Karbohidrat: Pencernaan dan Metabolisme

Karbohidrat merupakan unsur senyawa organik yang disintesis dari senyawa anorganik yang mengandung unsur-unsur Karbon(C), Hidrogen(H) dan Oksigen(O).

Berdasarkan Gugus Gula penyusunnya, Karbohidrat di bagi menjadi 3,Yaitu:

1. Monosakarida
Monosakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari satu gugus gula. Monosakarida ini memiliki rasa manis dan sifatnya mudah larut dalam air. Contoh dari monosakarida adalah heksosa, glukosa, fruktosa, galaktosa, monosa, ribosa (penyusun RNA) dan deoksiribosa (penyusun DNA).

2. Disakarida
Disakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari dua gugus gula. Sama seperti monosakarrida, Disakarida juga memiliki rasa manis, dan sifatnya pun mudah larut dalam air. Contoh dari Disakarida adalah laktosa (gabungan antara glukosa dan galaktosa), sukrosa (gabungan antara glukosa dan fruktosa) dan maltosa (gabungan antara dua glukosa).

3. Polisakarida
Polisakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari banyak gugus gula,dan rata-rata terdiri dari lebih 10 gugus gula. Pada umumnya polisakarida tidak berasa atau pahit, dan sifatnya sukar larut dalam air. Contohnya dari polisakarida adalah amilum yang terdiri dari 60-300 gugus gula berupa glukosa, glikogen atau gula otot yang tersusun dari 12-16 gugus gula, dan selulosa, pektin, lignin, serta kitin yang tersusun dari ratusan bahkan ribuan gugus gula dengan tambahan senyawa lainnya.

Pencernaan Karbohidrat dalam Tubuh

Tujuan akhir pencernaan dan absorpsi karbohidrat adalah mengubah karbohidrat menjadi ikatan-ikatan lebih kecil, terutama berupa glukosa dan fruktosa, sehingga dapat diserap oleh pembuluh darah melalui dinding usus halus. Pencernaan karbohidrat kompleks dimulai di mulut dan berakhir di usus halus.

Mulut

Pencernaan karbohidrat dimulai di mulut. Bola makanan yang diperoleh setelah makanan dikunyah bercampur dengan ludah dari kelenjar liur (saliva) yang mengandung enzim amilase (sebelumnya dikenal sebagai ptialin). Amilase  menghidrolisis pati atau amilum menjadi bentuk karbohidrat lebih sederhana, yaitu dekstrin. Bila berada di mulut cukup lama, sebagian diubah menjadi disakarida maltosa. Enzim amilase ludah bekerja paling baik pada pH ludah yang bersifat netral. Bolus yang ditelan masuk ke dalam lambung.

Esofagus

Tidak ada proses khusus pencernaan makanan di sini. Makanan melewati saluran dalam esofagus dengan sangat mudah dalam hitungan detik. Dinding saluran esofagus sangat licin karena mengandung cairan mucus yang dihasilkan sel-sel yang terdapat di dindingnya.

Lambung

Di korpus lambung, makanan berada dalam keadaan setengah padat (chymus) karena kontraksi peristaltik di bagian ini terlalu lemah untuk melakukan pencampuran. Di bagian dalam massa makanan, pencernaan karbohidrat berlanjut di bawah pengaruh amilase liur. Meskipun asam menginaktifkan amilase liur namun bagian dalam massa makanan yang tidak tercampur bebas dari asam.

Usus Halus

Di dalam doudenum chymus dicampur dengan amilase pankreas dan sekresi doudenum. Pencernaan karbohidrat dilakukan oleh enzim-enzim disakarida yang dikeluarkan oleh sel-sel mukosa usus halus (mikrovili) berupa maltase, sukrase, dan laktase. Enzim ini menghidrolisa disakarida menjadi monosakarida.

PENYERAPAN KARBOHIDRAT

Karbohidrat makanan dicerna di usus halus untuk diserap terutama dalam bentuk disakarida maltosa (produk pencernaan polisakarida), sukrosa, dan laktosa. Disakaridase yang terletak di membran brush border sel epitel usus meneruskan penguraian disakarida ini menjadi unit-unit monosakarida yang dapat diserap yaitu glukosa, galaktosa, dan fruktosa.

Glukosa dan galaktosa diserap oleh transpor aktif sekunder, di mana pembawa kotranspor di membran luminal memindahkan monosakarida dan Na+ dari lumen ke dalam interior sel usus. Bekerjanya pembawa kotranspor ini, yang tidak secara langsung menggunakan energi, bergantung pada gradien konsentrasi Na+ yang tercipta oleh pompa Na+-K+ basolateral yang menggunakan energi. Glukosa (atau galaktosa), setelah dipekatkan di sel oleh pembawa kotranspor, meninggalkan sel menuruni gradien konsentrasi melalui pembawa pasif di membran basolateral untuk masuk ke darah di dalam vilus. Selain terjadi penyerapan glukosa melalui sel oleh pembawa  kotranspor, terdapat bukti bahwa cukup banyak glukosa melintasi sawar epitel melalui taut erat yang bocor di antara sel-sel epitel. Fruktosa diserap ke dalam darah hanya dengan difusi terfasilitasi (transpor pasif yang diperantarai oleh pembawa).

Metabolisme Karbohidrat

Glikolisis

Glikolisis adalah proses di mana satu molekul glukosa dipecah untuk membentuk dua molekul asam piruvat. Proses glikolisis merupakan tahapan jalur metabolisme yang terjadi dalam sitoplasma sel-sel hewan, sel tumbuhan, dan sel-sel mikroorganisme. Setidaknya enam enzim beroperasi di jalur metabolisme.

Kebutuhan yang paling mendesak dari semua sel dalam tubuh adalah untuk sumber energi langsung. Beberapa sel seperti sel-sel otak memiliki kapasitas penyimpanan sangat terbatas baik untuk glukosa atau ATP, dan untuk alasan ini, darah harus menjaga pasokan yang cukup konstan glukosa. Glukosa diangkut ke dalam sel yang diperlukan dan sekali di dalam sel-sel, energi memproduksi serangkaian reaksi dimulai. Tiga besar karbohidrat memproduksi energi reaksi glikolisis, siklus asam sitrat, dan rantai transpor elektron.

Dalam langkah pertama dan ketiga dari jalur, ATP memberi energi pada molekul. Dengan demikian, dua molekul ATP harus dikeluarkan dalam proses. Lebih jauh dalam proses, molekul glukosa enam karbon mengkonversi menjadi senyawa perantara dan kemudian dibagi menjadi dua senyawa tiga karbon. Yang terakhir menjalani konversi tambahan dan akhirnya membentuk asam piruvat pada akhir proses.

Selama tahap terakhir dari glikolisis, empat molekul ATP disintesis menggunakan energi yang dilepaskan selama reaksi kimia. Dengan demikian, empat molekul ATP disintesis dan dua molekul ATP digunakan selama glikolisis, untuk keuntungan bersih dua molekul ATP.

Reaksi lain selama hasil glikolisis energi yang cukup untuk mengkonversi NAD menjadi NADH (ditambah ion hidrogen). Berkurangnya koenzim (NADH) nantinya akan digunakan dalam sistem transpor elektron, dan energi yang akan dirilis. Selama glikolisis, dua molekul NADH yang dihasilkan.

Karena glikolisis tidak menggunakan oksigen apapun, proses ini dianggap anaerobik. Untuk organisme anaerobik tertentu, seperti beberapa bakteri dan ragi fermentasi, glikolisis adalah satu-satunya sumber energi.

Glikolisis adalah proses yang agak tidak efisien karena banyak energi sel tetap dalam dua molekul asam piruvat yang dibuat. Menariknya, proses ini agak mirip dengan pembalikan fotosintesis.

Glikogenesis

Glikogenesis adalah cara tubuh menyimpan glukosa dalam bentuk polisakarida yang disebut glikogen. Ini adalah rantai panjang molekul glukosa yang dapat kompak disimpan dalam sel. Jenis ikatan yang menghubungkan molekul glukosa sangat mudah rusak, sehingga glikogen dengan cepat dapat dikonversi menjadi glukosa ketika kadar gula darah semakin rendah.

Glikogen kadang-kadang disebut sebagai pati hewan, dan itu adalah cara tubuh menyimpan karbohidrat. Ini adalah rantai bercabang ribuan unit glukosa. Sementara itu hadir dalam sebagian besar jaringan, ditemukan dalam konsentrasi terbesar dalam hati dan otot.

Metabolisme oleh hati menyediakan penyangga kadar glukosa darah, memastikan bahwa mereka tetap stabil. Jumlah glikogen dalam hati sangat bervariasi, tergantung pada seberapa baru orang tersebut telah makan. Ini terakumulasi ke tingkat tinggi setelah makan, kemudian menurun karena tubuh mengacu pada itu untuk energi.

Setelah seseorang makan, pankreas memproduksi insulin, yang memberi sinyal pada hati untuk memulai sintesis glikogen. Proses glikogenesis dimulai dengan enzim glikogen sintase, yang membuat glikogen. Dibutuhkan molekul glukosa aktif dan menambahkannya ke rantai glikogen. Enzim ini sangat spesifik. Ini akan membentuk tulang punggung glikogen, tetapi tidak akan membuat salah satu cabang.

Sebuah percabangan enzim khusus yang diperlukan untuk menambah cabang rantai tumbuh. Hal ini membutuhkan rantai setidaknya 11 unit glukosa. Kemudian akan membuat hubungan yang tepat menyebabkan percabangan rantai. Setelah hubungan percabangan telah ditambahkan, glikogen sintase menambahkan unit glukosa untuk itu. Cabang-cabang menyediakan sejumlah jalan untuk sintesis atau degradasi, dibandingkan dengan hanya memiliki satu rantai lurus.

Jika tidak ada lagi glikogen dalam sel, ada sebuah senyawa yang dapat bertindak sebagai primer, sehingga glikogenesis dapat dilanjutkan. Sebuah protein yang disebut glycogenin diperkirakan berfungsi sebagai primer tersebut. Ini menghubungkan glukosa menjadi bagian dari struktur, dan glikogen sintase dapat menggunakan glukosa yang sebagai bahan awal untuk membuat sisa rantai glikogen.

Bagian dari jalur glikogenesis mencakup sintesis glukosa teraktivasi sehingga glikogen sintase menggunakan untuk memperpanjang rantai. Glukosa dapat bergerak masuk dan keluar dari sel, tetapi glukosa-6-fosfat tidak bisa. Dengan demikian, glukosa diubah menjadi glukosa-6-fosfat. Senyawa ini kemudian dikonversi menjadi glukosa-1-fosfat dan kemudian ke unit glukosa teraktivasi, yang dikenal sebagai UDP-glukosa.

Glikogen sintase ada di dalam bentuk aktif dan tidak aktif, karena itu adalah penting bagi enzim tidak dapat aktif ketika glikogen sedang terdegradasi. Enzim diatur oleh penambahan atau penghapusan gugus fosfat, yang dikenal sebagai fosforilasi. Dalam bentuk aktifnya, tidak memiliki gugus fosfat di atasnya. Ketika gugus fosfat ditambahkan, menjadi tidak aktif. Hal ini dapat terfosforilasi oleh sejumlah enzim berbeda dan memiliki modus kompleks regulasi.
Salah satu faktor penting dalam glikogenesis adalah bahwa enzim awal yang memecah glikogen tidak aktif setelah sintesis glikogen telah dimulai. Enzim ini dikenal sebagai glikogen fosforilase, dan juga memiliki modus kompleks regulasi. Berbeda dengan glikogen sintase, itu diaktifkan oleh fosforilasi.

Glikogen yang jalur sintesis pada otot memiliki fungsi yang berbeda dari yang di hati. Glukosa disimpan jauh diperuntukkan untuk digunakan dalam otot sebagai sumber energi. Ini tidak masuk ke dalam darah, seperti glukosa dari glikogen yang disimpan di hati.

Glikogenolisis

Glikogenolisis merupakan proses pemecahan molekul glikogen menjadi glukosa. Apabila tubuh dalam keadaan lapar, tidak ada asupan makanan, kadar gula dalam darah menurun, gula diperoleh dengan memecah glikogen menjadi glukosa yang kemudian digunakan untuk memproduksi energi.

Dalam glikogenolisis, glikogen yang disimpan dalam hati dan otot dipecah menjadi glukosa-1-fosfat kemudian diubah menjadi glukosa-6-fosfat. Glukogenolisis diatur oleh hormon glukagon yang disekresikan pancreas dan epinefrin yang disekresikan kelenjar adrenal. Kedua hormon tersebut akan menstimulasi enzim glikogen fosforilase untuk memulai glikogenolisis dan menghambat kerja enzim glikogen sintase (menghentikan glikogenesis).

Glukosa-6-fosfat akan masuk ke dalam proses glikolisis untuk menghasilkan energi. Glukosa-6-fosfat juga dapat diubah menjadi glukosa untuk didistribusikan oleh darah menuju sel-sel yang membutuhkan glukosa.

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis adalah proses sintesis glukosa dari sumber bukan karbohidrat. Molekul yang umum sebagai awal glukoneogenesis adalah asam piruvat, namun oxaloasetat dan dihidroxiaseton fosfat dapat juga mengawali proses glukoneogenesis. Asam laktat, beberapa asam amino dan gliserol dapat dikonversi menjadi glukosa. Glukoneogenesis hampir mirip dengan glikolisis dengan proses yang dibalik, hanya tiga tahapan yang membedakannya dengan glikolisis. ATP dibutuhkan dalam tahapan glukoneogenesis.

Glukoneogenesis terjadi terutama dalam hati dan dalam jumlah sedikit terjadi pada korteks ginjal. Sangat sedikit glukoneogenesis terjadi di otak, otot rangka, otot jantung dan beberapa jaringan lainnya. Umumnya glukoneogenesis terjadi pada organ-organ yang membutuhkan glukosa dalam jumlah banyak. Glukoneogenesis terjadi pada hati untuk menjaga kadar glukosa dalam darah agar tetap dalam kondisi normal.

Lihat juga: Metabolisme Lipoprotein (Kolesterol)

Unduh file