KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat-Nya
laporan tutorial yang berjudul “Makronutrisi” ini dapat kami selesaikan dengan sebagaimana
mestinya.
Di dalam laporan ini kami memaparkan hasil kegiatan tutorial yang telah kami
laksanakan tentang klasifikasi makronutrisi, fungsi normal makronutrisi di dalam tubuh,
metabolisme makronutrisi di dalam tubuh, pengaturan hormonal metabolisme makronutrient,
dan gangguan yang terjadi akibat ketidaksesuaian jumlah makronutrient, baik kelebihan
maupun kekurangan.
Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah memberi dukungan
serta bantuan sehingga laporan ini terselesaikan dengan tepat waktu. Kami sadar bahwa dalam
laporan ini terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, kami mengharapkan adanya kritik dan
saran sehingga dapat membantu kami untuk dapat lebih baik
Mataram, 3 Mei 2013
Penyusun
Kelompok 2
Page | 1
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR..........................................................................................................1
DAFTAR ISI.........................................................................................................................2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Skenario...........................................................................................................................3
1.2 Mind Mapping..................................................................................................................4
BAB II
ISI
2.1 Learning Objective...........................................................................................................5
2.2 Pembahasan Learning Objective
2.2.1 Klasifikasi makronutrient......................................................................................5
2.2.2 Metabolisme makronutrient serta pengaturan hormonalnya..................................16
2.2.3 Gangguan yang terjadi akibat ketidaksesuaian jumlah makronutrient..................61
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan......................................................................................................................62
Daftar Pustaka........................................................................................................................63
Page | 2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 SKENARIO
Meraih impian menjadi model runway Indonesia
Melihat model runway dengan tampilan menawan membawakan busana indah hasil rancangan
para fashion designer kondang membuat nyaris seluruh gadis bercita-cita menjadi salah satu
dari mereka. Wajah yang sempurna, figur tubuh yang menawan, ditambah dengan gaya hidup
yang terkesan sangat glamour menempatkan para model runway ini sebagai pusat perhatian
dimana pun mereka berada. Namun semua itu mereka peroleh tentunya bukan dalam satu
malam. Banyak proses dan jalan panjang yang melelahkan untuk menjadi model runway
professional. Butuh perencanaan, perjuangan dan tekad yang kuat.
Tidak perlu diragukan lagi keindahan tubuh para model runway adalah yang menjadi poin
penting dalam karier mereka. Maka tidak sedikit model runway yang sukses di dunia fashion
adalah mereka yang usianya masih sangat muda, 14 atau 15 tahun, karena di masa ini mereka
paling mudah mendapatkan tubuh yang sangat langsing. Tak jarang untuk mendapatkan badan
yang super langsing itu para model menghalalkan segala cara untuk menurunkan atau
mempertahankan berat badan mereka. Mulai dari work-out yang berlebihan hingga diet ekstrem
yang mereka jalankan. Bahkan beberapa dari model yang menjalankan diet tersebut harus
mengakhiri hidupnya dengan tragis, karena anorexia dan malnutrisi. Beberapa dari mereka
Page | 3
METABOLISME
Lemak (Lipid)
Protein
Karbohidrat
MAKRONUTRIENT
KLASIFIKASIGANGGUAN
masih lebih beruntung karena masih bisa direhabilitasi untuk memperbaiki kondisi kesehatan
mereka.
Semenjak maraknya kasus anoreksia dan malnutrisi di kalangan model, pihak pelaku fashion
industry lebih jeli dalam memilih model yang akan mereka gunakan dalam fashion event-nya.
Mulai dari diberlakukan aturan batas minimal berat badan model, hingga tes kesehatan untuk
mendapatkan model super langsing yang sehat. Semakin hari, kesadaran untuk menjadi dan
menggunakan model yang sehat ini semakin berkembang ke arah yang positif. Karena
bagaimana pun juga, model-model runway yang cantik ini menjadi role-model jutaan pasang
mata yang melihat. Campaign menjadi model yang sehat terus digencarkan lewat media massa
agar masyarakat (terutama wanita) semakin paham bahwa untuk berpenampilan bak seorang
model tidak perlu sampai mengorbankan kesehatan atau bahkan nyawa. Dengan hidup yang
teratur, pola makan yang sehat, dan hati yang positif, tentunya tidaklah sulit bagi perempuan
Indonesia untuk mendapatkan postur tubuh ideal sebagai seorang runway model.
References:
http://thesevenagency.com/ind/blog/read/1059/
1.2 Mind Mapping
Page | 4
BAB II
ISI
2.1 LEARNING OBJECTIVE
1. Klasifikasi makronutrient
2. Metabolisme makronutrient serta pengaturan hormonalnya
3. Gangguan yang terjadi akibat ketidaksesuaian jumlah makronutrient
2.2 PEMBAHASAN LEARNING OBJECTIVE
2.2.1 Klasifikasi Makronutrient
1. Karbohidrat
Semua jenis karbohidrat terdiri atas karbohidrat sederhana atau gula sederhana.
Karbohidrat kompleks mempunyai lebih dari 2 unit gula sederhana dalam 1
molekulnya.
Karbohidrat Sederhana
Terdiri atas :
a. Monosakarida yang terdiri atas jumlah atom C yang sama dengan
molekul air yaitu C6H12O6 dan C5H10O5
b. Disakarida yang terdiri atas ikatan 2 atom monosakarida dimana tiap 12
atom C ada 11 molekul air.
c. Gula alcohol merupakan bentuk alcohol dari monosakarida
d. Oligosakarida adalah gula rantai pendek yang dibentuk oleh galaktosa,
glukosa dan fruktosa.
Monosakarida (C6H12O6)
Tersusun atas 1 gugusan atau gula paling sederhana terdiri dari molekul tunggal.
Page | 5
1) Glukosa
- Merupakan gula yang paling penting bagi metabolisme tubuh,
- Dikenal sebagai dekstrosa (gula anggur)
- Bentuk jadinya ditemukan dalam berbagai buah-buahan, jagung manis,
sejumlah akar-akaran, dan madu.
- Merupakan hasil akhir pencernaan pati, sukrosa, maltosa dan laktosa
pada hewan dan manusia.
- Dalam proses metabolisme, glukosa merupakan bentuk karbohidrat yang
beredar di dalam tubuh dan di dalam sel unsur ini merupakan sumber energi.
2) Fruktosa
- Dinamakan juga levulosa/gula buah yang
- Merupakan gula termanis.
- Susunan atom dalam fruktosa merangsang kuncup pengecap pada lidah
sehingga menimbulkan rasa manis.
- Merupakan hasil pencernaan sakarosa
- Terdapat pada madu, buah, nectar bunga, sayur-sayuran, minuman
ringan.
3) Galaktosa
- Tidak ditemukan secara bebas di alam seperti halnya glukosa dan
fruktosa, tetapi merupakan hasil hidrolisis dari laktosa/gula susu.
Disakarida {C12(H2O)11 }
Terdiri atas dua unit monosakarida yang saling mengikat satu sama lain melalui
reaksi kondensasi.
1) Sukrosa/Sakarosa (Gula Tebu/Gula Bit)
- Gula pasir 99% terdiri dari kedua macam bahan makanan tersebut dengan
melalui proses penyulingan dan kristalisasi.
- Terdapat juga di dalam buah, sayuran, dan madu.
- Bila dicerna/dihidrolisis, sukrosa akan terurai menjadi satu unit glukosa
dan satu unit fruktosa yang disebut gula invert. Gula invert secara alami
terdapat di dalam madu.
Page | 6
2) Maltosa (Gula Malt)
- Tidak terdapat bebas di alam.
- Terbentuk pada setiap pemecahan pati, seperti yang terjadi pada tumbuh-
tumbuhan bila benih atau biji-bijian berkecambah dan di dalam usus
manusia pada pencernaan pati.
- Maltose difermentasi menjadi alcohol (bir).
- Bila dicerna/dihidrolisis, maltose akan terurai menjadi dua unit glukosa.
3) Laktosa (Gula Susu)
- Hanya terdapat dalam susu dan terdiri atas satu unit glukosa dan satu unit
galaktosa.
- Kadar laktosa pada susu sapi adalah 6,8 gram/100ml, sedangkan pada
ASI kadarnya 4,8 gram/100ml.
- Merupakan gula yang rasanya paling tidak manis (seperenam manis
glukosa) dan lebih sukar larut daripada disakarida lain.
Oligosakarida
Terdiri atas polimer 2-10 monosakarida.
Terdiri dari disakarida (C12H22O11), trisakarida (C18H32O16), dan
tetrasakarida (C24H42O21).
1) Rafinosa, Stakiosa, dan Verbaskora
- Adalah oligosakarida yang terdiri atas unit-unit glukosa, fruktosa dan
galaktosa.
- Terdapat dalam biji tumbuh-tumbuhan dan kacang-kacangan serta tidak
dapat dipecah oleh enzim-enzim pencernaan.
- Seperti halnya polisakarida non pati, oligosakarida ini di dalam usus
besar mengalami fermentasi.
2) Fruktan
- Adalah sekelompok oligo dan polisakarida yang terdiri atas beberapa unit
fruktosa yang terikat dengan satu molekul glukosa.
- Terdapat di dalam serelia, bawang merah, bawang putih dan asparagus.
- Fruktan tidak dapat dicerna secara berarti. Sebagian besar difermentasi
dalam usus.
Page | 7
Gula Alcohol
Merupakan bentuk alcohol dari monosakarida yang terdapat di alam dan
dapat pula dibuat secara sintetis.
1) Sorbitol
- Terdapat dalam beberapa jenis buah dan secara komersial dibuat dari
glukosa.
- Banyak digunakan dalam makanan dan minuman khusus pasien diabetes
karena pengaruhnya terhadap kadar gula darah lebih kecil daripada sukrosa,
seperti : minuman ringan, selai, dan kue-kue.
- Tingkat kemanisan sorbitol hanya 60% daripada sukrosa, diabsorpsi lebih
lambat dan diubah di dalam hati menjadi glukosa.
- Sorbitol tidak mudah dimetabolisme oleh bakteri dalam mulut sehingga
tidak mudah menimbulkan karies gigi. Oleh karena itu, sorbitol banyak
digunakan dalam pembuatan permen karet.
2) Malnitol dan Dulsitol
- Adalah alcohol yang dibuat dari monosakarida manosa dan galaktosa.
- Terdapat di dalam nanas, asparagus, ubi jalar, dan wortel. Secara
komersial manitol diekstraksi dari sejenis rumput laut.
- Kedua jenis alcohol ini banyak digunakan dalam industri pangan.
3) Inositol
- Merupakan alcohol siklis yang menyerupai glukosa.
- Terdapat dalam banyak bahan makanan, terutama dalam sekam serealia.
- Bentuk esternya dengan asam fitat menghambat absorpsi kalsium dan zat
besi dalam usus halus.
Karbohidrat Kompleks
Polisakarida
Terdiri atas lebih dari dua ikatan monosakarida.
1) Pati
- Merupakan simpanan karbohidrat dalam tumbuh-tumbuhan dan
karbohidrat utama yang dikonsumsi oleh manusia.
Page | 8
- Terutama terdapat dalam padi-padian (70-80%), biji-bijian (30-60%), dan
umbi-umbian (20-30%).
- Jumlah unit glukosa dan susunannya beda dalam 1 jenis pati, bergantung
jenis tanaman asalnya. Bentuk butiran pati berbeda satu sama lain dengan
karakteristik tersendiri dalam hal daya larut, daya mengentalkan, dan rasa.
2) Dekstrin
- Hasil hidrolisis parsial pati untuk dibentuk menjadi maltose.
- Karena molekulnya lebih besar dari sukrosa dan glukosa, dekstrin
mempunyai pengaruh osmolar lebih kecil sehingga tidak mudah menimbulkan
diare.
- Digunakan sebagai makanan bayi karena tidak mudah mengalami
fermentasi dan mudah dicerna.
3) Glikogen (Pati Hewan)
- Merupakan bentuk simpanan karbohidrat dalam tubuh manusia dan
hewan, yang terutama terdapat dalam hati dan jaringan otot. Di hati, glikogen
dapat digunakan sebagai sumber energi untuk keperluan semua sel tubuh.
Sedangkan glikogen di jaringan otot digunakan sebagai sumber energi dalam otot
tersebut.
- Glikogen bukan merupakan sumber karbohidrat yang penting dalam
bahan makanan, karena hanya terdapat di dalam makanan yang berasal dari
hewani saja dan dalam jumlah yang terbatas.
Serat (Polisakarida Non Pati)
Larut Air
1) Selulosa
- Merupakan bagian utama dinding sel tumbuh-tumbuhan yang tidak dapat
dicerna oleh enzim pencernaan manusia.
- Selulosa melunakkan dan memberi bentuk pada feses karena mampu
menyerap air sehingga membantu gerakan peristaltik usus, dengan demikian
membantu defekasi dan mencegah konstipasi.
2) Hemiselulosa
Page | 9
- Merupakan bagian utama serat serealia yang terdiri atas polimer
bercabang heterogen heksosa, pentose, dan asam uronat.
-
3) Lignin
- Terdiri atas polimer karbohidrat yang relatif pendek (50-2000 unit).
- Lignin memberi kekuatan pada struktur tumbuh-tumbuhan, oleh karena
itu merupakan bagian keras dari tumbuh-tumbuhan sehingga jarang dimakan.
- Terdapat di dalam tangkai sayuran, bagian inti di dalam wortel dan biji
jambu biji.
Tidak Larut Air
1) Pectin, Gum, dan Mukilase
Terdapat di sekeliling dan di dalam sel-sel tumbuhan. Ikatan-ikatan ini larut atau
mengembang di dalam air sehingga membentuk gel. Oleh karena itu, di dalam
industri pangan digunakan sebagai bahan pengental, emulsifier, dan stabilizer.
- Pectin
Merupakan polimer ramnosa dan asam galakturonat dengan cabang-
cabang yang terdiri atas rantai galaktosa dan arabinosa.
Terdapat di dalam sayur dan buah, terutama jenis sitrus, apel, jambu biji,
anggur dan wortel.
Berfungsi sebagai bahan perekat antar dinding sel. Buah-buahan yang
mempunyai kandungan pectin tinggi baik untuk dibuat selai atau jelly.
- Gum
Merupakan sari pohon akasia.
Diekstraksi secara komersial dan digunakan dalam industry pangan
sebagai pengental, emulsifier dan stabilizer.
- Mukilase
Merupakan struktur kompleks yang mempunyai ciri khas, yaitu memiliki
komponen asam D-galakturonat.
Terdapat di dalam biji-bijian dan akar yang fungsinya diduga mencegah
pengeringan.
2) Glukan
Page | 10
Terutama terdiri atas polimer glukosa bercabang yang terikat dalam bentuk beta
(1-3) dan beta (1-9). Beta-glukan terdapat dalam serealia, terutama di dalam oat
dan barley, dan diduga berperan dalam menurunkan kadar kolesterol darah.
3) Algal
Diambil dari algae dan rumput laut yang nerupakan polimer asam-asam
manuronat dan guluronat. Produk alga luas digunakan di Indonesia sebagai agar-
agar dan banyak digunakan sebagai bahan pengental dan stabilizer.
2. Lemak
Lemak, disebut juga lipid, adalah suatu zat yang kaya akan energi, berfungsi sebagai
sumber energi yang utama untuk proses metabolisme tubuh. Lemak yang beredar di
dalam tubuh diperoleh dari dua sumber yaitu dari makanan dan hasil produksi organ
hati, yang bisa disimpan di dalam sel-sel lemak sebagai cadangan energi. Sifat-sifat
lemak antara lain:
1. Tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik seperti eter, CHCl3,
benzen, alkohol/aseton panas, xylen, dll. serta dapat diekstraksi dari sel
hewan/tumbuhan dengan pelarut tersebut.
2. Secara kimia, penyusun utama adalah asam lemak (dalam 100 gram lipid terdapat
95% asam lemak)
3. Lipid mengandung zat-zat yang dibutuhkan oleh manusia seperti asam lemak
essential.
Klasifikasi Lemak
1. Lipid sederhana.
Lipid sederhana adalah golongan lipid yang jika dihidrolisis akan menghasilkan asam
lemak dan gliserol. Contohnya: fat/minyak (TAG/trigliserida)
2. Lipid kompleks (majemuk).
Lipid kompleks adalah golongan lipid yang jika dihidrolisis akan menghasilkan asam
lemak dan berbagai senyawa lainnya. Contohnya: fosfolipid dan glikolipid.
Fosfolipid + H2O menghasilkan asam lemak + alkohol + asam fosfat + senyawa
nitrogen.
Glikolipid + H2O menghasilkan asam lemak + karbohidrat + sfingosin.
3. Lipid turunan
Page | 11
Lipid turunan adalah senyawa-senyawa yang dihasilkan bila lipid sederhana dan lipid
kompleks mengalami hidrolisis. Contohnya: asam lemak, gliserol, alkohol padat,
aldehid, keton bodies.
Secara klinis, komponen lipid utama yang dapat dijumpai dalam plasma adalah:
1. Trigliserida (lemak netral)
2. Asam Lemak
3. Kolesterol
4. Fosfolipid
Trigliserida merupakan asam lemak yang dibentuk dari esterifikasi tiga molekul asam
lemak menjadi satu molekul gliserol. Jaringan adiposa memiliki simpanan trigliserid
yang berfungsi sebagai ‘gudang’ lemak yang segera dapat digunakan. Dengan masuk
dan keluar dari molekul trigliserida di jaringan adiposa, asam-asam lemak merupakan
bahan untuk konversi menjadi glukosa (glukoneogenesis) serta untuk pembakaran
langsung untuk menghasilkan energi.
Asam lemak dapat berasal dari makanan, tetapi juga berasal dari kelebihan glukosa
yang diubah oleh hati dan jaringan lemak menjadi energi yang dapat disimpan. Lebih
dari 95% lemak yang berasal dari makanan adalah trigliserida. Proses pencernaan
trigliserida dari asam lemak dalam diet (eksogenus), dan diantarkan ke aliran darah
sebagai kilomikron (droplet lemak kecil yang diselubungi protein).
Kolesterol berasal dari makanan dan sintesis endogen di dalam tubuh. Sumber
kolesterol dalam makanan seperti kuning telur, susu, daging, lemak (gajih), dan
sebaginya terutama dalam keadaan ester. Dalam usus, ester tersebut kemudian
dihidrolisis oleh kolesterol esterase yang berasal dari pankreas dan kolesterol bebas
yang terbentuk diserap oleh mukosa usus dengan kilomikron sebagai alat transport ke
sistem limfatik dan akhirnya ke sirkulasi vena. Kira-kira 70% kolesterol yang
diesterifikasi (dikombinasikan dengan asam lemak), serta 30% dalam bentuk bebas.
Kolesterol disintesis di hati dan usus serta ditemukan dalam eritrosit, membran sel,
dan otot. Kolesterol penting dalam struktur dinding sel dan dalam bahan yang
membuat kulit kedap air. Kolesterol digunakan tubuh untuk membentuk garam
empedu sebagai fasilitator untuk pencernaan lemak dan untuk pembentukan hormon
steroid (misal kortisol, estrogen, androgen) oleh kalenjar adrenal, ovarium, dan testis.
Fosfolipid, lesitin, sfingomielin, dan sefalin merupakan komponen utama pada
membrane sel dan juga bekerja dalam larutan untuk mengubah tegangan permukaan
cairan (misal aktifitas surfaktan cairan di paru). Fosfolipid dalam darah berasal dari
Page | 12
hati dan usus, serta dalam jumlah kecil sintesis di berbagai jaringan. Fosfolipid dalam
darah dapat ikut serta dalam metabolisme sel dan juga dalam koagulasi darah.
Karena lipid tidak dapat larut dalam air, maka itu memerlukan suatu ‘pengangkut’
agar bisa masuk dalam sirkulasi darah. Pengangkut itu adalah suatu protein yang
dinamakan lipoprotein. Lipoprotein dalam sirkulasi terdiri dari partikel berbagai
ukuran yang juga mengandung kolesterol, trigliserida, fosfolipid, protein dalam
jumlah berbeda sehingga masing-masing lipoprotein memiliki karakteristik densitas
yang berbeda. Lipoprotein terbesar dan paling rendah densitasnya adalah kilomikron,
diikuti oleh lipoprotein densitas sangat rendah (very low density lipoprotein, VLDL),
lipoprotein densitas rendah (low density lipoprotein, LDL), lipoprotein densitas
sedang (intermediate density lipoprotein, IDL), dan lipoprotein densitas tinggi (high
density lipoprotein, HDL).
Sebagian besar trigliserida pada plasma tidak dalam keadaan puasa terdapat dalam
bentuk kilomikron, sedangkan pada sampel plasma puasa, trigliserida terutama
terdapat dalam bentuk VLDL. Sebagian kolesterol plasma terkandung dalam LDL.
Sebagian kecil (15-25%) kolesterol berada dalam HDL.
Jalur eksogen atau makanan pengangkutan lemak melibatkan penyerapan trigliserida
dan kolesterol melalui usus, disertai pembentukan dan pembebasan kilomikron ke
dalam limfe dank e aliran darah melalui duktur torasikus. Kilomikron membebaskan
trigliserida ke jaringan adiposa sewaktu beredar dalam sirkulasi. Selain itu, juga
mengaktifkan lipoprotein lipase yang dapat melepaskan asam lemak bebas dari
trigliserida sehingga ukuran kilomikron berkurang menjadi sisa yang akhirnya
diserap oleh hati. Asam-asam lemak yang dikeluarkan pada gilirannya diserap oleh
sel otot dan adiposa.
Fungsi Lemak
1. Sebagai sumber energi (memiliki kandungan 9 kkal/g)
2. Unsur pembangun membran sel dan bertanggung jawab untuk lewatnya berbagai
bahan yang masuk dan keluar sel.
3. Sebagai pelindung organ-organ penting, penyekat jaringan tubuh.
4. Menjaga tubuh terhadap pengaruh luar, misalnya: suhu, luka (infeksi).
5. Insulator listrik (agar impuls-impuls syaraf merambat dengan cepat)
6. Membantu melarutkan dan mentransport senyawa-senyawa tertentu (misal
vitamin A, D, E dan K) dalam aliran darah untuk keperluan metabolisme.
Page | 13
Sumber Lemak
Sumber lemak terbagi menjadi 2, yaitu lemak hewani dan lemak nabati. Lemak
nabati berasal dari bahan makanan tumbuhan sementara lemak nabati dari hewan
termasuk telur, susu. Sumber lemak nabati berada di dalam sitoplasma berupa droplet
dan pada hewani berada di dalam jaringan adiposa.
3. Protein
Protein berasal dari bahasa Yunani yaitu proteos yang berarti yang utama atau yang
didahulukan, di mana benar adanya bahwa protein adalah zat yang paling penting
dalam setiap organisme.1
Protein merupakan bagian terbesar pada tubuh sesudah air. Seperlima bagian tubuh
adalah protein, setengahnya ada di dalam otot, seperlima ada di dalam tulang dan
tulang rawan, sepersepuluh di dalam kulit, dan selebihnya di dalam jarigan lain dan
cairan tubuh. Semua enzim, hormon, pengangkutan zat-zat gizi, matriks intraseluler
dan lain sebagainya adalah protein. Di samping itu asam amino yang membentuk
protein bertindak sebagai prekursor sebagai prekursor sebagian besar koenzim,
hormon, asam nukleat, dan molekul-molekul yang esensial untuk kehidupan. Protein
mempunyai fungsi yang tidak dapat digantikan oleh zat gizi lain, yaitu membangun
serta memelihara sel-sel dan jaringan tubuh.
Protein adalah molekul makromolekul yang mempunyai berat molekul antara 5 ribu
hingga beberapa juta. Protein terdiri atas rantai-rantai panjang asam amino, yang
terikat satu sama lain dalam ikatan peptida. Asam amino terdiri atas unsur-unsur
karbon (C), hydrogen (H), oksigen (O) dan nitrogen(N); beberapa asam amino di
samping itu mengandung unsur-unsur fosfor, besi, sulfur, iodium, dan kobalt. Unsur
utama protein adalah nitrogen, di mana nitrogen merupakan 16% dari berat protein.
Jenis protein sangat banyak, mungkin sampai 1010-1012.. Ini dapat dibayangkan bila
diketahui bahwa protein terdiri atas sekian kombinasi berbagai jenis dan jumlah asam
amino. Ada dua puluh jenis asam amino yang diketahui sampai sekarang yang terdiri
atas 8 asam amino esensial (tidak dapat diproduksi tubuh) dan 10 asam amino non-
esensial (dapat diproduksi tubuh). Asam amino esensial tersebut adalah: Phenilalanin,
Valin, Lysin, Isoleusin, Triptophan, Threonin, Leusin, dan Methionin. Sedangkan asam
amino yang non-esensial adalah Asam Aspartat, Asam Glutamat, Glysin, Serin, Prolin,
Hidroksiprolin, Tyronin, Hidroksilisin, Asparagin, dan Alanin. Selain itu, jug terdapat
2 asam amino semi-esensial (asam amino yang dapat mencukupi untuk proses
Page | 14
pertumbuhan orang dewasa, tetapi tidak mencukupi untuk proses pertumbuhan anak –
anak), yaitu Arginin dan Histidin.
Klasifikasi Protein
Berdasarkan komponen-komponen yang menyusun protein:1
1. Protein Simpleks. Hasil hidrolisis total protein jenis ini merupakan campuran
yang hanya terdiri atas asam-asam amino.
2. Protein Kompleks (complex protein, conjugated protein). Hasil hidrolisa total
dari protein jenis ini. Selain terdiri atas berbagai jenis asam amino juga terdapat
komponen lain miisalnya unsur logam gugusan phosphat dan sebagainya (contoh:
hemoglobin, lipoprotein, glikoprotein, dan sebagainya)
3. Protein Derivat (protein derivative). Merupakan ikatan antara (intermediate
product) sebagal hasil hidrolisa parsial dari protein native, miisalnya albumosa,
peptone dan sebagainya.
Berdasarkan sumbernya, protein dikiasifikasikan menjadi:
1. Protein hewani, yaitu protein dalam bahan makanan yang berasal dan binatang,
seperti protein dari daging, protein susu, dan sebagainya.
2. Protein nabati, yaitu protein yang berasal dan bahan makanan turnbuhan, seperti
protein dari jagung (zein), dan terigu, dan sebagainya.
Fungsi Protein
1. Pertumbuhan dan pemeliharaan.
Protein tubuh berada dalam keadaan dinamis, yang secara bergantian pecah dan
disintesis kembali. Tiap hari sekitar 3% jumlah protein total berada dalam keadaan
berubah ini.
2. Pembentukan ikatan-ikatan esensial tubuh.
Hormon tiroid, epinefrin, insulin adalah ptotein, begitu juga dengan enzim. Ikatan-
ikatan ini bertindak sebagai katalisator atau membantu perubahan-perubahan biokimia
yang terjadi di dalam tubuh.
3. Mengatur keseimbangan air.
Page | 15
Keseimbangan cairan tubuh harus dijaga melaui sistem kompleks yang melibatkan
protein dan elektrolit.
4. Memelihara netralitas tubuh.
Protein tubuh bentindak sebagai buffer, menjaga pH tetap konstan. Sebagian besar
jaringan tubuh berfungsi dalam keadaan pH netral atau sedikit alkali (pH 7,35-7,45).
5. Pembentukan antibodi
kemampuan tubuh terhadap detoksifikasi terhadap bahan-bahan racun dikontrol oleh
enzim-enzim yang terdapat terutama di dalam hati.
6. Mengangkut zat-zat gizi
Protein memegang peranan esensial dalam mengangkut zat-zat gizi dari saluran cerna
melaui dinding saluran cerna ke dalam darah, dari darah ke jaringan-jaringan, dan
melalui membran sel ke dalam sel-sel.
7. Sumber energi.
Protein menghasilkan energi sebesar 4 kkal/g.
Sumber Protein
Bahan makanan hewani merupakan sumber protein yang baik, seperti telur, susu,
daging, unggas, ikan dan kerang. Sumber protein nabati adalah kacang kedelai dan
hasil olahannya seperti tahu dan tempe serta kacang-kacangan lainnya.
2.2.2 Metabolisme dan pengaturan hormonal makronutrient
1. Karbohidrat
.Pada umumnya sumber karbohidrat dalam makanan berasal dari beras, namun ada
juga yang berasal dari sagu, ketela pohon atau jagung.
Karbohidrat merupakan senyawa biomolekul yang paling banyak jumlahnya di
permukaan bumi ini. Polimer karbohidrat yang tidak larut merupakan pelindung dan
membentuk dinding sel bakteri; pada tumbuhan senyawa ini berfungsi sebagai
penopang dan pada binatang berfungsi sebagai jaringan ikat dan "cel coat".
Fungsi utama dari metabolisme karbohidrat adalah untuk menghasilkan energi
dalam bentuk senyawa yang mengandung ikatan fosfat bertenaga tinggi.
Page | 16
Pencernaan karbohidrat.
Pencernaan karbohidrat terjadi terutama di usus kecil. Enzim amilase yang
disekresi pankreas, dengan pH optimum 7 memerlukan ion Cl secara mutlak,
menghidrolisis amilosa menjadi maltosa dan glukosa. Apabila amilopektin dan
glikogen dihidrolisis; glukosa, maltosa, maltotriosa dan oligosakarida dengan rantai
cabang pendek terbentuk. Amilum (starch) dan glikogen yang telah mengalami hidrasi
(hydrated starch) akan dicerna oleh amilase pankreas dan menghasilkan maltosa [-
Glk(1 )Glk], trisaccharida maltotriosa [-Glk(14) Glk(14) Glk], a-limit
dextrins dan sedikit glukosa.
Amilase merupakan endopolisakaridase; -amilse tidak bisa memutus ikatan -
(14) pada glukosa yang terletak pada titik cabang lihat gambar dibawah ini !
Enzim-enzim yang dapat menghidrolisis disakarida terdapat pada "brush border",
dengan nama umum disakaridase. Hasil utama hidrolisis disakarida adalah glukosa,
galaktosa, dan fruktosa. Monosakarida yang telah diserap masuk ke vena porta setelah
melalui hepar beredar keseluruh tubuh. Selulosa tidak dapat dicerna oleh manusia,
akhirnya akan dikeluarkan dengan feses.
Monosakarida diserap dengan kecepatan yang berbeda. Urutan menurut
kecepatannya adalah sebagai berikut : galaktosa, glukosa fruktosa, mannosa, xilosa
(xylosa) dan arabinosa. Galaktosa dan glukosa diserap secara aktif.
Gambar a : Cara kerja enzim amilase
Page | 17
Pembagian metabolisme karbohidrat
Untuk mempermudah mempelajari metabolisme karbohidrat, maka dibagi menjadi
beberapa jalur metabolisme. Namun, hendaknya diingat bahwa dalam tubuh, jalur-jalur
ini merupakan kesatuan, yang mana jalur yang paling banyak dilalui tergantung pada
keadaan (status nutrisi) waktu itu.
Pembagiannya adalah:
Glikolisis ("glycolysis")
Glikogenesis ( "glycogenesis" ).
Glikogenolisis ( "glycogenolysis" ).
Oksidasi asam piruvat.
Jalur fosfoglukonat oksidatif ( "Hexose Mono-phosphate Shunt" atau "Pentose
Phosphate Pathway" ).
Glukoneogenesis ( "gluconeogenesis" ).
Metabolisme fruktosa, galaktosa dan heksosamin
G L I K O L I S I S.
Glikolisis adalah pemecahan glukosa menjadi asam piruvat atau asam
laktat. Jalur ini terutama terjadi dalam otot bergaris, yang dimaksudkan untuk
Page | 18
menghasilkan energi (ATP). Apabila glikolisis terjadi dalam suasana anaerobik
maka akan berakhir dengan asam laktat, dan menghasilkan dua ATP ( gambar-1).
Tahapan reaksi glikolisis.
Jalur ini disebut juga jalur Embden-Meyerhof. Semua enzim yang terlibat
terdapat dalam fraksi ekstra mitokhondria (dalam sitosol). Mula-mula glukosa
mengalami esterifikasi dengan fosfat, reaksi ini disebut juga fosforilasi glukosa
oleh ATP menjadi glukosa 6-P.
Heksokinase (glukokinase)
Mg++
D-glukosa + ATP D-glukosa 6-P + ADP.
Reaksi ini memerlukan ion Mg++.
Dalam sel , sedikit sekali glukosa berada sebagai glukosa bebas, sebagian
besar terdapat dalam bentuk ester glukosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis dua enzim :
hexokinase dan glukokinase.
Hexokinase terdapat dalam ber-macam2 sel,kecuali di sel hepar dan pankreas.
Enzim ini sesuai dengan namanya dapat pula mengkatalisis esterifikasi heksosa
lainnya dengan ATP; contoh: fruktosa menjadi fruktosa 6-P. Dalam sel binatang
dan manusia enzim ini merupakan enzim regulator, karena dapat dihambat oleh
hasil reaksinya.
Glukokinase terdapat dalam hepar dan pankreas. Mempunyai Km untuk
D-glukosa jauh lebih tinggi dari enzim hexokinase. Glukokinase memerlukan
glukosa lebih tinggi untuk menjadi aktif bila dibandingkan dengan heksokinase
(gambar 28)
Selain itu glukokinase tidak dihambat oleh hasil reaksinya yaitu glukosa 6-
P. Glukokinase berperan biasanya pada waktu kadar glukosa darah tinggi (sesudah
makan). Pada penderita Diabetes Mellitus enzim ini jumlahnya berkurang.
Reaksi fosforilasi ini boleh dikatakan reaksi satu arah.
Selanjutnya glukosa 6-P diubah menjadi fruktosa 6-P. Reaksi ini dikatalisis
enzim fosfoheksosa isomerase, dimana terjadi aldosa-ketosa isomerasi. Hanya D-
anomer dari glukosa 6-P yang bisa dipakai sebagai substrat. Reaksi ini merupakan
reaksi bolak-balik.
Reaksi selanjutnya adalah pembentukan fruktosa 1,6-difosfat oleh enzim
fosfofruktokinase-1. Reaksi ini boleh dikatakan reaksi satu arah. Enzim
Page | 19
fosfofruktokinase-1 merupakan enzim yang bisa diinduksi. Enzim ini memegang
peran yang penting dalam mengatur kecepatan glikolisis.
fosfofruktokinase-1
Fruktosa 6-P + ATP Fruktosa 1,6-BP + ADP.
Mg++
Aktifitas enzim ini meningkat apabila konsentrasi ADP, AMP, fosfat
inorganik ( Pi ) meningkat. Enzim fosfofruktokinase-1 dihambat oleh ATP, asam
sitrat dan 2,3-DP gliserat (dalam sel darah merah). Apabila pemakaian ATP
meningkat (kadar ATP menurun) maka aktifitasnya meningkat, sebaliknya apabila
kadar ATP tinggi aktifitas enzim tersebut menurun. Enzim ini juga dihambat oleh
meningkatnya kadar asam lemak bebas, sehingga apabila senyawa ini meningkat
dalam darah, yang akhirnya masuk ke dalam sel , maka pemakaian glukosa akan
berkurang.
Fruktosa 1,6-BP akan dipecah menjadi dua triosa oleh enzim aldolase.
Aldolase
Fruktosa 1,6-BP Dihidroksi asetonfosfat + gliseraldehida 3-
P
Pada sel binatang sedikitnya ada dua macam aldolase, aldolase A yang
terdapat dalam sebagian besar jaringan , aldolase B terdapat dalam sel hepar dan
ginjal. Semuanya terdiri dari empat subunit polipeptida yang berbeda komposisi
asam amino-nya.
Gliseraldehida 3-fosfat Dihidroksi asetonfosfat (DHAP).
Kedua triosa tersebut diatas "interconverted", dapat saling berubah dengan
adanya enzim fosfotriosa isomerase.
Sampai dengan reaksi ini satu glukosa terpakai dan memerlukan dua ATP.
Selanjutnya glikolisis berjalan dengan oksidasi gliseraldehid 3-fosfat
(gliseraldehida 3-P) menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Karena adanya enzim fosfotriosa
isomerase, dihidroksi asetonfosfat juga dioksidasi.Enzim yang bertanggung jawab
pada reaksi ini adalah gliseraldehida 3-P dehidrogenase yang mana aktifitasnya
Page | 20
tergantung adanya NAD+. Enzim ini terdiri dari empat polipeptida yang identik
membentuk tetramer. Empat gugusan -SH terdapat pada tiap polipeptida, mungkin
berasal dari residu sistein (cysteine). Satu gugusan -SH terdapat pada "active site".
Reaksinya berjalan sebagai berikut ( gambar-3 ):
Mula-mula substrat berikatan dengan "cysteinyl moiety" pada
dehidrogenase membentuk suatu tiohemiasetal, yang kemudian dioksidasi menjadi
tiol-ester. Atom hidrogen yang terlepas dipindah pada NAD+ yang terikat pada
enzim. NADH yang terbentuk,akan terikat pada enzim juga tapi tidak sekuat
NAD+, sehingga NADH ini mudah diganti oleh NAD+ yang lain.
Energi yang terjadi pada oksidasi ini terwujud dalam ikatan sulfat energi
tinggi, yang kemudian dengan fosforolisis menjadi ikatan fosfat energi tinggi pada
posisi satu dari 1,3-bisfosfo-gliserat.Pada fosforolisis diatas, Pi ditambahkan dan
enzim bebas serta gugus -SH bebas terbentuk. Fosfat berenergi tinggi ini
ditangkap menjadi ATP pada reaksi dengan ADP yang dikatalisis enzim
fosfogliserat kinase. Reaksi ini menghasilkan 3-fosfogliserat.
Jadi oksidasi fosfogliseraldehid menjadi fosfogliserat, dimana terlepas
suatu energi, energi ini dipakai oleh reaksi pengambilan fosfat inorganik dan
sintesis ATP; rangkaian reaksi-reaksi ini merupakan suatu "coupled reaction".
Karena ada dua molekul triosafosfat yang dioksidasi, maka akan terbentuk
dua molekul ATP. Pada reaksi ini NAD+ tereduksi menjadi NADH. Reaksi
tersebut diatas adalah suatu contoh dari fosforilasi pada tingkat substrat.
Apabila ada asam arsenat, maka zat ini akan berkompetisi dengan Pi yang
akan menghasilkan arseno-3-fosfogliserat, yang akan terhidrolisis spontan
menghasilkan 3-fosfogliserat tanpa menghasilkan ATP. Ini suatu contoh arsenat
dapat "uncoupled" oksidasi dan fosforilasi.
Selanjutnya 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat oleh enzim
fosfogliserat mutase.
Reaksi berikutnya dikatalisis oleh enzim enolase; pada reaksi ini terjadi
perubahan struktur molekul hingga terbentuk ikatan fosfat bertenaga tinggi pada
posisi 2, yaitu fosfoenolpiruvat.
Enolase dihambat oleh fluorida ( F ). Dalam praktek fluorida ditambahkan
ke dalam larutan pada penentuan glukosa,juga kedalam pasta gigi. Kerja enzim ini
tergantung adanya Mn++ atau Mg++. Reaksinya sebagai berikut:
2-fosfogliserat Fosfoenolpiruvat + H2O.
Page | 21
Fosfat bertenaga tinggi dari fosfoenolpiruvat dipindah ke ADP menjadi
ATP, yang dikatalisis enzim piruvat kinase.
Reaksinya:
ADP ATP
Fosfoenolpiruvat Enolpiruvat
Piruvat kinase
Enzim piruvat kinase hepar berbeda sifatnya dengan enzim piruvat kinase
otot. Pada otot konsentrasi ATP yang tinggi akan menghambat enzim ini. Pada
hepar enzim ini dapat dihambat oleh ATP dan alanin, tapi adanya fruktosa 1,6-
difosfat dengan konsentrasi tinggi, akan dapat menghilangkan hambatan ini.
Dalam hepar enzim ini dihambat juga oleh asam lemak rantai panjang dan asetil-
KoA.
Dalam hepar glukagon menghambat glikolisis dan merangsang
glukoneogenesis dengan meningkatkan konsentrasi cAMP. Senyawa ini kemudian
mengaktivasi "cAMP dependent protein kinase". Protein kinase yang aktif ini akan
mengkatalisis fosforilasi enzim piruvat kinase menjadi piruvat kinase-P. Enzim
piruvat kinase-P me-rupakan bentuk tidak aktif. Dengan demikian glukagon
menghambat glikolisis.
Sampai dengan reaksi ini hasil netto dari perubahan glukosa menjadi dua
asam piruvat adalah dua ATP, yaitu pada awal jalur ini dibutuhkan dua ATP dan
kemudian menghasilkan empat ATP.
Pada keadaan anaerobik reoksidasi NADH melalui rantai respirasi tidak
berjalan. Asam piruvat akan dirubah menjadi asam laktat, yang dikatalisis enzim
laktat dehidrogenase.
Reaksinya:
laktat dehidrogenase
Asam piruvat + NADH L-laktat + NAD+
Dengan demikian reoksidasi NADH melalui asam laktat memungkinkan
glikolisis berlangsung tanpa oksigen, karena NAD+ yang terbentuk cukup untuk Page | 22
kebutuhan enzim gliseraldehid-3-fosfat dehidrogenase. Jadi jaringan pada keadaan
hipoksia ada tendensi untuk membentuk asam laktat, terutama dalam otot bergaris.
Asam laktat yang terbentuk akan masuk ke peredaran darah dan bisa didapatkan
dalam urine.
Glikolisis dalam eritrosit sekalipun dalam keadaan aerobik akan
menghasilkan asam laktat, karena enzim-enzim yang dapat mengoksidasi asam
piruvat secara aerobik tidak ada dalam sel da-rah merah.
Dalam eritrosit golongan mammalia tahapan yang dikatalisis fosfogliserat
kinase di " by passed " dengan adanya enzim bisfosfogliserat mutase dan enzim
2,3-bisfosfogliserat fosfatase (gambar-4). Akibat adanya dua enzim ini ATP tidak
terbentuk dan ini memungkinkan glikolisis berlangsung apabila kebutuhan ATP
minimum. 2,3-bisfosfogliserat bergabung dengan hemoglobin sehingga
menyebabkan affinitas hemoglobin terhadap oksigen menurun. Kurve dissosiasi
oksigen hemoglobin bergerak ke kanan. Dengan demikian adanya 2,3-
bisfosfogliserat dalam sel darah merah membantu pelepasan oksigen untuk
keperluan jaringan.
Reaksinya :
Enzim 1
1,3-bisfosfogliserat 2,3-bisfosfogliserat
Enzim 2
3-fosfogliserat.
Enzim 1 : bisfosfogliserat mutase
Enzim 2: 2,3-bisfosfogliserat fosfatase
Dalam glikolisis ada tiga reaksi boleh dikatakan secara fisiologis satu arah,
yaitu reaksi yang dikatalisis enzim-enzim :
1. heksokinase ( dan glukokinase )
2. fosfofruktokinase
3. piruvat kinase
OKSIDASI ASAM PIRUVAT MENJADI ASETIL-KoA
Page | 23
Asam piruvat dapat masuk ke dalam mitokhondria dengan pertolongan
suatu transporter. Asam piruvat mengalami oksodasi-dekarboksilasi oleh suatu
enzim yang tersusun rapi dalam matriks mitokhondria. Enzim-enzim ini disebut
piruvat dehidrogenase kompleks
( gambar 5 dan 6 ).
Mula-mula asam piruvat mengalami dekarboksilasi. Reaksi ini dikatalisis
enzim piruvat dehidrogenase. Tiamin pirofosfat bertindak sebagai ko-enzim.
Dalam reaksi ini terbentuk CO2 dan -hidroksietil-tiaminpirofosfat atau disebut
juga "aktif asetaldehid". Senyawa yang disebut belakangan ini dipindah ke
prostetik lipoamide, yang merupakan bagian dari enzim transasetilase. Dalam
perpindahan ini disulfida dari lipoamide tereduksi, asetildehida teroksidasi
menjadi asetil aktif yang terikat sebagai tioester. Gugusan asetil ini kemudian
bereaksi dengan koenzim-A, membentuk asetil-S-KoA, dan menghasilkan
lipoamide dalam bentuk disulfhidril(tereduksi). Koenzim yang tereduksi ini
dioksidasi kembali oleh suatu flavoprotein, dihidrolipoil dehidrogenase.
Flavoprotein yang tereduksi kemudian dioksidasi oleh NAD+. Ringkasnya,
reaksinya adalah sebagai berikut:
CH3COCOOH + HSCoA + NAD+ CH3CO-SCoA +
NADH + H+
Piruvat dehidrogenase diaktifasi oleh fruktosa difosfat, dan dihambat oleh
hasil reaksinya yaitu NADH dan asetilKoA. Enzim ini juga dihambat oleh
aktivitas oksidasi asam lemak, yang mana akan meningkatkan rasio Asetil-KoA /
KoA, NADH / NAD+ dan ATP / ADP. Peningkatan rasio diatas akan mengaktivasi
piruvat dehidrogenase (PDH) kinase yang akan mengkatalisis fosforilasi enzim
PDH a menjadi PDH b yang tidak aktif. PDH fosfatase akan menghidrolisis PDH
b menjadi PDH a yang aktif. PDH fosfatase diaktivasi oleh insulin. Arsenit atau
ion merkuri membentuk komplek dengan gugusan -SH dari asam lipoat dan
menghambat piruvat dehidrogenase. Kekurangan tiamin akan menyebabkan asam
piruvat tertimbun.
G L I K O G E N E S I S
Glikogen dalam sel binatang fungsinya mirip dengan amilum dalam tumbuhan
yaitu sebagai cadangan energi.
Page | 24
Pembentukan glikogen (glikogenesis) terjadi hampir dalam semua
jaringan, tapi yang paling banyak adalah dalam hepar dan dalam otot. Setelah
seseorang diberi diet tinggi karbohidrat (hidrat arang), kemudian heparnya
dianalisis , maka akan didapatkan kurang lebih 6% berat basah terdiri dari
glikogen. Namun 12 sampai 18 jam kemudian, hampir semua glikogen habis
terpakai. Dalam otot kandungan glikogen jarang melebihi satu persen, tapi untuk
menghabiskan glikogen tersebut agak sulit, yaitu misalnya dengan olah raga berat
dan lama.
Sintesis glikogen dimulai dengan perobahan glukosa 6-fosfat menjadi
glukosa 1-fosfat yang dikatalisis enzim fosfoglukomutase (glukosa 1,6-bisfosfat
bertindak sebagai koenzim) (gambar-7 ).
Selanjutnya enzim uridin difosfat glukosa pirofosforilase (UDPG
pirofosforilase) meng-katalisis pembentukan uridin difosfat glukosa (UDP-
glukosa) ( gambar-8 ).
UTP + Glukosa 1-fosfat UDP-glukosa + Ppi
Reaksi ini boleh dikatakan reaksi sea-rah,karena hidrolisis senyawa inorganik
pirofosfat menjadi inorganik fosfat, yang dikatalisis enzim inorganik pirofosfatase
menarik reaksi kekanan. Enzim glikogen sintetase (glikogen sintase)
memindahkan glukosil aktif dari UDP-glukosa (UDPG) pada bagian dari ujung
glikogen yang tidak dapat direduksi, membentuk ikatan -1-4 glukosidik.
Pembentukan ikatan tersebut terjadi ber-ulang2, sehingga cabangnya makin
panjang. Apabila panjang cabang tersebut mencapai antara 6 sampai 11, maka
enzim amilo-1,4-1,6 transglukosidase ("branching enzim") memindahkan sebagian
dari residu ikatan -1,4 (minimum 6 residu), pada rantai didekatnya membentuk
ikatan -1,6. Jadi terjadi titik percabangan baru. Kemudian kedua cabang tersebut
bertambah panjang. Dan seterusnya kejadian berulang kembali ( gambar-9 ).
Uridin difosfat yang dibebaskan ketika unit glukosil dari UDPG dipindah
kebagian tertentu dari glikogen, disintesis kembali menjadi UTP dengan memakai
ATP. Total kebutuhan ATP untuk menyimpan satu molekul glukosa menjadi satu
molekul glikogen adalah dua molekul, dua ADP dan dua inorganik fosfat
terbentuk.
Berat molekul glikogen mencapai satu sampai empat juta lebih.
Page | 25
GLIKOGENOLISIS
Pemecahan glikogen dalam hepar dan otot berbeda dengan enzim yang
terdapat dalam pencernaan. Enzim glikogen fosforilase akan
melepaskan unit glukosa dari rantai cabang glikogen yang tidak bisa
direduksi. Reaksinya bisa digambarkan sebagai berikut:
(Glukosa)n + H3PO4 Glukosa 1-fosfat + (Glukosa)n-1
Enzim ini hanya memecah ikatan -1-4 glikosidik, dan berhenti pada
empat residu dari titik cabang. Enzim amilo ( 1,4)-( 1,4) glukan transferase,
memindah tiga unit glukosa yang terikat pada rantai cabang (yang tinggal empat)
pada rantai yang lain membentuk “rantai” lurus. Selanjutnya enzim glikogen
fosforilase.akan memecah ikatan -1,4 sampai 4 unit glukosa dari titik cabang,
demikian seterusnya.
Debranching enzim (amilo 1,6-glukosidase) memecah ikatan glukosidik
1,6 dan menghasilkan glukosa ( gambar-13 ). Dalam otot glukosa yang dihasilkan
tidak cukup banyak untuk dieksport keluar sel, kemungkinan dipakai oleh sel otot
itu sendiri.
Glukosa 1-fosfat yang terlepas diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim
fosfoglukomutase. Senyawa ini bisa masuk jalur glikolisis atau jalur lainnya. Di
hepar, ginjal dan epitel usus halus glukosa 6-fosfatase yang spesifik memecah
ikatan ester dan melepaskan glukosa ke peredaran darah. Enzim ini tidak
didapatkan dalam otot.
GLIKOGENESIS DAN GLIKOGENOLISIS
Pada prinsipnya enzim yang mengatur metabolisme glikogen adalah
glikogen fosforilase dan glikogen sintase, enzim-enzim ini sendiri dibawah
pengaruh suatu kontrol yang komplek yaitu suatu mekanisme yang melibatkan
peristiwa allosterik dan modifikasi ikatan kovalen pada senyawa fosfat dari
enzim.
Aktifasi dan inaktifasi fosforilase.
Dalam hepar, enzim fosforilase ada dalam keadaan aktif maupun tidak aktif.
Pada fosforilase yang aktif (fosforilase a), gugusan hidroksil dari serin
Page | 26
mengalami fosforilasi (dalam ikatan ester). Fosforilase a ( yang aktif ) bisa
menjadi tidak aktif dengan hilangnya fosfat yang terikat pada senyawa serin
tersebut. Reaksi ini dikatalisis enzim fosfatase spesifik dengan nama protein
fosfatase-1. Untuk mengaktifkan enzim fosforilase kembali diperlukan
refosforilasi, yang dapat dikatalisis enzim fosforilase kinase dengan adanya ATP.
Fosforilase otot, berbeda secara immunologik dan genetik bila dibandingkan
dengan fosforilase hepar. Dalam otot fosforilase a merupakan bentuk fosforilase
aktif ( dimer ), mengalami fosforilasi. Enzim ini aktif dan tidak tergantung ada
atau tidak adanya AMP. Tiap monomer mengandung satu piridoksal fosfat.
Fosforilase b, yang mengalami defosforilasi hanya aktif apabila ada
AMP. Dalam keadaan fisiologis fosforilase a merupakan bentuk aktif enzim
enzim ini.
Aktifasi melalui cAMP
Fosforilase dalam otot dapat diaktifasi oleh epinefrin secara tidak
langsung. Aktifasi ini melalui cAMP. cAMP merupakan suatu senyawa intra
selluler, senyawa ini merupakan suatu senyawa antara ("intermediate
compound"). Senyawa ini disebut juga "second messenger". Banyak hormon
yang bekerja dengan perantaraan senyawa ini. cAMP dibentuk dari ATP oleh
enzim adenelil siklase sebelumnya dikenal dengan nama adenilat siklase
(adenylate cyclase), yang terdapat pada permukaan dalam membran sel. Adenelil
siklase dapat diaktifasi oleh hormon-hormon seperti: epinefrin dan norepinefrin
yang bekerja melalui reseptor adrenergik beta. Reseptor ini terletak pada sel
membran (gambar-11).
Pada hepar glukagon bekerja melalui reseptor yang lain yaitu reseptor
glukagon. cAMP dirusak enzim fosfodiesterase; dengan adanya enzim ini kadar
cAMP diatur dalam kadar yang rendah. Insulin dapat meningkatkan aktifitas
enzim fosfodiesterase dalam hepar, dengan demikian menyebabkan kadar cAMP
rendah.
Meningkatnya cAMP menyebabkan meningkatnya aktifitas enzim
protein kinase "cAMP-dependent", yang mempunyai spesifisitas luas.
Protein kinase ini mengkatalisis fosforilasi oleh ATP, enzim fosforilase kinase
b (tidak aktif) menjadi fosforilase kinase a (aktif), yang selanjutnya juga dengan
proses fosforilasi fosforilase kinase a yang aktif mengkatalisis perubahan
fosforilase b menjadi fosforilase a (lihat gambar 11).
Page | 27
Glikogenolisis dalam hepar.
Penelitian menunjukkan bahwa selain pengaruh aktivitas glukagon
melalui reseptornya, glikogenolisis dalam hepar juga dirangsang oleh
katekolamin (adrenalin) melalui proses yang melibatkan mobilisasi Ca++ dan
tidak tergantung pada cAMP (cAMP-independent mobilization of Ca++) dari
mitokhondria ke sitosol. Selanjutnya terjadi rangsangan fosforilase kinase yang
sensitif terhadap Ca++/Calmodulin.
Glukagon tidak mempengaruhi fosforilase otot bergaris, akan tetapi jantung
dapat dipe-ngaruhinya.
Inaktivasi fosforilase.
Fosforilase a dan fosforilase kinase a dapat dibuat tidak aktif oleh
protein phosphatse-1 dengan jalan melepaskan gugusan fosfatnya
(dephosphorylated). Protein phosphatase-1 sendiri dapat dihambat oleh suatu
protein yang disebut inhibitor-1. Inhibitor-1 hanya aktif apabila sudah mengalami
fosforilasi oleh cAMP-dependent protein kinase menjadi inhibitor-1-P. Dengan
demikian cAMP dapat mengontrol aktivasi maupun inaktivasi dari phosphorilase
(gambar-12).
GLUKONEOGENESIS
Page | 28
Glukoneogenesis adalah suatu pembentukan glukosa dari senyawa yang
bukan karbohidrat. Glukoneogenesis penting sekali untuk menyediakan
glukosa, apabila didalam diet tidak mengandung cukup karbohidrat. Syaraf,
medulla dari ginjal, testes, jaringan embriyo dan eritrosit memerlukan glukosa
sebagai sumber utama penghasil energi. Glukosa diperlukan oleh jaringan
adiposa untuk menjaga senyawa antara siklus asam sitrat. Didalam mammae,
glukosa diperlukan untuk membuat laktosa. Didalam otot, glukosa merupakan
satu-satunya bahan untuk membentuk energi dalam keadaan anaerobik.
Untuk membersihkan darah dari asam laktat yang selalu dibuat oleh sel
darah merah dan otot, dan juga gliserol yang dilepas jaringan lemak,
diperlukan suatu proses atau jalur yang bisa memanfaatkannya.
Pada hewan memamah biak, asam propionat merupakan bahan utama
untuk glukoneogenesis.
Jalur yang dipakai dalam glukoneogenesis adalah modifikasi dan
adaptasi dari jalur Embden-Meyerhof dan siklus asam sitrat.
Enzim tambahan yang diperlukan dalam proses ini selain dari enzim-
enzim dalam kedua jalur diatas adalah :
- Piruvat karboksilase
- Fosfoenolpiruvat karboksikinase
- Fruktosa 1,6-bisfosfatase (tidak ada dalam otot jantung dan otot
polos)
- Glukosa 6-fosfatase.
Dalam keadaan puasa, enzim piruvat karboksilase dan enzim
fosfoenolpiruvat karboksikinase sintesisnya meningkat. Sintesis enzim ini juga
dipengaruhi oleh hormon glukokortikoid. Dalam keadaan puasa, oksidasi asam
lemak dalam hepar meningkat. Ini membawa akibat yang menguntungkan
untuk glukoneogenesis karena akan menghasilkan ATP, NADH dan
oksaloasetat.
Asam lemak dan asetil-KoA akan menghambat enzim-enzim
fosfofruktokinase, piruvat kinase dan piruvat dehidrogenase, mengaktifkan
enzim-enzim piruvat karboksilase dan fruktosa 1,6-bisfosfatase.
Substrat untuk glukoneogenesis adalah :
- asam laktat yang berasal dari otot, sel darah merah, medulla dari
glandula supra-renalis, retina dan sumsum tulang
29 | P a g e
- gliserol, yang berasal dari jaringan lemak dan asam amino yang
berasal dari protein.
- asam propionat, yang dihasilkan dalam proses pencernaan pada
hewan memamah biak
- asam amino glikogenik.
Perubahan asam laktat menjadi glukosa
Untuk mengubah asam laktat menjadi glukosa dapat dilihat pada diagram
(gambar 14):
Asam laktat di dalam sitoplasma diubah menjadi asam piruvat,
kemudian asam piruvat masuk ke dalam mitokhondria dan diubah menjadi
oksaloasetat. Karena oksaloasetat tidak dapat melewati membran
mitokhondria, maka diubah dulu menjadi malat. Di sitoplasma malat diubah
kembali menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi
fosfoenolpiruvat yang selanjutnya berjalan ke arah kebalikan jalur Embden-
Meyerhof dan akhirnya akan menjadi glukosa.
Pada diagram dapat juga kita lihat reaksi-reaksi yang diperlukan untuk
mengubah gliserol dan asam-asam amino glukogenik menjadi glukosa. Asam
amino glukogenik masuk ke dalam jalur glukoneogenesis ditandai dengan
bundaran dan panah pada siklus asam tri karboksilat ( TCA cycle ).
Beberapa reaksi dan enzim-enzim tambahan untuk mengubah asam
laktat menjadi glukosa (selain jalur kebalikan glikolisis dan TCA cycle) adalah
:
Enzim piruvat karboksilase mengkatalisis reaksi
Piruvat Oksaloasetat (gambar 15-16).
Dalam reaksi ini diperlukan ATP, CO2 (berasal dari H2CO3), biotin
( yang diperlukan untuk mengikat bikarbonat pada enzim sebelum
ditambahkan pada asam piruvat ) dan ion Mg.
.Enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase (ekstra mitokhondrial)
mengkatalisis reaksi :
Oksaloasetat Fosfoenolpiruvat
30 | P a g e
JALUR FOSFOGLUKONAT
Jalur ini aktif dalam hepar, jaringan adiposa (lemak), adrenal korteks,
glandula tiroid, sel darah merah,testes dan payudara yang sedang menyusui.
Dalam otot aktivitas jalur ini rendah sekali.
Fungsi utama jalur ini adalah untuk menghasilkan NADPH, yaitu dengan
mereduksi NADP+. NADPH diperlukan untuk proses anabolik di luar
mitokhondria, seperti sintesis asam lemak dan steroid. Fungsi yang lain adalah
menghasilkan ribosa-5-fosfat untuk sintesis nukleotida dan asam nukleat.
Jalannya reaksi sebagai berikut ( gambar 18-19 ):
-D-glukosa 6-fosfat mengalami oksidasi menjadi 6-
fosfoglukonolakton. Enzimnya adalah glukosa 6-fosfat dehidrogenase (G6PD).
Reaksi ini memerlukan Mg++ atau Ca++ , memakai NADP+ dan menghasilkan
NADPH. Insulin meningkatkan sintesis enzim ini.
Selanjutnya 6-fosfoglukonolakton diubah menjadi 6-fosfoglukonat. Reaksi
ini juga memer-lukan Mg++, Mn++ atau Ca++. Enzimnya glukono-lakton
hidrolase. Satu molekul air (H2O) terpakai, ikatan cincin terlepas.
6-fosfoglukonat selanjutnya mengalami dekarboksilasi dan berubah
menjadi riboluse-5-fosfat. Sebelum dekarboksilasi 6-fosfoglukonat dioksidasi
menjadi semyawa antara 3-keto 6-fosfoglukonat. Ion Mg++, Mn++ atau Ca++
diperlukan. NADP+ bertindak sebagai hidrogen ekseptor menjadi NADPH.
Enzim yang mengkatalisis reaksi ini adalah 6-fosfoglukonat dehidrogenase.
Aktivitas enzim ini tergantung adanya NADP+. Seperti halnya enzim G6PD
enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase sintesisnya dirangsang oleh insulin.
Selanjutnya Ribulosa 5-fosfat dapat menjadi dua substrat dari dua enzim
yaitu:
1. Ribulosa 5-fosfat epimerase, yang membentuk suatu epimer pada karbon
ketiga, yaitu xylulose 5-fosfat (xylulose 5-phosphate).
2. Ribosa 5-fosfat ketoisomerase, yang merubah ribulosa 5-fosfat
menjadi ribosa 5-fosfat.
Proses selanjutnya akan melibatkan suatu enzim transketolase, yang
dapat memindah dua unit karbon ( C1 dan C2 ) dari suatu ketosa pada aldehida
dari aldosa. Dalam reaksi ini diperlukan suatu koenzim, tiamin difosfat dan
ion Mg++. Dua karbon dari xylulose 5-fosfat dipindah pada ribosa 5-fosfat,
menghasilkan suatu ketosa dengan tujuh karbon
31 | P a g e
Sedoheptulosa 7-fosfat dan gliseraldehida 3-fosfat akan bereaksi dengan
bantuan enzim transaldolase dan membentuk fruktosa 6-fosfat dan eritrosa 4-
fosfat.Dalam reaksi ini, transaldolase memindah tiga karbon "active dihydroxy
acetone" (C1-C3) dari keto dengan tujuh karbon pada aldosa dengan tiga
karbon.
Reaksi selanjutnya kembali melibatkan enzim transketolase, dimana
xylulose 5-fosfat menjadi donor "active glycoaldehyde" (C1-C2). Eritrosa 4-
fosfat yang terbentuk dari reaksi sebelumnya, akan bertindak sebagai akseptor
(penerima) C1-C2. Reaksi ini memerlukan tiamin dan ion Mg++ sebagai ko-
enzim dan menghasilkan fruktosa 6-fosfat dan gliseraldehida 3-fosfat.
Agar glukosa dapat dioksidasi secara sempurna menjadi CO2, diperlukan
enzim yang dapat mengubah gliseraldehide 3-fosfat menjadi glukosa 6-fosfat.
Untuk ini diperlukan enzim Embden-Meyerhof (glikolisis) yang bekerja
kearah yang berlawanan. Selain itu, juga diperlukan enzim fruktosa 1,6-
difosfatase. Enzim ini mengubah fruktosa 1,6-difosfat menjadi fruktosa 6-
fosfat.
Secara keseluruhan proses ini dapat dianggap suatu oksidasi tiga
molekul glukosa 6-fosfat menjadi tiga molekul CO2 dan tiga molekul pentosa
fosfat. Tiga molekul pentosa fosfat diubah menjadi dua molekul glukosa fosfat
dan satu molekul gliseraldehida 3-fosfat. Karena dua molekul gliseraldehide 3-
fosfat dapat diubah menjadi satu molekul glukosa 6-fosfat melalui jalur
kebalikan glikolisis, maka HMP Shunt dapat dikatakan suatu oksidasi glukosa
yang komplit (sempurna) ( gambar-20 ).
Enzim 6-fosfoglukonat dehidrogenase mengontrol HMP Shunt. Enzim
ini dapat dihambat oleh NADPH. Reaksi yang dikatalisis enzim ini tidak akan
berjalan apabila NADPH tidak dipakai atau dengan kata lain konsentrasinya
tidak menurun. Perlu diingat bahwa produksi ribosa 5-fosfat tidak tergantung
pada oksidasi glukosa, tapi dapat melewati kebalikan jalur glikolisis.
NADPH yang terbentuk berguna dalam sintesis asam lemak, steroid dan
sintesis asam amino. Sintesis asam amino melalui glutamat dehidrogenase.
Adanya lipogenesis yang aktif ,maka NADPH diperlukan, hal ini mungkin
akan merangsang oksidasi glukosa lewat HMP Shunt. "Fed state", suatu
keadaan dimana seseorang baru saja makan, mungkin dapat menginduksi
sintesis enzim-enzim glukosa 6-fosfat dehidro-genase dan 6-fosfoglukonat
dehidrogenase.
32 | P a g e
8.4.HMP Shunt dalam eritrosit berguna sebagai penghasil suatu reduktor
(NADPH). NADPH dapat mereduksi glutation yang telah mengalami oksidasi
( G-S-S-G ) menjadi glutation yang tereduksi (2 G-SH). Enzim yang
mengkatalisis reaksi ini adalah glutation reduktase. Selanjutnya glutation yang
tereduksi dapat membebaskan eritrosit dari H2O2 dengan suatu reaksi yang
dikatalisis oleh enzim glutation peroksidase.
2 G-SH + H2O2 G-S-S-G + 2 H2O
Reaksi ini penting sebab penimbunan H2O2 memperpendek umur
eritrosit. Telah dibuktikan adanya korelasi terbalik antara aktivitas enzim
glukosa 6-fosfat dehidrogenase dengan fragilitas sel darah merah. Pada
beberapa orang yang mengalami mutasi dimana enzim ini berkurang, maka
mereka akan lebih mudah mengalami hemolisis sel darah merah apabila diberi
suatu oksidan seperti primaquin, aspirin, sulfonamid atau apabila diberi makan
"fava bean".
HMP Shunt akan menghasilkan suatu pentosa untuk sintesis nukleotida dan
asam nukleat. Ribosa 5-fosfat akan bereaksi dengan ATP menjadi 5-
fosforibosil-1-pirofosfat (PRPP).
Dalam otot enzim glukosa 6-fosfat dehidro-genase dan 6-fosfoglukonat
dehidrogenase hanya sedikit sekali, namun otot dapat membuat ribosa 5-fosfat,
yaitu dengan kebalikan HMP Shunt.
METABOLISME FRUKTOSA DAN SORBITOL
Fruktosa dapat difosforilasi menjadi fruktosa 6-fosfat oleh enzim
heksokinase. Enzim ini juga dapat memakai glukosa dan mannosa sebagai
substrat, tapi afinitas untuk fruktosa sangat kecil bila dibandingkan dengan
glukosa.
Fruktokinase yang terdapat dalam hati, ginjal dan usus halus, dapat
mengkatalisis fruktosa dengan ATP menjadi fruktosa 1-fosfat. Harga Km
untuk reaksi ini kecil sekali dan aktivitas enzim ini tidak dipengaruhi oleh
puasa ataupun insulin. Sangat mungkin sekali bahwa fosforilasi dengan enzim
ini merupakan reaksi fosforilasi yang utama dari fruktosa. Kekurangan enzim
fruktokinase dalam hepar akan menyebabkan suatu kelainan yang disebut
"essential fruktosuria" ( gambar-22 ).
33 | P a g e
Karena aktivitas enzim fruktokinase tidak dipengaruhi insulin maka pada
penderita Diabetes Mellitus, fruktosa dapat dihilangkan dari darah dengan
kecepatan yang sama dibandingkan dengan orang normal.
Fruktokinase tidak dapat memakai glukosa sebagai substrat.
Selanjutnya fruktosa 1-fosfat dipecah menjadi D-gliseral dehid dan
dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dilatalisis enzim aldolase B, yang terdapat
dalam hati. Enzim ini juga bisa memakai fruktosa 1,6-bisfosfat sebagai
substratnya.Apabila enzim aldolase B tidak ada maka akan menyebabkan
suatu penyakit menurun yang disebut "hereditary fructosa intolerance".
D-gliseraldehid dapat masuk ke dalam glikolisis melalui suatu reaksi
yang dikatalisis oleh enzim yang terdapat dalam hepar yaitu triokinase. Enzim
ini mengkatalisis fosforilasi D-gliseraldehid menjadi D-gliseraldehid 3-fosfat.
Dihidroksi aseton fosfat dan gliseraldehi 3-fosfat (triosa fosfat) mungkin
mengalami degradasi melalui jalur glikolisis atau diubah menjadi glukosa.
Dalam hepar kedua triosa fosfat tersebut akan banyak yang diubah menjadi
glukosa. Salah satu akibat dari "hereditary fructose intolerance" dan keadaan
lain yang disebabkan karena kekurangan enzim fruktrosa 1,6-bisfofatase
adalah hipoglisemi akibat induksi fruktosa, biarpun dalam hepar kadar
glikogen tinggi. Ini disebabkan karena akumulasi fruktosa 1-fosfat dan
fruktosa 1,6-bisfosfat akan menghambat aktivitas enzim fosforilase dalam
hepar melalui mekanisme allosterik.
Apabila hepar dan usus dari suatu binatang percobaan dibuang, maka
injeksi fruktosa (pemberian fruktosa secara parenteral) tidak akan bisa diubah
menjadi glukosa, dan binatang tersebut akan mati, kecuali apabila diberi
glukosa. Pada manusia telah dilaporkan bahwa ginjal dapat mengubah fruktosa
menjadi glukosa dan asam laktat. Pada manusia, dalam usus banyak sekali
fruktosa diubah menjadi glukosa sebelum diserap melalui vena porta, hal ini
tidak terjadi pada tikus.
Fruktosa akan lebih cepat mengalami glikolisis bila dibandingkan dengan
glukosa, karena fruktosa tidak melewati jalur reaksi yang dikatalisis enzim
fosfofruktokinase. Enzim ini mengontrol kecepatan reaksi katabolisme
glukosa. Ini menyebabkan fruktosa akan membanjiri hepar dengan akibat
meningkatnya sintesis asam lemak, esterifikasi asam lemak dan sekresi Very
Low Density Lipoprotein (VLDL), yang mungkin bisa meningkatkan kadar
triasil gliserol.
34 | P a g e
Fruktosa bisa didapatkan dalam "seminal plasma" dan disekresi ke
dalam fetal sirkulasi pada ikan paus . Pada binatang ini sukrosa tertimbun
dalam cairan amnion dan "allantoic fluid".
METABOLISME SORBITOL
Sorbitol dan fruktosa didapatkan dalam lensa. Pada penderita Diabetes
Mellitus kadar sorbitol dan fruktosa dalam lensa meningkat, mungkin senyawa
tersebut terlibat dalam pembentukan katarak. Inhibitor aldose reduktase dapat
mencegah timbulnya katarak pada diabetes mellitus.
Glukosa dapat diubah menjadi fruktosa melalui jalur sorbitol (gambar-22).
Dalam hepar jalur ini tidak ada. Pembentukan fruktosa meningkat dengan
meningkatnya kadar glukosa, seperti dalam Diabetes Mellitus.
Aldosa reduktase mengkatalisis reduksi glukosa menjadi sorbitol. Dalam
reaksi ini NADPH diperlukan sebagai reduktor, yang berubah menjadi
NADP+. Selanjutnya sorbitol dioksidasi menjadi fruktosa dalam suatu reaksi
yang dikatalisis enzim sorbitol dehidrogenase. Reaksi ini memerlukan NAD+.
Sorbitol tidak dapat secara bebas berdifusi keluar sel, oleh karena itu dapat
tertimbun dalam sel. Dalam hepar adanya sorbitol dehidrogenase
menyebabkan sorbitol diubah menjadi fruktosa. Apabila sorbitol diberikan
intravena maka senyawa ini akan diubah menjadi fruktosa, bukan menjadi
glukosa (sorbitol dehidrogenase mengkatalisis reaksi dua arah). Apabila
sorbitol diberikan per-oral sedikit sekali yang diserap, dan akan mengalami
fermentasi oleh bakteri usus besar (kolon) dan menghasilkan asetat dan H2.
Pada keadaan "sorbitol intolerance" kram perut mungkin disebabkan oleh
makanan yang dikatakan pemanis "sugar-free" yang mengandung sorbitol.
METABOLISME GALAKTOSA
Galaktosa yang diserap usus, dengan mudah diubah menjadi glukosa dalam
hepar. "Galactose tolerance test" adalah suatu pemeriksaan untuk mengetahui fungsi
hepar, namun sekarang sudah jarang dipakai.
Jalur yang dipakai untuk mengubah galaktosa menjadi glukosa adalah
sebagai berikut ( gambar-23 ):
Galaktokinase mengkatalisis reaksi (1) dan dalam reaksi ini diperlukan ATP
sebagai donor fosfat. Galaktosa 1-fosfat yang terbentuk akan bereaksi dengan
uridin difosfat glukosa (UDPG) dan menghasilkan uridin difosfat galaktosa
35 | P a g e
dan glukosa 1-fosfat. Reaksi ini dikatalisis enzim galaktosa 1-fosfat uridil
transferase, galaktosa menggantikan tempat glukosa.
Suatu epimerase mengubah galaktosa menjadi glukosa (reaksi 3). Reaksi
ini terjadi pada suatu nukleotida yang mengandung galaktosa, peristiwa
oksidasi-reduksi berlangsung dan memerlukan NAD+ sebagai ko-enzim. UDP-
glukosa yang dihasilkan, dibebaskan dalam bentuk glukosa 1-fosfat (reaksi 4).
Mungkin sebelum dibebaskan digabung dulu dengan molekul glikogen, baru
kemudian dipecah enzim fosforilase.
Reaksi (3) adalah reaksi dua arah. Dari diagram dapat dilihat bahwa
glukosa bisa diubah menjadi galaktosa.
Dalam tubuh galaktosa diperlukan bukan hanya untuk sintesis laktosa,
tetapi juga untuk membuat serebrosida, proteoglikan dan glikoprotein.
Sintesis laktosa dalam mamma terjadi dengan jalan kondensasi UDP-
galaktosa dengan glukosa dan dikatalisis enzim laktosa sintetase.
Suatu penyakit yang dapat diturunkan menyebabkan galaktosemia,
mungkin terjadi akibat kekurangan enzim-enzim pada reaksi (1), (2) dan (3).
Akan tetapi yang paling banyak diketahui adalah akibat kekurangan enzim
uridil transferase (reaksi 2). Karena kadar galaktosa meningkat, dalam lensa
mata galaktosa bisa me- ngalami reduksi menjadi galaktitol. Apabila kadar
galaktitol ini tertimbun dalam lesa mata maka akan mempercepat terjadinya
katarak.
Kekurangan enzim yang mengkatalisis reaksi (2) membawa akibat
yang paling buruk bila dibandingkan dengan kekurangan enzim-enzim yang
lain, karena galaktosa 1-fosfat tertimbun sedangkan hepar kekurangan fosfat
inorganik. Ini bisa menyebabkan kegagalan fungsi hepar dan retardasi mental.
Ekspresi klinik terjadi apabila aktivitas uridil transferase berkurang lebih dari
50 %, dan ini hanya terjadi pada homozygote.
o REGULASI METABOLISME CARBOHYDRATE
terutama berpengaruh pada keadaan kelaparan, diabetes melitus dan pada
pemberian makanan yang tinggi karbohidrat.
Pada keadaan kelaparan
36 | P a g e
Pada keadaan kelaparan, enzim-enzim utama dari glikolisis, HMP shunt dan
glikogenesis aktifitasnya menurun, sebaliknya aktifitas enzim-enzim utama dari
glukoneogenesis dan glikogenolisis meningkat. Diharapkan mahasiswa meninjau
kembali jalur-jalur karbohidrat Agar kebutuhan tiap-tiap sel, tiap-tiap organ
bahkan kebutuhan seluruh tubuh terpenuhi, dalam ber-macam2 kondisi nutrisi
maupun dalam keadaan patologis, maka jalur metabolik harus ada di bawah
kontrol yang terkoordinasi.Istilah yang diberikan dalam regulasi metabolik ini
dinamakan "caloric homeostasis".
Homeostasis kalorik meliputi menjaga kebutuhan "fuel" ataupun
mengadakan "fuel" baru yang bisa menggantikan "fuel" yang asli.Sebagai contoh,
homeostasis kalorik ini menjaga kebutuhan tubuh (terutama otak) akan glukosa;
kadar glukosa dalam darah dijaga agar "konstan".
Prinsip regulasi
- Jalur yang dilewati proses anabolik (sintesis) berbeda dengan jalur
katabolik (degradasi). Kadang-kadang kedua jalur tersebut memakai beberapa
enzim yang sama.
- Jalur anabolik dan jalur katabolik masing-masing di bawah kontrol
enzim regulatornya sendiri. Namun kedua jalur itu ter- koordinasi dalam suatu
sistim, sehingga efek stimulasi yang terjadi pada anabolik pada waktu yang sama
mempunyai efek inhibisi pada jalur katabolik (ingat metabolisme glikogen)
- Energi yang diperlukan dalam proses anabolik diperoleh dari reaksi
pemecahan ATP, dan secara keseluruhan merupakan reaksi satu arah dan
"irriversible". Akibatnya biarpun kadar substratnya kecil proses anabolik masih
bisa terjadi.
Secara keseluruhan regulasi suatu jalur metabolik dikontrol oleh satu atau
mungkin dua reaksi kunci yang dikatalisis oleh enzim regulasi.Faktor kimia-fisika
penting dalam suatu kontrol jalur metabolik, misalnya kecepatan reaksi
dipengaruhi oleh kadar substrat, lihat gambar dibawah ini ! (gambar-25).
Kontrol metabolik suatu reaksi enzimatik.
Inaktif
E1
Ca/calmodulin cAMP
37 | P a g e
Aktif
E1
A + B C + D
E2
Pos. allostik Neg. allosterik
feed forward feed back
aktifasi inhibisi
Enzim Ribosomal sintesis
Produksi mRNA
oleh inti sel
Induksi Represi
Gambar-25
Pada gambar di atas tahapan reaksi dimulai dengan masuknya
senyawa A ke dalam sel melalui sel membran.Disini sudah ada faktor-faktor yang
mempengaruhi masuknya senyawa ke dalam sel. Sebagai contoh : masuknya
glukosa ke dalam sel pada semua sel kecuali sel otak sel hepar dan sel darah
merah dipengaruhi oleh insulin. Insulin meningkatkan Vmax transport glukosa
ke dalam sel.
Reaksi enzimatik yang non-equilibrium sering dipengaruhi oleh
"allosteric modifier". Pada gambar di atas reaksi B menjadi C
dipengaruhi oleh A sebagai positif allosterik dan senyawa D sebagai negatif
allostrik. Dalam reaksi ini juga digambarkan dalam bentuk aktif dan inaktif .
Untuk aktifasinya diperlukan cAMP ataupun Ca/calmodulin. Sintesa E2 yang
mengkatalisis reaksi B menjadi C pada tingkat ribosom dipengaruhi oleh
kecepatan translasi mRNA. Sedangkan produksi mRNA dipengaruhi adanya
induksi ataupun suatu represi.
Faktor-faktor yang mempengaruhi metabolisme karbohidrat.
38 | P a g e
Pada tiap-tiap jalur metabolisme karbohidrat, telah dibicarakan faktor-
faktor yang mempe-ngaruhi kerja enzim.
Secara keseluruhan akan ditinjau terutama enzim kunci, enzim-enzim
yang dipengaruhi oleh keadaan nutrisi (dalam hal ini kadar substrat). Perhatikan
gambar-26 ! Tulislah kembali jalur demi jalur kemudian rangkaikan semuanya.
Sebagai petunjuk perhatikan :
-pengaruh glukosa 6-fosfat
-pengaruh fruktosa 1,6-bisfosfat.
-pengaruh macam-macam kofaktor ( ATP, AMP, cAMP dll )
-enzim-enzim kunci pada tiap-tiap jalur
-hubungan jalur satu dengan lainnya (senyawa tertentu dari satu jalur
mempengaruhi jalur yang lain).
Enzim-enzim utama glikolisis adalah :
Glukokinase, heksokinase, fosfofruktokinase (1,2) dan piruvat
kinase.
Enzim-enzim utama HMP shunt adalah:
Glukosa 6-fosfat dehidrogenase dan 6 fosfoglukonat dehidrogenase.
Enzim utama glikogenesis adalah glikogen sintetase.
Enzim utama glikogenolisis adalah glikogen fosforilase.
Enzim-enzim utama glukoneogenesis adalah:
Piruvat karboksilase, fosfoenolpiruvat karboksikinase, fruktosa 1,6
bisfosfatase dan glukosa 6 fosfatase.
Pada keadaan Diabetes Melitus.
Aktifitas enzim-enzim tersebut di atas mirip dengan keadaan kelaparan.
Pada pemberian makanan tinggi karbohidrat.
Pada keadaan ini terjadi yang sebaliknya, aktifitas enzim-enzim
glikolisis, HMP shunt dan glikogenesis meningkat, sedangkan aktifitas enzim-
enzim utama glukoneogenesis dan glikogenolisis menurun.
GLUKOSA DARAH
39 | P a g e
Glukosa darah pada orang normal biasanya berkisar antara 50 mg - 100 mg per 100
ml, tergantung pada makanan, waktu pengambilan darah bila dihubungkan dengan
waktu makan, aktivitas dan keadaan emosi (state of exitement).
Beberapa mekanisme dalam tubuh bekerja untuk mengatur glukosa darah agar
berada pada konsentrasi tersebut di atas. Glukosa dapat dipakai oleh semua sel
dalam tubuh. Setelah makan akan terjadi penimbunan glukosa dalam tubuh,
misalnya dalam hepar, otot, jaringan lemak, dan terjadi peningkatan oksidasi.
Sedangkan dalam keadaan puasa ataupun keadaan darurat, akan terjadi pengambilan
glukosa dari cadangan makanan dalam tubuh, hingga glukosa darah berkisar pada
konsentrasi yang dapat ditolerir tubuh.
Sumber glukosa darah.
- Karbohidrat dalam makanan.
- .Hasil dari proses glukoneogenesis.
- .Dari pemecahan glikogen dalam hepar.
Karbohidrat dalam makanan:
Sebagian besar karbohidrat dalam makanan akan membentuk glukosa,
galaktosa dan fruktosa yang diserap dan masuk ke vena porta. Galaktosa dan
fruktosa bisa diubah menjadi glukosa dalam hati.
Hasil dari proses glukoneogenesis
Glukoneogenesis bisa dibagi menjadi dua yaitu:
-Yang bisa langsung diubah menjadi glukosa, seperti asam amino dan asam
propionat.
-Senyawa (metabolit) yang merupakan hasil metabolisme parsial glukosa,
yang perlu dibawa ke hati atau ke ginjal di mana akan diubah menjadi glukosa.
Sebagai contoh,asam laktat hasil oksidasi glukosa dalam otot dan sel darah merah
akan dibawa ke hati dan ginjal untuk diubah menjadi glukosa. Glukosa yang
terbentuk akan masuk ke dalam peredaran darah untuk bisa dipakai lagi oleh
jaringan. Siklus ini disebut Cori cycle atau "lactic acid cycle" (gambar-29). Contoh
yang lain misalnya gliserol yang diperlukan untuk sintesis triasilgliserol dalam
jaringan lemak tidak bisa dipakai oleh jaringan ini, akan tetapi akan dibawa ke
hepar, dan bisa diubah menjadi glukosa.
Telah diketahui bahwa asam amino, sebagian besar alanin, pada waktu kelaparan
diangkut dari otot menuju ke hati. Ini menyebabkan timbulnya suatu postulat akan
40 | P a g e
adanya suatu siklus glukosa-alanin, di mana terjadi suatu siklus glukosa dari hepar
menuju ke otot dan alanin dari otot menuju ke hepar yang menghasilkan hasil netto
adanya pemindahan alanin dari otot ke hepar dan "free energy" dari hepar ke otot.
"Energy" atau tenaga yang diperlukan untuk membuat glukosa dari asam piruvat
berasal dari oksidasi asam lemak ( gambar-29 ).
Dari pemecahan glikogen dalam hepar:
Apabila kadar glukosa darah rendah, misalnya pada keadaan puasa, maka
hepar merupakan sumber utama glukosa. Ini bisa berasal dari glikogenolisis atau
glukoneogenesis. Apabila kadar glukosa darah meningkat seperti pada waktu makan,
akan terjadi pengambilan glukosa oleh hati, dan akan terjadi glikogenesis.
Enzim-enzim yang terlibat dalam pengaturan proses tersebut di atas telah
dibicarakan dalam bab-bab yang bersangkutan.
2. Lemak
Lemak merupakan simpanan energi utama di dalam tubuh. Pada manusia
normal, lemak bertanggungjawah 99% terhadap penyimpanan energi dan 1% nya
berasal dari glikogen. Walaupun protein digunakan sebagai sumber energi, ia tidak
dapat dijadikan simpanan energi karena ketika di pecah, protein akan kehilangan
molekul yang memiliki fungsi khusus.
Lemak disimpan sebagai trigliserida di jaringan lemak. Trigliserida secara
konstan disintesis dan dipecah di jaringan tersebut sehingga lemak yang ada hari
ini berbeda dengan lemak pada beberapa minggu yang lalu. Asam lemak hasil
pemecahan trigliserida di jaringan lemak dilepaskan ke aliran darah yang disebut
dengan ”asam lemak bebas”. Jaringan lain, khususnya otot rangka dan hati
menggunakan asam lemak bebas sebagai sumber energi.
Metabolisme asam lemak terjadi melalui beta-oksidasi, sejumlah reaksi
yang membebaskan dua rantai karbon tiap kali asam lemak dirubah menjadi asetil-
koA (gambar 1). Proses beta-oksidasi ini terus berlanjut sampai semua asam lemak
dikonversi menjadi asetil-koA. Asetil-koA dapat memasuki siklus asam sitrat dan
digunakan untuk menghasilkan ATP. Asam lemak yang biasa didegradasi adalah
asam strearat dengan 18 rantai karbon. Jadi, untuk setiap satu asam lemak yang
didegradasi dihasilkan 9 asetil koA dengan 8 siklus.
41 | P a g e
Gambar 1. Oksidasi beta asam lemak untuk menghasilkan asetil-koA
Reaksi akhir dalam siklus asam sitrat untuk tiap molekul asetil-koA adalah
sebagai berikut:
Jadi, setelah degradasi awal dari asam lemak menjadi asetil-koA,
pemecahan akhir asam lemak tepat sama dengan pemecahan akhir asetil koA yang
dibentuk dari asam piruvat selama metabolisme glukosa. Dan hidrogen ekstra juga
dioksidasi dengan cara yang sama melalui sistem oksidasi kemiosmotik
mitokondria yang digunakan untuk mengoksidasi karbohidrat yang membebaskan
sejumlah besar ATP.
Jika dikalkulasikan, jumlah ATP yang dihasilkan selama proses pemecahan
asam lemak adalah 146 molekul dengan perincian sebagai berikut:
Jumlah atom H
Proses beta-oksidasi 8 siklus x 4
atom H 32 atom H
Siklus asam sitrat 9 Asetil-koA x 8 atom H 72 atom H
104 atom
H
70 atom H berikatan dengan NAD+ dan 34 atom H berikatan dengan FAD+
42 | P a g e
Jumlah ATP (Ketika semua atom H memasuki fosforilasi oksidatif)
NADH + H+ 35 x 3 ATP 105 ATP
FADH2 17 x 2 ATP 34 ATP
Jumlah ATP yang dihasilkan secara langsung 9 ATP
148 ATP
Jumlah ATP yang digunakan - 2
ATP
146 ATP
Asetil-koA juga digunakan dalam ketogenesis yaitu pembentukan keton
bodies. Di hati dimana asetil-koA diproduksi dalam jumlah yang besar, tidak
semua asetil-koA memasuki siklus asam sitrat. Bila rantai asam lemak telah
dipecah menjadi asetil-koA, dua molekul asetil-koA menyatu membentuk satu
molekul asam asetoasetat yang kemudian ditranspor di dalam darah ke sel lain di
seluruh tubuh tempat asam asetoasetat dipakai sebagai sumber energi. Proses
kimianya adalah sebagai berikut :
Sejumlah asam asetoasetat juga diubah menjadi asam β-hidroksibutirat dan
sejumlah kecil diubah menjadi aseton sesuai dengan reaksi di bawah ini:
43 | P a g e
Asam asetoasetat, asam beta-hidroksibutirat dan aseton disebut dengan
keton bodies dan di bebaskan ke dalam darah, dimana ia di edarkan ke jaringan
lainnya terutama otot rangka. Di dalam jaringan ini, keton bodies dirubah kembali
menjadi asetil-koA yang akan memasuki siklus asam sitrat untuk memproduksi
ATP.
Sintesis Trigliserida dari Karbohidrat
Setiap kali karbohidrat yang memasuki tubuh lebih banyak dari yang dapat
dipakai segera sebagai energi atau disimpan dalam bentuk glikogen, kelebihan
karbohidrat tersebut dengan cepat diubah menjadi trigliserida dan kemudian
disimpan dalam bentuk ini dalam jaringan adiposa.
Pada manusia, kebanyakan sintesis trigliseda terjadi di hati, tetapi sejumlah
kecil juga dibentuk di jaringan adiposa itu sendiri. Trigliserida yang dibentuk di
hati terutama ditranspor oleh lipoprotein berdensitas sangat rendah (V-LDL) ke
jaringan adiposa tempat zat tersebut disimpan.
Langkah pertama dalam pembentukan trigliserida adalah konversi
karbohidrat menjadi asetil-koA. Karena asam lemak sebenarnya merupakan
polimer besar dari asam asetat, mudah dimengerti bahwa asetil-koA dapat diubah
menjadi asam lemak. Proses ini terjadi dua langkah seperti yang terlihat pada
gambar 2.
Gambar 2. Pembentukan asam lemak
44 | P a g e
Begitu rantai asam lemak yang disintesis mengandng 14 sampai 18 atom
karbon, rantai asam lemak tersebut akan berikatan dengan gliserol untuk
membentuk trigliserida. Enzim yang menyebabkan konversi ini sangat spesifik
untuk asam lemak dengan panjang rantai 14 atom karbon atau lebih, suatu faktor
yang mengatur kualitas fisik trigliserida yang disimpan dalam tubuh. Penjelasan di
atas dapat dijelaskan secara skematis pada gambar 3 di bawah ini:
Sintesis Trigliserida dari Protein
Banyak asam amino dapat diubah menjadai asetil-koA.
Asetil-KoA kemudian dapat disintesis menjadi trigliserida. Oleh karena itu,
bila seseorang mengkonsumsi protein dalam makanannya melebihi jumlah protein
yang dapat digunakan jaringannya, sejumlah besar kelebihan ini akan disimpan
sebagai lemak.
Pengaturan Pengeluaran Energi Trigliserida
1. Karbohidrat lebih berperan sebagai sumber energi ketimbang lemak
bila kelebihan karbohidrat tersedia
Jika terdapat karbohidrat yang berlebihan dalam tubuh, karbohidrat lebih
dipilih sebagai sumber energi daripada trigliserida. Ada beberapa alasan untuk efek
45 | P a g e
“hemat lemak” dari karbohidrat ini. Salah satunya yang terpenting adalah sebagai
berikut: Lemak dalam sel jaringan adiposa terdapat dalam dua bentuk: trigliseda
yang disimpan dan sejumlah kecil asam lemak bebas. Keduanya berada dalam
keseimbangan yang konstan satu sama lain. Bila terdapat jumlah α-gliserofosfat
yang berlebihan (yang terjadi bila terdapat kelebihan karbohidrat), α-gliserofosfat
akan mengikat asam lemak bebas dalam bentuk trigliserida yang disimpan.
Akibatnya, keseimbangan antara asam lemak bebas dan trigliserida bergeser ke
arah trigliserida; yang menyebabkan hanya sejumlah kecil asam lemak yang
tersedia untuk digunakan sebagai energi. Karena α-gliserofosfat merupakan produk
yang penting dari metabolisme glukosa, ketersediaan sejumlah besar glukosa
secara otomatis menghambat pemakaian asam lemak untuk energi.
Kedua, bila karbohidrat tersedia dalam jumlah berlebihan, asam lemak
dibentuk lebih cepat daripada pemecahannya. Pengaruh ini sebagian disebabkan
oleh sejumlah besar asetil-KoA yang dibentuk dari karbohidrat dan oleh
konsentrasi asam lemak bebas yang rendah di jaringan adiposa. Dengan demikian,
timbul keadaan yang sesuai untuk konversi asetil-KoA menjadi asam lemak.
Suatu efek yang bahkan lebih penting yang membantu konversi karbohidrat
menjadi lemak adalah sebagai berikut: Langkah pertama, yang merupakan langkah
pembatas kecepatan, dalam pembentukan asam lemak adalah karboksilasi asetil-
KoA untuk membentuk malonil-KoA. Kecepatan reaksi ini terutama diatur oleh
aktivitas enzim asetil-KoA karboksilase, yang dipercepat dengan adanya
perantaraan siklus asam sitrat. Bila kelebihan jumlah karbohidrat dipakai,
perantaraan ini meningkat, yang secara otomatis menyebabkan peningkatan
pembentukan asam lemak.
Jadi, kelebihan jumlah karbohidrat dalam diet tidak hanya bekerja sebagai
penghemat lemak tetapi juga meningkatkan penyimpanan lemak. Sesungguhnya,
semua kelebihan karbohidrat yang tidak digunakan untuk energi atau disimpan
dalam deposit kecil glikogen di tubuh akan diubah menjadi lemak untuk disimpan.
2. Akselerasi pengguaan lemak untuk energi tanpa adanya karbohidrat
Semua efek penghematan lemak dari karbohidrat akan hilang dan berbalik
arah bila karbohidrat tidak tersedia. Keseimbangan bergeser ke arah yang
berlawanan, dan lemak dimobilisasi dari sel adiposa dan dipakai sebagai energi
menggantikan karbohidrat.
46 | P a g e
Yang juga penting adalah beberapa perubahan hormonal yang terjadi untuk
mempercepat mobilisasi lemak dari jaringan adiposa. Di antara perubahan
hormonal yang terpenting adalah berkurangnya sekresi insulin oleh pankreas secara
nyata karena tidak adanya karbohidrat. Keadaan ini tidak hanya mengurangi
kecepatan pemakaian glukosa oleh jaringan tetapi juga mengurangi penyimpanan
lemak, yang lebih lanjut akan menggeser keseimbangan ke arah metabolisme
lemak yang bertindak sebagai pengganti karbohidrat.
3. Pengaturan hormonal pemakaian lemak
Sedikitnya tujuh hormon yang disekresi oleh kelenjar endokrin berpengaruh
nyata terhadap pemakaian lemak. Beberapa efek hormonal penting pada
metabolisme lemak-selain kurangnya efek insulin, yang telah dibicarakan pada
paragraf sebelumnya dibahas pada paragraf berikut ini.
Mungkin peningkatan paling dramatis yang terjadi pada pemakaian lemak
adalah yang diamati setelah kerja berat. Keadaan ini hampir seluruhnya disebabkan
oleh pelepasan epinefrin dan norepinefrin oleh medula adrenal selama kerja,
sebagai akibat pernagsangan simpatis. Kedua hormon ini secara langsung
mengaktifkan trigliserida lipase peka-hormon yang terdapat dalam jumlah
berlebihan dalam sel lemak, dan hormon ini menyebabkan pemecahan trigliserida
yang sangat cepat dan mobilisasi asam lemak. Kadang-kadang konsentrasi asam
lemak bebas dalam darah seseorang yang sedang bekerja, meningkat sampai
delapan kali lipat, dan pemakaian asam lemak ini oleh otot untuk energi juga jadi
meningkat. Tipe stres lain yang mengaktifkan sistem saraf simpatis dapat juga
meningkatkan mobilisasi asam lemak dan pemakaiannya dengan cara yang serupa.
Stres juga menyebabkan sejumlah besar kortikotropin dilepaskan oleh
kelenjar hipofisis anterior, dan hormon ini menyebabkan korteks adrenal
menyekresikan sejumlah glukokortikoid ekstra. Keduanya, kortikotropin dan
glukokortikoid, mengaktifkan trigliserida lipase peka-hormon seperti yang
diaktifkan oleh epinefrin dan norepinefrin atau lipase yang serupa. Bila
kortikotropin dan glukokortikoid disekresi dalam jumlah berlebihan selama periode
yang panjang, seperti yang terjadi pada penyakit endokrin yang disebut penyakit
Cushing, lemak seringkali dimobilisasi sedemikian besar sehingga menimbulkan
ketosis. Oleh sebab itu, kortikotropin dan glukokortikoid dikatakan mempunyai
efek ketogenik. Hormon pertumbuhan mempunyai pengaruh yang mirip tetapi lebih
lemah dibandingkan kortokotropin dan glukokortikoid dalam mengaktifkan lipase
47 | P a g e
peka-hormon. Oleh karena itu, hormon pertumbuhan dapat juga mempunyai efek
ketogenik yang ringan.
Akhirnya, hormon tiroid menyebabkan mobilisasi lemak yang cepat, yang
diyakini terjadi secara tidak langsung dari peningkatan keseluruhan kecepatan
metabolisme energi di semua sel tubuh dalam pengaruh hormon ini. Berkurangnya
asetil Ko-A dan zat perantara lainnya dari metabolisme lemak dan karbohidrat
dalam sel, merupakan rangsangan yang menyebabkan mobilisasi lemak.
3. Protein
Kira-kira 75% asam amino digunakan untuk sintesis protein. Asam-asam
amino dapat diperoleh dari protein yang kita makan atau dari hasil degradasi protein
di dalam tubuh kita. Degradasi ini merupakan proses kontinu. Karena protein di
dalam tubuh secara terus menerus diganti (protein turnover). Contoh dari protein
turnover, tercantum pada tabel berikut.
Contoh protein turnover.
Protein Turnover rate (waktu
paruh)
Enzim
Di dalam hati
Di dalam plasma
Hemoglobin
Otot
Kolagen
7-10 menit
10 hari
10 hari
120 hari
180 hari
1000 hari
Asam-asam amino juga menyediakan kebutuhan nitrogen untuk:
- Struktur basa nitrogen DNA dan RNA
- Heme dan struktur lain yang serupa seperti mioglobin, hemoglobin,
sitokrom, enzim dll.
- Asetilkolin dan neurotransmitter lainnya.
- Hormon dan fosfolipid
48 | P a g e
Selain menyediakan kebutuhan nitrogen, asam-asam amino dapat juga
digunakan sebagai sumber energi jika nitrogen dilepas.
Jalur metabolik utama dari 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.
Jalur-jalur metabolik utama asam amino
Katabolisme asam amino
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.
Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:
1. Transaminasi
49 | P a g e
Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat
menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat
2. Deaminasi oksidatif
Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion amonium
Contoh reaksi transaminasi. Perhatikan alanin mengalami transaminasi
menjadi glutamat. Pada reaksi ini dibutuhkan enzim alanin
aminotransferase.
Glutamat juga dapat memindahkan amin ke rantai karbon lainnya,
menghasilkan asam amino baru.
Contoh reaksi deaminasi oksidatif. Perhatikan glutamat mengalami
deaminasi menghasilkan amonium (NH4+). Selanjutnya ion amonium masuk
ke dalam siklus urea.
50 | P a g e
Ringkasan skematik mengenai reaksi transaminasi dan deaminasi oksidatif
Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat
memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.
Tempat-tempat masuknya asam amino ke dalam sikulus asam sitrat untuk
produksi energi
Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4+) yang
selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea
yang selanjutnya dibuang melalui ginjal berupa urin. Proses yang terjadi di dalam
siklus urea digambarkan terdiri atas beberapa tahap yaitu:
1. Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi
dengan CO2 menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini diperlukan
energi dari ATP
51 | P a g e
2. Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat
bereaksi dengan L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat
dilepaskan
3. Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi
dengan L-aspartat menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini
membutuhkan energi dari ATP
4. Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat
dipecah menjadi fumarat dan L-arginin
5. Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap L-arginin
akan menghasilkan L-ornitin dan urea.
Tahapan-tahapan proses yang terjadi di dalam siklus urea
Sintesis asam amino
Semua jaringan memiliki kemampuan untuk men-sintesis asam amino non
esensial, melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka
karbon non asam amino menjadi asam amino dan turunan lain yang
mengandung nitrogen. Tetapi, hati merupakan tempat utama metabolisme
nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari asam
amino dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea.
Rangka karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur
glukoneogenesis, atau menjadi asam lemak melalui jalur sintesis asam
52 | P a g e
lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam amino dikelompokkan menjadi 3
kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta glukogenik dan
ketogenik.
Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke
jalur produksi piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-
ketoglutarat atau oksaloasetat. Semua asam amino ini merupakan prekursor
untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Semua asam amino kecuali
lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah asam
amino yang semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke
intermediat asetil KoA atau asetoasetil KoA
Sekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin,
triptofan, dan tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya,
seharusnya kita kenal bahwa ada 3 kemungkinan penggunaan asam amino.
Selama keadaan kelaparan pengurangan rangka karbon digunakan untuk
menghasilkan energi, dengan proses oksidasi menjadi CO2 dan H2O.
Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita
sehingga harus ada di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini
dinamakan asam amino esensial. Selebihnya adalah asam amino yang dapat
disintesis dari asam amino lain. Asam amino ini dinamakan asam amino
non-esensial.
Asam
amino
non-
esensial
Alanine, Asparagine, Aspartate, Cysteine,
Glutamate, Glutamine, Glycine, Proline, Serine,
Tyrosine
Asam
amino
esensial
Arginine*, Histidine, Isoleucine, Leucine,
Lysine, Methionine*, Phenylalanine*,
Threonine, Tyrptophan, Valine
Biosintesis glutamat dan aspartat
Glutamat dan aspartat disintesis dari asam α-keto dengan reaksi tranaminasi
sederhana. Katalisator reaksi ini adalah enzim glutamat dehidrogenase dan
selanjutnya oleh aspartat aminotransferase, AST.
53 | P a g e
Reaksi biosintesis glutamat
Aspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase. Peran
penting glutamat adalah sebagai donor amino intraseluler utama untuk
reaksi transaminasi. Sedangkan aspartat adalah sebagai prekursor ornitin
untuk siklus urea.
Biosintesis alanin
Alanin dipindahkan ke sirkulasi oleh berbagai jaringan, tetapi umumnya
oleh otot. Alanin dibentuk dari piruvat. Hati mengakumulasi alanin plasma,
kebalikan transaminasi yang terjadi di otot dan secara proporsional
meningkatkan produksi urea. Alanin dipindahkan dari otot ke hati
bersamaan dengan transportasi glukosa dari hati kembali ke otot. Proses ini
dinamakan siklus glukosa-alanin. Fitur kunci dari siklus ini adalah bahwa
dalam 1 molekul, alanin, jaringan perifer mengekspor piruvat dan amonia
ke hati, di mana rangka karbon didaur ulang dan mayoritas nitrogen
dieliminir.
Ada 2 jalur utama untuk memproduksi alanin otot yaitu:
1. Secara langsung melalui degradasi protein
2. Melalui transaminasi piruvat dengan bantuan enzim alanin
transaminase, ALT (juga dikenal sebagai serum glutamat-piruvat
transaminase, SGPT).
Glutamat + piruvat α-ketoglutarat + alanin
54 | P a g e
Siklus glukosa-alanin
Biosintesis sistein
Sulfur untuk sintesis sistein berasal dari metionin. Kondensasi dari ATP
dan metionin dikatalisis oleh enzim metionin adenosiltransfrease
menghasilkan S-adenosilmetionin (SAM).
Biosintesis S-adenosilmetionin (SAM)
SAM merupakan precursor untuk sejumlah reaksi transfer metil (misalnya
konversi norepinefrin menjadi epinefrin). Akibat dari tranfer metil adalah
perubahan SAM menjadi S-adenosilhomosistein. S-adenosilhomosistein
selanjutnya berubah menjadi homosistein dan adenosin dengan bantuan
enzim adenosilhomosisteinase. Homosistein dapat diubah kembali menjadi
metionin oleh metionin sintase.
Reaksi transmetilasi melibatkan SAM sangatlah penting, tetapi dalam kasus
ini peran S-adenosilmetionin dalam transmetilasi adalah sekunder untuk
produksi homosistein (secara esensial oleh produk dari aktivitas
transmetilase). Dalam produksi SAM, semua fosfat dari ATP hilang: 1
sebagai Pi dan 2 sebagai Ppi. Adenosin diubah menjadi metionin bukan
55 | P a g e
AMP.
Dalam sintesis sistein, homosistein berkondensasi dengan serin
menghasilkan sistationin dengan bantuan enzim sistationase. Selanjutnya
dengan bantuan enzim sistationin liase sistationin diubah menjadi sistein
dan α-ketobutirat. Gabungan dari 2 reaksi terakhir ini dikenal sebagai trans-
sulfurasi.
Peran metionin dalam sintesis sistein
Biosintesis tirosin
Tirosin diproduksi di dalam sel dengan hidroksilasi fenilalanin. Setengah
dari fenilalanin dibutuhkan untuk memproduksi tirosin. Jika diet kita kaya
tirosin, hal ini akan mengurangi kebutuhan fenilalanin sampai dengan 50%.
Fenilalanin hidroksilase adalah campuran fungsi oksigenase: 1 atom
oksigen digabungkan ke air dan lainnya ke gugus hidroksil dari tirosin.
Reduktan yang dihasilkan adalah tetrahidrofolat kofaktor
tetrahidrobiopterin, yang dipertahankan dalam status tereduksi oleh NADH-
dependent enzyme dihydropteridine reductase (DHPR).
56 | P a g e
Biosintesis tirosin dari fenilalanin
Biosintesis ornitin dan prolin
Glutamat adalah prekursor ornitin dan prolin. Dengan glutamat semialdehid
menjadi intermediat titik cabang menjadi satu dari 2 produk atau lainnya.
Ornitin bukan salah satu dari 20 asam amino yang digunakan untuk sintesis
protein. Ornitin memainkan peran signifikan sebagai akseptor karbamoil
fosfat dalam siklus urea. Ornitin memiliki peran penting tambahan sebagai
prekursor untuk sintesis poliamin. Produksi ornitin dari glutamat penting
ketika diet arginin sebagai sumber lain untuk ornitin terbatas.
Penggunaan glutamat semialdehid tergantung kepada kondisi seluler.
Produksi ornitin dari semialdehid melalui reaksi glutamat-dependen
transaminasi. ketika konsentrasi arginin meningkat, ornitin didapatkan dari
siklus urea ditambah dari glutamat semialdehid yang menghambat reaksi
aminotransferase. Hasilnya adalah akumulasi semialdehid. Semialdehid
didaur secara spontan menjadi Δ1pyrroline-5-carboxylate yang kemudian
direduksi menjadi prolin oleh NADPH-dependent reductase.
Biosintesis serin
Jalur utama untuk serin dimulai dari intermediat glikolitik 3-fosfogliserat.
NADH-linked dehidrogenase mengubah 3-fosfogliserat menjadi sebuah
asam keto yaitu 3-fosfopiruvat, sesuai untuk transaminasi subsekuen.
Aktivitas aminotransferase dengan glutamat sebagai donor menghasilkan
3-fosfoserin, yang diubah menjadi serin oleh fosfoserin fosfatase.
Biosintesis glisin
57 | P a g e
Jalur utama untuk glisin adalah 1 tahap reaksi yang dikatalisis oleh serin
hidroksimetiltransferase. Reaksi ini melibatkan transfer gugus hidroksimetil
dari serin untuk kofaktor tetrahidrofolat (THF), menghasilkan glisin dan N5,
N10-metilen-THF.
Biosintesis aspartat, asparagin, glutamat dan glutamin
Glutamat disintesis dengan aminasi reduktif α-ketoglutarat yang dikatalisis
oleh glutamat dehidrogenase yang merupakan reaksi nitrogen-fixing.
Glutamat juga dihasilkan oleh reaksi aminotranferase, yang dalam hal ini
nitrogen amino diberikan oleh sejumlah asam amino lain. Sehingga,
glutamat merupakan kolektor umum nitrogen amino.
Aspartat dibentuk dalam reaksi transaminasi yang dikatalisis oleh aspartat
transaminase, AST. Reaksi ini menggunakan analog asam α-keto aspartat,
oksaloasetat, dan glutamat sebagai donor amino. Aspartat juga dapat
dibentuk dengan deaminasi asparagin yang dikatalisis oleh asparaginase.
Asparagin sintetase dan glutamin sintetase mengkatalisis produksi
asparagin dan glutamin dari asam α-amino yang sesuai. Glutamin
dihasilkan dari glutamat dengan inkorporasi langsung amonia dan ini
merupakan reaksi fixing nitrogen lain. Tetapi asparagin terbentuk oleh
reaksi amidotransferase.
Pengaturan hormonal metabolisme protein
1. Insulin meningkatkan difusi glukosa terfasilitasi
Kecepatan pengangkutan glukosa dan kecepatan pengangkutan beberapa
monosakarida lainnya sangat ditingkatkan oleh insulin. Bila sejumlah besar
insulin di sekresikan oleh pangkreas, kecepatan pengangkatan glukosa ke
dalam sebagian besar sel meningkatkan sampai 10 kali atau lebih
dibandingkan dengan kecepatan pengangkutan tanpa adanya sekresi insulin.
Kecepatan pemakaian karbohidrat oleh sebagian besar sel di atur oleh
kecepatan sekresi insulin dari pangkreas.
2. Fosfolirasi glukosa
Fosforilasi ini ditingkatkan terutama oleh enzim glukokinase di dalam hati
dan oleh heksokinase di dalam sebagian sel yang lain. Disebagian besar
jaringan tubuh, fosforilasi bekerja untuk menangkap glukosa di dalam sel.
Artinya, karena glukosa berikatan secara cepat dengan fosfat, glukosa tidak
58 | P a g e
akan berdifusi keluar, kecuali dari sel-sel khusus, terutama sel-sel hati, yang
memiliki enzim fosfatase.
3. Aktivasi fosforilase oleh epinefrin atau oleh glukagon.
Dua hormon, epinefrin dan glukagon, dapat mengaktifkan fosforilasie dan
dengan demikian menimbulkan glikogenolisis secara cepat. Pengaruh
pertama dari masing-masing hormon ini adalah meningkatkan pembuntukan
siklik AMP di dalam sel, yang kemudian memicu suatu rangkaian reaksi
kimia yang mengaktifkan fosforilase.
Epinefrin dilepaskan oleh medula adrenal ketika sistem saraf simpatis
dirangsang. Oleh karena itu, salah satu fungsi saraf simpatis adalah
meningkatkan penyedian glukosa untuk metabolisme energi yang cepat.
Fungsi epinefrin ini terjadi secara nyata baik dei dalam sel hati maupun sel
otot, sehingga turut berperan bersama pengaruh lain dari rangsangan
simpatis, guna menyediakan tubuh untuk bekerja.
Glukagon adalah hormon yang disekresikan oleh sel alfa pangkreas apabila
kadar gula darah turun sangat rendah. Glukagon merangsang pembentukan
siklik AMP terutama di sel hati, dan hal ini selanjutnya meningkatkan
pengubahan glikogen hati menjadi glukosa dan melepaskannya kedalam
darah, sehingga meningkatkan kadar gula darah.
4. Kortikotropin dan glukokortikoid
Bila karbohidarat tidak tersedia dalam jumlah yang normal untuk sel,
adenohipofisis, untuk sebab yang belum diketahui dengan jelas, mulai
meningkatkan jumlah sekresi hormon kortikotropin. Kortikotropin akan
merangsang korteks adrenal untuk menghasilkan sejumlah besar hormon
glukokortiroid, terutama kortisol. Selanjutnya kortisol memobilisasi protei
terutama dari semua sel tubuh, yang menyebabkan protein tersedia dalam
bentuk asam amino di dalam cairan tubuh. Sejumlah besar asam amino
tersebut segera mengalami deaminasi di hati dan menghasilkan substrat
yang ideal untuk diubah menjadi glukosa.
2.2.3. Gangguan yang terjadi akibat ketidaksesuaian jumlah makronutrient
59 | P a g e
No Jenis Makronutrient
Kelebihan Kekurangan
1 Karbohidrat Hiperglikemia
Kadar gula darah terlalu tinggi mencapai di
atas 170 mg/100ml sehingga tubuh tidak
berfungsi secara optimal. Hal ini
dipengaruhi oleh pengaturan hormon
terutama insulin dan glukagon. Pengeluaran
insulin tidak terangsang untuk mengatur
glukagon yang berperan dalam
meningkatkan gula darah melalui
glikogenolisis (perubahan glikogen menjadi
glukosa) dan glukoneogenesis (perubahan
asam amino menjadi glukosa) atau insulin
tidak bekerja dengan baik untuk
memindahkan glukosa dalam darah ke
jaringan tubuh. Kegagalan dalam
pengaturan gula darah yang terjadi karena
terganggunya sistem pengaturan gula darah
tubuh ini seperti pada penyakit diabetes
mellitus.
Obesitas
Terjadi karena kelebihan konsumsi energi
dari yang dibutuhkan tubuh sehingga
kelebihan glukosa tersebut diubah menjadi
lemak (lipogenesis) yang akan disimpan
pada jaringan lemak tubuh. Secara terus
menerus nantinya akan terjadi penumpukan
lemak sehingga memperlihatkan tubuh
yang besar.
Hipoglikemia
Kadar gula darah kurang dari 70
mg/dl) terjadi karena pelepasan
insulin yang berlebihan oleh
pancreas sehingga menurunkan
kadar gula darah secara cepat,
dosis insulin terlalu tinggi yang
diberikan pada pasien diabetes
mellitus untuk menurunkan kadar
gula darah, kelainan pada kelenjar
hipofisa atau kelenjar adrenal dan
kelainan pada penyimpanan
karbohidrat atau pembentukan
glukosa di hati.
2 Lemak Aterosklerosis
Aterosklerosis umumnya terjadi karena
akumulasi kolesterol dalam darah dalam
jumlah banyak, sehingga kolesterol
tersebut dapat tertimbun dalam pembuluh
darah, yang semakin lama dapat
menyebabkan trombosis pada pembuluh
Kekurangan lemak dapat
mengakibatkan : depresi,
disleksia(kesulitan membaca
pada anak), kesulitan konsentrasi,
autisme, daya ingat lemah, cepat
merasa lelah.
60 | P a g e
darah. Trombosis pada pembuluh darah
tersebut dapat menyebabkan kekakuan
pada pembuluh darah
3 Protein Kelebihan protein dapat memberatkan
ginjal dan hati dalam me-metabolisme dan
mengeluarkan kelebihan Nitrogen, yang
dapat menimbulkan asidosis, dehidrasi,
diare, kenaikan amonia darah, dan
kenaikan ureum darah.
Marasmus
Penyakit akibat kekurangan
energi protein, yang umumnya
terjadi pada bayi 12 bulan
pertama, karena terlambat diberi
makanan tambahan, penyapihan
mendadak, serta pemberian
formula pengganti ASI yang tidak
sesuai.
Kwashiorkor
Terjadi umumnya pada balita usia
2 – 3 tahun, akibat kurangnya
asupan protein. Gejala : edema,
moon face, bersifat apatus, tidak
nafsu makan, rewel, rambut
kusam, halus dan mudah rontok.
Marasmus Kwashiorkor
Gabungan dari kedua penyakit
diatas (Marasmus dan
Kwashiorkor). Gejala yang dialami
sama dengan penyakit – penyakit
yang sebelumnya telah
dipaparkan.
BAB III
61 | P a g e
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Makronutrient adalah nutrient atau zat gizi yang diperlukan tubuh dalam jumlah
besar. Makronutrient dapat diklasifikasikan menjadi tiga, yakni : karbohidrat, lemak, dan
protein. Ketiga makronutrient tersebut memiliki fungsi masing – masing yang saling
melengkapi dalam tubuh. Metabolisme serta pengaturan hormonal dari ketiga makronutrient
tersebut berbeda – beda, namun saling memliki keterkaitan satu sama lain. Hal ini disebabkan
oleh adanya rantai karbon pada karbohidrat, lemak, serta protein. Apabila jumlah asupan
makronutrient (baik yang berlebih maupun kurang) akan menyebabkan gangguan – gangguan
di dalam tubuh.
DAFTAR PUSTAKA
62 | P a g e
Almatsier,S (2009) Prinsip Dasar Ilmu Gizi. Jakarta : PT. Gramedia Purtaka Utama
Bondy P.K. and Rosenberg L.E. : Duncan's Diseases of Metabolism Genetic Metabolism and
Endocrino-logy. Seventh Ed. Asian Ed. W.B. Saunder Comp. Igaku Shoin Ltd. Tokyo
1974. pp 245 - 250.
Devlin T.M. : Texbook of Biochemistry with Clinical correlation. Third Ed. John Wiley &
Son Pub. Singapore. 1992. pp 351, 1077 – 1081
Guyton and Hall (2007) Fisiologi Kedokteran. Jakarta : EGC
Lehninger A.L., Nelson D.L and Cox M.M : Principles of Biochemistry. Second Ed. Worth
Publ. Inc. New York. 1993. pp 298, 598-599
Murry R.M., Granner D.K., Mayes P.A. and Rodwell V.W.: Harper's Biochemistry. Twenty-
sixthth Edition. Appleton & Lance. Englewood Cliffs. New Jersey. USA. 2003. pp 122 –
129, 136 – 172.
Robert G.P dkk : Harrison's Principles of Internal Medicine. Tenth Ed. International Student
Edition. McGrawHill Book Copm. Tokyo. 1985 pp 1873
Rypier's Medical Licensure Examination. 13th Ed. J.P. Lippincott Comp. Phil. 1981. pp 245 -
261.
63 | P a g e