METABOLISME KARBOHIDRAT
Dr. Muntari, M. Phil
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 diterangkan 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.
Setelah menyelesaikan materi ini,
mahasiswa Kebidanan STIKES 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 Asam Uronat “Uronic acid pathway”
6.
Menerangkan
metabolisme Fruktosa
7.
Menerangkan
metabolisme Galaktosa
8.
Menerangkan
kontrol metabolisme karbohidrat
9.
Menerangkan
peran 3 hormon dalam metabolisme karbohidrat
10. Menunjukkan aspek klinik dari
metabolisme karbohidrat
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 [α-Glk(1®4)Glk], trisakarida maltotriosa [α-Glk(1®4) α-Glk (1®4) Glk], a-limit
dextrins dan sedikit glukosa. Dapat juga menghasilkan isomaltosa.
Amilase merupakan
endopolisakaridase jadi tidak bisa memotong glukosa yang terletak di ujung
cabang; α-amilase tidak bisa memutus ikatan α-(1®4) pada glukosa yang terletak pada
titik cabang. Lihat pada buku teks Biokimia!
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 ke seluruh 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, manosa, xilosa (xylosa) dan arabinosa.
Galaktosa dan glukosa diserap secara aktif.
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 ke-satuan, 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.Glukoneogenesis (
"gluconeogenesis" ).
3.6.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 8 ATP.
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 hepar dan 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.
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 kece-patan glikolisis.
fosfofruktokinase-1
Fruktosa 6-P + ATP → Fruktosa 1,6-BP + ADP.
Mg++
Aktivitas enzim ini
meningkat apabila konsentrasi ADP, AMP, fosfat inorganik (Pi) 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 aktivitasnya
meningkat, sebaliknya apabila kadar ATP tinggi aktivitas 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.
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 aktivitas fruktosa 2,6 bisfosfatase, namun enzim ini telah
mengalami fosforilase menjadi PFK-2P (fosfo frukto kinase fosfat). Aktivitas
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 aktivitas fosfofruktokinase-2 pada waktu
yang sama aktivitas 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 aktivitas 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
akti-fitas 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 se-bagian
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
asetonfos-fat juga dioksidasi.Enzim yang bertanggung jawab pada reaksi ini
adalah gliseraldehida 3-P de-hidrogenase yang mana aktivitasnya tergantung
adanya NAD+. Enzim ini terdiri dari empat polipeptida yang
identik membentuk tetramer. Empat gugusan -SH terdapat pada tiap polipep-tida,
mungkin berasal dari residu sistein (cysteine). Satu gugusan -SH terdapat pada
"active site". Reaksinya berjalan sebagai berikut:
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 ke-mudian
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 be-bas 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 di-katalisis
enzim piruvat kinase.
ADP ATP
Fosfoenolpiruvat « 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 3 ATP.
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 « 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. 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
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
Mula-mula asam piruvat
mengalami dekarboksilasi. Reaksi ini dikatalisis enzim piruvat dehidrogenase.
Tiamin pirofosfat bertindak sebagai ko-enzim. Dalam reaksi ini terbentuk CO2
dan α-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.
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). Selanjutnya enzim uridin difosfat glukosa pirofosforilase (UDPG
pirofosforilase) mengkatalisis pembentukan uridin difosfat glukosa
(UDP-glukosa).
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, mem-bentuk ikatan α-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 (α 1,4) → α(1,6)
transglukosidase ("branching enzim") memindahkan se-bagian
dari residu ikatan α-1,4 (minimum 6 residu), pada rantai didekatnya membentuk
ika-tan α-1,6. Jadi terjadi titik percabangan baru. Kemudian kedua cabang
tersebut bertambah panjang. Dan seterusnya kejadian berulang kembali.
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 pen-cernaan. 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 α-1-4
glikosidik, dan berhenti pada empat residu dari titik cabang. Enzim amilo (α
1,4) → (α 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 α-1,4 sampai 4 unit glukosa dari titik cabang,
demikian seterusnya.
Debranching enzim (amilo 1,6-glukosidase) memecah
ikatan glukosidik 1,6 dan menghasil-kan glukosa. 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 fosfoglukomu-tase. 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.
7. GLUKONEOGENESIS
Glukoneogenesis
adalah suatu pembentukan glukosa dari senyawa yang bukan karbohidrat.
Glukoneogenesis penting sekali untuk menyediakan glukosa, apabila di dalam 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. Di dalam mammae, glukosa diperlukan untuk
membuat laktosa. Di dalam 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. 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 di atas
adalah :
1.
Piruvat karboksilase
2. Fosfoenolpiruvat
karboksikinase
3. Fruktosa
1,6-bisfosfatase (tidak ada dalam otot jantung dan otot polos)
4. Glukosa 6-fosfatase
Dalam keadaan puasa,
enzim piruvat karboksilase dan enzim fosfoenolpiruvat karbok-sikinase
sintesisnya meningkat. Sintesis enzim ini juga dipengaruhi oleh hormon
glukokor-tikoid. Dalam keadaan puasa, oksidasi asam lemak dalam hepar
meningkat. Ini membawa akibat yang menguntungkan untuk glukoneogenesis karena
akan menghasilkan ATP, NADH dan oksaloasetat.
Asam lemak dan
asetil-KoA akan menghambat enzim-enzim fosfofruktokinase, piruvat kinase dan
piruvat dehidrogenase, mengaktifkan enzim-enzim piruvat karboksilase dan
fruktosa 1,6-bisfosfatase.
Substrat untuk
glukoneogenesis adalah :
1. Asam laktat yang berasal dari otot, sel darah merah,
medulla dari glandula supra-renalis, retina dan sumsum tulang
2. Gliserol, yang berasal dari jaringan lemak
3. Asam propionat, yang dihasilkan dalam proses pencernaan
pada hewan memamah biak.
4. Asam amino glikogenik
7.1 Perubahan asam laktat menjadi glukosa
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 :
1. Enzim piruvat
karboksilase mengkatalisis reaksi:
Piruvat
→ Oksaloasetat (gambar 15-16)
Dalam reaksi ini
diperlukan ATP, CO2 (berasal dari H2CO3), biotin ( yang
diperlukan un-tuk mengikat bikarbonat pada enzim sebelum ditambahkan pada asam
piruvat ) dan ion Mg.
2.
Enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase mengkatalisis reaksi:
Oksaloasetat →
Fosfoenolpiruvat
Dalam reaksi ini
diperlukan "high energy phosphate" GTP atau ATP, dan akan terbentuk
CO2.
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.
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 di-jumpai
dalam otot dan jaringan lemak.
5. Enzim
gliserokinase mengkatalisis reaksi :
Gliserol → Gliserol
3-fosfat
Dalam reaksi ini
diperlukan ATP dan menghasilkan ADP. Enzim ini terutama terdapat dalam hati dan
ginjal.
6.
Enzim gliserol 3-fosfat dehidrogenase mengkatalisis reaksi :
Gliserol 3-fosfat →
Dihidroksi aseton fosfat ( DHAP )
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.
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.
8. 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". 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.
9. METABOLISME FRUKTOSA DAN SORBITOL
9.1. Metabolisme Fruktosa
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".
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 dikatalisis 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".
9.2 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. 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.
10. 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:
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.
11. PENGATURAN METABOLISME
KARBOHIDRAT
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 pengaturan
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".
Prinsip pengaturan:
1.
Jalur yang dilewati proses anabolik (sintesis) berbeda dengan jalur katabolik
(degradasi). Kadang-kadang kedua jalur tersebut memakai beberapa enzim yang
sama.
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).
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.
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.
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.
1 Pada keadaan kelaparan
Pada keadaan kelaparan, enzim-enzim
utama dari glikolisis, HMP shunt dan glikogenesis aktivitasnya menurun,
sebaliknya aktivitas enzim-enzim utama dari glukoneogenesis dan glikogenolisis
meningkat.
2. Pada keadaan Diabetes Mellitus
Aktivitas enzim-enzim tersebut di
atas mirip dengan keadaan kelaparan.
3. Pada pemberian makanan tinggi
karbohidrat
Pada keadaan ini terjadi yang
sebaliknya, aktivitas enzim-enzim glikolisis, HMP shunt dan glikogenesis
meningkat, sedangkan aktivitas enzim-enzim utama glukoneogenesis dan
glikogenolisis menurun.
12. GLUKOSA DARAH
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.
Glukosa darah berasal dari :
1. Karbohidrat dalam makanan.
2. Hasil dari proses glukoneogenesis.
3. Dari pemecahan glikogen dalam
hepar.
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.
Beberapa hormon penting dalam
pengaturan glukosa darah misalnya:
12.1 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.
12.2 "Growth hormon" dan
kortikotropin
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.
12.3
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.
12.4 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.
12.5 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.
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.
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 penyakit 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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar