Post on 05-Dec-2015
description
Proses Metabolisme Karbohidrat dan Lemak serta Hormon yang Berperan
Ryan Samuel Pierre Palenewen
Mahasiswa Fakultas Kedokteran UKRIDA
PENDAHULUAN
Pada kehidupan sehari hari kita membutuhkan energy yang diperoleh dari makanan, yang harus diolah oleh
tubuh. Tubuh kita memiliki ragam cara untuk mengolah makanan yang kita makan menjadi energy bagi
tubuh kita. Sumber energy paling utama diambil dari karbohidrat (glukosa). Dari karbohidrat akan
dimetabolisme menjadi energy bebas melalui proses katabolisme dan anabolisme hingga menjadi ATP.
Digunakan kembali untuk member asupan energy untuk tubuh kita dalam beraktifitas, dan peristiwa ini
berlangsung dalam siklus alami yang sudah diatur oleh masing – masing organ.
Skenario
Seorang perempuan berumur 45 tahun bertubuh gemuk, datang ke puskesmas dengan keluhan
akhir-akhir ini sering kencing terutama pada malam hari sehingga tidurnya terganggu. Oleh dokter
diminta periksa kadar gula darah dan urin. Hasilnya adalah peningkatan kadar gula darah diatas
normal dan ada glukosa dalam urin. Dokter menyarankan untuk mengurangi berat badan dengan
mengurangi makan karbohidrat. Pasien bertanya apa hubungan gemuk dengan gula darah dalam
darah naik? Diterangkan bahwa yang mengatur kadar gula darah terutama hormon insulin yang
dihasilkan oleh pankreas.
Rumusan Masalah
Seorang perempuan 45 tahun bertubuh gemuk dengan keluhan sering kencing terutama pada
malam hari, gula darah tinggi dan mengandung glukosa pada urin.
Sasaran Pembelajaran
1. Histologi pankreas, otot, jaringan adiposa dan hati
2. Metabolisme karbohidrat
3. Metabolisme lemak
4. Hormon yang berperan
5. Gizi seimbang
6. Metabolisme benda keton
Struktur Mikroskopis
Pankreas adalah kelenjar campuran eksokrin-endokrin yang menghasilkan enzim pencernaan
dan hormone. Enzim ditimbun dan dilepaskan oleh sel dari bagian eksokrin, yang tersusun
dalam asini. Hormone disintesis oleh kelompok sel epitel endoktrin, yang dikenal sebagai
pulau Langerhans. Asinus eksokrin pancreas terdiri atas beberapa sel serosa yang
mengelilingi lumen. Sel-sel ini sangat terpolarisasi, dengan inti bulat dan khas untuk sel
penghasil protein.
Pancreas ditutupi suatu simpai jaringan ikat tipis yang menjulurkan septa ke dalamnya, dan
memisahkan lobulus pankreas. Asinus dikelilingi suatu lamina basal yang ditunjang selubung
serat-serat retikulin halus. Pancreas juga memiliki jaringan kapiler luas, yang penting untuk
proses sekresi.1
a. Bagian Eksokrin
Pancreas dapat digolongkan sebagai kelenjar besar, berlobulus, tubuloasinosa kompleks.
Asinus.
Asinus berbentuk tubular, dikelilingi lamina basal dan terdiri atas 5-8 sel berbentuk piramid
yang tersusun mengelilingi lumen sempit. Tidak terdapat sel mioepitel. Di antara asini,
terdapat jaringan ikat halus mengandung pembuluh darah, pembuluh limf, saraf dan saluran
keluar. Sebuah asinus pancreas terdiri dari sel-sel zimogen (penghasil protein). Ductus
ekskretorius meluas ke dalam setiap asinus dan tampak sebagai sel sentroasinar yang terpulas
pucat di dalam lumennya. Produksi sekresi asini dikeluarkan melalui ductus interkalaris
(intralobular) yang kemudian berlanjut sebagai ductus interlobular.1
b. Bagian Endokrin
Bagian endokrin pancreas, yaitu Pulau Langerhans, tersebar di seluruh pancreas dan tampak
sebagai massa bundar, tidak teratur, terdiri atas sel pucat dengan banyak pembuluh darah.
Pulau ini dipisahkan oleh jaringan retikular tipis dari jaringan eksokrin di sekitarnya dengan
sedikit serat-serat retikulin di dalam pulau.
Terdapat beberapa kelenjar:
-kelenjar sekretorius terdapat pada daerah intralobularis
-kelenjar eksretorius terdapat pada daerah interlobularis
-kelenjar pars terminalis asinus pancreas dengan sel sentroasiner
Dengan cara pulasan khusus dapat dibedakan menjadi:
1. Sel £ = penghasil glukagon
Terletak di tepi pulau.
Mengandung gelembung sekretoris dengan ukuran 250nm.
Batas inti kadang tidak teratur.
2. Sel ß = penghasil insulin
Terletak di bagian lebih dalam atau lebih di pusat pulau.
Mengandung kristaloid romboid atau poligonal di tengah.
Mitokondria kecil bundar dan banyak.
3. Sel D = penghasil somatostatin
Terletak di bagian mana saja dari pulau, umumnya berdekatan dengan sel A.
Mengandung gelembung sekretoris ukuran 300-350 nm dengan granula homogen.
4. Sel C
Terlihat pucat, umumnya tidak bergranula dan terletak di tengah di antara sel B.
Fungsinya tidak diketahui.
Fisiologi Pankreas
Pankreas adalah suatu organ yang terdiri dari jaringan endokrin dan eksokrin. Bagian
eksokrin pankreas mengeluarkan larutan basa encer dan enzim – enzim pencernaan melalui
ductus pankreaticus ke dalam lumen saluran pencernaan. Di antara sel sel eksokrin pankreas
tersebar kelompok – kelompok atau pulau – pulau, sel endokrin yang juga dikenal dengan
Pulau – Pulau Pankreas. Jenis sel endokrin pankreas yang paling banyak dijumpai adalah sel
ß (beta), tempat sintesis dan sekresi insulin. Yang juga penting adalah sel £ (alfa), yang
menghasilkan glukagon. Sel D (delta), tempat sintesis somatostatin, sedangkan sel endokrin
yang paling jarang, sel PP, mengeluarkan polipeptida pankreas. Hormon pankreas yang
paling penting untuk mengatur metabolisme bahan bakar adalah insulin dan glukagon.
Hormon lain yang ikut berperan dalam metabolisme energi adalah epinefrin, cortisol, dan
growth hormone).
Insulin mempunyai efek yang penting bagi metabolisme karbohidrat, lemak dan protein.
Insulin menurunkan kadar glukosa, asam lemak, dan asam amino dalam darah dan membantu
dalam penyimpanan. Saat molekul tersebut masuk ke dalam darah selama masa absorbsi,
insulin mengatur penyerapan sel dan perubahan menjadi glikogen, trigliseral, dan protein.2
Pengaturan keseimbangan gula darah adalah aktifitas penkreas yang penting. Pengaturan
konsentrasi glukosa dibagi menjadi beberapa cara: penyerapan glukosa dari GIT, transport
glukosa ke sel, produksi glukosa hati, sekresi glukosa di urine.
Somatostatin berperan sebagai hormone yang menghambat system digestive dalam beberapa
cara, antara lain adalah menghambat pencernaan nutrisi dan menghambat penyerapan nutrisi.
Somatostatin disekresikan melalui sel D melalui respon langsung dari kenaikan gula darah
dan asam amino dalam absorbsi makanan.
Fungsi Pankreas
1. Sekresi endokrin menghasilkan hormon insulin dan glukagon yang kemudian dialirkan ke
darah.
2. Sekresi eksokrin menhasilkan enzim – enzim yang kemudian masuk ke duodenum.
Insulin
Insulin menghasilkan empat efek yang menurunkan kadar gula darah dan penyimpanan
karbohidrat:
1. Insulin mempermudah masuknya glukosa ke dalam sebagian sel. Molekul glukosa
tidak mudah menembus membran sel tanya adanya insulin. Dengan demikian,
sebagian besar jaringan sangat bergantung pada insulin untuk menyerap glukosa dari
darah dan menggunakannya. Insulin meningkatkan mekanisme difusi terfasilitasi
(dengan perantaraan pembawa) glukosa ke dalam sel – sel tergantung insulin tersebut
melalui fenomena transporter recruitment. Glukosa dapat masuk ke dalam sel hanya
melalui pembawa di membran plasma yang dikenal sebagai glucose transporter
(pengangkutan glukosa). Sel – sel tergantung insulin memiliki simpanan pengangkut
glukosa intrasel. Pengangkut – pengangkut tersebut diinsersikan ke dalam membran
plasma sebagai respons terhadap peningkatan sekresi insulin sehingga terjadi
peningkatan pengangkutan glukosa ke dalam sel. Apabila sekresi insulin berkurang,
pengangkut – pengangkut tersebut sebagian ditarik dari membran sel dan
dikembalikan ke simpanan sel. Beberapa jaringan yang tidak begantung pada insulin
untuk menyerap glukosa dalah otak, otot yang aktif dan hati.1
2. Insulin merangsang glikogenesis, pembentukkan glikogen dari glukosa baik di otot
maupun di hati.
3. Insulin menghambat glikogenolisis, penguraian glikogen menjadi glukosa. Dengan
menghambat pengeluaran glikogen, insulin meningkatkan penyimpanan karbohidrat
dan menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati.
4. Insulin menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati dengan menghambat
glukogenesis, perubahan asam amino menjadi glukosa di hati. Insulin melakukan hal
ini melalui dua cara yaitu dengan menurunkan jumlah asam amino di dalam darah
yang tersedia bagi hati untuk glukogenogenesis dan menghambat enzim – enzim hati
yang diperlukan untuk mengubah asam amino menjadi glukosa.2
Insulin adalah satu – satunya hormon yang mampu menurunkan kadar glukosa darah.
Kerja insulin terhadap penurunan kadar lemak darah dan penyimpanan trigliserida terdiri
dari:3
1. Membentuk jalan masuk asam lemak dari darah ke sel jaringan adipose.
2. Meningkatkan transport glukosa ke sel jaringan adipose. Glukosa merupakan
precursor dari pembentukan asam lemak dan gliserol, yang merupakan komponen
utama dalam sintesis trigliserida.
3. Mengaktifkan reaksi kimia yang sangat membutuhkan asam lemak dan glukosa
dalam pembentukan trigliseral.
4. Menghambat lipolisis, mengurangi pengeluaran asam lemak dari jaringan adipose
ke darah.
Secara garis besar, kerja dari insulin adalah pengambilan asam lemak dan glukosa dari darah
dan menyimpannya dalam bentuk trigliserida.
Insulin menurunkan kadar asam amino dalam darah dan mengaktifkan sintesis protein
melalui beberapa cara:
1. Insulin mempromosikan transport aktif asam amino dari darah ke otot dan
jaringan lain.
2. Meningkatkan penggabungan asam amino menjadi protein dengan menstimulasi
mekanisme sintesis protein di sel.
3. Menghambat degradasi protein.
Secara garis besar insulin berfungsi sebagai efek sintesis protein. Mekanisme kerja / sifat
insulin adalah meningkatkan pemasukkan glukosa melalui membran sel otot rangka, otot
polos dan otot jantung serta tidak pada sel epitel usus, tubulus ginjal, dan jaringan saraf
( kecuali daerah tertentu di hipotalamus ).
Hormon – Hormon pada Pankreas
Glukagon
Glukagon mempengaruhi beberapa proses metabolisme yang sama dengan insulin, namun
dalam beberapa kasus kerja dari glucagon berlawanan dengan kerja dari insulin. Tempat
utama dari kerja glucagon adalah di hati, dimana glucagon menghasilkan beberapa efek
terhadap metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Inti dari efek glucagon terhadap
metabolisme karbohidrat adalah meningkatkan produksi glukosa hati dan meningkatkan
pengeluaran dan kadar gula darah. Glucagon menghasilkan efek hiperglikemik dengan
meningkatkan sintesis glikogen, membantu glikogenolisis, dan menstimulus glikoneogenesis.
Glukagon membantu produksi keton hati dengan membantu perubahan asam lemak menjadi
badan keton. Kadar asam lemak dan keton darah meningkat karena kerja dari glucagon.
Glukagon menghambat sintesis protein hati dan membantu pemecahan protein hati.
Glukagon juga membantu katabolisme protein dalam hati, namun tidak mempengaruhi kadar
asam amino dalam darah karena tempat utama penyimpanan asam amino di otot.2
Epinefrin, cortisol, hormon pertumbuhan dan hormon tiroid juga memiliki efek
metabolik.
Hormone stress, epinefrin dan cortisol, keduanya meningkatkan kadar gula dan asam lemak
darah melalui beberapa efek metabolisme. Sebagai tambahan, cortisol mengerahkan asam
amino melalui katabolisme protein. Selama masa kelaparan yang panjang, cortisol juga
membantu menjaga konsentrasi kadar gula darah. Growth hormone mempunyai efek
anabolisme protein di otot. GH dapat meningkatkan kadar gula dan asam lemak darah. Tidur
nynyak, stress, olahraga, dan hipoglikemia dapat menstimulus sekresi GH, untuk
menyediakan asam lemak sebagai energy dan glukosa untuk otak. GH seperti kortisol,
mengatur kadar gula darah saat kelaparan. Walaupun hormone tiroid meningkatkan ukuran
metabolisme dan aksi anabolisme, katabolisme, perubahan dalam sekresi hormone tiroid
tidak berpengaruh dalam pengaturan homeostasis. Alasannya control dari hormone tiroid
tidak secara langsung berpengaruh dalam menjaga kadar nutrisi darah. Kedua, pengaruh dari
hormone tiroid terlalu lambat dibanding pengaturan yang cepat oleh pengatur kadar nutrisi
darah yang normal.
Metabolisme
Jalur metabolisme dibagi menjadi 3:4
1. Katabolik : Untuk proses pemecahan molekul besar, oksidasi, ekivalen pereduksi, dan
terutama produksi ATP, bersifat eksotermik
2. Anabolik : terlibat dalam proses sintesis senyawa kompleks dari prekurosr nya ( misal
Asam Amino menjadi Protein ), bersifat endotermik
3. Amfibolik : Terjadi di persilangan metabolisme yang menghubungkan jalur Katabolik
dan Anabolik. Misal : Siklus Asam Sitrat
Metabolisme berjalan normal bila : Tubuh dapat beradaptasi saat lapar, latihan fisik,
kehamilan, dan laktasi. Abnormal misal karena defisiensi nutrisi, enzim, sekresi hormonal
pengatur metabolisme tidak normal, efek racun / obat.
Metabolisme Karbohidrat
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. Sifat diet atau makanan menentukan pola dasar
metabolisme di dalam tubuh. Mamalia, termasuk manusia harus memproses hasil penyerapan
produk-produk pencernaan karbohidrat, lipid dan protein dari makanan. 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.4
Ilustrasi skematis dari lintasan metabolik dasar4
Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolisme
maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis,
glikogenolisis serta glukoneogenesis.
Katabolisme
Pencernaan dan absorpsi
2CO2
ATP2HSiklus asam
sitrat
Asetil KoA
Asam lemak + gliserol
Asam aminoGula sederhana (terutama glukosa)
LipidProteinKarbohidrat
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 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.
Glikolisis
Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses
pemecahan glukosa menjadi:3
1. Asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)
2. Asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)
Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan
selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Selain itu
glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.
Glukosa + 2ADP +2Pi 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O
Lintasan detail glikolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4
Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:
Laktat +2ATP +2H2O
Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:
hasil tingkat substrat :+ 4P
hasil oksidasi respirasi :+ 6P
jumlah :+10P
dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P + 8P
Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:
hasil tingkat substrat :+ 4P
hasil oksidasi respirasi :+ 0P
jumlah :+ 4P
dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P + 2P
Oksidasi Piruvat
Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang
terjadi di dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda
yang bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan dengan
membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat
dehidrogenase dan analog dengan kompleks -keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam
sitrat.
Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga
merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa
non karbohidrat menjadi karbohidrat.
Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:4
1. Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi
derivate hidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks
enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO2.
2. Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu
kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil
lipoamid, selanjutnya TDP lepas.
3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil
KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.
4. Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang
mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya
flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD+, yang akhirnya memindahkan
ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.
Piruvat + NAD+ + KoA Asetil KoA + NADH + H+ + CO2
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.
Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat,
Lintasan oksidasi piruvat (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4
lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir
menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut.
Siklus asam sitrat sebagai jalur bersama metabolisme karbohidrat, lipid dan protein
(dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4
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.
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.5
Lintasan detail Siklus Kreb’s (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4
Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat
Pada proses oksidasi yang dikatalisir enzim dehidrogenase, 3 molekul NADH dan 1 FADH2 akan
dihasilkan untuk setiap molekul asetil-KoA yang dikatabolisir dalam siklus asam sitrat. Dalam hal ini
sejumlah ekuivalen pereduksi akan dipindahkan ke rantai respirasi dalam membrane interna
mitokondria (lihat kembali gambar tentang siklus ini).
Selama melintasi rantai respirasi tersebut, ekuivalen pereduksi NADH menghasilkan 3 ikatan fosfat
berenergi tinggi melalui esterifikasi ADP menjadi ATP dalam proses fosforilasi oksidatif. Namun
demikian FADH2 hanya menghasilkan 2 ikatan fosfat berenergi tinggi. Fosfat berenergi tinggi
selanjutnya akan dihasilkan pada tingkat siklus itu sendiri (pada tingkat substrat) pada saat suksinil
KoA diubah menjadi suksinat.3
Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah:
1. Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P = 9P
2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P = 2P
3. Pada tingkat substrat = 1P
Jumlah = 12P
Satu siklus Kreb’s akan menghasilkan energi 3P + 3P + 1P + 2P + 3P = 12P.
Kalau kita hubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan dapat kita hitung
bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian
sebagai berikut:
1. Glikolisis : 8P
2. Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P
3. Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P
Jumlah : 38P
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.
Lintasan glikogenesis dan glikogenolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4
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 14 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 16.6
(C6)n + Pi (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat
Glikogen Glikogen
Glukosa transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu cabang
ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 16 terpajan. Hidrolisis ikatan 16
memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan
pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung.
Glukoneogenesis
Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah
menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak 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.
Metabolisme Lipid
Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan gliserol. Jika
sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami esterifikasi yaitu
membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan energi jangka panjang. Jika
sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi, baik asam
lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida jaringan. Proses pemecahan
trigliserida ini dinamakan lipolisis.
Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. Selanjutnya
sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil KoA dari jalur inipun
akan masuk ke dalam siklus asam sitrat sehingga dihasilkan energi. Di sisi lain, jika kebutuhan energi
sudah mencukupi, asetil KoA dapat mengalami lipogenesis menjadi asam lemak dan selanjutnya
dapat disimpan sebagai trigliserida.
Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami kolesterogenesis
menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis membentuk steroid. Asetil
KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi menghasilkan badan-badan keton (aseto
asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat
menyebabkan gangguan keseimbangan asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik. Keadaan ini
dapat menyebabkan kematian.6
Ikhtisar metabolisme lipid4
+ ATP
H2O
CO2
ATP
Siklus asam sitrat
Oksidasi betaLipogenesis
LipolisisEsterifikasi
Asetil-KoA
Trigliserida
Asam lemak
Protein
Karbohidrat
Lipid
Diet
Ketogenesis
Kolesterogenesis
Steroidogenesis
Steroid
Asetonhidroksi butirat
Aseto asetat
KolesterolGliserol
Metabolisme gliserol
Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. Gliserol ini
selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap awal, gliserol
mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat. Selanjutnya senyawa ini masuk
ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk antara dalam jalur
glikolisis.
Reaksi-reaksi kimia dalam metabolisme gliserol
Oksidasi asam lemak (oksidasi beta)
Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan oksidasi
beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan terlebih dahulu
menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak diaktifkan dengan dikatalisir
oleh enzim asil-KoA sintetase (Tiokinase).
Aktivasi asam lemak menjadi asil KoA
Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang.
Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut:
Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim
tiokinase.
Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil
transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin.
Setelah menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna
mitokondria.
Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang
bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar.
Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan
dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna
mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan.
Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses
oksidasi beta.
Dalam oksidasi beta, asam lemak masuk ke dalam rangkaian siklus dengan 5 tahapan proses
dan pada setiap proses, diangkat 2 atom C dengan hasil akhir berupa asetil KoA. Selanjutnya
asetil KoA masuk ke dalam siklus asam sitrat. Dalam proses oksidasi ini, karbon asam lemakβ
dioksidasi menjadi keton.6
Aktivasi asam lemak, oksidasi beta dan siklus asam sitrat
Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu menjadi
asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. (-2P)
Setelah berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan sebagai
berikut:4
1. Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai
respirasi dengan menghasilkan energi 2P (+2P)
2. delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA
3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi
rantai respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P)
4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA
yang telah kehilangan 2 atom C.
Dalam satu oksidasi beta dihasilkan energi 2P dan 3P sehingga total energi satu kali oksidasi
beta adalah 5P. Karena pada umumnya asam lemak memiliki banyak atom C, maka asil-KoA
yang masih ada akan mengalami oksidasi beta kembali dan kehilangan lagi 2 atom C karena
membentuk asetil KoA. Demikian seterusnya hingga hasil yang terakhir adalah 2 asetil-KoA.
Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat.
Penghitungan energi hasil metabolisme lipid
Dari uraian di atas kita bisa menghitung energi yang dihasilkan oleh oksidasi beta suatu asam
lemak. Misalnya tersedia sebuah asam lemak dengan 10 atom C, maka kita memerlukan energi
2 ATP untuk aktivasi, dan energi yang di hasilkan oleh oksidasi beta adalah 10 dibagi 2
dikurangi 1, yaitu 4 kali oksidasi beta, berarti hasilnya adalah 4 x 5 = 20 ATP. Karena asam
lemak memiliki 10 atom C, maka asetil-KoA yang terbentuk adalah 5 buah.
Setiap asetil-KoA akan masuk ke dalam siklus Kreb’s yang masing-masing akan menghasilkan
12 ATP, sehingga totalnya adalah 5 X 12 ATP = 60 ATP. Dengan demikian sebuah asam lemak
dengan 10 atom C, akan dimetabolisir dengan hasil -2 ATP (untuk aktivasi) + 20 ATP (hasil
oksidasi beta) + 60 ATP (hasil siklus Kreb’s) = 78 ATP.
Sebagian dari asetil-KoA akan berubah menjadi asetoasetat, selanjutnya asetoasetat berubah
menjadi hidroksi butirat dan aseton. Aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton dikenal sebagai
badan-badan keton. Proses perubahan asetil-KoA menjadi benda-benda keton dinamakan
ketogenesis.
Sebagian dari asetil KoA dapat diubah menjadi kolesterol (prosesnya dinamakan
kolesterogenesis) yang selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan untuk disintesis menjadi
steroid (prosesnya dinamakan steroidogenesis).
Sintesis asam lemak
Makanan bukan satu-satunya sumber lemak kita. Semua organisme dapat men-sintesis asam
lemak sebagai cadangan energi jangka panjang dan sebagai penyusun struktur membran. Pada
manusia, kelebihan asetil KoA dikonversi menjadi ester asam lemak. Sintesis asam lemak sesuai
dengan degradasinya (oksidasi beta).
Sintesis asam lemak terjadi di dalam sitoplasma. ACP (acyl carrier protein) digunakan selama
sintesis sebagai titik pengikatan. Semua sintesis terjadi di dalam kompleks multi enzim-fatty
acid synthase. NADPH digunakan untuk sintesis.
Tahap-tahap sintesis asam lemak ditampilkan pada skema berikut.
Tahap-tahap sintesis asam lemak4
Penyimpanan lemak dan penggunaannya kembali
Asam-asam lemak akan disimpan jika tidak diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi.
Tempat penyimpanan utama asam lemak adalah jaringan adiposa. Adapun tahap-tahap
penyimpanan tersebut adalah:6
- Asam lemak ditransportasikan dari hati sebagai kompleks VLDL.
- Asam lemak kemudian diubah menjadi trigliserida di sel adiposa untuk disimpan.
- Gliserol 3-fosfat dibutuhkan untuk membuat trigliserida. Ini harus tersedia dari glukosa.
- Akibatnya, kita tak dapat menyimpan lemak jika tak ada kelebihan glukosa di dalam
tubuh.
Dinamika lipid di dalam sel adiposa. Perhatikan tahap-tahap sintesis dan degradasi trigliserida
Jika kebutuhan energi tidak dapat tercukupi oleh karbohidrat, maka simpanan trigliserida ini
dapat digunakan kembali. Trigliserida akan dipecah menjadi gliserol dan asam lemak. Gliserol
dapat menjadi sumber energi (lihat metabolisme gliserol). Sedangkan asam lemak pun akan
dioksidasi untuk memenuhi kebutuhan energi pula (lihat oksidasi beta).
Diabetes Melitus
Diabetes melitus merupakan gangguan yang paling umum dari semua gangguan endokrin. Efek
paling utama dari diabetes melitus adalah hiperglikemia. Diabetes melitus dibedakan menjadi
dua yaitu
- DM tipe I disebabkan kekurangan insulin
- DM tipe II, sekresi insulin normal / mungkin naik, tetapi kepekaan sel sasaran menurun.
Kelebihan insulin dapat disebabkan :
- Pasien DM dapat insulin berlebihan → insulin shock.
- Non diabetic individual dengan tumor sel beta yang over responsive terhadap glukosa.
Status Gizi
Penilaian status gizi seseorang dapat dinilai dari IMT ataupun indeks Broca. Berhubungan erat
dengan kegemukan tubuh, sebagai indicator pada wanita dan pria akan lemak tubuh total. Juga
berhubungan dengan ukuran tebal bicep dan triceps.5
Cara menghitung dengan IMT (Indeks Massa Tubuh)
IMT(Kg/m2) = BB / TB
Contoh pada kasus :
BB = 50
TB = 1.5m2
IMT = 50 / 1.5 m2 = 22,2
Kesimpulan normal.
Klasifikasi Indeks Massa Tubuh
BB Kurang : <18,5
BB Normal : 18,5 – 22,9
BB Lebih : > 23
Dengan resiko :23 – 24,9
Obes kelas I : 25 – 25,9
Obes kelas II : >30
Kesimpulan
Berat badan berlebih dapat disebabkan karena banyaknya intake makanan tidak sebanding
dengan energi yang digunakan. Dalam tubuh manusia terjadi metabolisme untuk menghasil
energi yang dibentuk dari karbohidrat dan lemak. Ketiga bahan ini dapat diperoleh dari bahan
makanan yang kita konsumsi sehari-hari. Pada saat glukosa sebagai bahan dasar dalam
proses metabolisme habis, maka tubuh akan mengkompensasi dengan mensintesis ataupun
mengkatabolis bahan lain dalam tubuh seperti lemak dan protein. Dari proses-proses
metabolisme bahan makanan tersebut kita mendapatkan ATP sebagai nilai tukar energi untuk
melakukan aktivitas dibantu dengan hormon-hormon dalam tubuh.
DAFTAR PUSTAKA
1. Snell, Richard. 2006. Anatomi Klinik untuk Mahasiswa Kedokteran. Jakarta : EGC
2. Guyton, Hall. 2007. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran Guyton. Jakarta : EGC
3. Guyton, Arthur. 2005. Fisiologi Manusia dan Mekanisme Penyakit. Jakarta : EGC
4. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 2003. Biokimia Harper, Edisi XXV,
Penerjemah Hartono Andry, Jakarta: EGC
5. Gleadle, Jonathan. 2007. At a Glance Anamnesis dan Pemeriksaan Fisik. Jakarta :
Erlangga
6. Sherwood L; editor bahasa Indonesia: Beatricia I. Fisiologi manusia. Edisi ke-2. Jakarta:
EGC; 2004.h.667-76