Proses Glukoneogensis dan Pengaruh Hormon yang

Berperan pada saat Puasa 102013009 Yuan Alessandro Suros, 102013096 Martha Simona Putri Lamanepa, 102013409

Taridha Vania Christy Emmanuella, 102014038 Marina Dewi Utami, 102014092 Jefri

Patriawan, 102014139 Mariska Nada Debora, 102014234 Balqis Binti Basharudin

A6

Mahasiswa, Fakultas Kedokteran, Universitas Kristen Krida Wacana

Universitas Kristen Krida Wacana, Jalan Arjuna Utara, No 6, Jakarta 11510

Abstract

Fasting is an activity that has been done by people for long time. It is believed that fasting is

good for health. During fasting people restrict food and water intake. The objective of this

review essay is to describe 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 relative lower blood

glucose level. In this condition, the body produces hormones that increase the blood glucose

level, like glucagon and epinephrine, that stimulate glicogenolysisis, lipolysis and

gluconeogenesis, which maintain the blood glucose in the normal level. The processes above

supply the glucose needed by the cells for metabolism. The lipolysis can reduce fat volume of the

body, that is why fasting can reduce 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

relatively dehydration. In this condition the body produces hormons that reduce the urine output

to minimize the liquid output from the body. They are antidiuretic hormone (ADH) from

posterior hipophysis and aldosteron from kidney, that increase the natrium and water

reabsorption from the tubulus of the kidney.

Keywords: fasting, gluconeogenesis, glicogenolysis, lipolysis

1

Abstrak

Puasa merupakan kegiatan yang telah dilakukan oleh orang-orang untuk waktu yang lama.

Berdasarkan kepercaya bahwa puasa baik untuk kesehatan. Selama puasa orang membatasi

makanan dan asupan air. Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk menggambarkan

bagaimana tubuh menjaga keseimbangan energi dan cairan selama berpuasa. Selama berpuasa,

tubuh kekurangan makanan atau energi intake, itu berarti ada tingkat glukosa darah yang relatif

lebih rendah. Dalam kondisi ini, tubuh memproduksi hormon yang meningkatkan kadar glukosa

darah, seperti glukagon dan epinefrin, yang merangsang glicogenolisisis, lipolisis dan

glukoneogenesis yang menjaga glukosa darah pada tingkat normal. Proses di atas memasok

glukosa yang dibutuhkan oleh sel-sel untuk metabolisme. Lipolisis dapat mengurangi volume

lemak tubuh, itulah sebabnya puasa dapat mengurangi berat badan dan mencegah tubuh dari

obesitas dan gangguan metabolisme. Selama berpuasa, tubuh juga tidak memiliki asupan air,

yang berarti tubuh mengalami dehidrasi. Dalam kondisi ini tubuh memproduksi hormon yang

mengurangi output urine untuk meminimalkan output cairan tubu. Hormon antidiuretik (ADH)

dari hipofisis posterior dan aldosteron dari ginjal, yang meningkatkan natrium dan reabsorpsi air

dari tubulus ginjal.

Kata Kunci: puasa, gluconeogenesis, glicogenolisis, lipolisis

Pendahuluan

Setiap sel di tubuh memerlukan energi untuk kelangsungan hidup sel itu sendiri, serta untuk

menjalankan peranan khusus terhadap keseimbangan homeostatik. Semua energi yang digunakan

oleh sel pada akhirnya berasal dari pemasukan makanan. Energi kimia yang tersimpan di dalam

ikatan-ikatan yang menyatukan atom-atom dalam molekul nutrien akan dibebaskan jika molekul-

molekul tersebut diuraikan di dalam tubuh. Energi yang dipanen dari proses biokimiawi nutrien

tersebut dapat digunakan langsung untuk menjalankan proses biologis atau disimpan sementara

di dalam tubuh untuk pemakaian kemudian sesuai kebutuhan selama periode ketika tidak terjadi

pencernaan dan penyerapan makanan.

Kasus : Seorang perempuan 20 tahun dibawa ke IGD karena pingsan di kampus.

Perempuan tersebut sedang puasa dan tidak sahur, makan terakhir kali kemarin sore pada saat

berbuka puasa, dan hanya makan buah-buahan dan susu.

2

Pembahasan

Tujuan Umum Metabolisme

Metabolisme adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan interkonvensi senyawa kimia

di dalam tubuh, jalur yang diambil oleh tiap molekul, hubugan antarmolekul, dan mekanisme

yang mengatur aliran metabolit melalui jalur-jalur metabolisme. Jalur metabolik digolongkan

menjadi tiga kategori: (1) Jalur anabolik, yaitu jalur yang berperan membentuk senyawa yang

besar dari senyawa-senyawa kecil. (2) Jalur katabolik, yaitu jalur yang berperan menguraikan

menjadi senyawa-senyawa kecil, jalur ini umumnya menghasilkan energi, menghasilkan

ekuivalen pereduksi, dan ATP terutama melalui rantai respiratorik. (3) Jalur amfibolik, yang

berlangsung di persimpangan metabolisme, bekerja sebagai penghubung antara jalur katabolik

dan anabolik, misalnya siklus asam sitrat.1

Metabolisme normal mencakup adaptasi terhadap masa kelaparan, aktivitas fisik, kehamilan,

dan menyusui. Kelainan metabolisme dapat terjadi karena defisiensi gizi, enzim, sekresi

abnormal hormon, atau efek obat dan toksin. Campuran karbohidrat, lipid, dan protein yang

dioksidasi bergantung pada apakah subjek berada dalam keadaan puasa atau kenyang, dan

bergantung pada intensitas kerja fisik.1

Jika asupan bahan bakar metabolik selalu lebih besar daripada pengeluaran energi, kelebihan

bakar ini disimpan, umumnya sebagai triasilgliserol di jaringan adiposa sehingga timbul obesitas

dan berbagai masalah kesehatan yang menyertainya. Sebaliknya, jika asupan bahan bakar

metabolik terus menerus lebih sedikit daripada pengeluaran energi, cadangan lemak dan

karbohidrat nihil, asam amino yang berasal dari pergantian protein digunakan utuk sintesis

protein sehingga terjadi emaciation (kurus kering), pengecilan otot (wasting), dan akhirnya

kematian.1

Metabolisme energi juga dipengaruhi oleh fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif

merupakan proses yang menghasilkan ATP dengan melalui proses oksidasi. Dan merupakan

suatu deretan reaksi oksidasi-reduksi yang terjadi di mitokondria (rantai pernapasan), enzim yang

berperan adalah oksidoreduktase, dan menghasilkan energi berupa panas dan ATP. Proses

fosforilasi oksidatif yaitu: metabolisme lemak, glukosa, dan asam amino menghasilkan proton-

proton (H+) yang mengalami translokasi melintasi membran mitokondria dalam. Difusi proton-

proton ini mengikuti penurunan gradien konsentrasinya mendorong ATP sintase mengubah ADP

menjadi ATP. 2

3

Metabolisme Karbohidrat

Karbohidrat memiliki peran struktural dan metabolik yang penting. Glukosa adalah

karbohidrat terpenting; kebanyakan karbohidrat dalam makanan diserap ke dalam aliran darah

sebagai glukosa, dan gula lain diubah menjadi glukosa di hati. Glukosa adalah bahan bakar

metabolik utama pada mamalia dan bahan bakar universal bagi janin. Glukosa adalah prekursor

untuk sintesis semua karbohidrat lain di tubuh, termausk glikogen untuk penyimpanan ribosa dan

deoksiribosa dalam asam nukleat; galaktosa dalam laktosa susu, dan dalam glikolipid, dan

sebagai kombinasi dengan protein dalam glikoprotein dan proteoglikan.1

Produk akhir pencernaan karbohidrat dalam saluran pencernaan hmpir seluruhnya dalam

bentuk glukosa, fruktosa, dan galaktosa, yang mewakili rata-rata sekitar 80% dari produk-produk

akhir tersebut. Setelah absorbsi dari saluran pencernaan, banyak fruktosa dan hampir semua

galaktosa diubah secara cepat menjadi glukosa di dalam hati. Oleh karena itu, hanya sejumlah

kecil fruktosa dan galaktosa yang terdapat dalam sirkulasi darah. Glukosa kemudian menjadi

jalur umum akhir untuk mentranspor hampir semua karbohidrat ke sel jaringan. Kemudian di

dalam sel hati tersedia enzim yang sesuai untuk meningkatkan interkonversi antar monosakarida,

karena di dalam sel hati mengandung sejumlah besar glukosa fosfatase. Lalu dipecah menjadi

glukosa dan fosfat, dan glukosa selanjuntnya dapat ditranspor kembali melalui membran sel hati

ke dalam darah.3

Segera setelah masuk ke dalam sel, glukosa bergabung dengan satu radikal fosfat

(fosforilasi). Reaksi ini ditingkatkan oleh enzim glukokinase di dalam hati dan heksokinase di

dalam sebagian besar sel yang lain. Fosforilasi glukosa hampir seluruhnya ireversibel kecuali di

sel hati; sel epitel tubulus ginjal, dan sel epitel usus; di dalam sel-sel tersebut, suatu enzim yang

lain; glukosa fosfatase, juga tersedia, dan bila ezim ini diaktifkan maka akan terjadi reaksi yang

berbalik. Ketika glukosa berikatan dengan fosfat, glukosa tidak akan berdifusi keluar, kecuali

dari sel-sel khusus, terutama sel-sel hati, yang memiliki enzim fosfatase. Kemudian setelah

diabsorbsi ke dalam sel, glukosa dapat segera dipakai untuk melepaskan energi ke sel atau dapat

disimpan dalam bentuk glikogen, yang merupakan polimer besar glukosa. Konversi menjadi

senyawa presipitat dengan berat molekul tinggi (glikogen) memungkinkan tersimpannya

karbohidrat dalam jumlah besar tanpa mengubah tekanan osmotik cairan intrasel secara

bermakna. Konsentrasi yang tinggi dari monosakarida yang mudah larut dengan berat molekul

rendah akan sangat mengganggu hubungan osmotik antara cairan intrasel dan ekstrasel.3

4

Pembentukan glikogen disebut sebagai glikogenesis, secara singkat glukosa-6-fosfat dapat

diubah menjadi glukosa-1-fosfat kemudian diubah menjadi uridin difosfat glukosa, yang

akhirnya menjadi glikogen. Beberapa enzim khusus dibutuhkan untuk menyebabkan perubahan-

perubahan ini, dan setiap monosakarida yang dapat diubah menjadi glukosa dapat masuk ke

dalam reaksi tersebut.3

Glikolisis untuk Pembentukan Energi

Glikolisis berarti memecahkan molekul glukosa untuk membentuk dua molekul asam

piruvat. Glikolisis terjadi melalui 10 reaksi kimia yang berurutan. Masing-masing langkah

dikatalisis paling sedikit oelh satu enzim protein yang spesifik. Perhatikan bahawa glukosa mula-

mula diubah menjadi fruktosa 1,6-difosfat dan kemudian dipecahkan menjadi dua molekul

dengan tiga atom karbon, gliseraldehid 3-fosfat yang masing-masing kemudian diubah menjadi

asam piruvat melalui lima langkah tambahan.3

Secara lengkapnya proses glikolisi Embden Meyerhof (EM) adalah sebagai berikut:3

Gambar Glikolisis

Sumber: Google Image

1. Glukosa melalui fosforilasi diubah menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh

enzim glukokinase (pada hati) atau heksokinase (pada jaringan lain).

Glukosa + ATP glukosa 6-fosfat + ADP

5

2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim

fosfoheksosa isomerase.

glukosa 6-fosfat fruktosa 6-fosfat

3. Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim

fosfofruktokinase. Merupakan enzim yang bersifat alosterik atau regulator atau juga

enzim kunci sehingga berperan penting dalam laju glikolisis.

Fruktosa 6-fosfat + ATP fruktosa 1,6-bifosfat

4. Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-

fosfat dan dihidroksi aseton fosfat (DHAP). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase.

fruktosa 1,6-bifosfat gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat

5. Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3-bifosfogliserat. Gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi

1,3-bifosfogliserat + NADH + H+. Enzim yang berperan adalah gliseraldehid 3-

fosfat dehidrogenase.

6. 1,3 bifosfogliser at diubah menjadi 3-fosfogliserat dikatalisir oleh enzim fosfogliserat

kinase .

1,3-bifosfogliserat + ADP 3-fosfogliserat + ATP

7. 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim

fosfogliserat mutase.

3-fosfogliserat 2-fosfogliserat

8. 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase.

Enolase dihambat oleh fluorid a .

2-fosfogliserat fosfoenol piruvat + H2O

9. PEP dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga menghasilkan ATP.

Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami konversi spontan menjadi

keto piruvat.

Fosfoenol piruvat + ADP piruvat + ATP

6

10. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim

laktat dehidrogenase.

Piruvat + NADH + H+ L(+)-Laktat + NAD+

Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-

KoA, akan dioksidasi menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Pada glikolisis

aerob, ATP yang dihasilkan: 8 ATP dan pada glikolisis anaerob, ATP yang dihasilkan: 2 ATP.

Walaupun terdapat banyak reaksi kimia dalam rangkaian proses glikolisis, hanya sebagian kecil

energi bebas dalam molekul glukosa yang dibebaskan di sebagian besar langkah. Akan tetapi, di

antara tahap 1,3 asam difosfogliserat dan 3-asam fosfogliserat dan sekali lagi di antara tahapan

asam fosfoenolpiruvat dan asam piruvat, jumlah energi yang dibebaskan lebih dari 12.000 kalori

per mol, yaitu jumlah yang dibutuhkan untuk membentuk ATP, dan reaksi digandakan

sedemikian rupa hingga terbentuk ATP. Jadi, terdapat total 4 molekul ATP yang sudah dibentuk

dari setiap molekul fruktosa 1,6-difosfat yang diuraikan menjadi asam piruvat.3

Namun 2 molekul ATP dibutuhkan untuk fosforilasi glukosa asal untuk membentuk fruktosa

1,6-difosfat sebelum glikolisis dapat dimulai. Oleh karena itu, perolehan akhir molekul ATP dari

keseluruhan proses glikolisis hanya 2 molekul untuk setiap molekul glukosa yang dipakai.

Jumlah ebergi mencapai 24.000 kalori ini dihantarkan ke ATP. Tetapi selam selama glikolisis,

total energi sebanyak 56.000 kalori dilepaskan dari glukosa asal, yang memberikan keseluruhan

efisiensi untuk pembentukan ATP hanya sebesar 43%. Sisa energi sebesar 57% hilang dalam

bentuk panas.3

Konversi Asam Piruvat dan Siklus Asam Sitrat (Siklus Krebs)

Pertama-tama asam piruvat dikonversi ke asetil KoA dengan 2 molekul CO2 dan 4 atom H

dilepaskan, sedangkan bagian lain dari 2 molekul asam piruvat bergabung dengan koenzim A,

suatu derivat vitamin asam pantoneat, untuk membentuk 2 molekul asetil KoA. Dalam konversi

ini, ATP tidak dibentuk namun 6 molekul ATP akan dibentuk ketika 4 atom hidrogen yang

dilepaskan tersebut dioksidasi.3

Tahap berikutnya dalam degradasi molekul glukosa disebut siklus asam sitrat (juga disebut

siklus asam trikarboksilat atau siklus Krebs). Siklus ini merupakan suatu lanjutan reaksi kimia

saat gugus asetil dari Asetil KoA dipecah menjadi karbon dioksida dan atom hidrogen. Semua

7

reaksi ini terjadi di dalam matriks mitokondria. Atom hidrogen yang dilepaskan kemudian akan

menambah jumlah atom hidrogen yang dioksidasi kemudian, yang akan melepaskan sejumlah

besar energi untuk membentuk ATP. Siklus ini dapat dilakukan berulang kali karena asam

oksaloasetat dibentuk kembali pada akhir reaksi.1

Pada tahap awal siklus asam sitrat, asetil KoA bergabung dengan asam oksaloasetat untuk

membentuk asam sitrat. Gugus koenzim A dari asetil KoA dilepaskan dan dapat dipakai berulang

kali untuk pembentukan lebih banyak lagi asetil KoA dari asam piruvat. Akan tetapi, gugus asetil

menjadi suatu bagian yang utuh dari molekul asam sitrat. Selama tahapan siklus asam sitrat yang

berurutan berlangsung, beberapa molekul air ditambahkan, dan CO2 + O2 dilepaskan. Hasil

akhir keseluruhan siklus asam sitrat adalah 4 molekul CO2, 16 hidrogen, 2 gugus KoA, dan 2

ATP.3

Beberapa atom hidrogen dari proses metabolisme karbohidrat yaitu 4 dari glikolisis, 4 dari

pembentukan Asetil KoA, dan 16 dari SAS akan dikatalisis oleh protein khusus yang disebut

dehidrogenase. 20 dari 24 atom H segera bergabung dengan dinukleotida adenin nikotinamid

(NAD+), suatu derivat vitamin niasin. Kemudian sisa empat atom hidrogen dilepaskan selama

pemecahan glukosa, ke-empat atom yang dilepaskan selama siklus asam sitrat di antara tahap

asam suksinat dan asam fumarat, bergabung dengan suatu dehidrogenase yang spesisfik tetapi

tidak langsung dibebaskan ke NAD+. Sebagai gantinya, atom hidrogen langsung lewat dari

dehidrogenase masuk ke dalam proses oksidatif.3

Glikogenolisis

8

Gambar Glikogenolisis

Sumber : Google Image

Glikogenolisis berarti pemecahan glikogen yang disimpan sel untuk membentuk kembali

glukosa di dalam sel. Glukosa kemudian dapat digunakan untuk menyediakan energi.

Glikogenolisis tidak dapat terjadi melalui pembalikan reaksi kimia yang sama yang dipakai

untuk membentuk glikogen; sebagai gantinya, setiap molekul glukosa yang berurutan pada

masing-masing cabang polimer glikogen dilepaskan melalui proses fosforilasi, yang dikatalisis

oleh enzim fosforilase. Pada keadaan istirahat, fosforilase terdapat dalam bentuk tidak aktif,

sehingga glikogen tetap dapat disimpan. Bila pembentukan glukosa dari glikogen dari glikogen

diperlukan kembali, fosforilase harus diaktifkan terlebih dahulu. Hal ini dapat dicapai dalam

beberapa cara, meliputi dua cara berikut: (a) Aktivasi fosforilase oleh epinefrin atau oleh

glukagon, kerjanya dapat mengaktifkan fosforilase dan menimbulkan glikogenolisis secara cepat.

Pengaruh pertama dari masing-masing hormon ini adalah meningkatkan pembentukan siklik

AMP di dalam sel, yang kemudian memicu suatu rangkaian reaksi kimia yang mengaktifkan

fosforilase. (b) Epinefrin dilepaskan oleh medula adrenal ketika sistem saraf simpatis dirangsang.

Oleh karena itu, salah satu fungsi sistem saraf simpatis adalah meningkatkan penyediaan glukosa

untuk metabolisme energi yang cepat. Fungsi epinefrin ini secara nyata baik di dalam sel hati

maupun otot, sehingga turut berperan bersama pengaruh lain dari rangsangan simpatis, guna

menyiapkan tubuh untuk bekerja. Glukagon adalah hormon yang disekresi oleh sel alfa pankreas

apabila kadar gula darah turun sangat rendah. Glukagon merangsang pembentukan AMP siklik

terutama di sel hati, dan hal ini selanjutnya meningkatkan perngubahan glikogen hati menjadi

glukosa dan melepaskannya ke dalam darah, sehingga meningkatkan kadar gula darah.3

9

Glikogenesis

Glikogenesis adalah proses pembentukan glikogen. Terutama terjadi di otot dan hati. Fungsi

glikogen di otot adalah sebagai sumber glukosa untuk glikolisis si otot (energi). Sedangkan

fungsi glikogen hati adalah sebagai simpanan glukosa dan untuk penyediaan darah. 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.

Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut:1,3

Gambar Glikogenesis

Sumber : Google Image

1. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat. Di otot reaksi ini dikatalisir oleh

heksokinase sedangkan di hati oleh glukokinase.

10

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+Glukosa6-fosfatEnz+Glukosa1,6-bifosfatEnz-P+Glukosa1-fosfat

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

4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik

reaksi ke arah 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.

UDPGlc + (C6)n UDP + (C6)n+1

Glikogen Glikogen

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 14 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang

berdekatan untuk membentuk rangkaian 16 sehingga membuat titik cabang pada molekul

tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1glukosil 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. 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).3

Glukoneogenesis

11

Gambar Glukoneogenesis

Sumber : Google Image

Bila simpanan karbohidrat tubuh berkurang di bawah normal, glukosa dalam jumlah sedang

dapat dibentuk dari asam amino dan dari gugus gliserol lemak. Proses ini disebut

glukoneogenesis. Proses ini sangat penting untuk menghambat penurunan yang berlebihan kadar

glukosa darah selama puasa. Glukosa merupakan substrat utama untuk menghasilkan energi di

jaringan seperti otak dan sel darah merah, serta jumlah glukosa yang adekuat harus tersedia

selama beberapa jam di antara wakut-waktu makan. Hati berperan utama dalam mempertahankan

kadar glukosa darah selama puasa dengan mengubah simpanan glikogennya menjadi glukosa

(glikogenolisis) dan dengan mensintesis glukosa, terutama dari asam laktat dan asam amino

(glukoneogenesis). Sekitar 25% glukosa yang diproduksi hati selama puasa berasal dari

glukoneogenesis, yang membantu mempertahankan suplai glukosa ke otak. Pada puasa yang

berkepanjangan, ginjal juga mensintesis sejumlah glukosa dari asam amino dan prekursor

lainnya.1

Sekitar 60% asam amino dalam protein tubuh dapat diubah dengan mudah menjadi

karbohidrat; sedangkan 40% sisanya mempunyai konfigurasi kimia yang menyulitkan atau tidak

12

memungkinkan pengubahan tersebut. Setiap asam amino diubah menjadi glukosa melalui proses

kimia yang sedikit berbeda. Misalnya, alanin dapat diubah secara langsung menjadi asam piruvat

hanya melalui deaminasi; asam piruvat disimpan. Beberapa asam amino yang lebih rumit dapat

diubah menjadi berbagai gula yang mengandung tiga, empat, lima, atau tujuh karbon; gula-gula

ini kemudian dapat memasuki jalur fosfoglukonat dan akhirnya membentuk glukosa. Jadi,

melalui deaminasi ditambah beberapa konversi sederhana, banyak asam amino yang dapat

berubah menjadi glukosa. Interkonversi yang berupa dapat mengubah gliserol menjadi glukosa

atau glikogen.1

Berkurangnya karbohidrat di dalam sel dan berkurangnya gula darah merupakan rangsangan

dasar untuk meningkatkan kecepatan glukoneogenesis. Berkurangnya karbohidrat dapat

langsung membalikkan banyak reaksi glikolisis dan reaksi fosfoglukonat, sehingga

memungkinkan perubahan asam amino yang terdeaminasi dan gliserol menjadi karbohidrat.

Selain itu, hormon kortisol sangat penting dalam pengaturan ini, sebagai berikut:1,3

Karbohidrat menurun di intrasel, sel adenohipofisis mensekresi hormon kortikotropin dan

hormon ini merangsang korteks adrenal untuk mensekresi sejumlah besar hormon glukokortikoid

terutama kortisol. Kemudia kortisol membuat semua protein tersedia dalam bentuk asam amino,

lalu dideaminasi di hati dan menghasilkan substrat ideal untuk diubah menjadi glukosa.1,3

Protein

Protein dibuat dari banyak asam amino yang dirangkai menjadi rantai-rantai oleh ikatan

peptide yang enghubungkan gugus amino pada satu asam amino. Jalur metabolik utama dari

asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh,

digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam

amino. Sedangkan ketiga adalah katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam

serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat

adalah sintesis protein dari asam-asam amino. Proses metabolisme protein terjadi di hati.4

Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan

atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan

asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan

pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh.

13

Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat

melalui jalur yang beraneka ragam.4

Sintesis Asam Amino

Semua jaringan memiliki kemampuan untuk men-sintesis asam amino non esensial,

melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino menjadi

asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Tetapi, hati merupakan tempat utama

metabolisme nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari asam amino

dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea. Rangka karbon umumnya

diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi asam lemak melalui

jalur sintesis asam lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam amino dikelompokkan menjadi 3

kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta glukogenik dan ketogenik.4

Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur produksi

piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-ketoglutarat atau oksaloasetat. Semua asam

amino ini merupakan prekursor untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Semua asam amino

kecuali lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah asam amino yang

semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat asetil KoA atau asetoasetil

KoA.4

Lemak

Lemak atau lipid terdapat pada semua bagian tubuh manusia terutama pada bagian otak,

mempunyai peran yang sangat penting dalam proses metabolisme secara umum. Sebagian lipid

jaringan tersebar sebagai komponen utama membran sel dan berperan mengatur jalannya

metabolisme di dalam sel.

Beberapa peranan biologi yang penting dari lipid adalah sebagi berikut: (a) Komponen struktur

membran. (b) Lapisan pelindung paad beberapa jasad. (c)Bentuk energi cadangan. (c) Komponen

permukaan sel yang berperan dalam proses interaksi antara sel dengan senyawa kimia di luar sel,

seperti dalam proses kekebalan jaringan. (d) Sebagai komponen dalam proses pengangkutan

melalui membran.

Peran hati dalam metabolisme lemak adalah: (a) Menghasilkan empedu: Ekskresi kolesterol dan

menunjang/mempermudah pencernaan dan absorpsi lemak dari usus. (b) Memiliki sistem enzim

14

yang aktif untuk: Lipogenesis (sintesis asam lemak, triasilgliserol, kolesterol, fosfolipid),

ketogenesis, sintesis lipoprotein plasma, dan oksidasi asam lemak.1,5

Oksidasi Asam Lemak (Oksidasi Beta)

Sebagian besar asam lemak bebas yang mengalami katabolisme berasal dari proses hidrolisis

trigliserida oleh enzim lipase yang terdapat di dalam sel jaringan lemak. Asam lemak ini

dikeluarkan dari sel, berikatan dengan serum albumin yang kemudian bersama aliran darah

dibawa ke jaringan lainnya di dalam tubuh untuk selanjutnya mengalami oksidasi. Dalam hal ini

asam lemak yang masuk ke jaringan lebih dulu dipergiat dengan perantaraan enzim di dalam

sitoplasma, baru kemudian dapat dimasukkan ke dalam mitokondrion untuk selanjutnya

mengalami proses oksidasi menghasilkan energi yang dipakai untuk segala kegiatan dalam tubuh

yang memerlukan energi.3

Oksidasi sempurna asam lemak berantai panjang di dalam semua sel jaringan hewan

mamalia, kecuali di dalam sel otak, menghasilkan CO2 dan H2 O sebagai hasil akhir. Dalam

keadaan tertentu oksidasi asam lemak dalam sel otak menghasilkan asam β-hidroksibutirat.

Kelincahan gerak, penyebaran, dan oksidasi asam lemak yang terjadi di dalam tubuh berlangsung

secara terpadu dengan proses metabolisme karbohidrat dan diatur oleh sistem hormon endokrin

yang rumit.1,3

Oksidasi Asam Lemak: Ketogenesis

Meskipun asam lemak mengalami oksidasi menjadi asetil-KoA dan disintesis dari asetil

KoA, namun oksidasi asam lemak bukan merupakan pembalikan sederhana dari biosintesis asam

lemak, tetapi merupakan proses yang sama sekali berbeda dan berlangsung di kompartemen sel

yang berbeda. Pemisahan oksidasi asam lemak di mitokondria dari biosintesis di sitosol

memungkinkan tiap proses dikendalikan secara individual dan diintegerasikan sesuai kebutuhan

jaringan. Setiap tahap pada oksidasi asam lemak melibatkan turunan asil KoA yang dikatalisis

oleh enzim-enzim berbeda, menggunakaan NAD+ dan FAD sebagai koenzim, dan menghasilkan

ATP. Proses tersebut merupakan suatu proses aerob yang memerlukan keberadaan oksigen.3

Meningkatnya oksidasi asam lemak merupakan karakteristik kelaparan dan diabetes melitus,

yang menyebabkan pembentukan badan keton oleh hati (ketosis). Badan keton bersifat asam, dan

15

jika diproduksi secara berlebihan dalam jangka panjang, seperti pada diabetes, menyebabkan

ketoasidosis yang pada akhirnya dapat menyebabkan kematian. Karena glukoneogenesis

bergantung pada oksidasi asam lemak, setiap gangguan pada oksidasi asam lemak

mengakibatkan hipoglikemia. Hal ini terjadi pada berbagai keadaa defisiensi karnitin atau

defisiensi enzim-enzim esensial pada oksidasi asam lemak, misalnya karnitin

palmitoltransferase, atau inhibisi oksidasi asam lemak oleh racun, misalnya hipoglisin.3

Ketogenesis diatur di tiga tahap penting, yaitu:3 (1) Ketosis tidak terjadi in vivo, kecuali jika

terjadi peningkatan kadar asam lemak bebas dalam darah yang berasal dari lipolisis triasilgliserol

di jaringan adiposa. Asam lemak bebas adalah prekursor badan keton di hati. Hati, baik dalam

keadaan kenyang maupun puasa, mengekstraksi sekitar 30% asam lemak bebas yang

melewatinya sehingga pada konsentrasi tinggi, aliran asam lemak yang melewati hati cukup

banyak. Karena itu, faktor-faktor yang mengatur mobilisasi asam lemak dari jaringan adiposa

penting untuk mengontrol ketogenesis. (2) Setelah diserap oleh hati, asam lemak bebas

mengalami oksidasi beta menjadi CO2 atau badan keton atau teresterifikasi menjadi

triasilgliserol dan fosfolipid. Masuknya asam lemak ke dalam jalur oksidatif diatur oleh karnitin

palmitoiltransferase-I (CPT-I), dan asam lemak lainnya yang terserap diesterifikasi. (3) pada

gilirannya, asetil KoA yang dibentuk dalam oksidasi beta dioksidasi dalam siklus asam sitrat,

atau memasuki jalur ketogenesis untuk membentuk badan keton. Seiring dengan meningkatnya

asam lemak bebas serum, semakin banyak asam lemak yang diubah menjadi badan keton dan

semakin sedikit yang dioksidasi melalui siklus asam sitrat menjadi CO2. Pemisahan asetil KoA

diatur sedemikian rupa agar energi bebas total yang terserap dalam ATP yang terbentuk dari

oksidasi asam lemak bebas akan konstan sewaktu konsentrasinya dalam serum berubah.3

Hormon dalam Proses Metabolisme

Hormon yang bekerja dalam tubuh, antara lain: Hormon insulin yang diproduksi sel beta pada

pankreas meningkatkan pengambilan glukosa oleh sel jaringan (otot, jantung, adiposa,

diafragma). Mineralokortikoid (pada manusia terutama adalah aldosteron) dibentuk pada zona

glomerulosa korteks adrenal. Hormon ini mengatur keseimbangan elektrolit dengan

meningkatkan retensi natrium dan ekskresi kalium. Aktivitas fisiologik ini selanjutnya

membantu dalam mempertahankan tekanan darah normal dan curah jantung. Glukokortikoid

dibentuk dalam zona fasikulata. Kortisol merupakan glukokortikoid utama pada manusia.

16

Kortisol mempunyai efek pada tubuh antara lain dalam: metabolisme glukosa

(glukosaneogenesis) yang meningkatkan kadar glukosa darah, metabolisme protein,

keseimbangan cairan dan elektrolit, inflamasi dan imunitas, dan terhadap stresor. Hormon tiroid,

memiliki efek pada metabolisme lemak: meningkatkan metabolisme lemak dan mempercepat

proses oksidasi asam lemak bebas oleh sel. STH (Somatotrof Hormone)/GH (Growth

Hormon)/Somatotropin, hormon ini berasal dari hipofisis pars anterior. Hormon ini berfungsi

untuk memacu pertumbuhan terutama pada peristiwa osifikasi dan mengatur metabolisme lipid

dan karbohidrat. Hormon Adrenalin/Epinefrin, hormon ini berada di kelenjar

adrenal/suprarenalis bagian medula. Hormon ini secara umum berfungsi untuk memicu reaksi

terhadap tekanan dan kecepatan gerak tubuh dan memicu reaksi terhadap efek lingkungan,

seperti suara yang tinggi, dan intensitas cahaya. Secara khusus hormon ini berfungsi memacu

aktivitas cor/jantung, menaikkan tekanan darah, mengerutkan otot polos pada arteri,

mengendurkan otot polos bronchiolus dan mempercepat glikolisis.5

Bila terjadi kekurangan penghasilan hormon adrenalin/epinefrin akan menyebabkan

penyakit Adison. Hormon Kortisol, memiliki fungsi untuk memacu metabolisme karbohidrat dan

meningkatkan respon imunitas tubuh dan bila terjadi kenaikan dalam penghasilan hormon ini

akan dapat menyebabkan sindrome cushing. Hormon Glukagon, hormon ini berada di pulau

langerhans pankreas. Hormon ini mempunyai sifat kerja yang sinergis dengan hormon adrenalin

dan memiliki fungsi untuk meningkatkan kadar gula dalam darah serta mengubah glikogen

menjadi glukosa dalam peristiwa glikolisis.5

Kesimpulan Kasus : Seorang perempuan 20 tahun dibawa ke IGD karena pingsan di kampus.

Perempuan tersebut sedang puasa dan tidak sahur, makan terakhir kali kemarin sore pada saat

berbuka puasa, dan hanya makan buah-buahan dan susu.

Pada 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

17

ADH, aldosteron dan kerja saraf simpatis. Glukoneogenesis dan glikogenolisis penting untuk

memback up sumber glukosa pada saat puasa.

Daftar Pustaka

1. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell V. Biokimia harper. Edisi 29. Jakarta:

EGC. 2012.h.209-41

2. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi ke-20. Jakarta: Penerbit Buku

Kedokteran EGC; 2003.h.276-88.

3. Guyton, Hall. Buku ajar : fisiologi kedokteran. Edisi 11. Jakarta : EGC ; 2007

4. Musrinsalila. Metabolisme protein. Diunduh dari:

http://www.scribd.com/doc/24511733/Metabolisme-Protein-Mus, 8 Oktober 2015

5. Sherwood L. Fisiologi manusia dari sel ke system. Edisi ke-2. Jakarta: EGC; 2001.h.609-

86.

6. Fauziyati, Ana. Adaptasi fisiologis selama puasa (Physiological adaptation during

fasting). Vol.5. Jakarta: Jurnal penelitian dan pengabdian dppm.uii.ac.id. 2008. h.8-9

18