PENCERNAAN & METABOLISME KARBOHIDRAT

MELALUI GLUKONEOGENESIS

A. Pencernaan Karbohidrat

Pencernaan karbohidrat di mulai dari mulut. Makanan

berkarbohidrat yang diperoleh kemudian dikunyah bercampur

dengan ludah yang mengandung enzim amilase. Amilase

menguraikan karbohidrat menjadi glukosa. Bila berada di dalam

mulut cukup lama, sebagian diubah menjadi disakarida maltosa.

Enzim amilase di ludah bekerja paling baik pada pH ludah yang

bersifat netral.

Pencernaan karbohidrat di dalam usus halus dilakukan oleh

enzim-enzim disakarida yang dikeluarkan oleh sel-sel mukosa

usus halus berupa maltase, sukrase, dan laktase. Hidrolisis

disakarida oleh enzim-enzim ini terjadi di dalam mikrovili dan

monosakarida.

Monosakarida glukosa, ruktosa, 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, tapi bisa konsentrasi

turun, absorpsi dilakukan secara aktif melawan gradien

konsentrasi dengan menggunakan energi dari ATP dan ion

natrium.

Sisa-sisa pencernaan yang tidak dapat dicerna seperti pati

nonkarbohidrat atau serat makanan dan sebagian kecil pati akan

masuk ke dalam usus besar. Ini merupakan substrat potensial

untuk difermentasi oleh mikroorganisme di dalam usus besar.

Substrat potensial lain yang difermentasi adalah fruktosa,

sorbitol, dan monomer lain yang sudah dicernakan, laktosa pada

1

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.

B. Metabolisme Karbohidrat

Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan

sebagai berikut:

1.   Glukosa sebagai bahan bakar utama metabolisme 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

2

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.

C. Pengertian Glukoneogenesis

Glukoneogenesis adalah suatu pembentukan glukosa dari

senyawa yang bukan karbohidrat. Glukoneogenesis terjadi jika

sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh

adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak

juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energi yang

sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun

tubuh.

D. Proses Glukoneoginesis

Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat

dibawa oleh darah ke hati. Di sini asam laktat diubah menjadi

glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses

yang disebut glukoneogenesis (pembentukan gula baru).

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 :

a. Piruvat karboksilase.

b. Fosfoenolpiruvat karboksikinase.

c. Fruktosa 1,6-bisfosfatase (tidak ada dalam otot jantung dan

otot

polos).

3

d. 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 :

Asam laktat yang berasal dari otot, sel darah merah,

medulla dari glandula supra-renalis, retina dan sumsum

tulang.

Gliserol, yang berasal dari jaringan lemak dan asam amino

yang berasal dari protein.

Asam propionat, yang dihasilkan dalam proses pencernaan

pada hewan memamah biak.

Asam amino glikogenik.

Glukoneogenesis mempunyai banyak enzim yang sama

dengan glikolisis, tetapi demi alasan termodinamika dan

pengaturan, glukoneogenesis bukan kebalikan dari proses

glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak

reversibel, artinya diperlukan enzim lain untuk reaksi

kebalikannya.

glukokinase

1. Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP

fosfofruktokinase

2. Fruktosa-6-fosfat + ATP fruktosa-1,6-difosfat + ADP

4

piruvatkinase

3. Fosfenol piruvat + ADP asam piruvat + ATP

Enzim glikolitik yang terdiri dari glukokinase,

fosfofruktokinase, dan piruvat kinase mengkatalisis reaksi yang

ireversibel sehingga tidak dapat digunakan untuk sintesis

glukosa. Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversibel

tersebut, maka proses glukoneogenesis berlangsung melalui

tahap reaksi lain. Reaksi tahap pertama glukoneogenesis

merupakan suatu reaksi kompleks yang melibatkan beberapa

enzim dan organel sel (mitokondrion), yang diperlukan untuk

mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuk

fosfoenolpiruvat.

Tiga reaksi pengganti yang pertama mengubah piruvat

menjadi fosfoenolpiruvat (PEP), jadi membalik reaksi yang

dikatalisis oleh piruvat kinase. Perubahan ini dilakukan dalam 4

langkah. Pertama, piruvat mitokondria mengalami dekarboksilasi

membentuk oksaloasetat. Reaksi ini memerlukan ATP (adenosin

trifosfat) dan dikatalisis oleh piruvat karboksilase. Seperti banyak

enzim lainnya yang melakukan reaksi fiksasi CO2, pada reaksi ini

memerlukan biotin untuk aktivitasnya. Oksaloasetat direduksi

menjadi malat oleh malat dehidrogenase mitokondria. Pada

reaksi ini, glukoneogenesis secara singkat mengalami overlap

(tumpang tindih) dengan siklus asam sitrat. Malat meninggalkan

mitokondria dan dalam sitoplasma dioksidasi membentuk

kembali oksaloasetat. Kemudian oksaloasetat sitoplasma

mengalami dekarboksilasi membentuk PEP pada reaksi yang

tidak memerlukan GTP (guanosin trifosfat) yang dikatalisis oleh

PEP karboksikinase.

Reaksi pengganti kedua dan ketiga dikatalisis oleh

5

fosfatase. Fruktosa-1,6-bisfosfatase mengubah fruktosa-1,6-

bisfosfat menjadi fruktosa-6-fosfat, jadi membalik reaksi yang

dikatalisis oleh fosfofruktokinase. Glukosa-6-fosfatase yang

ditemukan pada permulaan metabolisme glikogen, mengkatalisis

reaksi terakhir glukoneogenesis dan mengubah glukosa-6-fosfat

menjadi glukosa bebas.

Dengan penggantian reaksi-reaksi pada glikolisis yang

secara termodinamika ireversibel, glukoneogenesis secara

termodinamika seluruhnya menguntungkan dan diubah dari

lintasan yang menghasilkan energi menjadi lintasan yang

memerlukan energi. Dua fosfat berenergi tinggi digunakan untuk

mengubah piruvat menjadi PEP. ATP tambahan digunakan untuk

melakukan fosforilasi 3-fosfogliserat menjadi 1,3-bisfosfogliserat.

Diperlukan satu NADH pada perubahan 1,3-bisfosfogliserat

menjadi gliseraldehida-3-fosfat. Karena 2 molekul piruvat

digunakan pada sintesis satu glukosa, maka setiap molekul

glukosa yang disintesis dalam glukoneogenesis, sel memerlukan

6 ATP dan 2 NADH. Glikolisis dan glukoneogenesis tidak dapat

bekerja pada saat yang sama. Oleh karena itu, ATP dan NADH

yang diperlukan pada glukoneogenesis harus berasal dari

oksidasi bahan bakar lain, terutama asam lemak.

Walaupun lemak menyediakan sebagian besar energi

untuk glukoneogenesis, tetapi lemak hanya menyumbangkan

sedikit fraksi atom karbon yang digunakan sebagai substrat. Ini

sebagai akibat struktur siklus asam sitrat. Asam lemak yang

paling banyak pada manusia yaitu asam lemak dengan jumlah

atom karbon genap didegradasi oleh enzim -oksidasi menjadi

asetil-KoA. Asetil KoA menyumbangkan fragmen 2-karbon ke

siklus asam sitrat, tetapi pada permulaan siklus 2 karbon hilang

sebagai CO2. Jadi, metabolisme asetil KoA tidak mengakibatkan

6

peningkatan jumlah oksaloasetat yang tersedia untuk

glukoneogenesis. Bila oksaloasetat dihilangkan dari siklus dan

tidak diganti, kapasitas pembentukan ATP dari sel akan segera

membahayakan. Siklus asam sitrat tidak terganggu selama

glukoneogenesis karena oksaloasetat dibentuk dari piruvat

melalui reaksi piruvat karboksilase.

Kebanyakan atom karbon yang digunakan pada sintesis

glukosa disediakan oleh katabolisme asam amino. Beberapa

asam amino yang umum ditemukan mengalami degradasi

menjadi piruvat. Oleh karena itu masuk ke proses

glukoneogenesis melalui reaksi piruvat karboksilase. Asam amino

lainnya diubah menjadi zat antara 4 atau 5 karbon dari siklus

asam sitrat sehingga dapat membantu meningkatkan kandungan

oksaloasetat dan malat mitokondria. Dari 20 asam amino yang

sering ditemukan dalam protein, hanya leusin dan lisin yang

seluruhnya didegradasi menjadi asetil-KoA yang menyebabkan

tidak dapat menyediakan substrat untuk glukoneogenesis.

E. Pengaturan Glukoneogenesis

Hati dapat membuat glukosa melalui glukoneogenesis dan

menggunakan glukosa melalui glikolisis sehingga harus ada

suatu sistem pengaturan yang mencegah agar kedua lintasan ini

bekerja serentak.Sistem pengaturan juga harus menjamin bahwa

aktivitas metabolik hati sesuai dengan status gizi tubuh yaitu

pembentukan glukosa selama puasa dan menggunakan glukosa

saat glukosa banyak. Aktivitas glukoneogenesis dan glikolisis

diatur secara terkoordinasi dengan cara perubahan jumlah relatif

glukagon dan insulin dalam sirkulasi.

Bila kadar glukosa dan insulin darah turun, asam lemak

dimobilisasi dari cadangan jaringan adipose dan aktivitas -

7

oksidasi dalam hati meningkat. Hal ini mengakibatkan

peningkatan konsentrasi asam lemak dan asetil-KoA dalam hati.

Karena asam amino secara serentak dimobilisasi dari otot, maka

juga terjadi peningkatan kadar asam amino terutama alanin.

Asam amino hati diubah menjadi piruvat dan substrat lain

glukoneogenesis. Peningkatan kadar asam lemak, alanin, dan

asetil-KoA semuanya memegang peranan mengarahkan substrat

masuk ke glukoneogenesis dan mencegah penggunaannya oleh

siklus asam sitrat. Asetil-KoA secara alosterik mengaktifkan

piruvat karboksilase dan menghambat piruvat dehidrogenase.

Oleh karena itu, menjamin bahwa piruvat akan diubah menjadi

oksaloasetat. Piruvat kinase dihambat oleh asam lemak dan

alanin, jadi menghambat pemecahan PEP yang baru terbentuk

menjadi piruvat.

Pengaturan hormonal fosfofruktokinase dan fruktosa-1,6-

bisfosfatase diperantarai oleh senyawa yang baru ditemukan

yaitu fruktosa 2,6-bisfosfat. Pembentukan dan pemecahan

senyawa pengatur ini dikatalisis oleh enzim-enzim yang diatur

oleh fosforilasi dan defosforilasi. Perubahan konsentrasi fruktosa-

2,6-bisfosfat sejajar dengan perubahan untuk glukosa dan insulin

yaitu konsentrasinya meningkat bila glukosa banyak dan

berkurang bila glukosa langka. Fruktosa-2,6- bisfosfat secara

alosterik mengaktifkan fosfofruktokinase dan menghambat

fruktosa 1,6-bisfosfatase. Jadi, bila glukosa banyak maka

glikolisis aktif dan glukoneogenesis dihambat. Bila kadar glukosa

turun, peningkaan glukagon mengakibatkan penurunan

konsentrasi fruktosa-2,6-bisfosfat dan penghambatan yang

sederajat pada glikolisis dan pengaktifan glukoneogenesis.

Sumber :

8

Ipulmujib.blogspot.com

wijayadrezky.blogspot.com

9