Metabolisme karbohidrat

Metabolisme karbohidratAy Ly MargaretDepartemen biokimia kimia FKUAJBMS 42013LOPenggunaan glukosa sebagai sumber energiPenyimpanan glukosa dalam bentuk glikogenPembentukan glukosa dari pemecahan glikogenPembentukan glukosa dari prekursor non KHDiet KH (polisakarida, disakarida, monosakarida) dicerna diabsorpsi dimetabolismeGlukosa merupakan sumber energi untuk semua selMell proses glikolisis dengan atau tanpa O2 ATP Otak dan eritrosit (matur) menggunakan glukosa sbg sumber energi utama

Absorpsi KH

overview

glikolisisTerjadi di sitosolGlukosa difosforilasi mjd G6P o/ heksokinase dioksidasi mjd 2 molekul piruvat + 2 NADHG6P glikolisis, sintesis glikogen, HMP shuntjika O2 tdk ckp piruvat direduksi mjd laktat ATP (pbtkan ATP tk substrat)Jika O2 ckp piruvat dioksidasi lengkap o/ kompleks PDH dan enzim siklus Krebs CO2 + H2O + ATP(pbtkan ATP mell fosforilasi oksidatif)Ketika persediaan O2 sel terbatas / sdkt mitokondria/tdk ada mitokondria/ kebutuhan ATP yang sangat tinggi glikolisis anaerobEnergi yg dihslkan glikolisis anaerob < glikolisis aerob (2 mol ATP per 1 mol glukosa)Regulasi : insulin menginduksi heksokinase, PFK1, dan piruvat kinase glikolisis meningkat (glukagon sebaliknya)Kebanyakan sel memiliki heksokinase, sdgkan sel parenkim hepar dan sel beta pankreas memiliki glukokinase

Heksokinase vs glukokinaseHeksokinase terdapat pada kebanyakan jaringan, tmsk otot dan otak Memiliki Km rendah (afinitas tinggi) u/ glukosa inisiasi glikolisis sekalipun pd kadar glukosa darah relatif rendahHeksokinase dihambat oleh glukosa 6 fosfatGlukokinase byk tdp pada sel parenkim hepar dan sel beta pankreas Memiliki Km tinggi (afinitas rendah) u/ glukosa (Km tinggi thd glukosa) butuh [glukosa] tinggi u/ aktivitas maks plg aktif ktk kadar glukosa tinggi di vena porta (segera stlh makan)Glukokinase tdk dihambat oleh glukosa 6 fosfatRegenerasi NAD+Berperan pada kontinuitas proses glikolisisJumlah NAD+ di sitosol terbatasNADH NAD+ melalui 2 cara :Reduksi piruvat asam laktatProses transport elektron mell malat aspartat shuttle (ke oksaloasetat) atau gliserol 3 fosfat shuttle (ke DHAP)

Regenerasi NAD+

Siklus CoriglikogenBentuk simpanan glukosaMencukupi kbthan energi antara waktu makan dan selama aktivitasDi otot (sumber energi utk kontraksi otot) dan di hepar (homeostasis glukosa darah)GlikogenesisGlikogenolisisRegulasi : adrenalin (otot & hepar), glukagon (hepar) stimulasi glikogenolisis, menghambat glikogenesis

Metabolisme glikogenglukoneogenesisHomeostasis glukosa darah ketika simpanan glikogen hepar berkurang (puasa dan kelaparan)Sumber : asam laktat, asam amino glukogenik, gliserolRegulasi : insulin defosforilasi PFK2/fru-2,6-BPase aktivasi PFK2 fru-2,6-BPase meningkat aktivasi PFK1 menghambat fru-1,6 BPase glukoneogenesis dihambat, glikolisis distimulasi

glukoneogenesis

Glikolisis vs glukoneogenesisPertemuan 2HMP shuntFungsi utama jalur pentosa fosfat adalah membentuk NADPH dan gula ribosa. NADPH akan digunakan untuk reaksi biosintesis seperti pembentukan asam lemak dan kolesterolgula ribosa akan digunakan untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat. Di eritrosit, NADPH digunakan untuk regenerasi glutation tereduksi. 2 fase : fase oksidatif ireversibel dan fase non oksidatif reversibel

Fungsi HMP shunt di RBCNADPH yg tbtk di RBC digunakan o/ glutation reduktase utk regenerasi glutation tereduksi (GSH) GSH GSSG (fungsi sbg antioksidan) yang berfungsi melindungi sel dari kerusakan yang dapat disebabkan oleh H2O2 maupun peroksida lipid GSH membantu proses reduksi H2O2 oleh enzim glutation peroksidase

Kompleks PDH~jembatan metabolisme KH dengan siklus KrebsDasar : pembentukan asetil koAAsetil koA dibentuk dari koenzim A (terdiri dari suatu adenin, gula ribosa, asam pantotenat, dan gugus sulfidril)Asetil koA merupakan senyawa berenergi tinggi, dapat mendonorkan gugus asetilnya untuk sintesis asam lemak dan siklus krebsAsetil koA dapat dibentuk dari karbohidrat, protein,dan lemak. Asetil koA merupakan bahan untuk sintesis lemak, steroid, dan badan keton.asetil koA dibentuk dari piruvat melalui peristiwa dekarboksilasi oksidatif oleh kompleks piruvat dehidrogenase (PDH)Proses ini terjadi di matriks mitokondria.

Kompleks PDHSiklus KrebsEnergi yg dihslkan langsung berupa ATP atau ekuivalen pereduksi (NADH /FADH2)Reaksi pada siklus ini bersifat amfibolikJalur metabolisme bersama oksidasi KH, lipid, dan protein asetil koAJalur pembentukan senyawa intermediate utk sintesis lipid, asam amino, porfirin, dan glukoneogenesis

Siklus KrebsJenis reaksienzimenergi yg dihasilkanFase I : kondensasi (2C+4C=6C)Sitrat sintase-Fase II :Isomerisasi (dehidrasi rehidrasi)Dekarboksilasi oksidatif (6C5C)Dekarboksilasi oksidatif (5C 4C)Fosforilasi tingkat substratAkonitaseIsositrat dehidrogenaseKompleks ketoglutarat dehidrogenaseSuksinil koAsintetase, nukleosida difosfat kinase (GTPATP) -3 ATP3 ATP1 ATPFase III:OksidasiHidrasioksidasiSuksinat dehidrogenaseFumaraseMalat dehidrogenase2 ATP-3 ATP

Rantai transport elektronhormonfungsiJalur metabolik yg dipengaruhiinsulinPenyimpanan energi setelah makanKonversi glukosa glikogen (otot dan hepar)glukagonMempertahankan glukosa darah selama fase puasaAktivasi glukoneogenesis dan glikogenolisis (hepar) epinefrinMobilisasi energi pada stres akutGlikogenolisis (hepar dan otot)kortisolglukoneogenesisHormon yang berperan

Homeostasis glukosaFed stateGlukosa ditransport dari intestinal menuju hepar melalui vena portaDi hepar, hormon insulin merangsang oksidasi glukosa untuk menghasilkan energi dalam bentuk ATPglukosa yang berlebih akan dikonversi menjadi glikogen dan triasilgliserol atau digunakan untuk reaksi biosintesisGlukosa yang tidak mengalami metabolisme di hepar akan dibawa oleh darah ke jaringan perifer (otak dan jaringan neural, eritrosit, otot, dan jaringan adiposa) untuk dioksidasi sehingga dapat menghasilkan energi juga.1Post absorptiveBeberapa jam setelah makan terjadi pelepasan insulin dan penekanan sekresi glukagon. Keadaan ini mempengaruhi metabolisme di hepar, jaringan adiposa, dan otot. Setelah makan, penggunaan glukosa oleh sel otak tidak mengalami perubahan, namun terjadi peningkatan ambilan glukosa yang tinggi pada jaringan yang dipengaruhi oleh insulin, terutama otot skelet. Glukosa di sel hepar difosforilasi oleh glukokinase menjadi glukosa 6 fosfat. Glukosa yang berlebih secara langsung memasuki jalur HMP shunt untuk menghasilkan NADPH dan H+ yang esensial untuk proses biosintesis seperti lipogenesis dan sintesis kolesterol.

fastingPada kondisi basal (kadar glukosa 80-100 mg/dL) kadar insulin serum rendah dan kadar glukagon tinggi Fase ini dimulai kira-kira 2-4 jam setelah makan, yaitu pada saat kadar glukosa darah kembali ke kadar basal, dan berlanjut sampai kadar glukosa darah meningakt setelah ada asupan makanan lagiDalam waktu 1 jam setelah makan kadar glukoas darah mulai turun. Konsekuensinya terjadi penurunan kadar insulin dan peningkatan kadar glukagon.Perubahan kondisi hormonal ini mencetuskan terjadinya degradasi simpanan glikogen di hepar menjadi glukosa melalui proses glikogenolisis. Selama fase ini, glukosa tetap mengalami oksidasi untuk menghasilkan energi terutama pada sel otak dan eritrosit. Jika dalam beberapa jam setelah ini ada asupan makanan maka masuk pada fed state, sedangkan jika puasa berlanjut hingga 12 jam maka akan masuk pada basal state (postabsorptive state).1Pada kondisi puasa yang berkepanjangan, hepar memproduksi glukosa melalui glikogenolisis dan glukoneogenesis. Namun, karena simpanan glikogen di hepar dalam waktu 30 jam puasa mengalami penurunan maka sumber glukosa darah hanya berasal dari proses glukoneogenesis. Jika puasa terus berlanjut dalam 3 hari atau lebih maka akan masuk pada fase kelaparan. Starved statePuasa yang berkepanjangan dan kelaparan menggambarkan kondisi kadar insulin rendah dan kadar glukagon tinggi yang berkepanjangan. Pada fase ini kebutuhan otak akan glukosa sangat sedikit karena otak telah beradaptasi untuk menggunakan badan keton sebagai sumber energi. Hal ini menyebabkan produksi glukosa oleh hepar (glukoneogenesis) menurun.1 Metabolisme fruktosaFruktosa dapat masuk ke dalam sel tanpa bantuan hormon insulin, seperti halnya pada glukosa. Metabolisme fruktosa terjadi di hepar dan di otot. Di hepar, fruktosa difosforilasi oleh enzim fruktokinase menjadi fruktosa 1 fosfat, selanjutnya dimetabolisme menjadi gliseraldehid 3 fosfat untuk dapat masuk ke proses glikolisis atau glukoneogenesis. Di otot, fruktosa dikonversi menjadi fruktosa 6 fosat oleh enzim heksokinase, kemudian masuk ke proses glikolisis. Gangguan metabolisme fruktosa bersifat autosomal resesif, disebabkan oleh defisiensi enzim kunci yang berperan pada metabolisme fruktosa. Metabolisme sorbitolSorbitol adalah suatu gula alkohol yang dapat disintesis secara endogen dari glukosa oleh beberapa jaringan seperti lensa mata, retina, hepar, ginjal, dan sel schwann. Sorbitol disintesis dari proses reduksi glukosa oleh enzim aldose reduktase. Di hepar, ada enzim sorbitol dehidrogenase yang dapat mengoksidasi sorbitol menjadi fruktosa, selanjutnya fruktosa akan masuk ke proses glikolisis atau glukoneogenesis.

Produksi sorbitol endogen yang meningkat akan menimbulkan masalah karena sorbitol tidak dapat melewati membran sel, sehingga akan terperangkap di dalam sel. Pada keadaan kadar glukosa darah normal, pembentukan sorbitol juga rendah. Defisiensi enzim sorbitol dehidrogenase yang berperan dalam pemecahan sorbitol akan menyebabkan retensi air pada lensa dan retina sehingga terbentuk lensa yang bengkak dan opak (pembentukan katarak). Pada sel schwan menyebabkan kerusakan struktur dan fungsi sel.

referensiBaynes JW, Dominiczak MH.Medical Biochemistry 2nd Ed. Elsevier mosby, philadelphia;2007:143-188Clark A. Crash course metabolism and nutrition. Elsevier Mosby. Philadelphia;2006: 7-24,30-41, 45-51.