Makalah Metabolisme Karbohidrat [PDF]

Citation preview

I. PENDAHULUAN 1. Latar Belakang Metabolisme karbohidrat yaitu metabolisme mencakup sintesis (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) molekul organik kompleks. Metabolisme biasanya terdiri atas tahapan-tahapan yang melibatkan enzim, yang dikenal pula sebagai jalur metabolisme. Metabolisme total merupakan semua proses biokimia didalam organisme. Metabolisme sel mencakup semua proses kimia di dalam sel. Tanpa metabolisme, makhluk hidup tidak dapat bertahan hidup. Kata karbohidrat berasak dari kata karbon dan air. Secara sederhana karbohidrat didefinisikan sebagai polimer gula. Karbohidrat yang paling sederhana adalah aldehid (disebut polihidroksialdehid atau aldosa) atau berupa keton (disebut polihidroksiketon atau ketosa). Karbohidrat terdiri atas atom C, H, dan O. Adapun rumus umum dari karbohidrat adalah : Cn(H2O) atau CnH2nOn Karbohidrat adalah senyawa yang terbentuk dari molekul karbon, hidrogen, dan oksigen. Sebagai salah satu jenis zat gizi, fungsi utama karbohidrat adalah penghasil energi di dalam tubuh. Tiap 1 gram karbohidrat yang di konsumsi akan menghasilkan energi sebesar 4 kkal dan energi hasil proses oksidasi (pembakaran) karbohidrat ini kemudian akan digunakan oleh tubuh untuk menjalankan berbagai fungsi-fungsinya, seperti bernafas, kontraksi jantung dan otot, serta juga untuk menjalankan berbagai aktivitas fisik, seperti berolahraga atau bekerja. Karbohidrat memiliki fungsi sebagai sumber energi, cadangan makanan, dan materi pembangunan pada semua makhluk hidup. Maka dari itu, karbohidrat sangat diperlukan oleh tubuh ternak agar dapat tumbuh sehat dan produktif dalam menghasilkan hasil ternak. Karbohidrat dalam bahan makanannya dapat ditemui dalam berbagai bentuk, yaitu monosakarida, disakarida, dan polisakakrida, karbohidrat yang paling sering ditemui dalam bahan pokok pakan ternak adalah dalam bentuk monosakarida seperti glukosa dan polisakarida yaitu selulosa atau serat kasar.



2. Tujuan 1. 2. 3. 4.



Mengetahui proses metabolisme karbohidrat Mengetahui dan memahami jenis-jenis karbohidrat Mengetahui pembagian metabolisme karbohidrat Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi metabolisme karbohidrat



5. Mengetahui metabolisme karbohidrat pada ternak ruminansia



II. ISI Metabolisme adalah keseluruhan proses kimiawi dalam tubuh organisme yang melibatkan energi dan enzim, diawali dengan substrat awal dan diakhiri produk akhir. Metabolisme dapat digolongkan menjadi dua, yakni proses penyusunan yang disebut anabolisme dan proses pembongkaran yang disebut katabolisme. Katbohidrat merupaka hasil sintesis CO2 dan H2O dengan bantuan sinar matahari dan zat hijau daun (klorofil) melalui fotosintesis. Zat makanan ini merupakan sumber energi bagi organisme heterotrof (makhluk hidup yang memperoleh energi dari sumber organik di lingkungannya). Pada proses pencernaan makanan, karbohidrat mengalami proses hidrolisis (penguraian dengan menggunakan molekul air). Proses pencernaan karbohidrat terjadi dengan menguraikan polisakarida menjadi monosakarida (Anonim, 2015). 2.1 Proses Metabolisme Karbohidrat Peranan utama karbohidrat di dalam tubuh adalah menyediakan glukosa bagi sel-sel tubuh yang kemudian diubah menjadi eenrgi. Glukosa memegang peranan sentral dalam metabolisme karbohidrat. Jaringan tertentu hanya memperoleh energi dari karbohidrat seperti sel darah merah serta sebagian besar otak dan sistem saraf. Glukosa yang diserap dari pencernaan makanan dibawa darah menuju keseluruh sel tubuh. Dalam sitoplasma glukosa akan mengalami glikolisis, yaitu peristiwa pemecahan gula hingga menjadi ATP. Ada dua jalur gikolisis yaitu jalur biasa untuk aktifitas atau kegiatan hidup yang biasa (normal) dengan hasil ATP terbatas dan glikolisis jalur cepat yang dikenal dengan jalur Embden Meyerhoff untuk menyediakan ATP cepat pada aktifitas kerja keras, misalnya lari cepat. Jalur ini memberi hasil asam laktat yang bila terus bertambah dapat menyebabkan terjadinya asidosis laktat. Asidosis ini dapat berakibat fatal terutama bagi yang tidak terbisa beraktitas keras. Hasil oksidasi glukosa melalu glikolisis akan dilanjutkan dalam siklus kreb yang terjadi di bagian matriks mitokondria. Selanjutnya, hasil siklus kreb akan digunakan dalam dalam sistem couple dengan menggunakan sitokrom dan berakhir dengan pemanfaatan oksigen sebagai penangkapan ion H. Kejadian tubuh kemasukan racun menyebabkan sistem sitokrom diblokir oleh senyawa racun sehingga reaksi reduksi oksidasi dalam sistem couple, terutama oleh oksigen tidak dapat berjalan (Anonim,2009).



2.2 Jenis-jenis karbohidrat Jenis-jenis karbohidrat dibagi menjadi 2, yaitu : (Campbell,2002) a. Karbohidrat Sederhana 1) Monosakarida (C6H12O6)



Monosakarida merupakan jenis karbohidrat sederhana yang terdiri dari 1 gugus cincin. Selain sebagai molekul tunggal, monosakarida juga berfungsi sebagai molekul dasar bagi pembentukan senyawa akrbohidrat kompleks pati (strach) atau selulosa. Contoh dari monosakarida adalah heksosa. Glukosa, fruktosa, galaktosa, monosa, ribosa (penyusun RNA) dan deoksiribosa (penyusun DNA). 2) Disakarida (C12H22O11) Disakarida merupakan jenis karbohidrat yang paling banyak dikonsumsi oleh manusia di dalam kehidupan sehari-hari. Setiap molekul disakarida akan terbentuk dari gabungan 2 molekul monosakarida. Disakarida mempunyai rasa manis dan sifatnya mudah larut dalam air. Contoh pati disakarida adalah laktosa (gabungan antara glukosa dan fruktosa) dan maltosa (gabungan antara dua glukosa). 3) Polisakarida (C6H11O5) Polisakarida merupakan karbohidrat yang terdiri dari banyak gugus gula, rata-rata terdiri dari 10 gugus gula. Pada umumnya polisakarida tidak berasa atau pahit dan sifatnya sukar larut dalam air. Contoh dari polisakarida adalah amilum yang terdiri dari 60-300 gugus gula berupa glukosa, glikogen, atau gual otot yang tersusun dari 12-16 gugus gula dan selulosa, pektin, lignin, dan kitin yang tersusun dari ratusan bahkan ribuan gugus gula tambahan senyawa lainnya. 4) Oligosakarida Merupakan bentuk karbohidrat yang bila dihidrolisis menjadi dua sampai sepuluh unit monosakarida. Contoh dari oligosakarida adalah maltosa. b. Karbohidrat Kompleks Karbohidrat kompleks merupakan karbohidrat yang terbentuk hampir lebih dari 20.000 unit molekul monosakarida terutama glukosa. Di dalam ilmu gizi, jenis karbihodrat kompleks yang merupakan sumber utama bahan makanan yang umumnya di konsumsi oleh manusia adalah pati (strach). 2.3 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, dimana jalur yang paling banyak dilalui tergantung pada keadaan (status nutrisi) waktu itu.







Glikolisis Glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi asam piruvat atau. asam laktat. Apabila glikolisis terjadi dalam suasana anaerobik maka akan



berakhir dengan asam laktat dan menghasilkan 2 ATP, apabila dalam keadaan aerobik berakhir menjadi asam piruvat dengan 8 ATP.



Persiapan Glikolisis



Reaksi Glikolisis 



Glikogenesis Glikogenesis adalah reaksi pemecahan molekul glikogen menjadi molekul glukosa. Gikogenesis juga dapat berarti lintasan metabolisme yang digunakan oleh tubuh. Glikogenesis merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat di dalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1%. Glkogen dalam sel binatang fungsinya mirip dengan amilum dalam tumbuhan, yaitu sebagai cadanagan energi. Pembentukan glikogen (glikogenesis) terjadi hampir dalam semua jaringan, tapi yang paling banyak adalah dalam hepar dan dalam otot. Tahap-tahap glikogenesis : 1. Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1-fosfat. Berbeda dengan reaksi pembentukan glikogen, reaksi ini tidak melibatkan UDP-glukosa, dan enzimnya adalah glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase.



2. Tahap reaksi berikutnya adalah pembentukan glukosa dari glukosa 6fosfat. Berbeda dengan reaksi kebalikannya dengan glukokinase, dalam reaksi ini enzim lain, glukosa 6-fosfatase, melepaskan gugus fosfat sehingga terbentuk glukosa. Reaksi ini tidak menghasilkan ATP dari ADP dan fosfat. 3. Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi sehingga menghasilkan energi, yang energi itu terekam atau tersimpan dalam bentuk ATP. 



Glikogenolisis Pemecahan glikogen dalam hepar dan oto berbeda dengan enzim yang terdapat dalam pencernaan. Enzim glikogen fosforilase akan melepaskan unit glukosa dari rantai cabang glikogen yang tidak dapat di reduksi. Reaksinya : (Glukosa)n + H2PO4  Glukosa I-fosfat + (Glukosa) n-1 Dalam glikogenolisis, glikogen yang disimpan dalam hati dan otot dipecah menjadi glukosa I-fosfat kemudian diubah menjadi glukosa 6-fosfat. Glukogenisis diatoleh hormon glukogen yang di sekresiakan pankreas dan epinerfin yang dieksresikan kelenjar adrenal. Kedua hormon tersebut akan menstimulasi enzim glikogen fosforilase untuk memulai glikogenolisis dan menghambat kerja enzim glikogen sintase (menghentikan glikogenesis). Glukosa-6-fosfat masuk ke dalam poses glikolisis untuk menghasilkan energi. Glukosa-6-fosfat juga dapat diubah menjadi glukosa untuk didistribusikan oleh darah menuju sel-sel yang membutuhkan glukosa.







Glikoneogenesis Glikoneogenesis adalah suatu pembentukan glukosa dari senyawa yang bukan karbohidat. Glikoneogenesis penting sekali untuk menyediakan glukosa apabila di dalam diet tidak mengandung cukup karbohidrat. Pada dasanya glikoneogenesis adalah sintetis glukosa dari senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glikoneogenesis berlangsung terutama dalam hati. Glikoneogenesis yang dilakukan oleh hati atau ginjal, menyediakan suplai glukosa yang tepat. Kebanyakan karbon yang digunakan untuk sintetis glukosa akhirnya berasal dari katabolisme asam amino.  Siklus Asam Sitrat Pada bagian sebelumnya telah dibahas mengenai jalur glikolisis yang mengubah glukosa menjadi piruvat. Pada keadaan aerob, langkah



berikutnya pada pembentukkan energi dari glukosa adalah dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil koenzim A (asetil koA). Unit asetil aktif ini kemudian mengalami oksidasi sempurna menjadi CO  melalui siklus asam sitrat. Siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi kimia dalam sel, yaitu pada mitokondria, yang berlangsung secara berurutan dan berulang, bertujuan mengubah asam piruvat menjadi CO , H O dan sejumlah energi. Proses ini adalah proses oksidasi dengan menggunakaan oksigen atau aerob (Poedjiani, A : 264). Siklus asam sitrat dikenal juga sebagai siklus asam trikarboksilat atau siklus krebs, menggunakan nama penemunya Hans Krebs seorang ahli biokimia yang banyak jasa atau sumbangannya dalam penelitian tentang metabolisme karbohidrat. Siklus asam sitrat merupakan jalur metabolisme bersama untuk oksidasi molekul bahan bakar seperti asam amino, asam lemak dan karbohidrat, juga berperan sebagai sumber bahan pembangun untuk proses-proses biosintesis.Sebagian besar molekul masuk siklus asam sitrat sebagai Asetil KoA.Dekarboksilasi oksidatif piruvat menjadi asetil koA merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus asam sitrat. Pada eukariot, reaksi ini dan reaksi dalam siklus berlangsung dalam mitokondria, sedangkan glikolisis berlangsung di sitosol (Stryer, L : 525). 2



2



2



Berikut adalah gambaran ringkas siklus asam sitrat: 



Senyawa C  (oksaloasetat) berkondensasi dengan senyawa C  membentuk senyawa C  (asam trikarboksilat / sitrat). Reaksi dikatalisis oleh enzim sitrat sintase. Sitrat mengalami isomerisasi menjadi isomer sitrat. Reaksi dikatalisis oleh enzim sitrat akotase. Isomer sitrat kemudian mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi senyawa C  (α-ketoglutarat). Reaksi dikatalisis oleh enzim isositrat dehidrogenase dan menghasilkan NADH dan CO . Senyawa ini mengalami dekarboksilasi oksidatif lagi menjadi senyawa C  (suksinil ko-A. Reaksi dikatalisis oleh enzim αketoglutarat dehidrogenase dan menghasilkan NADH dan CO . Senyawa C  (suksinil ko-A) lalu dipecah menjadi suksinat (C ). Reaksi dikatalisis oleh enzim suksinil koA sintase. Menghasilkan senyawa fosfat berenergi tinggi (GTP). Suksinat (C ) dioksidasi menjadi fumarat (C ). Reaksi dikatalisis oleh enzim suksinat dehidrogenase dan menghasilkan FADH .  Fumarat (C ) mengalami hidrasi menjadi malat (C ). Reaksi dikatalisis oleh enzim fumarase. Akhirnya malat (C ) dioksidasi menghasilkan kembali oksaloasetat (C ). Reaksi dikatalisis oleh enzim malat dehidrogenase dan menghasilkan NADH. 4



2



 



6



5



2







4



2



 



4



4



4



4



2



 



4



4



4







4



2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Metabolisme Karbohidrat Faktor-faktor yang mempengaruhi metbolime karbohhidrat adalah : a. Pada keadaan kelaparan, enzim enzim-enzim utama dari glikolisis, HMP shunt dan glikogenesisi aktifitasnya menurun, sebaliknya aktifitas enziimenzim utama dari glukogenesisi dan glikogenesis meningkat. b. Pada keadaan Diabetes Melitus, aktifitas enzim-enzim tersebut mirip dengan keadaan kelaparan. c. Pada pemberian makanan tinggi karbohidrat, aktifitas enzim-enzim glikolisis, HMP shunt dan glikolisis meningkat, sedangkan aktifitas utama glukoneogensis dan glikogenesis menurun (Yohanis,2009). 2.5 Metabolisme Karbohidrat pada Ternak Ruminansia Ternak ruminansia merupakan ternak yang efisien dalam pemanfaatan pakan. Ruminansia mampu memanfaatkan pakan dengan kualitas rendah dan kandungan serat kasar tinggi. Disamping itu juga, mampu membuat protein sendiri didalam tubuh dari NPN yang dihasilkan dari sumber pakan. Ruminansia merupakan poligastrik yang mempunyai lambung depan yang terdiri dari retikulum (perut jala), rumen (perut handuk), omasum (perut kitab), dan lambung sejati , yaitu abomasum (perut kelenjar).  Reticulum Retikulum adalah bagian perut (kompartemen) yang paling kranial. Kompartemen ini bagian dalamnya diseliputi oleh membran mukosa yang mengandung intersekting ridge yang membagi permukaan itu menjadi permukaan yang menyerupai permukaan sarang lebah. Secara fisik ini kurang terpisah dari rumen tetapi bagian ini menyerupai daerah pengaturan aliran dari esofagus dan rumen ke abomasum. Di dalam retikulum terjadi pencernaan fermentatif, pH normal pada retikulum adalah 7(suasana netral) (Siregar, 1994).  Rumen Rumen merupakan suatu maskular yang besar dan terentang dari diafragma menuju ke pelvis dan hampir menempati sisi kiri dari rongga abdominal (Frandson, 1992). Mikroorganisme rumen sangat berperan penting dalam rumen. Makanan yang masuk berdegradasi kompleks menjadi poisakarida seperti selulosa, hemiselulosa, VFA atau Volatile Fatty Acid mensuplai 55-56% dari kebutuhan energi hewan ternak tersebut. Mikroba juga mensintesis vitamin B kompleks yang sangat dibutuhkan oleh hewan ternak tersebut (Siregar, 1994).  Omasum Omasum merupakan suatu organ yang berisi lamina muskuler yang turun dari dalam dorsum atau bagian atap. Omasum terletak di sebelah kanan rumen dan retikulum persis pada kaudal hati. Pertautan antara omasum dan abomasum



terdapat suatu susunan lipatam membran mukosa “vela terminalia” yang barangkali berperan sebagai katup untuk mencegah kembalinya bahan-bahan dari abomasum menuju omasum. Fungsi bagian ini adalah untuk menyaring partikel pakan yang lebih kecil, oleh karena itu terdapat lima macam lamina atau daun yang masing-masing mempunyai duri (Akoso, 2002).  Abomasum Abomasum, abomasum menurut Siregar (1994), disebut sebagai perut sejati karena pada daerah ini terdapat kelenjar digesti yang berperanan dalam proses pemecahan zat-zat gizi. Abomasum terletak ventral dari omasum dan terentang kaudal pada sisi kanan dari rumen. Proses pencernaan di dalam lambung depan terjadi secara mikrobial . Mikroba memegang peranan penting dalam pemecahan makanan. Sedangkan di dalam lambung sejati terjadi pencernaan enzimatik karena lambung ini mempunyai banyak kelenjar (Banerjee, 1978). Ada tiga macam mikroba yang terdapat di dalam cairan rumen, yaitu bakteri, protozoa dan sejumlah kecil jamur . Volume dari keseluruhan mikroba diperkirakan meliputi 3,60% dari cairan rumen. Bakteri merupakan jumlah besar yang terbesar sedangkan protozoa lebih sedikit yaitu sekitar satu juta/ml cairan rumen . Jamur ditemukan pada ternak yang digembalakan dan fungsinya dalam rumen sebagai kelompok selulolitik (Bryant, 1970). Bakteri merupakan biomassa mikroba yang terbesar di dalam rumen, berdasarkan letaknya dalam rumen, bakteri dapat dikelompokkan menjadi :  Bakteri yang bebas dalam cairan rumen (30% dari total bakteri) .  Bakteri yang menempel pada partikel makanan (70% dari total bakteri) .  Bakteri yang menempel pada epithel dinding rumen dan bakteri yang menempel pada protozoa (Preston dan Leng, 1987) . Jumlah bakteri di dalam rumen mencapai 1-10 milyar/mI cairan rumen. Terdapat tiga bentuk bakteri yaitu bulat, batang dan spiral dengan ukuran yang bervariasi antara 0,3-50 mikron. Kebanyakan bakteri rumen adalah anaerob, hidup dan tumbuh tanpa kehadiran oksigen. Walaupun demikian masih terdapat kelompok bakteri yang dapat hidup dengan kehadiran sejumlah kecil oksigen, kelompok ini dinamakan bakteri fakultatif yang biasanya hidup menempel pada dinding rumen tempat terjadi difusi oksigen ke dalam rumen (Yokoyama dan Johnson, 1988). Pemecahan karbohidraat dalam rumen melalui dua tahap, yaitu : 1. Pemecahan karbohidrat kompleks menjadi gula sederhana 2. Pemecahan gula sederhana menjadi asam lemak atsiri, terutama asam asetat, asam propinat, dan asam butirat. Glukosa diabsorbsi dari saluran pencernaan dalam jumlah kecil dan kadarnya di dalam darah dipertahankan melalui sintesa andegenous untuk keperluan fungsifungsi esensial jaringan tubuh. Berikut bagan dari pencernaan dan metabolisme karbohidrat dalam rumen ruminansia.



Menurut Arora (1989) setelah penyerapan dalam rumen, asam asetat dan asam propinat melalui system portal akan dibawa ke hati, sedangkan sejumlah besar asam butirat di dalam jaringan rumen diubah menjadi benda-benda keton yang kemudian diangkut melalui system portal ke hati. Asam asetat adalah asam utama yang terbentuk dari degradasi makanan yang kaya serat kasar oleh mikroba rumen dan merupakan sumber energi utama ruminansia. Di dalam mitokondria, glukosa dibentuk dari asetat melalui modifikasi siklus asam trikarboksilat (Trycarboxylic Acids = TCA) Asam propinat banyak dihasilkan dari perombakan karbohidrat di rumen melalui siklus pentose-fosfat. Asam propnat, melalui system portal diubah menjadi glikogen, NADPH+, dan tetap berupa glukosa sebagai sumber energi dalam sirkulasi darah. Asam propinat hasil fermentasi dalam rumen dan proses glukoneogenesis sangat penting artinya bagi ruminansia sebagai sumber energi. Jumlah asam propinat dapat ditingkatkan dalam protek dengan meningkatkan rasio konsentrat dari hijauan dalam ransum. Propinat yang terserap dalam darah dapat mensuplai lebih dari 30% glukosa utuk energi ruminansia. Asam butirat yang dihasilkan dalam rumen akan diubah menjadi Beta Hidroksi Asam Butirat (β-HBA) lalu dibawa ke hati melalui system portal dan di dalam hati diubah menjadi NADPH+, sebagai sumber energi dan sintesis asam lemak darah dalam sirkulasi darah sistemik (Parakkasi, 1995)



III. KESIMPULAN Kesimpulan yang dadpat diambil adalah : 1. Proses metabolisme karbohidrat dimulai dari glukosa diserap di dalam sitoplasma kemudian mengalami glikolisis menghasilkan ATP, dilanjutkan di dalam siklus kreb yang digunakan dala sistem couple dan berakhir dengan pemnafaatan oksigen sebagai penangkapan ion H. 2. Karbohidrat terdiri dari karbohidrat sedehana dan karbohidrat kompleks. 3. Pembagian karbohidrat terdiri dari glikolisis, glikogenesis, glikogenolisis, dan glikoneogenesis. 4. Metabolisme karbohidrat pada ruminansia dimulai dari glukosa diabsorbsi dari saluran pencernaan dan diserap dalam rumen, lalu asam asetat dan asam propinat dibawa ke hati diubah menjadi NADPH+ sebagai sumber energi.