Proses Metabolisme Karbohidrat dan Lemak serta Hormon yang Berperan

Ryan Samuel Pierre Palenewen

Mahasiswa Fakultas Kedokteran UKRIDA

PENDAHULUAN

Pada kehidupan sehari hari kita membutuhkan energy yang diperoleh dari makanan, yang harus diolah oleh

tubuh. Tubuh kita memiliki ragam cara untuk mengolah makanan yang kita makan menjadi energy bagi

tubuh kita. Sumber energy paling utama diambil dari karbohidrat (glukosa). Dari karbohidrat akan

dimetabolisme menjadi energy bebas melalui proses katabolisme dan anabolisme hingga menjadi ATP.

Digunakan kembali untuk member asupan energy untuk tubuh kita dalam beraktifitas, dan peristiwa ini

berlangsung dalam siklus alami yang sudah diatur oleh masing – masing organ.

Skenario

Seorang perempuan berumur 45 tahun bertubuh gemuk, datang ke puskesmas dengan keluhan

akhir-akhir ini sering kencing terutama pada malam hari sehingga tidurnya terganggu. Oleh dokter

diminta periksa kadar gula darah dan urin. Hasilnya adalah peningkatan kadar gula darah diatas

normal dan ada glukosa dalam urin. Dokter menyarankan untuk mengurangi berat badan dengan

mengurangi makan karbohidrat. Pasien bertanya apa hubungan gemuk dengan gula darah dalam

darah naik? Diterangkan bahwa yang mengatur kadar gula darah terutama hormon insulin yang

dihasilkan oleh pankreas.

Rumusan Masalah

Seorang perempuan 45 tahun bertubuh gemuk dengan keluhan sering kencing terutama pada

malam hari, gula darah tinggi dan mengandung glukosa pada urin.

Sasaran Pembelajaran

1. Histologi pankreas, otot, jaringan adiposa dan hati

2. Metabolisme karbohidrat

3. Metabolisme lemak

4. Hormon yang berperan

5. Gizi seimbang

6. Metabolisme benda keton

Struktur Mikroskopis

Pankreas adalah kelenjar campuran eksokrin-endokrin yang menghasilkan enzim pencernaan

dan hormone. Enzim ditimbun dan dilepaskan oleh sel dari bagian eksokrin, yang tersusun

dalam asini. Hormone disintesis oleh kelompok sel epitel endoktrin, yang dikenal sebagai

pulau Langerhans. Asinus eksokrin pancreas terdiri atas beberapa sel serosa yang

mengelilingi lumen. Sel-sel ini sangat terpolarisasi, dengan inti bulat dan khas untuk sel

penghasil protein.

Pancreas ditutupi suatu simpai jaringan ikat tipis yang menjulurkan septa ke dalamnya, dan

memisahkan lobulus pankreas. Asinus dikelilingi suatu lamina basal yang ditunjang selubung

serat-serat retikulin halus. Pancreas juga memiliki jaringan kapiler luas, yang penting untuk

proses sekresi.1

a. Bagian Eksokrin

Pancreas dapat digolongkan sebagai kelenjar besar, berlobulus, tubuloasinosa kompleks.

Asinus.

Asinus berbentuk tubular, dikelilingi lamina basal dan terdiri atas 5-8 sel berbentuk piramid

yang tersusun mengelilingi lumen sempit. Tidak terdapat sel mioepitel. Di antara asini,

terdapat jaringan ikat halus mengandung pembuluh darah, pembuluh limf, saraf dan saluran

keluar. Sebuah asinus pancreas terdiri dari sel-sel zimogen (penghasil protein). Ductus

ekskretorius meluas ke dalam setiap asinus dan tampak sebagai sel sentroasinar yang terpulas

pucat di dalam lumennya. Produksi sekresi asini dikeluarkan melalui ductus interkalaris

(intralobular) yang kemudian berlanjut sebagai ductus interlobular.1

b. Bagian Endokrin

Bagian endokrin pancreas, yaitu Pulau Langerhans, tersebar di seluruh pancreas dan tampak

sebagai massa bundar, tidak teratur, terdiri atas sel pucat dengan banyak pembuluh darah.

Pulau ini dipisahkan oleh jaringan retikular tipis dari jaringan eksokrin di sekitarnya dengan

sedikit serat-serat retikulin di dalam pulau.

Terdapat beberapa kelenjar:

-kelenjar sekretorius terdapat pada daerah intralobularis

-kelenjar eksretorius terdapat pada daerah interlobularis

-kelenjar pars terminalis asinus pancreas dengan sel sentroasiner

Dengan cara pulasan khusus dapat dibedakan menjadi:

1. Sel £ = penghasil glukagon

    Terletak di tepi pulau.

    Mengandung gelembung sekretoris dengan ukuran 250nm.

    Batas inti kadang tidak teratur.

2. Sel ß = penghasil insulin

    Terletak di bagian lebih dalam atau lebih di pusat pulau.

    Mengandung kristaloid romboid atau poligonal di tengah.

    Mitokondria kecil bundar dan banyak.

3. Sel D = penghasil somatostatin

    Terletak di bagian mana saja dari pulau, umumnya berdekatan dengan sel A.

    Mengandung gelembung sekretoris ukuran 300-350 nm dengan granula homogen.

4. Sel C

    Terlihat pucat, umumnya tidak bergranula dan terletak di tengah di antara sel B.

    Fungsinya tidak diketahui.

Fisiologi Pankreas

Pankreas adalah suatu organ yang terdiri dari jaringan endokrin dan eksokrin. Bagian

eksokrin pankreas mengeluarkan larutan basa encer dan enzim – enzim pencernaan melalui

ductus pankreaticus ke dalam lumen saluran pencernaan. Di antara sel sel eksokrin pankreas

tersebar kelompok – kelompok atau pulau – pulau, sel endokrin yang juga dikenal dengan

Pulau – Pulau Pankreas. Jenis sel endokrin pankreas yang paling banyak dijumpai adalah sel

ß (beta), tempat sintesis dan sekresi insulin. Yang juga penting adalah sel £ (alfa), yang

menghasilkan glukagon. Sel D (delta), tempat sintesis somatostatin, sedangkan sel endokrin

yang paling jarang, sel PP, mengeluarkan polipeptida pankreas. Hormon pankreas yang

paling penting untuk mengatur metabolisme bahan bakar adalah insulin dan glukagon.

Hormon lain yang ikut berperan dalam metabolisme energi adalah epinefrin, cortisol, dan

growth hormone).

Insulin mempunyai efek yang penting bagi metabolisme karbohidrat, lemak dan protein.

Insulin menurunkan kadar glukosa, asam lemak, dan asam amino dalam darah dan membantu

dalam penyimpanan. Saat molekul tersebut masuk ke dalam darah selama masa absorbsi,

insulin mengatur penyerapan sel dan perubahan menjadi glikogen, trigliseral, dan protein.2

Pengaturan keseimbangan gula darah adalah aktifitas penkreas yang penting. Pengaturan

konsentrasi glukosa dibagi menjadi beberapa cara: penyerapan glukosa dari GIT, transport

glukosa ke sel, produksi glukosa hati, sekresi glukosa di urine.

Somatostatin berperan sebagai hormone yang menghambat system digestive dalam beberapa

cara, antara lain adalah menghambat pencernaan nutrisi dan menghambat penyerapan nutrisi.

Somatostatin disekresikan melalui sel D melalui respon langsung dari kenaikan gula darah

dan asam amino dalam absorbsi makanan.

Fungsi Pankreas

1. Sekresi endokrin menghasilkan hormon insulin dan glukagon yang kemudian dialirkan ke

darah.

2. Sekresi eksokrin menhasilkan enzim – enzim yang kemudian masuk ke duodenum.

Insulin

Insulin menghasilkan empat efek yang menurunkan kadar gula darah dan penyimpanan

karbohidrat:

1. Insulin mempermudah masuknya glukosa ke dalam sebagian sel. Molekul glukosa

tidak mudah menembus membran sel tanya adanya insulin. Dengan demikian,

sebagian besar jaringan sangat bergantung pada insulin untuk menyerap glukosa dari

darah dan menggunakannya. Insulin meningkatkan mekanisme difusi terfasilitasi

(dengan perantaraan pembawa) glukosa ke dalam sel – sel tergantung insulin tersebut

melalui fenomena transporter recruitment. Glukosa dapat masuk ke dalam sel hanya

melalui pembawa di membran plasma yang dikenal sebagai glucose transporter

(pengangkutan glukosa). Sel – sel tergantung insulin memiliki simpanan pengangkut

glukosa intrasel. Pengangkut – pengangkut tersebut diinsersikan ke dalam membran

plasma sebagai respons terhadap peningkatan sekresi insulin sehingga terjadi

peningkatan pengangkutan glukosa ke dalam sel. Apabila sekresi insulin berkurang,

pengangkut – pengangkut tersebut sebagian ditarik dari membran sel dan

dikembalikan ke simpanan sel. Beberapa jaringan yang tidak begantung pada insulin

untuk menyerap glukosa dalah otak, otot yang aktif dan hati.1

2. Insulin merangsang glikogenesis, pembentukkan glikogen dari glukosa baik di otot

maupun di hati.

3. Insulin menghambat glikogenolisis, penguraian glikogen menjadi glukosa. Dengan

menghambat pengeluaran glikogen, insulin meningkatkan penyimpanan karbohidrat

dan menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati.

4. Insulin menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati dengan menghambat

glukogenesis, perubahan asam amino menjadi glukosa di hati. Insulin melakukan hal

ini melalui dua cara yaitu dengan menurunkan jumlah asam amino di dalam darah

yang tersedia bagi hati untuk glukogenogenesis dan menghambat enzim – enzim hati

yang diperlukan untuk mengubah asam amino menjadi glukosa.2

Insulin adalah satu – satunya hormon yang mampu menurunkan kadar glukosa darah.

Kerja insulin terhadap penurunan kadar lemak darah dan penyimpanan trigliserida terdiri

dari:3

1. Membentuk jalan masuk asam lemak dari darah ke sel jaringan adipose.

2. Meningkatkan transport glukosa ke sel jaringan adipose. Glukosa merupakan

precursor dari pembentukan asam lemak dan gliserol, yang merupakan komponen

utama dalam sintesis trigliserida.

3. Mengaktifkan reaksi kimia yang sangat membutuhkan asam lemak dan glukosa

dalam pembentukan trigliseral.

4. Menghambat lipolisis, mengurangi pengeluaran asam lemak dari jaringan adipose

ke darah.

Secara garis besar, kerja dari insulin adalah pengambilan asam lemak dan glukosa dari darah

dan menyimpannya dalam bentuk trigliserida.

Insulin menurunkan kadar asam amino dalam darah dan mengaktifkan sintesis protein

melalui beberapa cara:

1. Insulin mempromosikan transport aktif asam amino dari darah ke otot dan

jaringan lain.

2. Meningkatkan penggabungan asam amino menjadi protein dengan menstimulasi

mekanisme sintesis protein di sel.

3. Menghambat degradasi protein.

Secara garis besar insulin berfungsi sebagai efek sintesis protein. Mekanisme kerja / sifat

insulin adalah meningkatkan pemasukkan glukosa melalui membran sel otot rangka, otot

polos dan otot jantung serta tidak pada sel epitel usus, tubulus ginjal, dan jaringan saraf

( kecuali daerah tertentu di hipotalamus ).

Hormon – Hormon pada Pankreas

Glukagon

Glukagon mempengaruhi beberapa proses metabolisme yang sama dengan insulin, namun

dalam beberapa kasus kerja dari glucagon berlawanan dengan kerja dari insulin. Tempat

utama dari kerja glucagon adalah di hati, dimana glucagon menghasilkan beberapa efek

terhadap metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Inti dari efek glucagon terhadap

metabolisme karbohidrat adalah meningkatkan produksi glukosa hati dan meningkatkan

pengeluaran dan kadar gula darah. Glucagon menghasilkan efek hiperglikemik dengan

meningkatkan sintesis glikogen, membantu glikogenolisis, dan menstimulus glikoneogenesis.

Glukagon membantu produksi keton hati dengan membantu perubahan asam lemak menjadi

badan keton. Kadar asam lemak dan keton darah meningkat karena kerja dari glucagon.

Glukagon menghambat sintesis protein hati dan membantu pemecahan protein hati.

Glukagon juga membantu katabolisme protein dalam hati, namun tidak mempengaruhi kadar

asam amino dalam darah karena tempat utama penyimpanan asam amino di otot.2

Epinefrin, cortisol, hormon pertumbuhan dan hormon tiroid juga memiliki efek

metabolik.

Hormone stress, epinefrin dan cortisol, keduanya meningkatkan kadar gula dan asam lemak

darah melalui beberapa efek metabolisme. Sebagai tambahan, cortisol mengerahkan asam

amino melalui katabolisme protein. Selama masa kelaparan yang panjang, cortisol juga

membantu menjaga konsentrasi kadar gula darah. Growth hormone mempunyai efek

anabolisme protein di otot. GH dapat meningkatkan kadar gula dan asam lemak darah. Tidur

nynyak, stress, olahraga, dan hipoglikemia dapat menstimulus sekresi GH, untuk

menyediakan asam lemak sebagai energy dan glukosa untuk otak. GH seperti kortisol,

mengatur kadar gula darah saat kelaparan. Walaupun hormone tiroid meningkatkan ukuran

metabolisme dan aksi anabolisme, katabolisme, perubahan dalam sekresi hormone tiroid

tidak berpengaruh dalam pengaturan homeostasis. Alasannya control dari hormone tiroid

tidak secara langsung berpengaruh dalam menjaga kadar nutrisi darah. Kedua, pengaruh dari

hormone tiroid terlalu lambat dibanding pengaturan yang cepat oleh pengatur kadar nutrisi

darah yang normal.

Metabolisme

Jalur metabolisme dibagi menjadi 3:4

1. Katabolik : Untuk proses pemecahan molekul besar, oksidasi, ekivalen pereduksi, dan

terutama produksi ATP, bersifat eksotermik

2. Anabolik : terlibat dalam proses sintesis senyawa kompleks dari prekurosr nya ( misal

Asam Amino menjadi Protein ), bersifat endotermik

3. Amfibolik : Terjadi di persilangan metabolisme yang menghubungkan jalur Katabolik

dan Anabolik. Misal : Siklus Asam Sitrat

Metabolisme berjalan normal bila : Tubuh dapat beradaptasi saat lapar, latihan fisik,

kehamilan, dan laktasi. Abnormal misal karena defisiensi nutrisi, enzim, sekresi hormonal

pengatur metabolisme tidak normal, efek racun / obat.

Metabolisme Karbohidrat

Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk monosakarida. Energi yang

dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP). Glukosa merupakan karbohidrat terpenting.

Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke

dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua

bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar

metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar

universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat spesifik,

misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk asam nukleat, galaktosa dalam

laktosa susu, dalam senyawa lipid kompleks tertentu dan dalam bentuk gabungan dengan

protein, yaitu glikoprotein serta proteoglikan. Sifat diet atau makanan menentukan pola dasar

metabolisme di dalam tubuh. Mamalia, termasuk manusia harus memproses hasil penyerapan

produk-produk pencernaan karbohidrat, lipid dan protein dari makanan. Secara berurutan,

produk-produk ini terutama adalah glukosa, asam lemak serta gliserol dan asam amino.

Semua produk hasil pencernaan diproses melalui lintasan metaboliknya masing-masing

menjadi suatu produk umum yaitu Asetil KoA, yang kemudian akan dioksidasi secara

sempurna melalui siklus asam sitrat.4

Ilustrasi skematis dari lintasan metabolik dasar4

Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolisme

maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis,

glikogenolisis serta glukoneogenesis.

Katabolisme

Pencernaan dan absorpsi

2CO2

ATP2HSiklus asam

sitrat

Asetil KoA

Asam lemak + gliserol

Asam aminoGula sederhana (terutama glukosa)

LipidProteinKarbohidrat

Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut:

1. Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi

2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

2. Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap

ini dihasilkan energi berupa ATP.

3. Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam

tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

4. Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa

tidak dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut

glikogen). Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka

pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat

harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.

5. Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen

dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti

dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.

6. Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka

sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini

dinamakan glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid

dan protein harus diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami

katabolisme untuk memperoleh energi.

Glikolisis

Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses

pemecahan glukosa menjadi:3

1. Asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)

2. Asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)

Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan

selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Selain itu

glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.

Glukosa + 2ADP +2Pi 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O

Lintasan detail glikolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4

Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:

Laktat +2ATP +2H2O

Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

hasil tingkat substrat :+ 4P

hasil oksidasi respirasi :+ 6P

jumlah :+10P

dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P + 8P

Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

hasil tingkat substrat :+ 4P

hasil oksidasi respirasi :+ 0P

jumlah :+ 4P

dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P + 2P

Oksidasi Piruvat

Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang

terjadi di dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda

yang bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan dengan

membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat

dehidrogenase dan analog dengan kompleks -keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam

sitrat.

Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga

merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa

non karbohidrat menjadi karbohidrat.

Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:4

1. Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi

derivate hidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks

enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO2.

2. Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu

kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil

lipoamid, selanjutnya TDP lepas.

3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil

KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.

4. Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang

mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya

flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD+, yang akhirnya memindahkan

ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.

Piruvat + NAD+ + KoA Asetil KoA + NADH + H+ + CO2

Siklus asam sitrat

Siklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan berlangsung di

dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan

protein.

Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan

membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan

penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP.

Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat,

Lintasan oksidasi piruvat (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4

lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir

menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut.

Siklus asam sitrat sebagai jalur bersama metabolisme karbohidrat, lipid dan protein

(dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4

Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk

hidrogen atau elektron sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen

pereduksi ini kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam

proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia)

terjadi hambatan total pada siklus tersebut.

Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk bebas

ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna mitokondria sehingga memfasilitasi

pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di

dalam membran interna mitokondria.5

Lintasan detail Siklus Kreb’s (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4

Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat

Pada proses oksidasi yang dikatalisir enzim dehidrogenase, 3 molekul NADH dan 1 FADH2 akan

dihasilkan untuk setiap molekul asetil-KoA yang dikatabolisir dalam siklus asam sitrat. Dalam hal ini

sejumlah ekuivalen pereduksi akan dipindahkan ke rantai respirasi dalam membrane interna

mitokondria (lihat kembali gambar tentang siklus ini).

Selama melintasi rantai respirasi tersebut, ekuivalen pereduksi NADH menghasilkan 3 ikatan fosfat

berenergi tinggi melalui esterifikasi ADP menjadi ATP dalam proses fosforilasi oksidatif. Namun

demikian FADH2 hanya menghasilkan 2 ikatan fosfat berenergi tinggi. Fosfat berenergi tinggi

selanjutnya akan dihasilkan pada tingkat siklus itu sendiri (pada tingkat substrat) pada saat suksinil

KoA diubah menjadi suksinat.3

Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah:

1. Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P = 9P

2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P = 2P

3. Pada tingkat substrat = 1P

Jumlah = 12P

Satu siklus Kreb’s akan menghasilkan energi 3P + 3P + 1P + 2P + 3P = 12P.

Kalau kita hubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan dapat kita hitung

bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi dengan rincian

sebagai berikut:

1. Glikolisis : 8P

2. Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P

3. Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P

Jumlah : 38P

Glikogenesis

Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat.

Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam rangkaian

siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi.

Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna

makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka

kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan

glikogenesis.

Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan

amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang

melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati, maka besarnya

simpanan glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak.

Lintasan glikogenesis dan glikogenolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)4

Glikogenolisis

Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk

mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis. Glikogenolisis

seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian. Untuk memutuskan

ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini spesifik untuk

proses fosforolisis rangkaian 14 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil

terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4

buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 16.6

(C6)n + Pi (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat

Glikogen Glikogen

Glukosa transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu cabang

ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 16 terpajan. Hidrolisis ikatan 16

memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan

pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung.

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh adalah

menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulah memecah protein

untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai pembangun tubuh.

Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari senyawa-

senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.

Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai berikut:

1. Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dan gliserol. Asam

lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk dalam siklus

Kreb’s. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur glikolisis.

2. Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Kreb’s.

Metabolisme Lipid

Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan gliserol. Jika

sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami esterifikasi yaitu

membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan energi jangka panjang. Jika

sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi, baik asam

lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida jaringan. Proses pemecahan

trigliserida ini dinamakan lipolisis.

Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. Selanjutnya

sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil KoA dari jalur inipun

akan masuk ke dalam siklus asam sitrat sehingga dihasilkan energi. Di sisi lain, jika kebutuhan energi

sudah mencukupi, asetil KoA dapat mengalami lipogenesis menjadi asam lemak dan selanjutnya

dapat disimpan sebagai trigliserida.

Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami kolesterogenesis

menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis membentuk steroid. Asetil

KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi menghasilkan badan-badan keton (aseto

asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat

menyebabkan gangguan keseimbangan asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik. Keadaan ini

dapat menyebabkan kematian.6

Ikhtisar metabolisme lipid4

+ ATP

H2O

CO2

ATP

Siklus asam sitrat

Oksidasi betaLipogenesis

LipolisisEsterifikasi

Asetil-KoA

Trigliserida

Asam lemak

Protein

Karbohidrat

Lipid

Diet

Ketogenesis

Kolesterogenesis

Steroidogenesis

Steroid

Asetonhidroksi butirat

Aseto asetat

KolesterolGliserol

Metabolisme gliserol

Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. Gliserol ini

selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap awal, gliserol

mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat. Selanjutnya senyawa ini masuk

ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk antara dalam jalur

glikolisis.

Reaksi-reaksi kimia dalam metabolisme gliserol

Oksidasi asam lemak (oksidasi beta)

Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan oksidasi

beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan terlebih dahulu

menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak diaktifkan dengan dikatalisir

oleh enzim asil-KoA sintetase (Tiokinase).

Aktivasi asam lemak menjadi asil KoA

Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang.

Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut:

Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim

tiokinase.

Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil

transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin.

Setelah menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna

mitokondria.

Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang

bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar.

Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan

dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna

mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan.

Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses

oksidasi beta.

Dalam oksidasi beta, asam lemak masuk ke dalam rangkaian siklus dengan 5 tahapan proses

dan pada setiap proses, diangkat 2 atom C dengan hasil akhir berupa asetil KoA. Selanjutnya

asetil KoA masuk ke dalam siklus asam sitrat. Dalam proses oksidasi ini, karbon asam lemakβ

dioksidasi menjadi keton.6

Aktivasi asam lemak, oksidasi beta dan siklus asam sitrat

Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu menjadi

asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. (-2P)

Setelah berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan sebagai

berikut:4

1. Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai

respirasi dengan menghasilkan energi 2P (+2P)

2. delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA

3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi

rantai respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P)

4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA

yang telah kehilangan 2 atom C.

Dalam satu oksidasi beta dihasilkan energi 2P dan 3P sehingga total energi satu kali oksidasi

beta adalah 5P. Karena pada umumnya asam lemak memiliki banyak atom C, maka asil-KoA

yang masih ada akan mengalami oksidasi beta kembali dan kehilangan lagi 2 atom C karena

membentuk asetil KoA. Demikian seterusnya hingga hasil yang terakhir adalah 2 asetil-KoA.

Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat.

Penghitungan energi hasil metabolisme lipid

Dari uraian di atas kita bisa menghitung energi yang dihasilkan oleh oksidasi beta suatu asam

lemak. Misalnya tersedia sebuah asam lemak dengan 10 atom C, maka kita memerlukan energi

2 ATP untuk aktivasi, dan energi yang di hasilkan oleh oksidasi beta adalah 10 dibagi 2

dikurangi 1, yaitu 4 kali oksidasi beta, berarti hasilnya adalah 4 x 5 = 20 ATP. Karena asam

lemak memiliki 10 atom C, maka asetil-KoA yang terbentuk adalah 5 buah.

Setiap asetil-KoA akan masuk ke dalam siklus Kreb’s yang masing-masing akan menghasilkan

12 ATP, sehingga totalnya adalah 5 X 12 ATP = 60 ATP. Dengan demikian sebuah asam lemak

dengan 10 atom C, akan dimetabolisir dengan hasil -2 ATP (untuk aktivasi) + 20 ATP (hasil

oksidasi beta) + 60 ATP (hasil siklus Kreb’s) = 78 ATP.

Sebagian dari asetil-KoA akan berubah menjadi asetoasetat, selanjutnya asetoasetat berubah

menjadi hidroksi butirat dan aseton. Aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton dikenal sebagai

badan-badan keton. Proses perubahan asetil-KoA menjadi benda-benda keton dinamakan

ketogenesis.

Sebagian dari asetil KoA dapat diubah menjadi kolesterol (prosesnya dinamakan

kolesterogenesis) yang selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan untuk disintesis menjadi

steroid (prosesnya dinamakan steroidogenesis).

Sintesis asam lemak

Makanan bukan satu-satunya sumber lemak kita. Semua organisme dapat men-sintesis asam

lemak sebagai cadangan energi jangka panjang dan sebagai penyusun struktur membran. Pada

manusia, kelebihan asetil KoA dikonversi menjadi ester asam lemak. Sintesis asam lemak sesuai

dengan degradasinya (oksidasi beta).

Sintesis asam lemak terjadi di dalam sitoplasma. ACP (acyl carrier protein) digunakan selama

sintesis sebagai titik pengikatan. Semua sintesis terjadi di dalam kompleks multi enzim-fatty

acid synthase. NADPH digunakan untuk sintesis.

Tahap-tahap sintesis asam lemak ditampilkan pada skema berikut.

Tahap-tahap sintesis asam lemak4

Penyimpanan lemak dan penggunaannya kembali

Asam-asam lemak akan disimpan jika tidak diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi.

Tempat penyimpanan utama asam lemak adalah jaringan adiposa. Adapun tahap-tahap

penyimpanan tersebut adalah:6

- Asam lemak ditransportasikan dari hati sebagai kompleks VLDL.

- Asam lemak kemudian diubah menjadi trigliserida di sel adiposa untuk disimpan.

- Gliserol 3-fosfat dibutuhkan untuk membuat trigliserida. Ini harus tersedia dari glukosa.

- Akibatnya, kita tak dapat menyimpan lemak jika tak ada kelebihan glukosa di dalam

tubuh.

Dinamika lipid di dalam sel adiposa. Perhatikan tahap-tahap sintesis dan degradasi trigliserida

Jika kebutuhan energi tidak dapat tercukupi oleh karbohidrat, maka simpanan trigliserida ini

dapat digunakan kembali. Trigliserida akan dipecah menjadi gliserol dan asam lemak. Gliserol

dapat menjadi sumber energi (lihat metabolisme gliserol). Sedangkan asam lemak pun akan

dioksidasi untuk memenuhi kebutuhan energi pula (lihat oksidasi beta).

Diabetes Melitus

Diabetes melitus merupakan gangguan yang paling umum dari semua gangguan endokrin. Efek

paling utama dari diabetes melitus adalah hiperglikemia. Diabetes melitus dibedakan menjadi

dua yaitu

- DM tipe I disebabkan kekurangan insulin

- DM tipe II, sekresi insulin normal / mungkin naik, tetapi kepekaan sel sasaran menurun.

Kelebihan insulin dapat disebabkan :

- Pasien DM dapat insulin berlebihan → insulin shock.

- Non diabetic individual dengan tumor sel beta yang over responsive terhadap glukosa.

Status Gizi

Penilaian status gizi seseorang dapat dinilai dari IMT ataupun indeks Broca. Berhubungan erat

dengan kegemukan tubuh, sebagai indicator pada wanita dan pria akan lemak tubuh total. Juga

berhubungan dengan ukuran tebal bicep dan triceps.5

Cara menghitung dengan IMT (Indeks Massa Tubuh)

IMT(Kg/m2) = BB / TB

Contoh pada kasus :

BB = 50

TB = 1.5m2

IMT = 50 / 1.5 m2 = 22,2

Kesimpulan normal.

Klasifikasi Indeks Massa Tubuh

BB Kurang : <18,5

BB Normal : 18,5 – 22,9

BB Lebih : > 23

Dengan resiko :23 – 24,9

Obes kelas I : 25 – 25,9

Obes kelas II : >30

Kesimpulan

Berat badan berlebih dapat disebabkan karena banyaknya intake makanan tidak sebanding

dengan energi yang digunakan. Dalam tubuh manusia terjadi metabolisme untuk menghasil

energi yang dibentuk dari karbohidrat dan lemak. Ketiga bahan ini dapat diperoleh dari bahan

makanan yang kita konsumsi sehari-hari. Pada saat glukosa sebagai bahan dasar dalam

proses metabolisme habis, maka tubuh akan mengkompensasi dengan mensintesis ataupun

mengkatabolis bahan lain dalam tubuh seperti lemak dan protein. Dari proses-proses

metabolisme bahan makanan tersebut kita mendapatkan ATP sebagai nilai tukar energi untuk

melakukan aktivitas dibantu dengan hormon-hormon dalam tubuh.

DAFTAR PUSTAKA

1. Snell, Richard. 2006. Anatomi Klinik untuk Mahasiswa Kedokteran. Jakarta : EGC

2. Guyton, Hall. 2007. Buku Ajar Fisiologi Kedokteran Guyton. Jakarta : EGC

3. Guyton, Arthur. 2005. Fisiologi Manusia dan Mekanisme Penyakit. Jakarta : EGC

4. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. 2003. Biokimia Harper, Edisi XXV,

Penerjemah Hartono Andry, Jakarta: EGC

5. Gleadle, Jonathan. 2007. At a Glance Anamnesis dan Pemeriksaan Fisik. Jakarta :

Erlangga

6. Sherwood L; editor bahasa Indonesia: Beatricia I. Fisiologi manusia. Edisi ke-2. Jakarta:

EGC; 2004.h.667-76