Pada tingkat superfisial, metabolisme bahanbakar tampaknya relatif sederhana; jumlah nutrien dalam makanan harus cukup untuk memenuhi kebutuhan tubuh akan energi dan sintesis sel. Namun, hubungan sederhana ini diperumit oleh dua pertimbangan penting. Pertama, asupan bahan bakar melalui makanan bersifat intermitten, tidak kontinu. Akibatnya, sewaktu makan terjadi kelebihan energi yang harus diserap dan disimpan untuk digunakan selama periode puasa diantara waktu makan, saat tidak tersedia sumber bahan bakar metabolik dari makanan (Tabel 19-5). Kelebihan glukosa dalam darah disimpan dalam bentuk glikogen, suatu molekul besar yang terdiri dari molekul-molekul glukosa yang saling berhubungan di dalam otot dan hati. Karena glikogen merupakan cadangan energi yang relatif kecil, bentuk ini hanya dapat memenuhi kebutuhan energi kurang dari sehari. Setelah gudang glikogen di hati dan otot penuh, glukosa lain diubah menjadi trigliserida (gliserol ditambah 3 asam lemak), terutama di jaringan adiposa (lemak) dan sedikit di otot. Kelebihan asam lemak yang berasal dari makanan juga dijadikan trigliserida. Kelebihan asam amino dalam sirkulasi darah yang tidak diperlukan untuk sintesis protein tidak disimpan sebagai protein tambahan, tetapi diubah menjadi glukosa dan asam lemak, yang pada akhirnya disimpan menjadi trigliserida. Dengan demikian, tempat utama untuk menyimpan kelebihan kategori zat gizi adalah jaringan adiposa.Dalam keadaan normal, trigliserida cukup untuk memenuhi kebutuhan energi selama 2 bulan, dan lebih lama pada orang yang kegemukan. Dengan demikian, selama periode puasa berkepanjangan, asam-asam lemak yang dibebaskan dari katabolisme trigliserida berfungsi sebagai sumber utama energi bagi sebagian besar jaringan. Katabolisme simpanan trigliserida menyebabkan pembebasan gliserol dan asam lemak, tetapi secara kuantitatif, asam lemak jauh lebih penting. Katabolisme simpanan lemak menghasilkan 90% asam lemak dan 10% gliserol berdasarkan berat. Gliserol dapat dubah menjadi glukosa oleh hati dan ikut menjaga kadar glukosa darah selama puasa. Sebagai cadangan energi ketiga, energi dalam jumlah substansial dapat disimpan dalam bentuk protein struktural, terutama di otot, yaitu massa protein paling banyak di tubuh. Namun, protein bukan sumber pertama yang dipilih untuk dipakai sebagai sumber energi karena protein mempunyaifungsi essensial lain; sebaliknya simpanan glikogen dan trigliserida semata-mata digunakan sebagai simpanan energi. Faktor kedua yang memperumit metabolisme bahan bakar adalah otak dalam keadaan normal bergantung pada penyaluran glukosa darah dalam jumlah adekuat sebagai satu-satunya sumber energi. Dengan demikian, konsentrasi glukosa darah harus dipertahankan di atas suatu titik kritis. Konsentrasi glukosa darah biasanya adalah 100 mg glukosa / 100 ml plasma dan dalam keadaan normal dipertahankan dalam rentang sempit 70-100 mg/dl. Glikogen hati merupakan reservoir penting untuk mempertahankan kadar glukosa darah selama puasa singkat.Namun, glikogen hati relatif cepat habis, sehingga selama puasa yang lebih lama, mekanisme lain harus digunakan untuk memastikan bahwa kebutuhan energi otak yang tergantung glukosa tersebut terpenuhi. Pertama, saat tidak ada glukosa baru yang masuk ke dalam darah dari makanan, jaringan-jaringan yang tidak harus memakai glukosa mengubah perangkat metabolik mereka untuk membakar asam lemak, sehingga glukosa dapat dicadangkan untuk otak. Asam-asam lemak disediakan melalui katabolisme simpanan trigliserida sebagai sumber alternatif untuk jaringan yang tidak bergantung pada glukosa. Kedua, asam-asam amino dapat diubah menjadi glukosa melalui glukoneogenesis , sedangkan asam lemak tidak. Dengan demikian, jika simpanan glikogen sudah habis, walaupun sudah dilakukan penghematan glukosa, otak tetap mendapat glukosa baru yang dihasilkan dari katabolisme protein tubuh dan perubahan asam amino yang dibebaskan menjadi glukosa

Terdapat dua keadaan metabolik fungsional yang berkaitan dengan daur makan dan puasamasing-masing adalah keadaan absorptif dan keadaan pasca-absortif (tabel 19-6). Setelah makan, nutrien yang masuk diserap dan masuk ke dalam darah selama keadaan absortif atau fed state (keadaan kenyang). Selama waktu itu, glukosa berjumlah banyak dan berfungsi sebagai sumber energi utama. Selama keadaan absortif, hanya sedikit lemak dan asam amino yang diserap yang digunakan sebagai energi karena sebagian sel cenderung menggunakan glukosa apabila zat ini tersedia. Nutrien tambahan yang tidak segera digunakan untuk energi atau perbaikan struktural disimpan sebagai glikogen atau trigliserida. Makanan sehari-hari yang diserap secara tuntas dalam waktu sekitar 4 jam. Dengan demikian, pada pola makanan biasa tiga kali sehari, tidak ada zat gizi yang diserap pada waktu antarapagi dan siang hari (sebelum makan siang), sore hari dan sepanjang malam. Wakt-waktu ini merupakan keadaan pasca absortif atau keadaan puasa. Selama waktu ini, simpanan energi endogen dimobilisasi untuk menghasilkan energi., sementara glukeogenesis dan penghematan glukosa dilakukan untuk mempertahankan kadar glukosa darah pada tingkat adekuat untuk nutrisi otak. Sintesis protein dan lemak dibatasi. Bahkan simpanan molekul-molekul organik ini dikatabolisasi, masing-masing untuk membentuk glukosa dan menghasilkan energi. Sintesis karbohidrat terjadi melalui glukoneogenesis, tetapi penggunaan glukosa sebagai energi sangat dikurangi.

Selama kedua keadaan metabolik yang berganti-ganti tersebut, berbagai jaringan memainkan peran yang berbeda-beda. Hati berperan penting dalam mempertahankan kadar glukosa darah normal. Hati menyimpan glikogen jika terjadi kelebihan glukosa, membebaskan glukosa ke dalam darah apabila diperlukan, dan merupakan tempat utama interkonversi metabolik, misalnya glukoneogenesis. Jaringan adiposa berfungsi sebagai tempat penyimpanan energi yang utama dan penting untuk mengatur kadar asam lemak dalam darah. Otot adalah tempat penting penyimpanan asam amino dan merupakan pemakai energi yang utama. Otak dalam keadaan normal hanya dapat menggunakan glukosa sebagai sumber energi, namun jaringan ini tidak menyimpan glikogen, sehingga kadar glukosa darah harus dipertahankan. Beberapa zat antara organik lain sedikit berperan sebagai sumber energi, yaitu gliserol, asam laktat, dan badan keton. Seperti dinyatakan sebelumnya, gliserol, asam laktat, dan badan keton. Seperti yang dinyatakan sebelumnya, gliserol yang berasal dari hidrolisis trigliserida (zat ini merupakan tulang punggung tempat melekatnya rantai asam lemak) dapat diubah menjadi glukosa oleh hati. Demikian juga, asam laktat, yang dihasilkan dari katabolisme tidak sempurna glukosa melalui glikolisis di otot, juga dapat diubah menjadi senyawa yang dihasilkan di hati Badan keton adalah sekelompok senyawa yang dihasilkan oleh hati selama penghematan glukosa. Tidak seperti jaringan lain, saat menggunakan asam lemak sebagai sumber energi, hati hanya mengoksidasi asam lemak tersebut menjadi asetil KoA, yang tidak dapat melanjutkan diri ke siklus asam sitrar untuk ekstraksi energi lebih lanjut. Dengan demikian, hati tidak menguraikan asam-asam lemak menjadi CO2 dan H2O untuk menhasilkan energi secara maksimum. Sebaliknya, hati secara parsial mengekstraksi energi yang tersedia dan mengubah molekul-molekul asetil KoA menjadi badan keton,

yang kemudian dibebaskan ke dalam darah. Badan keton berfungsi sebagai sumber energi alternatif bagi jaringan yang mampu mengoksidasi mereka lebih lanjut melalui siklus asam sitrat.

Selama kelaparan jangka panjang, otak mulai menggunakan keton dan bukan glukosa sebagai sumber energi utama. Karena kematian akibat kelaparan biasanya disebabakan oleh kekurangan protein dan bukan hipoglikemia (kadar glukosa darah yang rendah), kelangsungan hidup tanpa masukan kalori dapat dipertahankan asalkan glukoneogensis dipertahankan minimum sementara energi untuk otak tidak dikurangi. Sebagian protein sel dapat dikatabolisasi tanpa menimbulkan malfungsi sel yang serius, tetapi akan tercapai suatu titik ketika sel yang dikanibalisasi tidak lagi dapat berfungsi secara adekuat. Untuk menghindari titik fatal tersebut selama mungkin pada waktu kelaparan, otak mulai menggunakan keton sebagai sumber energi utama, sehingga mengurangi pemakanian glukosanya. Penguraian asam lemak sisa dari makanan hati ini oleh otak membatasi keperluan mobilisasi protein tubuh untuk menghasilkan glukosa bagi otak. Kedua adaptasi metabolik besar terhadap kelaparan-penurunan katabolisme protein dan penggunaan keton oleh otak-merupakan penyebab tingginya kadar keton dalam darah selama kelaparan. Penggunaan keton oleh otak hanya terjadi apabila kadar keton darah tinggi. Kadar keton dalam darah yang tinggi secara langsung juga menghambat penguraian protein di otot. Dengan demikian, keton merupakan penyebab protein tubuh dihemat sementara sekaligus digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi otak.

Insulin menurunkan kadar glukosa, asam amino, dan asam lemak serta meningkatkan anabolisme molekul-molekul nutrien kecil.

Insulin memiliki efek penting pada metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein. Hormon ini menurunkan kadar glukosa, asam lemak, dan asam amino dalam darah serta mendorong penyimpanan nutrien-nutrien tersebut. Sewaktu molekul-molekul nutrien ini memasuki darah selama keadaan absorptif, insulin meningkatkan penyerapan mereka oleh sel dan konversi, masing-masing menjadi glikogen, trigliserida, dan protein. Insulin menjalankan efeknya yang beragam dengan mengubah transportasi nutrien spesifik dari darah ke dalam sel atau dengan mengubah aktivitas enzim-enzim yang terlibat dalam jalur metabolik tertentu.

Efek pada karbohidrat Pemeliharaan homeostatis glukosa darah adalah fungsi pankreas yang sangat penting. Konsentrasi glukosa dalam darah ditentukan oleh keseimbangan yang ada antara proses-proses berikut (Gambar 19-15): penyerapan glukosa dari saluran pencernaan; transportasi glukosa ke dalam sel; pembentukan glukosa oleh sel (terutama di hati); dan (secara abnormal) ekskresi glukosa oleh urin. Insulin memiliki empat efek yang dapat menurunkan kadar glukosa darah dan meningkatkan penyimpanan karbohidrat sebagai berikut.

1. Insulin mempermudah masuknya glukosa ke dalam sebagian besar sel. Molekul glukosa ke dalam sebagian besar sel. Molekul glukosa tidak mudah menembus membran sel tanpa adanya insulin.Dengan demikian, sebagian besar jaringan sangat bergantung pada insulin untuk menyerap glukosa dari darah dan menggunakannya. Insulin meningkatkan difusi terfasilitasi (dengan perantara 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 (pengangkut glukosa). Sel-sel tergantung insulin memiliki simpanan pengangkut glukosa intrasel.pengangkutpengangkut 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 intrasel. Beberapa jaringan tidak tergantung pada insulin untuk menyerap glukosa-yaitu otak, otot yang aktif, dan hati. Otak, yang terus menerus memerlukan pasokan glukosa untuk memenuhi kebutuhan energinya setiap saat; mudah dimasuki oleh glukosa setiap saat. Untuk alasan yang masih belum jelas, sel-sel otot rangka tidak bergantung pada insulin untuk menyerap glukosa selama beraktivitas, walaupun dalam keadaan istirahat sel-sel tersebut tergantung insulin. Kenyataan ini penting dalam penatalaksaan diabetes melitus (defisiensi insulin). Hati juga tidak bergantung insulin untuk menyerap glukosa; namun insulin akan meningkatkan metabolisme glukosa oleh hati dengan merangsang langkah pertama metabolisme glukosa menjadi glukosa-6-fosfat. Fosforilasi glukosa pada saat molekul ini memasuki sel menyebabkan konsentrasi intrasel glukosa polos tetap rendah sehingga tetap terdapat gradien konsentrasi yang mempermudah difusi terfasilitasi glukosa ke dalam sel. 2. Insulin merangsang gikogenesis, pembentukan glikogen dari glukosa, baik di otot maupun hati.

3. Insulin menghambat glikogenolisis, penguraian glikogen menjadi glukosa. Dengan menghambat panguraian glikogen, insulin meningkatkan penyimpanan karbohidrat dan menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati. 4. Insulin selanjutnya menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati dengan menghambat glukoneogenesis, perubahan asam amino menjadi glukosa di hati. Insulin melakukan hal ini melalui 2 cara: menurunkan jumlah asam amino di dalam darah yang tersedia bagi hati untuk glukoneogenesis, dan dengan menghambat enzim-enzim hati yang diperlukan untuk mengubah asam amino menjadi glukosa. Dengan demikian, insulin menurunkan konsentrasi glukosa darah dengan meningkatkan penyerapan glukosa dari darah untuk digunakan dan disimpan oleh sel, sementara secara simultan menghambat dua mekanisme yang digunakan oleh hati untuk mengeluarkan glukosa baru ke dalam darah (glikogenolisis dan glukoneogenesis). Insulin adalah satu-satunya hormon yang mampu menurunkan kadar glukosa darah.

Efek pada lemak Insulin memiliki banyak efek untuk menurunkan kadar asam lemak darah dan mendorong pembentukan simpanan trigliserida sebagai berikut: 1. Insulin meningkatkan transportasi glukosa ke dalam sel jaringan adipose, seperti yang dilakukannya pada kebanyakan sel tubuh. Glukosa berfungsi sebagai precursor untuk pembentukan asam lemak dan gliserol, yaitu bahan mentah untuk membentuk trigliserida. 2. Insulin mengaktifkan enzim-enzim yang mengkatalisasi pembentukan asam lemak dari turunan glukosa. 3. Insulin meningkatkan masuknya asam-asam lemak dari darah ke dalam sel jaringan adipose. 4. Insulin menghambat lipolisis (penguraian lemak) sehingga terjadi penurunan pengeluaran asam lemak dari jaringan adipose ke dalam darah. Secara kolektif, efek-efek itu mendorong pengeluaran glukosa dan asam lemak dari darah dan meningkatkan penyimpanan keduanya sebagai trigliserida.

Efek pada protein Insulin menurunkan kadara asam amino darah dan meningkatkan sintesis protein sebagai berikut: 1. Insulin mendorong transportasi aktif asam-asam amino dari darah ke dalam otot dan jaringan lain. Efek ini menurunkan kadar asamamino dalam darah dan menghasilkan bahan pembangun untuk sintesis protein di dalam sel. 2. Insulin menngkatkan kecepatan penggabungan asam amio ke dalam protein dengan merangsang perangkat pembuat protein di dalam sel. 3. Insulin menhambat penguraian protein. Akibat kolektif efek ini adalah anabolik protein. Karena itu, insulin esensial bagi pertumbuhan normal. Secara singkat, insulin merangsang jalur-jalur biosintetik yang menyebabkan peningkatan pemakaian glukosa, peningkatan penyimpanan karbohidrat dan lemak, dan peningkatan sintesis protein. Karena itu, hormon itu menurunkan kadar glukosa, asam lemak, dan asam amino dalam darah. Pola metabolik ini khas untuk keadaan absorptif. Memang sekresi insulin meningkat selama keadaan ini dan bertanggung jawab mengubah jalur metabolik menjadi anabolisme netto. Jika sekresi insulin rendah, yang terjadi adalah efek yang berlawanan. Kecapatan masuknya glukosa ke dalam sel berkurang, dan yang terjadi adalah katabolisme netto, bukan sintesis, glikogen, trigliserida, dan protein. Pola ini mirip dengan keadaan pasca-acsorptif; memang, sekresi insulin berkurang pada keadaan pasca-absorptif. Namun, hormon utama pankreas yang lain, glukagon, juga berperan penting dalam perubahan pola metabolisme dari keadaan absorptif ke keadaan pasca-absorptif.