Pembentukan Energi untuk Aktifitas Tubuh

Ferina Evangelin102012101Ferina.evangelin@civitas.ukrida.ac.id

Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida WacanaJalan Arjuna Utara No.06 Jakarta Barat 11510www.ukrida.ac.id

Pendahuluan Setiap sel di tubuh memerlukan energi untuk melaksanakan fungsi-fungsi yang esensial bagi kelangsungan hidup sel itu sendiri (misalnya transportasi aktif dan perbaikan sel) serta untuk menjalankan peranan khusus terhadap keseimbangan homeostatik (misalnya sekresi kelenjar dan kontraksi otot). 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.

Skenario Setelah berlari keliling lapangan bola selama 5 kali putaran, seorang pelajar merasakan letih dan pusing.

Metabolisme EnergiMetabolisme adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan interkonvensi senyawa kimia di dalam tubuh, jalur yang diambil oelh 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. Pengetahuan tentang metabolisme normal sangat penting untuk memahami kelainan yang mendasari penyakit. 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. Orang dewasa dengan berat badan 70 kg memerlukan sekitar 10-12 MJ (2400-2900 kkal) dari bahan bakar metabolik setiap hari. Bagi manusia kebutuhan ini terpenuhi dari karbohidrat (40-60%), lipid (terutama triasilgliserol, 30-40%), dan protein (10-15%), serta alkohol. 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

Gambar 1. Metabolisme energi utama3

KarbohidratKarbohidrat tersebar luas dalam tumbuhan dan hewan; senyawa ini memiliki peran struktural dan metabolik yang penting. Pada tumbuhan, glukosa disintesis dari karbon dioksida dan air melalui fotosintesis. 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. Penyakit terkait metabolisme karbohidrat antara lain diabetes melitus, galaktosemia, penyakit penimbunan glikogen dan intoleransi laktosa.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 didalam 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 yanglain; 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.1

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 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.4

Metabolisme Utamaa. Glikolisis Embden MeyerhoffProses glikolisis ialah proses awal dari metabolisme gugus gula hasil pemecahan karbohidrat di dalam sel. Proses glikolisis ialah suatu proses yang bertujuan untuk menghasilkan piruvat dalam keadaan aerob ataupun laktat dalam keadaan anaerob sehingga dapat terbentuk energi. Glikolisis terjadi di dalam sitoplasma sel/sitosol. Pada keadaan aerob, 1 molekul glukosa yang melalui proses glikolisis dapat menghasilkan 8 ATP sedangkan dalam keadaan anaerob jumlah ATP yang dihasilkan lebih sedikit yaitu 2 ATP.

Gambar 2. Glikolisis secara kimia.3 Di eritrosit, proses glikolisis selalu terjadi dalam keadaan anaerob karena ketiadaan mitokondria. Hal ini menyebabkan hasil akhirnya selalu berupa laktat.2,4 Proses glikolisis terjadi melalui tahapan-tahapan tertentu. Tahapan-tahapan tersebut adalah: Glukosa glukosa 6-P. Enzim yang berperan ialah glukokinase di hepar dan heksokinase di jaringan ekstrahepatik. Proses perubahan ini memerlukan donor phospat yang didapat melalui pelepasan gugus phospat dari sebuah molekul ATP menjadi ADP. Selain itu diperlukan ion magnesium. Reaksi ini tidak dapat terjadi dalam arah yang berlawanan. Glukosa 6-P merupakan molekul yang penting bukan hanya dalam glikolisis EM, melainkan juga proses lain seperti HMP shunt dan glikogenolisis. Glukosa 6-P Fruktosa 6-P. Enzim yang berperan adalah isomerase. Fruktosa 6-P Fruktosa 1,6 bifosfat. Enzim yang berperan ialah fosfofruktokinase. Enzim ini bekerja bantuan ion magnesium dan ambilan satu gugus phospat dari ATP. Enzim ini merupakan enzim kunci yang mengatur kecepatan proses glikolisis. Fruktosa 1,6 bifosfat gliseraldehid 3-P + DHAP (bantuan enzim aldolase) DHAP gliseraldehid 3-P (isomerase). Sehingga pada proses ini dihasilkan 2 molekul gliseraldehid 3-P. Gliseraldehid 3-P 1,3 bifosfogliserat (gliseraldehid 3-P Dehidrogenase). Proses ini memerlukan koenzim NAD+ yang akan bereaksi dengan phospat inorganik menjadi NADH dan melepas ion hidrogen. Proses ini akan menghasilkan 3 ATP melalui rantai pernapasan. Proses ini dapat dihambat oleh iodoasetat. 1,3 bifosfogliserat 3 fosfogliserat (fosfogliserat kinase). Dengan bantuan ion magnesium, proses ini akan menghasilkan 1 ATP pada tingkat substrat. 3 fosfogliserat 2 fosfogliserat (mutase) 2 fosfogliserat Phospo enol piruvat (enolase). Memerlukan ion magnesium dan akan dihambat oleh flourida. Phospo enol piruvat (enol) piruvat (piruvat kinase). Proses ini memerlukan ion magnesium dan ADP. Gugus phospat dari phospo enol piruvat akan diambil untuk bergabung dengan ADP membentuk 1 molekul ATP. (enol) piruvat (keto) piruvat. Proses ini berlangsung secara spontan.

Proses diatas dalam keadaan normal akan menghasilkan 10 ATP. Langkah kelima menghasilkan 3 ATP, namun karena ada 2 molekul gliseraldehid 3-P maka energi yang dihasilkan menjadi 6 ATP. Proses yang berlangsung dibawahnya juga terjadi dalam 2 molekul, sehingga ATP yang terbentuk pada langkah 6 sebanyak 2 ATP dan langkah 9 sebanyak 2 ATP. Totalnya ialah 10 ATP. Sedangkan energi yang digunakan dalam proses ini ialah 2 ATP. ATP ini digunakan pada langkah 1 dan 3. Sehingga total energi dalam glikolisis pada proses aerob ialah sebesar 8 ATP. Pada keadaan anaerob rantai pernafasan tidak terjadi. Yang terjadi adalah pembentukan laktat. Sehingga 6 ATP pada langkah kelima tidak terbentuk. Oleh karena itu jumlah ATP yang dihasilkan hanya 2 ATP.

b. Oksidasi Piruvat Asetil KoAPiruvat yang telah terbentuk sebagai hasil proses glikolisis dapat masuk ke dalam mitokondria untuk mengalami oksidasi menjadi molekul asetil koA. 1 molekul glukosa akan menghasilkan 2 molekul piruvat yang memiliki 3 atom karbon. Piruvat akan diubah menjadi asetil koA yang memiliki 2 atom karbon. Dalam eritrosit, setelah mengalami glikolisis maka piruvat akan diubah menjadi laktat.2Piruvat dehidrogenase ialah enzim yang berperan dalam proses ini. Konsentrasi dari piruvat dehidrogenase meningkat pada saat makan dan saat piruvat banyak terbentuk. Sebaliknya kondisi kelaparan serta konsentrasi asetil koA yang meningkat akan menghambat kerja dari piruvat dehidrogenase.

Gambar 3. Oksidasi Piruvat.3Selain itu kinase spesifik juga berperan dalam proses oksidasi piruvat. Fosforilasi kinase dapat menghambat aktivitas enzim ini, sedangkan defosforilasi kinase dapat mempercepat kerja enzim ini. Enzim ini memerlukan koenzim NAD+ yang melalui rantai pernapasan akan berubah menjadi NADH dan menghasilkan 3 ATP.Proses reaksi memerlukan 5 vitamin dalam bentuk koenzim, yaitu vitamin asam lipoat, vitamin B1, B2, B5 dan vitamin asam pantotenat. Sedangkan hambatan pada enzim piruvat dehidrogenase dapat menyebabkan laktat asidosis. Kondisi ini dapat terjadi pada keracunan ion merkuri dan pada penderita diabetes melitus.3 Jumlah ATP yang dihasilkan pada proses ini ialah sebesar 6 ATP.

c. Siklus Asam SitratSiklus asam sitrat merupakan jalur akhir bersama metabolisme karbohidrat, protein dan lemak. Asetil koA sebagai substrat awal kerja enzim pada siklus asam sitrat dapat dihasilkan dari katabolisme karbohidrat, protein dan lemak. Siklus ini dapat terjadi di mitokondria.

Gambar 4. Siklus krebs.3

Siklus ini merupakan siklus dimana terjadi penggabungan antara molekul asetil koA dengan oksaloasetat hingga terbentuk asam trikarboksilat yaitu asam sitrat. Asam sitrat akan mengalami beberapa reaksi untuk akhirnya kembali membentuk oksaloasetat.5 Proses yang terjadi adalah sebagai berikut: Asetil koA + oksaloasetat + H2O sitrat + koASH (enzim sitrat sintase) Sitrat isositrat (enzim akonitase). Kerja enzim dapat dihambat oleh fluoroasetat. Hal ini dikarenakan fluoroasetat dapat berkondensasi dengan oksaloasetat membentuk fluorositrat yang menghambat kerja enzim akonitase. Isositrat + NAD+ ketoglutarat + CO2 + NADH + H+ (enzim isositrat dehidrogenase). Proses ini melalui rantai pernapasan akan menghasilkan 3 ATP. ketoglutarat + NAD+ + koASH Suksinil ko-A + CO2 + NADH + H+ (enzim ketoglutarat dehidrogenase). Proses ini juga menghasilkan 3 ATP. Kerja enzim dapat dihambat oleh arsenat. Suksinil KoA + GDP +Pi Suksinat + GTP + koASH (enzim suksinat tiokinase). Melalui tingkat substrat maka GTP dapat menyumbang 1 gugus phospat ke ADP untuk menghasilkan ATP.3 Suksinat + FAD Fumarat + FADH2 (enzim suksinat dehidrogenase). Kerja enzim dapat dihambat malonat yang sifat inhibisinya ialah kompetitif. Jumlah ATP yang dihasilkan melalui proses ini ialah 2 ATP. Fumarat + H2O Malat (enzim fumarase) Malat + NAD+ Oksaloasetat + NADH + H+ (enzim malat dehidrogenase). Jumlah ATP yang dihasilkan melalui proses ini ialah sebesar 3 ATP.

Regulasi terutama dari siklus asam sitrat adalah konsentrasi produk. Semakin tinggi konsentrasi produk, maka enzim untuk mensintesisnya semakin dihambat.2 Hasil dari siklus asam sitrat adalah 24 ATP, yang terdiri dari: 3 NADH : 9 ATP 1 FADH2 : 2 ATP 1 GTP : 1 ATPKarena ada 2 molekul asetil koA, maka jumlah energi menjadi 12 x 2 ATP = 24 ATP.

Dari ketiga proses diatas total energi yang dihasilkan dalam oksidasi satu molekul glukosa ialah sebesar 38 ATP (glikolisis 8 ATP, oksidasi piruvat 6 ATP dan siklus asam sitrat 24 ATP)d. HMP ShuntHMP merupakan singkatan dari hexose mono phospat = pentose phospat pathway. Proses ini merupakan jalan lain untuk oksidasi glukosa melalui dehidrogenasi dengan NADP sebagai akseptor H+. Proses ini terjadi di sitoplasma sel dan tidak menghasilkan ATP. HMP shunt aktif di hati, jaringan adiposa, sel darah merah, korteks adrenal, kelenjar tiroid, kelenjar mammae yang sedang laktasi dan kelenjar testis. Bagi sel darah merah, proses ini menyediakan glutation untuk melindungi membran sel dari proses oksidasi oleh molekul H2O2.3,4 Proses ini bertujuan untuk menyediakan NADPH + H+. NADPH penting bagi sintesis asam lemak, kolesterol, hormon steroid, asam amino dan hormon tiroid. Selain itu proses ini akan menyediakan ribosa 5 phospat untuk sintesis nukleotida (RNA DNA). HMP Shunt merupakan proses multisiklik, karena molekul glukosa 6-P yang digunakan dapat kembali menjadi glukosa 6-P. Proses ini memerlukan 3 molekul glukosa 6 phospat. Adapun enzim yang dibutuhkan dalam proses ini ialah : Glukosa 6-P dehidrogenase yang mengubah glukosa 6-P menjadi 6-fosfoglukonat. 6-fosfo glukonat dehidrogenase mengubah 6 fosfoglukonat menjadi ribulosa 5-Phospat. Epimerase mengubah ribulosa 5 phospat xilulosa 5 phospat dan ribosa 5 phospat arabinosa 5 phospat. Keto isomerase mengubah ribulosa 5 phospat menjadi ribosa 5 phospat. Transketolase dan transadolase.

e. GlikogenesisMerupakan proses pembentukan glikogen dari molekul glukosa. Fungsi dari pembentukan glikogen ialah sebagai cadangan energi terutama di hati dan otot. Proses glikogenesis umumnya meningkat sesaat setelah makan dan menurun pada saat puasa/lapar.2Glikogen merupakan polisakarida yang terdiri dari rantai lurus dan rantai bercabang. Pada rantai lurus terjadi ikatan glikosidik antara gugus gula yang satu dengan yang lainnya pada ikatan 1,4 dan ikatan glikosidik rantai bercabang pada ikatan 1,6. Glikogen ini adalah simpanan utama karbohidrat yang paling mudah diubah kembali menjadi monosakarida, tidak seperti halnya pada lemak yang relatif lebih sulit dimobilisasi.Proses glikogenesis terjadi di hati dan otot. Di hati fungsi utama glikogen ialah sebagai simpanan glukosa dan akan dipakai bila sewaktu-waktu kadar glukosa di dalam darah mengalami penurunan. Sedangkan glikogen di otot berfungsi sebagai sumber energi untuk proses glikolisis di dalam sel otot sendiri, bukan sebagai sumber glukosa untuk meningkatkan kadar glukosa darah. Mengapa? Karena tidak ada enzim glukosa 6-P fosfatase yang dapat mengubah glukosa 6-P menjadi glukosa bebas di otot. Enzim ini terdapat di hati.5

Proses glikogenesis awalnya memerlukan molekul glikogen asal yang terbentuk dari protein. Pada asam amino tiroksin dari protein inilah akan terjadi glikosilasi. Namun glukosa bebas tidak dapat langsung ditautkan pada glikogen primer ini. Bentuk glukosa yang dapat ditautkan ialah UDP glukosa.Proses glikogenesis yang terjadi adalah sebagai berikut: Pembentukan UDP glukosa dari glukosa 1-P. Reaksi ini terjadi dengan bantuan enzim UDP glukosa pirofosforilase. Reaksinya ialah: Glukosa 1-P + UTP UDP Glukosa + 2Pi Pembentukan unit glukosil 14 dari molekul glikogen primer yang ditambahkan molekul UDP glukosa dengan bantuan enzim glikogen sintase. Bila jumlah molekul dalam rantai lurus telah mencapai 11 molekul glukosa, maka enzim percabangan akan memindahkan 6 molekul glukosa ke cabang lain.

f. GlikogenolisisMerupakan proses kebalikan dari glikogenesis, yaitu proses pemecahan glikogen menjadi glukosa. Dapat terjadi di hati dan otot. Di hati proses ini akan meningkatkan kadar glukosa darah meskipun dalam jumlah yang kecil. Sedangkan di otot glikogenolisis terjadi pada keadaan kerja fisik seperti berolahraga.Proses yang terjadi adalah sebagai berikut: Pada rantai cabang dari glikogen, enzim fosforilase yang merupakan enzim regulator akan mengkatalisis reaksi pemecahan ikatan glikosidik atau yang disebut juga dengan fosforilisis (pemecahan dengan phospat). Oleh fosforilase, molekul glukosa akan dilepas dan diikat dengan phospat pada atom karbon nomor 1. Proses pelepasan ini akan terus berlanjut sampai tinggal 4 molekul glukosa di cabang.3 Glukan transferase akan memindahkan 3 dari 4 molekul glukosa yang tersisa ke rantai lurus dan meninggalkan 1 molekul glukosa pada cabang tersebut. Debranching enzyme akan menghidrolisis tempat percabangan dimana tersisa 1 molekul glukosa untuk menghasilkan 1 glukosa bebas. Dengan kata lain enzim ini meniadakan percabangan.

Karena hanya 1 molekul glukosa bebas yang dihasilkan (meskipun ada glukosa 1-P), maka hanya sedikit terjadi kenaikan kadar glukosa darah akibat proses ini.

g. GlukoneogenesisMerupakan reaksi pembentukan karbohidrat dari senyawa non karbohidrat. Senyawa yang dimaksud adalah asam amino glukogenik, laktat, gliserol dan propionat. Tujuannya ialah menyediakan glukosa bagi tubuh bila dalam keaadan lemah dan berpuasa. Proses ini terjadi di hati dan ginjal. Proses ini melibatkan sebagian besar glikolisis EM, siklus asam sitrat dan beberapa reaksi lainnya.3,5

Gambar 5. Glikolisis dan glukoneogenesis.3

Metabolisme Minor Pathwaya. Jalan Metabolisme Asam UronatMerupakan suatu proses pengubahan glukosa menjadi asam uronat. Asam uronat kemudian dapat diubah menjadi xylulosa yang akan masuk ke dalam HMP shunt karena xylulosa merupakan salah satu komponen dari HMP shunt. Pada organisme yang tingkatannya lebih rendah dari primata (seperti aves) jalur ini digunakan untuk mensintesis vitamin C. Asam uronat selain dapat diubah menjadi xylulosa dapat juga digunakan untuk sintesis glikosaminoglikan dan proteoglikan. Selain itu asam uronat dapat berkonjugasi dengan xenobiotik agar lebih mudah dimetabolisir oleh tubuh.2

b. Metabolisme FruktosaTujuannya ialah agar dapat menggunakan fruktosa sebagai sumber energi untuk mendapatkan ATP melalui proses metabolisme karbohidrat. Caranya ialah dengan mengubah fruktosa menjadi fruktosa 1-P. Analog dengan glukosa, pada fruktosa ada dua enzim yang bekerja yaitu fruktokinase dan heksosakinase. Fruktokinase didapati di hati dan spesifik bekerja untuk fruktosa, sedangkan heksokinase terdapat di jaringan ekstrahepatik. Namun, tidak seperti glukokinase yang berafinitas rendah terhadap glukosa di hati, fruktokinase berafinitas relatif lebih tinggi dibandingkan heksokinase terhadap fruktosa. Bahkan proses glikolisis fruktosa di dalam hati berlangsung lebih cepat dibanding jaringan ekstrahepatik karena proses ini melewati jalan pintas. Yang dimaksud dengan jalan pintas ialah pada proses ini tidak melalu reaksi yang dikatalisis oleh fruktofosfo-kinase. Pada keadaan diabetes, penumpukan fruktosa bersama sorbitol (bentuk alkohol dari glukosa) dapat menyebabkan katarak.2

c. Metabolisme GalaktosaProses metabolisme galaktosa terjadi di hati dengan jalan mengubah galaktosa menjadi glukosa. Mengubah galaktosa menjadi galaktosa 1-P dengan enzim galaktokinase. Galaktosa 1-P + UDP glukosa glukosa 1-P + UDP galaktosa dengan enzim galaktosa 1-P Uridil Transferase UDP galaktosa UDP glukosa dengan bantuan UDP galaktosa 4-epimerase. UDP glukosa + PPi UTP + glukosa 1-P dengan UDPG pirofosforilase Akhirnya glukosa 1-P diubah menjadi glukosa 6-P yang akan masuk ke dalam proses glikolisis.

d. Metabolisme Gula Amin (Heksosamin). Proses metabolisme gula amin diperlukan untuk sintesis glikosaminoglikan, proteoglikan, gangliosida dan asam sialat.2

Protein Protein berasal dari bahasa Yunani, proteios, yang berarti bahan penyokong yang pertama. Protein dibuat dari banyak asam amino yang dirangkai menjadi rantai-rantai oleh ikatan peptide yang menghubungkan gugus aino 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. Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.4

Setelah asam amino disintesis, maka di ribosom asam amino akan dirangkai membentuk protein. Protein tubuh mempunyai masa turn over dan dapat dikatabolisme. Lisosom merupakan tempat utama katabolisme protein, sedangkan sitosol merupakan tempat katabolisme protein yang memiliki masa kerja pendek dan protein yang abnormal. Setelah dikatabolisme, bentuk ekskresi terutama dari protein ialah urea melalui urin. Urea disintesis melalui empat tahap, yaitu:

1. TransaminasiPada transaminasi dengan bantuan piruvat dan ketoglutarat, berbagai macam asam amino akan diubah kedalam bentuk keto sedangkan piruvat akan membentuk alanin dan ketoglutarat akan membentuk glutamat. Caranya ialah dengan melepas gugus amina dari asam amino. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Piruvat + Asam Amino Alanin + Asam Amino -keto (ALA transaminase) ketoglutarat + Asam Amino Glutamat + Asam Amino -keto (glutamat transaminase)Namun pemusatan asam amino lebih bekerja untuk pembentukan asam glutamat dibanding alanin. Reaksi transaminasi tidak terjadi pada asam amino lisin, threonin, prolin dan hidroksi prolin. Glutamat hasil proses transaminasi dapat mengalami proses deaminasi oksidatif untuk menghasilkan amoniak.4

2. Deaminasi OksidatifPada proses ini glutamat akan melepas gugus amina yang akan bereaksi dengan ion hidrogen membentuk amoniak.L-Glutamat + NAD+/NADP+ ketoglutarat + NH3 + NADH/NADPH + H+ (L-glutamat dehidrogenase)

3. Transpor AmoniaAmoniak ditranspor dalam darah menuju ke hati untuk mengalami intoksikasi. Kadar amoniak yang normal dalam darah ialah berkisar 10-20 g/dL. Kadar amoniak yang tinggi dapat menyebabkan gangguan bicara, penglihatan kabur hingga koma. Hal ini dapat dijumpai pada sirosis hati. Selain hasil katabolisme, amoniak darah juga berasal dari senyawa N di kolon akibat aktivitas bakteri usus. Setelah sampai di hati, amoniak dapat digunakan untuk sintesis urea ataupun pembentukan asam amino.4

4. Sintesis UreaTerjadi di hati. Dalam hepatosit, proses ini terjadi di mitokondria dan sitosil. Enzim pengatur pada siklus urea ialah karbamoil fosfat sintase I. Senyawa awal yang dibutuhkan ialah NH4+ dan CO2. Nitrogen disini dapat dibawa oleh asam amino citrulin, ornitin, arginin, arginin suksinat dan aspartat. Kondisi patologis seperti diabetes melitus tidak terkontrol dapat mendorong peningkatan sintesis urea. Kelainan pada siklus urea dapat menyebabkan intoksikasi amonia yang dapat menyebabkan retardasi mental.3Senyawa nitrogen dalam keadaan tertentu intakenya dibutuhkan lebih tinggi. Pada kondisi patologis ekskresi nitrogen dapat meningkat. Perbandingan antara jumlah nitrogen yang masuk ke dalam tubuh dengan jumlah nitrogen yang diekskresikan disebut sebagai balans nitrogen. Balans nitrogen cenderung positif pada masa pertumbuhan, kehamilan, masa penyembuhan dan pemberian hormon anabolik. Sedangkan balans nitrogen yang negatif ditemukan pada malnutrisi dan penyakit berat seperti kanker dan diabetes melitus. Orang dewasa yang sehat memiliki balans nitrogen yang seimbang.4,5

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.

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 H2O sebagai hasil akhir. Dalam keadaan tertentu oksidasi asam lemak dalam sel otak menghasilkan asam -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: KetogenesisMeskipun asam lemak mengalami oksidasi menjadi asetil-KoA dan disintesis dari asetil KoA, namun oksidai 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 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:

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.

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.1,4 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.

Hormon-hormon yang Berperan1. Hormon insulin yang diproduksi sel beta pada pankreas meningkatkan pengambilan glukosa oleh sel jaringan (otot, jantung, adiposa, diafragma).2. Glukokortikoid dibentuk dalam zona fasikulata. Kortisol merupakan glukokortikoid utama pada manusia. 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.1,53. Hormon tiroid, memiliki efek pada metabolisme lemak : meningkatkan metabolisme lemak dan mempercepat proses oksidasi asam lemak bebas oleh sel.54. 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.5. 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. Bila terjadi kekurangan penghasilan hormon adrenalin/epinefrin akan menyebabkan penyakit Adison.56. 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.7. 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

PenutupDari skenario diketahui bahwa pelajar tersebut mengalami letih dan pusing hal itu disebabkan berkurangnya energi yang digunakan untuk berlari keliling lapangan. Energi yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas sehari-hari didapatkan dari makanan yang dikonsumsi yaitu yang utama adalah karbohidrat, lemak dan protein. Apabila energi yang dihasilkan dari metabolisme karbohidrat sudah tidak mencukupi untuk aktivitas, maka energi akan diperoleh dari metabolisme lemak dan protei yang disimpan dalam tubuh untuk energi cadangan. Pada proses metabolisme energi juga memerlukan beberapa proses agar dapat membentuk energi yang diserap oleh tubuh. Karena itu, metabolisme pembentukan energi sangat penting untuk melakukan aktivitas sehari-hari.

Daftar Pustaka 1. Sherwood L. Fisiologi manusia dari sel ke sistem. Edisi ke-6. Jakarta: EGC; 2011.870.h.609-86.2. Murray RK, Granner DK, Rodwell VW. Biokimia harper. Edisi-27. Jakarta: EGC; 2009.709.h.176-7.3. Marks DB, Marks AD, Smith CM. Biokimia kedokteran dasar. Jakarta : EGC; 2000.770.h.546-8.4. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi ke-20. Jakarta: EGC; 2003.h.276-88.

5. Sloane E. Anatomi dan fisiologi untuk pemula. Jakarta: EGC; 2004.389.h.299-305.

1