Metabolik Endokrin
Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana
Jl. Arjuna Utara no 6, Jakarta Barat
A. Pendahuluan
Sistem endokrin menyesuaikan dan mengatur berbagai aktivitas sistem tubuh sama
seperti sistem saraf, sehingga sistem tubuh tersebut dapat menjawab kebutuhan lingkungan
esternal dan internal yang selalu berubah. Integrasi endokrin dilaksanakan oleh sinyal kimiawi
yang disekresikan oleh kelenjar buntu dan dihantarkan melalui sirkulasi darah ke sel sasaran.
Beberapa hormon merupakan amina, dan yang lainnya berupa asam amino, polipeptida,
protein dan steroid.
Hormon mengatur proses metabolik. Istilah metabolisme secara harfiahnya bermaksud
perubahan, digunakan untuk semua transformasi kimiawi dan energi yang terjadi di dalam
tubuh.1
Diabetes Mellitus klinis adalah suatu sindroma gangguan metabolisme dengan
hiperglikemia yang tidak semestinya sebagai akibat suatu defisiensi sekresi insulin atau
berkurangnya efektifitas biologis dari insulin atau keduanya.
DM merupakan sekelompok kelainan yang ditandai oleh peningkatan kadar glukosa
darah (hiperglikemi). Glukosa secara normal bersirkulasi dalam jumlah tertentu dalam darah.
Glukosa dibentuk di hati dalam makanan yang dikonsumsi. Insulin, yaitu suatu hormon yang
diproduksi pankreas, mengendalikan kadar glukosa dalam darah dengan mengatur produksi
dan penyimpanannya.
Pada diabetes, kemampuan tubuh untuk bereaksi terhadap insulin dapat menurun, atau
pankreas dapat menghentikan sama sekali produksi insulin. Keadaan ini dapat menimbulkan
hiperglikemia yang dapat mengakibatkan komplikasi metabolik akut seperti dibetes
ketoasidosis dan sindrom hiperglikemia hiperosmolar nonketotik (HHNK). Hiperglikemia
jangka panjang dapat mengakibatkan komplikasi mikrovaskular yang kronis (penyakit ginjal
dan mata) dan komplikasi neuropati (penyakit pada saraf). DM juga meningkatkan insiden
1
penyakit makrovaskuler yang mencakup insiden infark miokard, stroke dan penyakit vaskuler
perifer.1,2
B. Pembahasan
1) Stuktur Makroskopik Pankreas
Terletak retroperitoneal melintang di abdomen bagian atas dengan panjang ± 25
cm, dan berat 120 g.
Bagian pankreas:
Caput Pancreatis: berbentuk seperti cakram dan terletak di dalam bagian cekung
duodenum. Sebagian caput meluas ke kiri di belakang arteria san vena
mesenterica superior serta dinamakan Processus Uncinatus.
Collum Pancreatis: merupakan bagian pancreas yang mengecil dan
menghubungkan caput dan corpus pancreatis. Collum pancreatis terletak di depan
pangkal vena portae hepatis dan tempat dipercabangkannya arteria mesenterica
superior dari aorta.
Corpus Pancreatis: berjalan ke atas dan kiri, menyilang garis tengah. Pada
potongan melintang sedikit berbentuk segitiga.
Cauda Pancreatis: berjalan ke depan menuju ligamentum lienorenalis dan
mengadakan hubungan dengan hilum lienale.
Hubungan:
Anterior: Dari kanan ke kiri: colon transversum dan perlekatan mesocolon
transversum, bursa omentalis, dan gaster.
Posterior: Dari kanan ke kiri: ductus choledochus, vena portae hepatis dan vena
lienalis, vena cava inferior, aorta, pangkal arteria mesenterica superior, musculus
psoas major sinistra, glandula suprarenalis sinistra, ren sinister, dan hilum lienale.
Vakularisasi:
Arteriae
o a.pancreaticoduodenalis superior (cabang a.gastroduodenalis)
o a.pancreaticoduodenalis inferior (cabang a.mesenterica cranialis)
o a.pancreatica magna dan a.pancretica caudalis dan inferior cabang a.lienalis
Venae
Venae yang sesuai dengan arteriaenya mengalirkan darah ke sistem porta.
2
Aliran limfatik:
Kelenjar limf terletak di sepanjang arteria yang mendarahi kelenjar. Pembuluh
eferen akhirnya mengalirkan cairan limf ke nodi limf coeliaci dan mesenterica
superiores.
Ductus Pancreaticus:
1. Ductus Pancreaticus Mayor ( W I R S U N G I )
Mulai dari cauda dan berjalan di sepanjang kelenjar menuju ke caput, menerima
banyak cabang pada perjalanannya. Ductus ini bermuara ke pars desendens
duodenum di sekitar pertengahannya bergabung dengan ductus choledochus
membentuk papilla duodeni mayor Vateri. Kadang-kadang muara ductus
pancreaticus di duodenum terpisah dari ductus choledochus.
2. Ductus Pancreaticus Minor ( S AN T O R I N I )
Mengalirkan getah pancreas dari bagian atas caput pancreas dan kemudian
bermuara ke duodenum sedikit di atas muara ductus pancreaticus pada papilla
duodeni minor.3
2) Stuktur Mikroskopik Pankreas
Pankreas adalah suatu organ yang terdiri dari jaringan eksokrin dan endokrin.
Bagian eksokrin pankreas mengeluarkan basa encer dan enzim-enzim pencernaan. Di
antara sel-sel eksokrin pancreas tersebar kelompok-kelompok, atau pulau-pulau
langerhans (ppl). Walaupun kebanyakan pulau berdiameter 100-200 µm dan mengandung
beberapa ratus sel, pulau-pulau kecil itu ditemukan tersebar di antara sel-sel eksokrin
pankreas. Pulau-pulau pankreas terdapat lebih dari 1 juta pulau dalam pankreas manusia
dengan jumlah pulau yang cenderung banyak di bagian ekor pankreas.4
Setiap pulau terdiri atas sel-sel bulat atau poligonal pucat yang tersusun berderet
yang dipisahkan oleh suatu jalinan kapiler darah. Pada rekonstruksi 3-dimensi, pulau
lengerhans tampak sebagai massa padat bulat yang berisi epitel sekretoris yang disusupi
jalinan kapiler darah. Sel-sel parenkim dan pembuluh darah diinervasi oleh serabut asaraf
otonom. Simpai serat-serat retikulin halus mengelilingi setiap pulau dan memisahkannya
dari jaringan eksokrin pankreas yang berdekatan.5
3
Jenis sel endokrin yang yang paling banyak dijumpai adalah sel (beta) 60-70%
ppl, tempat sintesis dan sekresi insulin. Yang juga penting adalah sel (alfa), yang
menghsilkan glucagon 20 % dari total sel-sel ppl. Sel D (delta) adalah tempat sintesis
somatostatin, sedangkan sel endokrin yang paling jarang adalah sel PP, mengeluarkan
polipeptida pancreas. Hormon pankreas yang paling penting dalam pengaturan
metabolisme energi adalah insulin dan glucagon. Insulin bersifat anabolik, yakni
meningkatkan simpanan glukosa, asam amino, dan asam lemak. Sedangkan glukagon
bersifat katabolic, yakni memobilisasi glukosa, asam lemak, dan asam amino dari
penyimpanannya ke dalam darah.4,5
3) Fungsi Pankreas
Pulau-pulau pankreas menghasilkan 4 sel yaitu:
1. Sel α
Sel α menghasilkan hormon glukagon. Banyak pakar ilmu faal yang memandang sel-
sel α penghasil glukagon dan sel β penghasil insulin sebagai pasangan sistim endokrin
yang sekresi kombinasinya merupakan faktor utama dalam mengatur metabolisme
bahan bakar.
Glukagon mempengaruhi banyak proses metabolik yang juga dipengaruhi oleh
insulin. Efek glukagon berlawanan dengan efek insulin. Glukagon bekerja utama di
hati yaitu tempat dimana hormon ini menimbulkan berbagai efek yaitu:2
4
EksokrinPankreas
SeptumLobulus
Pulau-Pulau Langerhans
PANKREAS
a) Efek pada metabolisme karbohidrat
Efek keseluruhan glukagon pada metabolisme karbohidrat timbul akibat
peningkatan pembentukan dan pengeluaran glukosa oleh hati sehingga terjadi
peningkatan kadar glukosa darah. Glukagon menimbulkan efek hiperglikemik
dengan menurunkan sintesis gikogen, meningkatkan glikogenolisis, dan
merangsang glukoneogenesis.
b) Efek pada metabolisme lemak
Glukagon juga melawan efek insulin berkenaan dengan metabolisme lemak
dengan mendorong penguraian lemak dan menghambat sintesis trigliserida.
Glukagon meningkatkan pembentukan keton ( ketogenesis ) di hati dengan
mendorong perubahan asam lemak menjadi badan keton. Dengan demikian, di
bawah pengaruh glukagon kadar asam lemak dan badan keton dalam darah
meningkat.
c) Efek pada metabolisme protein.
Glukagon menghambat sintesis protein dan meningkatkan penguraian protein di
hati. Stimulasi glukoneogenesis juga memperkuat efek katabolik glukagon pada
metabolisme protein di hati. Walaupun meningkatkan katabolisme protein di hati ,
glukagon tidak memiliki efek bermakna pada kadar asam amino karena hormon ini
tidak mempengaruhi protein otot. 2
2. Sel β
Sel β menghasilkan hormon insulin. Insulin memepunyai efek penting terhadap
metabolisme karbohidarat, lemak, dan protein. Hormon ini menurunkan kadar
glukosa, asam lemak, dan asam amino dalam darah serta mendorong penyimpanan
nutrient-nutrien tersebut. Dengan adanya insulin pemasukan glukosa melalui
membrane sel otot rangka, otot polos, dan otot jantung dapat ditingkatkan, tetapi tidak
pada epitel usus, tubuli ginjal, dan jaringan saraf kecuali daerah tertentu di
hipotalamus.
Stimulus utama untuk meningkatkan sekresi insulin adalah peningkatan
konsentrasi glukosa darah. Kontrol utama atas sekresi insulin adalah sistem umpan
balik negatif langsung antara sel pankreas dan konsentrasi glukosa dalam darah
yang mengalir ke sel-sel tersebut. Peningkatan kadar glukosa darah, seperti yang
5
terjadi setelah penyerapan makanan, secara langsung merangsang sintesis dan
pengeluaran insulin oleh sel . Insulin yang meningkat tersebut, pada gilirannya
menurunkan kadar glukosa darah ke tingkat normal karena terjadi peningkatan
pemakaian dan penyimpanan zat gizi ini. Sebaliknya, penurunan glukosa darah,
seperti yang terjadi saat puasa, secara langsung menghambat sekresi insulin.
Penurunan kecepatan sekresi insulin ini menyebabkan perubahan metabolisme dari
keadaan absorbtif ke keadaan pasca absorbtif. Dengan demikian sistem umpan balik
negative sederhana ini mampu memperthankan pasokan glukosa ke jaringan secara
konstan tanpa memerlukan peran serta saraf atau hormone lain. Selain glukosa
plasma, terdapat beberapa faktor lain yang berperan dalam mengatur sekresi insulin,
yaitu :
Peningkatan kadar asam amino darah yang secara langsung merangsang sel
untuk meningkatkan sekresi insulin
Hormone utama GIT, khususnya GIP(gastric inhibitory peptide) yang merangsang
sekresi insulin pancreas
Peningkatan aktivitas parasimpatis yang terjadi dalam merespon makanan dalam
GIT merangsang pembebasan insulin
Perangsangan simpatis/peningkatan epinefrin yang menghambat sekresi insulin1
DIABETES MELLITUS (DM)
Gejala DM khas adalah untuk keadaan pasca absorbtif yang berlebihan. DM adalah
gangguan endokrin yang paling banyak dijumpai. Gejala-gejala akut diabetes mellitus
disebabkan oleh efek insulin yang tidak adekuat. Hal ini karena insulin adalah satu-
satunya hormon yang dapat menurunkan kadar glukosa darah, salah satu gambaran
yang paling menonjol adalah peningkatan kadar glukosa darah, atau hiperglikemia.1,2
DM dapat dibedakan menjadi 2 macam berdasarkan kapasitas insulin pancreas,
yaitu :
DM tipe I, yang ditandai oleh tidak adanya sekresi insulin
DM tipe II, yang ditandai oleh sekresi insulin yang normal bahkan meningkat,
tetapi terjadi penurunan kepekaan sel sasaran terhadap insulin
6
Selain keadaan pasca absorbitf yang berlebihan, gejala lain DM adalah poliuria
yang disebabkan oleh diuresis osmotic, polidipsia (kehilangan cairan tubuh akibat
dehidrasi dan menimbulkan rasa haus), polifagia (kehilangan glukosa di urin yang
meningkatkan katabolisme protein dan lemak dan mengakibatkan penurunan berat
badan) yang bila tidak ditanggulangi dapat menyebabkan koma diabeticum dan
asidosis yang berakhir pada kematian.
Berbagai efek insulin
Insulin yang berlebih
Insulin yang berlebihan menyebabkan hipoglikemia yang menimbulkan
kelaparan bagi otak (brain straving hypogilcemia). Kelebihan insulin ini dapat
terjadi pada pasien DM jika insulin yang disuntikkan melebihi asupan kalori
dan tingkat olahraga, sehingga terjadi syok insulin. Selain itu, kadar insulin
dalam darah yang berlebihan dapat terjadi pada individu nondiabetes yang
mengidap tumor sel atau yang sel -nya sangat responsive terhadap
glukosa.
Efek defisiensi insulin
o Meningkatkan glikogenolisis
o Meningkatkan glukoneogenesis
o Menurunkan penggunaan glukosa jaringan(hiperglikemia)
o Bila kadar gula darah naik sampai melampui ambang ginjalglikosuria
o Penurunan di sel untuk sintesa glokogen,protein, lipid
Efek defisiensi insulin terhadap lemak
o Menurunkan aktivitas dan jumlah kelompok enzim lipogenesis
(menurunkan kecepatan sintesis)
o Meningkatkan lipolisis dan menurunkan lipogenesis sehingga terbentuk
banyak asam lemak bebas dan ketika melalui hati diubah menjadi benda-
benda keton (asam-asam asetat, aseton, asam hidroksi butirat) yang
disebut ketonemia. Ditambah dengan gangguan asam basaketoasidosis.
Efek defisiensi insulin terhadap protein
7
Menigkatkan katabolisme protein otot sehingga terbentuk banyak asam amino
yang oleh hati diubah menjadi urea, pembentukan urea meningkat.1
3. Sel D
Sel D menghasilkan hormon somatostatin. Selain di pankreas, hormon somatostatin
dihasilkan di hipotalamus yang berfungsi menghambat sekresi hormon pertumbuhan
dan TSH, sel-sel yang membentuk lapisan saluran pencernaan yang berkerja secara
lokal sebagai zat paraktin untuk menghambat sebagian besar proses pencernaan yang
efek keseluruhannya adalah untuk menghambat penyerapan nutrien dan pencernaan
nutrien. Somatostatin yang dikeluarkan sel D berfungsi sebagai respon langsung
terhadap peningkatan glukosa dan asam amino darah selama penyerapan makanan.
Dengan menimbulkan inhibisi, somatostatin pankreas bekerja secara umpan balik
negatif untuk mengerem kecepatan pencernaan dan penyerapan makanan sehingga
tidak terjadi peningkatan berlebihan kadar nutrien di dalam plasma. Selain itu,
somatostatin pankreas berperan penting dalam pengaturan lokal sekresi hormon
pankreas.1
Hormon ini akan disekresikan oleh sel D ppl sebagai respons terhadap:
a. Peningkatan kadar glukosa plasma
b. Peningkatan asam amino plasma (mencegah peningkatan bahan makanan plasma)
c. Menghambat sekresi insulin dan glukagon lokal2
4. Sel PP (sel F)
Sel F menghasilkan polipeptida pankreas yang memiliki efek utama adalah
menghambat fungsi pencernaan. Seperti somatostatin, polipeptida pankreas
tampaknya tidak memiliki efek langsung pada metabolisme karbohidrat, protein, atau
lemak.1
4) Metabolisme Karbohidrat
Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk monosakarida. Energi yang
dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP). Glukosa merupakan karbohidrat terpenting.
Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah, atau
ke dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah
semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan
8
bakar metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan
bakar universal bagi janin.6
Sifat diet atau makanan menentukan pola dasar metabolisme di dalam tubuh.
Mamalia, termasuk manusia harus memproses hasil penyerapan produk-produk
pencernaan karbohidrat, lipid dan protein dari makanan. Secara berurutan, produk-produk
ini terutama adalah glukosa, asam lemak serta gliserol dan asam amino. Semua produk
hasil pencernaan diproses melalui lintasan metaboliknya masing-masing menjadi suatu
produk umum yaitu Asetil KoA, yang kemudian akan dioksidasi secara sempurna melalui
siklus asam sitrat.6,7
Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai
katabolisme maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat,
glikogenesis, glikogenolisis serta glukoneogenesis.
Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut:
1. Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2
piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.
2. Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini
dihasilkan energi berupa ATP.
3. Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap
ini dihasilkan energi berupa ATP.
4. Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak
dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen).
Glikogen ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika
kapasitas penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi
menjadi jaringan lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.
5. Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen
dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan
oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.
6. Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber
energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan
glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus
9
diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk
memperoleh energi.6
Glikolisis Embden Meyerhof (EM)
Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses
pemecahan glukosa menjadi:
1. asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)
2. asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)
Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat,
dan selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s).
Selain itu glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.6,7
Tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut:
1. Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisis oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. Proses ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat. ATP bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Terminal fosfat berenergi tinggi pada ATP digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P)Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar berupa kalor, sehingga dalam kondisi fisiologis dianggap irrevesibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk reaksi glukosa 6-fosfat.
Mg2+
Glukosa + ATP glukosa 6-fosfat + ADP
2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase dalam suatu reaksi isomerasi aldosa-ketosa. Enzim ini hanya bekerja pada anomer -glukosa 6-fosfat.
-D-glukosa 6-fosfat -D-fruktosa 6-fosfat3. Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bisfosfat dengan bantuan enzim
fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase merupakan enzim yang bersifat alosterik sekaligus bisa diinduksi, sehingga berperan penting dalam laju glikolisis. Dalam kondisi fisiologis tahap ini bisa dianggap irreversible. Reaksi ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P)
-D-fruktosa 6-fosfat + ATP D-fruktosa 1,6-bifosfat
10
4. Fruktosa 1,6-bisfosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim aldolase (fruktosa 1,6-bifosfat aldolase).
D-fruktosa 1,6-bifosfat D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat
5. Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi interkonversi). Reaksi bolak-balik ini mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase.
D-gliseraldehid 3-fosfat dihidroksiaseton fosfat
6. Glikolisis berlangsung melalui oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3-bifosfogliserat, dan karena aktivitas enzim fosfotriosa isomerase, senyawa dihidroksi aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3-fosfat.
D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi 1,3-bifosfogliserat + NADH + H+
Catatan:Karena fruktosa 1,6-bisfosfat yang memiliki 6 atom C dipecah menjadi Gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat yang masing-masing memiliki 3 atom C, dengan demikian terbentuk 2 molekul gula yang masing-masing beratom C tiga (triosa). Jika molekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1 molekul glukosa pada bagian awal, sampai dengan tahap ini akan menghasilkan 2 x 3P = 6P. (+6P)
7. Energi yang dihasilkan dalam proses oksidasi disimpan melalui pembentukan ikatan sulfur berenergi tinggi, setelah fosforolisis, sebuah gugus fosfat berenergi tinggi dalam posisi 1 senyawa 1,3 bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP dalam reaksi lebih lanjut dengan ADP, yang dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat.
1,3-bifosfogliserat + ADP 3-fosfogliserat + ATP
Catatan:Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)
8. 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim fosfogliserat mutase. Senyawa 2,3-bifosfogliserat (difosfogliserat, DPG) merupakan intermediate dalam reaksi ini.
3-fosfogliserat 2-fosfogliserat
11
9. 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. Reaksi ini melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energi di dalam molekul, menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi. Enolase dihambat oleh fluoride, suatu unsure yang dapat digunakan jika glikolisis di dalam darah perlu dicegah sebelum kadar glukosa darah diperiksa. Enzim ini bergantung pada keberadaan Mg2+ atau Mn2+.
2-fosfogliserat fosfoenol piruvat + H2O
10. Fosfat berenergi tinggi PEP dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga menghasilkan ATP. Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat. Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar sebagai panas dan secara fisiologis adalah irreversible.
Fosfoenol piruvat + ADP piruvat + ATP
Catatan:Karena ada 2 molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)
11. Jika keadaan bersifat anaerob (tak tersedia oksigen), reoksidasi NADH melalui pemindahan sejumlah unsure ekuivalen pereduksi akan dicegah. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim laktat dehidrogenase.
Piruvat + NADH + H+ L(+)-Laktat + NAD+
Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH + H+ yang terbentuk dalam glikolisis akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui salah satu dari reaksi ulang alik (shuttle).6
Oksidasi Piruvat menjadi Asetil Ko-A
Dalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang
terjadi di dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda
yang bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan
dengan membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama
kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks -keto glutarat
dehidrogenase pada siklus asam sitrat.
12
Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur
ini juga merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari
senyawa non karbohidrat menjadi karbohidrat.7
Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai
berikut:6
1. Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi
derivate hidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim
piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO2.
2. Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu
kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil
lipoamid, selanjutnya TDP lepas.
3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil
KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.
4. Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang
mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya
flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD+, yang akhirnya memindahkan
ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.
Piruvat + NAD+ + KoA Asetil KoA + NADH + H+ + CO2
Siklus Asam Sitrat
Siklus ini juga sering disebut sebagai siklus Kreb’s dan siklus asam trikarboksilat dan
berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi
karbohidrat, lipid dan protein.6,7
Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme
asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi
menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari
bahan bakar jaringan, dalam bentuk ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-
KoA (CH3-COKoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin
asam pantotenat.
Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk
oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan
13
banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam
siklus tersebut.
Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen
pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil kegiatan enzim
dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian memasuki rantai
respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada
keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan
total pada siklus tersebut.7
Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik
dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna
mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim
terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria.6,7
Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat yaitu :1. Kondensasi awal asetil KoA dengan oksaloasetat membentuk sitrat, dikatalisir
oleh enzim sitrat sintase menyebabkan sintesis ikatan karbon ke karbon di antara
atom karbon metil pada asetil KoA dengan atom karbon karbonil pada oksaloasetat.
Reaksi kondensasi, yang membentuk sitril KoA, diikuti oleh hidrolisis ikatan tioester
KoA yang disertai dengan hilangnya energi bebas dalam bentuk panas dalam jumlah
besar, memastikan reaksi tersebut selesai dengan sempurna.
Asetil KoA + Oksaloasetat + H2O Sitrat + KoA
2. Sitrat dikonversi menjadi isositrat oleh enzim akonitase (akonitat hidratase)
yang mengandung besi Fe2+ dalam bentuk protein besi-sulfur (Fe:S). Konversi ini
berlangsung dalam 2 tahap, yaitu: dehidrasi menjadi sis-akonitat, yang sebagian di
antaranya terikat pada enzim dan rehidrasi menjadi isositrat.
Reaksi tersebut dihambat oleh fluoroasetat yang dalam bentuk fluoroasetil KoA
mengadakan kondensasi dengan oksaloasetat untuk membentuk fluorositrat. Senyawa
terakhir ini menghambat akonitase sehingga menimbulkan penumpukan sitrat.
14
Sitrat Sis-akonitat(terikat enzim)
Isositrat
H2O H2O
3. Isositrat mengalami dehidrogenasi membentuk oksalosuksinat dengan adanya
enzim isositrat dehidrogenase. Di antara enzim ini ada yang spesifik NAD+, hanya
ditemukan di dalam mitokondria. Dua enzim lainnya bersifat spesifik NADP+ dan
masing-masing secara berurutan dijumpai di dalam mitokondria serta sitosol.
Oksidasi terkait rantai respirasi terhadap isositrat berlangsung hampir sempurna
melalui enzim yang bergantung NAD+.
Isositrat + NAD+ Oksalosuksinat –ketoglutarat + CO2 + NADH + H+
(terikat enzim)
Kemudian terjadi dekarboksilasi menjadi –ketoglutarat yang juga dikatalisir oleh
enzim isositrat dehidrogenase. Mn2+ atau Mg2+ merupakan komponen penting reaksi
dekarboksilasi. Oksalosuksinat tampaknya akan tetap terikat pada enzim sebagai
intermediate dalam keseluruhan reaksi.
4. Selanjutnya –ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif melalui cara
yang sama dengan dekarboksilasi oksidatif piruvat, dengan kedua substrat berupa
asam –keto.
–ketoglutarat + NAD+ + KoA Suksinil KoA + CO2 + NADH + H+
Reaksi tersebut yang dikatalisir oleh kompleks –ketoglutarat dehidrogenase, juga
memerlukan kofaktor yang idenstik dengan kompleks piruvat dehidrogenase,
contohnya TDP, lipoat, NAD+, FAD serta KoA, dan menghasilkan pembentukan
suksinil KoA (tioester berenergi tinggi). Arsenit menghambat reaksi di atas sehingga
menyebabkan penumpukan –ketoglutarat.
5. Tahap selanjutnya terjadi perubahan suksinil KoA menjadi suksinat dengan
adanya peran enzim suksinat tiokinase (suksinil KoA sintetase).
Suksinil KoA + Pi + ADP Suksinat + ATP + KoA
Dalam siklus asam sitrat, reaksi ini adalah satu-satunya contoh pembentukan fosfat
berenergi tinggi pada tingkatan substrat dan terjadi karena pelepasan energi bebas
dari dekarboksilasi oksidatif –ketoglutarat cukup memadai untuk menghasilkan
ikatan berenergi tinggi disamping pembentukan NADH (setara dengan 3P.
6. Suksinat dimetabolisir lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi yang diikuti
oleh penambahan air dan kemudian oleh dehidrogenasi lebih lanjut yang
menghasilkan kembali oksaloasetat.
15
Suksinat + FAD Fumarat + FADH2
Reaksi dehidrogenasi pertama dikatalisir oleh enzim suksinat dehidrogenase yang
terikat pada permukaan dalam membrane interna mitokondria, berbeda dengan
enzim-enzim lain yang ditemukan pada matriks. Reaksi ini adalah satu-satunya reaksi
dehidrogenasi dalam siklus asam sitrat yang melibatkan pemindahan langsung atom
hydrogen dari substrat kepada flavoprotein tanpa peran NAD+. Enzim ini
mengandung FAD dan protein besi-sulfur (Fe:S). Fumarat terbentuk sebagai hasil
dehidrogenasi. Fumarase (fumarat hidratase) mengkatalisir penambahan air pada
fumarat untuk menghasilkan malat.
Fumarat + H2O L-malat
Enzim fumarase juga mengkatalisir penambahan unsure-unsur air kepada ikatan
rangkap fumarat dalam konfigurasi trans.
Malat dikonversikan menjadi oksaloasetat dengan katalisator berupa enzim malat
dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+.
L-Malat + NAD+ oksaloasetat + NADH + H+
Enzim-enzim dalam siklus asam sitrat, kecuali alfa ketoglutarat dan suksinat
dehidrogenase juga ditemukan di luar mitokondria. Meskipun dapat mengkatalisir
reaksi serupa, sebagian enzim tersebut, misalnya malat dehidrogenase pada
kenyataannya mungkin bukan merupakan protein yang sama seperti enzim
mitokondria yang mempunyai nama sama (dengan kata lain enzim tersebut
merupakan isoenzim).6
Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat
Pada proses oksidasi yang dikatalisir enzim dehidrogenase, 3 molekul NADH dan 1
FADH2 akan dihasilkan untuk setiap molekul asetil-KoA yang dikatabolisir dalam siklus
asam sitrat. Dalam hal ini sejumlah ekuivalen pereduksi akan dipindahkan ke rantai
respirasi dalam membrane interna mitokondria (lihat kembali gambar tentang siklus ini).
Selama melintasi rantai respirasi tersebut, ekuivalen pereduksi NADH menghasilkan 3
ikatan fosfat berenergi tinggi melalui esterifikasi ADP menjadi ATP dalam proses
fosforilasi oksidatif. Namun demikian FADH2 hanya menghasilkan 2 ikatan fosfat
berenergi tinggi. Fosfat berenergi tinggi selanjutnya akan dihasilkan pada tingkat siklus
itu sendiri (pada tingkat substrat) pada saat suksinil KoA diubah menjadi suksinat.6
16
Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah:
1. Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P = 9P
2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P = 2P
3. Pada tingkat substrat = 1P
Jumlah = 12P
Kalau kita hubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan dapat kita
hitung bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan menghasilkan energi
dengan rincian sebagai berikut:
1. Glikolisis : 8P
2. Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P
3. Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P
Jumlah : 38P
Glikogenesis
Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi
piruvat. Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk
ke dalam rangkaian siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi.
Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir,
mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui
kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk
glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis.
Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan
analog dengan amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai
6%), otot jarang melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar
daripada hati, maka besarnya simpanan glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai
empat kali lebih banyak. Seperti amilum, glikogen merupakan polimer -D-Glukosa
yang bercabang.
Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk
proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan
dengan simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa
17
darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir
semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara
bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.
Rangkaian proses terjadinya glikogenesis yaitu sebagai berikut:
1. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi
juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase
sedangkan di hati oleh glukokinase.
2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan
katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi
dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang
intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.
Enz-P + Glukosa 6-fosfat Enz + Glukosa 1,6-bifosfat Enz-P + Glukosa 1-fosfat
3. Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk
membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim
UDPGlc pirofosforilase.
UTP + Glukosa 1-fosfat UDPGlc + PPi
4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan
menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi
5. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik
dengan atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan
uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen
yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai
reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang
dikenal sebagai glikogenin.
UDPGlc + (C6)n UDP + (C6)n+1
18
Glikogen Glikogen
Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 14 untuk membentuk rantai
pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap
melekat pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati terdapat jumlah molekul
glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin.
6. Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa
tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk
cabang memindahkan bagian dari rantai 14 (panjang minimal 6 residu glukosa)
pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 16 sehingga membuat
titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan
penambahan lebih lanjut 1glukosil dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah
jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam
molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun
glikogenolisis.6
Glikogenolisis
Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah
untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis.
Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak
demikian. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan
enzim fosforilase. Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 14 glikogen
untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar
molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu
glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 16.
(C6)n + Pi (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat
Glikogen Glikogen
Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari
satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 16 terpajan. Hidrolisis
ikatan 16 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme)
19
yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase
selanjutnya dapat berlangsung.6
Glukoneogenesis
Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka
tubuh adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia,
barulah memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok
sebagai pembangun tubuh.
Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa
dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.
Secara ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai
berikut:
1. Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dan gliserol.
Asam lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk
dalam siklus Kreb’s. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur glikolisis.
2. Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus
Kreb’s.6
5) Metabolisme Protein
Tiga per empat zat padat tubuh terdiri dari protein (otot, enzim, protein plasma, antibodi,
hormon), protein ini merupakan rangkaian asam amino dengan ikatan peptide yang terdiri
dari ikatan komplek dengan fibril → protein fibrosa.7
Jumlah Asam Amino dalam darah tergantung dari jumlah yang diterima dan jumlah
yang digunakan. Pada proses pencernaan makanan, protein diubah menjadi asam amino
oleh beberapa reaksi hidrolisis serta enzim-enzim yang bersangkutan. Enzim-enzim yang
bekerja pada proses hidrolisis protein antara lain ialah pepsin, tripsin, kimotripsin,
karboksi peptidase, amino peptidase, tripeptidase dan dipeptidase.6
Setelah protein diubah menjadi asam-asam amino, maka dengan proses absorpsi
melalui dinding usus, asam amino tersebut sampai ke dalam pembuluh darah. Proses
absorpsi ini ialah proses transpor aktif yang memerlukan energi.7
Dalam keadaan puasa, konsentrasi asam amino dalam darah biasanya sekitar 3,5
sampai 5 mg per 100 ml darah. Setelah makan makanan sumber protein, konsentrasi
20
asam amino dalam darah akan meningkat sekitar 5 mg sampai 10 mg per 100 ml darah.
Konsentrasi ini akan turun kembali setelah 4 sampai 6 jam kemudian. Konsentrasi asam
amino dalam jaringan ± 5 – 10 kali lebih besar. Perpindahan asam amino dari dalam
darah ke dalam sel-sel jaringan juga melalui proses transfor aktif yang membutuhkan
energi.6
Biosintesis Urea dari senyawa N menjadi urea dapat dibagi menjadi empat tahap yaitu:
1. Transaminasi
Transaminasi melakukan interkonversi antara sepasang asam amino dan sepasang
asam keto, yang umumnya berupa sebuah asam α-amino dan sebuah asam α-keto.
Sebagian besar asam amino akan menjalani transaminasi, namun pengecualian pada
asam amino lisin, treonin, dan asam amino siklik prolin serta hidroksiprolin.
Transaminasi bersifat reversible bebas, maka enzim transaminase dapat bekerja dalam
proses katabolisme asam amino maupun dalam sisntesisnya. Piridoksal fosfat terdapat
pada tempat katalitik dari semua enzim transaminase dan banyak enzim lainnya
dengan substrat asam amino.
Enzim alanin-piruvat transaminase dan glutamat α-ketoglutarat transaminase yang
terdapat dalam sebagian besar jaringan, mengkatalisasi pemindahan gugus amino dari
kebanyakan asam amino untuk membentuk alanin atau glutamat.
Transaminase merupakan suatu enzim spesifik bagi satu pasang asam α-amino dan α-
keto saja.
Reaksi: Alanin + α-ketoglutarat → piruvat + glutamat
2. Deaminasi oksidatif
Gugus α-amino pada kebanyakan asam amino akan dipindahkan kepada α-
ketoglutarat melalui transaminasi sehingga terbentuk L-glutamat. Kemudian pelepasan
nitrogen ini sebagai amonia dikatalisis oleh enzim L-glutamat dehidrogenase yaitu
enzim yang terdapat dimana-mana dalam jaringan yang menggunakan NAD+ dan
NADP+ sebagai oksidan. Aktivitas enzim glutamat dehidrogenase hati diatur oleh
inhibitor alosterik ATP,GTP, serta NADH , dan oleh aktivator ADP. Reaksi ini bersifat
reversible bebas, dapat bekerja pada katabolisme maupun biosintesis asam amino.
Secara katabolik, reaksi ini menyalurkan nitrogen dari glutamat kepada urea. Secara
anabolik, enzim ini mengkatalisasi aminasi α-ketoglutarat melalui amonia bebas.
21
3. Transport (pengangkutan) amonia
Amonia darah berasal dari hasil pembusukan senyawa N di kolon oleh bakteri usus
atau hasil metabolisme asam amino(deaminasi).
4. Siklus urea
Siklus ini terjadi di hati tepatnya di mitokondria dan sitosol dengan enzim
regulatornya karbamoil P sintase I. Siklus ini meningkat pada kelaparan dan DM tidak
terkontrol. Pada siklus ini terdapat 5 asam amino pembawa N.6
Keseimbangan nitrogen menunjukkan perbedaan antara total masukan nitrogen dan total
kehilangan nitrogen. Konsumsi nitrogen dengan jumlah yang lebih banyak daripada
jumlah yang lebih banyak daripada jumlah yang dieksresikan merupakan keseimbangan
nitrogen positif, suatu keadaan khas yang dijumpai pada anak yang sedang tumbuh atau
pada wanita hamil. Dalam keseimbangan nitrogen, yang khas bagi manusia dewasa,
masukan nitrogen mengimbangi pengeluaran nitrogen dalam feses dan urin.
Keseimbangan nitrogen negatif, di mana pengeluaran melampaui masukan nitrogen,
menjadi ciri khas pada pasien pasca bedah tertentu, pasien penyakit kanker stadium
lanjut, dan pasien yang mengkonsumsi nitrogen dalam jumlah yang tidak memadai
(misalnya pada penyakit kwarsior) atau protein bermutu rendah dari makanan.6,7
6) Metabolisme Lemak
Lemak adalah salah satu cadangan energi yang akan diubah menjadi energi jika glukosa
dalam darah menurun atau apabila tidak ada energi yang terbentuk. Dalam keadaan
kelaparan/ kadar glukosa dalam darah menurun yang lebih dari beberapa hari dapat
menyebabkan proses oksidasi asam lemak untuk menghasilkan energy sebagai
kompensasi untuk menjaga kadar glukosa darah tetap seimbang.1
Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan
gliserol. Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak
mengalami esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida
sebagai cadangan energi jangka panjang. Jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi
dari karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi, baik asam lemak dari diet maupun jika
harus memecah cadangan trigliserida jaringan. Proses pemecahan trigliserida ini
dinamakan lipolisis.6,7
22
Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA.
Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein,
asetil KoA dari jalur ini pun akan masuk ke dalam siklus asam sitrat sehingga dihasilkan
energi. Di sisi lain, jika kebutuhan energi sudah mencukupi, asetil KoA dapat mengalami
lipogenesis menjadi asam lemak dan selanjutnya dapat disimpan sebagai trigliserida.7
Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami
kolesterogenesis menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis
membentuk steroid. Asetil KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi
menghasilkan badan-badan keton (aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini
dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat menyebabkan gangguan keseimbangan
asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik. Keadaan ini dapat menyebabkan
kematian.6
Metabolisme gliserol
Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. Gliserol
ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap
awal, gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat.
Selanjutnya senyawa ini masuk ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton
fosfat, suatu produk antara dalam jalur glikolisis.6
Fosforilasi gliserol
Oksidasi asam lemak (oksidasi beta)
Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan
oksidasi beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan
terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak
diaktifkan dengan dikatalisir oleh enzim asil-KoA sintetase (Tiokinase).6
23
Pengaktifan asam lemak
Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang.7
Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut:
Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim
tiokinase.
Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil
transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin.
Setelah menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran
interna mitokondria.
Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase
yang bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar.
Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA
dengan dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran
interna mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan.
Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses
oksidasi beta.
Dalam oksidasi beta, asam lemak masuk ke dalam rangkaian siklus dengan 5 tahapan
proses dan pada setiap proses, diangkat 2 atom C dengan hasil akhir berupa asetil KoA.
Selanjutnya asetil KoA masuk ke dalam siklus asam sitrat. Dalam proses oksidasi ini, karbon
β asam lemak dioksidasi menjadi keton.6
Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu
menjadi asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. (-2P)
Setelah berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan
sebagai berikut:
24
1. Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi
dengan menghasilkan energi 2P (+2P)
2. Delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA
3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai
respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P)
4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA yang
telah kehilangan 2 atom C.6
Dalam satu oksidasi beta dihasilkan energi 2P dan 3P sehingga total energi satu kali
oksidasi beta adalah 5P. Karena pada umumnya asam lemak memiliki banyak atom C, maka
asil-KoA yang masih ada akan mengalami oksidasi beta kembali dan kehilangan lagi 2 atom
C karena membentuk asetil KoA. Demikian seterusnya hingga hasil yang terakhir adalah 2
asetil-KoA.
Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam
sitrat.6,7
Sintesis asam lemak
Makanan bukan satu-satunya sumber lemak kita. Semua organisme dapat men-sintesis asam
lemak sebagai cadangan energi jangka panjang dan sebagai penyusun struktur membran.
Pada manusia, kelebihan asetil KoA dikonversi menjadi ester asam lemak. Sintesis asam
lemak sesuai dengan degradasinya (oksidasi beta).
Sintesis asam lemak terjadi di dalam sitoplasma. ACP (acyl carrier protein) digunakan
selama sintesis sebagai titik pengikatan. Semua sintesis terjadi di dalam kompleks multi
enzim-fatty acid synthase. NADPH digunakan untuk sintesis.6
Tahap-tahap sintesis asam lemak ditampilkan pada skema berikut:
25
Sintesis asam lemak
Penyimpanan lemak dan penggunaannya kembali
Asam-asam lemak akan disimpan jika tidak diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi.
Tempat penyimpanan utama asam lemak adalah jaringan adiposa. Adapun tahap-tahap
penyimpanan tersebut adalah:
- Asam lemak ditransportasikan dari hati sebagai kompleks VLDL.
- Asam lemak kemudian diubah menjadi trigliserida di sel adiposa untuk disimpan.
- Gliserol 3-fosfat dibutuhkan untuk membuat trigliserida. Ini harus tersedia dari glukosa.
- Akibatnya, kita tak dapat menyimpan lemak jika tak ada kelebihan glukosa di dalam tubuh.
Penyimpanan lemak
Jika kebutuhan energi tidak dapat tercukupi oleh karbohidrat, maka simpanan
trigliserida ini dapat digunakan kembali. Trigliserida akan dipecah menjadi gliserol dan
asam lemak. Gliserol dapat menjadi sumber energi (lihat metabolisme gliserol).
Sedangkan asam lemak pun akan dioksidasi untuk memenuhi kebutuhan energi pula
(lihat oksidasi beta).6
7) Status Gizi
Pasokan zat makanan dasar yang dibutuhkan yaitu karbohidrat atau hidrat arang, protein,
lemak, vitamin, dan mineral. Setelah dikonsumsi di dalam organ pencernaan, bahan
makanan diurai menjadi berbagai nutrisi. Zat makanan inilah yang diserap melalui
dinding usus dan masuk ke dalam cairan tubuh. Di dalam jaringan, zat makanan
memenuhi fungsinya masing-masing. Fungsinya secara umum adalah sebagai sumber
tenaga, menyokong pertumbuhan badan, memelihara dan mengganti jaringan yang rusak,
mengatur keseimbangan dan metabolisme, serta berperan dalam mekanisme pertahanan
26
tubuh terhadap berbagai penyakit. Apabila tubuh tidak cukup mendapatkan zat gizi ini,
maka fungsi-fungsi tersebut akan terganggu. Pada keadaan kekurangan gizi, fungsi
sebagai penghasil tenaga akan mula-mula dikorbankan.
Ada beberapa penilaian yang menjadi standar gizi normal seperti:
1. Indeks Massa Tubuh (IMT)
Metoda yang paling berguna dan banyak digunakan untuk mengukur status gizi
adalah IMT (Index Massa Tubuh), yang didapat dengan cara membagi berat badan
(kg) dengan kuadrat dari tinggi badan (meter). Nilai BMI yang didapat tidak
tergantung pada umur dan jenis kelamin. Keterbatasan IMT tidak dapat digunakan
bagi:
o Anak-anak yang dalam masa pertumbuhan
o Wanita hamil
o Orang yang sangat berotot, contohnya atlet
IMT dapat digunakan untuk menentukan seberapa besar seseorang dapat terkena
resiko penyakit tertentu yang disebabkan karena berat badannya.
IMT (kg/m2) = BB (kg)/TB (m2)
Klasifikasi obesitas menurut WHO (1998)
27
INDEKS MASA
TUBUH
KATEGORI
<18,5 Berat badan kurang
18,5 - 24,9 Berat badan normal
25 - 29,9 Berat badan lebih
30 – 34,9 Obesitas I
35 – 39,9 Obesitas II
> 39,9 Sangat obesitas
2. Indeks Broca
Cara menghitung indeks broca ini terbagi menjadi dua berdasarkan usia seseorang.
Usia Berat Badan Normal
Usia < 40 tahun TB (cm) – 100 – 10%
Usia > 40 tahun TB (cm) – 110
Klasifikasi Berat Badan berdasarkan Indeks Broca
Dari hasil yang didapatkan, diketahuilah nilai status gizi seseorang. Apabila orang
tersebut nilai berat badannya lebih kecil dibandingkan nilai berat badan normal maka
orang tersebut mengalami status gizi kurang. Apabila orang tersebut nilai berat
badannya lebih besar dari berat badan normal maka orang tersebut mengalami status
gizi yang berlebih.
Menu Plaining
Kebutuhan gizi seseorang dipengaruhi oleh tinggi badan, berat badan, umur, jenis
kelamin, pertumbuhan, hamil/menyusui, aktivitas dan penyakit. Banyaknya masing-
masing zat gizi esensial harus dipenuhi dari makanan yang mencakup orang sehat
untuk mencegah defisiensi zat gizi sesuai dengan nilai Angka Kecukupan Gizi (AKG)
yang dianjurkan. Menu gizi yang sering kita temukan di Indonesia antara lain :
Penilaian menu kualitatif
- Penggolongan bahan makanan
- 4 sehat lima sempurna
Penilaian menu kuantitatif
- Daftar Analisis Bahan Makanan (DABM)
- Daftar Bahan Makanan Pengganti (DBMP)
- % makronutrien
Penghitungan energi berasal dari metabolisme basal, energi untuk kerja luar, dan efek
termis makanan ( SDA ). Metabolisme basal dihitung dengan 2 metode yaitu:
Metode I: Laki : BB x 1 kkal x 24 jam
Perempuan : BB x 0,9 kkalx 24 jam
Metode II: Laki : 66,4 + (13,7 x BB) + (5 x TB) – (6,8 x U)
28
Perempuan : 655 + ( 9,6 x BB) + (1,8 x TB) – (4,7 x U)
Aktivitas dipengaruhi oleh kegiatan yang dilakukan setiap hari. Ada 3 klasifikasi
aktivitas yaitu ringan sekali (30%+BM) seperti pegawai kantor, ahli hukum, dokter, dan
guru, sedang (75%+BM) seperti pekerja rumah tangga, mahasiswa, dan pekerja industri
ringan, berat (100%+BM) seperti olahragawan, buruh bangunan, dan penari balet.8
C. Kesimpulan
DM adalah gangguan endokrin yang paling banyak dijumpai. Gejala-gejala akut diabetes
mellitus disebabkan oleh efek insulin yang tidak adekuat. Hal ini karena insulin adalah satu-
satunya hormon yang dapat menurunkan kadar glukosa darah, salah satu gambaran yang
paling menonjol adalah peningkatan kadar glukosa darah, atau hiperglikemia. Jadi karena
terdapat defisiensi insulin pada penyakit DM ini dapat menyebabkan terganggunya
metabolisme dalam tubuh.
D. Daftar pustaka
1. Lauralee S. Fisologi manusia dari sel ke sistim. Edisi ke-2. Jakarta: Penerbit Buku
Kedokteran EGC; 2001. Hal.652-68
2. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi ke-20. Jakarta: Penebit Buku
Kedokteran EGC; 2001. Hal.364-5
3. Faiz, Mofat. At a Glance Anatomi. Jakarta: Penerbit Erlangga; 2004. Hal.42-5
4. Junqueira LC, Carneiro J. Histologi dasar teks dan atlas. Edisi ke-10. Jakarta: Penerbit
Buku Kedokteran EGC; 2007. Hal.398-405
5. Eroschenko VP. Atlas histologi di fiore. Edisi ke-9. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran
EGC; 2003. Hal.225-7
6. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. Biokimia Harper. Edisi 25. Jakarta:
Penerbit Buku Kedokteran EGC;2003. Hal.152-255
7. Stryer L. Biokimia. Edisi 4. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2003. Hal.155-90
8. Achmad DS. Ilmu gizi. Edisi ke-8. Jakarta: Dian Rakyat; 2008. Hal.167-31
29