bagian fisiologi departemen anatomi, fisiologi dan farmakologi fakultas kedokteran hewan ipb

METABOLISME

BAGIAN FISIOLOGI

DEPARTEMEN ANATOMI, FISIOLOGI DAN FARMAKOLOGI

FAKULTAS KEDOKTERAN HEWAN IPB

4/12/2016 MATERI AJAR FISIOLOGI VETERINER II (METABOLISME) 1


Sumber Bacaan:

1. Cunningham’s Textbook of Veterinary Physiology 5th edition; Elsevier, pp 342-358

2. Clinical Anatomy and Physiology for Veterinary Technicians 3rd edition (Colville and Bassert), pp 417-444

3. Dee Unglaub Silverthorn Human Physiology An Integrated Approach, pp 739-765


Foundation of nutrition and cell metabolism


Metabolisme

Metabolisme

anabolisme

katabolisme

Metabolisme: urutan atau suksesi proses kimia yang terjadi dalam

organisme hidup

Anabolisme: sintesis senyawa kompleks dari bahan-bahan

sederhana, contoh pembentukan glikogen dari glukosa

(glikogenesis); lipogenesis, protein sintesis, dll

Katabolisme: perombakan senyawa kompleks menjadi bahan-bahan

yang lebih sederhana, contohnya: glikolisis, lipolisis,

perombakan nutrien menjadi CO2 + H2O + energi, dll


Katabolisme bahan makanan produksi energi

Penting untuk : - mempertahankan fungsi-fungsi tubuh

- digesti

- metabolisme

- pengaturan suhu

- aktivitas fisik


Transfer energi :

- Energi yang dihasilkan dari proses katabolisme dipakai untuk pembentukan :

Senyawa fosfat kaya energi

ATP, dihidrolisa menjadi ADP & AMP

Kreatin fosfat

GTP (guanosin trifosfat)

CTP (sitidin trifosfat)

UTP (uridin trifosfat)

ITP (inosin trifosfat)• Kelompok tio-ester : Koenzim-A (Ko-A)

HS - Ko-A + as. Asetat asetil ko-A (reduced Ko-A)


ATP dan Perpindahan Energi Sel

• Di dalam sel, energi dari katabolisme akandipindahkan ke ATP

• Hidrolisa ATP ke ADP dan P akan melepaskanenergi yang kemudian digunakan untuk kegiatansel

ATP + H2O ADP + P + 7 kcal/mol


Hukum I Termodinamik :

Energi tidak dapat dibentuk maupun

dimusnahkan, tetapi dapat dikonversikan

Δ E = H + W

60 % 40 %

ATP

Total energi yang di hasilkan = Panas yang dihasilkan

oleh tubuh + kerja luar + energi yang disimpan

Δ E = energi yang dibebaskan

H = panas

W = energi untuk kerja(transport, mekanik dan kimia)


ENERGI PANAS 60%

Molekul Makanan

(Karbohidrat,

Protein atau Lemak)

CO2 + H2O + NH3

Katabolisme

ENERGI KIMIA 40%

ADP + P ATP

Energi yang digunakan untuk fungsi sel : (1) Tenaga dan

pergerakan, (2)Transport Membran, (3) Sintesa Molekul


Absorbtif vs post absorbtif


Metabolic pathway saat absorbtif


Metabolic pathway saat post absorbtif


Diukur pada keadaan:

- Istirahat

- suhu nyaman

- post absortif (12-14 jam setelah makan)

Keseimbangan energi

Seimbang antara ‘intake’ kalori & ‘output’ energi

Bila - katabolisme sumber-sumber energi

(endogenous)

Bila + energi akan tersimpan

individu akan menjadi gemuk

Basal Metabolic Rate (BMR) = Laju metabolisme basal


• Jumlah energi/panas yang dihasilkan persatuan waktu

• Energi disimpan dlm bentuk senyawa-kaya-energi (ATP, GTP,

ADP, dll.)

• Satuan ukuran energi/panas : kilokalori (K)

Definisi : jumlah panas yg diperlukan untuk me ↑ kan suhu 1 gr

air 1oC

- Pengukuran energi :

o Kalorimetri langsung ( dengan climate chamber; dg bomb kalorimeter )

o Kalorimetri tak langsung

- konsumsi O2

- produksi CO2

}RQ (Respiratory Quotient) : prod CO2/kons O2

Metabolic Rate = Laju Metabolisme


Nutrient Respiratory Quotient

Carbohydrates 1

Proteins 0.8 - 0.9

Ketones (eucaloric) 0.73

Ketones (hypocaloric) 0.66

Triolein (Fat) 0.7

Oleic Acid (Fat) 0.71

Tripalmitin (Fat) 0.7

Malic acid 1.33

Tartaric acid 1.6

Oxalic acid 4.0

https://en.wikipedia.org/wiki/Carbohydrates

https://en.wikipedia.org/wiki/Proteins

https://en.wikipedia.org/wiki/Ketones

https://en.wikipedia.org/wiki/Ketones

https://en.wikipedia.org/wiki/Triolein

https://en.wikipedia.org/wiki/Oleic_Acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Tripalmitin

https://en.wikipedia.org/wiki/Malic_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Tartaric_acid

https://en.wikipedia.org/wiki/Oxalic_acid


Bomb calorimeter

http://image.wistatutor.com/content/feed/tvcs/image1_27.jpg


Pengukuran Laju Metabolisme dengan produksi panas


Pengukuran Laju Metabolisme dengan konsumsi O2


Faktor – faktor yang mempengaruhi laju metabolisme :

- aktivitas muskular

- ingesti makanan

- suhu lingkungan

- tinggi, berat dan luas permukaan tubuh

- sex

- umur

- keadaan emosi

- suhu tubuh

- konsentrasi hormon-hormon tiroid di darah

- konsentrasi epinefrin/norepinefrin di darah


Kontrol Asupan Makanan

“Satiety signals” reseptor lapar

kenyang

Melibatkan konsentrasi glukosa plasma & hormone yang

mengatur metabolisme bahan2 organik (KH & lemak)

Hormon Yang Mengatur Metabolisme :

-Insulin

- glukagon

- GH

- Glukokortikoid

- Epinefrin

- Tiroksin

GlukosaTidak ada efek


Sumber karbohidrat


Fase absorptive KARBOHIDRAT

Insulin stimulan: gastric inhibitory peptide

Penyimpanan glukosa oleh hati glikogen dan TG

Glukosa glikogen

Glukosa asam lemak via glikolisis 2 piruvat asetil ko-A siklus Krebs + oksaloasetat sitrat ke sitosol asam lemak

Glukosa asam lemak (irreversibel)


1. Katabolisme aerobik melalui jalur glikolitik akan menghasilkan asam piruvat dan masuk ke siklus Krebs Kondisi Aerobik : 38 molekul ATP dihasilkan

dimana 34 berasal dari oksidasi fosforilisasi, 2 ATP dari glikolisis dan 2 ATP dari siklus Krebs

Kondisi Anaerobik : 2 molekul ATP dihasilkan

40 % energi dari glukosa pada kondisi aerobik dipindahkan ke ATP dan sisanya untuk produksi panas

Katabolisme Karbohidrat


GLIKOLISIS

Kelompok fosfat dipindahkan dari metabolikfosforilated ke ADP. Substrat fosforilisasiumumnya terjadi pada jalur glikolitik dimanaenzim yang terlibat terdapat pada sitosol

Glukosa + 2ADP + 2Pi

2 as.laktat + 2 ATP + 2 H20

Karbohidrat adalah bahan yang hanya dapatmasuk ke jalur glikolitik :

Aerobik : ATP dan asam piruvat

Anaerobik : ATP dan asam laktat


Glikolisis

Menggunakan

2 ATP

Menghasilkan 4 ATP

Glikolisis menghasilkan:

• (4 - 2) = 2 ATP

• 2 asam piruvat

• 2 NADH


Glikolisis anaerobik


Respirasi selular


Siklus Kreb’s

Siklus Kreb

menghasilkan:

• 1 ATP

• 3 NADH

• 1 FADH2


Oksidasi Biologis

- Oksidasi : reaksi senyawa + O2 ( hilangnya H+ , e- )

- >< reduksi

- Oksidasi dikatalisis oleh enzim

Fosforilasi Oksidatif

- Pembentukan ATP melalui proses oksidasi oleh flavoprotein dan enzim-enzim sitokrom


Oksidasi fosforilisasi

Reaksi yang melibatkan 2 atom H kombinasi denganoksigen untuk membentuk air

Terjadi pada membran bagian dalam dari mitokondriakarena enzim pembentuk ada di dalam mitokondria

H+ didapat dari katabolisme bahan makanan dan ditransferke mitokondria sebagai coenym-2H

Coenzym-2H + ½ O2

Coenzym + H2O + 52 kcal/mol

Merupakan penghasil utama ATP


Fosforilasi oksidatif


• Karbohidrat disimpan dalam glikogen

terutama di hati dan otot rangka

• Glukosa dapat disintesa dari asam

amino, asam piruvat dan gliserol.

• Asam laktat tidak dapat disintesa

menjadi glukosa kecuali di hati

Metabolisme Karbohidrat

(lanjutan)


Membran sel

Glukosa

darah

Uridin difosfat

glukosa

glikogen

Glukosa-1-P

Glukosa-6-P

Glikolisis

glukokinase/heksokinase

glukosa fosfatase

fosforilase

Glikogenesis dan Glikogenolisis


Sintesa Glukosa - Glikogen


Fosforilasi glukosa bersifat ireversibel

kecuali di sel hati, epitel tubulus ginjal dan

sel epitel usus karena adanya enzim

glukosa fosfatase

Oksidasi 1 gram molekul glukosa

lepaskan energi 686.000 kalori

Pembentukan 1 gram molekul ATP perlu

12.000 kalori mekanisme pemecahan

glukosa secara progresif 38 mol ATP


Pemecahan glikogen menjadi glukosa:

glikogenolisis

Pengaktifan fosforilasi oleh : epinefrin dan

glukagon siklik AMP

Pelepasan energi dari glukosa glikolisis

(hasilkan 2 molekul asam piruvat) 38

molekul ATP

Pelepasan energi dari glukosa

Jalur glikolisis (Embden Meyerhof)

Jalur pentosa fosfat (fosfoglukonat)


GLIKOGENESIS- dari glukosa- dari asam laktat, gliserol, asam piruvat,

dan beberapa asam amino deaminasi glukosa glikogen

GLIKOGENOLISIS- fosforilasi enzim fosforilase- aktivasi oleh epinefrin dan glukagon siklik AMP

GLIKOLISIS

- Pelepasan energi dari molekul glukosa GLUKONEOGENESIS

- Terjadi di hati, dan sebagian kecil di ginjal


Pengaturan pelepasan energi dari glikogenolisis glikolisis

1. Hambatan terhadap enzim fosfofruktokinaseoleh ATP hambat pembentukan fruktosa1,6-fosfatase

2. Hambatan oleh ion sitrat3. Mekanisme sistem ATP-ADP-AMP


LEMAK : - Trigliserida (lemak netral)- Fosfolipid- Kolesterol

Trigliserida (TG) : asam lemak rantai panjang + gliserol

- asam stearate (18 C. jenuh)- asam oleat (16 C, tidak jenuh)- asam palmitate (16 C, jenuh)

LEMAK


Asam lemak jenuh


Asam lemak tidak jenuh


LIPID

Trigliserida sumber energi

FosfolipidKolesterol } Membran sel

Trigliserida sebagai energi 146 mol ATP

Jumlah ATP yang terbentuk dari 1 gr lemak adalah 2,5 kali ATP yang terbentuk dari 1 gr karbohidrat


Pencernaan TG asam lemak + gliserol

kilomikron (droplet kecil TG), apoB

masuk ke dalam pembuluh limfe


Hidrolisis kilomikron oleh LPL (lipoprotein lipase)di jar. adiposa dan hati as. lemak dan gliserolkemudian dibentuk TG kembali di dalam sel hatidan adiposa

Bila diperlukan untuk energi TG dari depo lemak ditranspor ke jaringan lain

dalam bentuk asam lemak bebas atau as. lemakbukan ester berikatan dgn albumin

kontrol : - kadar glukosa pada sel adiposa - gliserofosfat hidrolisis TG

- hormon2 yang mekan hidrolisis TG


LIPOPROTEIN

Komposisi : TG, kolesterol, fosfolipid danprotein

Dibentuk di hati Fungsi : transport lemak dalam darah Jenis :

- VLDL TG, kolesterol dan fosfolipid sedang- IDL TG , kolesterol dan fosfolipid >>- LDL TG tidak ada, kolesterol, fosfolipid

sedang- HDL protein , kolesterol dan fosfolipid <<


Metabolisme Lemak

Lemak terutama disimpan dalam jaringan lemak

• Asam lemak dipecah di dalam mitokondria danmasuk ke dalam siklus Krebs

• Asam lemak akan berikatan dengan gliserofosfatuntuk membentuk triacilgliserol


TG untuk energi :- Hidrolisis TG asam lemak dan gliserol- Transport ke jaringan oksidasi- Gliserol gliserol 3-fosfat ke jalur glikolitik

Tahapan :- Transport as. lemak ke dalam mitokondria carrier karnitin

- Oksidasi beta as. lemak menjadi asetil koA- Oksidasi asetil koA di dalam siklus Krebs- Hasil akhir 146 molekul ATP


Lipolisis


Benda2 keton :- As. asetoasetat (as. keto)- As. -hidroksibutirat- Aseton

meningkat pada keadaan kelaparan, diabetes

Bila ketosis


Pembentukan TG dari Karbohidrat Bersifat ireversibel Dimulai dengan proses glikolisis Konversi KH menjadi asetil koA Sitrat ditransport ke sitosol Peran insulin


Protein

Asam amino merupakan hasil akhir daripencernaan protein


MATT HILL PVMethionin Arginin Tryptophan Treonine Histidin

Isoleusin Lysin Leusin Phenylalanin Valine


Metabolisme Protein

1. Anabolisme sintesis protein

2. Katabolisme

Kelompok amin akan dihilangkan dariasam amino dan akan membentuk asamketo yang kemudian dapat dikatabolismedengan menghasilkan energi yang kemudian dipindahkan ke ATP atau dapatdisintesa menjadi asam lemak


General Protein metabolism pathway


Kelompok amin akan dihilangkan dari asam amino dengan cara :

Oksidasi deaminasi, dimana akan menghasilkan amonia. Amonia yang terbentuk akan diubah menjadi urea di hati dan akan dikeluarkan melalui ginjal

Transaminasi, dimana kelompok amin akan dipindahkan ke asam keto dan membentuk asam amino baru

Katabolisme Protein


Deaminasi dan Transaminasi


Katabolisme Protein

- As. amino bebas di simpan dalam bentuk protein selular, dan akan mengalami katabolisme di sebagian besar jaringan terutama di mukosa usus, hati, otot skelet, ginjal dan otak.

- Lysin dan Leusin membentuk produk antara non glukoneogenik

- Proses katabolisme protein terutama akan melepas sisi/gugus amino α-keto acids oksidasi CO2

Pembentukan ATP

Sintesa glukosa dan lipid

- Protein selular asam amino oleh enzim: lisosom intraselular- Pengecualian: protein dalam kromosom nukleus dan protein struktural (kolagen dan kontraktil)


Asam amino di hati mengalami deaminasi pelepasan gugus amin dan pembentukan keto-analog masuk jalur metabolisme karbohidrat


- NH3 yang terlepas akan diubah jadi ureum dan diekskresikan (pada mamalia)

- Pada reptil & unggas NH3 diubah jadi as. urat

- Hewan-hewan akuatic ekses nitrogen diekskresi dalam bentuk ion ammonium

Oksidasi dan deaminasi asam amino

- Hasil deaminasi : asam -ketosiklus Krebs oksidasi energi

Pembentukan ureum oleh hati- Deaminasi amonia (NH3) ureum


Pembentukan dan ekskresi urea : merupakan produksi buangan N yang utama dari katabolisme protein


Metabolisme Protein di Hati


Komponen bahan bakar metabolikutama:

• Glukosa (tersimpan dalam bentuk glikogen, di hati dan otot)

• Asam amino (tersimpan dalam bentuk protein otot)

• Asam lemak (3 asam lemak + 1 gliserol dalam ikatan ester, tersimpan dalam bentuk TG di jar. lemak)

• Badan keton: aseton, aseto asetat,

• -hidroksibutirat (dari asam lemak)


Tahap Fungsional PadaPengaturan Metabolisme

1. Tahap Absorbsi : Tahap dimana nutrienberasal dari saluran pencernaan masuk kedalam aliran darah

2. Tahap Post-absorbsi : Tahap dimanasaluran pencernaan kosong dari nutriensehingga energi diambil dari gudangpenyimpanan


KEBUTUHAN NUTRIEN PADA TAHAP ABSORBSI


Selama tahap absorbsi, hati mengambil glukosadan merubah menjadi glikogen serta trigliserida

Transportasi asam lemak ke luar sel sebagai Very Low Density Lipoprotein (VLDL)

Sirkulasi asam amino dalam darah diatur olehhati

Nasib asam amino setelah berada dalam hati :

1. Digunakan untuk sintesa protein

2. Diubah ke dalam bentuk karbohidrat analog dan masuk ke siklus krebs


Pengaruh makanan terhadap pengeluaraninsulin dan glukagon

Insulin Glukagon

Karbohidrat + -

Protein + +


Kebutuhan Nutrien Pada Tahap

Post-absorbsi


Fase Postabsorptif

• Glukagon, Insulin ↓

• Hormone-sensitive lipase (HSL) pelepasan asam lemak dari jaringan lemak

• HSL aktif krn sekresi insulin menurun saat post absorbtif (Insulin merangsang defosforilasi) dan katekolamin

• Hasil akhir: Asam lemak bebas (NEFA)


BCAA: Branch-Chain Amino Acid

(Valine, Leucine, Isoleucine)

Asam amino asal otot sebagai sumber glukosa


Sumber glukosa darah :

1. Glikogenolisis ( pemecahan glikogen)

2. Glukoneogenesis (pembentukan glukosa dari lemak dan protein)

SUMBER ENERGI SELAMA KEKURANGAN MAKANAN

: asam lemak, trigliserida dan badan keton


Pada Kondisi Kelaparan/Puasa

- Mobilisasi cepat NEFAs ke hati

• Oksidasi untuk produksi enetgi

• Esterifikasi produksi TG

• Produksi badan keton

Di mitokondria hati + carnitineBergantung keberadaan enzim : CPT 1 (carnitine palmitoyl transferase I)

Dihambat oleh malonyl CoA


Starvasi:

1. Fase 1• Penurunan LMB• Sumber glukosa berasal dari glikogen hati (habis

dalam hitungan jam)• Sumber energi berikutnya: katabolisme lemak (asam

lemak dan gliserol) dan asam amino Glukosa• Pembentukan badan keton

2. Fase 2• Setelah 1 – 2 minggu otak dan jaringan lainnya

menggunakan glukosa dan badan keton• Sumber energy utama dari lemak


Starvasi:

Fase 3• Protein sebagai sumber energy utama (Hati, Protein

Plasma, lalu Protein di GI tract, hati dan otot rangka)• ↓ fungsi dan ukuran organ• ↓ protein plasma ↓ tekanan onkotik ascites


RUMINANSIA

• Suplai glukosa dari glukoneogenesis (VFA propionate suksinat oksaloasetat siklus Krebs)

• Asetat dan butirat asetil ko-A siklus Krebs tidak dapat membentuk oksaloasetat atauglukosa


Pengaturan Sistim Endokrin Dan Saraf Pada Tahap

Absorbsi Dan Post-absorbsi

1. Insulin

Merupakan asam amino dan disekresikanoleh pankreas sel β

Plasma gukosa meningkat akanmerangsang sekresi insulin

Aksi Insulin :

1. Meningkatkan kemampuan membran untukmemindahkan glukosa

2. Meningkatkan fungsi enzim


Pengaruh Insulin terhadap metabolisme

karbohidrat :

Stimulasi pengambilan glukosa oleh sel (T)

Stimulasi glikolisis (E)

Stimulasi sintesa glikogen (E)

Inhibisi katabolisme glikogen (E)

Inhibisi glukoneogenesis (E)

Hasilnya :

Penurunan konsentrasi plasma glukosa, peningkatanpenyimpanan glikogen

Peningkatan pengambilan glukosa dibandingkanpelepasan glukosa dari hati


Pengaruh Insulin terhadap metabolisme lemak :

Stimulasi sintesa triacylglycerol (E)

Inhibisi katabolisme triacylglycerol (E)

Stimulasi lipoprotein lipase pada sel endotel (E)

Hasilnya :

Penurunan konsentrasi plasma gliserol dan asamlemak bebas

Peningkatan penyimpananlemak dan penurunanpenggunaan lemak untuk energi


2. Glukagon

Merupakan asam amino dan disekresikanoleh pankreas sel α

Kontrol sekresi glukagon :

1.Plasma glukosa rendah

2.Plasma asam amino tinggi

3.Syaraf simpatis dan sirkulasi epinefrin

4.Syaraf parasimpatis

5.Beberapa hormon lain (GH, kortisol dll)


3. Epinefrin dan syaraf simpatis ke hati dan

jaringan lemak

Plasma Glukosa

Adrenal medula

Sekresi Epinefrin

Plasma Epinefrin

Otot Rangka

Glikogenolisis

Asupan Glukosa

Plasma Glukosa, asam lemak, gliserol

Aktivitas saraf simpatis

menuju jaringan lemak dan

hati

Hati

Glikogenolisis

Glukoneogenesis

Jaringan lemak

Lipolisis

Reflex melalui reseptor

glukosa pada otak


4. Kortisol

Efek kortisol terhadap metabolisme :

1. Konsentrasi basal merupakan stimulasi untuk glukoneogenesis dan lipolisis pada tahap postabsorbsi

2. Peningkatan konsentrasi akan menyebabkan :

a. Peningkatan protein katabolisme

b. Peningkatan glukoneogenesis

c. Penurunan pengambilan glukosa oleh sel

d. Peningkatan pemecahan triacylglserol

Hasilnya : Peningkatan konsentrasi plasma asam amino, glukosa dan asam lemak bebas


5. Hormon Pertumbuhan

Fungsinya :

1. Stimulasi lipolisis pada jaringan adiposa

2. Peningkatan glukoneogenesis oleh hati

3. Penurunan pengambilan glukosa oleh jaringan


PENGATURAN GLUKOSA

Glukagon Epinefrin Kortisol GH

Glikogenolisis X X

Glukoneogenesis X X X X

Lipolisis X X X X

Penahanan

ambilan glukosaX X X

bagian fisiologi departemen anatomi, fisiologi dan farmakologi fakultas kedokteran hewan ipb

Documents

Transcript of bagian fisiologi departemen anatomi, fisiologi dan farmakologi fakultas kedokteran hewan ipb