Metabolisme Karbohidrat – Pengertian dan Macam Macamnya

Karbohidrat adalah senyawa yang terdiri dari unsur karbon, hidrogen dan oksigen. Jumlah atom karbonnya bisa bervariasi. Hampir sebagian besar organisme memperoleh sebagian besar energi untuk menunjang kehidupannya dari karbohidrat. Secara umum, karbohidrat atau sakarida (berasal dari bahasa Yunani yang artinya ‘gula’) dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:

1. karbohidrat sederhana
2. Karbohidrat kompleks

Yang membedakan satu karbohidrat dengan karbohidrat lainnya adalah jumlah unit gula yang terkandung molekul tersebut dan bagaimana unit-unit itu tertaut bersama.

• Karbohidrat sederhana

Karbohidrat Sederhana yaitu karbohidrat yang terdiri dari satu unit gula (monosakarida) atau unit gula dobel (disakarida). Karbohidrat dengan satu unit gula disebut gula sederhana atau monosakarida (mono = satu; sakarida = gula). Contoh dari monosakarida ini adalah fruktosa (gula buah) dan glukosa (gula darah), gula yang diproduksi ketika tubuh mencerna karbohidrat, dan galaktosa, gula yang diperoleh dari mencerna laktosa (gula susu). Karbohidrat dengan dua unit gula disebut disakarida (di = dua). Contoh dari disakarida ini adalah sukrosa (gula dapur) yang terbuat dari satu unit fruktosa dan satu unit glukosa. (Baca: Homeostasis Glukosa Dalam Darah Manusia)

• Karbohidrat kompleks

Karbohidrat kompleks yaitu karbohidrat yang terdiri dari 3 unit gula atau lebih dan tertaut dalam rantai. Karbohidrat yang terdiri dari 3 sampai 10 unit gula disebut oligosakarida (oligo = beberapa), sedangkan karbohidrat yang terdiri dari banyak unit gula disebut polisakarida (poli = banyak). Pada bakteri, karbohidrat kompleks ini dicerna oleh enzim untuk menghasilkan gula sederhana. Contohnya adalah pati dan selulosa, yaitu suatu polimer (rantai atom yang panjang) unit glukosa yang dipecah menjadi glukosa sederhana.

Karbohidrat adalah bahan bakar jangka pendek yang baik untuk organisme uniseluler, karena karbohidrat lebih sederhana untuk dimetabolisme oleh tubuh dari pada lemak atau asam amino (komponen protein). Karbohidrat biasanya disimpan dalam molekul glukosa polimer panjang atau sebagai penyimpanan energi.

Pada umumnya, semua karbohidrat mempunyai rumus umum C_nH_2nO_n, seperti contohnya, rumus molekul glukosa yaitu C₆H₁₂O₆. Monosakarida-monosakarida (gula sederhana) bisa terikat bersama untuk membentuk disakarida seperti sukrosa dan polisakarida seperti pati dan selulosa.

Macam-Macam Metabolisme Karbohidrat

Sel hidup, termasuk di dalamnya organel-organel sel, adalah ‘mesin organik’ yang beraktivitas tidak ada henti-hentinya. Seperti contohnya, organel sel yang berkerja-sama dan saling berkoordinasi dengan baik untuk menjaga suatu organisme tetap berfungsi. Untuk menjaga ‘kehidupannya’, setiap sel sangat bergantung pada reaksi-reaksi biokimia yang terjadi dan karbohidrat adalah sumber energi penting yang menggerakan reaksi-reaksi ini.

Metabolisme adalah reaksi kimia yang terorganisir, dan terkoordinasi dengan baik yang terjadi dalam sel. Proses metabolisme ini mempunyai jalur (metabolic pathway) yang terdiri dari jalur katabolisme (merombak molekul), jalur anabolisme (menyusun molekul), dan jalur amfibolik (yang melibatkan katabolisme dan anabolisme). Berikut ini adalah macam-macam metabolisme karbohidrat yang terjadi dalam tubuh organisme. (Baca: Jenis jenis Enzim)

1. Glikolisis

Glikolisis terjadi dihampir bagian setiap sel hidup. Reaksi ini dipercaya sebagai jalur biokimia tertua yang terjadi di organisme. Glikolisis ini juga bisa terjadi secara anaerobik, yang artinya proses ini sudah terjadi dalam bakteri prokariotik saat Bumi masih mempunyai atmosfer yang miskin oksigen (pra-eukariotik). (Baca: Pengertian Organisme Prokariotik)

Glikolisis didefinisikan sebagai reaksi berantai mengkonversi glukosa atau glikogen menjadi piruvat atau laktat, dengan produksi energi ATP (Adenosine Triphospate, bentuk energi yang paling umum digunakan oleh sel). (Baca: Sistem Respirasi)

Glukosa + 2 NAD plus + 2 ADP + 2 P —> 2 pyruvate + 2 NADH + 2 ATP + 2H2O + 2H plus

Glikolisis terjadi dalam sitosol sel, dan bisa dibagi menjadi 2 fase: fase membutuhkan-energi dan fase melepaskan-energi.

• Fase membutuhkan energi

Pada fase ini, molekul glukosa disusun kembali, dan 2 kelompok fosfat terikat pada glukosa ini. Kelompok fosfat ini kemudian membuat gula ‘modifikasi’ yang tidak stabil (fruktosa-1,6-bisfosfat), memungkinkan gula ‘modifikasi’ ini terbagi menjadi dua dan membentuk gula glyceraldehyde-3-phospate. Karena fosfat yang digunakan pada langkah ini berasal dari ATP (adenosine trifosfat), maka 2 molekul ATP digunakan. Fase ini sering disebut juga fase ‘investasi’ energi, karena menggunakan energi (ATP) untuk menjalankan prosesnya.

• Fase melepaskan energi

Pada fase ini, setiap gula glyceraldehyde-3-phospate  dikonversi menjadi piruvat, melalui beberapa reaksi. Reaksi ini membuat 2 molekul ATP dan 1 molekul NADH. Karena fase ini terjadi dua kali, maka proses ini membuat 3 ATP dan 2 NADH secara keseluruhan.

Katalisator yang memicu raksi pada Glikolisis dilakukan oleh enzimnya sendiri, salah satunya adalah enzim phosphofurctokinase, yang mengkatalisasi pembentukan molekul gula 2 fosfat (fructose-1,6-bisphospate). Phosphofructokinase ini mempercepat atau memperlambat proses glikolisis sebagai respon dari kebutuhan sel akan energi.

Intinya, Glikolisis mengubah molekul glukosa (6 karbon) menjadi molekul piruvat (3 karbon). Produk bersih dari proses ini adalah 2 molekul ATP (4 ATP diproduksi menggunakan 2 ATP) dan 2 molekul NADH.

2. Siklus Asam Sitrat

Siklus asam sitrat, atau siklus asam trikarboksilat, atau siklus Krebs adalah pusat pengendali dalam respirasi seluler. Siklus ini terjadi setelah Glikolisis dan menggunakan acetyl coenzim A (CoA), dibuat dari oksidasi piruvat, sebagai bahan awalnya. (Baca: Siklus Krebs)

Tahap awal dari siklus ini adalah, acetyl CoA bergabung dengan molekul penerima oksaloasetat (4 karbon) untuk membentuk molekul sitrat (6 karbon). Kemudian, molekul sitrat ini melepaskan 2 karbonnya dalam bentuk karbon dioksida dan memproduksi molekul NADH. Enzim yang mengkatalisasi reaksi ini adalah kunci utama dalam mengatur siklus asam sitrat, mempercepat atau memperlambat reaksi berdasarkan kebutuhan energi sel. (Baca: Fungsi Enzim Tripsin)

Selanjutnya, molekul 4 karbon yang tersisa mengalami reaksi-reaksi tambahan, pertama membuat molekul ATP, kemudian mereduksi pembawa elektron FAD (Flavin adenine dinucleotide) menjadi FADH2, dan akhirnya menghasilkan NADH lagi. Himpunan reaksi-reaksi ini menghasilkan kembali molekul awal, oksaloasetat, agar siklus ini bisa mengulang kembali.

Secara keseluruhan, satu putaran siklus asam sitrat melepaskan 2 molekul karbon dioksida dan memproduksi 3 NADH, 1 FADH2, dan 1 ATP. Karena pada Glikolisis, ada 2 piruvat yang dihasilkan, maka siklus asam sitrat terjadi dua kali untuk setiap molekul glukosa.

 3. Jalur Fosfat Pentosa

Jalur fosfat pentosa atau pentose phosphate pathway adalah jalur metabolik yang berjalan secara pararel dengan Glikolisis. Jika produk dari Glikolisis diolah kembali melalui respirasi seluler untuk memproduksi energi, ada juga cabang alternatif dari Glikolisis untuk memproduksi gula yang menyusun DNA dan RNA. Jalur yang disebut Jalur Fosfat Pentosa ini unik karena tidak ada energi dalam bentuk ATP yang diproduksi dan digunakan dalam jalur ini. (Baca: Peran DNA dan RNA dalam Sintesa Protein)

Sama seperti proses lainnya dalam respirasi seluler, molekul yang melalui jalur fosfat pentosa ini kebanyakan terbuat dari karbon. Cara mudah untuk memahami jalur ini adalah dengan mengikuti karbonnya.

Pemecahan glukosa pada Glikolisis menghasilkan molekul 6 karbon yang dibutuhkan dalam proses jalur fosfat pentosa. Pada langkah pertama glikolisis, glukosa diubah oleh kelompok fosfat untuk menghasilkan glukosa-6-fosfat. Jalur fosfat pentosa ini bisa menggunakan molekul glukosa 6-fosfat yang dihasilkan oleh Glikolisis atau metode lainnya.

Jalur Fosfat Pentosa ini dibagi menjadi 2 fase, yaitu fase oksidatif dan fase non oksidatif. Kata ‘oksidatif’ berasal dari kata ‘oksidasi’, oksidasi adalah pemecahan molekul ketika molekul itu kehilangan setidaknya satu elektronnya.

• Fase oksidatif

Dalam fase ini, 2 molekul NADP+ direduksi menjadi NADH, memanfaatkan energi dari perngubahan glukosa-fosfat menjadi ribulosa-5-fosfat. Reaksi keseluruhan untuk proses ini adalah:

Glukosa-6-fosfat + 2 NADP+ + H2O —> Ribulose 5-fosfat + 2 NADPH + 2 H+ + CO2.

• Fase non-oksidatif

fase non oksidatif ini reversibel (bisa dibalik). Hal ini memungkinkan molekul-molekul yang berbeda untuk masuk ke jalur fosfat pentosa di area-area yang berbeda pada fase non-oksidatif dan bisa ditransformasikan sampai molekul pertama dari fase non-oksidatif (ribulose-5-fosfat). Ribulose-5-fosfat ini adalah prekursor dari gula yang menyusun DNA dan RNA, dan juga produk dari fase oksidatif. (Baca: Perbedaan DNA dan RNA)