METABOLISME ASAM LEMAK RUSDIANA Program Studi Biokimia Fakultas ...METABOLISME ASAM LEMAK

RUSDIANA

Program Studi Biokimia Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara

I. Pendahuluan Asam lemak merupakan sekelompok senyawa hidrokarbon yang berantai panjang dengan gugus karboksilat pada ujungnya. Asam lemak memiliki empat peranan utama.

1. asam lemak merupakan unit penyusun fosfolipid dan glikolipid. Molekul-molekul amfipatik ini merupakan komponen penting bagi membran biologi.

2. banyak protein dimodifikasi oleh ikatan kovalen asam lemak, yang menempatkan protein-protein tersebut ke lokasi-lokasinya pada membran .

3. asam lemak merupakan molekul bahan bakar. Asam lemak disimpan dalam bentuk triasilgliserol, yang merupakan ester gliserol yang tidak bermuatan. Triasilgliserol disebut juga lemak netral atau trigliserida.

4. derivat asam lemak berperan sebagai hormon dan cakra intrasel.

II. Tata Nama Asam Lemak. Nama asam lemak secara sistematis berasal dari nama hidrokarbon induknya dengan mensubsitusikan oat untuk akhiran a terakhir. Misalnya, asam lemak jenuh C18 disebut asam oktadekanoat sebab hidrokarbon induknya adalah oktadekana. Suatu asam lemak C18 dengan satu ikatan rangkap disebut asam okta desinoat, dengan dua ikatan rangkap disebut okta dienoat, dengan tiga ikatan rangkap ,okta trinoat. Simbol 18:0 menyatakan suatu asam lemak C18 tanpa ikatan rangkap, sedangkan 18:2 menandakan adanya dua ikatan rangkap. Nomor atom karbonpada asam lemak dimulai dari ujung karboksil H3C – (CH2 )n – CH2 – CH2 – C

Atom karbon kedua dan ketiga sering disebut sebagai α dan β. Gugus metil pada ujung distal rantai disebut karbon ω. Posisi ikatan rangkap diperlihatkan oleh symbol ∆ diikuti oleh nomer superskrip. Misalnya sis – ∆ 9 berarti terdapat ikatan rangkap sis antara atom karbon 9 dan 10; trans- ∆ ² berarti terdapat ikatan rangkap trans antara atom karbon 2 dan 3 . Sebaliknya posisi ikatan rangkap dapat dinyatakan dengan cara menghitung dari ujung distal, dengan atom karbon ω ( karbon metil ) sebagai atom karbon nomer 1. struktur asam lemak ω – 3 misalnya, diperlihatkan di sebelah kiri . Asam lemak terionisasi pada pH fisiologis, jadi lebih tepat bila asam lemak disebut menurut bentuk karboksilatnya : misalnya palmitat atau heksadekanoat.

©2004 Digitized by USU digital library 1

III.Triasilgliserol

Triasilgliserol merupakan cadangan energi yang sangat besar karena dalam bentuk tereduksi dan bentuk anhidrat. Oksidasi sempurna asam lemak menghasilkan energi sebesar 9 kkal/g dibandingkan karbohidrat dan protein yang menghasilkan energi sebesar 4 kkal/g. Ini disebabkan karena asam lemak jauh lebih tereduksi. Lagi pula triasilgliserol sangat non polar sehingga tersimpan dalam keadaan anhidrat, sedangkan protein dan karbohidrat jauh lebih polar, sehingga bersifat terhidratasi. Satu gram glikogen kering akan mengikat sekitar dua gram air maka satu gram lemak anhidrat menyimpan energi enam kali lebih banyak dari pada energi yang dapat disimpan oleh satu gram glikogen yang terhidratasi . Ini menyebabkan bahwa triasilgliserol dijadikan simapanan energi yang lebih utama disbanding glikogen.Sel adipose dikhususkan untuk sintesis dan penyimpanan triasilgliserol serta untuk mobilisasi triasilgliserol menjadi molekul

bahan bakar yang akan dipindahkan ke jaringan lain oleh darah.

III 1.Triasilgliserol dihidrolisis oleh lipase yang diatur oleh AMP siklik. Tahap awal penggunaan lemak sebagai sumber energi adalah hidrolisis triasilgliserol oleh lipase yang akan menghasilkan gliserol dan asam lemak . Aktivitas lipase sel adipose diatur oleh beberapa hormon . epinefrin, norepinefrin, glukagon dan hormon adrenokortikotropik mengaktifkan adenilat siklase di dalam sel adiposa dengan cara memicu reseptor- reseptor. Peningkatan kadar AMP siklik merangsang protein kinase A, yang akan mengaktifkan lipase dengan cara fosforilasi. Jadi epinefrin,norepinefrin, glukagon dan hormon adrenokortikotropik bersifat menginduksi lipolisis . AMP siklik adalah caraka pada pengaktifan lipolisis di jaringan adipose seperti juga pada pengaktifan pemecahan glikogen . Insulin menghambat proses lipolisis. Gliserol yang terbentuk pada lipolisis mengalami fosforilasi dan dioksidasi menjadi dihidroksiaseton fosfat, yang selanjutnya mengalami isomerisasi menjadi gliseraldehida 3 – fosfat. Zat antara ini terdapat baik pada jalur glikolisis dan glukoneogenesis. Dengan demikian, gliserol dapat diubah menjadi piruvat atau glukosa di hati, tempat enzim-enzim yang diperlukan. Proses kebalikannya dapat terjadi melalui reduksi dihidroksiasetonfosfat menjadi gliserol 3- fosfat. Hidrolisis oleh fosfatase akan menghasilkan gliserol. Jadi, gliserol dan zat-zat antara glikolisis dapat saling mudah mengalami interkonversi.

IV.Oksidasi Asam Lemak Pada tahun 1904, Franz Knoop menerangkan bahwa asam lemak itu dipecah melalui oksidasi pada karbon –β. Kemudian padatahun 1949 Eugene Kennedy dan Lehninger menerangkan bahwa terjadinya oksidasi asam lemak di mitokondria. Dimana asam lemak sebelum memasuki mitokondria mengalami aktivasi . adenosin trifosfat ( ATP ) memacu pembentukan ikatan tioester antara gugus karboksil asam lemak dengan gugus sulfhidril pada KoA. Reaksi pengaktifan iniberlangsung di luar mitokondria dan dikatalisis oleh enzim asil KoA sintetase ( tiokinase asam lemak )

Paul Berg membuktikan bahwa aktivasi asam lemak terjadi dalam dua tahap.Pertama, asam lemak bereaksi dengan ATP membentuk asil adenilat. Dalam bentuk anhidra campuran ini, gugus karboksilat asam lemak diikatkan dengan gugus fosforil AMP. Dua gugus fosforil lainnya dari ATP dibebaskan sebagai pirofosfat. Gugus sulfhidril dari KoA kemudian bereaksi dengan asila adenilat yang berikatan kuat dengan enzim membentuk asil KoA dan AMP.

©2004 Digitized by USU digital library 2

R – C + ATP R – C – AMP + PPi

Asam lemak

Asil adenilat

R – C – AMP + H- S – KoA R – C – S – KoA + AMP

Asil KoA

Pengangkutan asam lemak rantai panjang ke dalam matriks mitokondria.

Asam lemak diaktifkan di luar membran mitokondria, proses oksidasi terjadi di dalam matriks mitokondria. Molekul asil KoA rantai panjang tidak dapat melintasi membran mitokondria, sehingga diperlukan suatu mekanisme transport khusus.Asam lemak rantai panjang aktif melintasi membran dalam mitokondria dengan cara mengkonjugasinya dengan karnitin, suatu senyawa yang terbentuk dari lisin.Gugus asil dipindahkan dari atom sulfur pada KoA ke gugus hidroksil pada karnitin dan membentuk asil karnitin. Reaksi ini dikatalisis oleh karnitin transferase I, yang terikat pada membran di luar mitokondria.

R – C – S – KoA + H3C – N – CH2 – C – CH2 – C HS – KoA + H3C – N – CH2

Asil KoA

Karnitin

Asil Karnitin –C – CH2 – C.

Selanjtunya, asil karnitin melintasi membran dalam mitokondria oleh suatu translokase. Gugus asil dipindahkan lagi ke KoA pada sisi matriks dari membran yang dikatalisis oleh karnitin asil transferase II. Akhirnya karnitin dikembalikan ke sisi sitosol oleh translokase menggantikan masuknya asil karnitin yang masuk.Molekul asil KoA dari sedang dan rantai pendek dapat menembus mitokondria tanpa adanya karnitin.

Kelainan pada transferase atau translokase atau defisiensi karnitin dapat menyebabkan gangguan oksidasi asam lemak rantai panjang, Kelainan tersebut diatas ditemukan pada kembar identik yang menderita kejang otot disertai rasa nyeri yang dialami sejak masa kanak-kanak.. Rasa nyeri diperberat oleh puasa, latihan fisik, atau diet tinggi lemak; oksidasi asam lemak adalah proses penghasil energi utama pada ketiga keadaan tersebut. Enzim glikolisis dan glikogenolisis dalam keadaan normal.

IV.1. Asetil KoA, NADH dan FADH2 terbentuk pada setiap satu kali oksidasi.

Asil KoA jenuh dipecah melalui urutan empat reaksi yang berulang yaitu : oksidasi oleh flavin adenin dinukleotida ( FAD ), hidrasi oleh NAD dan tiolisis oleh KoA. Rantai asil diperpendek dengan dua atom karbon sebagai hasil dari keepat reaksi tadi dan terjadi pembentukan FADH2, NADH dan asetil KoA.

Reaksi pertama pada tiap daur pemecahan adalah oksidasi asil KoA oleh asil KoA dehidrogenase yang menghasilkan satu enoil KoA denganikatan rangkap trans antara C – 2 dan C – 3.

Asil KoA + E – FAD → trans - ∆² - Enoil KoA + E – FADH2

Langkah selanjutnya adalah hidrasi ikatan ganda antara C- 2 dan C – 3 oleh enoil KoA hidratase.

Trans - ∆² - Enoil KoA + H2O ↔ L- 3 – hydroksiasil KoA. ©2004 Digitized by USU digital library 3

Hidrasi enoil KoA membuka jalan bagi reaksi oksidasi kedua, yang mengubah gugus hidroksil pada C – 3 menjadi gugus keto dan menghasilkan NADH. Oksidai ini dikatalisis oleh L – 3 – hidroksiasil KoA dehidrogenase .

L – 3 – hidroksiasil KoA + NAD ↔ 3 – ketoasil KoA + NADH + H+

Langkah akhir adalah pemecahan 3 – ketoasil KoA oleh gugus tiol dari molrkul KoA lain, yang akan menghasilkan asetil KoA dan suatu asil KoA rantai karbonnya dua atom karbon lebih pendek. Reaksi ini dikatalisis oleh β – ketotiolase.

3- ketoasil KoA + HS – KoA ↔ asetil KoA + asil KoA. (karbon- karbon n ) ( karbon- karbon n-2 ).

Asil KoA yang memendek selanjutnya mengalami daur oksidasi berikutnya, yang diawali dengan reaksi yang dikatalisis oleh asil KoA dehidrogenase. Rantai asam lemak yang mengandung 12 sampai 18 karbon dioksidasi oleh asil KoA dehidrogenase rantai panjang. Asil KoA dehidrogenase untuk rantai sedang mengoksidasi ranta asam lemak yang memiliki 14 sampai 4 karbon, sedangkan asil KoA dehidrogenase untuk rantai pendek hanya bekerja pada rantai 4 dan 6 karbon. Sebaliknya, β – ketotiolase, hidroksiasil dehidrogenase, dan enoil KoA hidratase memiliki spesifitas yang luas berkenaan dengan panjangnya gugus asil.

IV.2.Oksidasi sempurna asam palmitat

Kita dapat menghitung energi yang dihasilkan dari oksidasi suatu asam lemak. Pada tiap daur reaksi, asil KoA diperpendek dua karbon dan satu FADH2, NADH dan asetil KoA terbentuk.

Cn – asil KoA + FAD + NAD + H2O + KoA → Cn-2 – asil KoA + FADH2 + NADH + asetil KoA + H

Pemecahan palmitoil KoA ( C16 – asil KoA ) memerlukan tujuh daur reaksi. Pada daur ketujuh, C4 – ketoasil KoA mengalami tiolisis menjadi dua molekul asetil KoA. Dengan demikian stoikiometri oksidasi palmitoil KoA menjadi.

Palmitoil KoA + 7 FAD + 7 NAD +7 KoA + & H2O→

8 asetil KoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H

Dua setengah ATP akan terbentuk per NADH yang dioksidasi pada rantai pernafasan, sedangkan 1,5 ATP akan terbentuk untuk tiap FADH2. Jika diingat bahwa oksidasi asetil KoA oleh daur asam sitrat menghasilkan 10 ATP, maka jumlah ATP yang terbentuk pad oksidasi palmitoil KoA adalah 10,5 dari 7 FADH2, 17,5 dari 7 NADH dan 80 dari 8 molekul asetil KoA, sehingga jumlah keseluruhannya adalah 108. Dua ikatan fosfat energi tinggi dipakai untuk mengaktifkan palmitat, saat ATP terpecah menjadi AMP dan 2 Pi. Jadi oksidasi sempurna satu molekul asam palmitat menghasilkan 106 ATP.

IV.3.Oksidasi asam lemak tak jenuh.

Oksidasi asam lemak tak jenuh reaksinya sama seperti reaksi oksidasi asam lemak jenuh. Hanya diperlukan tambahan dua enzim lagi yaitu isomerase dan reduktase untuk memecah asam-asam lemak tak jenuh..

Oksidasi asam palmitoleat atau asam lemak C16 yang memiliki ikatan rangkap antara C- 9 dan C –10 ini diaktifkan dan diangkut melintasi membran dalam ©2004 Digitized by USU digital library 4

mitokondria dengan cara yang sama dengan asam lemak jenuh. Selanjutnya palmitoleil KoA mengalami tiga kali pemecahan dengan enzim-enzim yang sama seperti oksidasi asam lemak jenuh. Enoil KoA – sis - ∆³ yang terbentuk pada ketiga kali jalur oksidasi bukanlah substrat bagi asil KoA dehidrogenase. Adanya ikatan rangkap antara C-3 dan C-4 menghalangi pembentukan ikatan rangkap lainnya antar C – 2 dan C – 3. Kendala ini dapat diatasi oleh suatu reaksi yang mengubah posisi dan konfigurasi dari ikatan rangkap sis - ∆³. Suatu isomerase mengubah ikatan rangkap ini menjadi ikatan rangkap trans - ∆². Reaksi- reaksi berikutnya mengikuti reaksi oksidasi asam lemak jenuh saat enoil KoA – trans - ∆² merupakan substrat yang reguler.

Satu enzim tambahan lagi diperlukan untuk oksidasi asam lemak tak jenuh jamak .Misalnya asam lemak tak jenuh jamak C18 yaitu linoleat , dengan ikatan rangkap sis - ∆9 dan sis ∆12. Ikatan rangkap sis - ∆³ yang terbentuk setelah tiga daur oksidasi – β, diubah menjadi ikatan rangkap trans - ∆² oleh isomerase tersebut di atas, seperti pada oksidasi palmitoleat . Ikatan rangkap sis - ∆¹² - linoleat menghadapi masalah baru. Asil KoA yang dihasilkan oleh empat daur oksidasi β mengandung ikatan rangkap rangkap sis - ∆4. dehidrogenase pada spesies ini oleh asil Koa dehidrogenase menghasilkan zat antara 2,4 – dienoil yang bukan substrat bagi enzim berikutnya pada jalur oksidasi β. Kendala ini dapat diatasi oleh 2,4 - dienoil – KoA reduktase, suatu enzim yang menggunakan NADH untuk mereduksi zat antara 2,4 – dienoil menjadi enoil KoA – sis - ∆³. Isomerase tersebut di atas kemudian mengubah enoil KoA – sis -∆³ menjadi bentuk trans, suatu zat antara yang lazim pada oksidasi – β.Jadi ikatan rangkap yang letaknya pada atom C nomer ganjil ditangani oleh isomerase dan ikatan rangkap yang terletak pada atom C nomor genap ditangani oleh reduktase dan isomerase.

IV.4.Oksidasi asam lemak dengan nomor atom karbon ganjil.

Asam lemak yang memiliki jumlah karbon ganjil merupakan spesies jarang. Asam lemak ini dioksidasi dengan cara yang samaseperti oksidasi asam lemak dengan jumlah atom karbon genap, kecuali pada daur akhir degradasi akan terbentuk propionil KoA dan asetil KoA, bukan dua molekul asetil KoA. Unit – tiga karbon aktif pada propionil KoA memasuki daur asam sitrat setelah diubah menjadi suksinil KoA.

V.Proses Ketogenesis.

Asetil KoA yang terbentuk pada oksidasi asam lemak akan memasuki daur asam sitrat hanya jika pemecahan lemak dan karbohidrat terjadi secara berimbang. Karena masuknya asetil KoA ke dalam daur asam sitrat tergantung pada tersedianya oksaloasetat untuk pembentukan sitrat. Tetapi konsentrasi oksaloasetat akan menurun jika karbohidrat tidak tersedia atau penggunaannya tidak sebagaimana mestinya. Oksaloasetat dalam keadaan normal dibentuk dari piruvat.

Pada puasa atau diabetes, oksaloasetat dipakai untuk membentuk glukosa pada jalur glukoneogenesis dan demikian tidak tersedia untuk kondensasi dengan asetil KoA. Pada keadaan ini asetil KoA dialihkan kepembentukan asetoasetat dan D-3- hidroksibutirat. Asetoasetat, D- 3- hidroksibutirat dan Aseton disebut dengan zat keton.

©2004 Digitized by USU digital library 5

O

O

O

׀׀

׀׀

C – S - KoA C – S - KoA

׀

׀

CH2 Asetil KoA + CH2 Asetil

H+ +

KoA ׀ H2O KoA KoA ׀

NADH NAD+ 2 Asetil KoA C = O HO – C – CH3 O = C – CH3

׀ 12 ׀3

׀4

CH3

CH2

CH2

׀ ׀

COO־

COO־

H

׀

HO – C – CH3

׀CH2

׀COO ֿ

H+ CO2 Asetoasetat Aseton

Asetoasetat dibentuk dari asetil KoA dalam tiga tahap.Dua molekul asetil KoA berkondensasi membentuk asetoasetil KoA. Reaksi yang dikatalisis oleh tiolase ini merupakan kebalikan dari tahap tiolisis pada oksidasi asam lemak. Selanjutnya astoasetil KoA bereaksi dengan asetil KoA dan air untuk menghasilkan 3 - hidroksi – 3 – metilglutaril KoA

( HMG – KoA ) dan KoA . Kondensasi ini mirip dengan kondensasi yang dikatalisis oleh sitrat sintase.Keseimbangan yang tidak menguntungkan bagi pembentukan asetoasetil KoA diimbangi oleh reaksi ini, yang keseimbangannya menguntungkan karena hidrolisis iaktan tioester . 3 – Hidroksi – 3 – metilglutaril KoA kemudian terpecah menjadi asetil KoA dan asetoasetat. Hasil dari keseluruhan reaksi adalah

2 Asetil KoA + H2O

Asetoasetat +2 KoA H+

3 – Hidroksibutirat terbentuk melalui reduksi asetoasetat di matriks mitokondria. Rasio hidroksibutirat terhadap astoasetat tergantung pada rasio NADH / NAD+ di dalam mitokondria . Karena merupakan asam keto – β, asetasetat secara lambat mengalami dekarboksilasi spontan menjadi aseton . bau aseton dapat dideteksi dalam udara pernafasan seseorang yang kadar asetoasetat dalam darahnya tinggi.

V.1. Asetoasetat adalah merupakan salah satu bahan bakar yang utama dalam jaringan.

Situs utama produksi asetasetat dan 3 – hidroksibutirat adalah hati. Senyawa- snyawa ini berdifusi dari mitokondria hati ke dalam darah dan diangkut ke jaringan perifer. Asetoasetat dan 3- hidroksibutirat merupakan bahan bakar normal pada metabolisme energi dan secara kwantitatif penting sebagai sumber energi .Otot ©2004 Digitized by USU digital library 6

jantung dan korteks ginjal menggunakan asetoasetat sebagai sumber energi disbanding glukosa.. glukosa merupakan bahan b akar utama bagi otak dan sel darah merah pada orang yang mempunyai gizi baik dengan diet seimbang. Tapi otak dapat beradaptasi dan menggunakan asetoasetat dalam keadaan kelaparan dan diabetes. Pada kelaparan berkepanjangan, 75% bahan bakar yang diperlukan oleh otak didapat dari asetoasetat.

Asetoasetat dapat diaktifkan melalui pemindahan KoA dari suksinil KoA dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh suatu koA transferase spesifik. Kemudian, asetoasetil KoA dipecah oleh tiolase menjadi dua molekul asetil KoA, yang selanjutnya memasuki daur asam sitrat. Hati dapat membekali organ-organ lain dengan asetoasetat karena hati tidak memiliki KoA transferase spesifik ini.

Asam lemak dilepaskan oleh jaringan adiposa dan diubah menjadi unit- unit astil oleh hati, yang kemudian mengeluarkannya sebagai asetoasetat .Kadar asetoasetat yang tinggi dalam darah menandakan berlimpahnya unit asetil yang menyebabkan berkurangnya laju lipolisis di jaringan adiposa .

VI.Sintesis Asam lemak.

Sintesis asam lemak bukan merupakan kebalikan dari jalur pemecahannya. Sintesis asam lemak lebih merupakan seperangkat reaksi, yang menunjukkan prinsip

bahwa jalur sintesis dan jalur pemecahan dalam system biologis biasanya berbeda. Beberapa cirri penting jalur biosintesis asam lemak adalah : 1. Sintesis berlangsung di luar mitokondria, oksidasi terjadi di dalam matriks mitokondria. 2. Zat antara pada sintesis asam lemak berikatan kovalen dengan gugus sulfhidril pada protein – pembawa asil ( ACP ), sedangkan zat antara pada pemecahan asam lemak berikatan dengan koenzim A. 3. Enzim – enzim pada sintesis asam lemak pada organisme yang lebih tinggi tergabung dalam suatu rantai polipeptida tunggal, yang disebut sintase asam lemak . Sebaliknya, enzim – enzim pemecahan tampaknya tidak saling berikatan. 4. Rantai asam lemak yang sedang tumbuh, diperpanjang dengan cara penambahan berturut –turut unit dua karbon yang berasal dari asetil KoA. Donor aktif unit dua karbon pada tahap perpanjangan adalah malonil – ACP. Reaksi perpanjangan dipacu oleh pelepasan CO2. 5. Reduktor pada sintesis asam lemak adalah NADPH, sedangkan oksidator pada pemecahan asam lemak adalah NAD dan FAD. 6. Perpanjangan rantai oleh kompleks sontase asam lemak terhenti setelah terbentuknya palmitat ( C16 ). Perpanjangan rantai lebih lanjut dan penyisipan ikatan rangkap oleh system enzim yang lain.

©2004 Digitized by USU digital library 7

KESIMPULAN

1. Asam lemak merupakan sekelompok senyawa hidrokarbon yang berantai panjang debgan gugus karboksil pada ujungnya. 2. Proses oksidasi asam lemak merupakan proses yang terjadi di mitokondria di mana terjadi pada atom karbon beta sehingga disebut beta oksidasi.Setiap kali oksidasi menghasilkan asetil KoA, NADH dan FADH2. 3. Proses ketogenesis merupakan proses pembentukan badan-badan keton di man proses ini terjadi akibat pemechan lemak dan karbohidrat tidak seimbang.Proses ketogenesis sering terjadi pada keadaan kelaparan dan DM yang tak terkontrol. 4. Asetoasetat merupakan salah satu bahan bakar dalam jaringan. 5. Proses sintesis asam lemak terjadi di luar mitokondria, dimana proses ini terjadi memerlukan suatu NADPH sebagai reduktor

DAFTAR KEPUSTAKAAN

Champe P C PhD , Harvey R A PhD. Lippincott’s Illustrated Reviews: Biochemistry 2nd .1994 , page 171 – 186. Lehninger A, Nelson D , Cox M M .Principles of Biochemistry 2nd 1993 Murray R K, et al. Harper’s Biochemistry 25th ed. Appleton & Lange. America 2000 : Stryer L .1995. Biochemistry 4th , page 603 – 623 .

©2004 Digitized by USU digital library 8

Jurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id1IDENTITAS DOKUMEN (Preview)Judul : ADAPTASI FISIOLOGIS SELAMA PUASA (Physiological Adaptation During Fasting)Nama Jurnal : Jurnal LogikaEdisi : Volume 5-Nomor 1-Agustus 2008Penulis : Ana FauziyatiAbstrak : Fasting is an activity that has been done by people for long time. It is believed thatfasting is good for health. During fasting people restrict food and water intake. Howfasting makes body healthy and how body maintains the balance of energy and fluidduring fasting are very interesting to learn. The objective of this review essay is todescribe how the body maintain the balance of energy and fluid during fasting.During fasting, body lacks of food or energy intake, that means there is a relativelower blood glucose level. In this condition, the body produces hormones thatincrease the blood glucose level, like glucagon and epinephrine, that stimulateglicogenolysisis, lipolysis and gluconeogenesis, which maintain the blood glucose inthe normal level. The processes above supply the glucose needed by the cells formetabolism. The lipolysis can reduce fat volume of the body, that is why fasting canreduce body weight and prevent the body from obesity and metabolic disorder.During fasting, the body also lacks of water intake, that means the body is relativelydehydration. In this condition the body produces hormons that reduce the urineoutput to minimize the liquid output from the body. They are antidiuretic hormone(ADH) from posterior hipophysis and aldosteron from kidney, that increase thenatrium and water reabsorption from the tubulus of the kidney. The urine productrestriction is supported by the vasoconstriction of the arthery that supplies blood tothe kidney (arthery renalis). During fasting, the body produces high concentrationand minimal volume of urine, that possibly the body to maintain liquid balance of thebody, while the excretion of the toxic substances by the kidney still going on well.During fasting, the body do the physiological adaptations to maintain the energy andliquid balance. The processes to maintain the energy balance are glicogenolysis,lypolisis and gluconeogenesis, that are supported by glucagon and epinephrine. Theprocess to maintain the liquid balance is the restriction of urine output, that issupported by ADH, aldosteron and the vasoconstriction of arthery renalis.keywords : physiological adaptation, fastingKesimpulan : Pada saat berpuasa akan terjadi proses adaptasi tubuh terhadap berkurangnya

asupan sumber energi dan cairan. Adaptasi terkait dengan keseimbangan energimeliputi terjadinya glikogenolisis, lipolisis dan glukoneogenesis. Sedangkanadaptasi pada keseimbangan cairan terutama dilakukan oleh ginjal denganmengurangi volume urin yang diproduksi dengan bantuan ADH, aldosteron dankerja saraf simpatis.Penerbit : Direktorat Penelitian dan Pengabdian Masyarakat (DPPM)Univervitas Islam Indonesia (UII) YogyakartaBahasa : IndonesiaFormat : PDFWeb : http://www.uii.ac.id ; http://dppm.uii.ac.idTag : Jurnal Penelitian dan PengabdianJurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id2ADAPTASI FISIOLOGIS SELAMA PUASA(Physiological Adaptation During Fasting)Ana FauziyatiDepartemen Fisiologi Fakultas Kedokteran Universitas Islam IndonesiaABSTRACTFasting is an activity that has been done by people for long time. It isbelieved that fasting is good for health. During fasting people restrict food andwater intake. How fasting makes body healthy and how body maintains thebalance of energy and fluid during fasting are very interesting to learn. Theobjective of this review essay is to describe how the body maintain the balance ofenergy and fluid during fasting. During fasting, body lacks of food or energyintake, that means there is a relative lower blood glucose level. In this condition,the body produces hormones that increase the blood glucose level, like glucagonand epinephrine, that stimulate glicogenolysisis, lipolysis and gluconeogenesis,which maintain the blood glucose in the normal level. The processes abovesupply the glucose needed by the cells for metabolism. The lipolysis can reducefat volume of the body, that is why fasting can reduce body weight and preventthe body from obesity and metabolic disorder. During fasting, the body also lacksof water intake, that means the body is relatively dehydration. In this conditionthe body produces hormons that reduce the urine output to minimize the liquidoutput from the body. They are antidiuretic hormone (ADH) from posteriorhipophysis and aldosteron from kidney, that increase the natrium and waterreabsorption from the tubulus of the kidney. The urine product restriction issupported by the vasoconstriction of the arthery that supplies blood to the kidney(arthery renalis). During fasting, the body produces high concentration andminimal volume of urine, that possibly the body to maintain liquid balance of thebody, while the excretion of the toxic substances by the kidney still going on well.During fasting, the body do the physiological adaptations to maintain the energyand liquid balance. The processes to maintain the energy balance areglicogenolysis, lypolisis and gluconeogenesis, that are supported by glucagonand epinephrine. The process to maintain the liquid balance is the restriction ofurine output, that is supported by ADH, aldosteron and the vasoconstriction ofarthery renalis.Keywords: physiological adaptation, fastingJurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id3I. PENDAHULUANPuasa telah lama ada dalam sejarah kehidupan manusia. Agama Islamjuga mensyari’atkan puasa bagi pemeluknya, khususnya puasa selama bulanRamadhan, satu bulan penuh. Puasa diyakini membawa dampak positif bagi

kesehatan badan dan telah dibuktikan oleh banyak penelitian. Selama berpuasaseseorang dengan sengaja membatasi masukan makanan dan minuman kedalam tubuh. Tubuh membutuhkan asupan makanan untuk memproduksi energidan memenuhi kebutuhan nutrisi lainnya. Tubuh juga membutuhkan asupancairan untuk mempertahankan keseimbangan cairan di dalam tubuh. Perubahanatau pembatasan asupan makanan ini akan mempengaruhi proses metabolismeyang ada dalam tubuh untuk mempertahankan keseimbangan kondisi tubuhseperti pada keadaan normal. Proses ini merupakan bagian dari fungsi fisiologishomeostasis. Pertanyaannya adalah proses apa saja yang terjadi dalam tubuhselama berpuasa?Tujuan penulisan artikel ini adalah membahas perubahan atau adaptasifisiologis yang terjadi pada saat berpuasa, terutama dari prosesmempertahankan keseimbangan energi dan cairan.PuasaPuasa secara fisiologis berarti membatasi asupan makanan dan minumanantara terbit fajar sampai terbenam matahari. Lamanya bervariasi tergantungletak geografis suatu daerah di bumi, yang berpengaruh terhadap lama siangdan malam. Di Indonesia lama puasa kurang lebih 12-14 jam. Lama berpuasaakan berpengaruh terhadap adaptasi fisiologis tubuh selama puasa.Keseimbangan EnergiUntuk mendukung aktivitas internal dan eksternal, tubuh membutuhkanenergi. Sumber energi didapatkan dari metabolisme bahan makanan yangmengandung karbohidrat, lemak dan protein. Proporsi makanan yang normalbiasanya mengandung karbohidrat 55-75%, lemak 15-30% dan protein 10-15%(Waugh&Grant, 2003).Bahan makanan sumber energi tersebut akan dipecah menjadi molekulyang sederhana dan diubah menjadi energi kimia yang disimpan dalam bentukJurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id4Adenosin Tri Phosphat (ATP) dan menghasilkan panas melalui oksidasi seluler(siklus Krebs). Setiap 1 gram karbohidrat yang dioksidasi akan menghasilkanenergi 4,1 kkal, air dan karbon dioksida. Sementara oksidasi lemakmenghasilkan 9,3 kkal/gram dan oksidasi protein menghasilkan energi 4,35kkal/gram (Sherwood, 2007).Energi yang dihasilkan akan digunakan untuk memenuhi kebutuhan padakondisi basal (basal metabolic rate) dan pada saat beraktivitas. Apabila asupanmakanan sumber energi seimbang dengan kebutuhan, maka berat badan tubuhakan relatif tetap. Namun apabila terjadi kelebihan asupan sumber energi, makaberat badan tubuh akan naik karena kelebihan energi akan disimpan dalamtubuh sebagai cadangan energi terutama dalam bentuk lemak. Pada saat terjadikekurangan sumber energi dalam waktu yang cukup lama, maka cadanganlemak akan dibongkar dan diubah menjadi energi, sehingga dapat terjadipenurunan berat badan (Guyton&Hall, 2006).Karbohidrat, lemak dan protein dapat berubah dari satu bentuk ke bentukyang lainnya sesuai kebutuhan dengan bantuan sistem saraf dan sistemendokrin yang bekerja secara simultan dengan perantaraan kerja hormon danenzym. Karena asupan makanan bersifat intermiten, maka zat/nutrien akandisimpan pada periode di antara waktu makan (Guyton&Hall, 2006).Karbohidrat dalam sirkulasi darah diedarkan terutama dalam bentukglukosa dan disimpan dalam bentuk glikogen di dalam hati dan otot skelet.Cadangan glikogen ini hanya cukup untuk mencukupi kebutuhan energi kurangdari 1 hari. Glukosa merupakan sumber energi yang utama sebagian besar seldan sangat penting bagi kerja sel otak yang hanya bisa menghasilkan energi dari

glukosa saja. Lemak beredar dalam darah dalam bentuk asam lemak bebas dandisimpan dalam bentuk trigliserid di jaringan lemak. Cadangan lemak dalamtubuh dapat memenuhi kebutuhan energi sampai dengan 2 bulan. Lemakmerupakan cadangan energi yang utama dan merupakan sumber energi utamaselama berpuasa. Protein diedarkan dalam darah dalam bentuk asam amino,disimpan dalam bentuk protein tubuh terutama otot skelet. Kapasitas cadanganenerginya tidak besar, karena apabila dipaksakan dipakai maka akan terjadiJurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id5gangguan fungsi dan struktural tubuh, karena protein banyak berfungsi sebagaijaringan struktural dan senyawa fungsional. Protein bisa dipakai sebagaicadangan energi terakhir apabila tidak ada lagi asupan dan cadangankarbohidrat dan lemak, dan merupakan sumber glukosa (setelah diubah menjadiglukosa) dalam otak selama berpuasa (Guyton&Hall, 2006).III. HASIL DAN PEMBAHASANAdaptasi Fisiologis Terkait dengan Kebutuhan Energi Selama BerpuasaAsupan makanan tidak konstan, intermiten, tergantung siklus makan.Sesaat sesudah makan terdapat fase yang disebut fase absorbsi. Sedangkanpada saat berpuasa beberapa jam terdapat fase paska absorbsi atau fase puasa.Pada fase absorbsi, zat makanan yang masuk akan diserap melalui traktusdigestivus dan diedarkan ke seluruh tubuh. Pada fase ini glukosa sangatberlimpah dan ia merupakan sumber energi terbesar. Sedangkan lemak danprotein sangat sedikit digunakan sebagai sumber energi, karena hampir semuasel akan menggunakan glukosa sebagai sumber energi apabila tersedia.Kelebihan energi tidak segera digunakan tetapi disimpan dalam bentuk glikogendan trigliserid. Pada fase paska absorbsi cadangan energi dalam tubuh akandimobilisasi untuk menyediakan energi yaitu melalui proses glikogenolisis(pemecahan glikogen) dan lipolisis (pemecahan lemak) dan juga akan dibentukglukosa dari sumber nutrien non karbohidrat (glukoneogenesis) (Guyton&Hall,2007).Pada keadaan normal cadangan glikogen akan cukup untuk memenuhikebutuhan energi dalam waktu 10-12 jam. Sesudah itu cadangan glikogen akanhabis dan tubuh akan melakukan pembongkaran lemak (lipolisis) menjadi asamlemak dan gliserol untuk diubah menjadi asetil KoA sebagai bahan dalam siklusKrebs/oksidasi seluler. Sehingga setelah puasa selama 1 bulan seseorang dapatmengalami penurunan berat badan sampai dengan ½- 1 kilogram. Dengandemikian puasa diyakini bermanfaat dalam menjaga berat badan tubuh danmengurangi kecenderungan obesitas dan penyakit-penyakit metabolik terkaitdengan obesitas seperti diabetes mellitus dan hiperkholesterolemia (Buhner,2007).Jurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id6Organ yang terlibat dalam keseimbangan energi selama berpuasaterutama adalah hepar, jaringan lemak, otot skelet dan otak. Hepar berfungsisebagai penyedia cadangan glikogen yang utama dan sebagai tempat konversinutrien sumber energi menjadi glukosa (glukoneogenesis) yang utama. Jaringanlemak berfungsi sebagai cadangan energi terbesar dan terpenting dalampengaturan kadar asam lemak dalam darah. Otot skelet berfungsi sebagaicadangan protein yang utama dan sekaligus juga sebagai pemakai energiterbesar. Sedangkan otak merupakan organ yang sangat penting bagipengaturan fungsi tubuh secara keseluruhan dan hanya dapat menggunakanglukosa sebagai sumber energi. Otak tidak bisa menyimpan glikogen, sehinggakerjanya sangat membutuhkan kadar glukosa darah yang cukup, yang dalam

keadaan normal dipertahankan pada kadar 70-110 mg/dL.Hormon yang mengatur keseimbangan energi terutama adalah hormoninsulin dan glukagon. Hormon insulin dibentuk oleh sel ß Langerhans dalampankreas, sedangkan glukagon diproduksi oleh sel _ pankreas. Kerja insulinterhadap karbohidrat adalah memfasilitasi masuknya glukosa ke dalam sel,merangsang glikogenesis, mencegah glikolisis dan menghambatglukoneogenesis. Kerja insulin pada lemak adalah meningkatkan masuknyaglukosa ke dalam sel lemak sebagai prekursor sintesis trigliserid dari asamlemak dan gliserol, meningkatkan sintesis trigliserid dan menghambat lipolisis.Kerja insulin pada protein adalah meningkatkan masuknya asam amino ke dalamotot dan jaringan lain, meningkatkan pembentukan protein dalam sel otot danmenghambat degradasi protein. Sedangkan kerja glukagon adalah kebalikan dariinsulin. Pada keadaan puasa kadar glukosa adarah akan turun, sehinggamemacu terbentuknya glukagon. Akibatnya proses yang terjadi adalah adanyapeningkatan produksi glukosa untuk meningkatkan kadar glukosa darah denganglikogenolisis, lipolisis dan glukoneogenesis (Guyton&Hall, 2006).Pada saat berpuasa sesungguhnya tubuh akan memberikan sinyal rasalapar dan merangsang rasa ingin makan. Namun dengan kesadaran seseorangakan menahan rasa laparnya, sehingga proses adaptasi terhadap kekurangansumber energi di atas akan terjadi dan kebutuhan energi tetap akan terpenuhi(Buhner, 2007).Banyak hormon dan enzym lain yang aktivitasnya meningkat selamaJurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id7puasa untuk mendukung adaptasi terkait dengan keseimbangan energi ini.Beberapa penelitian baik pada hewan maupun manusia telah membuktikannya.Maeda et al (2004) menemukan bahwa transportasi gliserol dalam sel lemakmelalui molekul pembawa gliserol meningkat selama puasa. Hal ini dikarenakanadanya lipolisis saat puasa. Klein dan Wolfe (1992) menunjukkan bahwarendahnya asupan karbohidrat (kadar glukosa darah) memacu terjadinya responmetabolik pada puasa jangka pendek. Farooq et al (2004) menemukan bahwapada saat puasa terdapat penurunan kerja enzim yang memacu glukolisis tetapiterdapat peningkatan kerja enzim yang memacu glukoneogenesis. SedangkanOrtiz et al (2003) membuktikan bahwa pada saat puasa terdapat peningkatankortisol, grhelin, glukagon dan Growth Hormon yang menjadi mediator responmetabolisme.Keseimbangan CairanKomposisi cairan dalam tubuh dipertahankan dalam rentang yang stabil, di mana kadar air dalam tubuh mencapai 60% berat badan pada orang dewasa. Cairan tubuh ini terbagi dalam cairan intraseluler, cairan ekstraseluler dan cairaninterstisial. Komposisi cairan yang tetap digunakan utnuk mempertahankan milleu interna, termasuk untuk menjaga keseimbangan cairan, elektrolit, pH serta suhu yang konstan agar organ tubuh dapat berfungsi secara optimal (Sherwood, 2007).Asupan air terutama didapatkan dari minuman dan makanan serta dari hasil samping oksidasi seluler dalam tubuh. Asupan air dari minuman dan makanan dalam tubuh pada keadaan normal sebesar 2100 ml per hari. Sedangkan oksidasi seluler menghasilkan air sebanyak 200 ml per hari. Sehingga total asupan cairan sebanyak 2300 ml/hari. Cairan tubuh secara normal akan dikeluarkan setiap hari melalui 1) insensible water lose, yaitu melalui evaporasi dari traktus respiratorius dan difusi kulit sebesar 700 ml; 2) keringat sebesar 100 ml/hari dalam keadaan normal (tidak banyak aktivitas dan suhu lingkungan sejuk), dapat meningkat sampai 1-2 liter/hari; 3) melalui feses sebanyak 100 ml/hari; dan 4) melalui urin yang diproduksi oleh ginjal. Produksi urin bervariasi dari minimal 500 ml/hari pada keadaan dehidrasi sampai denganJurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id8

20 liter per hari pada orang yang minum sangat banyak. Ginjal memegang peranan penting dalam mempertahankan keseimbangan cairan dan elektrolit, menyeimbangkan antara asupan cairan yang didapatkan dan pengeluaran cairantubuh melalui berbagai cara di atas (Sherwood, 2007). Adaptasi Fisiologis Terkait dengan Keseimbangan Cairan Selama Berpuasa Pada keadaan puasa akan terjadi penurunan asupan cairan sehingga seseorang akan relatif kekurangan cairan dan terjadi peningkatan osmolaritas darah yang merangsang hipofisis posterior untuk memproduksi Hormon AntiDiuretik (ADH). Hormon ini meningkatkan kepekatan dalam sel tubulus proksimal dan tubulus distal dari ginjal sehingga meningkatkan reabsorbsi air. Akibatnya volume urin yang diproduksi akan sedikit dan pekat. Penurunan asupan cairan juga akan menurunkan tekanan darah yang merangsang baroreseptor di arteri carotis dan atrium kanan, sehingga akanmerangsang saraf simpatis dan terjadi vasokonstriksi sistemik termasuk pada arteri yang menuju ginjal. Pada keadaan ini akan terjadi penurunan Glomerular Filtration Rate (GFR) sehingga produksi urin berkurang. Keadaan kekurangan cairan ini juga akan merangsang ginjal untuk memproduksi Renin, yang melalui jalur Renin Angiotensin Aldosteron (RAA) akan diubah menjadi Aldosteron. Aldosteron meningkatkan reabsorbsi natrium dalam tubulus proksimal ginjal, sehingga meningkatkan reabsorbsi air. Hal ini akan menyebabkan produksi urin dengan volume sedikit. Meskipun volume urin sedikit, ginjal tetap bisa mengekskresikan zat-zat yang bersifat toksik dan harus dibuang dari tubuh, sehingga urin yang dihasilkan berkonsentrasi tinggi atau pekat. Sebagai organ ekskresi utama, ginjal berperan penting dalam adaptasi tubuh terkait dengan keseimbangan cairan pada saat berpuasa (Waugh&Grant, 2003; Sherwood, 2007; Guyton&Hall, 2006).IV. KESIMPULANPada saat berpuasa akan terjadi proses adaptasi tubuh terhadap berkurangnya asupan sumber energi dan cairan. Adaptasi terkait dengan keseimbangan energi meliputi terjadinya glikogenolisis, lipolisis dan glukoneogenesis. Sedangkan adaptasi pada keseimbangan cairan terutama dilakukan oleh ginjal dengan mengurangi volume urin yang diproduksi dengan bantuan ADH, aldosteron dan kerja saraf simpatiJurnal Penelitian & Pengabdian dppm.uii.ac.id9s.DAFTAR PUSTAKABuhner, S.H., 2007, The health benefit of water fasting.http://gaianstudies.org/articles4.htm, download 27 September 2007Farooq, N., Yusufi, A.N.K., Mahmood, R., 2004, The effect of fasting on enzymes of carbohydrates metabolism and brush border in rat intestine, Nutrition Research, (Vol 24) (No 6) pp 407-416,http://www.cababstractsplus.org/google/abstract.asp?AcNo=20043129166, download 27 September 2007.Guyton, A.C. dan Hall, 2006, J.E. Textbook of Medical Physiology, 11th ed., Elsevier Saunders, Philadelphia.Klein, S., dan Wolfe, R.R., 1992, Carbohydrate restriction regulates the adaptive respon to fasting, Am J Physiol., May;26631-6,http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?cmd=Retrieve&db=PubMed&li st_uids=1590373, download 27 September 2007.Maeda, N., Funanishi, T., Nagasawa, A., et.al., 2004, Adaptation to fasting by glycerol transport through aquaporin 7 in adipose tissue, Proc Natl Acad Sci USA, Dec 21;101(51):178801-6. Epub 2004 Dec 10,http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/enterz?cmd=Retrieve&db=PubMed&list_uids=15591341, download 27 September 2007.Ortiz, R.M., Noren D.P., Ortiz C.L., Talamantes, F., 2003, GH ang ghrelin increase with fasting in a naturally adapted species, the northern elephant seal (Mirounga anguistirostris), J Endocrinol, Sep;178(3):533-9,http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?cmd=Retrieve&db=pubmed& dopt=AbstractPlus, download 27 September 2007.Sherwood, L., 2007, Human Physiology, 6th ed., Thomson Broke/Cole.Waugh, A. dan Grant, A., 2003, Ross and Wilson Anatomy and Physiology in Health and Illness. Churchil Livingstone, London.