ANABOLISME KARBOHIDRAT
Makalah
ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Biokimia
Dosen Pengampu:
drg.
Risma Aprinda Kristanti
Ria
Ramadhani DA, S. Kep
Disusun oleh:
Kelompok 2
Ika Purwaningsih (10620039)
Susilaneng Waseh (10620042)
Fatimatuz Zahro (10620051)
Ahmad Subada (10620062)
Dayu Nirwana Putri (10620064)
Choirunnisail M (10620074)
JURUSAN BIOLOGI
FAKULTAS SAINS DAN
TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI
MAULANA MALIK IBRAHIM MALANG
2012
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar
Belakang
Anabolisme
adalah lintasan metabolisme yang menyusun beberapa senyawa organik sederhana
menjadi senyawa kimia atau molekul kompleks. Proses ini membutuhkan energi dari
luar. Energi yang digunakan dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun
energi kimia. Energi tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat
senyawa-senyawa sederhana tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi,
dalam proses ini energi yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan
dalam bentuk ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk.
Anabolisme meliputi tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti
asam amino, monosakarida, dan nukleotida. Kedua, adalah aktivasi
senyawa-senyawa tersebut menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP.
Ketiga, penggabungan prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti
protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat. Anabolisme yang menggunakan
energi cahaya dikenal dengan fotosintesis, sedangkan anabolisme yang
menggunakan energy kimia dikenal
dengan kemosintesis. Hasil-hasil anabolisme berguna dalam fungsi yang esensial.
Hasil-hasil tersebut misalnya glikogen dan protein sebagai bahan bakar dalam
tubuh, asam nukleat untuk pengkopian informasi genetik. Protein, lipid, dan
karbohidrat menyusun struktur tubuh makhluk hidup, baik intraselular maupun
ekstraselular. Bila sintesis bahan-bahan ini lebih cepat dari perombakannya,
maka organisme akan tumbuh.
Anabolisme karbohidrat merupakan serangkaian reaksi
kimia yang substrat awalnya adalah molekul kecil dan produk akhirnya adalah
molekul besar atau dengan kata lain reaksi yang bertujuan untuk penyusunan atau
sintesis molekul. Mahasiswa Biologi memiliki tuntutan untuk dapat memahami anabolisme karbohidrat sebagaikonsekuensi
atas bidang ilmunya dan juga sebagai rasa syukur terhadap fasilitas yang telah Allah
ciptakan. Oleh karena itu pada kesempatan kali ini kami menulis
makalah tentang anabolisme karbohidrat dengan harapan kami dapat memahami
proses anabolisme secara mendalam khususnya pada proses glukoneogenesis,
glikogenesis, dan glikogenolisis.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas,
rumusan masalah dari makalah ini adalah:
1.
Apa
pengertian dari anabolisme karbohidrat?
2.
Proses
apa saja yang termasuk dalam anabolisme karbohidrat?
1.3 Tujuan
Tujuan dari pembuatan makalah
ini adalah sebagai berikut:
1.
Untuk mengetahui
pengertian dari anabolisme karbohidrat
2.
Untuk mengetahui
proses-proses yang termasuk dalam anabolisme
BAB
II
PEMBAHASAN
Karbohidrat merupakan senyawa karbon, hidrogen, dan oksigen,
dengan rasio hidrogen terhadap pksigen normalnya adalah 2 : 1 senyawa tersebut
mengandung beberapa rantai “unit gula” atau “sakarida” yang masing – masing
terbentuk dari tiga sampai tujuh atau karbon dengan atom hidrogen dan oksigen
yang melekat padanya, baik sendiri – sendiri ataupun dalam kelompok.
Karbohidrat juga merupakan senyawa karbon yang banyak dijumpai di alam,
terutama sebagai penyusun utama jaringan tumbuhan. Nama lain karbohidrat adalah
sakarida (berasal dari bahasa Latin Saccharum = gula). Senyawa karbohidrat
adalah polihidroksi aldehida atau polihidroksi keton yang mengandung unsur –
unsur karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O) dengan rumus empiris total (CH2O)n,
karbohidrat paling sederhana adalah monosakarida, diantara glukosa yang
mempunyai rumus molekul C6H12O6. Karbohidrat
merupakan bahan yang sangat diperlukan tubuh manusia, hewan, dan tumbuhan
disamping lemak dan protein. Senyawa ini dalam jaringan merupakan cadangan
makanan atau energi yang disimpan dalam sel. Sebagian besar karbohidrat yang
ditemukan di alam terdapat sebagai polisakarida dengan berat molekul tinggi.
Beberapa polisakarida berfungsi sebagai penyusun.
Karbohidrat merupakan pusat metabolisme tanaman hijau dan
organisme fotosintetik lain yang menggunakan energi matahari untuk melakukan
pembentukan karbohidrat. Karbohidrat yang terdapat dalam bentuk pati dan gula
berfungsi sebagai bagian utama energi yang dikonsumsi oleh kebanyakan organisme
di muka bumi ini. Sebagai pati dan glikogen, karbohidrat berfungsi sebagai
penyangga di dalam dinding sel bakteri dan tanaman serta pada jaringan pengikat
dan dinding sel organisme hewan karbohidrat jenis lain berperan sebagai pelumas
sendi kerangka, sebagai perekat diantara sel, dan senyawa pemberi spesifisitas
pada permukaan sel hewan.
Dalam sel-sel tubuh, karbohidrat mengalami berbagai proses kimia.
Proses inilah yang mempunyai peranan penting dalam tubuh kita. Reaksi-reaksi
kimia yang terjadi dalam sel ini tidak berdiri sendiri, tetapi saling
berhubungan dan saling mempengaruhi. Sebagai contoh apabila banyak glukosa yang
teroksidasi untuk memproduksi energy, maka glikogen dalam hati akan mengalami
proses hidrolisis untuk membentuk glukosa. Sebaliknya apabila suatu reaksi
tertentu menghasilkan produk yang menghasilkan produk yang berlebihan, maka ada
reaksi lain yang dapat menghambat produksi tersebut. Dalam hubungan antar
reaksi-reaksi ini enzim-enzim mempunyai peranan sebagai pengatur atau
pengendali. Proses kimia yang terjadi dalam sel ini disebut metabolisme.
Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses
hidrolisis, baik dalam mulut, lambung maupun usus. Hasil akhir proses
pencernaan karbohidrat ini ialah glukosa, fruktosa, galaktosa dan manosa serta
monosakarida lainnya. Senyawa-senyawa ini kemudian diabsorbsi melalui dinding
usus dan dibawa ke hati oleh darah.
Karbohidrat merupakan komponen utama dalam suatu
makanan yang merupakan sumber energi yang utama bagi setiap organisme hidup.
Dalam sel-sel tubuh, karbohidrat mengalami berbagai proses kimia. Maka proses
inilah yang kemudian mempunyai peranan penting dalam tubuh kita. Proses-proses
yang dialami oleh unsur-unsur makanan setelah dicerna dan diserap disebut
dengan metabolisme intermediet. Metabolisme intermediet ini mencakup bidang luas
yang tidak hanya proses metabolik yang dialami oleh masing-masing molekul saja,
tetapi juga interelasi dan mekanisme yang mengatur arus metabolit untuk dapat
melewati proses-proses atau tahapan-tahapan tersebut. Proses metabolisme itu
kemudian digolongkan menjadi 2 macam, yaitu:
- Anabolime (penyatuan/pembentukan)
- Katabolisme (pemecahan)
Anabolisme adalah
proses sintesis molekul kompleks dari senyawa-senyawa kimia yang sederhana
secara bertahap. Proses ini membutuhkan energi dari luar. Energi yang digunakan
dalam reaksi ini dapat berupa energi cahaya ataupun energi kimia. Energi
tersebut, selanjutnya digunakan untuk mengikat senyawa-senyawa sederhana
tersebut menjadi senyawa yang lebih kompleks. Jadi, dalam proses ini energi
yang diperlukan tersebut tidak hilang, tetapi tersimpan dalam bentuk
ikatan-ikatan kimia pada senyawa kompleks yang terbentuk.
Selain dua macam
energi diatas, reaksi anabolisme juga menggunakan energi dari hasil reaksi
katabolisme, yang berupa ATP. Agar asam amino dapat disusun menjadi protein,
asam amino tersebut harus diaktifkan terlebih dahulu. Energi untuk aktivasi
asam amino tersebut berasal dari ATP. Agar molekul glukosa dapat disusun dalam
pati atau selulosa, maka molekul itu juga harus diaktifkan terlebih dahulu, dan
energi yang diperlukan juga didapat dari ATP. Proses sintesis lemak juga
memerlukan ATP.
Anabolisme meliputi
tiga tahapan dasar. Pertama, produksi prekursor seperti asam amino,
monosakarida, dan nukleotida. Kedua, pengaktivasian senyawa-senyawa tersebut
menjadi bentuk reaktif menggunakan energi dari ATP. Ketiga, penggabungan
prekursor tersebut menjadi molekul kompleks, seperti protein, polisakarida,
lemak, dan asam nukleat.
1.
Glikogenesis
Tahap pertama metabolisme
karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya
piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam
rangkaian siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi. Proses di atas
terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktivitas, misalnya berpikir,
mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui
kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk
glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis.
Glikogen merupakan bentuk
simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada
tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang
melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada
hati, maka besarnya simpanan glikogen di otot
bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak. Seperti amilum,
glikogen merupakan polimer -D-Glukosa yang bercabang.
Glikogen otot berfungsi
sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di
dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan
simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa
darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa,
hampir semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya
terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan
lama. Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut:
a.
Glukosa
mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga
pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase
sedangkan di hati oleh glukokinase.
b.
Glukosa
6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan
katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami
fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible
yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.
Enz-P
+ Glukosa 6-fosfat ↔Enz + Glukosa 1,6-bifosfat ↔ Enz-P + Glukosa 1-fosfat
c.
Selanjutnya
glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin
difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc
pirofosforilase.
UTP
+ Glukosa 1-fosfat ↔ UDPGlc + PPi
Uridin difosfat glukosa
(UDPGlc)
d.
Hidrolisis
pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik
reaksi kea rah kanan persamaan reaksi.
Lintasan glikogenesis dan glikogenolosis
e. Atom C1pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk
ikatan glikosidik dengan atom C4 pada residu glukosa terminal
glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh
enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut
glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer
selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai
glikogenin.
UDPGlc
+ (C6)n ↔ UDP + (C6)n+1
Glikogen Glikogen
Residu
glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 1→4 untuk membentuk rantai pendek
yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap
melekat pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati terdapat jumlah molekul
glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin.
f. Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang
dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa,
maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 1→4 (panjang minimal
6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 1→6
sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan
tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1→ glukosil dan pembentukan cabang
selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah
total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat
glikogenesis maupun glikogenolisis.
Tahap-tahap perangkaian
glukosa demi glukosa digambarkan pada bagan berikut.
Biosintesis
glikogen
Tampak bahwa setiap
penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir oleh enzim glikogen sintase.
Sekelompok glukosa dalam rangkaian linier dapat putus dari glikogen induknya
dan berpindah tempat untuk membentuk cabang. Enzim yang berperan dalam tahap
ini adalah enzim pembentuk cabang (branching enzyme).
2.
Glikogenolisis
Glikogenolisis adalah kebalikan
glikogenesis, yaitu reaksi pemecah molekul glikogen menjadi molekul-molekul
glukosa.glikogen yang terdapat dalam hati dan otot dapat dipecah menjadi
molekul glukosa-1-fosfat melalui suatu proses yang disebut fosforolisis, yaitu
reaksi dengan assam fosfat. Enzim fosforilase ialah enzim yang menjadi katalis
pada reaksi gikogenolisis.
Glikogen
+ asam fosfat fosforilase
glukosa-1-fosfat
Ada dua macam fosforilase yaitu
fosforilase a, bentuk aktif, dan fosforilase b, suatu benntuk tidak aktif yang
dapat diaktifkan. Aktivasi fosforilase b
berlangsung oleh adanya fosfokinase, ATP dan ion Mg++.
2
fosforilase b + 4 ATP fosfokinase fosforilase a + 4 ADP
Mg++
Dalam
hati glukosa-1-fosfat diubah menjadi glukosa-6-fosfat yang kemudian diubah
menjadi glukosa dan fosfat oleh enzim fosfatase. Glukosa yang terjadi masuk ke
dalam darah dan dibawa ke jaringan-jaringan. Glukosa-1-fosfat yang dihasilkan
oleh pengurai glikogen dalam otot diubah menjadi glukosa-6-fosfat untuk
digunakan lebih lanjut dalam proses glikolisis. Akan tetapi karena dalam sel
otot tidak terdapat enzim fosfatase, maka glukosa-6-fosfat tidak dapat diubah
menjadi glukosa.
3.
Glukoneogenesis
Glukoneogenesis adalah proses
pembentukan D-glukosa dari prekursor yang bukan karbohidrat. Karena prekursor
yang digunakan bukan karbohidrat, maka sumber karbonnya adalah sejumlah
prekursor glukogenik yang terutama berasal dari asam amino-L, laktat atau gliserol.
Proses ini terjadi jika makanan yang dimakan tidak cukup mengandung D-glukosa
yang dapat menyebabkan turunnya kadar glukosa darah. D-glukosa harus dibentuk
karena senyawa ini penting untuk fungsi sebagian besar sel dan mutlak
dibutuhkan oleh sistem syaraf dan eritrosit. Jalur metabolisme ini terjadi
terutama di hati dan ginjal, tetapi glukoneogenesis secara fisiologis tidak
berarti dalam otot karena otot tidak mempunyai enzim glukosa 6-fosfatase yang
mengubah glukosa 6-fosfat menjadi glukosa untuk dilepaskan ke darah.
Asam laktat yang terjadi pada proses
glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Di sini asam laktat diubah menjadi
glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yang disebut
glukoneogenesis (pembentukan gula baru). Pada dasarnya glukoneogenesis ini
adalah sistesis glukosa dari senyawa-senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam
laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung terutama
dalam hati. Walaupun proses glukoneogenesis ini adalah sintesis glukosa, namun
bukan kebalikan dari proses glikolisis, karena ada tiga tahap reaksi dalam
glikolisis yang tidak reversibel, artinya diperlukan enzim lain untuk reaksi
kebalikannya.
1.
Glukosa + ATP heksokinase
glukosa-6-fosfat + ADP
2.
Fruktosa-6-fosfat + ATP fosfofruktokinasefruktosa-1,6-difosfat + ADP
3.
Fosfoenol piruvat + ADP piruvatkinaseasam piruvat + ATP
Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak
reversible tersebut, maka proses gluconeogenesis berlangsung melalui tahap
reaksi lain, yaitu:
1. Fosfoenolpiruvat dibentuk di asam
piruvat melalui pembentukan asam oksalo asetat
a.
Asam piruvat + CO2 +
ATP + H2O asam
oksalo asetat + ADP + fosfat + 2 H+
b.
Oksalo asetat + guanosin
trifosfatfosfoenol piruvat + guanosin difosfat + CO2
Reaksi a menggunakan katalis piruvatkarboksilase dan
reaksi b menggunakan fosfoenolpiruvat karboksilase. Jumlah rekasi a dan b ialah
:
Asam
piruvat + ATP + GTP +H2O fosfoenolpiruvat + ADP + GTP +
fosfat + 2 H+
2. Fruktosa-6-fosfat dibentuk dari fruktosa-1,6-difosfat
dengan cara hidrolisis oleh enzim fruktosa-1,6-difosfatase
Fruktosa-1,6-difosfat + H2O fruktosa-6-fosfat + fosfat
3. Glukosa dibentuk dengan cara
hidolisis glukosa-6-fosfat dengan katalis glukosa-6-fosfatase
Glukosa-6-fosfat + H2O glukosa + fosfat
Dalam
proses glikolisis, asam laktat adalah hasil yang terakhir, untuk metabolism
lebih lanjut, asam laktat harus diubah kembali menjadi asam piruvat terlebih
dahulu. Demikian pula untuk
proses gluconeogenesis.
Glukoneogenesis
terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh
menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulah
memecah protein untuk energi yang sesungguhnya. Protein berperan pokok sebagai
pembangun tubuh. Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses
pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid
maupun protein. Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun
protein dijelaskan sebagai berikut:
a.
Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam
lemak dan gliserol. Asam lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya
asetil KoA masuk dalam siklus Krebs. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur
glikolisis.
b. Untuk protein,
asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Krebs.
