3.1. Pendahuluan

3.2. Penggolongan Karbohidrat

3.3. Karbohidrat Sebagai Zat Gizi

3.4. Pencernaan Karbohidrat

3.5. Metabolisme Karbohidrat

3.6. Rangkuman Pembentukan ATP

3.7. Kelainan-Kelainan Metabolik

C

C

C

H

OH

OH

HO

H

H

C

C OHH

Karbohidrat

3.1 PengantarKARBOHIDRAT, atau yang dahulu dikenal sebagai hidrat arang, adalah molekul organik yang paling banyak ditemukan di alam. Karbohidrat memiliki manfaat yang luas, meliputi sumber energi utama pada kebanyakan makhluk hidup, cadangan energi tubuh, dan sebagai komponen membran sel yang memperantarai berbagai komunikasi antar sel. Karbohidrat juga berperan sebagai komponen struktur pada berbagai jenis makhluk hidup. Sebagai contoh, karbohidrat merupakan komponen penting pada dinding sel bakteri, komponen eksoskleton beberapa serangga, dan jaringan selulosa tanaman.

Nama karbohidrat didasarkan pada fakta bahwa senyawa ini adalah karbon hidrat yang umumnya dibentuk oleh tiga unsur, yaitu karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O) dengan perbandingan 1:2:1. Sebagai contoh, rumus empiris dari glukosa, suatu gula sederhana yang paling banyak dikenal, adalah C6H12O6 atau dapat ditulis menjadi (CH2O)6. Walaupun kebanyakan karbohidrat sesuai dengan rumus empiris (CH2O)n, beberapa karbohidrat tidak mengikuti perbandingan ini. Beberapa karbohidrat lain tidak hanya mengandung karbon, hidrogen, dan oksigen tetapi juga nitrogen, fosfor, atau sulfur.

3.2 Penggolongan Karbohidrat Berdasarkan jumlah molekul gula sederhana (simple sugar) pembentuknya,

karbohidrat dapat digolongkan menjadi monosakarida (1 molekul), disakarida (2 molekul), oligosakarida (3-10 molekul), dan polisakarida (10 molekul)11. Beberapa buku membagi karbohidrat menjadi hanya 3 golongan dengan memasukkan disakarida menjadi bagian dari oligosakarida. Gula sederhana umum pembentuk karbohidrat adalah glukosa, fruktosa, dan galaktosa.

Monosakarida adalah bentuk karbohidrat yang paling sederhana. Monosakarida hanya memiliki satu molekul gula sederhana. Jenis monosakarida yang paling luas dikenal masyarakat adalah glukosa.

11 Golongan polisakarida disebut juga sebagai karbohidrat kompleks.Golongan polisakarida disebut juga sebagai karbohidrat kompleks.

Rantai terbuka

H

HH

OCH2OH

HOH

HH

HH

HH

OH

OH

HO

HHO

HH

OCH2OH

OHHH

HH

HH

OH

OH

C

C

C

CH2OH

O

H

OH

OH

HO

H

H

C

CH2OH

HH

O

OHH

OH

HOH

HH CH2OH

CH2OH

C

C

CH2OH

OH

OHH

C

OHH

H

C

OH

OHH

O

OHH

OH

HH

HH H

CH2OH

OHH

O

OHH

H

HH

HH OH

CH2OH

Gambar 3.1. Struktur Rantai dan Siklik Glukosa

Glukosa adalah sumber energ utama bagi tubuh termasuk system saraf. Glukosa sering disebut gula darah karena glukosalah bentuk utama karbohidrat yang diangkut oleh darah ke sel, dan organ tubuh. Oleh karena itu, kebanyakan karbohidrat yang kita konsumsi diubah menjadi glukosa sebelum diangkut ke bagian-bagian tubuh yang membutuhkannya (Guthrie and Picciano, 1995).

Fruktosa, atau disebut juga gula buah atau levulosa, umumnya terdapat pada buah-buahan dan madu (Hui, 1985). Fruktosa menyusun sepertiga gula dalam madu (Guthrie and Picciano, 1995). Seperti halnya glukosa, fruktosa memiliki 6 atom karbon, tetapi struktur kimianya berbeda (Gambar 3.2). Di dalam tubuh fruktosa akan diubah menjadi glukosa di dalam hati atau dipecah menjadi karbon dioksida dan air untuk menghasilkan energi.

Gambar 3.1. Struktur Rantai dan Siklik Fruktosa

Berbeda dari monosakarida pada umumnya yang memiliki 6 atom karbon, ribosa dan xilosa memiliki hanya lima atom karbon. Ribosa merupakan bagian dari vitamin B2

(riboflavin) (Guthrie and Picciano, 1995). Bentuk β dari ribosa juga bagian penting dari asam ribonukleat (Brodi, 1998).

Gambar 3.1. Struktur Rantai dan Siklik Ribosa

α-glukosa β-glukosa

H

O

OHOH

HOH

HCH2OHCH2OH

β-fruktosa α-fruktosa

Rantai terbuka

β-ribosa α-ribosa

Rantai terbuka

HH

OCH2OH

HOH

HH

H

OH

H

HH

OCH2OH

HOH

GlukosaGlukosaGlukosaGlukosaH

H

HH

OH

OH

O

CH2OH

HOHH

OCH2OH

HOH

HH

HH

HH

OH

HO

HH

O

OHH

OH

HOHH CH2OH

CH2OH

O

Disakarida terbentuk dari dua molekul gula sederhana. Kedua molekul gula sederhana pembentuknya dihubungkan dengan ikatan kovalen. Sukrosa atau gula meja adalah jenis disakarida yang sangat populer di masyarakat. Sukrosa digunakan sebagai bahan pemanis minuman atau makanan. Sukrosa terbentuk dari 1 molekul glukosa dan 1 molekul fruktosa.

Laktosa, jenis karbohidrat yang merupakan komponen penting pada air susu mamalia, adalah contoh lain disakarida. Laktosa terbentuk dari 1 molekul galaktosa dan 1 molekul glukosa.

Gambar 3.2. Disakarida Sukrosa (Glukosa-Fruktosa) dan Fruktosa (Glukosa-Galaktosa)

Disakarida lainnya adalah maltosa. Maltose terbentuk dari dua molekul glukosa. Maltosa hanya ditemukan pada kecambah biji serealia. Selama proses germinasi, pati serealia dipecah menghasilkan maltosa.

Oligosakarida disusun oleh 3-10 gula sederhana. Contoh oligosakarida, antara lain adalah raffinose (3 molekul), stachyose (4 molekul) (Hui, 1985), maltotriosa, dan isomaltosa. Sementara itu, polisakarida adalah golongan karbohidrat yang paling banyak ditemukan pada tanaman dan hewan. Selulosa, misalnya, adalah komponen struktur pada batang dan daun tanaman. Sedangkan glikogen terdapat pada daging hewan.

Pati (tepung) adalah contoh karbohidrat yang banyak terdapat pada umbi-umbian, seperti ubi kayu, ubi jalar, dan kentang dan biji-bijian, seperti padi, jagung, dan gandum. Pati adalah polimer (rantai panjang) glukosa. Berdasarkan ada tidaknya cabang pada rantai polimer glukosa, pati dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu amilosa (rantai lurus/tidak bercabang) dan amilopektin (rantai bercabang) (Gambar 3.3).

Mewakili satu molekul glukosa

Gambar 3.2. Ilustrasi Struktur Molekul Amilosa dan Amilopektin

Glikogen merupakan jenis polisakarida utama pada sel hewan. Seperti halnya amilopektin, glikogen merupakan untaian rantai glukosa bercabang. Perbedaannya adalah bahwa glikogen memiliki lebih banyak cabang. Akibat dari banyaknya percabangan ini

AmilosaCabang

Amilopektin

Glukosa-1-Laktosa

adalah lebih kompaknya struktur ikatan glikogen. Glikogen banyak ditemukan pada hati dan otot mamalia.

Selulosa adalah salah satu polisakarida struktural ektraselular pada dinding sel tumbuhan dan pada permukaan sebelah dalam sel hewan. Selulosa adalah senyawa berupa serabut yang liat (Lehninger, 1982). Selulosa dibentuk oleh untaian tak bercabang dari 10.000 atau lebih molekul glukosa. Perbedaan struktur antara amilosa dan selulosa adalah pada konfigurasi ikatan antar molekulnya. Perbedaan konfigurasi ini akan berdampak pada sifat kelarutannya di dalam air dan kemampuannya menjalankan reaksi hidrolisa. Selulosa tidak larut di dalam air dan tidak dapat dihidrolisa oleh enzim yang terdapat pada saluran pencernaan manusia. Karena hewan memiliki enzim selulase, mereka dapat memecah selulosa menjadi gula sederhana yang dapat digunakan sebagai sumber energi. Sedangkan pati dan glikogen dapat dengan mudah dicerna oleh enzim amilase di dalam saluran pencernaan manusia.

Karena selulosa tidak dapat dihidrolisa di dalam saluran pencernaan manusia, selulosa tidak dimasukkan sebagai zat gizi pada manusia. Selulosa dikonsumsi oleh manusia sebagai bagian dari serat makanan (dietary fiber).

Tabel 3.1. Klasifikasi Karbohidrat Berdasarkan Jumlah Monomer Penyusunnya

Golongan Jumlah Monomer Jenis Karbohidrat

Monosakarida 1 Glukosa, Fruktosa, dan Galaktosa Manosa (heksosa); Ribosa dan Xilosa (pentosa)

Disakarida 2 Sukrosa, Laktosa, dan MaltosaOligosakarida 3-10 Raffinose, Stachyose, Maltotriosa,

dan IsomaltosaDisakarida >10 Pati (amilosa dan amilopektin),

Glikogen, Dekstrin, Selulosa, Hemiselulosa

Serat makanan (dietary fiber) adalah komponen dalam tanaman (termasuk lignin) yang tidak tercerna secara enzimatik menjadi bagian-bagian yang dapat diserap di saluran pencernaan. Berdasarkan definisi ini, pati resistan (resistant starch) termasuk serat. Serat secara alami terdapat dalam tanaman. Serat terdiri atas berbagai substansi yang kebanyakan di antaranya adalah karbohidrat kompleks. Serat makanan dibagi menjadi 2 kelompok, yaitu serat larut (soluble fiber)selulosa, hemiselulosa, dan pati resistandan serat tidak larut (insoluble fiber)-glukan. Umumnya, tanaman mengandung kedua-duanya dengan serat tidak larut pada porsi yang lebih banyak. Serat larut, antara lain terdiri atas pektin, getah tanaman, dan beberapa hemiselulosa. Contoh serat tidak larut adalah lignin dan selulosa.

Tingkat kemanisan masing-masing karbohidrat berbeda satu dengan yang lain. Fruktosa adalah karbohidrat yang termanis. Tingkat kemanisan sukrosa berada di urutan kedua, disusul oleh glukosa dan galaktosa pada urutan ke tiga dan keempat (Tabel 1).

Dewasa ini banyak beredar di pasaran gula jagung yang diperoleh dari dari hidrolisis pati jagung. Hasil hidrolisis awal adalah glukosa (dalam bentuk sirup jagung). Selanjutnya, glukosa mengalami reaksi isomerisasi oleh enzim glukosa isomerase menjadi fruktosa yang lebih manis.

Tabel 1. Kemanisan Relatif Karbohidrat, Pangan yang Kaya Karbohidrat, dan Sakarin

Karbohidrat atau Pangan Kemanisan Relatif

Sukrosa 100Glukosa 70Fruktosa 170Maltosa 30Laktosa 16Galaktosa 30Molase 110Sirup Jagung 60Sorbitol 60Mannitol 50Madu 170Sakarin 40.000

Sumber: Hui (1985) dan Lehninger (1982)

3.3. Karbohidrat Sebagai Zat GiziKarbohidrat adalah zat gizi penting dalam kehidupan manusia. Karbohidrat

merupakan sumber energi utama, yang memungkinkan kita untuk beraktivitas sehari-hari. Karbohidrat dikonsumsi dalam berbagai bentuk dan sumber. Sebanyak 60-70% kebutuhan energi tubuh kita peroleh dari karbohidrat. Sisanya adalah dari lemak dan protein.

Semua penduduk dunia, apapun makanan pokoknya, mengonsumi karbohidrat setiap hari. Masyarakat yang makanannya beras memperoleh sebagian besar kebutuhan energinya dari beras. Jagung merupakan sumber utama karbohidrat bagi mereka yang bahan makanan pokoknya jagung. Sedangkan masyarakat yang makanan pokoknya gandum, mereka memperoleh karbohidrat dalam bentuk tepung gandum dan produk olahannya. Roti, mi, permen, dan es krim adalah contoh makanan yang kaya karbohidrat.

3.4. Pencernaan KarbohidratStruktur karbohidrat yang panjang (karbohidrat kompleks) membuatnya terlalu besar

untuk dapat menembus dinding usus dan kemudian masuk ke aliran darah. Oleh karena itu, sebelum diserap, karbohidrat terlebih dahulu dicerna menjadi berukuran lebih kecil (karbohidrat tereduksi). Tujuan pokok pencernaan karbohidrat adalah memperkecil ukurannya sehingga dia dapat diserap melewati dinding usus. Pencernaan kerbohidrat juga bertujuan untuk menyiapkannya untuk proses metabolisme. Proses pemotongan karbohidrat kompleks menjadi gula sederhana disebut hidrolisa.

Di dalam makanan sehari-hari, karbohidrat dalam bentuk sederhana (monosakarida) terdapat hanya dalam jumlah kecil. Oleh karena itu dibutuhkan enzim-enzim untuk menghidrolisis karbohidrat dalam pangan menjadi karbohidrat dengan rantai yang lebih pendek atau menjadi karbohidrat sederhana. Enzim yang menghidrolisis disakarida termasuk pada kelompok enzim disakaridase. Sementara endoglikosidase adalah kelompok enzim yang bertugas untuk memecah oligosakarida dan polisakarida.

Dari semua sisi sistem pencernaan, mulut dan lumen usus adalah bagian pokok yang berperan untuk pencernaan karbohidrat. Pencernaan karbohidrat, khususnya karbohidrat kompleks, di mulai di usus. Hal ini dimungkinkan karena di dalam mulut terdapat enzim amilase (ptialin dalam air ludah) yang dapat memecah karbohidrat rantai panjang, seperti glikogen. Karbohidrat yang struktur molekulnya lebih pendek (glukosa, galaktosa, sukrosa, dan laktosa) melawati mulut tanpa mengalami proses pencernaan.

Produk hidrolisis glikogen atau pati di dalam mulut adalah karbohidrat yang struktur molekulnya lebih pendek, yaitu maltosa (2 molekul gula sederhana), maltotriosa (3 molekul gula sederhana), dan oligosakarida lain (5-10 molekul gula sederhana) (Gambar 2). Hasil pencernaan di dalam mulut (maltosa, maltotriosa, isomaltosa) dan karbohidrat lain di dalam pangan (glukosa, fruktosa, galaktosa, sukrosa, laktosa, dan selulosa) bersama-sama dengan enzim amilase, kemudian, memasuki lambung.

Gambar 2. Pemendekan atau Penyederhanaan Molekul Karbohidrat

Di lambung, pencernaan karbohidrat untuk sementara dihentikan. Penyebabnya adalah keasaman lambung yang tinggi. Kondisi yang demikian menyebabkan enzim amilase tidak dapat bekerja (tidak aktif).

Pencernaan karbohidrat selanjutnya berlangsung di usus halus. Campuran karbohidrat yang memiliki keasaman yang tinggi dari lambung kemudian memasuki usus halus. Di dalam usus halus, keasamannya dinetralkan oleh bikarbonat yang disekresikan oleh pankreas. Akibatnya adalah aktifnya kembali enzim amilase.

Pencernaan diakhiri di sel mukosa usus halus. Sel mukosa usus halus dapat mensintesa enzim-enzim yang dibutuhkan untuk memecah karbohidrat menjadi lebih pendek. Enzim-enzim yang dihasilkan oleh sel mukosa usus, antara lain, adalah isomaltase (untuk menguraikan isomaltosa), sukrase (untuk menguraikan sukrosa), dan laktase (untuk menguraikan laktosa).

Hasil pencernaan karbohidrat pada tahap ini adalah glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Ketiga jenis karbohidrat sederhana ini sudah siap untuk diserap dari usus halus. Oleh darah, hasil penyerapan ini, selanjutnya, di bawa ke hati untuk disimpan atau diproses selanjutnya.

Dari penjelasan di atas, itu dapat dipahami bahwa karbohidrat sederhana, terutama glukosa, akan diserap lebih cepat dari karbohidrat bentuk lain. Kecepatan penyerapan karbohidrat berkaitan dengan kecepatan peningkatan kadar glukosa darah.2 Makin cepat karbohidrat diserap, makin cepat kadar kadar glukosa darah dinaikkan. Sementara selulosa, karena manusia tidak memiliki enzim yang dapat memecah selulosa, akan keluar bersama-sama feses.

22 Pemahaman ini, kemudian, menjadi dasar konsep indeks glikemik, yaitu karbohidrat yang diserap dengan lambat akanPemahaman ini, kemudian, menjadi dasar konsep indeks glikemik, yaitu karbohidrat yang diserap dengan lambat akan menaikkan kadar gula darah dengan lambat, dan sebaliknya.menaikkan kadar gula darah dengan lambat, dan sebaliknya.

+

amilase Maltotriosa (oligosakarida)

IsomaGliseGlukosa

Maltosa (disakarida)

2 molekul monosakarida

Glukosa Fruktosa

sukrase

Sukrosa1 molekul disakarida

Glikogen

3.5 Metabolisme Glukosa3.5.1 Glikolisis

Salah satu tujuan pokok metabolisme karbohidrat adalah untuk memperoleh energi. Tujuan lain yang tidak kalah pentingnya adalah untuk merubahnya menjadi glikogen otot sebagai cadangan energi. Reaksi menyeluruh dari proses oksidasi karbohidrat untuk menghasilkan energi adalah sebagai berikut.

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + Energi

Proses oksidasi karbohidrat berlangsung melalui tahapan yang panjang. Proses untuk mendapatkan energinya pun dilakukan secara bertahap. Tahap awal yang dilalui pada proses oksidasi karbohidrat adalah pembentukan 2 molekul gliseraldehid–3-fosfat (Gambar 3). Gliseraldehid-3-fosfat (3 atom karbon) adalah hasil dari pemecahan glikogen atau karbohidrat berkarbon 6 (heksosa). Untuk setiap proses pengubahan 1 molekul heksosa menjadi 2 molekul gliseraldehid-3-fosfat, dibutuhkan 2 molekul adenosin trifosfat (ATP).

Glukosa

Fruktosa

Manosa

Fruktosa-6-fosfat

GlikogenGalaktosa

Glukosa-1-fosfat

Glukosa-6-fosfat

Fruktosa-1,6-difosfat

Gambar 3. Tahapan Pembentukan Gliseraldehid-3-fosfat dari Glikogen dan Heksosa

Proses berikutnya adalah penggunaan gliseraldehid-3-fosfat untuk memperoleh ATP. Melalui 5 tahapan reaksi, gliseraldehid-3-fosfat diubah menjadi piruvat. Setiap pengubahan 1 molekul gliseraldehid-3-fosfat menjadi 1 molekul piruvat diperoleh 2 molekul ATP. Karena setiap molekul heksosa menghasilkan 2 molekul gliseraldehid-3-fosfat, maka ATP yang dihasilkan untuk tiap pengubahan heksosa menjadi piruvat adalah 4 molekul. Oleh karena itu, ATP netto yang diperoleh adalah 2 molekul.

Walaupun bentuk monosakarida yang paling umum yang dikonsumsi manusia adalah glukosa, monosakarida lain, fruktosa dan galaktosa, terdapat dalam pangan dalam jumlah yang bermakna dan memberikan sumbangan penting kepada metabolisme energi.

Fruktosa-1-fosfatGliseraldehid

Fruktos

Gambar 4. Lintas Metabolisme Fruktosa Sebelum Memasuki Jalur Glikolitik Sumber: Champe dan Harvey, 1994

Fruktosa, sebelum memasuki tahapan antara metabolisme, terlebih dahulu mengalami fosforilasi membentuk fruktosa-1-fosfat. Sebagian fruktosa diubah menjadi fruktosa-6-fosfat, dan selanjutnya mengikuti jalur metabolisme glukosa. Fruktosa-1-fosfat, oleh enzim aldolase, dipecah menjadi dihidroksiseton fosfat dan gliseraldehid-3-fosfat (Gambar 4).

Sama halnya dengan fruktosa, galaktosa terlebih dahulu harus difosforilasi sebelum dimetabolisasi. Kebanyakan jaringan memiliki enzim untuk tugas ini, yaitu galaktokinase. Hasil fosforilasi galaktosa adalah galaktosa-1-fosfat.

Galaktosa-1-fosfat tidak dapat memasuki tahapan glikolitik. Leh karena itu, galaktosa-1-fosfat dikoneversi menjadi UDP-galaktosa (uridin difosfat-galaktosa). Reaksi ini merupakan reaksi bolak balik. Selanjutnya UDP-galaktosa diubah menjadi glukosa-1-fosfat (masuk jalur glikolitik). Enzim fosfoglukomutase, selanjutnya mengatalisis reaksi pemindahan gugus fosfat pada glukosa-1-fosfat menghasilkan glukosa-6-fosfat. Glukosa-1-fosafat dapat langsung dikonversi menjadi glikogen atau melalui UDP-glukosa (Gambar 5).

Gambar 5. Lintas Metabolisme Galaktosa Sebelum Memasuki Jalur Glikolitik Sumber: Champe dan Harvey, 1994)

3.5.2 Asetil Koenzim-A Merupakan Pintu Masuk Utama ke Daur KrebProduk glikolisis karbohidrat dan potongan 2 karbon oksidasi asam lemak dan protein

sebelum memasuki daur Kreb (daur asam sitrat) terlebih dahulu membentuk asetil koenzim A (asetil-KoA) (Gambar 6).

Reaksi katabolik berperan untuk memanen energi kimia dari degradasi molekul yang kaya-energi. Katabolisme juga membolehkan molekul kompleks pada makanan (molekul zat gizi) untuk diubah ke bentuk sederhananya untuk membuat molekul kompleks lain. Pemanenan energi pada degradasi molekul kompleks terjadi pada tiga tahapan.

Hidrolisis molekul kompleks ke komponen building block

Galaktosa-1-fosfat

Galaktosa

UDP-galaktosa

UDP-glukosa

Glikogen

Ke Jalur Glikolitik

Glukosa-1-fosfat

Glukosa-6-fosfat

Contoh hidrolisis ini adalah protein didegradasi menjadi asam amino, polisakarida dipecah menjadi monosakarida, dan trigliserida diubah menjadi asam lemak dan gliserol.

Konversi building block menjadi molekul antaraPada tahap ini building block didegradasi kembali menjadi asetil-KoA dan molekul

sederhana lain. Dekarboksilasi (penarikan 1 karbon) oksidatif piruvat untuk membentuk asetil-KoA, yang terjadi di matriks mitokondria, merupakan penghubung antara glikolisis dan daur Kreb (Stryer, 1995). Koenzim A berperan sebagai penghantar asetil ke daur Kreb.

Piruvat Piruvat + KoA + NAD+

Asetil-KoA + CO2 + NADH, Dehidrogenase

dengan NADdengan NAD++ adalah nikotinamid adenin dinukleotida (bentuk teroksidasi) dan NADH adalahadalah nikotinamid adenin dinukleotida (bentuk teroksidasi) dan NADH adalah

nikotinamid dinukleotida (bentuk tereduksi). nikotinamid dinukleotida (bentuk tereduksi).

Oksidasi asetil-KoADaur Kreb adalah tahapan akhir dari oksidasi molekul bahan bakar (karbohidrat,

lemak, dan protein).

Tahap 1 :Hidrolisis molekul kompleks

Tahap 2 :Konversi building block menjadi Asetil-KoATahap 3 :Oksidasi asetil-KoA

Gambar 6. Katabolisme Molekul Kompleks Menjadi Asetil-KoA*lisin, alanin, serin, dan sistein masuk melalui jalur piruvat kemudian ke asetil-KoA; lisin dan leusin masuk melalui asetil-KoA. Asam amino lain masuk melalui produk antara Daur Kreb (Sumber: Champe dan Harvey, 1994)

Katabolisme 20 asam amino yang terdapat di dalam protein meliputi penarikan gugus -amino yang diikuti oleh pemecahan kerangka karbon. Pemecahan kerangka karbon ini menghasilkan tujuh produk, bergantung pada asam amino penyusus protein. Ketujuh produk katabolisme tersebut adalah oksaloasetat, -ketoglutarat, piruvat, fumarat, asetil-KoA, asetoasetil-KoA, dan suksinil-KoA.

Asam amino yang produk katabolismenya dapat dikonversi menjadi glukosa disebut asam amino glukogenik. Contoh asam amino glukogenik adalah alanin, serin, sistein, asam glutamat, glutamin, dan histidin. Sedangkan asam amino yang produk katabolismenya

Protein Polisakarida Lemak

Asam Amino* Monosakarida Asam Lemak/gliserol

Asetil-KoA

Daur Kreb

ATP CO2

membentuk benda-benda keton disebut asam amino ketogenik. Contoh asam amino ketogentik adalah lisin dan leusin (Brody, 1999). Jalur masuk asam amino ke daur Kreb dapat dilihat pada Gambar 7.

Segera setelah memasuki daur Kreb (Gambar 5), asetil berkondensasi dengan senyawa empat atom (oksaloasetat) membentuk asam trikarboksilat yang terdiri atas 6 atom karbon (sitrat). Isomer sitrat selanjutnya mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi senyawa 5 atom karbon (-ketoglutarat). Senyawa ini kembali mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi senyawa 4 karbon (suksinat). Selanjutnya, suksinat mengalami proses dehidrogenasi oleh enzim suksinat dehidrogenase menjadi fumarat. Enzim fumarase, kemudian, mengatalisis perubahan fumarat menjadi L-malat. Akhirnya, L-malat dehidrogenase mengubah L-malat menjadi oksaloasetat kembali. Sampai dengan ini, satu rangkaian daur Kreb telah diselesaikan.

Gambar 7. Daur Kreb dan Jalur Masuknya Produk Katabolisme Protein Sumber: Champe dan Harvey, 1994

Pada setiap putaran daur Kreb, yang dimulai dari kondensasi asetil dengan oksaloasetat sampai dengan terbentuknya kembali oksaloasetat, dikeluarkan 2 atom karbon dalam bentuk CO2. Selain itu, setiap satu putaran juga akan menghasilkan 3 molekul NADH dan 1 molekul flavin adenin dinukleotida (FADH2).

3.5.3 Fosforilasi OksidatifNADH dan FADH2 yang terbentuk pada proses glikolisis dan daur Kreb adalah molekul

berenergi tinggi karena masing-masing molekul tersebut mengandung sepasang elektron yang mempunyai potensial transfer yang tinggi. Bila elektron tersebut diberikan kepada oksigen, sejumlah besar energi bebas dilepaskan, dan dapat digunakan untuk membentuk ATP (Styrer, 1995).

Fosforilasi oksidatif adalah proses pembentukan ATP melalui transfer elektron dari NADH atau FADH2 kepada O2 melalui serangkaian rantai pengemban elektron. Proses ini merupakan sumber utama pembentukan energi pada organisme aerob.

Okasaloasetat, C4

Fumarat, C4

L-malat, C4NAD+

NADH sitrat, C6

-ketoglutarat, C5

Suksinat, C4

Isositrat, C6

Suksinil-KoA, C4

Asetil-KoA KoA

CO2; NADH

NAD+

NAD+

CO2; NADH

GTP + PiGTP

FADH2

FAD

Piruvat

Alanin

Sistein

Aspartat

Arginin

Histidin

Fenilalanin

Glutamat

Glutamin

glisin

Asparagin

Metilmalonil-KoA

Valin Treonin Metionin

Fosforilasi oksidatif berlangsung di dalam mitokondria. Atas dasar itu mitokondria dijuluki sebagai pabrik energi. Mitokondria mengandung 2 sistem membran, yaitu membran luar dan membran dalam yang berlipat-lipat. Membran dalam membentuk lipatan-lipatan yang disebut krista. Dengan demikian, terdapat dua kompartemen pada mitokondria, yaitu ruang intermembran (antara membran luar dan membran dalam) dan matriks yang dibatasi oleh membran dalam. Fosforilasi oksidatif berlangsung di dalam membran dalam, sedangkan daur Kreb berlangsung pada matriks mitokondria.

3.6 Rangkuman Produksi ATPTahapan pembentukan ATP selama proses oksidasi satu molekul glukosa dapat

diuraikan sebagai berikut (Gambar 6).i. Pada proses pengubahan 1 molekul glukosa menjadi 2 molekul gliseraldehid-3-fosfat

dibutuhkan 2 molekul ATP.

Gambar 8. Rangkuman Jumlah netto ATP yang Terbentuk pada Setiap Tahapan Oksidasi Glukosa

ii. Pada rangkaian proses pengubahan gliseraldehid-3-fosfat menjadi piruvat terbentuk 1 molekul NADH dan 2 molekul ATP. Karena untuk setiap oksidasi 1 molekul glukosa menghasilkan 2 molekul gliseraldehid-3-fosfat maka NADH dan ATP yang terbentuk masing-masing adalah 2 dan 4 molekul. Selanjutnya 2 molekul NADH mengalami fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan 6 molekul ATP (1 molekul NADH setara dengan 3 molekul ATP).

iii. Pada daur Kreb, untuk setiap molekul asetil-KoA yang memasukinya, terbentuk 3 molekul NADH (9 ATP), 1 molekul FADH2 (2ATP; 1 molekul FADH2 setara dengan 2 molekul ATP), dan 1 molekul GTP (setara dengan 1 molekul ATP). Oleh karena itu, ATP yang terbentuk untuk 1 molekul glukosa yang mengalami oksidasi (2 molekul asetil-KoA memasuki daur Kreb) adalah 2(9 + 2 + 1) molekul = 24 molekul (Gambar 8).

3.7 Kelainan-kelainan pada Metabolisme KarbohidratKeseluruhan proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat akan berjalan secara

efisien pada orang sehat yang, pada umumnya, padanya semua karbohidrat tercerna diserap pada saat mereka mencapai jejenum bagian terbawah. Umumnya, karbohidrat yang diserap adalah dalam bentuk monosakarida. Namun, beberapa gangguan pada aktivitas enzim disakaridase pada mukosa usus menyebabkan lolosnya karbohidrat tak tercerna, terutama laktosa, ke usus besar.

Kehadiran bahan, yang secara osmotik aktif, ini di usus besar menyebabkan penarikan air dari mukosa usus ke usus besar. Akibatnya adalah diare osmotik (Champe dan Harvey,

2 Piruvat

2 Asetil-KoA

Daur Krebs

6CO2 + 6H2O

8 ATP

6 ATP

24 ATP

Total = 38 ATPFosforilasi Oksidatif

1 Glukosa

1994). Hal ini diperkuat oleh fermentasi oleh bakteri terhadap karbohidrat sisa menjadi molekul berkarbon dua atau tiga (yang juga aktif secara osmotik) ditambah dengan terbentuknya gas CO2 dan H2 dalam jumlah besar (flatulence).

Faktor lain penyebab gangguan metabolisme karbohidrat adalah ketidakadaan atau kekurangan enzim-enzim tertentu yang berperan mengatalisis reaksi metabolisme karbohidrat. Beberapa kelainan metabolisme karbohidrat adalah sebagai berikut (Champe dan Harvey, 1994).

3.7.1. Intoleransi pada laktosa (lactose intolerance)Lebih dari setengah orang dewasa menderita intoleransi terhadap laktosa. Gangguan

pencernaan ini terjadi karena kurang atau tidak adanya enzim laktase. Orang dewasa keturunan kulit hitam dan keturunan Asia kurang mampu menguraikan laktosa dibandingkan dengan keturunan Eropa atau kulit putih lainnya. Mekanisme hilangnya enzim laktase belum diketahui dengan jelas, namun hal ini berkaitan dengan genetik. Penanganannya adalah menghindari makanan yang mengandung laktosa.

3.7.2. Kekurangan isomaltase-sukraseKekurangan enzim ini akan menyebabkan intoleransi terhadap sukrosa di dalam

makanan. Kelainan ini umumnya ditemukan pada masyarakat Eskimo di Greenland. Diperkirakan 10% masyarakat Eskimo menderita kalainan ini. Penanganannya ini dilakukan dengan menghindari sukrosa.

3.7.3. Kerusakan disakaridase bawaan (hereditary defects)Kekurangan enzim disakaridase menyebabkan intoleransi terhadap disakarida

(disaccharide intolerance).

3.7.4. Fruktosauria esensialFruktosauria esensial adalah gangguan metabolik yang terjadi karena tidak adanya

enzim fruktokinase. Akibatnya adalah kadar fruktosa dalam darah tinggi dan selanjutnya kadar fruktosa dalam air kemih tinggi.

3.7.5. GalaktosemiaGalaktosemia adalah gangguan metabolik akibat defisiensi enzim galaktokinase.

Akibatnya adalah timbul bintik putih pada selaput bola mata (katarak), muntah-muntah, atau diare.

3.7.6. Penyakit PompeGangguan metabolik ini menyebabkan penimbunan glikogen di lisosom. Hal ini

disebabkan oleh kekurangan enzim -1,4-glukosidase, suatu enzim hidrolitik yang terdapat pada organel ini. Gambaran kliniknya adalah gagal jantung dan pernafasan. Penyakit ini menyebabkan kematian pada anak sebelum mereka berumur 2 tahun.

3.7.7. Penyakit Von GierkePenyakit ini adalah gangguan metabolisme glukosa yang disebabkan oleh tidak adanya

enzim glukosa-6-fosfatase di dalam hati yang mengakibatkan hipoglikemia. Manifestasi kliniknya adalah pembesaran hati.

3.7.8. Penyakit McArdle

Penyakit ini disebabkan oleh gangguan metabolisme glikogen pada otot yang disebabkan oleh tidak adanya aktivitas fosforilase otot. Akibatnya adalah kemampuan melakukan aktivitas sangat terbatas, dan kejang otot yang disertai oleh rasa sakit. Pendeteksian kekurangan enzim tertentu dapat dilakukan dengan uji intoleransi oral (oral-intolerance test) terhadap karbohidrat tertentu.