. Semua reaksi metabolisme dikatalis oleh enzim. Hal lain yang
penting dalam metabolisme adalah peranannya dalam penawar racun atau detoksifikasi.
1.2.Pengertian Karbohidrat
Karbohidrat yaitu senyawa organik yang terdiri dari unsur karbon (C), hidrogen (H), dan
oksigen (O). Terdiri atas unsur C, H, O dengan perbandingan 1 atom C, 2 atom H, 1 atom O.
karbohidrat banyak terdapat pada tumbuhan dan binatang yang berperan struktural & metabolik.
Sedangkan pada tumbuhan, untuk sintesis CO2 dan H2O akan menghasilkan amilum / selulosa
melalui proses fotosintesis, sedangkan binatang tidak dapat menghasilkan karbohidrat sehingga
tergantung tumbuhan. Karbohidrat merupakan sumber energi dan cadangan energi yang diproses
melalui proses metabolisme.
Banyak sekali makanan yang kita makan sehari-hari adalah sumber karbohidrat seperti nasi,
singkong, umbi-umbian, gandum, sagu, jagung, kentang, dan beberapa buah-buahan lainnya.
Rumus umum karbohidrat yaitu (CH2O)n, sedangkan yang paling banyak kita kenal yaitu
glukosa dengan rumus C6H12O6, sukrosa dengan rumus C12H22O11, selulosa dengan rumus
(C6H10O5)n.
Fungsi Karbohidrat
Ada banyak fungsi dari karbohidrat dalam penerapannya di industri pangan, farmasi
maupun dalam kehidupan manusia sehari-hari. Di antara fungsi dan kegunaan itu ialah sebagai
berikut :
a. Sebagai sumber kalori atau energi
b. Sebagai bahan pemanis dan pengawet
c. Sebagai bahan pengisi dan pembentuk
d. Sebagai bahan penstabil
e. Sebagai sumber flavor (karamel)
f. Sebagai sumber serat
Klasifikasi Karbohidrat
Karbohidrat dapat dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon,
lokasi gugus karbonil (-C=O), serta stereokimia. Berdasarkan jumlah unit gula dalam rantai,
karbohidrat digolongkan menjadi 4 golongan utama yaitu:
1. Monosakarida : terdiri atas 3-6 atom C dan zat ini tidak dapat lagi dihidrolisis oleh larutan asam
dalam air menjadi karbohidrat yang lebih sederhana. Monosakarida yang paling sederhana ialah
gliseraldehida dan dihidroksiaseton. Sedangkan monosakarida yang penting bagi tubuh adalah
glukosa, fruktosa, dan galaktosa.
2. Disakarida : senyawanya terbentuk dari 2 molekul monosakarida yg sejenis ataupun berbeda.
Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air sehingga terurai menjadi 2 molekul
monosakarida. Contoh dari disakarida adalah maltosa (glukosa+glukosa), laktosa
(glukosa+galaktosa), dan sukrosa (glukosa+fruktosa).
3. Oligosakarida : senyawa yang terdiri dari gabungan 3 – 10 monosakarida. Misalnya trisakarida
dan tetrasakarida.
4. Polisakarida : senyawa yang terdiri dari gabungan lebih dari 10 molekul- molekul
monosakarida, senyawa ini bisa dihidrolisis menjadi banyak molekul monosakarida. Polisakarida
merupakan jenis karbohidrat yang mempunyai struktur rantai lurus maupun bercabang. Misanya
amilum, glikogen, dekstrin, dan selulosa.
1.3.Metabolisme Karbohidrat
Metabolisme mengakar pada kata “metabole” dari bahasa Yunani yang berarti berubah.
Dalam dunia ilmu pengetahuan, secara sederhana metabolisme diartikan sebagai proses kimiawi
yang berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup yang bertujuan untuk menghasilkan energi.
Proses metabolisme karbohidrat secara garis besar terdiri dari dua cakupan yakni reaksi
pemecahan atau katabolisme dan reaksi pembentukan atau anabolisme. Pada proses
pembentukan, salah satu unsur yang harus terpenuhi adalah energi. Energi ini dihasilkan dari
proses katabolisme.
Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:
1. Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)
Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk struktur dan mesin
tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.
2. Lintasan katabolik (pemecahan)
Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam
bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi
oksidatif.
3. Lintasan amfibolik (persimpangan)
Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme
sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh
dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat.
Metabolisme karbohidrat pada manusia terutama :
• Glikolisis, yaitu oksidasi glukosa atau glikogen menjadi piruvat dan asam laktat melalui
Embden-Meyerhof Pathway (EMP).
• Glikogenesis, yaitu sintesis glikogen dari glukosa.
• Glikogenolisis, yaitu pemecahan glikogen, pada hepar hasil akhir adalah glukosa, sedangkan
di otot diubah menjadi piruvat dan asam laktat.
• Siklus Krebs atau siklus asam trikarboksilat atau siklus asam sitrat adalah suatu jalan
bersama dari oksidasi karbohidrat, lemak dan protein melalui asetil-Ko-A dan akan
dioksidasikan secara sempurna menjadi CO2 & H2O.
• Heksosa Monofosfat Shunt atau siklus pentosa fosfat adalah suatu jalan lain dari oksidasi
glukosa selain EMP dan siklus Krebs.
• Glukoneogenesis, yaitu pembentukan glukosa atau glikogen dari zat-zat bukan karbohidrat.
• Oksidasi asam piruvat menjadi asetil Ko-A, yaitu lanjutan dari glikolisis serta menjadi
penghubung antara glikolisis dan siklus Krebs.
2. Macam-macam Proses Metabolisme Karbohidrat
1. Glikolisis
Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel
melalui proses difusi. Agar dapat bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal
ini mengakibatkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu
oleh enzim heksokinase. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah molekul
gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan bantuan satu ATP dan enzim fosfoheksokinase. Proses
selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya adalah 4 molekul ATP dan hasil akhir
berupa 2 molekul asam piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yang terjadi sebagai
berikut
Glikolisis merupakan proses pengubahan molekul sumber energi, yaitu glukosa yang mempunyai 6
atom C manjadi senyawa yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat yang mempunyai 3 atom C.
Reaksi ini berlangsung di dalam sitosol (sitoplasma).
Reaksi glikolisis mempunyai sembilan tahapan reaksi yang dikatalisis oleh enzim tertentu,
Dari sembilan tahapan reaksi tersebut dapat dikelompokkan menjadi dua fase, yaitu fase investasi
energi, yaitu dari tahap 1 sampai tahap 4, dan fase pembelanjaan energi, yaitu dari tahap 5
sampai tahap 9.
Pertama-tama, glukosa mendapat tambahan satu gugus fosfat dari satu molekul ATP, yang
kemudian berubah menjadi ADP, membentuk glukosa 6-fosfat.
Setelah itu, glukosa 6-fosfat diubah oleh enzim menjadi isomernya, yaitu fruktosa 6-fosfat. Satu
molekul ATP yang lain memberikan satu gugus fosfatnya kepada fruktosa 6-fosfat, yang
membuat ATP tersebut menjadi ADP dan fruktosa 6-fosfat menjadi fruktosa 1,6-difosfat.
Kemudian, fruktosa 1,6-difosfat dipecah menjadi dua senyawa yang saling isomer satu sama
lain, yaitu dihidroksi aseton fosfat dan PGAL (fosfogliseraldehid atau gliseraldehid 3-fosfat).
Tahapan-tahapan reaksi diatas itulah yang disebut dengan fase investasi energi.
Selanjutnya, dihidroksi aseton fosfat dan PGAL masing-masing mengalami oksidasi dan
mereduksi NAD+, sehingga terbentuk NADH, dan mengalami penambahan molekul fosfat
anorganik (Pi) sehingga terbentuk 1,3-difosfogliserat.
Kemudian masing-masing 1,3-difosfogliserat melepaskan satu gugus fosfatnya dan berubah
menjadi 3-fosfogliserat, dimana gugus fosfat yang dilepas oleh masing-masing 1,3-
difosfogliserat dipindahkan ke dua molekul ADP dan membentuk dua molekul ATP.
Setelah itu, 3-fosfogliserat mengalami isomerisasi menjadi 2-fosfogliserat. Setelah menjadi 2-
fosfogliserat, sebuah molekul air dari masing-masing 2-fosfogliserat dipisahkan, menghasilkan
fosfoenolpiruvat.
Terakhir, masing-masing fosfoenolpiruvat melepaskan gugus fosfat terakhirnya, yang kemudian
diterima oleh dua molekul ADP untuk membentuk ATP, dan berubah menjadi asam piruvat.
Setiap pemecahan 1 molekul glukosa pada reaksi glikolisis akan menghasilkan produk kotor
berupa 2 molekul asam piruvat, 2 molekul NADH, 4 molekul ATP, dan 2 molekul air.
Akan tetapi, pada awal reaksi ini telah digunakan 2 molekul ATP, sehingga hasil bersih reaksi ini
adalah 2 molekul asam piruvat (C3H4O3), 2 molekul NADH, 2 molekul ATP, dan 2 molekul air.
Walaupun empat molekul ATP dibentuk pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi
keseluruhan adalah dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yang harus diberikan pada fase
awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen.
2. Dekarboksilasi Oksidatif
Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA
(koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan
hilang sebagai CO2 dan akan berdifusi keluar sel. Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan
mengalami oksidasi sehingga gugus hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh akseptor elektron
NAD+.
Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA.
Hasil akhir dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2
molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1. Berdasarkan hal
tersebut, dapat diketahui betapa pentingnya vitamin B dalam tubuh hewan maupun tumbuhan.
3. Siklus Krebs
Proses selanjutnya adalah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga dihasilkan
banyak akseptor elektron. Selain disebut sebagai daur asam sitrat, proses ini disebut juga daur
Krebs. Hans A. Krebs adalah orang yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini
pada tahun 1930. Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus.
Berikut adalah tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat.
Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat.
Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan molekul air.
Perubahan formasi asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.
Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan bantuan enzim asam isositrat
dehidrogenase, membentuk asam α-ketoglutarat. NAD+ akan mendapatkan donor elektron dari
hidrogen untuk membentuk NADH. Asam α-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil
KoA.
Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan donor fosfat
menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.
Asam suksinat dengan bantuan suksinat dehidrogenase akan berubah menjadi asam fumarat
disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini, elektron akan ditangkap oleh akseptor
FAD menjadi FADH2.
Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan bantuan enzim fumarase.
Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan bantuan enzim asam malat
dehidrogenase. NAD+ akan menerima sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk
NADH.
Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan dapat dimulai lagi dengan sumbangan dua
gugus karbon dari asetil KoA.
4. Transfer Elektron
Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akibat
penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron
untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yakni ATP. Reaksi ini berlangsung di dalam
membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu
oleh enzim pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yang melibatkan NADH
(Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), dan molekul-
molekul lainnya. Dalam pembentukan ATP ini, ada akseptor elektron yang akan memfasilitasi
pertukaran elektron dari satu sistem ke sistem lainnya.
Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah oleh enzim (substrat).
Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut : 2H → 2H+ + 2e (Elektron).
NADH dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen kepada flavoprotein (FP),
flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang bertindak sebagai pembawa ion hidrogen. Dari
flavoprotein atau FAD, setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma
untuk membentuk molekul H2O.
Elektron akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung besi dan sulfur (FeSa dan
FeSb) → sitokrom b → koenzim quinon → sitokrom b2 sitokrom o → sitokrom c → sitokrom
a → sitokrom a3, dan terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk
H2O. Perhatikan gambar.
Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H2O) dihasilkan melalui NADH dan 1
molekul H2O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H2O yang melalui NADH setara dengan 3 ATP
dan 1 molekul air yang melalui FAD setara dengan 2 ATP.
Walaupun ATP total yang tertera pada Tabel 1 adalah 38 ATP, jumlah total yang
dihasilkan pada proses respirasi adalah 36 ATP. Hal tersebut disebabkan 2 ATP digunakan oleh
elektron untuk masuk ke mitokondria.
No Proses Akseptor ATP
1. Glikolisis → 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP
2. Siklus Krebs
2 asam piruvat → 2 asetil KoA + 2CO2 2 NADH 2ATP
2 asetil KoA → 4CO2 6 NADH
3. Rantai transfer elektron
10NADH + 502 → 10NAD+ + 10H2O
2 FADH2 + O2 → 2 FAD + 2H2O
30 ATP
4 ATP
34 ATP
5. Glikogenesis
Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen
untuk disimpan di dalam hati.
Lintasan diaktivasi di dalam hati, oleh hormon insulin sebagai respon terhadap rasio gula
darah yang meningkat, misalnya karena kandungan karbohidrat setelah makan; atau teraktivasi
pada akhir siklus Cori. Penyimpangan atau kelainan metabolisme pada lintasan ini disebut
glikogenosis.
Proses glikogenesis adalah sebagai berikut :
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.
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.