METABOLISMEMETABOLISMEKARBOHIDRATKARBOHIDRAT

AniAni RetnoRetno PrijantiPrijanti

KuliahKuliah ModulModul MetabolikMetabolik EndokrinEndokrin

FKUIFKUI

3 September 20083 September 2008

METABOLISME KARBOHIDRATMETABOLISME KARBOHIDRAT

MeliputiMeliputi::

Overview of metabolismOverview of metabolism

StrukturStruktur gulagula, , polisakaridapolisakarida �� ((mandirimandiri))

GlikolisisGlikolisis, , glukoneogenesisglukoneogenesis dandan jalurjalur pentosapentosa fosfatfosfat

SiklusSiklus KrebsKrebs

Transport Transport elektronelektron, , translokasitranslokasi proton proton dandan fosforilasifosforilasioksidatifoksidatif

FotosintesisFotosintesis �� ((mandirimandiri))

StrukturStruktur dandan metabolismemetabolisme oligosakaridaoligosakarida dandan polisakaridapolisakarida�� ((mandirimandiri))

RegulasiRegulasi metabolismemetabolisme karbohidratkarbohidrat..

Overview of metabolismOverview of metabolism..JalurJalur metabolismemetabolisme �� 3 3 kategorikategori

KatabolikKatabolik: : utkutk prosesproses pemecahanpemecahan molekulmolekul besarbesar, , oksidasioksidasi, , menghasilkanmenghasilkan ekivalenekivalen pereduksipereduksi dandan terutamaterutama produksiproduksi ATPATP

AnabolikAnabolik: : terlibatterlibat dlmdlm prosesproses sintesissintesis senyawasenyawa komplekskompleks daridariprekursornyaprekursornya (AA (AA �� protein), protein), endotermikendotermik..

AmfibolikAmfibolik: : terjaditerjadi didi persilanganpersilangan metabolismemetabolisme ygyg menghubungkanmenghubungkanjalurjalur anabolikanabolik dg dg katabolikkatabolik. . ContohContoh SiklusSiklus Krebs (Krebs (SiklusSiklus AsamAsamSitratSitrat))

MetabolismeMetabolisme Normal : Normal : adaptasiadaptasi terhadapterhadap saatsaat kelaparankelaparan, , latihanlatihan fisikfisik, , kehamilankehamilan, , laktasilaktasi..

MetabolismeMetabolisme Abnormal: Abnormal: akibatakibat daridari defisiensidefisiensi nutrisinutrisi, , defisiensidefisiensi enzimenzim, , sekresisekresi hormonhormon regulasiregulasi metabolismemetabolisme tidaktidak normal, normal, efekefek obatobat dandanracunracun..

KebutuhanKebutuhan kalorikalori seseorangseseorang dg BB 70 kg dg BB 70 kg �� 2400 2400 –– 2900 kcal2900 kcal

KurangKurang lebihlebih 40% 40% -- 50% 50% lebihlebih tinggitinggi daridari BMR (140% BMR (140% -- 150% BMR).150% BMR).

KelebihanKelebihan kalorikalori terusterus menerusmenerus �� ObesitasObesitas (IMT > 26)(IMT > 26)

KekuranganKekurangan kalorikalori terusterus menerusmenerus �� katabolismekatabolisme protein protein tanpatanpareplacement replacement �� ““emaciationemaciation””..

KelaparanKelaparan/ / puasapuasa �� nervous system nervous system dandan eritrositeritrosit , , pekapeka terhadapterhadapkekurangankekurangan glukosaglukosa �� saatsaat cadangancadangan glikogenglikogen menipismenipis makamaka tubuhtubuhmelakukanmelakukan glukoneogenesisglukoneogenesis

HormonHormon pengaturpengatur metabolismemetabolisme

Insulin: Insulin: patologispatologis �� Diabetes Diabetes melitusmelitus �� kadarkadar gulagula darahdarah tinggitinggi

GlukagonGlukagon �� glukoneogenesisglukoneogenesis �� meningkatkanmeningkatkan kadarkadar gulagula darahdarah kekenormalnormal

Diabetes Diabetes melitusmelitus tipetipe I : I : defisiensidefisiensi sekresisekresi insulininsulin

Diabetes Diabetes melitusmelitus tipetipe II: II: selsel tidaktidak sensitifsensitif terhadapterhadap insulininsulin

JalurJalur katabolismekatabolisme (3 (3 tahapantahapan))

Karbohidrat Protein Lipid

Glukosa Asam aminoAsam lemak

+ gliserol

Asetil-koA

Digesti + absorpsi

katabolisme

SiklusKrebs 2 H ATP

2 CO2

RantaiRantai respirasirespirasi

SIKLUS ASAM SITRAT (s. Krebs , s. SIKLUS ASAM SITRAT (s. Krebs , s. asamasam sitratsitrat, , TCA TCA cycle)cycle)

SerangkaianSerangkaian reaksireaksi didi mitokondriamitokondria untukuntuk oksidasioksidasi asetilasetil--KoAKoA ��

COCO22 dandan HH22O O �� tterbtkerbtk NADH NADH dandan FADH2FADH2 akibatakibat aktivitasaktivitas enzimenzimdehidrogenasedehidrogenase

JalurJalur metabolismemetabolisme bersamabersama utkutk oksidasioksidasi karbohidratkarbohidrat, , lemaklemak dandanprotein protein

EnzimEnzim--enzimenzim terletakterletak didi matriksmatriks mitokondriamitokondria, , bebas/terikatbebas/terikat pd pd membranmembran dalamdalam mitokondriamitokondria

NADH, FADH2 NADH, FADH2 ygyg dihasilkandihasilkan padapada oksidasioksidasi--ßß & TCA & TCA �� didireoksidasireoksidasi melaluimelalui rantairantai pernafasanpernafasan �� hasilkanhasilkan ATP >>>, ATP >>>, perluperlu OO22

�� OksidasiOksidasi--ßß dandan TCA TCA berlangsungberlangsung dalamdalam keadaankeadaan aerobaerob

SecaraSecara garisgaris besarbesar reaksireaksi sbbsbb::

1 mol 1 mol asetilasetil--KoAKoA bergabungbergabung dg 1 mol dg 1 mol oksaloasetatoksaloasetat ��sitratsitratsitratsitrat dioksidasidioksidasi melaluimelalui serangkaianserangkaian reaksireaksi �� 2 mol 2 mol CO2 CO2 dandan pembentukanpembentukan kembalikembali oksaloasetatoksaloasetat ygygdapatdapat memulaimemulai reaksireaksi dg mol dg mol asetilasetil KoKo--A yang A yang barubaru..

FungsiFungsi TCA : TCA : antaraantara lainlain

1. 1. Final common pathwayFinal common pathway untukuntuk oksidasioksidasi sempurnasempurnakarbohidratkarbohidrat, lipid , lipid dandan protein.protein.

2. 2. PembentukanPembentukan energienergi

GLIKOLISIS, GLUKONEOGENESIS DAN JALUR GLIKOLISIS, GLUKONEOGENESIS DAN JALUR PENTOSA FOSFAT.PENTOSA FOSFAT.

GlikolisisGlikolisis..ProsesProses pemecahanpemecahan heksosaheksosa (6 C) (6 C) menjadimenjadi senyawasenyawa 3C 3C atauatau 2C 2C dandan menghasilkanmenghasilkan ATP.ATP.

GlukoneogenesisGlukoneogenesis..ProsesProses pembentukanpembentukan karbohidratkarbohidrat ((glukosaglukosa) ) daridari senyawasenyawa non non karbohidratkarbohidrat..

JalurJalur pentosapentosa fosfatfosfatPemecahanPemecahan glukosaglukosa menghasilkanmenghasilkan pentosapentosa fosfatfosfat, , karbondioksidakarbondioksida, , NADPH.NADPH.

GlikolisisGlikolisis..

GlukosaGlukosa �� piruvatpiruvat/ / laktatlaktat/ / etanoletanol dandan COCO22..

AmfibolikAmfibolik::

KatabolikKatabolik memecahmemecah glukosaglukosa menghasilkanmenghasilkan ATP.ATP.

MenghasilkanMenghasilkan 3C 3C prekursorprekursor utkutk pembentukanpembentukan asamasamamino, amino, asamasam lemaklemak dandan kolesterolkolesterol..

JalurJalur glikolisisglikolisis (U(Ubiquitousbiquitous pathway) pathway) terdapatterdapat didi hampirhampirsemuasemua selsel..

GLIKOLISIS EMBDEN MEYERHOF

Oksidasi glukosa � piruvat (aerob) / laktat (anaerob)

Berlangsung di bagian sitosol semua sel / jaringan

Fungsi : a.l membentuk energi

Dapat berlangsung dalam keadaan aerob atau anaerob

A. Glikolisis aerob :- piruvat yg dihasilkan dapat diubah menjadi asetil-KoA �

selanjutnya dioksidasi di TCA � menghasilkan lebih banyakNADH dan FADH2 � ATP >>>

B. Glikolisis anaerob :- Rantai transfer elektron tdk dapat berlangsung � reoksidasi

NADH � NAD terjadi melalui reduksi piruvat � laktat- ATP lebih sedikit (hanya tingkat substrat)

GlikolisisGlikolisis EmbdenEmbden--MeyerhofMeyerhof

JalurJalur EmbdenEmbden--MeyerhofMeyerhof

GlukoneogenesisGlukoneogenesis

AdlAdl suatusuatu prosesproses perubahanperubahan prekursorprekursor ((bukanbukan karbohidratkarbohidrat) ) menjadimenjadi glukosaglukosaatauatau glikogenglikogen..

SubstratSubstrat/ / prekursorprekursor::

AsamAsam amino amino glukogenikglukogenik

laktatlaktat

gliserolgliserol

propionatpropionat

JaringanJaringan utamautama tempattempat berlangsungberlangsung glukoneogenesisglukoneogenesis adladl hatihati dandan ginjalginjal..

Organ Organ tergantungtergantung //pekapeka glukosaglukosa adalahadalah sistemsistem sarafsaraf dandan eritrositeritrosit..

HipoglikemiaHipoglikemia menyebabkanmenyebabkan disfungsidisfungsi otakotak �� beratberat �� komakoma �� game overgame over

FungsiFungsi::

MeningkatkanMeningkatkan kadarkadar glukosaglukosa darahdarah utkutk kebutuhankebutuhan normal normal selsel..

GlukoneogenesisGlukoneogenesis

JalurJalur PentosaPentosa FosfatFosfat

AdlAdl jalurjalur alternatifalternatif metabolismemetabolisme glukosaglukosa..

JalurJalur iniini berlangsugberlangsug didi sitosolsitosol

EnzimEnzim yang yang terlibatterlibat antaraantara lain G6PD, lain G6PD, transketolasetransketolase dandan transaldolasetransaldolase

ReaksiReaksi terbagiterbagi keke dalamdalam 2 2 fasefase::

-- oksidatifoksidatif: : menghasilkanmenghasilkan NADPHNADPH

-- nonoksidatifnonoksidatif : : menghasilkanmenghasilkan prekursorprekursor--prekursorprekursor ribosaribosa

FungsiFungsi::

((BukanBukan ditujukanditujukan untukuntuk produksiproduksi ATP)ATP)

MenghasilkanMenghasilkan NADPH NADPH untukuntuk sintesissintesis asamasam lemaklemak & steroid& steroid

SintesisSintesis ribosaribosa untukuntuk pembentukanpembentukan nukleotidanukleotida dandan asamasam nukleatnukleat

DefisiensiDefisiensi enzimenzim glukosaglukosa 66--fosfat fosfat dehidrogenasedehidrogenase (G6PD) (G6PD) menyebabkanmenyebabkan darahdarah mudahmudah hemolisishemolisis �� anemia anemia hemolitikhemolitik

GlikogenesisGlikogenesis--GlikogenolisisGlikogenolisis

RegulasiRegulasi metabolismemetabolisme karbohidratkarbohidrat

GulaGula darahdarah kadarnyakadarnya dipertahankandipertahankan dalamdalam range yang range yang sempitsempitKadarKadar glukosaglukosa darahdarah manusiamanusia

setelahsetelah makanmakan 6,5 6,5 –– 7,2 7,2 mmolmmol/L/L2 jam pp 4,5 2 jam pp 4,5 –– 5,5 5,5 mmolmmol/L/Lpuasapuasa 3,3 3,3 –– 3,9 3,9 mmolmmol/L/L

�� BerbedaBerbeda utkutk tiaptiap spesiesspesies..GlukosaGlukosa darahdarah diperolehdiperoleh daridari makananmakanan, , glukoneogenesisglukoneogenesis dandan

glikogenolisisglikogenolisis..

KadarKadar glukosaglukosa darahdarah diaturdiatur oleholeh prosesproses metabolikmetabolik dandan hormonal.hormonal.Insulin Insulin berperanberperan utamautama dalamdalam regulasiregulasi kadarkadar glukosaglukosa darahdarah..Insulin overdose Insulin overdose �� hipoglikemiahipoglikemia cepatcepat �� convulsion/ convulsion/ kejangkejangMekanismeMekanisme Homeostasis Homeostasis melibatkanmelibatkan hatihati, , jaringanjaringan ekstraekstra hepatikhepatikdandan hormonhormon

HatiHati permeabelpermeabel terhadapterhadap glukosaglukosa oleholeh adanyaadanya transporter transporter glukosaglukosaGLUT2, GLUT2, selsel ekstrahepatikekstrahepatik ((kecualikecuali pankreaspankreas) ) relatifrelatif tidaktidak permeabelpermeabel, , perluperlu insulin insulin utkutk utkutk pengaturanpengaturan transporter.transporter.

Transporter Transporter glukosaglukosa utamautama (Harper (Harper edisiedisi 27)27)

MengambilMengambil glukosaglukosamelawanmelawan gradiengradienkonsentrasikonsentrasi

UsusUsus halushalus, , ginjalginjalSGLT 1SGLT 1

AbsorpsiAbsorpsi glukosaglukosaUsusUsus halushalusGLUT 5GLUT 5

MengambilMengambil glukosaglukosa dg dg stimulasistimulasi insulininsulin

JantungJantung, , otototot rangkarangka, , adipositadipositGLUT 4GLUT 4

mengambilmengambil glukosaglukosaOtakOtak, , ginjalginjal, , plasentaplasentaGLUT 3GLUT 3

mengambilmengambil / / keluarkeluar cepatcepatglukosaglukosa

HatiHati, , selsel--beta beta pankreaspankreas, , usususushalushalus ginjalginjal,,

GLUT 2GLUT 2

mengambilmengambil glukosaglukosaOtakOtak, , ginjalginjal, , kolonkolon, , plasentaplasenta, , SDMSDM

GLUT 1GLUT 1

FungsiFungsiLokasiLokasi jaringanjaringan

GlukokinaseGlukokinase pentingpenting dalamdalam pengaturanpengaturan gulagula darahdarah setelahsetelah makanmakan..

HeksokinaseHeksokinase mempunyaimempunyai Km Km rendahrendah untukuntuk glukosaglukosa, , berfungsiberfungsidengandengan kecepatankecepatan konstankonstan pd pd keadaankeadaan normal.normal.

GlukokinaseGlukokinase mempunyaimempunyai Km Km tinggitinggi utkutk glukosaglukosa ((afinitasafinitas rendahrendah), ), aktivitasnyaaktivitasnya naiknaik saatsaat gulagula darahdarah masukmasuk vena vena portaporta �� pengambilanpengambilanglukosaglukosa dalamdalam jumlahjumlah besarbesar setelahsetelah makanmakan..

GlukagonGlukagon berperanberperan kebalikankebalikan daridari insulin.insulin.

HormonHormon iniini diproduksidiproduksi didi selsel--alfaalfa pankreaspankreas..

SekresiSekresi meningkatmeningkat padapada hipoglikemiahipoglikemia

MenstimulasiMenstimulasi glikogenolisisglikogenolisis melaluimelalui aktivasiaktivasi fosforilasefosforilase, , MenstimulasiMenstimulasi glukoneogenesisglukoneogenesis daridari asamasam amino amino dandan laktatlaktat melaluimelaluicarakacaraka keduakedua cc--AMP (AMP (lihatlihat: : TransduksiTransduksi sinyalsinyal))

Insulin Insulin dandan glukagonglukagon didegradasididegradasi didi hatihati..

HormonHormon--hormonhormon lain lain ygyg berefekberefek padapada kadarkadar glukosaglukosa darahdarah

Hormon2 Hormon2 kelkel pituitaripituitari anterior anterior �� meningkatkanmeningkatkan kadarkadar glukosaglukosa darahdarah..

ACTH, ACTH, diabetogenicdiabetogenic hormonehormone

growth growth hormonhormon (inhibit glucose utilization), (inhibit glucose utilization),

GlukokortikoidGlukokortikoid, (adrenal , (adrenal kortekskorteks) ) meningkatkanmeningkatkan glukoneogenesisglukoneogenesis, , katabolismekatabolisme protein, protein, menghambatmenghambat penggunaanpenggunaan glukosaglukosa ekstraekstra--hepatikhepatik

SitokinSitokin, , antagonisantagonis efekefek thdthd insulininsulin

EpinefrinEpinefrin, , disekresidisekresi pd pd kondisikondisi stresstres (exited, (exited, perdarahanperdarahan, , hipoksiahipoksia, , hipoglikemiahipoglikemia) ) �� glikogenolisisglikogenolisis didi hatihati dandan otototot

didi hatihati menyebabkanmenyebabkan sekresisekresi glukosaglukosa keke dalamdalam sirkulasisirkulasi

didi otototot menyebakanmenyebakan peningkatanpeningkatan glikolisisglikolisis..

AspekAspek klinikklinik

Diabetes Diabetes melitusmelitus, , kadarkadar gulagula tinggitinggi dapatdapat disebabkandisebabkan kurangnyakurangnyasekresisekresi hormonhormon insulin (I) insulin (I) atauatau selsel tidaktidak sensitifsensitif terhadapterhadap insulin insulin ((defekdefek pd pd reseptorreseptor) (II)) (II)

KetidaksempurnaanKetidaksempurnaan jalurjalur pentosapentosa fosfatfosfat �� hemolisishemolisis selsel darahdarahmerahmerah

PembebananPembebanan fruktosafruktosa padapada hatihati dapatdapat memperburukmemperburuk kondisikondisi hiperhipertrigliseridemiatrigliseridemia, , hiperkolesterolemiahiperkolesterolemia dandan hiperurikemiahiperurikemia..

FruktosaFruktosa dandan sorbitolsorbitol dihubungkandihubungkan dengandengan kejadiankejadian katarakkatarakdiabetikdiabetik..

PustakaPustaka

HarperHarper’’s Illustrated Biochemistry, 27s Illustrated Biochemistry, 27thth

edition.edition.

ZubayZubay GL. Biochemistry, 4GL. Biochemistry, 4thth editionedition

GambarGambar: Internet: Internet

NoteNote: :

HarapHarap dibacadibaca kembalikembali bioenergetikabioenergetika dandanbiooksidasibiooksidasi..