METABOLISME HIDRAT ARANG ( KARBOHIDRAT )

METABOLISME HIDRAT ARANG ( KARBOHIDRAT )

            Mohammad Hanafi, MBBS (Syd)., dr., MS.

PENGANTAR

Metabolisme Karbohidrat dimulai dengan pencernaan Amilum dalam usus halus. Hasil pencernaan berupa monosakarida diserap oleh usus halus. Glukosa merupakan senyawa utama yang paling banyak dibicarakan   dalam metabolisme Karbohidrat. Rangkaian reaksi yang membentuk beberapa jalur, seperti glikolisis, glikogen sintesis dan pemecahannya, HMP Shunt, glukoneogenesis, asam uronat sebenarnya adalah merupakan catabolisme glukosa. Metabolisme fruktosa dan galaktosa juga diterangkan. Dalam bab kontrol metabolisme Karbohidrat  dite-rangkan bagaimana metabolisme Karbohidrat terorganisasi dan terkoordinasi. Pengaruh hormon terhadap metabolisme Karbohidrat juga disinggung baik dalam tiap-tiap jalur dan juga ada bab tersendiri. Juga dikenalkan secara singkat tentang aspek klinik dari metabolisme karbohidrat.

Metabolisme Karbohidrat adalah salah satu Bab dari Ilmu Biokimia, yang merupakan Ilmu Kedokteran Dasar dan harus dimiliki oleh mahasiswa kedokteran.Dengan mempelajari Ilmu  Biokimia, maka dapat mengerti mekanisme terjadinya penyakit.. Contoh yang mudah dipahami adalah Diabetes Mellitus. Dilihat dari sudut pandang metabolisme Karbohidrat, dapat di-terangkan  kenapa timbul gejala (sering kencing). Mekanisme bagaimana terjadinya hiperglikemi, dan tak kalah pentingnya mekanisme kerja obat untuk menurunkan hiperglikemi; semuanya ini dapat diterangkan dengan Ilmu Biokimia. Salah satu jalur dalam metabolisme Karbohidrat dapat mengurangi jumlah reactif oksigen ( H₂O₂ ) yang penting artinya untuk integritas sel darah merah dan banyak lagi manfaat yang diperoleh dari mempelajari mata kuliah ini.Oleh karena itu, mata kuliah ini ditawarkan untuk membantu anda memperoleh pemahaman yang komprehensif yang akan dapat nantinya digunakan dalam pekerjaan anda sebagai dokter.

Setelah menyelesaikan semester IV, mahasiswa Fakultas Kedokteran diharapkan dapat :

1.menerangkan pencernaan Amilum dalam usus halus dan menyebut dua monosakarida yang diserap secara aktif oleh mukosa usus halus.

2.menerangkan jalur Glikolisis

3.menerangkan metabolisme Glikogen

4.menerangkan jalur Glukoneogenesis

5.menerangkan jalur “Hexose Mono Phosphate Shunt” ( HMP Shunt ).

6.menerangkan jalur Asam Uronat “Uronic acid pathway”

7. menyebut tiga senyawa yang mengandung Heksosamin

8.menerangkan metabolisme Fruktosa

9.menerangkan metabolisme Galaktosa

10.menerangkan kontrol metabolisme karbohidrat

11.menerangkan peran 3 hormon dalam metabolisme karbohidrat

12.menunjukkan aspek klinik dari metabolisme karbohidrat

Pokok Bahasan :

No.	Tujuan Instruksional khusus	Pokok Bahasan	Sub Pokok Bahasan
1	2	3	4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12	TIK 1 Menerangkan pencernaan Amilum dalam usus halus dan penyerapannya TIK 2 Menerangkan jalur Glikolisis TIK 3 Menerangkan metabolisme Glikogen TIK 4 Menerangkan jalur Glukoneogenesis TIK 5 Menerangkan jalur “Hexose Mono Phosphate Shunt” ( HMP Shunt ). TIK 6 Menerangkan jalur Asam Uronat  “Uronic acid pathway” TIK 7 Menyebut tiga senyawa yang mengandung Heksosamin TIK 8 Menerangkan metabolisme Fruktosa TIK 9 Menerangkan metabolisme Galaktosa TIK 10 Menerangkan kontrol metabolisme Karbohidrat TIK 11 Menerangkan peran 3 hormon dalam metabolisme karbohidrat TIK 12 Menunjukkan aspek klinik dari metabolisme karbohidrat	PB 1 Amilum Amilase Penyerapan : aktif dan pasif Aerob, unaerob Fungsi enzim-enzim  kunci Glikogenesis Glikogenolisis Substrat glukoneogenesis enzim-enzim kunci Tempat terjadinya (otot, selain otot) Fungsi enzim-eznim kunci Pembentukan Glukoronat asam askorbat Heparin, Hialuronat, Khondroitin Fruktosa Sorbitol Rangkaian reaksi Sistemik (Glukosa darah) Intra selluler Hubungan inter jalur Epinefrin Glukagon, insulin Dalam : Eritrosit,hepar,otot, dan dalam darah	SPB 1 Aktivator dan Inhibitor Pengaruh hormon Dalam : hepar dan otot Pengaruh hormon Aspek klinik Aspek klinik (dalam eritrosit, hepar dan paru) Aspek klinik Aspek klinik Enzim-enzim kunci Aktivator inhibitor

Untuk memperoleh pemahaman secara komprehensif mahasiswa diharapkan mengerjakan latihan soal yang ada di akhir bab-bab tertentu.

Tahapan kemampuan yang harus dimiliki :

T.I.U. Mahasiswa FK semester IV, mampu Menerangkan metabolisme Karbohidrat dalam tubuh manusia

 

                                                                                                      ↑

	T.I.K. Mampu menunjukkan aspek klinik metabolisme Karbohidrat

 

                                                                                                       ↑

T.I.K. Mampu menerangkan kontrol Metabolisme Karbohidrat

T.I.K. Mampu menerangkan  peran tiga Hormon dalam met. Karbohidrat

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

                                                                                                 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

                                                                                                       ↑

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

	T.I.K. Mampu menerangkan Metabolisme Fruktosa		T.I.K. Mampu menerangkan metabolisme Galaktosa

 

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

                                                                                                       ↑

               ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

	T.I.K. Mampu menerangkan Jalur HMP Shunt		T.I.K. Mampu menyebut Tiga senyawa yang mengandung Heksosamin		T.I.K. Mampu menerangkan Jalur Asam Uronat

 

               -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

                                                                                                       ↑

      --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

	T.I.K. Mampu menerangkan Glikolisis				T.I.K. Mampu menerangkan Metabolisme Glikogen				T.I.K. Mampu menerangkan Glukoneogenesis

 

               -------------------------------------------------------------------------------------------------

                                                                         ↑

T.I.K. Menyebut dua monosakarida yang diserap secara aktif

T.I.K. Menerangkan percernaan Amilum dalam usu halus

                             -----------------------------------------------------------------------------------------------------

          

 

1. PENDAHULUAN

     Hidrat arang (karbohidrat) merupakan makanan pokok kita bangsa Indonesia. Pada umumnya sumber karbohidrat dalam makanan berasal dari beras, namun ada juga yang berasal dari sagu, ketela pohon atau jagung.

     Di negara yang sudah maju, daging merupakan menu utama dari makanan mereka. Karbohidrat dalam daging namanya glikogen.

     Karbohidrat merupakan senyawa biomolekul yang paling banyak jumlahnya di permukaan bumi ini. Polimer karbohidrat yang tidak larut merupakan pelindung dan membentuk dinding sel bakteri; pada tumbuhan senyawa ini berfungsi sebagai penopang dan pada binatang berfungsi sebagai jaringan ikat dan "cell coat". 

     Fungsi utama dari metabolisme karbohidrat adalah untuk menghasilkan energi dalam bentuk senyawa yang mengandung ikatan fosfat bertenaga tinggi.

2. PENCERNAAN KARBOHIDRAT

     Pencernaan karbohidrat terjadi terutama di usus kecil. Enzim amilase yang disekresi pankreas, dengan pH optimum 7 memerlukan ion Cl secara mutlak, menghidrolisis amilosa menjadi maltosa dan glukosa. Amilum (starch) dan glikogen yang telah mengalami hidrasi (hydrated starch) akan dicerna oleh amilase pankreas dan menghasilkan maltosa [a-Glk(1 à4)Glk], trisakarida maltotriosa [a-Glk(1à4) aGlk(1à4) Glk], a-limit dextrins dan sedikit glukosa. Dapat juga menghasilkan isomaltosa.

     Amilase merupakan  endopolisakaridase jadi tidak bisa memotong glukosa yang terletak di ujung cabang; a-amilse tidak bisa memutus ikatan a-(1à4) pada glukosa yang terletak pada titik cabang; lihat gambar dibawah ini !

Enzim-enzim yang dapat menghidrolisis disakarida terdapat pada "brush border", dengan nama umum disakaridase. Hasil utama hidrolisis disakarida adalah glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Monosakarida yang telah diserap masuk ke vena porta setelah melalui hepar dan jantung beredar keseluruh tubuh. Selulosa tidak dapat dicerna oleh manusia, akhirnya akan dikeluarkan bersama/membentuk feses.

     Monosakarida diserap dengan kecepatan yang berbeda. Urutan menurut kecepatannya adalah sebagai berikut : galaktosa, glukosa, fruktosa, mannosa, xilosa (xylosa) dan arabinosa. Galaktosa dan glukosa diserap secara aktif.

  Gambar a :  Cara kerja enzim amilase

            

              6 = isomaltosa, dekat titik cabang.

Latihan :

1.Terangkan bagaimana enzim amilase bekerja, apa yang dihasilkan

2.Monosakarida apa saja yang diserap secara aktif.    

Catatan :

3. PEMBAGIAN METABOLISME KARBOHIDRAT

     Untuk mempermudah mempelajari metabolisme karbohidrat, maka dibagi menjadi beberapa jalur metabolisme. Namun hendaknya diingat bahwa dalam tubuh, jalur-jalur ini merupakan kesatuan, yang mana jalur yang paling banyak dilalui tergantung pada keadaan (status nutrisi) waktu itu.

     Pembagiannya adalah:

3.1.Glikolisis ("glycolysis")

3.2.Glikogenesis ( "glycogenesis" ).

3.3.Glikogenolisis ( "glycogenolysis" ).

3.4.Oksidasi asam piruvat.

3.5.Jalur fosfoglukonat oksidatif ( "Hexose Mono-phosphate Shunt" atau  "Pentose Phosphate Pathway" ).

3.6.Glukoneogenesis ( "gluconeogenesis" ).

3.7.Metabolisme fruktosa, galaktosa dan heksosamin

4. G L I K O L I S I S

    Glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi asam piruvat atau asam laktat. Jalur ini terutama terjadi dalam otot bergaris, yang dimaksudkan untuk menghasilkan energi (ATP). Apabila glikolisis terjadi dalam suasana anaerobik maka akan berakhir dengan asam laktat, dan menghasilkan dua ATP, apabila dalam keadaan aerobik berakhir menjadi asam piruvat dengan 7 ATP (Harper 28).( gambar-1).

4.1.Tahapan reaksi glikolisis.

Jalur ini disebut juga jalur Embden-Meyerhof. Semua enzim yang terlibat terdapat dalam fraksi ekstra mitokhondria (dalam sitosol). Mula-mula glukosa mengalami esterifikasi dengan fosfat, reaksi ini disebut juga fosforilasi glukosa oleh ATP menjadi glukosa 6-P.

                                                Heksokinase (glukokinase)

                                                                 Mg⁺⁺

                        D-glukosa    +   ATP      ®      D-glukosa 6-P   +   ADP.

     Reaksi ini memerlukan ion Mg⁺⁺ sebagai kofaktor.

     Dalam sel , sedikit sekali glukosa berada sebagai glukosa bebas, sebagian besar terdapat dalam bentuk ester glukosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis dua enzim : hexokinase dan glukokinase.

 Hexokinase terdapat dalam ber-macam2 sel, kecuali di sel pankreas. Enzim ini sesuai dengan namanya dapat pula mengkatalisis esterifikasi heksosa lainnya dengan ATP; contoh: fruktosa menjadi fruktosa 6-P. Dalam sel binatang dan manusia enzim ini merupakan enzim regulator, karena dapat dihambat oleh hasil reaksinya.

     Glukokinase terdapat dalam hepar  dan pankreas. Mempunyai Km untuk D-glukosa jauh lebih tinggi dari enzim hexokinase. Glukokinase memerlukan glukosa lebih tinggi untuk menjadi aktif bila dibandingkan dengan heksokinase (gambar 28)

     Berbeda dengan heksokinase glukokinase tidak dihambat oleh hasil reaksinya yaitu glukosa 6-P. Glukokinase berperan biasanya pada waktu kadar glukosa darah tinggi (sesudah makan). Pada penderita Diabetes Mellitus enzim ini jumlahnya berkurang.

Reaksi fosforilasi ini boleh dikatakan reaksi satu arah.

     Selanjutnya glukosa 6-P diubah menjadi fruktosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis enzim fosfoheksosa isomerase, dimana terjadi aldosa-ketosa isomerasi. Hanya D-anomer dari glukosa 6-P yang bisa dipakai sebagai substrat. Reaksi ini merupakan reaksi bolak-balik.

     Reaksi selanjutnya adalah pembentukan fruktosa 1,6-difosfat oleh enzim fosfofruktokinase-1 (PFK-1). Reaksi ini boleh dikatakan reaksi satu arah. Enzim fosfofruktokinase-1 merupakan enzim yang bisa diinduksi. Enzim ini memegang peran  yang penting dalam mengatur kecepatan glikolisis.

fosfofruktokinase-1

Fruktosa 6-P + ATP      à      Fruktosa 1,6-BP + ADP.

Mg⁺⁺

     Aktifitas enzim ini meningkat apabila konsentrasi ADP, AMP, fosfat inorganik ( Pi ), NH₃, F2,6 BP, dan glukose 6P meningkat.  Enzim fosfofruktokinase-1 dihambat oleh ATP, asam sitrat dan 2,3-DP gliserat (dalam sel darah merah). Apabila pemakaian ATP meningkat (kadar ATP menurun) maka aktifitasnya meningkat, sebaliknya apabila kadar ATP tinggi aktifitas enzim tersebut menurun. Enzim ini juga dihambat oleh meningkatnya kadar asam lemak bebas, sehingga apabila senyawa ini    meningkat dalam darah, yang akhirnya masuk ke dalam sel , maka pemakaian glukosa akan berkurang. Keadaan ini bisa terjadi pada waktu kelaparan, yang mana juga dapat terbentuk   senyawa keton.

     Peran fruktosa 2,6 bisfosfat (dalam hepar).

     Dalam hepar fruktosa 2,6-bisfosfat merupakan allosterik efektor positif yang paling kuat bagi enzim fosfofruktokinase-1, dan merupakan inhibitor bagi enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase ("enzim glukoneogenesis"). Fruktosa 2,6-bisfosfat menghilangkan pengaruh hambatan (inhibisi) ATP terhadap fosfofruktokinase-1, dan meningkatkan affinitas enzim ini terhadap fruktosa 6-P. Fruktosa 2,6-bisfosfat menghambat fruktosa-1,6-bisfosfatase dengan jalan meningkatkan harga Km untuk fruktosa-1,6-bisfosfat. Kadar fruktosa 2,6-bisfosfat dibawah pengaruh kontrol substrat dan hormonal ( gambar-2 ).

     Fruktosa 2,6-bisfosfat dibentuk dengan fosforilasi fruktosa 6-fosfat (fruktosa 6-P) yang dikatalisis enzim fosfofruktokinase-2 (PFK-2). Enzim yang sama bertanggung jawab juga terhadap pemecahan fruktosa 2,6 bisfosfat (F 2,6-BP), karena enzim ini mempunyai aktifitas fruktosa 2,6 bisfosfatase, namun enzim ini telah mengalami fosforilase menjadi PFK-2P (fosfo frukto kinase fosfat). Aktifitas bifungsi enzim fosfofruktokinase-2 ini dibawah pengaruh (kontrol) allosterik fruktosa 6-P. Apabila kadar senyawa ini meningkat, sebagai akibat meningkatnya kadar glukosa, maka akan meningkatkan aktifitas fosfofruktokinase-2 pada waktu yang sama aktifitas fosfatasenya menurun. Apabila kita memerlukan glukosa (pada waktu puasa), dengan perkataan lain glukosa darah menurun, glukagon akan menyebabkan terbentuknya cAMP, selanjutnya "cAMP- dependent protein kinase" teraktifasi, yang menyebabkan fosfofruktokinase-2 dihambat, sedangkan aktifitas fruktosa 2,6BPase meningkat, karena diubah menjadi PFK-2P.

     Dalam keadaan dimana kadar glukosa meningkat, menyebabkan fruktosa 6P meningkat, ini memacu PFK-2 membentuk fruktosa 2,6 bisfosfat. Selanjutnya F 2,6 BP akan merangsang aktifitas fosfofruktokinase-1 dan menghambat fruktosa 1,6 bisfosfatase.

     Fruktosa 1,6-BP akan dipecah menjadi dua triosa oleh enzim aldolase.

                                        Aldolase

              Fruktosa 1,6-BP    ®     Dihidroksi asetonfosfat   +  gliseraldehida 3-P

     Pada sel binatang sedikitnya ada dua macam aldolase, aldolase A yang terdapat dalam sebagian besar jaringan , aldolase B terdapat dalam sel hepar dan ginjal. Semuanya terdiri dari empat subunit polipeptida yang berbeda komposisi asam aminonya.

                       Gliseraldehida 3-fosfat  «  Dihidroksi asetonfosfat (DHAP).

     Kedua triosa tersebut diatas "interconverted", dapat saling berubah dengan adanya enzim fosfotriosa isomerase.

     Sampai dengan reaksi ini satu glukosa terpakai  dan memerlukan dua ATP.

     Selanjutnya glikolisis berjalan dengan oksidasi gliseraldehid 3-fosfat (gliseraldehida 3-P) menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Karena adanya enzim fosfotriosa isomerase, dihidroksi asetonfosfat juga dioksidasi.Enzim yang bertanggung jawab pada reaksi ini adalah gliseraldehida 3-P dehidrogenase yang mana aktifitasnya tergantung adanya NAD⁺. Enzim ini terdiri dari empat   polipeptida yang identik membentuk tetramer. Empat gugusan -SH terdapat pada tiap polipeptida, mungkin berasal dari residu sistein (cysteine). Satu gugusan  -SH terdapat pada "active site". Reaksinya berjalan sebagai berikut   ( gambar-3 ):

     Mula-mula substrat berikatan dengan "cysteinyl moiety" pada dehidrogenase membentuk suatu tiohemiasetal, yang kemudian dioksidasi menjadi tiol-ester. Atom hidrogen yang terlepas dipindah pada NAD⁺ yang terikat pada enzim. NADH yang terbentuk,akan terikat pada enzim juga tapi tidak sekuat NAD⁺,  sehingga NADH ini mudah diganti oleh NAD⁺ yang lain.

     Energi yang terjadi pada oksidasi ini terwujud dalam ikatan sulfat energi tinggi, yang kemudian dengan fosforolisis menjadi ikatan fosfat energi tinggi pada posisi satu dari 1,3-bisfosfo-gliserat.Pada fosforolisis diatas, Pi ditambahkan dan enzim bebas serta gugus -SH bebas terbentuk. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP pada reaksi dengan ADP yang dikatalisis enzim fosfogliserat kinase. Reaksi ini menghasilkan 3-fosfogliserat.

     Jadi oksidasi fosfogliseraldehid menjadi fosfogliserat, dimana terlepas suatu energi, energi ini dipakai oleh reaksi pengambilan fosfat inorganik dan sintesis ATP; rangkaian reaksi-reaksi ini merupakan suatu "coupled reaction".

     Karena ada dua molekul triosafosfat yang dioksidasi, maka akan terbentuk dua molekul ATP. Pada reaksi ini NAD⁺ tereduksi menjadi NADH. Reaksi tersebut diatas adalah suatu contoh dari fosforilasi pada tingkat substrat.

Apabila ada asam arsenat, maka zat ini akan berkompetisi dengan Pi yang akan menghasilkan arseno-3-fosfogliserat, yang akan terhidrolisis spontan menghasilkan 3-fosfogliserat tanpa menghasilkan ATP. Ini suatu contoh arsenat dapat "uncoupled" oksidasi dan fosforilasi.

     Selanjutnya 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim fosfogliserat mutase.

     Reaksi berikutnya dikatalisis oleh enzim enolase; pada reaksi ini terjadi perubahan struktur molekul hingga terbentuk ikatan fosfat bertenaga tinggi pada posisi 2, yaitu fosfoenolpiruvat.

    Enolase dihambat oleh fluorida ( F ). Dalam praktek fluorida ditambahkan ke dalam larutan pada penentuan glukosa,juga kedalam pasta gigi. Kerja enzim ini tergantung adanya Mn⁺⁺ atau Mg⁺⁺. Reaksinya sebagai berikut:

                              2-fosfogliserat  «  Fosfoenolpiruvat  +  H₂O.

     Fosfat  bertenaga  tinggi  dari fosfoenolpiruvat  dipindah ke ADP menjadi ATP,  yang     dikatalisis enzim piruvat kinase.

     Reaksinya:

                                               ADP                        ATP

                                                                              

                             Fosfoenolpiruvat      ßà       Enolpiruvat

                                                         Piruvat kinase

     Enzim piruvat kinase hepar berbeda sifatnya dengan enzim piruvat kinase otot. Pada otot konsentrasi ATP yang tinggi akan menghambat enzim ini. Pada hepar enzim ini dapat dihambat oleh ATP dan alanin, tapi adanya fruktosa 1,6-difosfat dengan konsentrasi tinggi, akan dapat menghilangkan hambatan ini. Dalam hepar enzim ini dihambat juga oleh asam lemak rantai panjang dan asetil-KoA.

     Dalam hepar glukagon menghambat glikolisis dan merangsang glukoneogenesis dengan meningkatkan konsentrasi cAMP. Senyawa ini kemudian mengaktivasi "cAMP dependent protein kinase". Protein kinase yang aktif ini akan mengkatalisis fosforilasi enzim piruvat kinase  menjadi piruvat kinase-P. Enzim piruvat kinase-P merupakan bentuk tidak aktif. Dengan demikian glukagon menghambat glikolisis.

     Sampai dengan reaksi ini hasil netto dari perubahan glukosa menjadi dua asam piruvat adalah dua NADH dan dua ATP, yaitu pada awal jalur ini dibutuhkan dua ATP dan kemudian menghasilkan empat ATP. Dalam keadaan aerobik NADH dengan menggunakan rantai respirasi dapat diubah menjadi 2,5 ATP (Harper 28).

     Pada keadaan anaerobik reoksidasi NADH melalui rantai respirasi tidak berjalan. Asam piruvat akan dirubah menjadi asam laktat, yang dikatalisis enzim laktat dehidrogenase.

Reaksinya:

                                                             laktat dehidrogenase

                            Asam piruvat     +    NADH    ßà     L-laktat +   NAD⁺

     Dengan demikian reoksidasi NADH melalui asam laktat memungkinkan glikolisis berlangsung tanpa oksigen, karena NAD⁺ yang terbentuk cukup untuk kebutuhan enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase. Jadi jaringan pada keadaan hipoksia ada tendensi untuk membentuk asam laktat, terutama dalam otot bergaris. Asam laktat yang terbentuk akan masuk ke peredaran darah dan bisa didapatkan dalam urine.

4.2 SEL DARAH MERAH

     Glikolisis dalam eritrosit sekalipun dalam keadaan aerobik akan menghasilkan asam laktat, karena enzim-enzim yang dapat  mengoksidasi asam piruvat secara aerobik tidak ada dalam sel darah merah.

     Dalam eritrosit golongan mammalia tahapan yang  dikatalisis fosfogliserat kinase di " by passed " dengan adanya enzim bisfosfogliserat mutase dan enzim 2,3-bisfosfogliserat fosfatase (gambar-4). Akibat adanya dua enzim ini ATP tidak terbentuk dan ini memungkinkan glikolisis berlangsung apabila kebutuhan ATP minimum. 2,3-bisfosfogliserat bergabung dengan hemoglobin sehingga menyebabkan affinitas hemoglobin terhadap oksigen menurun. Kurve dissosiasi oksigen hemoglobin bergerak ke kanan. Dengan demikian adanya 2,3-bisfosfogliserat dalam sel darah merah membantu pelepasan oksigen untuk keperluan jaringan.

            Reaksinya :

                                                                 Enzim 1

                             1,3-bisfosfogliserat           ®          2,3-bisfosfogliserat  

                                                                                  Enzim  2        ¯

   

                                                                                            3-fosfogliserat.

Enzim 1 : bisfosfogliserat mutase

Enzim 2: 2,3-bisfosfogliserat fosfatase

     Dalam glikolisis ada tiga reaksi boleh dikatakan secara fisiologis satu arah, yaitu reaksi yang dikatalisis enzim-enzim :

  1. heksokinase ( dan glukokinase )

  2. fosfofruktokinase

  3. piruvat kinase

Latihan / cek list .

1.Apa fungsi glikolisis

2.Tulisllah rangkaian reaksi glikolisis

3.Terangkan :

3.1.cara kerja enzim-enzim berikut :

      heksokinase/glukokinase

      fosfofruktokinase 1 (Phospho Fructo Kinase 1 = PFK-1)

      PFK-2

      Piruvat kinase

3.2.apa saja yang mempengaruhi kerjanya ( menghambat atau meningkatkan )

4.Mengapa anaerobik dan aerobik berbeda 5 ATP?

5.Terangkan peran Fruktosa 2,6 BP

6.Terangkan glikolisis dalam sel darah merah.

7.Terangkan pengaruh hormon glukagon terhadap PFK-2 dan enzim piruvat kinase

Catatan :

Harper 28   FADH₂ = 1,5 ATP, NADH = 2,5 ATP

5. OKSIDASI ASAM PIRUVAT MENJADI ASETIL-KoA

      Asam piruvat dapat masuk ke dalam mitokhondria dengan pertolongan suatu transporter. Asam piruvat mengalami oksodasi-dekarboksilasi oleh suatu enzim yang tersusun rapi dalam matriks mitokhondria. Enzim-enzim ini disebut piruvat dehidrogenase kompleks

( gambar 5 dan 6 ).

     Mula-mula asam piruvat mengalami dekarboksilasi. Reaksi ini dikatalisis enzim piruvat dehidrogenase. Tiamin pirofosfat bertindak sebagai ko-enzim. Dalam reaksi ini terbentuk CO₂ dan a-hidroksietil-tiaminpirofosfat atau disebut juga "aktif asetaldehid". Senyawa yang disebut belakangan ini dipindah ke prostetik lipoamide, yang merupakan bagian  dari enzim transasetilase. Dalam perpindahan ini disulfida dari lipoamide tereduksi, asetildehida teroksidasi menjadi asetil aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian bereaksi dengan koenzim-A, membentuk asetil-S-KoA, dan menghasilkan lipoamide dalam bentuk disulfhidril(tereduksi). Koenzim yang tereduksi ini dioksidasi kembali oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase. Flavoprotein yang tereduksi kemudian dioksidasi oleh NAD⁺. Ringkasnya, reaksinya adalah sebagai berikut:

   CH3COCOOH   +   HSCoA   +   NAD⁺     ®         CH3CO-SCoA   +   NADH   +   H⁺

     Piruvat dehidrogenase dihambat oleh hasil reaksinya yaitu NADH dan asetilKoA. Enzim ini juga dihambat oleh aktivitas oksidasi asam lemak, yang mana akan meningkatkan rasio Asetil-KoA / KoA, NADH / NAD⁺ dan ATP / ADP. Peningkatan rasio diatas akan mengaktivasi piruvat dehidrogenase (PDH) kinase yang akan mengkatalisis fosforilasi enzim PDH a menjadi PDH b yang tidak aktif. PDH fosfatase akan menghidrolisis PDH b menjadi PDH a yang aktif. PDH fosfatase diaktivasi oleh insulin. Arsenit atau ion merkuri membentuk komplek dengan gugusan -SH dari asam lipoat dan menghambat piruvat dehidrogenase. Kekurangan tiamin akan menyebabkan asam piruvat tertimbun.

Pertanyaan / cek lis

1.Berapa ATP dihasilkan dalam reaksi asam piruvat menjadi asam laktat ?( NADH = 2,5 ATP  Harper 28)

2.Terangkan apa saja dan apa akibatnya yang dapat mempengaruhi kerja enzim piruvat dehidrogenase.

Catatan :

6. G L I K O G E N

6.1 G L I K O G E N E S I S

Glikogen dalam sel binatang fungsinya mirip dengan amilum dalam tumbuhan yaitu sebagai cadangan energi.

      Pembentukan glikogen (glikogenesis) terjadi hampir dalam   semua jaringan, tapi yang paling banyak adalah dalam hepar dan dalam otot. Setelah seseorang diberi diet tinggi karbohidrat (hidrat arang), kemudian heparnya dianalisis , maka akan didapatkan kurang lebih 6% berat basah terdiri dari glikogen. Namun 12 sampai 18 jam kemudian, hampir semua glikogen habis terpakai. Dalam otot kandungan glikogen jarang melebihi satu persen, tapi untuk menghabiskan glikogen tersebut agak sulit, yaitu misalnya dengan olah raga berat dan lama.

     Sintesis glikogen dimulai dengan perobahan glukosa 6-fosfat menjadi glukosa 1-fosfat yang dikatalisis enzim fosfoglukomutase (glukosa 1,6-bisfosfat bertindak sebagai koenzim) (gambar-7 ).

     Selanjutnya enzim uridin difosfat glukosa pirofosforilase (UDPG pirofosforilase) meng-katalisis pembentukan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa) ( gambar-8 ).

                        UTP + Glukosa 1-fosfat ® UDP-glukosa + Ppi

 Reaksi ini boleh dikatakan reaksi searah,karena hidrolisis senyawa inorganik pirofosfat menjadi inorganik fosfat, yang dikatalisis enzim inorganik pirofosfatase menarik reaksi kekanan. Enzim glikogen sintetase (glikogen sintase) memindahkan glukosil aktif dari UDP-glukosa (UDPG) pada bagian dari ujung glikogen yang tidak dapat direduksi, membentuk ikatan a-1,4 glukosidik. Pembentukan ikatan tersebut terjadi ber-ulang2, sehingga cabangnya makin panjang. Apabila panjang cabang tersebut mencapai antara 6 sampai 11, maka enzim amilo (a 1,4)à a(1,6) transglukosidase ("branching enzim") memindahkan sebagian dari residu ikatan a-1,4 (minimum 6 residu), pada rantai didekatnya membentuk ikatan a-1,6. Jadi terjadi titik percabangan baru. Kemudian kedua cabang tersebut bertambah panjang. Dan seterusnya kejadian berulang kembali ( gambar-9 ).

Uridin difosfat yang dibebaskan ketika unit glukosil dari UDPG dipindah kebagian tertentu dari glikogen, disintesis kembali menjadi UTP dengan memakai ATP. Total kebutuhan ATP untuk menyimpan satu molekul glukosa menjadi satu molekul glikogen adalah dua molekul, dua ADP dan dua inorganik fosfat terbentuk.

     Berat molekul glikogen mencapai satu sampai empat juta lebih.

6.2 GLIKOGENOLISIS

      Pemecahan glikogen dalam hepar dan otot berbeda dengan enzim yang terdapat dalam pencernaan. Enzim glikogen fosforilase akan melepaskan unit glukosa dari rantai cabang glikogen yang tidak bisa direduksi. Reaksinya bisa digambarkan sebagai berikut:

                 (Glukosa)n   +   H₃PO₄   ®   Glukosa 1-fosfat   +   (Glukosa)n-1

      Enzim ini hanya memecah ikatan a-1-4 glikosidik, dan berhenti pada empat residu dari titik cabang. Enzim amilo (a 1,4)à(a 1,4) glukan transferase, memindah tiga unit glukosa yang terikat pada rantai cabang (yang tinggal empat) pada rantai yang lain membentuk “rantai” lurus. Selanjutnya enzim glikogen fosforilase.akan memecah ikatan a-1,4 sampai 4 unit glukosa dari titik cabang, demikian seterusnya.

      Debranching enzim (amilo 1,6-glukosidase) memecah ikatan glukosidik 1,6 dan menghasilkan glukosa ( gambar-13 ). Dalam otot glukosa yang dihasilkan tidak cukup banyak untuk dieksport keluar sel, kemungkinan dipakai oleh sel otot itu sendiri.

     Glukosa 1-fosfat yang terlepas diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim fosfoglukomutase. Senyawa ini bisa masuk jalur glikolisis atau jalur lainnya. Di hepar, ginjal dan epitel usus halus glukosa 6-fosfatase yang spesifik  memecah ikatan ester dan melepaskan glukosa ke peredaran darah. Enzim ini tidak didapatkan dalam otot.

6.3 GLIKOGENESIS DAN GLIKOGENOLISIS, MEKANISME DAN KONTROL

      Pada prinsipnya enzim yang mengatur metabolisme glikogen adalah glikogen fosforilase dan glikogen sintase, enzim-enzim ini sendiri dibawah pengaruh suatu kontrol yang komplek yaitu suatu mekanisme yang melibatkan peristiwa allosterik dan modifikasi ikatan kovalen pada senyawa fosfat dari enzim.

6.3.1 Aktifasi dan inaktifasi fosforilase

Dalam hepar, enzim fosforilase ada dalam keadaan aktif maupun tidak aktif. Pada fosforilase yang aktif (fosforilase a), gugusan hidroksil dari serin mengalami fosforilasi (dalam ikatan ester). Fosforilase a ( yang aktif ) bisa menjadi tidak aktif dengan hilangnya fosfat yang terikat pada senyawa serin tersebut. Reaksi ini dikatalisis enzim fosfatase spesifik dengan nama protein fosfatase-1. Untuk mengaktifkan enzim fosforilase kembali diperlukan refosforilasi, yang dapat dikatalisis enzim fosforilase kinase dengan adanya ATP. Fosforilase otot, berbeda secara immunologik dan genetik bila dibandingkan dengan fosforilase hepar. Dalam otot fosforilase a  merupakan bentuk fosforilase aktif ( dimer ), mengalami fosforilasi. Enzim ini aktif dan tidak tergantung ada atau tidak adanya AMP. Tiap monomer mengandung satu piridoksal fosfat.

          Fosforilase b, yang mengalami defosforilasi hanya aktif apabila ada AMP. Dalam keadaan fisiologis fosforilase a merupakan bentuk aktif enzim enzim ini.

         Aktifasi melalui cAMP

         Fosforilase dalam otot dapat diaktifasi oleh epinefrin secara tidak langsung. Aktifasi ini melalui cAMP. cAMP merupakan suatu senyawa intra selluler, senyawa ini merupakan suatu senyawa antara ("intermediate compound"). Senyawa ini disebut juga "second messenger". Banyak hormon yang bekerja dengan perantaraan senyawa ini. cAMP dibentuk dari ATP oleh enzim adenilil siklase sebelumnya dikenal dengan nama adenilat siklase (adenylate cyclase), yang terdapat pada permukaan dalam membran sel. Adenilil siklase dapat diaktifasi oleh hormon-hormon seperti: epinefrin dan norepinefrin yang bekerja melalui reseptor adrenergik beta. Reseptor ini terletak pada sel membran (gambar-11).

 Pada hepar glukagon bekerja melalui reseptor yang lain yaitu reseptor glukagon. cAMP dirusak enzim fosfodiesterase; dengan adanya enzim ini kadar cAMP diatur dalam kadar yang rendah. Insulin dapat meningkatkan aktifitas enzim fosfodiesterase dalam hepar, dengan demikian menyebabkan kadar cAMP rendah.

         Meningkatnya cAMP menyebabkan meningkatnya aktifitas enzim protein kinase "cAMP-dependent", yang mempunyai spesifisitas luas.

Protein kinase ini mengkatalisis fosforilasi oleh ATP, enzim fosforilase kinase b (tidak aktif) menjadi fosforilase kinase a (aktif), yang selanjutnya juga dengan proses fosforilasi fosforilase kinase a yang aktif mengkatalisis perubahan fosforilase b menjadi fosforilase a (lihat gambar 11).

Protein kinase "cAMP-dependent" yang tidak aktif terdiri dari dua pasang subunit. Tiap pasang terdiri dari suatu subunit regulator (R), yang dapat mengikat dua cAMP, dan subunit katalitik (C), yang mengandung "active site" membentuk R2C2. Apabila bereaksi dengan cAMP maka kompleks protein kinase yang tidak aktif itu akan berdisosiasi dan melepaskan monomer C yang aktif.

                 R2C2  +  4cAMP    «    2C  +  2(R-cAMP2)

                  enzim                                         enzim

                  inaktif                                          aktif

          Aktifasi melalui Ca⁺⁺ dan sinkronisasi dengan kontraksi otot.

          Beberapa saat setelah kontraksi otot dimulai glikogenolisis meningkat beberapa ratus kali lipat. Hal ini disebabkan karena aktifitas fosforilase yang diaktifkan oleh fosforilase kinase (gambar-11). Enzim fosforilase kinase sendiri diaktifkan oleh Ca⁺⁺, yang mana juga merupakan signal untuk mengaktifkan kontraksi. Fosforilase kinase otot terdiri dari 4 subunit, a, b, g dan d yang membentuk struktur (abgd)4. Subunit a dan b mengandung residu serin yang dapat difosforilasi oleh protein kinase "cAMP-dependent". Subunit b dapat mengikat 4 Ca⁺⁺. Subunit b identik dengan kalmodulin protein (suatu "Ca⁺⁺ binding protein").Terikatnya Ca⁺⁺ pada subunit b dapat mengaktifkan "catalytic site g" biarpun enzim fosforilase kinase ini dalam bentuk defosforilasi (fosforilase kinase b). Akan tetapi fosforilase kinase a hanya akan mempunyai aktivitas maksimal apabila telah mengikat Ca⁺⁺. TpC adalah Ca⁺⁺ binding protein dalam otot, strukturnya mirip struktur Calmodulin.

Calmodulin atau  TpC  dapat berinteraksi dengan  fosforilase-kinase (yang telah mengikat Ca⁺⁺) dan menyebabkan aktivasi lebih lanjut. Jadi aktifasi kontraksi otot dan  glikogenolisis dijalankan oleh kalmodulin yang sama. Efek Ca⁺⁺ dalam sel dapat terlihat berkat adanya "the Ca⁺⁺ binding protein" kalmodulin ( gambar-11 ).

6.3.2 Glikogenolisis dalam hepar

          Penelitian menunjukkan bahwa selain pengaruh aktivitas glukagon melalui reseptornya,  glikogenolisis dalam hepar juga dirangsang oleh katekolamin (adrenalin) melalui proses yang melibatkan mobilisasi Ca⁺⁺ dan tidak tergantung pada cAMP (cAMP-independent mobilization of Ca⁺⁺) dari mitokhondria ke sitosol. Selanjutnya terjadi rangsangan fosforilase kinase yang sensitif terhadap Ca⁺⁺/Calmodulin.

Glukagon tidak mempengaruhi fosforilase otot bergaris, akan tetapi jantung dapat dipe-ngaruhinya.

          Perbedaan yang lain antara hepar dan otot bergaris adalah, protein phosphatase-1 hepar dihambat oleh fosforilase yang aktif.

          Inaktivasi fosforilase.

          Fosforilase a dan fosforilase kinase a dapat dibuat tidak aktif oleh protein phosphatse-1 dengan jalan melepaskan gugusan fosfatnya (dephosphorylated). Protein phosphatase-1 sendiri dapat dihambat oleh suatu protein yang disebut inhibitor-1. Inhibitor-1 hanya aktif apabila sudah mengalami fosforilasi oleh cAMP-dependent protein kinase menjadi inhibitor-1-P. Dengan demikian cAMP dapat mengontrol aktivasi maupun inaktivasi dari phosphorilase (gambar-12).

6.3.3 Aktivasi dan inaktivasi "Glycogen synthase"  (glikogen sintase)

         Seperti halnya fosforilase, glikogen sintase berada dalam bentuk fosforilasi maupun defosforilasi. Akan tetapi bentuk aktif glikogen sintase (glikogen sintase a) adalah defosforilasi (yang telah kehilangan senyawa fosfat ).

Bentuk ini bisa diubah  menjadi glikogen sintase b (tidak aktif) dengan jalan fosforilasi residu serin (7 buah). Reaksi ini memerlukan ATP dan dikatalisis oleh sedikitnya 6 macam protein kinase.

         Glikogen sintase terdiri dari 4 sub unit yang identik. Tiap-tiap sub unit mempunyai  7 buah residu serin yang dapat difosforilasi.

         Enam macam protein kinase tersebut diatas, terdiri dari dua protein kinase "Ca⁺⁺/Calmodulin dependent"(satu diantaranya adalah fosforilase kinase). Kemudian ada satu protein kinase yang cAMP-dependent. Protein kinase ini memungkinkan suatu hormon menghambat sintesis glikogen dan mengaktifkan glikogenolisis secara sinkron. Sedangkan protein kinase yang lain dikenal dengan nama glikogen sintase kinase-3, kinase-4 dan kinase-5.

          Glukosa-6P merupakan suatu allosterik aktivator dari glikogen sintase b dengan jalan menurunkan Km untuk UDP-glukosa. Dengan demikian bentuk yang tidak aktif (glikogen sintase b yaitu bentuk yang mengalami penambahan fosfat atau bentuk yang terfosforilasi) dapat menjalankan glikogen sintesis (gambar-10).

Glikogen dapat menghambat sintesis glikogen itu sendiri. Insulin dapat merangsang sintesis glikogen dalam otot,dengan jalan meningkatkan defosforilasi (pelepasan fosfat) dan aktivasi glikogen sintesis b. Dalam keadaan normal defosforilasi glikogen sintesa b dilakukan oleh protein phosphatase-1, yang mana berada dibawah kontrol cAMP-dependent protein kinase ( gambar-10 ).

6.3.4 Regulasi metabolisme glikogen

 

         Regulasi metabolisme glikogen dipengaruhi oleh keseimbangan antara enzim glikogen sintase dan fosforilase. Kedua enzim tersebut berada dibawah kontrol substrat (melalui allosterik) dan hormon. Melalui cAMP-dependent protein kinase, fosforilase diaktifkan (dengan jalan meningkatkan cAMP) dan glikogen sintase aktif diubah menjadi tidak aktif pada waktu yang bersamaan. Jadi inhibisi glikogenolisis akan meningkatkan glikogenesis dan penghambatan terhadap glikogenesis akan menyebabkan peningkatan glikogenolisis. Hal lain yang perlu diperhatikan dalam regulasi metabolisme glikogen adalah peristiwa defosforilasi dari fosforilase a, fosforilase kinase dan glikogen sintase b dilakukan oleh satu protein dengan spesifisitas yang luas yaitu protein phosphatse-1. Selanjutnya protein phosphatase-1 dihambat oleh inhibitor-1-P. Inhibitor-1-P berasal dari inibitor-1 yang mengalami fosforilasi dan dikatalisa oleh  "cAMP-dependent protein kinase" ( lihat gambar-12 ).  Dengan demikian glikogenolisis bisa dihentikan dan pada waktu yang bersamaan glikogenesis dirangsang, demikian juga sebaliknya, hal ini disebabkan karena adanya cAMP-dependent protein kinase. Baik fosforilase kinase maupun glikogen sintase secara reversibel dapat difosforilasi pada lebih dari satu tempat dengan bantuan kinase dan fosfatase yang berbeda. Fosforilasi yang kedua  ini mengubah sensitivitas fosforilasi dan defosforilasi yang pertama ( Enzim piruvat dehidrogenase juga menunjukkan adanya "multisite phosphorylation").

6.3.5 Hepar

          Faktor utama yang mengatur metabolisme glikogen dalam hepar adalah konsentrasi fosforilase a. Enzim ini tidak hanya merupakan "control the rate-limiting step" dalam glikogenolisis, akan tetapi dapat juga menghambat aktivitas protein phosphatase-1 dengan demikian dapat mengontrol sintesis glikogen. Penghambatan aktivitas fosforilase terjadi sebagai akibat inhibisi allosterik oleh glukosa yang meningkat setelah makan. Sedangkan aktivasi fosforilase oleh 5`-AMP terjadi sebagai akibat menurunnya kadar ATP.

Glukagon merupakan hormon utama yang menyebabkan kenaikan cAMP dalam hepar, yang berakibat meningkatnya glikogenolisis. Sebagian besar rangsangan katekolamin (adrenalin) melalui mekanisme yang tidak melibatkan cAMP akan tetapi melalui a1-reseptor adrenergik. Proses ini melalui rangsangan fosforilase kinase b langsung oleh Ca⁺⁺ dan calmodulin. cAMP-independent glikogenolisis juga dapat disebabkan oleh vasopressin, oksitosin dan angiotensin II melalui kalsium atau jalur fosfatidilinositol bisfosfat. Insulin menyebabkan inaktivasi fosforilase secara cepat yang diikuti oleh aktivasi glikogen sintase. Pengaruh ini bisa berlangsung apabila ada glukosa.

6.4 Kelainan-kelainan penimbunan glikogen

       Kelainan penimbunan glikogen "glycogen storage disease" adalah suatu penyakit yang diturunkan. Ada beberapa tipe:

6.4.1 Tipe I glikogenosis  ( von Gierke's disease )

   Dalam sel-sel hepar dan "renal convulated tubules" penuh dengan glikogen. Secara metabolik glikogen ini tidak bisa dipakai. Terbukti dengan terjadinya hipoglisemia pada penderita ini. Ketosis dan heperlipemia terjadi pada penderita ini, yang  merupakan suatu tanda adanya kekurangan karbohidrat. Dalam hepar, ginjal dan usus halus aktivitas glukosa-6 fosfatase sedikit sekali atau tidak ada pada penderita ini.

6.4.2  Tipe II ( Pompe's disease )

 Merupakan kelainan yang menyebabkan kematian. Terjadi kekurangan enzim lisosom α-1à4 dan 1à6-glukosidase (asid maltase). Adapun fungsi kedua enzim tersebut adalah memecah glikogen. Sebagai akibatnya adalah terjadi penimbunan glikogen dalam lisosom.

6.4.3 Tipe III ( limit dextrinosis: Forbes' or Cori's disease ).

          Enzim "debranching" tidak ada pada penderita ini. Limit dekstrin tertimbun dalam sel-sel jaringan.

6.4.4 Tipe IV ( amylopectinosis,Anderson's disease )

 Pada tipe ini enzim "branching" tidak ada, hingga terdapat akumulasi polisakarida dengan sedikit titik-titik cabang. Kematian biasanya terjadi pada tahun pertama karena kegagalan jantung atau kegagalan hepar.

6.4.5 Tipe V glikogenosis ( myophosphorylase deficiency glycogenosis: McArdle's syndrome)

         Fosforilase otot tidak ada.

         Penderita dengan tipe ini tidak tahan olahraga. Meskipun kadar glikogen dalam otot tinggi (2,5-4,1%) namun sedikit sekali atau tidak terukur adanya asam laktat dalam darahnya.

6.4.6 Tipe VI glikogenosis ( Hers' s disease ).

         Dalam hepar kekurangan  enzim fosforilase. Terjadi penimbunan glikogen dalam hepar. Ada tendensi mengalami hipoglikemi.

6.4.7 Tipe VII glikogenosis ( Tarui's disease )

Fosfofrukto kinase dalam otot dan eritrosit menurun. Bisa mengalami anemi hemolitik.

6.4.8 Tipe VIII. glikokenosis.

        Dalam hepar kekurangan enzim fosforilase kinase. Gejala mirip tipe VI.

Latihan / cek list

1.Tulislah rangkaian reaksi glikogenesis (glukosa à glikogen)!

2.Tulislah rangkaian reaksi glikogenolisis (glikogen à glukose + glukosa 1-P)

3.Terangkan peran enzim-enzim :

3.1.adenilil siklase

3.2.protein kinase cAMP dependent

3.3.fosforilase kinase

3.4.fosforilase

3.5.protein fosfatase

3.6.inhibitor 1

3.7.glikogen sintase

3.8.branching enzyme

3.9.debrancing enzyme

3.10.glukosa 6 P-ase

4.Terangkan pengaruh hormon-hormon :

4.1.epinefrin / glukagon

4.2.insulin terhadap glikogenesis dan glikogenolisis

      .

7. GLUKONEOGENESIS

7.1 Glukoneogenesis adalah suatu pembentukan glukosa dari senyawa yang bukan karbohidrat Glukoneogenesis penting sekali untuk menyediakan glukosa, apabila didalam diet tidak mengandung cukup karbohidrat. Syaraf, medulla dari ginjal, testes, jaringan embriyo dan eritrosit memerlukan glukosa sebagai sumber utama penghasil energi. Glukosa diperlukan oleh jaringan adiposa untuk menjaga senyawa antara siklus asam sitrat. Didalam mammae, glukosa diperlukan untuk membuat laktosa. Didalam otot, glukosa merupakan satu-satunya bahan untuk membentuk energi dalam keadaan anaerobik.

Untuk membersihkan darah dari asam laktat yang selalu dibuat oleh sel darah merah dan otot, dan juga gliserol yang dilepas jaringan lemak, diperlukan suatu proses atau jalur yang bisa memanfaatkannya.

Pada hewan memamah biak, asam propionat merupakan bahan utama untuk glukoneogenesis.

      Perhatikan gambar-14 !

      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 :

      7.1 1Piruvat karboksilase

      7.1.2 Fosfoenolpiruvat karboksikinase

      7.1.3 Fruktosa 1,6-bisfosfatase (tidak ada dalam otot jantung dan otot polos)

      7.1.4 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.

7.2 Substrat untuk glukoneogenesis adalah :

7.2.1 asam laktat yang berasal dari otot, sel darah merah, medulla dari glandula supra-renalis, retina dan sumsum tulang

7.2.2 gliserol, yang berasal dari jaringan lemak

7.2.3 asam propionat, yang dihasilkan dalam proses pencernaan pada hewan memamah biak.

7.2.4 asam amino glikogenik

7.3 Perubahan asam laktat menjadi glukosa

 Untuk mengubah asam laktat menjadi glukosa dapat dilihat pada diagram (gambar 14):  

      Asam laktat di dalam sitoplasma diubah menjadi asam piruvat, kemudian asam piruvat masuk ke dalam mitokhondria dan diubah menjadi oksaloasetat. Karena oksaloasetat tidak dapat melewati membran mitokhondria, maka diubah dulu menjadi malat. Di sitoplasma malat diubah kembali menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi fosfoenolpiruvat yang selanjutnya berjalan ke arah kebalikan jalur Embden-Meyerhof dan akhirnya akan menjadi glukosa.

Pada diagram dapat juga kita lihat reaksi-reaksi yang diperlukan untuk mengubah gliserol dan asam-asam amino glukogenik menjadi glukosa. Asam amino glukogenik masuk ke dalam jalur glukoneogenesis ditandai dengan bundaran dan panah pada siklus asam tri karboksilat ( TCA cycle ).

      Beberapa reaksi dan enzim-enzim tambahan untuk mengubah asam laktat menjadi glukosa (selain jalur kebalikan glikolisis dan TCA cycle) adalah :

     

Enzim piruvat karboksilase mengkatalisis reaksi

7.3.1 Piruvat   ®  Oksaloasetat (gambar 15-16)

Dalam reaksi ini diperlukan ATP, CO₂ (berasal dari H₂CO₃), biotin ( yang diperlukan untuk mengikat bikarbonat pada enzim sebelum ditambahkan pada asam piruvat ) dan ion Mg.

7.3.2 Enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase  mengkatalisis reaksi :

                       Oksaloasetat  ®   Fosfoenolpiruvat

      

Dalam reaksi ini diperlukan "high energy phosphate" GTP atau ATP, dan akan terbentuk CO₂.

7.3.3 Enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase akan mengkatalisis reaksi :

         Fruktosa 1,6-bisfosfat  ®   Fruktosa 6-fosfat

Enzim ini bisa didapatkan dalam hati, ginjal otot bergaris, sedangkan jaringan lemak, otot jantung dan otot polos tidak mengandung enzim fruktosa 1,6-bisfosfatase.

7.3.4 Enzim glukosa 6-fosfatase mengkatalisis reaksi :

                                     Glukosa 6-fosfat   ®   Glukosa

Enzim ini terdapat dalam usus halus, hati, ginjal dan platelet, akan tetapi tidak bisa dijumpai dalam otot dan jaringan lemak.

7.4 Enzim gliserokinase mengkatalisis reaksi :

                                            Gliserol   ®   Gliserol 3-fosfat

 Dalam reaksi ini diperlukan ATP dan menghasilkan ADP. Enzim ini terutama terdapat dalam  hati dan ginjal.

      Enzim gliserol 3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis reaksi :

                             Gliserol 3-fosfat   ®   Dihidroksi aseton fosfat ( DHAP )

7.5 Asam propionat perlu diaktivasi dahulu menjadi propionil-KoA. Ensim tiokinase mengkatalisis reaksi ini dan memerlukan ATP , KoA dan ion Mg. Selanjutnya propionil-KoA diubah menjadi D-metilmalonil-KoA, selanjutnya setelah mengalami rasemisasi akan diubah menjadi L-metilmalonil-KoA. Senyawa ini kemudian akan diubah menjadi suksinil-KoA yang akan masuk ke dalam siklus asam sitrat yang akhirnya akan diubah menjadi glukosa melalui kebalikan jalur Embden-Meyerhof     ( gambar-17 ).

      Pada burung dara, ayam dan marmut fosfoenolpiruvat (PEP) kaboksikinase hepar terdapat dalam mitokhondria. PEP yang terbentuk keluar dari mitokhondria.

      PEP karboksikinase pada tikus terdapat di sitoplasma. Malat keluar.

Pada manusia, guinea pig dan sapi PEP karboksikinase terdapat di dalam dan di luar mitokhondria.

Latihan / cek lis:

1.Tulislah definisi glukoneogenesis !

2.Tulislah rangkaian reaksi glukoneogenesis dari asam laktat menjadi glukosa di dalam tubuh

    manusia !

3.Terangkan bagaimana enzim kunci rangkaian di atas dipengaruhi oleh adanya aseil-KoA !

    Tulislah reaksi lengkapnya !

 4.Tullislah rangkaian reaksi pembentukan glukosa dari gliserol !

Catatan :

8.HEXOSE MONOPHOSPHATE SHUNT ( HMP Shunt ) = PENTOSE PHOSPHATE PATHWAY (PPP) OKSIDASI GLUKOSA LANGSUNG = JALUR FOSFOGLUKONAT

8.1 Jalur ini aktif dalam hepar, jaringan adiposa (lemak), adrenal korteks, glandula tiroid, sel darah merah,testes dan payudara yang sedang menyusui. Dalam otot aktivitas jalur ini rendah sekali.

8.2 Fungsi utama jalur ini adalah untuk menghasilkan NADPH, yaitu dengan mereduksi NADP⁺. NADPH diperlukan untuk proses anabolik di luar mitokhondria, seperti sintesis asam lemak dan steroid. Fungsi yang lain adalah menghasilkan ribosa-5-fosfat untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat.

8.3 Jalannya reaksi sebagai berikut ( gambar 18-19 ):

       β-D-glukosa 6-fosfat mengalami oksidasi menjadi 6-fosfoglukonolakton. Enzimnya adalah glukosa 6-fosfat dehidrogenase (G6PD). Reaksi ini memerlukan Mg⁺⁺ atau Ca⁺⁺ , memakai NADP⁺ dan menghasilkan NADPH. Insulin meningkatkan sintesis enzim ini.

Selanjutnya 6-fosfoglukonolakton diubah menjadi 6-fosfoglukonat. Reaksi ini juga memer-lukan Mg++, Mn⁺⁺ atau Ca⁺⁺. Enzimnya glukono-lakton hidrolase. Satu molekul air (H2O) terpakai, ikatan cincin terlepas.

      6-fosfoglukonat selanjutnya mengalami dekarboksilasi dan berubah menjadi riboluse-5-fosfat. Sebelum dekarboksilasi 6-fosfoglukonat dioksidasi menjadi semyawa antara 3-keto 6-fosfoglukonat. Ion Mg⁺⁺, Mn⁺⁺ atau Ca⁺⁺ diperlukan. NADP⁺ bertindak sebagai hidrogen ekseptor menjadi NADPH. Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah 6-fosfoglukonat dehidrogenase. Aktivitas enzim ini tergantung adanya NADP⁺. Seperti halnya enzim G6PD enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase sintesisnya dirangsang oleh insulin.

      Selanjutnya Ribulosa 5-fosfat dapat menjadi dua substrat dari dua enzim yaitu:

1. Ribulosa 5-fosfat epimerase, yang membentuk suatu epimer pada karbon ketiga, yaitu xylulose 5-fosfat (xylulose 5-phosphate).

      2. Ribosa 5-fosfat ketoisomerase, yang merubah ribulosa 5-fosfat menjadi ribosa 5-fosfat.

      Proses selanjutnya akan melibatkan suatu enzim transketolase, yang dapat memindah dua unit karbon ( C1 dan C2 ) dari suatu ketosa pada aldehida  dari aldosa. Dalam reaksi ini diperlukan suatu koenzim, tiamin difosfat dan ion Mg⁺⁺. Dua karbon dari xylulose 5-fosfat dipindah pada ribosa 5-fosfat, menghasilkan suatu ketosa dengan tujuh karbon yaitu sedoheptulosa 7-fosfat dan aldosa dengan tiga karbon gliseraldehida 3-fosfat.  

      Sedoheptulosa 7-fosfat dan gliseraldehida 3-fosfat akan bereaksi dengan bantuan enzim transaldolase dan membentuk fruktosa 6-fosfat dan eritrosa 4-fosfat.Dalam reaksi ini, transaldolase memindah tiga karbon "active dihydroxy acetone" (C1-C3) dari keto dengan tujuh karbon pada aldosa dengan tiga karbon.

     Reaksi selanjutnya kembali melibatkan enzim transketolase, dimana xylulose 5-fosfat menjadi donor "active glycoaldehyde" (C1-C2). Eritrosa 4-fosfat yang terbentuk dari reaksi sebelumnya, akan bertindak sebagai akseptor (penerima) C1-C2. Reaksi ini memerlukan tiamin dan ion Mg⁺⁺ sebagai ko-enzim dan menghasilkan fruktosa 6-fosfat dan gliseraldehida 3-fosfat.

     Agar glukosa dapat dioksidasi secara sempurna menjadi CO₂, diperlukan enzim yang dapat mengubah gliseraldehide 3-fosfat menjadi glukosa 6-fosfat. Untuk ini diperlukan enzim Embden-Meyerhof (glikolisis) yang bekerja kearah yang berlawanan. Selain itu, juga diperlukan enzim fruktosa 1,6-difosfatase. Enzim ini mengubah fruktosa 1,6-difosfat menjadi fruktosa 6-fosfat.

     Secara keseluruhan proses ini dapat dianggap suatu oksidasi tiga molekul glukosa 6-fosfat menjadi tiga molekul CO₂ dan tiga molekul pentosa fosfat. Tiga molekul pentosa fosfat diubah menjadi dua molekul glukosa fosfat dan satu molekul gliseraldehida 3-fosfat. Karena dua molekul gliseraldehide 3-fosfat dapat diubah menjadi satu molekul glukosa 6-fosfat melalui jalur kebalikan glikolisis, maka HMP Shunt dapat dikatakan suatu oksidasi glukosa sempurna ( gambar-20 ).

      Enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase mengontrol HMP Shunt. Enzim ini dapat dihambat oleh NADPH. Reaksi yang dikatalisis enzim ini tidak akan berjalan apabila NADPH tidak dipakai atau dengan kata lain konsentrasinya tidak menurun. Perlu diingat bahwa produksi ribosa 5-fosfat tidak tergantung pada oksidasi glukosa, tapi dapat melewati kebalikan jalur glikolisis.

     NADPH yang terbentuk berguna dalam sintesis asam lemak, steroid dan sintesis asam amino. Sintesis asam amino melalui glutamat dehidrogenase. Adanya lipogenesis yang aktif, memerlukan NADPH, hal ini akan merangsang oksidasi glukosa lewat HMP Shunt. "Fed state", suatu keadaan dimana seseorang baru saja makan, mungkin dapat menginduksi sintesis enzim-enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase dan 6-fosfoglukonat dehidrogenase.

8.4 HMP Shunt dalam eritrosit, hepar dan paru berguna sebagai penghasil suatu reduktor (NADPH). NADPH dapat mereduksi glutation yang telah mengalami oksidasi ( G-S-S-G ) menjadi glutation yang tereduksi (2 G-SH). Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah glutation reduktase. Selanjutnya glutation yang tereduksi dapat membebaskan eritrosit dari H₂O₂ dengan suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutation peroksidase.

2 G-SH  +  H₂O₂  ®  G-S-S-G  +  2 H₂O

     Reaksi ini penting sebab penimbunan H₂O₂ memperpendek umur eritrosit. Telah dibuktikan adanya korelasi terbalik antara aktivitas enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase dengan fragilitas sel darah merah. Pada beberapa orang yang mengalami mutasi dimana enzim ini berkurang, maka mereka akan lebih mudah mengalami hemolisis sel darah merah apabila diberi suatu oksidan seperti primaquin, aspirin, sulfonamid atau apabila diberi makan "fava bean".

HMP Shunt akan menghasilkan suatu pentosa untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat. Ribosa 5-fosfat akan bereaksi dengan ATP menjadi 5-fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP).

     Dalam otot enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase dan 6-fosfoglukonat dehidrogenase hanya sedikit sekali, namun otot dapat membuat ribosa 5-fosfat, yaitu dengan kebalikan HMP Shunt.

Latihan / cek list

1.Tulislah rangkaian reaksi pembentukan Ribosa 5 fosfat dari glukosa !

2.Terangkan cara kerja enzim-enzim :

2.1.”Glukosa 6 Phosphate Dehydrogenase (G6PD)”

2.2.6P glukonat Dehidrogenase. Apa yang mempengaruhi kerja enzim ini ?

2.3.Transketolase

2.4.Trans Aldolase

3.Tulislah rangkaian reaksi pembentukan Ribose 5 P dari glukosa di dalam otot !

Catatan :

9. METABOLISME ASAM URONAT ( THE URONIC ACID PATHWAY )

     Selain dari jalur yang telah diterangkan di atas, glukosa 6-fosfat dapat diubah menjadi asam glukoronat (glucoronic acid), asam askorbat (ascorbic acid) dan pentosa melalui suatu jalur yang disebut "the uronic acid pathway" ( gambar-21 ).

     Akan tetapi manusia, primata dan guinea pig tidak bisa membuat asam askorbat. Karena kekurangan enzim tertentu, maka  L-gulonat yang terbentuk tidak bisa diubah menjadi L-asam askorbat. L-gulonat akan dioksidasi menjadi 3-keto-L-gulonat, yang kemudian mengalami dekarboksilasi menjadi L-xylulose.

     Reaksi lengkapnya adalah  sebagai berikut :  glukosa-6fosfat akan diubah menjadi glukosa 1-fosfat. Glukosa 1-fosfat akan bereaksi dengan UTP (uridin trifosfat) dan membentuk nukleotida aktif UDPG (uridin difosfat glukosa). Selanjutnya UDPG akan mengalami oksidasi dua tahap pada atom karbon yang keenam. Asam glukoronat (D-glucoronate) yang terbentuk oleh enzim yang tergantung pada NADPH, direduksi menjadi L-gulonat.

     L-gulonat merupakan bahan baku untuk membuat asam askorbat.

     Pada manusia, primata dan guinea pig L-gulonat melalui 3-keto L-gulonat akan diubah menjadi L-xylulose (L silulose) (mungkin lebih baik dipakai istilah bah Ingrisnya, sebab bisa disalah artikan dengan selulose=cellulose). D-xylulose merupakan bagian dari HMP Shunt. Untuk bisa masuk ke dalam HMP Shunt,maka L-xylulose harus diubah dulu menjadi D-xylulose melalui silitol. Dalam proses ini diperlukan NADPH dan NAD⁺. Perubahan silitol menjadi D-silulosa dikatalisis enzim silulosa reduktase.

     D-xylulose akan diubah menjadi D-xylulose 5-fosfat, ATP bertindak sebagai donor fosfat.

     Pada suatu penyakit yang menurun yang disebut "essential pentosuria"  di dalam urinnya banyak  didapatkan L-xylulose, diperkirakan enzim yang mengkatalisis L-xylulose menjadi silitol tidak ada pada penderita penyakit ini.

Latihan / cek lis :

1.Tulislah rangkaian reaksi pembentukan asam glukoronat dari glukosa !

2.Apa substrat dari sintesis asam askorbat ?

3.Apa yang terjadi apabila seseorang mengkonsumsi asam askorbat sebanyak 3 gram ?

Catata :

10. METABOLISME  FRUKTOSA DAN SORBITOL

10.1 Fruktosa dapat difosforilasi menjadi fruktosa 6-fosfat oleh enzim heksokinase. Enzim ini juga dapat memakai glukosa dan mannosa sebagai substrat, tapi afinitas untuk fruktosa sangat kecil bila dibandingkan dengan glukosa.

       Fruktokinase yang terdapat dalam hati, ginjal dan usus halus, dapat mengkatalisis fruktosa dengan ATP menjadi fruktosa 1-fosfat. Harga Km untuk reaksi ini kecil sekali dan aktivitas enzim ini tidak dipengaruhi oleh puasa ataupun insulin. Sangat mungkin sekali bahwa fosforilasi dengan enzim ini merupakan reaksi fosforilasi yang utama dari fruktosa. Kekurangan enzim fruktokinase dalam hepar  akan menyebabkan suatu kelainan yang disebut "essential fruktosuria" ( gambar-22 ).

Karena aktivitas enzim fruktokinase tidak dipengaruhi insulin  maka  pada penderita Diabetes Mellitus, fruktosa dapat dihilangkan dari darah dengan kecepatan yang sama   dibandingkan dengan orang normal.

       Fruktokinase tidak dapat memakai glukosa sebagai substrat.

Selanjutnya fruktosa 1-fosfat dipecah menjadi D-gliseral dehid dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dilatalisis enzim aldolase B, yang terdapat dalam hati. Enzim ini juga bisa memakai fruktosa 1,6-bisfosfat sebagai substratnya.Apabila  enzim aldolase B tidak ada maka akan menyebabkan suatu penyakit menurun yang disebut "hereditary fructosa intolerance".

        D-gliseraldehid dapat masuk ke dalam glikolisis melalui  suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim yang terdapat dalam hepar yaitu triokinase. Enzim ini mengkatalisis fosforilasi D-gliseraldehid menjadi D-gliseraldehid 3-fosfat. Dihidroksi aseton fosfat dan gliseraldehi 3-fosfat (triosa fosfat) mungkin mengalami degradasi melalui jalur glikolisis atau diubah menjadi glukosa. Dalam hepar kedua triosa fosfat tersebut akan banyak yang diubah menjadi glukosa. Salah satu  akibat dari "hereditary fructose intolerance" dan keadaan lain yang disebabkan karena kekurangan enzim fruktrosa 1,6-bisfofatase adalah hipoglisemi akibat induksi fruktosa, biarpun dalam hepar kadar glikogen tinggi. Ini disebabkan karena akumulasi fruktosa 1-fosfat dan fruktosa 1,6-bisfosfat akan menghambat aktivitas enzim fosforilase dalam hepar melalui mekanisme allosterik.

       Apabila  hepar  dan  usus  dari suatu binatang percobaan dibuang, maka injeksi fruktosa (pemberian fruktosa secara parenteral) tidak akan bisa diubah menjadi glukosa, dan binatang tersebut akan mati, kecuali apabila diberi glukosa. Pada manusia telah dilaporkan bahwa ginjal dapat mengubah fruktosa menjadi glukosa dan asam laktat. Pada manusia, dalam usus banyak sekali fruktosa diubah menjadi glukosa sebelum diserap melalui vena porta, hal ini tidak terjadi pada tikus.

Fruktosa akan lebih cepat mengalami glikolisis bila dibandingkan dengan glukosa, karena fruktosa tidak melewati jalur reaksi yang dikatalisis enzim fosfofruktokinase. Enzim ini mengontrol kecepatan reaksi katabolisme glukosa. Ini menyebabkan fruktosa akan membanjiri hepar dengan akibat meningkatnya sintesis asam lemak, esterifikasi asam lemak dan sekresi Very Low Density Lipoprotein (VLDL), yang mungkin bisa meningkatkan kadar triasil gliserol.

        Fruktosa bisa didapatkan dalam "seminal plasma" dan disekresi ke dalam fetal sirkulasi pada ikan paus . Pada binatang ini fruktose tertimbun dalam cairan amnion dan "allantoic fluid".

10.2 METABOLISME  SORBITOL 

        Sorbitol dan fruktosa didapatkan dalam lensa. Pada penderita Diabetes Mellitus kadar sorbitol dan fruktosa dalam lensa meningkat, mungkin senyawa tersebut terlibat dalam pembentukan katarak. Inhibitor aldose reduktase dapat mencegah timbulnya katarak pada diabetes mellitus.

        Glukosa dapat diubah menjadi fruktosa melalui jalur sorbitol (gambar-22). Dalam hepar jalur ini tidak ada. Pembentukan fruktosa meningkat dengan meningkatnya kadar glukosa, seperti dalam Diabetes Mellitus.

Aldosa reduktase mengkatalisis reduksi glukosa menjadi sorbitol. Dalam reaksi ini NADPH diperlukan sebagai reduktor, yang berubah menjadi NADP. Selanjutnya sorbitol dioksidasi menjadi fruktosa dalam suatu reaksi yang dikatalisis enzim sorbitol dehidrogenase. Reaksi ini memerlukan NAD⁺. Sorbitol tidak dapat secara bebas berdifusi keluar sel, oleh karena itu dapat tertimbun dalam sel. Dalam hepar adanya sorbitol dehidrogenase menyebabkan sorbitol diubah menjadi fruktosa. Apabila sorbitol diberikan intravena maka senyawa ini akan diubah menjadi fruktosa, bukan menjadi glukosa (sorbitol dehidrogenase mengkatalisis reaksi dua arah). Apabila sorbitol diberikan per-oral sedikit sekali yang diserap, dan akan mengalami fermentasi oleh bakteri usus besar (kolon) dan menghasilkan asetat dan H₂. Pada keadaan "sorbitol intolerance" kram perut mungkin disebabkan oleh makanan yang dikatakan pemanis "sugar-free" yang mengandung sorbitol.

Latihan / ceklist :

1.Mengapa metabolisme fruktosa lebih cepat bila dibandingkan metabolisme glukosa dalam

   hepar ?

2.Mengapa pada penderita diabetes mellitus mudah terjadi katarak ?

3.Apa yang terjadi apabila sseseorang mengkonsumsi soritol terlalu banyak ? Mengapa ?

Catatan :

11. METABOLISME  GALAKTOSA

     Galaktosa diserap usus dengan mudah diubah menjadi glukosa dalam hepar. "Galactose   tolerance test" adalah suatu pemeriksaan untuk mengetahui fungsi hepar, namun sekarang sudah jarang dipakai.

     Jalur yang dipakai untuk mengubah galaktosa menjadi glukosa adalah sebagai berikut           ( gambar-23 ):

Galaktokinase mengkatalisis reaksi (1) dan dalam reaksi ini diperlukan ATP sebagai donor fosfat. Galaktosa 1-fosfat yang terbentuk akan bereaksi dengan uridin difosfat glukosa (UDPG) dan menghasilkan uridin difosfat galaktosa dan glukosa 1-fosfat. Reaksi ini dikatalisis enzim galaktosa 1-fosfat uridil transferase, galaktosa menggantikan tempat glukosa.

     Suatu epimerase mengubah galaktosa menjadi glukosa (reaksi 3). Reaksi ini terjadi pada suatu nukleotida yang mengandung galaktosa, peristiwa oksidasi-reduksi berlangsung dan memerlukan NAD⁺ sebagai ko-enzim. UDP-glukosa yang dihasilkan, dibebaskan dalam bentuk glukosa 1-fosfat (reaksi 4). Mungkin sebelum dibebaskan digabung dulu dengan molekul glikogen, baru kemudian dipecah enzim fosforilase.

     Reaksi (3) adalah reaksi dua arah. Dari diagram dapat dilihat bahwa glukosa bisa diubah menjadi galaktosa.

     Dalam tubuh galaktosa diperlukan bukan hanya untuk sintesis laktosa, tetapi juga untuk membuat serebrosida, proteoglikan dan glikoprotein.

     Sintesis laktosa dalam mamma terjadi dengan jalan kondensasi UDP-galaktosa dengan glukosa dan dikatalisis enzim laktosa sintetase.

     Suatu penyakit yang dapat diturunkan menyebabkan galaktosemia, mungkin terjadi akibat kekurangan enzim-enzim pada reaksi (1), (2) dan (3). Akan tetapi yang paling banyak diketahui adalah akibat kekurangan enzim uridil transferase (reaksi 2). Karena kadar galaktosa meningkat, dalam lensa mata galaktosa bisa mengalami reduksi menjadi galaktitol. Apabila kadar galaktitol ini tertimbun dalam lesa mata maka akan mempercepat terjadinya katarak.

     Kekurangan  enzim  yang  mengkatalisis  reaksi  (2)  membawa akibat yang paling buruk bila dibandingkan dengan kekurangan enzim-enzim yang lain, karena galaktosa 1-fosfat tertimbun sedangkan hepar kekurangan fosfat inorganik. Ini bisa menyebabkan kegagalan fungsi hepar dan retardasi mental. Ekspresi klinik terjadi apabila aktivitas uridil transferase berkurang lebih dari 50 %, dan ini hanya terjadi pada homozygote.

Latihan / cek lis :

1.Tulislah rangkaian reaksi pembentukan laktosa dari glukosa !

2.Mengapa pada bayi yang mengalami intoleransi terhadap galaktosa muntah-muntah ?

3.Senyawa apa yang menyebabkan  katarak pada gangguan metabolisme galaktosa ?

 12. METABOLISME  HEKSOSAMIN

     Heksosamin merupakan komponen karbohidrat  yang penting dalam tubuh, karena heksosamin adalah bagian dari elemen struktur jaringan tubuh. Mukopolisakarida biasanya terdiri dari dua monosakarida sebagai  struktur dasar (repeating unit). Mukopolisakarida yang paling     banyak didapatkan dalam tubuh adalah asam hialuronat. Asam hialuronat terdapat dalam "cell coat", "ground substance" pada jaringan ikat, jaringan sinovial, vitreous humor.

     "Repeating unit" asam hialuronat adalah asam D-glukoronat dan N-asetil D-glukosamin, yang terikat melalui  b(1-3).

     Lihat gambar-24 !

     Glukosa akan diubah menjadi glukosa 6-fosfat yang oleh enzim heksosa fosfat isomerase akan diubah menjadi fruktosa 6-fosfat.

     Amino transferase mengkatalisis pemindahan gugusan amino dari glutamin dan membentuk glukosamin 6-fosfat. Reaksi selanjutnya adalah pembentukan N-asetil glukosamin 6-fosfat, N-asetil glukosamin 1-fosfat, kemudian pembentukan UDP-N-asetil glukosamin yang selanjutnya dengan asam D-glukoronat membentuk unit untuk polimerisasi yaitu sintesa asam hialuronat.

     Mukopolisakarida yang lain adalah khondroitin, yang strukturnya mirip asam hialuronat, bedanya pada khondroitin N-asetil D-glukosamin yang terdapat pada hialuronat diganti dengan N-asetil D-galaktosamin. Khondroitin sendiri hanya merupakan bagian yang kecil dari komposisi "extra cellular material", tapi derivat sulfatnya seperti khondroitin 4-sulfat dan khondroitin 6-sulfat merupakan komponen tulang rawan, kornea dan bagian-bagian lain tubuh dalam jaringan ikat.

     Dengan enzim epimerase UDP-N-asetil glukosamin diubah menjadi UDP-N-asetil galaktosamin. Sintesa khondroitin dari dua monosakarida secara lengkap belum dijelaskan dalam buku standar.

Latihan / cek lis :

1.Terangkan senyawa apa saja yang membentuk :

1.1.Heparin

1.2.Asam hialuronat

1.3.Khondoitin

13. REGULASI METABOLISME KARBOHIDRAT

13.1 Pengantar.

        Agar kebutuhan tiap-tiap sel, tiap-tiap organ bahkan kebutuhan seluruh tubuh terpenuhi, dalam ber-macam2 kondisi nutrisi maupun dalam keadaan patologis, maka jalur metabolik harus ada di bawah kontrol yang terkoordinasi.Istilah yang diberikan dalam regulasi metabolik ini dinamakan "caloric homeostasis".

        Homeostasis kalorik meliputi menjaga kebutuhan "fuel" ataupun mengadakan "fuel" baru yang bisa menggantikan "fuel" yang asli.Sebagai contoh, homeostasis kalorik ini menjaga kebutuhan tubuh (terutama otak) akan glukosa; kadar glukosa dalam darah dijaga agar "konstan".

13.2 Prinsip regulasi.

13.2.1 Jalur yang dilewati proses anabolik (sintesis) berbeda dengan jalur katabolik (degradasi). Kadang-kadang kedua jalur tersebut memakai beberapa enzim yang sama.

13.2.2 Jalur anabolik dan jalur katabolik masing-masing di bawah kontrol enzim regulatornya sendiri. Namun kedua jalur itu terkoordinasi dalam suatu sistim, sehingga efek stimulasi yang terjadi pada anabolik pada waktu yang sama mempunyai efek inhibisi pada jalur katabolik (ingat metabolisme glikogen).

13.2.3 Energi yang diperlukan dalam proses anabolik diperoleh dari reaksi pemecahan ATP, dan secara keseluruhan merupakan reaksi satu arah dan "irriversible". Akibatnya biarpun kadar substratnya kecil proses anabolik masih bisa terjadi.

13.3 Secara keseluruhan regulasi suatu jalur metabolik dikontrol oleh satu atau mungkin dua reaksi kunci yang dikatalisis oleh enzim regulator. Faktor kimia-fisika penting dalam suatu kontrol jalur metabolik, misalnya kecepatan reaksi dipengaruhi oleh kadar substrat, lihat gambar  dibawah ini ! (gambar-25).

            Kontrol metabolik suatu reaksi enzimatik.

Inaktif

E1

¯

Ca/calmodulin     cAMP

¯

Aktif

E1

                           A    à │  à      A     +    B     ®                C       +      D

E2

Pos. allostik                       Neg. allosterik

feed forward                      feed back

aktifasi                                inhibisi

 

Enzim Ribosomal sintesis

                                          

Produksi mRNA

oleh inti sel

 

Induksi              Represi

                       Gambar-25.Kontrol metabolik

            Pada gambar di atas tahapan reaksi dimulai dengan masuknya senyawa A ke dalam sel melalui sel membran.Disini sudah ada faktor-faktor yang mempengaruhi masuknya   senyawa ke dalam sel. Sebagai contoh : masuknya glukosa ke dalam sel pada semua sel kecuali sel otak sel hepar dan sel darah merah dipengaruhi oleh insulin. Insulin meningkatkan Vmax  transport glukosa ke dalam sel.

            Reaksi enzimatik yang non-equilibrium sering dipengaruhi  oleh "allosteric modifier". Pada gambar di atas reaksi B menjadi C dipengaruhi oleh A sebagai positif allosterik dan senyawa D sebagai negatif allostrik. Dalam reaksi ini juga digambarkan dalam bentuk aktif dan inaktif . Untuk aktifasinya diperlukan cAMP ataupun Ca/calmodulin. Sintesa E2 yang mengkatalisis reaksi B menjadi C pada tingkat ribosom dipengaruhi oleh kecepatan translasi mRNA. Sedangkan produksi mRNA dipengaruhi adanya induksi ataupun suatu represi.

13.4 Faktor-faktor yang mempengaruhi metabo-lisme karbohidrat.

        Pada tiap-tiap jalur metabolisme karbohidrat, telah dibicarakan faktor-faktor yang mempe-ngaruhi kerja enzim.

        Secara keseluruhan akan ditinjau dengan singkat, terutama pengaruh keadaan kelaparan, diabetes melitus dan pada pemberian makanan yang tinggi karbohidrat.

13.4.1 Pada keadaan kelaparan

Pada keadaan kelaparan, enzim-enzim utama dari glikolisis, HMP shunt dan glikogenesis aktifitasnya menurun, sebaliknya aktifitas enzim-enzim utama dari glukoneogenesis dan glikogenolisis meningkat. Diharapkan mahasiswa meninjau kembali jalur-jalur karbohidrat terutama enzim kunci, enzim-enzim yang dipengaruhi oleh keadaan nutrisi (dalam hal ini kadar substrat). Perhatikan gambar-26 ! Tulislah kembali jalur demi jalur kemudian rangkaikan semuanya.

            Sebagai petunjuk perhatikan :

           -pengaruh glukosa 6-fosfat

           -pengaruh fruktosa 1,6-bisfosfat.

           -pengaruh macam-macam kofaktor ( ATP, AMP, cAMP dll )

           -enzim-enzim kunci pada tiap-tiap jalur

           -hubungan jalur satu dengan lainnya (senyawa tertentu dari satu jalur mempengaruhi jalur yang lain).

           Enzim-enzim utama glikolisis adalah :

           Glukokinase, heksokinase, fosfofruktokinase (1,2) dan piruvat kinase.

           Enzim-enzim utama HMP shunt adalah:

           Glukosa 6-fosfat dehidrogenase dan 6 fosfoglukonat dehidrogenase.

           Enzim utama glikogenesis adalah glikogen sintetase.

           Enzim utama glikogenolisis adalah glikogen fosforilase.

           Enzim-enzim utama glukoneogenesis adalah:

           Piruvat karboksilase, fosfoenolpiruvat karboksikinase, fruktosa 1,6 bisfosfatase dan glukosa 6 fosfatase.

13.4.2 Pada keadaan Diabetes Melitus

Aktifitas enzim-enzim tersebut di atas mirip dengan keadaan kelaparan.

13.4.2 Pada pemberian makanan tinggi karbohidrat

Pada keadaan ini terjadi yang sebaliknya, aktifitas enzim-enzim glikolisis, HMP shunt dan glikogenesis meningkat, sedangkan aktifitas enzim-enzim utama glukoneogenesis dan glikogenolisis menurun.

Latihan / cek lis :

1.Perhatikan paragraf 13.4.1. lakukanlah apa yang diminta !

2.Pelajari lagi enzim-enzim kunci dalam tiap-tiap jalur !

Catatan :

14. TOLERTANSI  KARBOHIDRAT  (CARBOHYDRATE  TOLERANCE)

14.1 Kemampuan tubuh untuk memakai karbohidrat disebut toleransi karbohidrat  Berkurangnya kemampuan ini dinamakan Diabetes Mellitus, yang disebabkan karena sekresi insulin relatif tidak cukup.

       Test toleransi glukosa (Glucose tolerance test) adalah suatu penentuan dimana penderita diberi glukosa sebanyak 1,75 gr/kg berat badan setelah puasa semalam (8-10 jam).

        Darah diambil untuk penentuan glukosa pada waktu (0) atau puasa, satu, dua, tiga, empat sampai lima jam setelah pemberian glukosa.

        Pada keadaan normal dan Diabetes Mellitus kurvanya seperti gambar-27.

        Adapun kesimpulan yang dapat diambil dari test ini masih terdapat silang pendapat, karena banyaknya faktor yang mempengaruhinya, seperti makanan yang dimakan beberapa hari sebelum test, umur, keadaan emosi dan  keadaan penderita pada umumnya misalnya apakah menderita infeksi, apakah mengalami operasi.

14.2 Sebagai petunjuk umum kriteria di bawah ini bisa dipakai sebagai acuan apabila memungkinkan :

14.2.1 Kurva normal berada di bawah 200 mg/100 ml pada satu jam dan di bawah 150  mg/100 ml dua jam setelah pemberian glukosa.

14.2.2 Dengan cara "scoring" atau pemberian nilai:

14.2.2.1 Apabila glukosa puasa lebih dari 110 mg/100 ml diberi nilai satu.

14.2.2.2 Harga satu jam lebih dari 170 mg/100 ml nilai = 1/2(setengah)

14.2.2.3 Harga dua jam lebih dari 120 mg/100 ml nilai  = 1/2(setengah)

14.2.2.4 Harga tiga jam lebih dari 110 mg/100 ml nilai = 1  (satu)

14.2.2.5 Apabila semua nilai ini ditotal, dan didapatkan hasil dengan nilai dua atau lebih maka ini merupakan diagnosis diabetes mellitus.

14.2.2.6 Apabila total nilai puasa, satu, dua dan tiga jam besarnya kurang dari 500 mg/100 ml, maka kurvanya normal.

14.2.3 Adapula yang berpendapat bahwa kurva normal berada di bawah 160 mg/100 ml satu jam dan 120 mg/100 ml dua jam setelah pemberian glukosa.

Latihan / cek lis :

1.Apa perbedaan grafik orang normal dan diabetes mellitus ?

Catatan :

15. GLUKOSA  DARAH

15.1 Glukosa darah pada orang normal biasanya berkisar antara 50 mg - 100 mg per 100 ml, tergantung pada makanan, waktu pengambilan darah bila dihubungkan dengan waktu makan, aktivitas dan keadaan emosi (state of exitement).

Beberapa mekanisme dalam tubuh bekerja untuk mengatur glukosa darah agar berada pada konsentrasi tersebut di atas. Glukosa dapat dipakai oleh semua sel dalam tubuh. Setelah makan akan terjadi penimbunan glukosa dalam tubuh, misalnya dalam  hepar, otot,        jaringan lemak,  dan terjadi peningkatan oksidasi. Sedangkan dalam keadaan puasa ataupun keadaan darurat, akan terjadi pengambilan glukosa dari cadangan makanan dalam tubuh, hingga glukosa darah berkisar pada konsentrasi yang dapat ditolerir tubuh.

15.2 Sumber glukosa darah.

 Glukosa darah berasal dari :

15.2.1 Karbohidrat dalam makanan.

15.2.2 Hasil dari proses glukoneogenesis.

15.2.3 Dari pemecahan glikogen dalam hepar.

 ad.15.2.1  Karbohidrat dalam makanan:

                 Sebagian besar karbohidrat dalam makanan akan membentuk glukosa, galaktosa dan fruktosa yang diserap dan masuk ke vena porta. Galaktosa dan fruktosa bisa diubah menjadi glukosa dalam hati.

ad.15.2.2  Hasil dari proses glukoneogenesis:

                Glukoneogenesis bisa dibagi menjadi dua yaitu:

-Yang bisa langsung diubah menjadi glukosa, seperti asam amino dan asam propionat.

                 -Senyawa (metabolit) yang merupakan hasil metabolisme parsial glukosa, yang perlu dibawa ke hati atau ke ginjal di mana akan diubah menjadi glukosa. Sebagai contoh,asam laktat hasil oksidasi glukosa dalam otot dan sel darah merah akan dibawa ke hati dan ginjal untuk diubah menjadi glukosa. Glukosa yang terbentuk akan masuk ke dalam peredaran darah untuk bisa dipakai lagi oleh jaringan. Siklus ini disebut Cori cycle atau "lactic acid cycle" (gambar-29). Contoh yang lain misalnya gliserol yang diperlukan untuk sintesis triasilgliserol dalam jaringan lemak tidak bisa dipakai oleh jaringan ini, akan tetapi akan dibawa ke hepar, dan bisa diubah menjadi glukosa.

Telah diketahui bahwa asam amino, sebagian besar alanin, pada waktu kelaparan  diangkut dari otot menuju ke hati. Ini menyebabkan timbulnya suatu postulat akan adanya suatu siklus glukosa-alanin, di mana terjadi suatu siklus glukosa dari hepar menuju ke otot dan alanin dari otot menuju ke hepar yang menghasilkan hasil netto adanya pemindahan alanin dari otot ke hepar dan "free energy" dari hepar ke otot. "Energy" atau tenaga yang diperlukan untuk membuat glukosa dari asam laktat berasal dari oksidasi asam lemak ( gambar-29 ).

ad.15.2.3 Dari pemecahan glikogen dalam hepar:

                Telah dijelaskan dalam bab-bab sebelumnya.

                  Apabila kadar glukosa darah rendah, misal­nya pada keadaan puasa, maka hepar merupa­kan sumber utama glukosa. Ini bisa berasal dari glikogenolisis atau glukoneogenesis. Apabila kadar glukosa darah meningkat seperti pada waktu makan, akan terjadi pengambilan glu­kosa oleh hati, dan akan terjadi glikogenesis.

                Enzim-enzim yang terlibat dalam pengaturan proses tersebut di atas telah dibicarakan dalam bab-bab yang bersangkutan.

15.3 Pengaruh hormon pada glukosa darah

        Beberapa hormon penting dalam pengaturan glukosa darah misalnya:

15.3.1 Insulin

15.3.2 Hormon-hormon "anterior pituitary", kortikotropin dan "growth hormon".

15.3.3 Hormon-hormon supra-renalis bagian korteks.

15.3.4.Hormon-hormon supra-renalis bagian medulla.

15.3.5 Tiroid.

ad.15.3.1 Insulin

                Insulin dibuat oleh "islet of Langerhans". Sekresi insulin paralel dengan glukosa darah. Injeksi insulin akan menyebabkan hipoglikemi (hypoglycemia). Beberapa       senyawa dapat merangsang sekresi insulin seperti asam amino, asam lemak bebas, "keton bodies", glukagon, sekretin dan tolbutamid. Sedangkan epinefrin dan nor-epinefrin menghambat sekresi insulin.

                  Insulin mempengaruhi pengambilan glukosa oleh otot dan jaringan lemak, dengan meningkatkan transport glukosa melalui membran. Pengaruh ini sulit dibuktikan dalam sel hepar.

Untuk transport glukosa melalui sel-sel hepar tidak dipengaruhi oleh insulin, demikian juga transport glukosa melalui sel-sel membran otak dan sel darah merah.

ad.15.3.2 "Growth hormon" dan kortikotropin mempunyai efek yang berlawanan dengan insulin. "Growth hormon" menurunkan pengambilan glukosa oleh jaringan tertentu, misalnya otot. Sebagian dari pengaruh ini berjalan secara tidak langsung, misalnya "growth hormon" menyebabkan pelepasan asam lemak bebas oleh jaringan lemak. Sedangkan asam lemak menghambat pemakaian glukosa. Jadi "growth hormon" menghambat pemakaian glukosa.

                  Pemberian "growth hormon" terus menerus dan berlangsung lama akan menyebabkan diabetes mellitus.

                Sebagian besar pengaruh kortikotropin dalam metabolisme karbohidrat berjalan melalui hormon-hormon korteks supra-renalis.

ad.15.3.3 Glukokortikoid.

Pemberian hormon ini menyebabkan glukoneogenesis meningkat. Ini disebabkan karena meningkatnya katabolisme protein dalam jaringan, "uptake" asam amino oleh hepar, aktivitas transaminase dan enzim-enzim lainnya yang berhubungan dengan glukoneogenesis juga meningkat. Selain dari pada itu glukokortikoid menghambat pemakaian glukosa oleh jaringan perifer. Dalam peranannya glukokortikoid aktivitasnya berlawanan dengan kerja insulin.

ad.15.3.4 Epinefrin dan glukagon.

Epinefrin (adrenalin) disekresi kelenjar medulla supra-renalis sebagai akibat adanya rangsangan yang bisa berupa ketakutan, "ex­itement", perdarahan, hipoksia, hipoglikemi dan lain-lain, yang menyebabkan terjadinya gliko­genolisis dalam hepar dan otot. Dalam otot karena tidak mengandung glukosa 6-fosfatase maka akan menghasilkan asam laktat. Akan tetapi dalam hepar hasil utama glikogenolisis ini berupa glukosa yang akan dibawa ke seluruh tubuh, di mana saja diperlukan.

                  Glukagon dibuat oleh sel A dari "the islet of Langerhans" pankreas. Sekresi glukogon di­rangsang karena adanya hipoglikemi. Apabila glukagon telah mencapai hepar maka akan menyebabkan glikogenolisis dengan cara mengaktivasi fosforilase,caranya sama dengan epinefrin. Sebagian besar glukagon endogen akan dibersihkan dari sirkulasi oleh hepar. Tidak seperti halnya epinefrin yang mempunyai efek pada otot, glukagon tidak bisa mengaktifkan fosforilase otot. Glukagon juga meningkatkan glukoneogenesis yang berasal dari asam amino dan asam laktat. Glukoneogenesis dan glikogenolisis dalam hepar bisa menyebabkan hiperglikemi.

ad.15.3.5 Tiroid.

Hormon tiroid juga harus dimasukkan sebagai salah satu hormon yang mempengaruhi glukosa darah. Ada bukti yang menunjukkan bahwa hormon tiroid mempunyai efek diabetogenik dan tiroidektomi bisa menghambat terjadinya diabetes millitus. Pada binatang dengan tirotoksikosis dalam heparnya tidak didapatkan glikogen. Pada manusia glukosa puasa meningkat pada penderita hipertiroid, sedangkan pada penderita hipotiroid menurun. Akan tetapi pada hipertiroid kelihatannya pemakaian glukosa tetap normal atau bahkan meningkat, sedangkan pada penderita hipotiroid kemampuan memanfaatkan glukosa menurun! Pada hipotiroid jaringan kurang sensitif terhadap insulin bila dibandingkan dengan orang normal atau hipertiroid.                                            

15.4 Peran ginjal dalam kontrol kadar glukosa darah

        Ginjal juga mempunyai peran dalam mengatur kadar glukosa darah, terutama pada waktu kadar glukosa darah meningkat.

Glukosa dapat melalui filter glomeruli, tapi biasanya direabsorpsi kembali dan masuk ke dalam peredaran darah. Proses reabsorpsi kembali ini merupakan transport berbantuan (facilitated diffusion), yang dapat dipengaruhi oleh insulin. Apabila kadar glukosa darah  meningkat, demikian juga glukosa yang melalui filter glumeruli juga meningkat, keadaan ini merangsang sekresi insulin. Insulin dapat meningkatkan V max transport (lihat enzim).

Insulin juga dapat meningkatkan kadar cGMP dalam sel tubulus yang bertindak sebagai mediator insulin untuk mempengaruhi enzim-enzim yang berada di bawah pengaruhnya.

        Kapasitas sistim tubulus untuk mengabsorpsi kembali glukosa  terbatas pada kecepatan kira-kira 350 mg/ menit. Apabila kadar glukosa darah meningkat tinggi, glukosa dalam lumen tubulus keadaannya lebih tinggi dari kemampuan untuk mengabsorpsi kembali, sehingga glukosa akan didapatkan dalam urine. Keadaan ini disebut glukosuria. Pada orang normal glukosuria akan terjadi apabila kadar glukosa darah vena melebihi 170 - 180 mg/ dl. Kadar glukosa darah vena ini disebut glukosa "renal threshold".

Pada binatang percobaan, glukosuria dapat dibuat dengan memberikan phlorhizin.       Senyawa ini dapat menghambat reabsorpsi glukosa dalam tubulus. Keadaan ini dikenal dengan nama renal glukosuria.

Glukosuria yang disebabkan karena kelainan ginjal dapat diturunkan, tapi bisa juga akibat menderita  suatu  penyakit.

Latihan / cek lis :

1.Apa saja yang dapat mempengaruhi kadar glukosa darah ?

2.Tulislah rangkaian reaksi mulai dari kadar glukosa darah turun hingga terbentuknya glukosa !

   Tip : Kadar glukosa darah turun hormon glukagon disekresi pankreas, mengaktifkan adenilil

            sikalse dan seterusnya.

3.Terangkan cara kerja tiap-tiap hormon dalm hubungannya dengan metabolisme Karbohidrat !

    (Untuk saat ini tioksin tidak perlu, karena mungkin masih membingungkan)

Catatan :

16. KEGUNAAN DALAM BIDANG BIOMEDIS

     Pengetahuan mengenai metabolisme dalam tubuh manusia/binatang sangat diperlukan untuk mengerti bagaimana mekanisme terjadinya penyakit. Termasuk metabolisme yang normal adalah peristiwa adaptasi terhadap lingkungan, misalnya kelaparan yang tidak berkepanjangan, olah raga, kehamilan dan menyusui. Akan tetapi kekurangan bahan makanan tertentu ( nutritional deficiency ) termasuk metabolisme abnormal, demikian pula kekurangan enzim atau karena sekresi hormon yang tidak normal. Contoh yang paling menarik untuk dikaji adalah penyakit diabetes mellitus.

     Metabolisme glukosa dimulai dengan glikolisis. Jalur ini bukan hanya merupakan jalur utama metabolisme glukosa, namun juga bisa dipakai untuk metabolisme fruktosa dan galaktosa. Peristiwa penting yang perlu diperhatikan adalah dengan adanya jalur ini otot bisa menghasilkan energi biarpun dalam keadaan kekurangan oksigen, sehingga dengan demikian kita bisa lari cepat melampaui kemampuan tubuh menyediakan oksigen. Akan tetapi atot jantung, karena terbiasa dengan keadaan yang kaya oksigen tidak mampu bertahan dalam keadaan kekurangan oksigen (iskemi). Dengan demikian jalur glikolisis anerobik tidak bisa berbuat   banyak.

     Kekurangan enzim piruvat kinase dapat terjadi dalam suatu penyakit tertentu, biasanya gejala kliniknya terlihat dengan adanya hemolitik anemia. Dalam tumor yang ganas, jalur glikolisis sangat aktif melebihi kemampuan siklus asam sitrat untuk memanfaatkan asam piruvat. Kelebihan asam piruvat ini akan diubah menjadi asam laktat. Dengan demikian dalam tumor ganas akan terjadi suasana asam, dan hal ini akan lebih menguntungkan pertumbuhan tumor selanjutnya. Dengan demikian bisa dipikirkan pola pengobatan dengan suasana yang lain. Produksi asam laktat yang berlebihan dapat pula terjadi apabila kekurangan enzim piruvat dehidrogenase ataupun kekurangan vitamin B1.

     Cadangan glikogen dalam otot hanya bisa dipakai oleh otot itu sendiri, sedangkan glikogen hepar bisa berfungsi sebagai sumber glukosa untuk keperluan organ lainnya, termasuk otak. Dibawah kadar gula tertentu fungsi otak akan terganggu. Apabila seseorang mengalami hipoglikemi berat, maka bisa terjadi koma bahkan dapat meninggal dunia. Kelainan-kelainan  penimbunan glikogen merupakan penyakit yang diturunkan. Pada penyakit ini terjadi penimbunan glikogen dalam bentuk yang tidak normal, dan mobilitas glikogen mengalami kelambatan, sehingga bisa terjadi kelemahan otot bahkan penderita tersebut bisa meninggal dunia. Selain dari kelainan penimbunan glikogen yang telah diterangkan dalam bab glikogen (ada 8 macam), kekurangan enzim adenilil siklase dan "cAMP-dependent protein kinase" telah pula dilaporkan.

     Dalam keadaan tertentu di mana sebagian besar kebutuhan kalori dapat dipenuhi dengan adanya senyawa lemak, namun kebutuhan minimal akan glukosa mutlak diperlukan. Glukoneogenesis memenuhi keperluan ini. Dalam tubuh glukosa juga diperlukan untuk membuat galaktose bagi seorang ibu yang sedang menyusui, ataupun diperlukan oleh fetus dalam           kandungan. Glukoneogenesis juga berfungsi untuk membersihkan tubuh dari asam laktat yang diproduksi oleh otot dan eritrosit dan bisa memanfaatkan gliserol yang dibuat oleh jaringan lemak. Asam propionat dihasilkan dalam pencernaan binatang yang tergolong ruminan. Senyawa ini merupakan bahan baku yang paling penting bagi jalur glukoneogenessis.

     Kekurangan enzim tertentu dari jalur pentosa fosfat merupakan penyebab utama penyakit hemolisis sel darah merah. Kekurangan enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase adalah penyebab yang paling sering diantara hemolisis anemi. Kira-kira 100 juta penduduk dunia menderita pe-nyakit yang diturunkan ini, yaitu rendahnya kadar enzim glukosa 6-fosfat dehidrogenase. Jalur-jalur utama pemakaian glukosa adalah glikolisis dan pentosa fosfat. Jalur lainnya yang tidak kalah pentingnya biarpun jumlah pemakaian glukosanya sedikit adalah jalur asam uronat. Jalur ini menghasilkan asam glukoronat yang diperlukan untuk ekskresi metabolit ataupun zat kimia asing (xenobiotics). Kekurangan enzim tertentu dalam jalur ini bisa menyebabkan essensial pentosuria. Tidak adanya suatu enzim dalam tubuh primata menyebabkan spesises ini (termasuk manusia) membutuhkan vitamin C (asam askorbat) dalam makanan. Fruktosa bisa dipakai sebagai infus pengganti glukosa, namun apabila diberikan dalam dosis tinggi bisa menyebabkan kekurangan adenin nukleotida dalam hepar dan mungkin juga bisa menyebabkan nekrosis hati.

INFORMASI TAMBAHAN.

GLIKOGENIN.

Glikogenin adalah suatu protein ( M. 37284 ) yang bertindak sebagai "primer" dimana glukosa pertama terikat. Selain itu glikogenin juga bisa berfungsi sebagai enzim yang mengkatalisis pembentukan suatu "nascent glikogen" suatu polisakarida terdiri dari 8 residu glukosa. "Nascent" glikogen adalah glikogen pertama yang terbentuk dalam tubuh (Lehninger AL, 1993) .

REGULASI METABOLISME GLIKOGEN.

     Metabolisme glikogen bisa dipengaruhi oleh perubahan kadar ATP maupun AMP.

     Apabila kadar ATP menurun, terutama dalam keadaan anaerob menyebabkan berkurangnya aktivasi glikogen sintase, pada waktu yang sama akan mengurangi hambatannya terhadap fosfforilase. Selain itu pada keadaan yang sama AMP meningkat. Meningkatnya AMP akan mengaktifkan fosforilase. Dengan menurunnya aktivitas glikogen sintase dan meningkatnya aktivitas fosforilase maka glukose-1-fosfat terbentuk yang selanjutnya akan dirubah menjadi glukosa-6-fosfat. Ini merupakan substrat untuk glikolisis. Dengan ini otot bisa terus bekerja untuk sementara (dalam keadaan anaerobik) dengan menggunakan ATP yang diproduksi dari glikolisis.

     Dalam keadaan anaerob, otot tertentu dapat memobilisasi glikogen tanpa adanya perubahan fosforilase b menjadi fosforilase a, atau adanya perobahan glikogen sintase a menjadi glikogen sintase b.

MEKANISME KERJA EPINEPHRIN TERHADAP GLIKOGENOLISIS.

Epinephrin dapat merangsang glikogenolisis dalam hepar degan tiga cara :

     1.epinefrin menyebabkan pelepasan glukagon. Selanjutnya glukagon akan mengaktifkan enzim adenelil siklase dan seterusnya.

     2.lewat beta adrenergik reseptor, selanjutnya lewat adenilil siklase

     3.lewat alfa adrenergik reseptor pada membrana sel hepar. Selanjutnya akan terjadi pembentukan inositol 1,4,5 trifosfat (IP3) dan diasil gliserol. IP3 menyebabkan pelepasan Ca⁺⁺ dari endoplsmik retikulum (ER). Ca⁺⁺ ini akan mengaktifkan fosforilase kinase.

     Fosfolipase C bekerja pada fosfatidil inositol 4,5 bisfosfat akan menghasilkan 1,2 diasil gliserol dan inositol 1,4,5 trifosfat (Devlin TM, 1992).

17.DAFTAR  KEPUSTAKAAN

1.Bondy P.K. and Rosenberg L.E. : Duncan's Diseases of Metabolism Genetic Metabolism and Endocrino-logy. Seventh Ed. Asian Ed. W.B. Saunder Comp. Igaku Shoin Ltd. Tokyo 1974. pp 245 - 250.

2.Devlin T.M. : Texbook of Biochemistry with Clinical correlation. Third Ed. John Wiley &

    Son Pub. Singapore. 1992. pp 351, 1077 - 1081

3.Lehninger A.L., Nelson D.L and Cox M.M : Principles of Biochemistry. Second Ed. Worth Publ. Inc. New York. 1993. pp 298, 598-599

5.Murry R.M., Granner D.K.,  and Rodwell V.W.: Harper's Biochemistry. Twenty-seventh Editions. Appleton & Lance. Englewood Cliffs. New Jersey. USA. 2006. pp 132 - 144, 151- 186.