Makalah Integrasi Metabolisme Pada Manusia.docx

MAKALAH BIOKIMIA

Untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Biokimia “ INTEGRASI METABOLISME PADA MANUSIA ”

Kelompok 4 : Wahyu J Hamidu

( 17 507 155 )

Desti Febriani

( 17 507 043 )

Meri K Launde

( 17 507 021 )

Natasha N Langitan

( 17 507 010 )

UNIVERSITAS NEGERI MANADO FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM BIOLOGI 2018

Kata Pengantar Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan karunia- Nya, sehingga makalah yang berjudul tentang “Integrasi Metabolisme pada Manusia”. Semoga dengan adanya makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Kami menyadari dalam penulisan makalah ini ada banyak kesalahan, untuk itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran untuk memperbaiki kesalahan yang ada. Sekian dan terima kasih.

Tondano, 5 Desember 2018

Kelompok 4

I

DAFTAR ISI Kata Pengantar ................................................................................................... i Daftar Isi .............................................................................................................. ii Bab I. Pendahuluan............................................................................................. 1 A. Latar Belakang .............................................................................. 1 B. Rumusan Masalah ......................................................................... 5 C. Tujuan ........................................................................................... 5 Bab II. Pembahasan ............................................................................................ 6 A. Metabolisme Karbohidrat .................................................................. 6 B. Siklus Asam Sitrat ............................................................................... 8 C. Glikogenesis ........................................................................................ 9 D. Glikogenolisis ..................................................................................... 13 E. Glukoneogenesis ................................................................................. 14 F. Integrasi Lipid ke Siklus Asam Sitrat ................................................ 18 G. Katabolisme Protein ............................................................................ 24 H. Studi Kasus Pengaturan Energi Selama Puasa  Post Absorbtif....... 31

Bab III. Penutup .................................................................................................. 47 A. Kesimpulan ................................................................................... 47 B. Saran .............................................................................................. 48 Daftar Pustaka ..................................................................................................... 49

II

BAB I PENDAHULUAN

A.

Latar Belakang Integrasi Metabolisme merupakan bertemunya tiga makromolekul seperti

protein, karbohidrat, dan lipid dalam satu titik yaitu siklus asam sitrat.

1

Sekilas tentang metabolisme Peristiwa yang dialami unsur-unsur makanan setelah dicerna dan diserap adalah METABOLISME INTERMEDIAT. Jadi metabolisme intermediat mencakup suatu bidang luas yang berupaya memahami bukan saja lintasan metabolik yang dialami oleh masing-masing molekul, tetapi juga interelasi dan mekanisme yang mengatur arus metabolit melewati lintasan tersebut. Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori: a. Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan) Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk struktur dan mesin tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein. b. Lintasan katabolik (pemecahan) Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif. 2

c. Lintasan amfibolik (persimpangan) Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada persimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat. Secara berurutan, produk-produk ini terutama adalah glukosa, asam lemak serta gliserol dan asam amino. Semua produk hasil pencernaan diproses melalui lintasan metaboliknya masing-masing menjadi suatu produk umum yaitu Asetil KoA, yang kemudian akan dioksidasi secara sempurna melalui siklus asam sitrat. Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolisme maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis serta glukoneogenesis. Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut: 1. Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP. 2. Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP. 3. Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP. 4. Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen). Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang. 5. Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami

3

glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat. 6. Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh energi.

Beberapa jalur metabolism karbohidrat

4

B.

Rumusan Masalah Adapun batasan masalah dalam makalah ini adalah: 1. Bagaimana proses Metabolisme Karbohidrat? 2. Bagaimana Siklus Asam Sitrat? 3. Bagaimana siklus Glikogenesis? 4. Bagaimana siklus glikogenolisis ? 5. Bagaimana siklus glukoneogenesis ? 6. Bagaimana integrasi lipid ke siklus asam sitrat ? 7. Bagaimana Katabolisme Protein dalam tubuh manusia ? 8. Bagaimana studi kasus pengaturan energy selama puasa ?

C.

Tujuan Adapun tujuan penulis dalam penulisan makalah ini adalah: 1. Mengetahui proses Metabolisme Karbohidrat. 2. Mengetahui Siklus Asam Sitrat. 3. Mengetahui siklus Glikogenesis. 4. Mengetahui siklus glikogenolisis. 5. Mengetahui siklus glukoneogenesis. 6. Mengidentifikasi integrasi lipid ke siklus asam sitrat . 7. Mengetahui Katabolisme Protein dalam tubuh manusia . 8. Mengidentifikasi studi kasus pengaturan energy selama puasa .

5

BAB II PEMBAHASAN A. Metabolisme Karbohidrat Pada bagian-bagian terdahulu Anda telah mempelajari berbagai macam karbohidrat,

antara

lain

monosakarida,

disakarida,

oligosakarida

serta

polisakarida. Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk monosakarida. Energi yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP). Glukosa merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat spesifik, misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, dalam senyawa lipid kompleks tertentu dan dalam bentuk gabungan dengan protein, yaitu glikoprotein serta proteoglikan.

6

Lintasan detail glikolisis (dipetik dari:Murray dkk. Biokimia Harper)

7

B. Siklus Asam Sitrat Siklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP.

Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut. 8

Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria.

C. Glikogenesis Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi. Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis. Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati, maka besarnya simpanan glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak. Seperti amilum, glikogen merupakan polimer ∝- D-Glukosa yang bercabang. Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.

9

Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut: 1. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati oleh glukokinase. 2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat. Enz-P + Glukosa 6-fosfat ↔Enz + Glukosa 1,6-bifosfat ↔ Enz-P + Glukosa 1fosfat 3. Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase. UTP + Glukosa 1-fosfat ↔ UDPGlc + PPi Uridin difosfat glukosa (UDPGlc) (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

10

4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi 5. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.

11

Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 14 untuk membentuk rantai pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap melekat pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati terdapat jumlah molekul glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin. 6. Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 14 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 16 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1glukosil dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis. Tahap-tahap perangkaian glukosa demi glukosa digambarkan pada bagan berikut.

12

Biosintesis glikogen (dipetik dari:Murray dkk. Biokimia Harper)

Tampak bahwa setiap penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Sekelompok glukosa dalam rangkaian linier dapat putus dari glikogen induknya dan berpindah tempat untuk membentuk cabang. Enzim yang berperan dalam tahap ini adalah enzim pembentuk cabang (branching enzyme).

D. Glikogenolisis Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan

glikogenolisis.

Glikogenolisis

seakan-akan

kebalikan

dari

glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 14 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 16.

13

(C6)n + Pi  (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat Glikogen Glikogen Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 16 terpanjang. Hidrolisis ikatan 16 memerlukan kerja enzim-enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung.

Tahap-tahap glikogenolisis (dipetik dari:Murray dkk. Biokimia Harper)

E. Glukoneogenesis Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak 14

juga tak tersedia, barulah memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh. Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein. Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai berikut: 1. Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dan gliserol. Asam lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk dalam siklus Kreb’s. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur glikolisis. 2. Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Kreb’s.

15

Ringkasan jalur glukoneogenesis( dipetik dari: M u r r a y d k k . B i o k i m i a Harper)

16

Lintasan metabolisme karbohidrat, lipid dan protein. Perhatika n j a l u r glukoneogenesis yaitu masuknya lipid dan asam amino ke dalam lintasan(dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

17

Glukoneogenesis dari bahan protein. Dalam hal ini protein telah dipecahmenjadi berbagai macam asam amino (dipetik dari: Murray dkk. BiokimiaHarper)

F. Integrasi Lipid Ke Siklus Asam Sitrat Katabolisme dapat juga memanen energi yang tersimpan dalam lemak yang diperoleh dari makanan atau dari sel penyimpan dalam tubuh. Setelah lemak dicerna, gliserol diubah menjadi gliseraldehidfosfat. Sebagian besar energi lemak disimpan dalam asam lemak. Urutan metabolik yang disebut oksidasi-β memecah asam lemak menjadi fragmen berkarbon dua, yang memasuki siklus Krebs 18

sebagai Asetil Co-A. Lemak merupakan bahan bakar yang sangat baik. Satu gram lemak yang dioksidasi oleh respirasi menghasilkan ATP lebih dari dua kali lebih banyak daripada ATP yang dihasilkan oleh satu gram karbohidrat. Asam lemak mengalami degradasi menjadi asetil Co-A dalam matriks mitokondria melalui oksidasi-β. Asetil Co-A kemudian memasuki siklus Krebs jika persediaan oksaloasetat cukup. Jalan lain adalah asetil Co-A dapat membentuk keton. FADH2 dan NADH yang terbentuk pada oksidasi-β memindahkan elektronnya ke O2 melalui rantai transpor elektron. Seperti siklus Krebs, oksidasi-β dapat berlanjut jika NAD+ dan FAD dibentuk kembali. Jadi, kecepatan degradasi asam lemak juga terangkai dengan kebutuhan ATP.

1. β-oksidasi asam lemak Asam lemak dioksidasi dalam dua tahap. Setelah asam lemak dapat memasuki mitokondria, oksidasi asam lemak terjadi dalam 2 tahap utama. Pada tahap pertama, asam lemak mengalami pelepasan unit dua karbon berturut-turut secara oksidatif, mulai dari ujung karboksil rantai asam lemak dengan berulangulang melewati rangkaian enzim yang melepaskan satu unit asetil dua karbon pada sekali proses, dalam bentuk asetil KoA. Jadi, asam lemak 16 karbon (asam 19

palmitat) mengalami 7 kali proses melewati rangkaian enzim ini, masing-masing proses memotong unit dua-karbon sebagai asetil KoA. Pada akhir dari ketujuh proses ini unit dua karbon yang terakhir dari asam palmitat juga muncul sebagai asetil KoA. Akibat keseluruhannya adalah pengubahan rantai asam palmitat 16karbon menjadi 8 potongan 2-karbon dalam bentuk gugus asetil yaitu asetil KoA. pembentukan tiap molekul asetil KoA memerlukan pelepasan 4 atom hidrogen dari asam lemak oleh kerja dehidrogenase. Pada tahap kedua oksidasi asam lemak, residu asetil dari asetil KoA dioksidasi menjadi CO2 dan H2O melalui siklus asam sitrat. Ini juga terjadi di dalam mitokondria. Jadi, asetil KoA yang diturunkan dari oksidasi asam lemak memasuki lintas umum akhir, yaitu oksidasi, bersama-sama dengan asetil KoA yang datang dari glukosa melalui oksidasi piruvat. Kedua tahap oksidasi asam lemak mengakibatkan aliran atom hidrogen atau elektron yang bersangkutan melalui rantai transport elektron pada mitokondria yang akan diterima oleh oksigen sebagai akseptor elektron terakhir. Dalam proses ini akan terjadi fosforilasi oksidatif ADP menjadi ATP.

20

Ketika hewan beralih dari keadaan kenyang ke keadaan lapar, ketersediaan glukosa dari makanan akan menjadi sedikit. Glikogen hati akan disekresikan sebagai upaya untuk mempertahankan kadar glukosa darah. Konsentrasi insulin di dalam darah menurun sementara glukagon meningkat. Dengan berkurangnya pemakain glukosa di jaringan adiposa dan menurunnya efek inhibisi insulin terhadap lipolisis, lemak dimobilisasi sebagai asam lemak bebas dan gliserol. Asam lemak bebas diangkut ke jaringan tempat asam lemak bebas tersebut akan mengalami oksidasi. Asam lemak mengalami oksidasi beta sebelum masuk siklus Krebs dan menghasilkan hasil yang berbeda sesuai dengan panjang rantai karbonnya. Menurut banyaknya jumlah karbon, asam lemak dibagi menjadi dua yaitu asam lemak dengan rantai karbon panjang dan asam lemak dengan rantai karbon ganjil. 1. Asam lemak dengan rantai karbon genap : Untuk oksidasi asam lemak berkarbon genap, dihasilkan reaksi yang umunya sebagai berikut : oksidasi-β

21

Asam lemak berkarbon genap ------asetil Co-A + asil Co-A + FADH2 + NADH Asil Co-A akan kembali ke tahap awal oksidasi beta. Sedangkan Asetil CoA akan memasuki siklus Krebs melalui pintu oksaloasetat. FADH2 dan NADH masuk ke dalam transpor elektron. Sebagai contoh asam lemak dengan rantai karbon genap adalah palmitate (C16). Reaksi Oksidasi beta pada palmitate adalah sebagai berikut : Palmitoyl-CoA + 7 CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O  8 acetyl CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H + 8 Asetil Co-A tersebut akan memasuki Siklus Krebs melalui pintu oksaloasetat. Dari reaksi tersebut akan menghasilkan ATP dengan kalkulasi sebagai berikut : Tahap : 7 putaran beta oksidasi 7 NADH x 3 ATP =21 ATP 7 FADH x 2 ATP =14 ATP 8 Asetil CoA Tahap : Siklus Kreb 8 asetil CoA  8 x 3 NADH= 24 NADH x 3 ATP = 72 ATP 8 x 1 FADH= 8 FADH x 2 ATP = 16 ATP 8 x 1 ATP= 8 ATP Total ATP = 21 + 14 + 72 + 16 + 8 = 131 ATP – 2 ATP = 129 ATP Dikurangi 2 ATP karena 2 ATP tersebut digunakan untuk mengaktifkan asam lemak. 2. Asam Lemak dengan rantai karbon ganjil Untuk oksidasi asam lemak berkarbon genap, dihasilkan reaksi yang umunya sebagai berikut : 22

oksidasi-β Asam lemak berkarbon ganjil  asetil Co-A + propyonil Co-A + FADH2 + 2NADH Asetil Co-A akan memasuki siklus Krebs melalui pintu oksaloasetat. FADH2 dan NADH masuk ke dalam transpor elektron. Sedangkan propionyl CoA yang merupakan rantai akhir berkarbon tiga akan masuk ke Siklus Krebs pula. Tetapi sebelum masuk ke siklus Krebs, propionyl Co-A harus diubah dulu menjadi Suksinyl Co-A. suksinil Co-A inilah yamg masuk ke dalam siklus Krebs melalui pintu suksinyl Co Sebagai contoh adalah asam lemak dengan 15 karbon. Oksidasi beta dari asam lemak rantai carbon 15 reaksinya sebagai berikut : oksidasi-β Asam lemak C15  6NADH + 6FADH2 + 1propionyl Co-A + 6Asetyl Co-A Selanjutnya 6 asetyl Co-A akan masuk ke dalam siklus Krebs melalui pintu oksaloasetat. Sedangkan 1 propionyl Co-A sebelum masuk ke siklus tersebut diubah terlebih dahulu menjadi suksinyl Co-A. Perubahan ini membutuhkan 1 ATP. Kalkulasi ATP untuk asam lemak dengan 15 carbon adalah sebagai berikut : ~ 6 putaran beta oksidasi 6 NADH=6x3 ATP=18 ATP 6 FADH2=6x2 ATP=12 ATP 6 asetil KoA siklus Krebs 

6 ATP



18NADH=54 ATP



6FADH2=12 ATP

1 Propionil 1 suksinil KoA siklus Krebs 23



1 ATP 1 NADH=3 ATP



1 FADH2=2 ATP

Total=108 ATP-2ATP untuk pengaktifan-1 ATP untuk pembentukan suksinil KoA=105 ATP. ATP tersebutlah yang digunakan sebagai asupan energy ketika dalam keadaan lapar.

G. Katabolisme Protein

1. Jalur Piruvat Asam amino yang masuk melaui jalur ini antara lain alanin, sistein , Glisin, treonin, triptofan. Misalnya alanin yang diubah melalui reaksi 24

transaminase menjadi piruvat. Sehingga jalur ini menghasilkan energy sebagai berikut : Dari Piruvat asetil Ko-A tidak menghasilkan energy, Sitratisositrat tidak menghasilkan energy, isositrat α ketoglutarat menghasilkan NADH, suksinil KoA suksinat menghasilkan ATP, Suksinat Fumarat menghasilkan FADH2, Fumarat malat mengahsilkan NADH, Oksaloasetat asetil Ko-A tidak menghasilkan ATP. Total semua energy yang dihasilkan : 3 NADH : 9 ATP 1 ATP = 1 ATP 1 FADH2 = 2 ATP Jumlah = 12 ATP 2. Lintas Asetoasetil KoA Kelompok dari kerangka karbon asam amino fenilalanin, tirosin, lisin, triptofan, dan leusin menghasilkan asetoasetil KoA, yang kemudian diubah menjadi asetil KoA. Dua lintas di dalam rangkaian ini perlu diperhatikan secara khusus. Lintas dari triptofan menuju asetil koA merupakan lintas yang paling kompleks diantara lintas katabolisme asam amino di dalam jaringan hewan. Beberapa senyawa antara pada katabolisme triptofan merupakan pemula bagi biosintesis biomolekul lain yang penting, termasuk serotonin, suatu neurohormon, dan asam nikotinat. Lintas katabolik triptofan karenanya memiliki sejumlah percabangan yang memungkinkan pembentukan beberapa produk lain dari pemula tunggal triptofan. Lintas kedua yang patut diperhatikan dalam kelompok ini adalah yang berasal dari fenilalanin. Fenilalanin dan produk oksidasinya tirosin diuraikan menjadi dua bagian, keduanya dapat memasuki siklus asam sitrat, tetapi pada titik yang berbeda. Empat dari sembilan atom karbon fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat bebas, yang lalu diubah menjasi asetil KoA. Bagian empat karbon kedua dari tirosin dan fenilalanin diperoleh kembali sebagai fumarat, yaitu suatu senyawa antara dari siklus asam sitrat. Delapan dari sembilan

25

atom karbon dari kedua asam amino ini, memasuki siklus asm sitrat. Sedangkan satu karbon sisanya terlepas sebagai CO2. Fenilanin setelah mengalami hidroksilasi menjadi tirosin, juga merupakan pemula dari hormon tiroid: tiroksin, hormon adrenalin, dan noradrenalin yang dikeluarkan melalui medula adrenal.

Enzim pertama pada lintasan fenilalanin merupakan fenilalanin 4monooksigenase (juga dinamakan fenilalanin hidroksilase) yang mengkatalis hidroksilasi fenilalanin menjadi tirosin. Fenilalanin monooksigenase memasukkan satu diantara kedua atom oksigen O2 ke dalam molekul fenilalanin, membentuk gugus hidroksil tirosin. Atom oksigen lainnya direduksi menjadi H2O oleh NaDH yang juga diperlukan pada reaksi ini. Fenilalanin + NADH + H+ + O2  tirosin + NAD + H2O Setelah terbentuk tirosin, dengan bantuan tirosin transaminase akan membentuk 4-hidroksifenilpiruvat. Gugus amino pada tirosin akan ditangkap oleh α-ketoglutarat dan selanjutnya membentuk glutamat. 4- hidroksifenilpiruvat tersebut akan diubah menjadi homogentisat dengan bantuan enzim 4-

26

hidroksifenilpiruvat-dioksigenase. Enzim ini akan mengikat O2 dan melepaskan CO2. Kemudian homogentisat akan diubah menajdi 4-meleilasetoasetat dengan bantuan enzim 1,2 dioksigenase monooksigenase. Enzim tersebut mengikat O2 dan melepaskan CO2. 4- maleilasetoasetat dibah menjadi 4-fumarilasetoasetat dengan bantuan maleilasetoasetat isomerase. Selanjutnya 4-fumarilasetoasetat akan diubah susunan karbonnya menjadi asetoasetat dan fumarat melalui enzim fumarilasetoasetatase. Asetoasetat akan diubah menjadi asetoasetil KoA dengan bantuan enzim asam 3-keto transferase. Apabila tedapat kelainan genetik pada metabolisme asam amino sebagai akibat telah terjadi mutasi, enzim tersebut tidak akan aktif. Kerusakan ini menyebakan penyakit genetik fenilketonuria. Maka dari itu, digunakanlah lintas bantuan metabolisme fenilalanin. Pada lintas bantuan ini, fenilalanin mengalami transaminasi dengan α-ketoglutarat yang mengahsilakan fenilpiruvat Namun, fenilpiruvat tidak dapat diuraikan lebih lanjut, merupakan senyawa buntu. Molekul ini (termasuk fenilalanin) akan terakumulasi di dalam darah dan jaringan, dan dikeluarkan ke dalam urin. Kelebihan fenilpiruvat di dalam darah pada bayi/anak-anak akan menghambat pertumbuhan normal otak. Fenilketonuria (PKU) merupakan salah satu kelainan genetik metabolisme yang ditemukan pertama pada manusia. Fenilalanin dan tirosin masing-masing menghasilkan dua produk dengan empat karbon yaitu asetoasetat dan fumarat. Asetoasetat memasuki siklus asam sitrat dalam bentuk asetil KoA, sedangkan fumarat tentunya merupakan senyawa antara siklus ini. Asetoasetil KoA yang dibentuk nantinya akan diubah menjadi asetil KoA. Asetil KoA akan masuk ke dalam siklus asam sitrat melalui pintu sitrat. Sitrat akan diubah menjadi isositrat. Isositrat diubah menjadi αketoglutarat. Proses tersebut menghasilkan 1 NADH = 3 ATP. αketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA. Proses tersebut mnghasilkan 1 NADH = 3 ATP. Suksinil KoA diubah menjadi suksinat dan menghasilkan 1 ATP. Suksinat diubah menjadi fumarat dan menghasilkan 1 FADH2 = 2 ATP. Fumarat diubah menjdai malat. Malat diubah 27

menjadi oksaloasetat menghasilkan 1 NADH = 3 ATP. Jadi, total ATP yang dihasilkan yaitu 12 ATP. 3. Jalur Suksinil-KoA Metionin,isoleusin dan Valin ( akan terdegradasi menghasilkan suksinil Ko-A senyawa antara siklus asam sitrat. Valin dan Isoleusin sama sama mengalami reaksi transaminase. Empat dari lima karbon valin diubah menjadi asm suksinat ,demikian juga tiga dari 6 atom karbon isoleusin. Untuk sampai pada asetil-KoA, maka jalur ini membutuhkan energi sebesar: Suksini Ko-A Suksinat terdapat 1 GTP, dari Suksinat Fumarat terdapat 1 FADH, dari Fumarat Malat tidak terdapat enzim yang menghasilkan energy, dari Malat Oxaloasetat terdapat 1 NADH, dan dari Oxaloasetat Asetil Ko-A tidak ditemukan adanya energy yang dibutuhkan. Total energi yang dihasilkan dari Suksinil Ko-A menuju Asetil Ko-A adalah : 1 NADH = 3 ATP 1 FADH = 2 ATP 1 GTP

= 1 ATP = 6 ATP 4. Jalur Fumarat Fenilalanin dan tirosin (produk oksidasi fenilalanin) dapat memasuki

siklus asam sitrat melalui jalur fumarat. Empat dari sembilan karbon fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat bebas (akan masuk melalui jalur asetoasetil Ko-A) , sedangakan 4 karbon lainnya menghasilkan fumarat (masuk melui jalur fumarat)Sedangkan satu karbon sisanya akan terlepas sebgai CO2. Untuk sampai pada asetil-KoA, maka jalur ini membutuhkan energy sebesar: dari Fumarat Malat tidak terdapat enzim yang menghasilkan energi, dari Malat Oxaloasetat terdapat 1 NADH, dan dari Oxaloasetat Asetil Ko-A tidak ditemukan adanya energi yang dibutuhkan. Total energi yang dihasilkan dari Fumarat menuju Asetil Ko-A, adalah : 1 NADH = 3 ATP 28

5. Jalur Oksaloasetat Kerangka karbon asparagin dan asam aspartat pada akhirnya memasuki siklus asam sitrat melalui oksaloasetat. Enzim asparaginase mengkatalisis hidrolisis asparagin menjadi aspartat. Enzim ini mengikat molekul H2O dan melepaskan NH4. Aspartat akan dikatalis oleh enzim transaminase membentuk oksaloacetat. Gugus amino pada aspartat dapat dipindahkan menuju piruvat ataupun alanin. Reaksi antara aspartat dan oksaloacetat ini merupakan reaksi yang dapat balik atau reversible. Asparagin + H2O  aspartat + NH4 Aspartat + α-ketoglutarat ↔ oksaloasetat + glutamat Aspartat lalu memberikan gugus aminonya kepada α-ketoglutarat di dalam reaksi transaminasi menghasilkan glutamat. Sisa kerangka karbon aspartat, yaitu oksaloasetat memasuki siklus asam sitrat

29

Lintas ini masuk melalui pintu oksaloasetat. Oksaloasetat diubah menjadi sitrat. Sitrat akan diubah menjadi isositrat. Isositrat diubah menjadi αketoglutarat. Proses tersebut menghasilkan 1 NADH = 3 ATP. α-ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA. Proses tersebut mnghasilkan 1 NADH = 3 ATP. Suksinil KoA diubah menjadi suksinat dan menghasilkan 1 ATP. Suksinat diubah menjadi fumarat dan menghasilkan 1 FADH2 = 2 ATP. Fumarat diubah menjdai malat. Malat diubah menjadi oksaloasetat menghasilkan 1 NADH = 3 ATP. Jadi, total ATP yang dihasilkan yaitu 12 ATP.

6. Jalur α-ketoglutarat Kerangka karbon dari lima asam amino (arginin, histidin, asamglutamat, glutamin, dan prolin) memasuki siklus asam sitrat α-ketoglutarat. Asparagin dan prolin akan masuk ke dalam glutamat semialdehid dibantu dengan enzim glutamat semialdehid sintase. Kemudian glutamat semialdehid akan membentuk glutamat. Histidin dan glutamin masuk ke dalam glutamat. Selanjtnya glutamat akan diubah menjadi α-ketoglutarat detelah mengalami deaminasi. Lintas ini masuk melalui pintu α-ketoglutarat. α-ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA. Proses tersebut mnghasilkan 1 NADH = 3 ATP. Suksinil KoA diubah menjadi suksinat dan menghasilkan 1 ATP. Suksinat diubah menjadi fumarat dan menghasilkan 1 FADH2 = 2 ATP. Fumarat diubah menjdai malat. Malat diubah menjadi oksaloasetat menghasilkan 1 NADH = 3 ATP. Jadi, total ATP yang dihasilkan yaitu 8 ATP. Asam amino dapat diubah menjadi glukosa dan senyawa keton Lima asam amino diubah menjadi asetoasetil KoA sebagai hasil proses penguraiannya. Asam amino tersebut dapat menghasilkan senyawa keton di dalam hati karena asetoasetil KoA dapat diubah menjadi asetoasetat dan βhidroksibutirat. Kelima asam amino tersebut disebut ketogenik. Kemampuannya membentuk senyawa keton terlihat pada penserita diabetes mellitus. Sejumlah 30

besar senyawa keton diproduksi oleh hati, tidak hanya dari asam lemak tetapi juga dari asam amino ketogenik. Asam amino yang dapat diubah menjadi piruvat, oksaloasetat, suksinat, dan α-ketoglutarat dapat diubah menjadi glukosa dan gliogen oleh lintas metabolisme. Golongan ini disebut asam amino glukogenik. Terdapat 2 asam amino yang bersifat glukogenik dan ketogenik, yaitu fenilalanin dan tirosin. Katabolisme lipid Ringkasan jumlah NADH, FADH2, dan ATP dalam tahap-tahap oksidasi asam lemak secara berurutan. Tahap yang berkaitan dengan NAD Tahap yang berkaitan dengan FAD ATP Asil-KoA dehidrogena se 7 14 3- Hidroksiasi l-KoA dehidroge nase 7 21 Isositrat dehidroge nase 8 24 Αketoglutar ar dehidroge nase 8 24 SuksinilKoA* sintetase 8 Suksinat dehidroge nase 8 16 Malat dehidroge nase 8 24 To tal ATP yang terbentuk 131

H. STUDI

KASUS

PENGATURAN

ENERGI

SELAMA

PUASA-------POST-ABSORBTIF Post absorbtif state merupakan masa dimana selama saluran pencernaan kosong dari nutrien, sehingga pasokan cadangan energi didalam tubuh mulai menipis akibat dari katabolisme energi. Oleh karena itu untuk menyuplai energi, kita dapatkan dari makanan yang kita makan, baik berupa karbohidrat, lemak, dan protein maupun sumber gizi lainnya. Untuk itu sebelum membahas kasus PUASA, ada peristiwa penting yang ada yaitu KENYANG. Berikut merupakan diagram translokasi energi ketika kenyang.

31

Selama makan, kita memasukkan karbohidrat, lemak, dan protein, yang kemudian dicerna dan diserap. Sebagian bahan makanan ini digunakan dalam jalur-jalur yang menghasilkan ATP, untuk memenuhi kebutuhan energi segera. Kelebihan konsumsi bahan bakar yang melebihi kebutuhan energi tubuh dibawa ke depot bahan bakar, tempat bahan tersebut disimpan. Suplai energi yang dibutuhkan tubuh diperoleh dari mekanisme anabolisme karbohidrat, lemak dan protein. Karbohidrat dan protein diabsorbsi tubuh ke dalam darah terutama dalam bentuk monosakarida dan asam amino. Hal ini dilakukan karena untuk mempermudah dan mempercepat absorbsi sari – sari makanan dalam tubuh. Bahan ini dicerna oleh α-amilase dalam air liur lalu oleh αamilase yang dihasilkan oleh pankreas yang bekerja di usus halus. Dalam keadaan kenyang maka insulin dilepaskan sehingga kadar glukagon turun.

32

Karbohidrat Karbohidrat dalam makanan dicerna menjadi monosakarida oleh enzim pencernaan. Monosakarida kemudian diserap oleh sel epitel usus dan dilepaskan ke dalam vena porta hepatika. Sesampainya di hati, sebagian glukosa dioksidasi dalam jalur-jalur yang menghasilkan ATP untuk memenuhi kebutuhan energi segera sel-sel hati. Sebagian lagi diubah menjadi glikogen dan triasilgliserol. Simpanan glikogen dalam hati mencapai maksimum sekitar 200-300 gram. Setelah simpanan glikogen mulai penuh, hati mengubah glukosa yang diterimanya menjadi triasilgliserol. Triasilgliserol dikemas bersama protein, fosfolipid, dan kolesterol dalam bentuk kompleks lipoprotein yang dikenal sebagai lipoprotein densitas sangat rendah (VLDL) yang kemudian disekresikan ke dalam aliran darah. Asam-asam lemak VLDL sebagian digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi sel, tetapi sebagian besar disimpan sebagai triasilgliserol di jaringan adiposa. Glukosa dari usus, yang tidak dimetabolisis oleh hati, akan mengalir di dalam darah menuju ke jaringan perifer, tempat glukosa tersebut mungkin dioksidasi untuk menghasilkan energi. Glukosa adalah bahan bakar yang dapat digunakan oleh semua jaringan. Banyak jaringan menyimpan glukosa dalam jumlah kecil dalam bentuk glikogen, terutama otot. Insulin sangat meningkatkan transpor glukosa ke dua jaringan yang memiliki massa terbesar di dalam tubuh yaitu jaringan otot dan adiposa. Efek insulin terhadap transpor glukosa ke jaringan lain rendah. Sedangkan lemak diabsorbsi dalam bentuk triasilgliserol ke pembuluh limfe. Untuk karbohidrat saat masa kenyang yang menjadi sumbaer utama adalah glukosa, sebagian diubah menjadi glikogen. Glikogen ini selanjutnya disimpan dalam otot dan hati. Namun, nasib triasilgliserol tidak disimpan dalam hati tetapi dikemas dalam protein, fosfolipid, dan kolesterol dalam bentuk kompleks lipoprotein yang dikenal sebagi lipoprotein densitas sangan rendah (very low density lipoprotein, VLDL) yang kemudian disekresikan dalam aliran darah.Di jaringan adiposa, glukosa diubah dan disimpan dalam bentuk asam lemak. 33

Sedangkan asam lemak ini dilepaskan dalam kapiler jaringan dan membentuk triasilgliserol dalam bentuk kilomikron. Sel darah merah memperoleh energi melalui proses ini. Glikolisisadalah pengubahan glukosa menjadi piruvat. Di dalam sel darah merah piruvat dapat di lepaskan secara langsung ke dalam darah atau diubah menjadi laktat. Energi dari glukosa yang digunakan dalam anabolisme dan ditranslokasikan ke jaringan diproses melalui glikolisis. Untuk asam amino, sebagian besar masuk kedalam sel dan digunakan untuk sintesis protein. Dalam keadaan kenyang asam amino yang dibebaskan dari pencernaan protein mengalir dari vena porta hepatika ke hati tempat asam amino tersebut digunakan untuk menghasilkan energy. Kelebihan asam amino diubah menjadi glukosa atau triasilgliserol yang dikemas dan disekresikan dalam VLDL. Glukosa yang dibentuk dari asam amino pada keadaan kenyang yang disimpan dalam glikogen atau dibebaskan ke dalam darah apabila kadar glukosa darah rendah. Asam amino yang melewati hati diubah menjadi protein di jaringan lain.

Asam – asam amino memperoleh energy dari siklus krebs, untuk itu asam amino mempunyai jalur tersendiri dalam memasuki siklus krebs. Metabolisme glukosa di jaringan lain di antaranya: 34

1. Otak dan jaringan saraf lain sangat bergantung pada glukosa untuk memenuhi kebutuhan energinya. Kecuali pada keadaan kelaparan, glukosa adalah satu-satunya bahan bakar utama yang dibutuhkan sebanyak 150 gram setiap hari. 2. Sel darah merah hanya dapat menggunakan glukosa sebagai bahan bakar karena sel ini tidak memiliki mitokondria. Glukosa mengalami glikolisis di dalam sitoplasma. Hasilnya yaitu piruvat dapat dilepaskan secara langsung ke dalam darah atau diubah menjadi laktat kemudikemudian dibebaskan. 3. Otot rangka yang sedang bekerja dapat menggunakan glukosa dari darah atau dari simpanan glikogennya sendiri, untuk diubah menjadi laktat melalui glikolisis atau menjadi CO2 dan H2O. Otot yang sedang bekerja juga menggunakan bahan bakar lain dari darah, misalnya asam lemak. Setelah makan, glukosa digunakan oleh otot untuk memulihkan simpanan glikogen yang berkurang selama otot bekerja. 4. Insulin merangsang penyaluran glukosa ke dalam sel-sel adiposa serta ke dalam sel-sel otot. Adiposit mengoksidasi glukosa untuk menghasilkan energi, dan sel-sel tersebut juga menggunakan glukosa sebagai sumber untuk membentuk gugus gliserol pada triasilgliserol yang mereka simpan Jalur Masuk Asam Amino ke Siklus Krebs

35

-

Jalur piruvat, Keluarga Asam Amino 3-C : Alanin, Serin, dan Sistein diubah menjadi Piruvat

-

Jalur Oksaloasetat, merupakan Keluarga 4-C : Aspartat dan Asparagin diubah menjadi Oksaloasetat

-

Jalur α-ketoglutarat, merupakan Keluarga 5-C : Beberapa asam amino diubah menjadi α-ketoglutarat melalui glutamate

-

Suksinil-KoA adalah tempat masuk untuk beberapa asam amino non polar

-

Jalur aseto-asetil-KoA

-

Jalur Fumarat.

Protein Protein dalam makanan dicerna menjadi asam-asam amino, yang kemudian diserap ke dalam darah. Asam amino mungkin mengalami oksidasi untuk menghasilkan energi atau digunakan oleh jaringan untuk biosintesis. Sebagian besar asam amino yang digunakan untuk biosintesis diubah menjadi protein; sisanya digunakan untuk membentuk bermacam-macam senyawa bernitrogen, misalnya sebagai neurotransmiter, hormon, hem, serta basa purin dan pirimidin. Lemak Triasilgliserol adalah lemak utama dalam makanan. Bahan ini dicerna menjadi asam-asam lemak dan 2-monoasilgliserol, yang disintesis ulang menjadi triasilgliserol di dalam sel epitel usus, kemudian dikemas dalam kilomikron, dan disekresikan melalui limfe ke dalam darah. Dalam keadaan kenyang, terbentuk dua jenis lipoprotein, kilomikron dan VLDL. Fungsi utama kedua lipoprotein ini adalah untuk mengangkut triasilgliserol dalam darah. Saat lipoprotein masuk ke dalam pembuluh darah di jaringan adiposa, triasilgliserol yang terdapat di dalamnya diuraikan menjadi asam lemak dan gliserol. Asam lemak masuk ke dalam sel adiposa dan bergabung dengan sebuah gugus gliserol yang dibentuk dari glukosa darah. Triasilgliserol yang terbentuk disimpan sebagai butirbutir lemak besar di dalam sel adiposa.

36

Setelah terbentuknya ATP tersebut kemudian ditranslokasikan ke jaringan – jaringan seuruh tubuh. ATP ini dimanfaatkan untuk segala aktivitas tubuh, misalnya berlari, bekerja, belajar dan lain sebagainya. Oleh karena itu, energi yang tersimpan tadi telah habis digunakan. Sehingga seseorang yang menghabiskan energinya akan terasa lapar.

KEADAAN LAPAR Dalam keadaan lapar metabolisme yang terjadi adalah katabolisme. Hal tersebut

dikarenakan

setelah

semua

nutrien

tercerna,

diabsorbsi

dan

didistribusikan maka akan mempengaruhi kadar gula darah turun. Keadaan ini jika dibiarkan terlalu lama maka orang yang kelaparan akan pingsan karena kekurangan suplai O2 ke otak. Oleh karena itu fasted-state bertujuan untuk mempertahankan konsentrasi glukosa dalan plasma didalam batas normal sehingga otak dan sel saraf tetap terpenuhi kebutuhannya. Berikut merupakan gambar metabolism pasca absorbtif

37

Kadar glukosa darah dipertahankan dengan cara glikogenolisis yaitu hidrolisis simpanan glikogen di hati dan otot rangka ; lipolisis yaitu katabolisme triasilgliserol menjadi gliserol dan asam lemak di jaringan adiposa. Sehingga gliserol yang sampai di hati akan diubah menjadi glukosa. Serta glukoneogenesis yaitu katabolisme protein menjadi gula. -

Pengaturan metabolisme karbohidrat dan lemak pasca absortif Glukosa merupakan bahan bakar utama untuk jaringan misalnya otak

dan susunan saraf, serta satu-satunya bahan bakar bagi sel darah merah. Kadar glukosa darah memuncak pada sekitar 1 jam setelah makan, dua jam setelah makan, kadar kembali ke rantang puasa (antara 80-100 mg/dL) seiring dengan oksidasi atau pengubahan glukosa menjadi bentuk simpanan bahan bakar oleh jaringan. Penurunan glukosa menyebabkan penurunan sekresi insulin. Hati merespon terhadap hal ini dengan memulai degradasi simpanan oksigen dan melepaskan glukosa dalam darah. Namun, apabila kita terus-terusan berpuasa selama 12 jam, kita masuk ke status basal yang juga dikenal sebagai keadaan pasca absorptif. Seseorang umumnya dianggap pada keadaan basal setelah berpuasa semalam. Untuk mempertahankan kadar glukosa darah, mekanisme kerja di dalam hati mulai berfungsi. Selama kelaparan rasio insulin/glukagon menurun. Sehingga glikogen dihati diuraikan untuk menghasilkan glukosa darah. Enzim dalam pengurain ini diaktifkan melalui fosforilasi cAMP. Glukagon tersebut merangsang adenilat siklase untuk membantuk cAMP sehingga dapat mengaktifkan protein kinase A. Protein kinase A ini kemudian melakukan fosforilasi trehadap fosforilasi kinaase lalu mengaktifkan glikogen fosforilase. Pada awalnya, simpanan glikogen diuraikan untuk memasok glukosa ke dalam darah, tetapi simpanan ini terbatas. Walaupun kadar glikogen hati dapat meningkat sampai 200-300 g setelah makan, hanya sekitar 80 g yang masih tersisia setelah puasa 1 malam. Hati memiliki mekanisme lain untuk menghasilkan glukosa darah. Proses ini yang dikenal sebagai glukoneogenesis yang menggunakan sumber-sumber karbon berupa laktat (glikolisis di dalam 38

sle darah merah), gliserol (lipolisis triasilgliserol adiposa), dan asam amino (pemecahan protein otot). Asam lemak tidak dapat menyediakan karbon untuk glukoneogenesis. Dari simpanan energi makanan triasilgliserol jaringan adiposa yang berjumlah besar, hanya sebagian kecil terutama gugus gliserol yang dapat digunakan untuk menghasilkan glukosa dalam darah. Dalam keadaan lapar, maka jalur metabolisme yang terjadi adalah glukoneogenesis. Hal ini terjadi akibat adanya enzim glukoneogenik yaitu fosfoenolpiruvat karboksikinase, fruktosa 1,6 bisfosfatase dan glukosa 6fosfatase diinduksi. Selama lapar fruktosa 1,6 bisfosfat aktif karena kadar fruktosa 2,6 bisfosfat rendah. pada masa ini mekanisme glikolisis inaktif karena kecepatan glikogenase rendah akibat inaktifan piruvat kinase. Setelah beberapa jam puasa glukoneogenesis mulai menambah glukosa yang dihasilkan glikogenolisis di hati. Bila puasa berlanjut, glukoneogenesis menjadi lebih penting sebagai sumber glukosa darah. Setelah sekitar 30 jam berpuasa, simpanan glikogen hati habis dan glukoneogenesis menjadi satusatunya sumber glukosa darah. Pasokan minimal glukosa mungkin diperlukan dalam jaringan ekstra hepatik untuk mempertahankan konsentrasi oksaloasetat dan bentukan siklus asam sitrat.

39

Selama keadaan lapar, kadar insulin turun dan kadar glukagon meningkat sehingga kadar cAMP didalam sel adiposa pun meningkat. Hal ini berakibat protein kinase diaktifkan dan menyebabkan fosforilasi lipase peka – hormon (HSL). Oleh karena itu enzim ini aktif dan memutuskan asm lemak dari triasil gliserol. Asam lemak yang dibebaskan dari jaringan adiposa, mengalir dalam darah dalam bentuk kompleks dengan albumin. Di dalam hati asam lemak dipindahkan ke dalam mitokondria karena asetil KoA inaktif, kadar malonil KoA rendah dan karnitin transferase 1 aktif. Oleh karena itu asetil KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta diubah menjadi badan keton. Pada saat puasa jangka panjang,/lapar jaringan adipose terus memecah simpanana triasilgliserolnya, menghasilkan asam lemak dan gliserol yang dilepaskan ke dalam darah. Asam-asam lemak ini berfungsi sebagai sumber energy utam abagi tubuh. Gliserol di ubah menjadi glukosa sementara asam lemak di oksidasi menjadi CO2 dan H2O oleh jaringan, misalnya otot. Di hati, 40

mereka diubah menjadi badan keton yang di oksidasi oleh jaringan termasuk otak. Peran Jaringan Adiposa Selama Puasa Triasilgliserol merupakan sumber utama energi selama puasa. Sewaktu kadar insulin menurun dan kadar glukagon darah meningkat, triasilgliserol adiposa dimobilisasi oleh suatu proses lipolisis. Pemecahannya menghasilkan gliserol dan asam lemak. Asam lemak berfungsi sebagia bahan bakar untuk jaringan misalnya otot, ginjal yang mengoksidasinya menjadi asetil koA dan kemudian menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Sebagian besar asam lemak masuk ke hati diubah menjadi benda keton. Benda keton ini dapat dioksidasi lebih lanjut oleh jaringan misalnya otot dan ginjal. Di jaringan tersebut asetoasetat dan beta-hidroksibutirat diubah menjadi asetil KoA dan kemudian menjadi CO2 dan H2O disertai pembentukan energi. Pada intinya kadar glukosa dipertahankan dalam rentang 80-100 mg/dL dan kadar asam lemak serta benda keton meningkat. Otot menggunakan asam lemak, benda keton, dan (sewaktu sedang olahraga dan saat pasokan masih ada) glukosa dari glikogen otot. Banyak jaringan yang menggunakan campuran asam lemak dan benda keton. Perubahan Metabolik Selama Puasa Jangka Panjang Apabila penggunaan bahan bakar yang terjadi selama puasa terus berlangsung untuk jangka lama, protein tubuh akan cepat dikonsumsi sampai suatu ketika fungsi kritis terganggu. Untungnya, perubahan metabolik yang terjadi selama puasa tidak menghabiskan protein otot. Setelah berpuasa 4 sampai 5 hari, otot mengurangi penggunaan benda keton dan terutama bergantung pada asamasam lemak untuk memasok energi. Namun, hati terus mengubah asam lemak menjadi benda keton. Hasilnya adalah bahwa konsentarsi benda keton dalam darah meningkat. Otak mulai menyerap benda keton dan mengoksidasinya menjadi,energi.

41

Glukosa tetap dibutuhkan sebagai sumber energi untuk sel darah merah dan otak terus menggunakan glukosa dalam jangka waktu terbatas. Glukosa tersebut dioksidasi menjadi energi dan digunakan sebagai sumber karbon untuk sintesis neurotransmitter. Namun, glukosa tetap dihemat penggunaannya sehingga hati lebih sedikit menghasilkan glukosa selama puasa jangka panjang dibandingkan selama puasa singkat. Karena simpanan glikogen dalam hati habis dengan puasa sekitar 30 jam, glukoneogenesis adalah satu-satunya proses yang digunakan hati untuk memasok glukosa ke dalam darah. Asam amino yang dihasilkan oleh penguraian protein otot terus berfungsi sebagai sumber utama karbon untuk glukoneogenesis. Namun, karena kecepatan glukoneogenesis menurun selama puasa jangka panjang, protein otot juga dihemat, yakni tidak banyak protein otot yang digunakna untuk proses glukoneogenesis. Akibatnya, karena produksi glukosa menurun, produksi urea juga berkurang selama puasa jangka panjang dibandingkan dengan produksi pada puasa singkat. Besarnya jumlah jaringan adiposa dalam tubuh kita menjadi penentu utama seberapa lama kita dapat berpuasa, karena jaringan adiposa merupakan pasokan energi utama bagi tubuh. Namun, glukosa masih digunakan dalam tingkat waktu tertentu bahkan selama puasa jangka panjang. Hal ini menyebabkan kematian walaupun kita mengalami berbagai masalah, misalnya kehabisan bahan bakar, protein menjadi sangat kurang sehingga jantung, ginjal dan jaringan vital lainnnya berhenti berfungsi, atau kita terserang infeksi segingga tidak cukup mengadakan respon imun.

Pengaturan Metabolisme Protein Pasca absorbtif

42

Selama lapar asam amino dihasilkan dari pemecahan protein di otot. Sebagian langsung masuk ke darah, sebagian lain mengalami oksidasi parsial dan diubah menjadi alanin dan glutamin, yang kemudian masuk ke dalam darah. Di ginjal, glutamin memebebasakan amoniak ke dalam urine dan diubah menjadi alanin dan serin. Di sel usus, glutamin diubah menjadi alanin. Alanin (asam amino glukoneogenik utama) dan asam amino lain masuk ke dalam hati. Di hati, nitrogen pada asam-asam amino tersebut diubah menjadi urea yang kemudian disekresikan ke dalam urin, sedangkan karbon pada asam-asam amino tersebut diubah menjadi glukosa dan badan keton, yang dioksidasi oleh berbagai jaringan untuk menhasilkan energi. Protein dalam sel otot akan dihidrolisis menjadi asam amino-asam amino. Asam amino ini akan mengalami transaminase, pemindahan gugus amino ke α ketoglutarat menghasilkan glutamate dan asam α keto. Glutamat ini nantinya akan bereaksi dengan piruvat hasil glikolisis di sel otot. Reaksi antara glutamat dan piruvat menghasilkan alanin yang dapat diedarkan melalui darah karena alanin

43

bersifat netral. Setelah itu alanin ini mengalami reaksi kembali di hati. Alanin di hati akan bereaksi dengan α ketoglutarat menghasilkan glutamate dan piruvat. Glutamate ini akan mengalami deaminsai menghasilkan α ketoglutarat dan NH4 + . NH4 + di hati dan masuk ke siklus urea menghasilkan urea. Urea ini akan dibawa oleh darah ke ginjal dan di ginjal di ubah menjadi urin. αketoglutarat hasil dari deaminsai tadi akan digunakan kembali dalam proses transaminasi alanin selanjutnya. Piruvat hasil transaminasi alanin selanjutnya diubah menjadi glukosa dan dapat digunakan olek jaringan lain untuk mengasilkan energy. Kelaparan dalam jangka waktu yang cukup lama akan menyebabkan protein semakin berkurang persediaannya sehingga penguraian protein menurun dan mengakibatkan produksi urea oleh hati juga menurun. PENGATURAN

METABOLISME

KARBOHIDRAT

DAN

LEMAK

SELAMA PUASA1 1. Mekanisme di Hati yang Berfungsi Mempertahankan Kadar Glukosa Darah Selama puasa, rasio insulin/glukagon menurun. Glikogen hati diurai untuk menghasilkan glukosa darah. Enzim untuk penguraian glikogen diaktifkan melalui fosforilasi yang diarahkan oleh cAMP. Glukagon merangsang adenilat siklase untuk membentuk cAMP, yang kemudian mengaktifkan protein kinase A. Protein kinase A melakukan fosforilasi terhadap fosforilasi kinase, yang kemudian melakukan fosforilasi dan mengaktifkan glikogen fosforilase. Protein kinase A juga memfosforilasikan glikogen sintase. Tetapi, enzim tersebut menjadi inaktif. 2. Mekanisme yang mempengaruhi lipolisis di jaringan adiposa Selama puasa, sewaktu kadar insulin darah turun dan kadar glukagon meningkat, kadar cAMP di dalam sel adiposa meningkat. Akibatnya, protein kinase A diaktifkan dan menyebabkan fosforilasi lipase peka hormon. Enzim

44

bentuk terfosforilasi ini menjadi aktif dan memutuskan asam lemak dari triasilgliserol. 3. Mekanisme yang mempengaruhi pembentukan badan keton oleh hati Setelah dibebaskan dari jaringan adiposa selama puasa, asam lemak mengalir dalam darah dalam bentuk kompleks dengan albumin. Asam lemak ini dioksidasi oleh berbagai jaringan, terutama otot. Di hati, asam lemak dipindahkan ke dalam mitokondria karena asetil KoA karboksilase inaktif, kadar malonil KoA rendah, dan CPTI aktif. Asetil KoA, yang dihasilkan oleh oksidasi-β, diubah menjadi badan keton. SIKLUS ASAM SITRAT 1,3 Siklus ini merupakan tahap akhir dari proses metabolisme energi glukosa. Proses konversi yang terjadi pada siklus asam sitrat berlangsung secara aerobik di dalam mitokondria dengan bantuan 8 jenis enzim. Inti dari proses yang terjadi pada siklus ini adalah untuk mengubah 2 atom karbon yang terikat di dalam molekul Acetyl-CoA menjadi 2 molekul karbondioksida (CO2), membebaskan koenzim A serta memindahkan energi yang dihasilkan pada siklus ini ke dalam senyawa NADH, FADH dan GTP. Selain menghasilkan CO2 dan GTP, dari persamaan reaksi dapat terlihat bahwa satu putaran Siklus Asam Sitrat juga akan menghasilkan molekul NADH & molekul FADH . Untuk melanjutkan proses metabolisme energi, kedua molekul ini kemudian akan diproses kembali secara aerobik di dalam membran sel mitokondria melalui proses Rantai Transpor Elektron untuk menghasilkan produk akhir berupa ATP dan air (H2O). Molekul Acetyl CoA yang merupakan produk akhir dari proses konversi Pyruvate kemudian akan masuk kedalam Siklus Asam Sitrat. Secara sederhana persamaan reaksi untuk 1 Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) dapat dituliskan : Acetyl-CoA + oxaloacetate + 3 NAD + GDP + Pi +FAD --> oxaloacetate + 2 CO + FADH + 3 NADH + 3 H + GTP

45

Reaksi Anapleorotik Agar siklus asam trikarboksilat terus berputar, jaringan harus menyediakan zat antara 4-karbon yang cukup untuk mengganti keluarnya zat tersebut ke jalur lain, misalnya glukoneogenesis atau sintesis asam lemak. Di setiap jaringan, jalur metabolic bersilangan dnegan siklus asam trikarboksilat dan menyebabkan keluarnya zat antara dari siklus, misalnya sitrat dan malat. Di jaringan saraf, alpha ketoglutarat diubah menjadi glutamate kemudian menjadi GABA. Di hati suksinil KoA dikeluarkan untuk sintesis hem. Oksaloasetat selalu mengalami regenerasi di dalam siklus tersebut. Reaksi yang menyediakan zat antara 4-karbon kepada sikluas asam trikarboksilat adalah reaksi anapleorotik atau filling up. Salah satu reaksi anapleorotik utama adalah perubahan piruvat dan CO2 menjadi oksaloasetat dan piruvat karboksilase. Enzim ini mengandung biotin. Piruvat karboksilase banyak ditemukan di hati dan jaringan saraf karena jaringanjaringan ini selalu memiliki efluks zat antara yang konstan. Selain itu, piruvat dehidrogenase ini juga merupakan bagian dari glukoneogenik yang mampu mengubah alanin dan laktat menjadi glukosa.

46

BAB III PENUTUP A. Kesimpulan Selama makan, kita memasukkan karbohidrat, lemak, dan protein yang kemudian dicerna dan diserap. Sebagian bahan makanan ini digunakan dalam jalur-jalur yang menghasilkan ATP, untuk memenuhi kebutuhan energi segera. Kelebihan konsumsi bahan bakar yang melebihi kebutuhan energi tubuh dibawa ke depot bahan bakar, tempat bahan tersebut disimpan. Selama periode dari permulaan absorpsi sampai absorpsi selesai, kita berada dalam keadaan kenyang atau keadaan absortif. Karbohidrat dalam makanan dicerna menjadi monosakarida, yang kemudian diserap masuk ke dalam aliran darah. Monosakarida utama dalam darah adalah glukosa. Setiap kali setelah makan, glukosa dioksidasi oleh berbagai jaringan untuk membentuk energi dan disimpan sebagai glikogen, terutama di hati dan otot. Hati juga mengubah glukosa menjadi triasilgliserol, yang kemudian dikemas sebagai lipoprotein densitas sangat rendah (VLDL) dan dilepaskan ke dalam darah. Asam-asam lemak VLDL sebagian digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi sel, tetapi sebagian besar disimpan sebagai triasilgliserol di jaringan adiposa. Protein dalam makanan dicerna menadi asam-asam amino, yang kemudian diserap ke dalam darah. Asam amino mungkin mengalami oksidasi untuk menghasilkan atau digunakan oleh jaringan untuk biosintesis. Sebagian asam amino yang digunakan untuk biosintesis diubah menjadi protein, sisanya digunakan untuk membentuk bermacammacam senyawa bernitrogen, misalnya sebagai neurotransmitter, hormone, hem, serta basa purin dan pirimidin pada DNA dan RNA. Triasilgliserol adalah lemak utama dalam makanan. Bahan ini dicerna menjadi asam-asam lemak dan 2-monoasilgliserol yang disintesis ulang menjadi triasilgliserol di dalam sel epitel usus, kemudian dikemas dalam kilomikron, dan disekresikan melalui limfe ke dalam darah. Asamasam lemak kilomikron dapat mengalami oksidasi untuk membentuk energi di berbagai 47

jaringan, tetapi sebagian besar disimpan sebagai triasilgliserol dalam sel-sel adiposa.

B. Saran Menyadari bahwa kami masih jauh dari kata sempurna, kedepannya kami akan lebih fokus dan details dalam menjelaskan tentang makalah di atas dengan sumber - sumber yang lebih banyak yang tentunya dapat di pertanggung jawabkan. Untuk saran bisa berisi kritik atau saran terhadap penulisan juga bisa untuk menanggapi terhadap kesimpulan dari bahasan makalah yang telah di jelaskan.

Daftar Pustaka -

L.Lehninger,

Albert.1982.Dasar-Dasar

Biokimia.Jakarta:Erlangga.

Diterjemahkan oleh Dr.Ir.Thenawidjaja.Bogor:Institut Pertanian Bogor -

Murray,Robert K,dkk.2003.Biokimia Harper.Jakarta:EGC. 48

-

Smith,Collen M.,dkk.2000.Biokimia Kedokteran Dasar.Jakarta:EGC.

-

Wirahadikusumah,Muhammad.1985.Biokimia Karbohidrat, dan Lipid.Bandung:ITB Press.

49

Metabolisme

Energi,