Struktur dan Fungsi Karbohidrat dan Metabolisme Glukosa

Pengertian Karbohidrat

Karbohidrat adalah senyawa organik yang terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen dengan rumus kimia umum (CH₂O)n, di mana n adalah bilangan bulat. Karbohidrat ditemukan di banyak makanan yang kita konsumsi sehari-hari, seperti nasi, roti, pasta, buah-buahan, dan sayuran (Stick, R.V. and Williams, S.J. 2008). Mereka adalah sumber energi utama bagi tubuh manusia dan hewan, serta berperan penting dalam proses metabolisme.

Struktur dan fungsi karbohidrat

Karbohidrat dapat dibagi menjadi tiga jenis berdasarkan strukturnya atau jumlah unit monosakarida yang terkandung dalam molekulnya, yaitu monosakarida, disakarida, dan polisakarida. Monosakarida adalah unit karbohidrat terkecil dan termasuk glukosa, fruktosa, dan galaktosa. Disakarida adalah molekul karbohidrat yang terdiri dari dua unit monosakarida yang terikat bersama, seperti sukrosa, laktosa, dan maltosa (Stick, R.V. and Williams, S.J. 2008). Disakarida terdiri dari dua unit monosakarida yang dihubungkan oleh ikatan glikosida, misalnya sukrosa (gula pasir) yang terdiri dari glukosa dan fruktosa, dan laktosa (gula susu) yang terdiri dari glukosa dan galaktosa (Berg, et al. 2012). Polisakarida adalah karbohidrat yang terdiri dari banyak unit monosakarida yang terikat bersama dan termasuk selulosa, kitin, dan glikogen (Stick, R.V. and Williams, S.J. 2008).

Fungsi karbohidrat dalam tubuh sangat beragam, di antaranya adalah sebagai sumber energi, pembentuk struktur sel, dan pembentuk molekul penting lainnya seperti nukleotida dan asam amino. Glukosa adalah sumber energi utama bagi sel, di mana glukosa dioksidasi menjadi ATP melalui respirasi selular. Selain itu, karbohidrat juga membentuk dinding sel pada tumbuhan dan mikroorganisme (Berg, et al. 2012).

Menurut Stick, R.V. and Williams, S.J. (2008) Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh, yang antara lain:

1. Sumber energi: Karbohidrat adalah sumber energi utama bagi tubuh. Setelah dikonsumsi, karbohidrat diubah menjadi glukosa dan digunakan oleh sel sebagai sumber energi melalui proses metabolisme.
2. Penyimpanan energi: Karbohidrat dapat disimpan dalam bentuk glikogen di hati dan otot sebagai cadangan energi untuk digunakan pada saat dibutuhkan.
3. Struktur seluler: Karbohidrat berperan dalam pembentukan dinding sel pada tumbuhan dan bakteri. Selain itu, karbohidrat juga merupakan komponen penting dalam pembentukan matriks ekstraseluler pada hewan.
4. Pengenalan sel: Karbohidrat berperan dalam proses pengenalan sel, di mana karbohidrat terdapat pada permukaan sel dan membantu sel untuk berinteraksi dengan lingkungan dan sel lainnya.
5. Komunikasi seluler: Karbohidrat terlibat dalam proses komunikasi seluler melalui glikosilasi, di mana karbohidrat terikat pada protein atau lipid dan membantu dalam pengaturan proses biologis seperti proliferasi sel, diferensiasi, dan migrasi.
6. Pembentukan DNA dan RNA: Karbohidrat deoksiribosa dan ribosa merupakan komponen penting dalam pembentukan DNA dan RNA, yang merupakan molekul kunci dalam penyimpanan dan transmisi informasi genetik.
7. Imunitas: Karbohidrat terlibat dalam proses imunitas tubuh, di mana beberapa jenis karbohidrat terikat pada protein dan membentuk glikoprotein yang berperan dalam pengenalan patogen dan pembentukan sistem kekebalan tubuh.

Secara keseluruhan, karbohidrat memiliki peran penting dalam banyak aspek kehidupan, dan kekurangan atau kelebihan asupan karbohidrat dapat berdampak pada kesehatan.

Metabolisme Karbohidrat

Proses metabolisme karbohidrat dimulai dengan pencernaan karbohidrat di dalam mulut dan lambung, di mana enzim-enzim seperti amilase mulai memecah polisakarida menjadi monosakarida yang lebih kecil. Setelah mencapai usus halus, karbohidrat dipecah sepenuhnya menjadi monosakarida yang kemudian diserap ke dalam aliran darah dan dibawa ke sel-sel tubuh untuk menghasilkan energi.

Glukosa adalah salah satu monosakarida yang paling penting dalam metabolisme karbohidrat. Setelah diserap ke dalam sel, glukosa dikonversi menjadi energi oleh proses glikolisis, di mana glukosa dipecah menjadi dua molekul asam piruvat. Jika oksigen tersedia, asam piruvat kemudian masuk ke dalam siklus Krebs dan rantai transportasi elektron untuk menghasilkan ATP, yaitu energi yang dapat digunakan oleh sel.

Metabolisme Glukosa

Metabolisme glukosa

Metabolisme glukosa merupakan proses penting dalam tubuh, di mana glukosa dipecah menjadi ATP melalui serangkaian jalur metabolisme. Menurut Nelson and Cox (2013) proses metabolisme glukosa sebagai berikut:

1. Glukosa diambil oleh sel dan diubah menjadi glukosa-6-fosfat oleh enzim heksokinase atau glukokinase, tergantung pada jenis sel.
2. Glukosa-6-fosfat diubah menjadi fruktosa-6-fosfat oleh enzim isomerase.
3. Fruktosa-6-fosfat kemudian diubah menjadi fruktosa-1,6-bifosfat oleh enzim fosfofruktokinase-1 (PFK-1), yang merupakan tahap penting dalam regulasi metabolisme glukosa.
4. Fruktosa-1,6-bifosfat dipecah menjadi dua molekul 3-fosfogliseraldehida (3-PGA) oleh enzim aldolase.
5. Setiap 3-PGA diubah menjadi 1,3-bifosfogliserat oleh enzim dehidrogenase 3-fosfogliserat.
6. 1,3-bifosfogliserat kemudian diubah menjadi 3-fosfogliserat oleh enzim fosfogliseraldehida kinase.
7. 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfo-D-gliseraldehida oleh enzim fosfogliseraldehida mutase.
8. 2-fosfo-D-gliseraldehida kemudian diubah menjadi enolpiruvat oleh enzim enolase.
9. Enolpiruvat diubah menjadi piruvat oleh enzim piruvat kinase, yang juga merupakan tahap penting dalam regulasi metabolisme glukosa.
10. Piruvat kemudian masuk ke dalam mitokondria untuk dioksidasi menjadi asetil-KoA melalui siklus asam sitrat.
11. Asetil-KoA kemudian dioksidasi menjadi CO2 dan H2O melalui siklus Krebs, menghasilkan energi dalam bentuk ATP, NADH, dan FADH2.
12. NADH dan FADH2 kemudian digunakan dalam fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan lebih banyak ATP.
13. Selain itu, glukosa juga dapat diubah menjadi glikogen dan disimpan dalam hati dan otot sebagai sumber energi cadangan.
14. Glikogen dapat dipecah menjadi glukosa-6-fosfat oleh enzim glikogenolisis, yang menghasilkan glukosa yang kemudian dapat digunakan dalam proses metabolisme.
15. Selain itu, glukosa juga dapat diubah menjadi asam amino melalui jalur glukoneogenesis, yang terjadi pada situasi di mana tubuh membutuhkan sumber energi namun tidak ada glukosa yang tersedia.

Secara keseluruhan, metabolisme glukosa merupakan proses yang kompleks yang melibatkan banyak enzim dan jalur metabolisme.

 

Daftar Pustaka

1.    Berg, J.M., Tymoczko, J.L. and Stryer, L. (2012). Biochemistry. Seventh Edition. W. H. Freeman and Company.

2.    Nelson, D.L. and Cox, M.M. (2013). Lehninger Principles of Biochemistry, Sixth Edition. W. H. Freeman and Company.

3.    Stick, R.V. and Williams, S.J. (2008). Carbohydrates: The Essential Molecules of Life. Second Edition. Elsevier Academic Press.

 

Referensi lainnya bisa dibaca pada

1.    Carbohydrate Research. Journal published by Elsevier.

2.    Journal of Carbohydrate Chemistry. Journal published by Taylor & Francis.

3.    Kovac, P. (2012). Carbohydrate Chemistry: Proven Synthetic Methods. Wiley-VCH.

4.    Patel, A., et al. (2018). Synthesis and biological evaluation of novel carbohydrates as potential therapeutics. Carbohydrate Research, 469: 31-41.

5.    Nakamura, M., et al. (2019). Structural characterization of oligosaccharides from human milk. Carbohydrate Research, 486: 107815.

6.    Li, J., et al. (2017). Carbohydrate-protein interactions in the immune system. Carbohydrate Research, 452: 56-65.

7.    Wang, M., et al. (2020). Design and synthesis of glycoconjugates as potential vaccines. Carbohydrate Research, 489: 107935.