Download - Makalah PBL Blok 11

Transcript

Pengaruh ASI terhadap Kesehatan BayiReynaldi Sanjaya Iskandar102013274Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida WacanaJl. Arjuna Utara No.6 Jakarta Barat 11510, Telp. (021) [email protected]

Pendahuluan Kita membutuhkan energi untuk dapat melakukan aktivitas sehari-hari. Ketika kita melakukan suatu aktivitas, maka tubuh akan melakukan metabolisme energi dengan metabolisme karbohidrat, yaitu berupa glukosa, untuk menghasilkan energi. Namun ketika kita melakukan aktivitas yang berat, maka tubuh kita akan melakukan metabolisme energi yang lain, misalnya metabolisme lemak dan metabolisme protein. Sumber karohidrat, lemak, dan protein ini dapat diperolah dari makanan kita. Oleh karena itu, diperlukan pola makan gizi seimbang agar kebutuhan energi dan gizi kita tercukupi dengan baik. Pada kesempatan kali ini, penulis membuat makalah ini dengan tujuan untuk membahas metabolisme energi, lemak, karbohidrat, dan pola makan gizi seimbang. Metabolisme Karbohidrat Glikolisis dan Oksidasi Piruvat Kebanyakan jaringan memerlukan glukosa. Di otak, kebutuhan ini bersifat substansial. Glikolisis, yaitu jalur utama metabolisme glukosa, terjadi di sitosil semua sel. Jalur ini unik karena dapat berfungsi baik dalam keadaan aerob maupun anaerob, bergantung pada ketersediaan oksigen dan rantai transpor elektron. Eritrosit yang tidak memiliki mitokondria, bergantung sepenuhnya pada glukosa sebagai bahan bakar metaboliknya, dan memetabolisme glukosa melalui glikolisis anaerob. Namun, untuk mengoksidasi glukosa melewati piruvat (produk akhir glikolisis) oksigen dan sistem mitokondria diperlukan.2 Glikolisis merupakan rute utama metabolisme glukosa dan jalur utama untuk metabolisme fruktosa dan galaktosa, dan karbohidrat lain yang berasal dari makanan. Kemampuan glikolisis untuk menghasilkan ATP tanpa oksigen sangat penting karena hal ini memungkinkan otot rangka bekerja keras ketika pasokan O2 terbatas.2 Glikolisis dibagi menjadi dua fase yaitu fase preapartory dan fase payoff. Setiap molekul glukosa yang melewati fase preparatory, dua molekul gliseraldehid-3-fosfat terbentuk. Kedua molekul itu menuju fase payoff. Piruvat adalah produk akhir dari fase kedua glikolisis.3 Semua enzim glikolisis ditemukan di sitosol. Glukosa memasuki glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat yang dikatalis oleh heksokinase dengan menggunakan ATP sebagai donor fosfat. Dalam kondisi fisiologis, fosforilasi glukosa menjadi glukosa 6-fosfat dapat dianggap bersifat ireversibel. Heksokinasi dihambat secara alosterik oleh produknya, yaitu glukosa 6-fosfat. Untuk lebih jelas mengenai glikolisis dapat dilihat pada gambar 1.2

Gambar 1. Proses Glikolisis.3 Di jaringan selain hati (dan sel pulau-pulau pankreas), ketersediaan glukosa untuk glikolisis dikontrol oleh transpor ke dalam sel yang selanjutnya diatur oleh insulin. Heksokinase memiliki afinitas tinggi untuk glukosa, dan di hati dalam kondisi normal enzim ini mengalami saturasi sehingga bekerja dengan kecepatan tetap untuk menghasilkan glukosa 6-fosfat untuk memenuhi kebutuhan sel. Sel hati juga mengandung isoenzim heksokinase, glukokinase yang memiliki afinitas rendah. Fungsi glukokinasi di hati adalah untuk mengeluarkan glukosa dari darah setelah makan dan menghasilkan glukosa 6-fosfat yang melebihi kebutuhan untuk glikolisis, yang digunakan untuk sintesis glikogen dan lipogenesis.2 Glukosa 6-fosfat adalah senyawa penting yang berada di pertemuan beberapa jalur metabolik: glikolisis, glukoneogenesis, jalur pentosa fosfat, glikogenesis, dan glikogenolisis. Pada glikolisis, senyawa ini diubah menjadi fruktosa 6-fosfat oleh fosfoheksosa isomerasi yang melibatkan suatu isomerasi aldosa-ketosa. Reaksi ini diikuti oleh fosforilasi lain yang dikatalisis oleh enzim fosfofruktokinase untuk membentuk fruktosa 1,6-bisfosfat. Reaksi fosfofruktokinase secara fungsional dapat dianggap ireversibel dalam kadaan fisiologis; reaksi ini dapat diinduksi dan diatur secara alosterik, dan memiliki peran besar dalam mengatur laju glikolisis. Fruktosa 1,6-bisfosfat dipecah menjadi aldolase menjadi dua triosa fosfat, gliseraldhida 3-fosfat dan diidroksiaseton fosfat. Gliseraldehida 3-fosfat dan dihidroksiaseton fosfat dapat saling terkonveksi oleh enzim fosfotriosa isomerase.2 Glikolisis berlanjut dengan oksidasi gliseraldehida 3-fosfat menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Enzim yang mengatalisis reaksi oksidasi ini, gliseraldehida 3-fosfat dehidrogenase, bersifat dependen NAD. Dalam reaksi berikutnya yang dikatalisis oleh fosfogliserat kinase, fosfat dipindahkan dari 1,3-bisfosfogliserat ke ADP, membentuk ATP dan 3-fosfogliserat.2 Karena untuk setiap molekul glukosa yang mengalami glikolisis dihasilkan dua molekul triosa fosfat, padan tahap ini dihasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa yang mengalamu glikolisis. Lalu 3-fosfogliserat mengalami isomerasi menjadi 2-fosfogliserat oleh fosfogliserat mutase. Besar kemungkinan bahwa 2,3-bisfosfogliserat merupakan zat antara dalam reaksi ini.2 Langkah berikutnya dikatalisis oleh enolase dan melibatkan suatu dehidrasi yang membentuk fosfoenolpiruvat. Enolase dihambat oleh fluorida, dan jika pengambilan sampel darah untuk mengukur glukosa dilakukan, tabung penampung darah tersebut diisi oleh fluorida untuk menghambat glikolisis. Enzim ini juga bergantung pada keberadaan Mg2+ atau Mn2+. Fosfat pada fosfoenolpiruvat dipindahkan ke ADP oleh piruvat kinase untuk membentuk dua molekul ATP per satu molekul glukosa yang teroksidasi.2 Keadaan redoks jaringan kini menentukan jalur mana dari dua jalur yang diikuti. Pada kondisi anaerob, NADH tidak dapat direoksidasi melalui rantai respiratorik menjadi oksigen. Piruvat direduksi oleh NADH menjadi laktat yang dikatalisisi oleh laktat dehidrogenasi. Terdapat berbagai isoenzim laktat dehidrogenasi spesifik-jaringan yang penting secara klinis. Reoksidasi NADH melalui pembentukan laktat memungkinkan glikolisisi berlangsung tanpa oksigen dengan menghasilkan cukup NAD+ untuk siklus berikutnya dari reaksi yang dikatalisis oleh gliseraldehida-3-fosfat dehidrogenase. Pada keadaan aerob, piruvat diserap ke dalam mitokondria, dan setelah menjalani dekarboksilasi oksidatif menjadi asetil KoA, dioksidasi menjadi CO2 oleh siklus asam sitrat. Ekuivalen pereduksi dari NADH yang dibentuk dalam glikolisis diserap ke dalam mitokondria untuk dioksidasi.2 Kebanyakan reaksi glikolisisi bersifat reversibel, namun ada tiga reaksi jelas bersifat eksergonik dan karena itu harus dianggap ireversibel secara fisiologis. Ketiga reaksi tersebut, yang dikatalisis oleh heksokinase (dan glukokinase), fosfofruktokinase, dan piruvat kinase, adalah tempat-tempat utama pengendalian glikolisis. Fosfofruktokinase dihambat oleh ATP dalam konsentrasi intrasel, hambatan ini dapat cepat dihilangkan oleh 5AMP yang terbentuk sewaktu ADP mulai menumpuk, yang memberi sinyal akan perlunya peningkatan laju glikolisis.2 Fruktosa masuk ke jalur glikolisis melalui fosforilasi menjadi fruktosa 1-fosfat, dan tidak melalui tahap-tahap regulatorik utama sehingga dihasilkan lebih banyak piruvat (dan asetil KoA) daripada piruvat yang dibutuhkan untuk membentuk ATP. Di hati dan jaringan adiposa, ini menyebabkan peningkatan lipogenesis dan tingginya asupan fruktosa berperan menyebabkan obesitas. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 2 dan gambar 3.2

Gambar 2. Reaksi Oksidasi Piruvat.3

Gambar 3. Regulasi Piruvat Dehidrogenase (PDH).4 Piruvat yang terbentuk di sitosol diangkut ke dalam mitokondria oleh suatu simporter proton. Di dalam mitokondria, piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif menjadi asetil-KoA oleh suatu kompleks multienzim yang terdapat di membran dalam mitokondria yaitu kompleks piruvat dehidrogenase.2 Piruvat dehidrogenase dihambat oleh produknya, yaitu asetil-koA dan NADH. Enzim ini juga diatur melalui fosforilasi oleh suatu kinase tiga residu serin pada komponen pirivat dehidrogenase kompleks multienzim sehingga aktivitas enzim menurun, dan menyebabkan peningkatan aktivitas melalui defosforilasi oleh suatu fosfatase. Kinase diaktifkan oleh peningkatan rasio [ATP]/[ADP], [asetil-KoA]/[KoA], dan [NADH]/[NAD+]. Oleh sebab itu, piruvat dehidrogenase, dan dengan demikian glikolisis, dihambat jika tersedia ATP dalam jumlah memadai dan jika asam lemak teroksidasi. Di jaringan adiposa, tempat glukosa menghasilkan asetil-KoA untuk lipogenesis, enzim tersebut diaktifkan sebagai respons terhadap insulin.2 Siklus Asam Sitrat Siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi di mitokondria yang mengoksidasi gugus asetil pada asetil-KoA dan mereduksi koenzim yang ter-reoksidasi melalui rantai transpor elektron yang berhubungan dengan pembentukan ATP.2 Siklus asam sitrat adalah jalur bersama terakhir untuk oksidasi karbohidrat, lipid, dan protein karena glukosa, asam lemak, dan sebagian besar asam amino dimetabolisme menjadi asetil-KoA atau zat-zat antara siklus ini. Siklus ini juga berperan sentral dalam glukoneogenesis, lipogenesis, dan interkonversi asam-asam amino. Banyak proses ini berlangsung di sebagian besar jaringan, tetapi hati adalah satu-satunya jaringan tempat semuanya berlangsung dengan tingkat yang signifikan.2 Siklus diawali dengan reaksi antara gugus asetil pada asetil KoA dan asam dikarboksilat empat karbon oksaloasetat yang membentuk asam trikarboksilat enam-karbon, yaitu sitrat. Pada reaksi-reaksi berikutnya, terjadi pembebasan dua molekul CO2 dan pembentukan ulang oksaloasetat. Hanya sejumlah kecil oksaloasetat yang dibutuhkan untuk mengoksidasi asetil-KoA dalam jumlah besar. Proses ini bersifat aerob yang memerlukan oksigen sebagai oksidan terakhir dari koenzim-koenzim yang tereduksi. Enzim-enzim pada siklus asam sitrat terletak di matriks mitokondria. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 4.2

Gambar 4. Tahapan Siklus Asam Sitrat.3 Reaksi awal antara asetil-KoA dan oksaloasetat untuk membentuk sitrat dikatalisis oleh sitrat sintase yang membentuk ikatan karbon ke karbon antara karbon metil pada asetil-KoA dan karbon karbonil pada oksaloasetat. Ikatan tioester pada sitril-KoA yang terbentuk mengalami hidrolisis dan membebaskan sitrat dan KoASG (eksotermik).2 Sitrat mengalami isomerisasi menjadi isositrat oleh enzim akonitase. Racun fluoroasetat bersifat toksik karena fluoroasetil-KoA berkondensasi dengan oksaloasetat untuk membentuk fluorositrat, yang menghambat akonitase sehingga terjadi penimbunan sitrat.2 Isositrat mengalami dehidrogenasi yang dikatalisis oleh isositrat dehidrogenase untuk membentuk oksalosuksinat yang tetap terikat pada enzim dan mengalami dekarboksilasi menjadi -ketoglutarat. Terdapat tiga isoenzim isositrat dehidrogenase. Salah satunya yang menggunakan NAD+, hanya terdapat di mitokondria. Dua lainnya menggunakan NADP+ dan ditemukan di mitokondria dan sitosol. Oksidasi isositrat terkait-rantai respiratorik berlangsung hampir sempurna melalui enzim yang dependen-NAD+.2 -ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh suatu kompleks multi-enzim yang mirip dengan kompleks multienzim yang berperan dalam dekarboksilasi oksidatif piruvat. Kompleks -ketoglutarat dehidrogenase memerlukan kofaktor yang sama dengan kofaktor yang diperlukan kompleks piruvat dehidrogenase serta menyebabkan terbentuknya suksinil-KoA. Kesetimbangan reaksi ini jauh lebih menguntungkan pembentukan suksinil-KoA sehingga fisiologisnya reaksi ini harus berjalan satu arah. Arsenit menghambat reaksi ini yang menyebabkan akumulasi substrat yaitu -ketoglutarat.2 Suksinil-KoA diubah menjadi suksinat oleh enzim suksinat tiokinase (suksinil-KoA sintetase). Reaksi ini adalah satu-satunya fosforilasi tingkat substrat dalam siklus asam sitrat.2 Metabolisme suksinat yang menyebabkan terbentuknya oksaloasetat, memiliki rangkaian reaksi kimia yang sama seperti yang terjadi pada oksidasi asam lemak: dehidrogenasi untuk membentuk ikatan rangkap karbon-ke-karbon, penambahan air untuk membentuk gugus hidroksil, dan dehidrogenasi lebih lanjut untuk menghasilkan gugus okso pada oksaloasetat.2 Reaksi dehidrogenasi pertama yang membentuk fumarat dikatalisis oleh suksinat dehidrogenase yang terikat pada permukaan dalam membran dalam mitokondria. Fumarase mengatalisis penambahan air pada ikatan rangkap fumarat sehingga menghasilkan malat. Malat diubah menjadi oksaloasetat oleh malat dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+. Meskipun keseimbangan reaksi ini jauh menguntungkan malat, namun aliran netto reaksi tersebut adalah ke oksaloasetat karena oksaloasetat terus dikeluarkan sehingga reoksidasi NADH terjadi secara kontinu.2 Akibat oksidasi yang dikatalisis oleh berbagai dehidrogenase pada siklus asam sitrat, dihasilkan tiga molekul NADH dan satu FADH2 untuk setiap molekul asetil-KoA yang dikatabolisme per satu kali putaran siklus. Ekuivalen pereduksi ini dipindahkan ke rantai respiratorik, tempat reoksidasi masing-masing NADH menghasilkan pembentukan 3 ATP dan FADH2 2 ATP. Selain itu, terbentuk 1 ATP melalui fosforilasi tingkat substrat yang dikatalisis oleh suksinat tiokinase.2

Glikogenesis Glikogen adalah karbohidrat simpanan utama pada hewan, setara dengan pati pada tumbuhan; glikogen adalah polimer bercabang D-glukosa. Zat ini terutama ditemukan di hati dan otot; meskipun kandungan glikogen hati lebih besar daripada kandungan glikogen otot, namun karena massa otot tubuh jauh lebih besar daripada massa hati, sekitar tiga-perempat glikogen tubuh total berada di otot. Sebelum dijelaskan lebih lanjut, keseimbangan glikogen dapat dilihat pada gambar 5.2

Gambar 5. Keseimbangan Glikogen.5 Glikogen otot merupakan sumber glukosa yang dapat cepat digunakan untuk glikolisis di dalam otot itu sendiri. Glikogen hati berfungsi untuk menyimpan dan mengirim glukosa untuk mempertahankan kadar glukosa darah di antara waktu makan. Setelah berpuasa 1218 jam, glikogen hati hampir seluruhnya terkuras. Meskipun glikogen otot tidak secara langsung menghasilkan glukosa bebas, namun piruvat yang terbentuk oleh glikolisis di otot dapat mengalami transaminasi menjadi alanin yang dikeluarkan dari otot dan digunakan untuk glukoneogenesis di hati.2 Seperti glikolisis, glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat yang dikatalisis oleh heksokinase di otot dan glukokinase di hati. Glukosa 6-fosfat mengalami isomerasi menjadi glukosa 1-fosfat. Kemudian glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk nukleotida aktif uridin difosfat glukosa (UDPGlc) dan pirofosfat yang dikatalisis oleh UDPGlc pirofosforilase. Reaksi berlangsung dalam arah pembentukan UDPGlc karena pirofosfatase mengatalisis hidrolisis pirofosfat menjadi dua kali fosfat sehingga salah satu produk reaksi dihilangkan. Untuk lebih jelas dapat lihat gambar 6.2

Gambar 6. Jalur Glikogenesis dan Glikogenolisis.4

Glikogen sintase mengatalisis pembentukan sebuah ikatan glikosida antara C1 glukosa UDPGlc dan C4 residu glukosa terminal glikogen yang membebaskan uridin difosfat (UDP). Suatu molekul glikogen yang sudah ada (primer glikogen) harus ada agar reaksi ini dapat berlangsung. Primer glikogen ini pada gilirannya dapat dibentuk pada suatu orimer protein yang dikenal sebagai glikogenin. Residu glukosa lain melekat pada posisi 14 untuk membentuk suatu rantai pendek yang merupakan substrat untuk glikogen sintase. Di otot rangka, glikogenin tetap melekat pada bagian tengah molekul glikogen; di hati, jumlah molekul glikogen lebih banyak daripada jumlah molekul glikogenin.2 Penambahan sebuah residu glukosa ke rantai glikogen yang sudah ada terjadi di ujung luar molekul sehingga cabang-cabang molekul nonpereduksi glikogen memanjang seiring dengan terbentuknya ikatan 14 . Ketika rantai memiliki panjang sedikit 11 residu glukosa, sebagian rantai 14 dipindahkan ke rantai di dekatnya oleh branching enzyme untuk membentuk ikatan 16 sehingga terbentuk titik percabangan. Cabang tumbuh melalui penambahan unit-unit 14 glukoasil dan percabangan selanjutnya.2

Glikogenolisis Glikogen fosforilase mengatalisis tahap penentu kecepatan glikogenolisis dengan mengatalisis pemecahan fosforoilitik ikatan ikatan 14 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukoasil terminal dari rantai terluar molekul glikogen dikeluarkan secara sekuensial sampai tersisa sekitar empat residu glukosa di kedua sisi suatu cabang 16. Hidrolisis ikatan 16 memerlukan debranching enzyme; glukan transferase dan debranching enzyme mungkin merupakan kedua bentuk aktivitas dari suatu protein tunggal. Kerja fosforilase selanjutnya dapat berlangsung. Kombinasi kerja fosforilase dan enzim-enzim lain menyebabkan terurainya glikogen secara sempurna. Reaksi yang dikatalisis oleh fosfoglukomutase bersifat reversibel sehingga glukosa 6-fosfat dapat dibentuk dari glukosa 1-fosfat. Di hati glukosa 6-fosfatase menghidrolisis glukosa 6-fosfat yang menghasilkan glukosa yang diekspor sehingga kadar glukosa darah meningkat. Tahap-tahap dalam glikogenolisis dapat dilihat pada gambar 7, sedangkan kontrol fosforilase pada gambar 8.2

Gambar 7. Tahap-tahap dalam Glikogenolisis.3

Gambar 8. Kontrol Fosforilase.4 Enzim-enzim utama yang mengendalikan metabolisme glikogen-glikogen fosforilase dan glikogen sintase, diatur oleh mekanisme alosterik dan modifikasi kovalen karena terjadi fosforilasi dan defosforilasi reversibel protein enzim sebagai respons terhadap kerja hormon.2 AMP siklik (cAMP) dibentuk dari ATP oleh adenilil siklase pada permukaan dalam membran sel dan berfungsi sebagai second messenger intrasel sebagai respons terhadap berbagai hormon, misalnya epinefrin, norepinefrin, dan glukagon. cAMP dihidrolisis oleh fosfodiesterase sehingga kerja hormon-hormon tersebut terhenti; di hati insulin meningkatkan aktivitas fosfodiesterase.2 Di hati peran glikogen adalah menyediakan glukosa bebas untuk diekspor guna mempertahankan kadar glukosa darah, di otot berperan sebagai sumber glukosa 6-fosfat untuk glikolisis sebagai respons terhadap kebutuhan akan ATP untuk kontraksi otot. Di kedua jaringan, enzim diaktifkan oleh fosforilasi yang dikatalisis oleh fosforilase kinase (untuk menghasilkan fosforilase a) dan diinaktifkan oleh defosforilasi yang dikatalisis oleh fosfoprotein fosfatase (untuk menghasilkan fosforilase b), sebagai respons terhadap sinyal hormon dan sinyal lain.2 Fosforilase a aktif di kedua jaringan dihambat secara alosterik oleh ATP dan glukosa 6-fosfat; di hati, tetapi tidak di otot, glukosa bebas juga merupakan suatu inhibitor. Fosforilase otot berbeda dari isoenzim di hati karena memiliki tempat pengikatan untuk 5AMP yang berfungsi sebagai aktivator alosterik bentuk b terdefosforilasi (inaktif) enzim. 5AMP bekerja sebagai sinyal poten statu energi sel otot; 5AMP terbentuk sewaktu konsentrasi ADP mulai meningkat, akibat reaksi adenilat kinase: 2x ADP ATP + 5AMP.2 Fosforilase kinase diaktifkan sebagai respons terhadap cAMP. Peningkatan konsentrasi cAMP anak mengaktifkan protein kinase dependen-cAMP yang mengatalisis fosforilasi oleh ATP fosforilase kinase b inaktif menjadi fosforilase kinase a aktif yang selanjutnya memfosforilasi fosforilase b menjadi fosforilase a. Di hati, cAMP dibentuk sebagai respons atas menurunnya kadar glukosa darah; otot kurang peka terhadap glukagon. Di otot, sinyal untuk meningkatkan pembentukan cAMP dalah efek norepinefrin yang disekresikan sebagai respons terhadap takut dan cemas, ketika kebutuhan akan glikogenolisis meningkat agar aktivitas otot dapat ditingkatkan.2 Baik fosforilase a maupun fosforilase kinase a mengalami defosforilasi dan diinaktifkan oleh protein fosfatase-1. Protein fosfatase-1 dihambat oleh suatu protein, yakni inhibitor-1, yang hanya aktif setelah terfosforilasi oleh protein kinase dependen c-AMP. Oleh sebab itu, cAMP mengontrol baik pengaktifan maupun penginaktifan fosforilase. Insulin memperkuat efek ini dengan menghambat pengaktifan fosforilase b. Hormon ini melakukannya secara tidak langsung dengan meningkatkan penyerapan glukosa sehingga meningkatkan pembentukan glukosa 6-fosfat yang merupakan suatu inhibitor fosforilase kinase.2 Seperti fosforilase, glikogen sintase terdapat baik dalam keadaan terfosforilasi maupun tidak-terfosforilasi; namun, efek fosforilasi adalah kebalikan efek pada fosforilase. Glikogen sintase a aktif mengalami defosforilasi dan glikogen sintase b inaktif mengalami fosforilasi.2 Terdapat enam protein kinase berbeda yang bekerja pada glikogen sintase. Dia diantaranya bersifat dependen Ca2+. Kinase lain adalah protein kinase dependen-cAMP yang memungkinkan hormon, melalui perantaraan cAMP, menghambat sintesis glikogen secara sinkron dengan pengaktifan glikogenolisis. Insulin juga memacu glikogenesis di otot secara bersamaan dengan penghambatan glikogenolisis dengan meningkatkan kadar glukosa 6-fosfat yang merangsang defosforilasi dan pengaktifan glikogen sintase. Defosforilasi glikogen sintase b dilaksanakan oleh protein fosfatase-1 yang berada dalam kendali protein kinase dependen-cAMP. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 9.2

Gambar 9. Kontrol Glikogen Sintase.4 Pada saat yang sama dengan terjadinya pengaktifan fosforilase oleh peningkatan konsentrasi cAMP, glikogen sintase diubah menjadi bentuk inaktif; kedua efek diperantarai oleh protein kinase dependen-cAMP. Jadi, inhibisi glikogenolisis meningkatkan glikogenesis netto, dan inhibisi glikogenesis meningkatkan glikogenolisis netto. Defosforilasi fosforilase a, fosforilase kinase, dan glikogen sintase b dikatalisis oleh satu enzim dengan spesifitas yang luas yaitu protein fosfatase-1. Selanjutnya. Protein fosfatase-1 dihambat oleh protein kinase dependen-cAMP melalui inhibitor-1. Jadi, glikogenolisis dapat dihentikan dan glikogenesis dirrangsang secara sinkron atau sebaliknya karena kedua proses bergantung pada aktivitas protein kinase dependen-cAMP. Baik fosforilase kinase maupun glikogen sintase dapat difosforilasi secara reversibel di lebih dari satu tempat oleh kinase dan fosfatase yang berbeda. Fosforilasi sekunder ini memodifikasi sensivitas bagian/tempat utama terjadinya fosforilasidan defosforilasi. Fosforilasi sekunder ini juga memungkinkan insulin menimbulkan efek yang timbal-balik dengan efek cAMP melalui peningkatan glukosa 6-fosfat.2

Glukoneogenesis Glukoneogenesis adalah proses mengubah prekursor nonkarbohidrat menjadi glukosa atau glikogen. Substrat utamanya adalah asam-asam amino glukogenik, laktat, gliserol, dan propionat. Hati dan ginjal adalah jaringan glukoneogenik utama.2 Glukoneogenesis memenuhi kebutuhan glukosa tubuh jika karbohidrat dari makanan atau cadangan glikogen kurang memadai. Pasokan glukosa merupakan hal yang esensial terutama bagi sistem saraf dan eritrosit. Kegagalan glukoneogenesis biasanya bersifat fatal. Glukosa juga penting dalam mempertahankan kadar zat-zat antara siklus asam sitrat meskipun asam lemak adalah sumber utama asetil-KoA di jaringan. Selain itu, glukoneognenesis membersihkan laktat yang dihasilkan oleh otot dan eritrosit serta gliserol yang dihasilkan oleh jaringan adiposa.2 Tiga reaksi tidak-seimbang dalam glikolisis yang dikatalisis oleh heksokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase, menghambat pembalikan sederhana glikolisis untuk membentuk glukosa. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 10.2

Gambar 10. Jalur Utama dan Glukoneogenesis dan Glikolisis Hati.4 Pembalikan reaksi yang dikatalisis oleh piruvat kinase dalam glikolisis melibatkan dua reaksi endotermik. Piruvat karboksilase mitokondria mengatalisis karboksilasi piruvat menjadi oksaloasetat, suatu reaksi yang membutuhkan ATP dengan vitamin biotin sebagai koenzim. Biotin mengikat CO2 dari bikarbonat sebagai karboksibiotin sebelum penambahan CO2 ke piruvat. Enzim kedua, fosfoenolpiruvat karboksikinase, mengatalisis dekarboksilasi dan fosforilasi oksaloasetat menjadi fosfoenolpiruvat dengan menggunakan GTP sebagai donor fosfat. Di hati dan ginjal, reaksi suksinat tiokinase dalam siklus asam sitrat menghasilkan GTP, dan GTP ini digunakan untuk reaksi fosfoenolpiruvat karboksikinase sehingga terbentuk hubungan antara aktivitas siklus asam sitrat dan glukoneogenesis, untuk mencegah pengeluaran berlebihan oksaloasetat untuk glukoneogenesis yang dapat mengganggu aktivitas siklus asam sitrat.2 Perubahan fruktosa 1,6-bisfosfat menjadi fruktosa 6-fosfat, untuk pembalikan glikolisis, dikatalisis oleh fruktosa 1,6-bisfosfatase. Keberadaan enzim ini menentukan apakah suatu jaringan mampu membentuk glukosa tidah saja dari piruvat, tetapi juga dari triosa fosfat. Enzim ini terdapat di hati, ginjal, dan otot rangka, tetapi mungkin tidak ditemukan di otot jantung dan otot polos.2 Perubahan glukosa 6-fosfat menjadi glukosa dikatalisis oleh glukosa 6-fosfatase. Enzim ini terdapat di hati dan ginjal, tetapi tidak di otot dan jaringan adiposa, akibatnya tidak dapat mengekspor glukosa ke dalam aliran darah.2 Pemecahan glikogen menjadi glukosa 1-fosfat dikatalisis oleh fosforilase. Sintesis glikogen melibatkan jalur yang berbeda melalui uridin difosfat glukosa dan glikogen sintase.2Setelah transaminasi atau deaminasi, asam-asam amino glukogenik menghasilkan piruvat atau zat-zat antara siklus asam sitrat. Oleh karena ini, reaksi yang dijelaskan sebelumnya dapat menyebabkan perubahan laktat maupun asam amino glukogenik menjadi glukosa atau glikogen.2 Pada hewan bukan pemamah biak, termasuk manusia, propionat berasal dari oksidasi- asam lemak rantai-ganjil yang terdapat pada lipid hewan pemamah biak, serta oksidasi isoleusin dan rantai samping kolesterol, serta merupakan substrat bagi glukoneogenesis.2 Gliserol dibebaskan dari jaringan adiposa melalui lipolisis lipoprotein triasilgliserol dalam keadaan kenyang: gliserol dapat digunakan untuk re-esterifikasi asam lemak bebas menjadi triasilgliserol di jaringan adiposa atau hati, atau menjadi substrat untuk glukoneogenesis di hati. Dalam keadaan puasa, gliserol yang dibebaskan dari lipolisis triasilgliserol jaringan adiposa digunakan semata-mata sebata substrat untuk glukoneogenesis di hati dan ginjal.2 Metabolisme Lemak Oksidasi Asam Lemak Meskipun asam lemak mengalami oksidasi menjadi asetil-KoA dan disintesis dari asetil-KoA, namun oksidasi asam lemak bukan merupakan pembalikan sederhana dari biosintesis asam lemak, tetapi merupakan proses yang sama sekali berbeda dan berlangsung di kompartemen sel yang berbeda. Pemisahan oksidasi asam lemak di mitokondria dari biosintesis di sitosol memungkinkan tiap proses dikendalikan secara individual, dan diintegrasikan sesuai kebutuhan jaringan. Setiap tahap pada oksidasi asam lemak melibatkan turunan asil-KoA yang dikatalisis oleh enzim-enzim yang berbeda, menggunakan NAD dan FAD sebagai koenzim, dan menghasilkan ATP. Proses tersebut merupakan suatu proses aerob yang memerlukan keberadaan oksigen.2 Asam lemak bebas (FFA) adalah asam lemak yang berada dalam keadaan tidak teresterifikasi. Di plasma, FFA rantai-panjang berikatan dengan albumin, dan di sel asam-asam ini melekat pada protein pengikat-asam lemak sehingga pada kenyataannya asam-asam lemak ini tidak pernah benar-benar bebas. Asam lemak rantai-pendek lebih larut air dan terdapat dalam bentuk asam tak terionisasi atau sebagai anion asam lemak.2 Asam lemak mula-mula harus diubah menjadi suatu zat antara aktif sebelum dapat dikatabolisme. Reaksi ini adalah satu-satunya tahap dalam penguraian sempurna suatu asam lemak yang memerlukan energi dari ATP. Dengan adanya ATP dan koenzim A, enzim tiokinase mengatalisis perubahan asam lemak menjadi asam lemak aktif atau asil-KoA yang menggunakan satu fosfat berenergi-tinggi disertai pembentukan AMP dan PPi. PPi dihidrolisis oleh pirofosfatase anorganik disertai hilangnya fosfat berenergi-tinggi lainnya yang memastikan bahwa seluruh reaksi berlangsung hingga selesai. Asil-KoA sintetase ditemukan di retikulum endoplasma, peroksisom, serta di bagian dalam dan membran luar mitokondria.2 Karnitin tersebar luas dan terutama banyak terdapat di otot. Asil-KoA rantai panjang tidak dapat menembus membran dalam mitokondria. Namun, karnitin palmitoiltransferase-I, yang terdapat di membran luar mitokondria, mengubah asil-KoA rantai panjang menjadi asilkarnitin yang mampu menembus membran dalam dan memperoleh akses ke sistem oksidasi- enzim. Karnitin-asilkarnitin translokase bekerja sebagai pengangkut penukar di membran dalam mitokondria. Asil karnitin diangkut masuk, dan disertai dengan pengangkutan keluar satu molekul karnitin. Asil karnitin kemudian bereaksi dengan KoA yang dikatalisis oleh karnitin palmitoiltransferase-II yang terletak di bagian dalam membran dalam. Asil-KoA terbentuk kembali di matriks mitokondria dan karnitin dibebaskan.2 Pada oksidasi- , terjadi pemutusan tiap dua karbon dari molekul asil-KoA- yang dimulai dari ujung karboksil. Rantai diputus antara atom karbon- (2) dan (3) karena itu dinamai oksidasi-. Unit dua karbon yang terbentuk adalah asetil-KoA; Jadi, palmitoil-KoA menghasilkan delapan molekul asetil-KoA.2 Asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil dioksidasi melalui jalur oksidasi-, yang menghasilkan asetil-KoA sampai tersisa sebuah residu tiga karbon (propionil-KoA). Senyawa ini diubah menjadi suksinil-KoA, suatu konstituen siklus asam sitrat. Karena itu, residu propionil dari asam lemak rantai ganjil adalah satu-satunya bagian asam lemak yang bersifat glukogenik.2

Lipogenesis Asam lemak disintesis oleh sistem ekstramitokondria yang bertanggung jawab untuk menyintesis palmitat dari asetil-KoA di sitosol. Pada sebagian besar mamalia, glukosa adalah substrat utama untuk lipogenesis, tetapi pada hewan pemamah biak substrat tersebut adalah asetat, yaitu molekul bahan bakar terpenting yang dihasilkan dari makanan.2 Jalur utama sintesis de novo asam lemak berlangsung di sitosol. Sistem ini terdapaat di banyak jaringan, meliputi hati, ginjal, otak, paru, kelenjar mamaria, dan jaringan adiposa. Kebutuhan kofaktornya mencakup NADPH, ATP, Mn2+, biotin, dan HCO3-. Asetil-KoA adalah substrat langsungnya, dan palmitat bebas adalah produk akhirnya.2 Pembentukan malonil-KoA adalah tahap awal dan pengendali dalam sistem asam lemak. Bikarbonat sebagai sumber CO2 diperlukan dalam reaksi awal untuk karboksilasi asetil-KoA menjadi malonil-KoA dengan keberadaan ATP dan asetil-KoA karboksilase. Asetil-KoA karboksilase memerlukan vitamin biotin. Enzim ini adalah suatu protein multienzim yang mengandung subunit-subunit identik dengan jumlah bervariasi, masing-masing mengandung biotin, biotin karboksilase, protein pembawa biotin karboksil, dan transkarboksilase, serta tempat alosterik regulatorik. Reaksi ini berlangsung dalam dua tahap: karboksilasi biotin yang melibatkan ATP dan pemindahan karboksil ke asetil-KoA untuk membentuk malonil-KoA.2 Kompleks asam lemak sintase adalah suatu polipeptida yang mengandung tujuh aktivitas enzim. Pada bakteri dan tumbuhan, masing-masing enzim pada sistem asam lemak sintase terpisah, dan ditemukan radikal asil dalam betuk kombinasi dengan suatu protein yang disebut protein pengangkut asil (ACP). Namun pada ragi, mamalia, dan unggas, sistem sintase adalah suatu kompleks polipeptida multienzim yang memasukkan ACP dan mengambil alih peran KoA. Kompleks ini mengandung vitamin asam pantotenat dalam bentuk 4-fosfopantetein. Pemakaian satu unit fungsional multienzim memiliki keunggulan berupa tercapainya efek kompartementalisasi proses di dalam sel tanpa perlu membentuk sawar permeabilitas, dan sintesis semua enzim di kompleks tersebut terkoordinasi karena dikode oleh satu gen.2 Pada mamalia, kompleks asam lemak sintase adalah suatu dimer yang terdiri dari dia monomer identik, masing-masing menganding ketujuh aktivitas enzim lemak sintase pada sati rantai polipeptida. Pada awalnya, suatu molekul priming asetil-KoA berikatan dengan gugus SH sistein yang dikatalisis oleh asetil transasilase. Malonil-KoA berikatan dengan SH di dekatnya pada 4-fosfopantetein ACP di monomer yang lain yang dikatalisis oleh malonil transasilase, untuk membentuk asetil-malonil enzim. Gugus asetil menyerang gugus metilen di residu malonil yang dikatalisis oleh 3-ketoasil sintase dan membebaskan CO2, membentuk 3-ketoasil enzimm membebaskan gugus SH sistein. Dekarboksilasi memungkinkan reaksi tersebut berlangsung tuntas, dan menarik sekuens reaksi keseluruhan ke arah selanjutnya. Gugus 3-ketoasil akan tereduksi, terdehidrasi, dan kembali tereduksi untuk membentuk enzim asil-S jenuh. Molekul malonil-KoA baru berikatan dengan SH pada 4fosfopantetein, menggeser residu asil jenuh ke gugus SH sistein bebas. Rangkaian reaksi diulang enam kalo lagi sampai terbentuk radikal asil 16-karbon (palmitil) yang jenuh.2 Senyawa ini dibebaskan dari kompleks enzim oleh aktivitas enzim ketujuh di kompleks, yaitu tioesterase. Palmitat bebas harus diaktifkan menjadi asil-KoA sebelum dapat diproses lebih lanjut melalui jalur metabolik lain. Biasanya palmitat ini mengalami estrifikasi menjadi asilgliserol, pemanjangan rantai atau desaturasi, atau esterifikasi menjadi ester kolesteril.2Asetil-KoA yang digunakan sebagai primer membentuk atom karbon 15 dan 16 pada palmitat. Penambahan seluruh unit C2 selanjutnya adalah melalui malonil-KoA.2

Fungsi Karbohidrat, Lemak, Protein Karbohidrat61. Sumber energi tubuh.2. Protein Sparring Effect (mencegah pemecahan protein sebagai sumber energi).3. Metabolisme lemak.4. Glukuronat Phosphate Pathway.5. Integritas dari sel-sel saraf pusat.6. Laktosa: faktor khusus sebagai sumber energi bagi bayi (galaktosa).7. Selulosa: untuk peristaltik.8. Zat prekursor: asam nukleat.9. Bahan makanan: protein, vitamin, mineral. 1 gram karbohidrat: 4 kalori.10. Simpanan karbohidrat glikogen di hati dan otot (bertahan sampai 12-14 jam).11. Karbohidrat sisa akan disimpan dalam bentuk lemak.

Lemak61. Sumber energi. Lemak dioksidasi dalam tubuh untuk menghasilkan energi bagi aktivitas jaringan dan keseimbangan suhu tubuh. Lemak adalah sumber energi terkonsentrasi, menghasilkan 37 kJ (9kkal) per gram, dibandingkan dengan karbohidrat yang hanya menghasilkan 16 kJ per gram dan protein 17 kJ per gram.2. Bagian dari struktur tubuh. Beberapa lemak masuk ke dalam sel tubuh dan merupakan bagian penting dari struktur sel tersebut. Lemak merupakan struktur yang penting dalam otak dan jaringan saraf.3. Perlindungan. Simpanan jaringan lemak pada sekitar organ vital mempertahankan oragan tersebut pada posisinya dan melindunginya dari kerusakan.4. Isolasi. Lemak subkutan mencegah panas keluar dari dalam tubuh.5. Perasaan kenyang. Kehadiran lemak saat proses penghancuran makanan pada duodenum menghambat gerakan peristaltik lambung dan sekresi asam, sehingga menunda waktu pengosongan lambung dan mencegah perasaan lapar setelah makan.6. Penyimpanan energi. Penyimpanan lemak pada jaringan adiposa memungkinkan tubuh untuk menyimpan energy dalam waktu yang lama.

Protein61. Enzym.2. Hormon peptida.3. Protein struktural.4. Protein transport.5. Imunoprotein.Sumber Karbohidrat, Lemak, Protein Karbohidrat Karbohidrat terkandung di dalam semua kelompok makanan. Jumlah dan jenis karbohidrat sangat bervariasi.7 Beberapa diantaranya yaitu:6 Glukosa umumnya berasal dari pati dan dapat ditemukan pada buah-buahan, terutama pada anggur. Fruktosa adalah gula yang biasa dikonsumsi kita sehari-hari, didapatkan dari bit gula dan tebu dan ditemukan pada sayur dan buah-buahan. Dapat digunakan sebagai pengganti pemanis untuk penderita DM. Laktosa ditemukan pada semua makhluk menyusui. Maltosa biasanya ditemukan di daerah akar dari gandum dan dibentuk selama pembuatan bir. Pati adalah glukosa yang dihasilkan tumbuhan yang biasanya ditemukan di kentang dan kacang-kacangan. Galaktosa didapatkan dari pencernaan glukosa. Polisakarida yang bukan pati yang dikenal sebagai serat makanan tidak terdapat di dalam tubuh manusia dikarenakan tidak adanya enzim untuk mencerna zat tersebut, namun zat ini adalah komponen penting yang berperan untuk menambahkan isi usus dalam jumlah yang besar, merangsang pergerakan peristaltic dan membantu eksresi feses. Zat ini terdapat pada hewan herbivor, sehingga dikenal sebagai sumber energi. 6 Bagi banyak makanan yang dapat dipilih dari kelompok ini, dalam satu kali penyajian harus mengandung sekitar 15 gram karbohidrat. Satu kali penyajian setara dengan: satu potong roti, cup pasta atau nasi yang telah dimasak, cup sereal yang telah dimasak, muffin Inggris atau roti bagel kecil.7

Lemak Lemak dalam makanan bervariasi jenis dan jumlahnya. Beberapa lemak dapat terlihat kasat mata, seperti mentega dan gajih yang terlihat mengelilingi sepotong daging steak. Namun demikian, sebagian besar lemak tidak dapat dilihat kasat mata, seperti lemak dalam susu, keju, dan kacang, serta lemak-lemak yang terjalin di dalam steak tersebut. Sumber makanan hewani mengandung sekitar 57% dari total asupan lemak, sisanya didapat dari sumber makanan nabati.7 Lima besar sumber lemak jenuh dalam menu makanan orang dewasa di Amerika adalah: daging, mentega / margarin, bumbu salad termasuk mayones, keju, susu.7 Sumber lemak trans yang utama dalam makanan antara lain kentang goreng, donat, dan makanan goreng lainnya yang dijual. Sumber lemak trans lainnya meliputi kue kering, kraker, dan makanan panggang lain.7 Padi-padian secara alami mengandung sangat sedikit lemak. Namun demikian, makanan olahan yang termasuk dalam kelompok makanan ini, seperti sereal granola, panekuk, donat, kue kering, dan pai, banyak mengandung lemak tambahan. Makanan-makanan ini juga dapat menjadi sumber lemak trans.7 Selain alpukat, kelapa, dan zaitun, buah-buahan tidak banyak mengandung lemak. Sayuran mentah hanya mengandung sedikit lemak atau tidak sama sekali. Sayuran yang digoreng, diberi krem susu, disajikan dengan keju, atau dicampur dengan mayones jelas mengandung lebih banyak lemak.7 Produk-produk tang termasuk dalam kelompok susu terbagi menjadi bebas-lemak, rendah-lemak, dan lemak-utuh. Untuk mengurangi kemungkinan seseorang mengonsumsi makanan tinggi-lemak dalam kelompok makanan ini, sebaiknya membaca label dan membandingkan antara berbagai jenis dan merk. Karena makanan olahan susu berasal dari hewan, sebaiknya melihat juga kandungan kolesterol dalam makanan tersebut.7 Bahan nabati dalam kelompok kacang dan polong bebas kolesterol dan sedikit atau tidak mengandung lemak jenuh. Umumnya daging yang tidak dibersihkan lebih tinggi kandungan lemaknya daripada daging tanpa lemak, dan daging yang berwarna putih lebih rendah-lemak daripada daging berwarna gelap (contohnya daging ayam). Kerang-kerangan seperti kepiting, lobster, dan udang, kaya akan kolesterol, tetapi rendah-lemak dan rendah-lemak jenuh.7

Protein Protein lengkap mengandung semua jenis asam amino esensial, ditemukan dalam daging, ikan, unggas, keju dan telur. Protein tidak lengkap ditemukan dalam sayuran, padi-padian, dan polong-polongan.8

Antropometri Antropometri berasal dari kata anthropos dan metros. Anthropos artinya tubuh dan metros artinya ukuran. Secara umum, antropometri artinya ukuran tubuh manusia.9,10 Ditinjau dari sudut pandang gizi, maka antropometri gizi berhubungan dengan berbagai macam pengukuran dimensi tubuh dan komposisi tubuh dari berbagai tingkat umur dan tingkat gizi.11 Antropometri secara umum digunakan untuk melihat ketidakseimbangan asupan protein dan energi. Ketidakseimbangan ini terlihat pada pola pertumbuhan fisik dan proporsi jaringan tubuh seperti lemak, otot dan jumlah air dalam tubuh.11 Faktor-faktor yang mempengaruhi pengukuran secara antropometrik dibagi atas 2, yaitu faktor internal dan faktor eksternal. Yang termasuk faktor internal: faktor bawaan yang normal danpatologis, jenis kelamin, obstetrik, dan ras (suku bangsa). Jika potensi genetik dapat berinteraksi dalam lingkungan yang baik dan optimal akan mewujudkan pertumbuhan optimal. Yang termasuk faktor eksternal: gizi, obat-obatan (alkohol, tembakau, dan kecanduan obat-obatan lainnya), lingkungan kumuh yang bisa menyebabkan berbagai penyakit.11

Cara Pengukuran1. Lingkar kepala. Lingkar kepala adalah standar prosedur dalam ilmu kedokteran anak. Secara praktis, biasanya untuk memeriksa keadaan patologi dari besarnya kepala atau peningkatan ukuran kepala. Contoh: hidrosefalus dan mikrosefalus. Lingkar kepala dihubungan dengan ukuran otak dan tulang tengkorak. Ukuran tak meningkat secara cepat selama tahun pertama, tetapi besar lingkar kepala tidak menggambarkan keadaan kesehatan dan gizi. Bagaimanapun ukuran otak dan lapisan tulang kepala dan tengkorak dapat bervariasi sesuai dengan keadaan gizi.112. Tinggi lutut. Tinggi lutut erat kaitannya dengan tinggi badan, sehingga data tinggi badan didapatkan dari tinggi lutut bagi orang yang tidak dapat berdiri atau lansia. Pada lansia digunakan tinggi lutut karena pada lansia terjadi penurunan masa tulang, bungkuk, sukar untuk mendapatkan data tinggi badan akurat. Data tinggi badan lansia dapat menggunakan formula atau nomogram bagi orang yang berusia >59tahun.123. Panjang/rentang depan. Berhubungan erat dengan tinggi badan yaitu dapat menggantikan tinggi badan bila tinggi badan actual tidak dapat diukur. Panjang/rentang depa terutama berguna untuk menilai tinggi badan pada usia dewasa muda bukan tinggi badan sekarang setelah usia lanjut.134. Panjang dan tinggi badan. Dalam mengukur tinggi badan dapat dilakukan dengan menggunakan alat ukur, seperti microtoice (untuk yang sudah dapat berdiri) atau dengan menggunakan alat pengukur panjang badan bayi (untuk bayi atau anak yang belum dapat berdiri.115. Berat badan. Pengukuran berat badan dapat dilakukan dengan menggunakan alat yaitu timbangan berat badan. Lege artis adalah penimbangan sesudah buang air besar dan sebelum makan.12 Indeks Massa Tubuh digunakan untuk definisikan berat badan lebih & obesitas atau berat badan kurang dan kurang energi-protein pada dewasa. Untuk mengetahui nilai IMT, dapat dihitung dengan rumus berikut:13Berat (kg)IMT = ---------------------- Tinggi (m)2

Tabel 1. Klasifikasi untuk kurang energi kronik (WHO 1998)13IMTKurang energi kronik

17-18,4KEK I

16-15,9KEK II