KARBOHIDRAT Biokimia Lilis Hadiyati, S.Si., M.Kes. STIKes Dharma Husada Bandung Sekolah Tinggi Ilmu Kesehatan Dharma Husada Bandung SK.MENDIKNAS No. 127/D/0/2002 Jl. Terusan Jakarta No 75 Telp/Fax. 022-7204803 Antapani Bandung http//stikesdhb.ac.id email : mail@stikesdhb.ac.id KARBOHIDRAT Lilis Hadiyati, S.Si., M.Kes.

Karbohidrat (glycans) memiliki bentuk dasar: Monosakarida – Gula sederhana dengan gugus –OH ganda. Berdasarkan gugus karbon (3, 4, 5, 6), monosakarida terdiri dari triosa, tetrosa, pentosa or hexosa. Disakarida - 2 monosakarida dengan ikatan kovalen. Oligosakarida – beberapa monosakarida dengan ikatan kovalen. Polisakarida – polimer yang terdiri dari rantai unit monosakarida dan disakarida

Monosakarida Ketosa (e.g., fructosa) memiliki gugus keton group, biasanya di C2. Aldosa (e.g., glucosa) memiliki gugus aldehid di ujung

Desain D vs L Desain D & L didasarkan pada gugus asimetrik C pada gliseraldehid Digambarkan melalui Fischer Projections.

Gula D & L merupakan Cermin satu sama lain. Memiliki nama yang sama e.g., D-glucose & L-glucose. stereoisomer memiliki Nama yang unik, e.g., glukosa, manosa, galaktosa, dll. Jumlah stereoisomer adalah 2n, dimana n menunjukkan jumlah C yang terdapat di tengah asimetrik. Aldosa 6-C memiliki 4 pusat asimetrik. Sehingga memiliki 16 stereoisomer (8 D-sugars and 8 L-sugars).

Hemiacetal & Hemiketal Aldehid dapat bereaksi dengan alkohol membentuk hemiasetal. Keton bereaksi dengan alkohol membentuk hemiketal.

Pentosa dan heksosa dpt membentuk siklin spt halnya keton & aldehid dg gugus OH di bagian distal Gugus Glukosa dg bentuk hemiacetal, dimana C1-aldehid bereaksi dg C5-OH membentuk cincin piranosa, disebut piran. Bentuk ini disebut dengan proyeksi Haworth

Different Forms of Glucose

Monosakarida C6H12O6

Bentuk Fruktosa Cincin piranosa-6, reaksi pada C2-keto dengan C6-OH Cincin piranosa-6, reaksi pada C2-keto dengan C5-OH

Siklisasi glukosa menghasilkan pusat asimetrik pada C1 Siklisasi glukosa menghasilkan pusat asimetrik pada C1. 2 stereoisomer ini disebut anomers, a & b. Proyeksi Haworth menunjukkan gula siklik dg cincin planar di tengah, gugus OH berada pada anomerik C1: a (OH di bawah cincin) b (OH diatas cincin).

Karena struktur ikatan karbonnya berbentuk tetrahedral, bentuk gula piranosa disebut "chair" atau "boat” Bentuk ini lebih akurat dibandingkan proyeksi Haworth

Turunan Gula Alkohol – tidak memiliki gugus aldehid atau keton; e.g., ribitol. Gula asam - gugus aldehid pada C1, OH pada C6, dioksidasi menjadi asam karboksilat; e.g., gluconic acid, glucuronic acid.

Turunan Gula Gula amino - adanya substitusi grup amino pada gugus hidroksil. Ex: glukosamin. Grup amino dapat terasetilasi menjadi N-asetilglukosamin.

N-acetylneuraminate (N-acetylneuraminic acid, atau sialic acid) banyak ditemukan di bagian ujung oligosakarida pada rantai glikoprotein. Sialic acid memberi ion negatif pada glikoprotein, karena gugus karboksil menyumbang proton pada pH fisiologis.

Ikatan Glikosida Hidroksil anomerik dan hidroksil dari gugus gula lain dapat bergabung membentuk ikatan glikosida: R-OH + HO-R'  R-O-R' + H2O Misal: Metanol bereaksi dengan gugus OH pada glukosa dari metil glukosida (metil-glukopiranosa).

Disakarida: Maltosa, turunan dari pati (e.g., amilosa), merupakan disakarida dg gugus a(1® 4) glikosidat antara C1 - C4 OH dari 2 glukosa. Merupakan anomer a Cellobiosa, turunan selulosa, Ekivalen dg anomer b (O pada C1).

Disakarida meliputi: Sukrosa, gula yg umum, memiliki ikatan glikosida antara glukosa & fruktosa. nama kimia sukrosa adalah a-D-glukopiranosil-(12)-b-D-fruktopiranosa.) Laktosa, gula susu, tersusun dari galaktosa & glukosa, dg ikatan b(14) pada OH dari galaktosa. Nama lengkapnya adalah b-D-galaktopiranosil-(1 4)-a-D-glukopiranosa

Bentuk Disakarida

Hidrolisis Disakarida

Polisakarida: Tanaman menyimpan glukosa sebagai amilosa atau amilopektin, polimer glukosa disebut dengan pati. Bentuk glukosa dalam keadaan polimer dapat mengurangi tekanan osmosis Amilosa merupakan polimer glukosa dg ikatan a(14).

Amilopektin mrp polimer glukosa dengan ikatan a(14) namun memiliki cabang pada a(16). Cabang umumnya lebih panjang dibandingkan gambar tsb. Percabangan ini menghasilkan struktur yang padat & menyediakan rantai ganda yg memungkinkan enzim dpt berikatan dg bagian ujung rantainya.

Glikogen, merupakan polimer glukosa pada hewan, memiliki struktur yg sama dg amilopektin. Glikogen memiliki lebih banyak cabang a(16) Banyaknya percabangan ini memungkinkan glukosa dapat lepas dg mudah dari glikogen, misalnya pd otot dlm keadaan olahraga. Mobilisasi glukosa ini penting tjd pada sel hewan & manusia

Selulosa, komponen utama dinding sel tanaman, tersusun dari ikatan glukosa b(1®4). Glukosa satu & lainnya saling menumpuk, berdasarkan ikatan b Interaksi Van der Waals menyebabkan rantai selulosa bersifat kaku & kuat, dipadatkan dg crystalline yg tersusun dlm microfibrils.

Glikosaminoglikan (mucopolisakarida) merupakan polimer linier disakarida. Komponen monosakarida dapat dimodifikasi, dg gugus acid (asam), amino, hidroksil sulfat, dll Glikosaminoglikan bermuatan negatif krn adanya gugus asam.

Hyaluronate (hyaluronan) merupakan glikosaminoglikan yaitu disakarida dg 2 gugus glukosa, glukuronat (glucuronic acid) & N-acetyl-glucosamine.

Proteoglikan mrp glikosaminoglikan yg dpt membentuk ikatan kovalen dg residu protein (serin) Rantai glikosaminoglikan disintesis oleh residu gula.

Proteoglikan dpt berikatan scr non kovalen dg matriks ekstraseluler hyaluronat melalui domain protein yg disebut link modules. Misalnya: Sejumlah aggrecan proteoglikan berasosiasi dg hyaluronat di jaringan cartilago membentuk ikatan yg lbh kompleks Versican, jenis lain proteoglikan, berikatan dg hyaluronat pd matriks extracellular di jaringan ikat halus.

Heparan sulfat disintesis di permukaan membran sel berikatan dg protein integral menggantikan residu N-acetylglucosamine dan glucuronate. Selanjutnya, residu glucuronat dapat dikonversi mjd iduronic acid, sedangkan N-acetylglucosamine dpt mengalami deasetilasi dan atau sulfasi

Heparin memiliki bentuk heliks Heparin, mrp glycosaminoglycan terlarut yg ditemukan pd granula sel mast, memiliki struktur yg sama dg heparan sulfat namun mengalami sulfasi tingkat tinggi. Saat dilepas ke darah, dapat menghambat pembekuan darah dg cara berinteraksi dg protein antithrombin. Heparin memiliki bentuk heliks C  O  N  S

Beberapa heparan sulfat permukaan sel glikosaminoglikan dpt membentuk ikatan kovalen dg protein integral pd plasma membran. Pada protein inti spt syndecan, proteoglikan heparan sulfat mrp struktur transmembrane a-helix, Pada protein glypican proteoglikan heparan sulfat terikat pd permukaan luar membran plasma melalui ikatan kovalen dan dimodifikasi menjadi phosphatidylinositol lipid.

Protein terlibat dlm proses signaling & adhesion di permukaan sel u/ mengenali & mengikat heparan sulfat Misalnya ikatan beberapa growth factors (small proteins) ke reseptor permukaan sel dpt ditingkatkan oleh heparan sulfates. Regulasi enzim permukaan sel Sulf dapat memindahkan gugus sulfat ke bagian yg afinitasnya lebih baik

Oligosakarida dapat berikatan kovalen dg lipid membran Gugus O oligosakarida pada glikoprotein memiliki variasi yg cukup tinggi. Gugus ini mengikat protein melalui ikatan glikosida antara residu gula & OH pada serine atau threonine.  Gugus O oligosakarida berperan dlm recognition, interaction, and enzyme regulation.

N-acetilglukosamin (GlcNAc) mrp struktur yg umum ikatan antara glicosida dg protein serin atau threonine Sejumlah protein seluler, termasuk enzim & faktor transkripsi dikendalikan oleh ikatan bolak balik GlcNAc

Sejumlah protein disekresi oleh sel dan berikatan dg gugus N-oligosakarida. Penyakit Genetik terjadi akibat defisiensi sejumlah enzim yg terlibat dlm sintesis atau modifikasi oligosakarida dari glikoprotein. Rantai Karbohidrat dari plasma membran baik glikoprotein and glikolipid umumnya menghadap ke bagian luar sel. Senyawa ini berperan dlm interaksi dan pensinyalan, serta pembentukan lapisan pelindung di permukaan sel.

Lektin mrp glikoprotein yg dpt mengenali dan mengikat oligosakarida spesifik C-type lectin-like domain mrp ikatan Ca++yg dpt mengenali domain karbohidrat pd lectin hewan. Pengenalan/ikatan CHO pada glikoprotein, glikolipid & proteoglikan oleh lektin hewan berperan dlm: Pengenalan sel Adhesi sel ke matriks extracellular Interaksi sel dg chemokines & growth factors Pengenalan penyakit yg disebabkan oleh mikroorganisme Inisiasi & pengendalian inflamasi.

Contoh lectin hewan: Mannan-binding lectin (MBL) mrp glikoprotein yg tdp dlm plasma darah. Senyawa ini mengikat karbohidrat permukaan sel mikroorganisme & dpt mempromosikan aktivitas fagositosis sbg bentuk respon imun.

Selectins mrp protein integral pd sel mamalia yg berperan dlm pengenalan & pengikatan C-type lectin-like domain mrp bagian ujung dari segmen multi-domain extracellular yg mengarah keluar permukaan sel Cleavage site tdp di bagian transmembran a-helix yg mengatur pelepasan lektin dr permukaan sel. Cytosolic domain mengatur interaksi aktin pd sitoskeleton

Chitin (kitin) Glucose subunits Partly derived from non-sugars (nitrogen) Composes exoskeletons of insects Note similarity to cellulose.

METABOLISME KARBOHIDRAT

METABOLISME KARBOHIDRAT DIET BERVARIASI FUNGSI KARBOHIDRAT TERUTAMA SEBAGAI SUMBER ENERGI (GLUKOSA ) MONOSAKARIDA (HEKSOSA) HASIL PENCERNAAN KARBOHIDRAT TERUTAMA : * GLUKOSA * FRUKTOSA * GALAKTOSA FRUKTOSA DAN GALAKTOSA DI HATI →GLUKOSA

Proses2 pada metabolisme karbohidrat : 1. Glikolisis 2. Glikogenesis 3. Glikogenolisis 4. HMP Shunt 5. Glukoneogenesis

Kenapa metabolisme KH penting? Glukosa adalah sumber energi utama Kadar Glukosa darah harus seimbang antara 80-180g/dl bila berlebih atau berkurang dari kadar normal  gangguan kesehatan Berlebih  hiperglikemia Glukosa sangat reaktif  merusak Kekurangan  hipoglikemia low batt

GLIKOLISIS Disebut juga EMBDEN MEYER HOFF PATHWAY Terjadi di dalam sitosol Glikolisis : oksidasi glukosa energi ( ATP ) Aerob Anaerob ( asam piruvat ) ( asam laktat ) Pada keadaan aerob : Hasil akhirnya asam piruvat Masuk ke dalam mitokondria Asetil KoA Siklus Krebs ATP + CO2+ H2O

Jalur Glikolisis

Reaksi2 pd Glikolisis pada umumnya berjalan 2 arah, kecuali reaksi berikut berjalan searah GLIKOLISIS DI ERITROSIT : * Eritrosit dewasa tidak mempunyai inti sel dan organel sel (mitokondria) Rantai Respirasi dan Siklus Asam Sitrat tidak dapat terjadi * oksidasi glukosa di eritrosit selalu menghasilkan asam laktat

GLIKOGENESIS Sintesis glikogen dari glukosa Terjadi di dalam hati dan otot Reaksi 1 : Mg++ Glukosa + ATP Glukosa 6-p + ADP Glukokinase / Heksokinase Reaksi 2 : Glukosa 6-p Glukosa 1-p Fosfoglukomutase Reaksi 3 : Glukosa 1-p + UTP UDPG + Pirofosfat UDPG Pirofosforilase

Enzim Glikogen sintetase ( sintase ) membentuk ikatan α-1,4 Glikosidik ( rantai lurus ) dr glikogen Enzim Pencabang ( Branching Enzyme ) membentuk ikatan α-1,6 Glikosidik ( rantai cabang ) dr glikogen Molekul glikogen seperti pohon + cabang + rantingnya

SINTESIS GLIKOGEN

SINTESIS GLIKOGEN

Jalur glikogenesis dan glikogenolisis

Glikogenesis Glikogenolisis

GLIKOGENOLISIS Proses pemecahan glikogen Dalam otot : * tujuannya untuk mendapat energi bagi otot * hasil akhirnya : piruvat / laktat sebab glukosa 6P yg dihasilkan dr glikogenolisis masuk ke jalur glikolisis di otot Dalam hati : * tujuannya : untuk mempertahankan kadar glukosa darah di antara dua waktu makan * Glukosa 6P akan diubah menjadi glukosa Glukosa 6P + H2O Glukosa + Pi Glukosa 6-fosfatase

Enzim Glukosa 6-fosfatase terdapat di : hati, ginjal dan epitel usus ( tetapi tidak terdapat di otot ) Enzim Glikogen fosforilase → memutus ikatan α-1,4 glikosidik dr glikogen Debranching enzyme → memutus ikatan α-1,6 glikosidik

GLUKONEOGENESIS Pembentukan glukosa dari bahan bukan karbohidrat Pada mamalia terutama terjadi di : hati dan ginjal Substrat : 1. Asam laktat → dr. otot, eritrosit 2. Gliserol → dr hidrolisis Triasilgliserol dlm jaringan lemak ( adiposa ) 3. Asam amino glukogenik 4. Asam propionat → pd ruminansia Glukoneogenesis penting sekali untuk penyediaan glukosa bila karbohidrat tidak cukup dlm diet

Jaringan perlu pasokan glukosa kontinu sebagai sumber energi terutama sistem saraf dan eritrosit Enzim bantuan : 1. Piruvat karboksilase 2. Fosfoenolpiruvat karboksikinase 3. Fruktosa 1,6 bifosfatase 4. Glukosa 6-fosfatase

Jalur Glukoneogenesis

HMP SHUNT (HEKSOSA MONO PHOSPHAT SHUNT) Disebut juga : Pentose Phosphate Pathway Merupakan jalan lain untuk oksidasi glukosa Tidak bertujuan menghasilkan energi ( ATP ) Aktif dalam : 1. Hati 2. Jar. Lemak 3. Klj. Korteks adrenal 4. Klj. Tiroid 5. Eritrosit 6. Kelenjar Mammae ( laktasi )

HMP SHUNT (HEKSOSA MONOPHOSPHAT SHUNT) 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.

Jalur HMP Shunt

GLUKOSA DARAH Glukosa dapat dipakai oleh semua jaringan tubuh, disimpan : * hati dan otot → Glikogen * jaringan lemak → Triasilgliserol ( TG ) Sumber glukosa darah : 1. Karbohidrat Makanan 2. Glikogenolisis hepar 3. Glukoneogenesis Hormon yg mengatur glukosa darah : * Insulin * Hormon kelenjar Hipofisa anterior : Growth Hormone * Hormon kelenjar Medula adrenal : epinefrin, glukagon

PENGARUH HORMON : * Keadaan kadar glukosa darah ↓ merangsang sekresi hormon glukagon Keadaan kadar glukosa darah ↑ merangsang sekresi hormon insulin * Keadaan darurat merangsang sekresi hormon adrenalin

Glukagon (hati) Pembentukan cAMP Epinefrin (otot) 1. cAMP menghambat Glikogen sintase menghambat glikogenesis 2. cAMP memacu fosforilase memacu glikogenolisis INSULIN : 1. Memacu glikogen sintase 2. Memacu fosfodiesterase yg akan memecah cAMP menjadi 5’AMP efek : memacu glikogenesis menghambat glikogenolisis