Metabolisme Glukosa: Panduan Lengkap

Metabolisme Glukosa

• Metabolisme glukosa adalah inti dari bagaimana tubuh memproses gula untuk energi dan penyimpanan.

Karbohidrat dalam Makanan

• Karbohidrat banyak ditemukan pada tumbuhan.
• Ini termasuk gula sederhana, heksosa, pentosa, dan karbohidrat kompleks seperti pati, pektin, selulosa, dan lignin.
• Selulosa merupakan komponen utama dinding sel tumbuhan.
• Buah-buahan mengandung gula monosakarida seperti glukosa dan fruktosa.
• Disakarida seperti sukrosa (gula tebu) ditemukan dalam jumlah tinggi di batang tebu.
• Laktosa terdapat dalam susu.
• Oligosakarida ada dalam sirup pati, roti, dan bir.
• Polisakarida seperti pati ditemukan dalam umbi-umbian dan serealia.
• Selama pematangan, pati dalam buah berubah menjadi gula reduksi, memberikan rasa manis.
• Sumber utama karbohidrat untuk manusia adalah serealia dan umbi-umbian.
• Pada hewan, karbohidrat disimpan sebagai glikogen dalam otot dan hati.

Jalur Utama Metabolisme Glukosa

• Sintesis glikogen: glukosa diubah menjadi glikogen dan disimpan di otot dan hati.
• Produksi energi: glukosa dioksidasi menjadi Adenosina trifosfat (ATP).
• Jalur pentosa fosfat: glukosa diproses untuk menghasilkan senyawa lain.
• Prekursor sintesis lemak: glukosa diubah menjadi lemak.
• Jalur metabolisme glukosa primer meliputi glikolisis dan glikogenesis.
• Jalur metabolisme glukosa sekunder meliputi jalur pentosa fosfat dan sel adiposa.

Penggunaan Glukosa

• Glukosa dapat digunakan dalam sel adiposa untuk sintesis asam lemak, asam nukleat, dan asam amino aromatik.
• Glukosa dapat diubah menjadi glikogen untuk penyimpanan energi.
• Glukosa dapat menjalani glikolisis, menghasilkan piruvat.
• Glukosa dapat memasuki jalur pentosa fosfat, menghasilkan ribosa-5-fosfat.

Penyimpanan Energi

• Glukosa adalah sumber energi utama tubuh dan dapat disimpan sebagai glikogen di hati dan sel otot.
• Glikogen adalah polimer glukosa yang terhubung.
• Ikatan glikosidik α(1→4) terjadi pada rantai lurus glikogen.
• Ikatan glikosidik α(1→6) terjadi pada titik percabangan glikogen.

Glikogenesis

• Glikogenesis adalah sintesis glikogen dari glukosa.
• Prekursor kunci dalam glikogenesis adalah Uridin Difosfat Glukosa (UDPG).
• UDP-glukosa ditambahkan ke rantai glikogen yang ada, memperpanjangnya dan melepaskan UDP.

Pengaturan Glukosa

• Konsentrasi glukosa darah normal adalah 80-120 mg/100 mL (3-7 mmol/L).
• Setelah makan, glukosa darah meningkat menjadi 120-130 mg/100 mL dan kemudian kembali ke normal.
• Dalam keadaan puasa, kadar glukosa darah adalah 60-70 mg/100 mL.
• Hipoglikemia terjadi jika glukosa darah terlalu rendah, sedangkan hiperglikemia terjadi jika terlalu tinggi.
• Hiperglikemia dapat menyebabkan glukosuria, yang terjadi ketika glukosa melebihi ambang ginjal (170-180 mg).
• Penurunan glukosa darah di bawah 1,5 mmol/L dapat menyebabkan disfungsi otak, koma, dan kematian.

Fungsi Insulin

• Insulin meningkatkan laju transpor glukosa ke sel target.
• Insulin meningkatkan laju penggunaan glukosa dan produksi ATP.
• Insulin meningkatkan konversi glukosa menjadi glikogen di hati dan otot.
• Insulin meningkatkan penyerapan asam amino dan sintesis protein.
• Insulin meningkatkan sintesis trigliserida dalam sel adiposa.

Regulasi Glukosa Darah

• Tingginya kadar glukosa darah merangsang sekresi dan sintesis insulin.
• Insulin memfasilitasi pengambilan glukosa oleh otot dan sel lemak.
• Insulin meningkatkan sintesis glikogen di hati.
• Pengambilan glukosa dan sintesis glikogen menurunkan kadar glukosa darah.
• Tanpa insulin, transpor glukosa ke dalam sel tidak memadai.
• Sel menjadi bergantung pada metabolisme protein dan lemak untuk mendapatkan energi.
• Kelebihan glukosa tidak dapat disimpan di hati dan otot, menyebabkan akumulasi glukosa dalam darah.
• Konsentrasi glukosa yang tinggi dalam darah dikenal sebagai hiperglikemia atau gula darah tinggi.
• Kelebihan glukosa menciptakan tekanan osmotik tinggi dalam cairan ekstraseluler, menyebabkan dehidrasi seluler.
• Kelebihan glukosa dihilangkan dari tubuh melalui urin, suatu kondisi yang dikenal sebagai glikosuria.

Ketika Gula Darah Rendah

• Saat kadar gula darah turun setelah makan, pankreas mengurangi sekresi insulin.
• Sintesis glikogen di hati terhenti, dan penyerapan glukosa oleh hati dari darah terhambat.
• Jika kadar gula darah terus turun, glukagon dilepaskan.
• Glukagon meningkatkan pelepasan glukosa dari sel dan memicu glikogenolisis, pemecahan glikogen menjadi glukosa.
• Glukagon juga memicu glukoneogenesis, yaitu sintesis glukosa dari asam amino dan asam lemak.

Glukagon dan Nutrisi Tambahan

• Glukagon menyebabkan lipolisis, yang mengaktifkan lipase dalam sel adiposa untuk mengubah asam lemak menjadi sumber energi.
• Glukagon adalah polipeptida panjang yang terdiri dari 29 asam amino dengan berat molekul (Mr) 3485 dan disekresikan oleh sel alfa pankreas.

Ringkasan Metabolisme Glukosa

• Glikolisis: Glukosa diubah menjadi 2 piruvat.
• Glikogenesis: Glukosa diubah menjadi glikogen.
• Glikogenolisis: Glikogen diubah menjadi glukosa.
• Glukoneogenesis: Senyawa non-karbohidrat diubah menjadi glukosa.

Glikolisis

• Glikolisis adalah rangkaian reaksi yang mengubah glukosa menjadi dua molekul piruvat.
• Selama proses ini, 8 ATP dihasilkan.
• Proses ini terdiri dari 10 langkah.
• Ini adalah proses anaerobik yang terjadi di sitoplasma.

Tahapan Glikolisis

• Fase Investasi Energi: Glukosa diubah menjadi 2 molekul gliseraldehida-3-fosfat. Proses ini memerlukan 2 ATP.
• Fase Pembuatan Energi: 2 molekul gliseraldehida-3-fosfat diubah menjadi 2 molekul piruvat, menghasilkan 4 ATP.
• Glikolisis dapat terjadi dalam kondisi aerobik dan anaerobik.
• Dalam kondisi anaerobik, piruvat dapat diubah menjadi asam laktat atau etanol.
• Glikolisis dimulai dengan penambahan gugus fosfat ke glukosa (fosforilasi).
• Tahap utama meliputi isomerisasi, kondensasi aldol, dan reaksi dengan enzim seperti heksokinase, fosfoglukoisomerase, fosfofruktokinase, dan aldolase.

Pengaturan Glikolisis

• Gugus fosfat mengion sempurna pada pH 7, sehingga senyawa antara selama glikolisis bermuatan negatif.
• Muatan pada senyawa ini mencegahnya keluar dari sel.
• Fosfat adalah komponen penting dalam energi metabolik dan dipindahkan dari ADP ke ATP.
• Gugus pengenalan berfungsi sebagai tempat pengikatan ke sisi aktif enzim.

Masalah Metabolisme Anaerobik Piruvat

• Selama glikolisis, NADH terbentuk dari NAD+.
• Tanpa oksigen, NADH tidak dapat dioksidasi kembali menjadi NAD+.
• Tanpa NAD+, glikolisis terhenti.
• Solusinya adalah mengubah NADH kembali menjadi NAD+ dengan membentuk asam laktat.
• Asam laktat diangkut melalui darah ke hati dan digunakan dalam glukoneogenesis.
• Proses ini dikenal sebagai siklus Cori.

Jalur Pentosa Fosfat (PPP)

• PPP adalah jalur metabolisme sekunder dari glukosa.
• Ini menghasilkan NADPH dan pentosa penting.
• NADPH dibutuhkan untuk sintesis asam lemak dan berfungsi sebagai antioksidan sel.
• Pentosa seperti ribosa digunakan untuk sintesis asam nukleat.
• PPP dibagi menjadi tahap oksidatif dan non-oksidatif.
• NADPH terbentuk dari dua reaksi yang terpisah dalam tahap oksidatif.
• Sel sering kali membutuhkan NADPH lebih banyak daripada ribosa-5-fosfat.

Pengaturan PPP

• Glucose-6-phosphate dehydrogenase adalah enzim penting dalam PPP.
• NADPH menghambat aktivitas enzim ini secara kompetitif.
• Reaksi pada tahap non-oksidatif bersifat reversibel.

Penyimpanan Energi di Sel Adiposa

• Kelebihan glukosa disimpan sebagai lemak dalam jaringan adiposa.
• Asetil-KoA dari siklus asam sitrat diarahkan ke sintesis asam lemak.
• Nasib asetil-KoA ditentukan oleh rasio ATP:ADP.
• Tingginya kadar ATP mendorong asetil-KoA ke sintesis asam lemak, sedangkan kadar ATP rendah akan mengarahkan asetil-KoA ke siklus asam sitrat untuk produksi ATP.

Skema Reaksi Kompleks Piruvat Dehidrogenase

• Reaksi dikatalisis secara oksidatif dan menghasilkan dekarboksilasi.
• Bersifat irreversibel dan menghilangkan gugus karboksi dari piruvate.
• Membutuhkan 3 enzim dan 5 koenzim serta menghasilkan 3 ATP.
• Senyawa intermediet yang dihasilkan dalam reaksi dehidrogenase piruvate tetap menempel pada enzim piruvat dehidrogenase di E1, E2, dan E3.
• Enzim piruvat dehidrogenase kompleks meliputi piruvat dehidrogenase (E1), dihidrolipoil transasetilasi (E2), dan dihidrolipoil dehidrogenase (E3).
• Glikolisis adalah ketika glukosa diubah menjadi piruvat.

Siklus Krebs (TCA)

• Fungsinya mengoksidasi hasil glikolisis menjadi karbon dioksida (CO2) dan menyimpan energi dalam bentuk molekul energi-tinggi seperti ATP, NADH, dan FADH2.
• Proses ini sentral dalam siklus oksidatif respirasi, di mana semua makromolekul (karbohidrat, lipid, dan protein) mengalami katabolisme.
• Proses ini membutuhkan NAD, FAD, ADP, piruvat, dan OAA untuk berfungsi.
• Proses ini menghasilkan senyawa intermediet penting seperti asetil KoA (asetil KoA), α-KG (α-ketoglutarat), dan OAA (oksaloasetat).
• Ini merupakan prekursor bagi biosintesis makromolekul.
• Siklus Krebs berfungsi dalam katabolisme dan anabolisme (amfibolik).
• Proses katabolisme memproduksi molekul dengan energi tinggi.
• Proses anabolisme memproduksi intermediet untuk prekursor biosintesis makromolekul.
• Karena berbagai jalur mengambil senyawa antara selama siklus Krebs, yang menyebabkan kekurangan, terdapat mekanisme untuk mengganti senyawa antara tersebut, disebut daur anaplerotik.

Glukoneogenesis

• Ini adalah semua lintasan yang bertanggung jawab untuk mengubah senyawa non-karbohidrat (seperti asam amino glukogenik, laktat, gliserol, dan propionat) menjadi glukosa.
• Organ utama yang terlibat adalah hati dan ginjal.
• Fungsinya memenuhi kebutuhan tubuh akan glukosa, terutama untuk jaringan saraf dan sel darah merah, ketika karbohidrat tidak tersedia.
• Selama glukoneogenesis, asam laktat memasuki mitokondria dan diubah menjadi oksaloasetat.
• Enzim piruvat karboksilase mengubah oksaloasetat menjadi malat, yang dipindahkan ke sitosol dan diubah kembali menjadi oksaloasetat.
• Oksaloasetat kemudian diubah menjadi fosfoenolpiruvat (PEP), yang kemudian diubah menjadi glukosa-6-fosfat dan akhirnya menjadi glukosa.
• Protein (asam amino) berkontribusi pada glukoneogenesis.
• Asam aspartat diubah menjadi oksaloasetat.
• Tirosin dan fenilalanin diubah menjadi fumarat.
• Isoleusin, metionin, dan valin diubah menjadi suksinil-CoA.
• Histidin, prolin, glutamin, dan arginin diubah menjadi glutamat kemudian menjadi alfa-ketoglutarat.
• Lemak (gliserol dan asam lemak) memainkan peran.
• Gliserol diubah menjadi dihidroksiaseton fosfat.
• Asam lemak diubah menjadi asetil-KoA.
• Propionat diubah menjadi propionil S-KoA, kemudian menjadi D-metilmalonil S-KoA, L-metilmalonil-SKo-A, dan suksinil-KoA.