25.Pencernaan, penyerapan, dan Pengangkutan Karbohidrat

Karbohidrat adalah sumber terbesar kalori makanan untuk sebagian besar populasi di dunia.Karbohidrat utama yang terdapat di dalam makanan orang Amerika Serikat adalah Kanji ( suatu polisakarida yang terdiri dari unit glukosil), laktosa ( suatu disakarida yang terdiri dari glukosa dan galaktosa ) , dan sukrosa ( suatu disakarida yang terdiri dari glukosa dan fruktosa ).

proses pencernaan mengubah karbohidrat makanan menjadi monosakarida melalui hidrolisis ikatan glikosidat antara gula-gula.Enzim utama yang berperan adalah amilase-α pankreas dan saliva dan kompleks disakaridase semispesifik di membran brush border pada sel mukosa usus.Serat dalam makanan, yang terutama terdiri dari polisakarida, tidak dapat dicerna oleh enzim saluran cerna manusia.Beberapa jenis serat mungkin memiliki efek yang menguntungkan.

Glukosa, galaktosa, dan fruktosa yang terbentuk oleh enzim pencernaan dipindahkan ke dalam sel epitel absorptif pada usus halus melalui transpor aktif dependen-Na⁺ dan difusi fasilitasi Transport fasilitasi monosakarida tersebut diperantarai oleh sekelompok protein transpor glukosa ( glucose transport protein, GLUT ).

Monosakarida masuk ke dalam kapiler jaringan pembuluh slanknik, mengalir ke hati dan jaringan perifer, dan dipindahkan masuk ke dalam sel melalui salah satu dari berbagai transporter glukosa spesifik – jaringan. Jenis transporter yang ditemukan di masing – masing jaringan mencerminkan peran metabolisme glukosa pada jaringan yang bersangkutan.

KARBOHIDRAT DALAM MAKANAN

Karbohidrat adalah sumber kalori terbesar dalam makanan sehari-hari orang amerika dan biasanya merupakan 40 – 45 % dari asupan kalori kita. Sebagian besar dari kalori ini ( 60 % ) terdapat dalam padi – padian, akar umbi, dan sayuran dalam bentuk kanji nabati amilopektin dan amilose.Polisakarida ini mengandung 10.000 sampai 1 juta unit glukosil. Gula pasir adalah sukrosa, suatu disakarida yang terdiri dari glukosa dan fruktosa. Sukrosa dan sejumlah kecil monosakarida yang terdiri dari glukosa dan fruktosa. Sukrosa dan sejumlah kecil monosakarida glukosa dan fruktosa adalah pemanis alami utama yang terdapat dalam buah-buahan, madu dan sayuran.Makanan yang berasal dari hewan mengandung sangat sedikit karbohidrat kecuali sejumlah glikogen.Karbohidrat yang berasal dari hewan adalah laktosa, suatu disakarida yang terdiri dari glukosa dan galaktosa yang hanya ditemukan dalam susu dan produk susu.Serat dalam makanan yaitu bagian dari makanan yang tidak dapat dicerna oleh enzim saluran cerna manusia, juga terutama terdiri dari polisakarida.

PENCERNAAN KANJI

Dalam saluran cerna, polisakarida dan disakrida dalam makanan diubah menjadi monosakarida oleh enzim ( glokosidase ) yang menghidrolisis ikatan glikosidat antara gula – gula. Enzim ini memperlihatkan sedikit spesifitas terhadap gula, ikatan glikogesidat ( α atau β ), dan jumlah unit sakarida dalam rantai tersebut. Monosakarida dipindahkan menembus sel mukosa usus masuk ke dalam rantai tersebut.Monosakarida dipindahkan menembus sel mukosa usus masuk ke dalam cairan interstisium dan selanjutnya masuk ke dalam darah.Perubahan kanji ( amilopektin dan amilosa ) menjadi glukosa berawal di dalam mulut. Kelenjar liur mensekresi sekitar 1 liter cairan per hari yang mengandung musin liur dan amilase – α liur.Musin liur adalah suatu glikoprotein licin yang penting untuk melumas ( lubrikasi ) dan menyebarkan ( dispersi ) polisakarida. Amilase – α secara acak menghidrolisis ikatan α – 1,4 internal antara residu glukosil dalam amilopektin, amilosa dan glikogen, mengubah polisakarida yang berukuran besar menjadi

polisakarida yang lebih kecil yang disebut dekstrin.Amilase – α bekerja pada ikatan internal ditempat yang terpencar – pencar dalam rantai polisakarida.Karena alasan ini amilase – α disebut sebagai endoglikosidase.sebaliknya, eksoglikosidase bekerja secara berurutan dari satu ujung pada rantai karbohidrat.makanan bergerak dari mulut melalui esofagus masuk dalam lambung, tempat kerja amilase – α dihentikan oleh pH yang asam, yang menyebabkan denaturasi enzim.

Proses makanan berlanjut sewaktu makanan berpindah dari lambung ke dalam bagian atas usus halus ( duodenum ).Sekresi pankreas eksokrin ( sekitar 1, 5 liter per hari ) mengandung ion bikarbonat ( HCO3 ), yang menetralkan asam ( HCl ) dari lambung.Sekresi tersebut juga mengandung amilase – α pankreas, yang terus menghidrolisis ikatan α – 1,4 di dalam kanji.Produk proses pencernaan pada tahap ini adalah disakarida yang mengandung unit glikosil yang dihubungkan dengan ikatan α – 1,4 ( maitosa ) dan ikatan α- 1,6 ( isomaltosa ), dan oligosakarida ( dekstrin terbatas ) yang mengandung dari 3 sampai sekitar 8 residu glukosil, termasuk ikatan cabang α- 1,6.

SERAT DALAM MAKANAN

Serat dalam makanan adalah bagian dari makanan yang tidak dicerna secara enzimatis oleh enzim pencernaan manusia sehingga tidak secara langsung berfungsi sebagai sumber gizi.Terdapat lima kategori utama yaitu selulosa, hemiselulosa, pektin, musilago dan getah ( gum ), dan lignin ( yang bukan merupakan karbohidrat tetapi polimer fenilpropona ).Walaupun enzim manusia tidak dapat mencerna serat flora bakteri normal dalam usus manusia dapat menguraikan serat makanan yang lebih dapat larut, membebaskan produk tersebut ke dalam lumen usus.Hasil akhir metabolisme bakteri adalah C02, H20, H2, metana, dan asam lemak rantai pendek (asetat, propionat, dan butirat ).Sebagian dari asam lemak ini mungkin diserap dan digunakan oleh sel epitel usus dan sebagian mungkin berpindah ke hati melalui venaporta hepatika.Kita mungkin memperoleh 10 % dari seluruh kaloridari senyawa yang dihasilkan melalui pencernaan bahan oleh bakteri di dalam saluran cerna.

The National Research Council menganjurkan bahwa orang Amerika sebaiknya meningkatkan kandungan serat dalam makanan.Salah satu efek menguntungkan dari serat tampak pada penyakit divertikulum, dimana terbentuk kantungg atau sakus di kolon akibat melemahnya struktur otot dan submukosa.Serat diperkirakan dapat melunakkan tinja, sehingga mengurangi tekanan di dinding kolon dan meningkatkan pengeluaran tinja.Penelitian epidemiologis dan jenis penelitian lain mengisyaratkan bahwa konsumsi serat yang rendah oleh orang Amerika mungkin berkaitan dengan peningkatan insiden Kanker Kolon.

Jenis serat tertentu ( misal, pektin) mungkin mampu menurunkan kadar kolesterol dengan mengikat asam empedu.Pektin juga mungkin menimbulkan efek menguntungkan dalam diet penderita diabetes dengan memperlambat kecepatan penyerapan gula sederhana dan mencegah peninggian kadar glukosa darah.Namun setiap efek menguntungkan yang dikaitkan dengan serat bersifat spesifik bagi jenis serat tersebut.Faktor ini, bersama faktor lainnya, menyebabkan kesulitan dalam menarik kesimpulan dari berbagai penelitian mengenai efek serat pada kesehatan manusia.

PENYERAPAN GULA

Glukosa disalurkan melalui sel absorbtif usus oleh difusi fasilitasi dan transpor fasilitasi yang dependen-Na+. Molekul glukosa bersifat sangat polar dan tidak dapat berdifusi menembus lapisganda fosfolipid hidrofobik pada membran sel.Setiap –OH pada molekuk glukosa membentuk

paling sedikit dua ikatan hidrogen dengan molekul air, gerakan acak akan memerlukan energi untuk melepaskan gugus OH polar dari ikatan hidrogen dan pada fosfolipid membran.Oleh karena itu glukosa masuk ke dalam sel absorptif melalui pengikatan dengan protein transpor, yaitu protein yang menembus membran dan berikatan dengan molekul glukosa di satu sisi membran dan melepaskannya di sisi yang berlawanan.Di sel absorptif usus terdapat dua jenis protein transpor glukosa : transpor glukosa dependen – Na+ dan transporter glukosa fasilitatif.

Transpor glukosa dependen –Na+, yang terletak di sisi luminal sel absorptif, memungkin sel ini mengkonsentrasikan glukosa dari lumen usus.Konsentrasi Na+ intrasel yang rendah dipertahankan oleh Na+, K+ -ATPase di sisi serosal ( darah) sel yang menggunakan energi dari penutupan ATP untuk memompa Na+ keluar dari sel ke dalam darah.Dengan demikian, transpor glukosa dari konsentrasi rendah di dalam lumen ke konsentrasi tinggi di dalam sel ditunjang oleh kotranspor Na+ dari konsentrasi tinggi di dalam lumen ke konsentarsi rendah di dalam sel ( transpor aktif sekunder ).Transporter glukosa fasilitatif, yang tidak mengikat Na+, terletak di sisi serosal sel tersebut.Glukosa berpindah melalui tranporter fasilitatif dari konsentrasi tinggi di dalam sel ke konsentrasi rendah di dalam darah tanpa mengeluarkan energi.Selain transporter glukosa dependen -Na+, transporter fasilitatif untuk glukosa juga terdapat di sisi luminal sel absorptif.

Trasporter glukosa fasilitatif terdapat di berbagai sel sebagai suatu kelompok protein yang serupa ( bentuk iso ( isoform) ) dengan 50 – 76 % kemiripan dalam urutan asam amino, iso form protein merupakan produk dari gen berbeda pada kromosom yang berbeda pula.Isoform yang berlainan memiliki distribusi jaringan dan yang berlainan, dan sebagian jenis sel memiliki lebih dari satu isoform.Sifat dan distribusi jaringan dari lima isoform ini dirtemukan membran plasma sel ( disebut GLUT 1-GLUT ).

Galaktosa diserap melalui mekanisme yang sama dengan glukosa.Galaktosa masuk ke dalam sel absorptif di didi luminal melalui tranporter glukosa fasilitatif dan dipindahkan melalui sisi serosal oleh transporter glukosa fasilitatif.

TRANSPOR MONOSAKARIDA KE DALAM JARINGAN

Sifat protein transpor GLUT berbeda di antara jaringan – jaringan, yang mencerminkan fungsi metabolisme glukosa di masing-masing jaringan.Pada sebagian besar jenis sel, kecepatan transpor glukosa melintasi membran sel bukan merupakan penentu kecepatan metabolisme glukosa.Bentuk iso transporter yang memiliki Km yang relatif rendah untuk glukosa dan / atau terdapat dalam konsentrasi yang relatif tinggi di mmembran sel sehingga konsentrasi glukosa intrasel mencerminkan konsentrasi daalam darah.Karena isozim heksokinase yang terdapat dalam sel ini memiliki Km yang lebih rendah lagi terhadap glukosa ( 0,05 – 0,10 mM), variasi kadar glukosa darah tidak mempengaruhi kecepatan fosforilasi glukosa intrasel.Namun dibeberapa jaringan, kecepatan transpor menjadi penentu kecepatan sewaktu kadar glukosa serum rendah atau sewaktu kadar insulin yang rendah memberi sinyal bahwa tidak terdapat glukosa dari makanan.

Di hati, Km untuk transporter glukosa relatif tinggi apabila dibandingkan dengan jaringan lain, mungkin 15 Mm atau lebih.Sifat transporter berkaitan dengan sifat glukokinase, enzim hati yang mengubah glukosa menjadi glukosa 6-fosfat.Glukokinase memiliki S₀‚₅ yang tinggi untuk glukosa dan menunjukkan kurang dihambat oleh glukosa 6 – fosfat.Sifat ini mendorong timbulnya fluks bersih glukosa ke dalam hati sewaktu konsentrasi glukosa darah meningkat setelah makan makanan tinggi karbohidrat dan efluks bersih glukosa keluar dari hati sewaktu konsentrasi glukosa dan

menurun.Fluks bersih glukosa ke dlaam sel hati juga dipercepat oleh penggunaan kelebihan glukosa untuk sintesis glikogen dan asam lemak.

Di jaringan otot dan adiposa, transpor glukosa sangat dirangsang oleh insulin mekanisme yang berperan adalah pengarahan transporter glukosa dari vesikel intrasel ke dalam membran plasma.Di jaringan adiposa, perangsangan transpor glukosa untuk sintesis asam lemak dan gliserol melalui jalur glikolitik.Di otot rangka, perangsangan transpor glukosa oleh insulin meningkatkan ketersediaan glukosa untuk glikosis dan sintesis glikogen.

TRANSPOR GLUKOSA MELEWATI SAWAR DARAH – OTAK DAN KE DALAM NEURON

Respons hipoglikemik tercetus apabila terjadi penurunan konsentrasi glukosa darah sampai sekitar 18 sampai 54 mg/dl (1 dan 3 mM ).Respons hipoglikemik terjadi akibat penurunan pasukan glukosa ke otak dan berawal dengan kepala terasa ringan dan pusing dan dapat berkembang menjadi koma.Kecepatan transpor glukosa melintasi sawar darah – otak ( dari darah ke dalam cairan serebrospinal ) yang lambat pada kadar glukosa yang rendah diperkirakan merupakan penyebab timbuulnya respons hipoglikemik ini.Transpor glukosa dari cairan serebrospinal menembus membran plasma neuron sangat cepat dan bukan merupak penentu kecepatan pembentukan ATP dari Glikolisis.

Di otak, sel endotel kapiler memiliki taut yang amat erat ( tight junction),dan glukosa harus berpindah dari darah ke dalam cairan serebrospinal ekstrasel melalui transporter di membran sel endoter, lalu menembus membran basal.Pengukuran proses keseluruhan transpor glukosa dari darah ke dalam sel neuron memperlihatkan KM, app 7-11 Mm, dan kecepatan maksimum yang tidak lebih besar dari pada kecepatan penggunaan glukosa oleh otak.Dengan demikian, penurunan kadar glukosa darah dibawah kadar puasa 80-90 mg/dL ( sekilat 5mM ) kemungkinan besar akan mempengaruhi kecepatan metabolisme glukosa yang berarti di otak.