62
` MAKALAH BIOKIMIA INTERGRASI METABOLISME DISUSUN OLEH : Nisful Dahriyani (09304241005) Selvia Febriani (09304241010) Tyas Utami (09304241011) Puji Lestari W (09304241032) Deny Sulistiyani (09304241034) Ulya Irma Ch (09304241038) Khaerul Husen (09304241042) Wulan Sari Suhanto (09304241048) Kelompok 1 Prodi Pendidikan Biologi Subsidi JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI

Integrasi Metabolisme

Embed Size (px)

DESCRIPTION

ini laporan tentang integritas metabolisme, bagian yang di kaji dalam biokimia

Citation preview

Page 1: Integrasi Metabolisme

` MAKALAH BIOKIMIA

INTERGRASI METABOLISME

DISUSUN OLEH :

Nisful Dahriyani (09304241005)

Selvia Febriani (09304241010)

Tyas Utami (09304241011)

Puji Lestari W (09304241032)

Deny Sulistiyani (09304241034)

Ulya Irma Ch (09304241038)

Khaerul Husen (09304241042)

Wulan Sari Suhanto (09304241048)

Kelompok 1

Prodi Pendidikan Biologi Subsidi

JURUSAN PENDIDIKAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

2010

Page 2: Integrasi Metabolisme

Page 2 of 52

BAB 1

PENDAHULUAN

Integrasi Metabolisme merupakan bertemunya tiga makromolekul

seperti protein, karbohidrat, dan lipid dalam satu titik yaitu siklus

asam sitrat.

Page 3: Integrasi Metabolisme

Page 3 of 52

Page 4: Integrasi Metabolisme

Page 4 of 52

Sekilas tentang metabolisme

Peristiwa yang dialami unsur-unsur makanan setelah dicerna dan diserap

adalah METABOLISME INTERMEDIAT. Jadi metabolisme intermediat

mencakup suatu bidang luas yang berupaya memahami bukan saja

lintasan metabolik yang dialami oleh masing-masing molekul, tetapi juga

interelasi dan mekanisme yang mengatur arus metabolit melewati

lintasan tersebut.

Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:

1. Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)

Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawa pembentuk

struktur dan mesin tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah

sintesis protein.

2. Lintasan katabolik (pemecahan)

Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi

bebas, biasanya dalam bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen

pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.

Page 5: Integrasi Metabolisme

Page 5 of 52

3. Lintasan amfibolik (persimpangan)

Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat pada

persimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara

lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh dari lintasan ini adalah

siklus asam sitrat.

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.

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.

Page 6: Integrasi Metabolisme

Page 6 of 52

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

maka glikogen

dipecah menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis,

diikuti dengan oksidasi piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.

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

habis, maka

sumber energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus

digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis (pembentukan

glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus diubah

menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme

untuk memperoleh energi.

Beberapa jalur metabolisme karbohidrat

Page 7: Integrasi Metabolisme

Page 7 of 52

BAB II

LINTASAN METABOLISME MAKROMOLEKUL

Metabolisme karbohidrat

Pada bagian-bagian terdahulu Anda telah mempelajari berbagai

macam karbohidrat, antara lain monosakarida, disakarida, oligosakarida

serta polisakarida. Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika

berbentuk monosakarida. Energi yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat

(ATP).

Glukosa merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk

glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah,

atau ke dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati,

serta dari glukosalah semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat

dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar metabolik utama bagi jaringan

mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar universal bagi

janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat

Page 8: Integrasi Metabolisme

Page 8 of 52

spesifik, misalnya glikogen untuk simpanan, ribose dalam bentuk asam

nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, dalam senyawa lipid kompleks

tertentu dan dalam bentuk gabungan dengan protein, yaitu glikoprotein

serta proteoglikan.

Page 9: Integrasi Metabolisme

Page 9 of 52

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

Page 10: Integrasi Metabolisme

Page 10 of 52

Siklus asam sitrat

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

trikarboksilat dan berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat

merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.

Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan

katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen

hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan

sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam

bentuk ATP.

Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk

ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil

kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini

kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP

dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen

(anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada

siklus tersebut.

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

baik dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam

membran interna mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur

Page 11: Integrasi Metabolisme

Page 11 of 52

ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yang

bertempat di dalam membran interna mitokondria.

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 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 digambarkan sebagai

berikut:

Page 12: Integrasi Metabolisme

Page 12 of 52

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

Uridin difosfat glukosa (UDPGlc) (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia

Harper)

Page 13: Integrasi Metabolisme

Page 13 of 52

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

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

Page 14: Integrasi Metabolisme

Page 14 of 52

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

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.

Tahap-tahap perangkaian glukosa demi glukosa digambarkan pada bagan

berikut.

Page 15: Integrasi Metabolisme

Page 15 of 52

Biosintesis glikogen (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

Tampak bahwa setiap penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir

oleh enzim glikogen sintase. Sekelompok glukosa dalam rangkaian

linier dapat putus dari glikogen induknya dan berpindah tempat untuk

membentuk cabang. Enzim yang berperan dalam tahap ini adalah

enzim pembentuk cabang (branching enzyme).

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

Page 16: Integrasi Metabolisme

Page 16 of 52

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) yang spesifik.

Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase

selanjutnya dapat berlangsung.

Tahap-tahap glikogenolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

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:

Page 17: Integrasi Metabolisme

Page 17 of 52

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.

Page 18: Integrasi Metabolisme

Page 18 of 52

Page 19: Integrasi Metabolisme

Page 19 of 52

Ringkasan jalur glukoneogenesis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia

Harper)

Page 20: Integrasi Metabolisme

Page 20 of 52

Lintasan metabolisme karbohidrat, lipid dan protein. Perhatikan jalur

glukoneogenesis yaitu masuknya lipid dan asam amino ke dalam lintasan

(dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

Glukoneogenesis dari bahan protein. Dalam hal ini protein telah dipecah

menjadi berbagai macam asam amino (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia

Harper)

Page 21: Integrasi Metabolisme

Page 21 of 52

Metabolisme lipid---------------------- integrasi lipid ke siklus asam

sitrat

Katabolisme dapat juga memanen energi yang tersimpan dalam

lemak yang diperoleh dari makanan atau dari sel penyimpan dalam tubuh.

Setelah lemak dicerna, gliserol diubah menjadi gliseraldehidfosfat.

Sebagian besar energi lemak disimpan dalam asam lemak. Urutan

metabolik yang disebut oksidasi-β memecah asam lemak menjadi

fragmen berkarbon dua, yang memasuki siklus Krebs sebagai Asetil Co-A.

Lemak merupakan bahan bakar yang sangat baik. Satu gram lemak yang

dioksidasi oleh respirasi menghasilkan ATP lebih dari dua kali lebih banyak

daripada ATP yang dihasilkan oleh satu gram karbohidrat.

Asam lemak mengalami degradasi menjadi asetil Co-A dalam

matriks mitokondria melalui oksidasi-β. Asetil Co-A kemudian memasuki

siklus Krebs jika persediaan oksaloasetat cukup. Jalan lain adalah asetil

Co-A dapat membentuk keton. FADH2 dan NADH yang terbentuk pada

oksidasi-β memindahkan elektronnya ke O2 melalui rantai transpor

elektron. Seperti siklus Krebs, oksidasi-β dapat berlanjut jika NAD+ dan

FAD dibentuk kembali. Jadi, kecepatan degradasi asam lemak juga

terangkai dengan kebutuhan ATP.

Page 22: Integrasi Metabolisme

Page 22 of 52

β-oksidasi asam lemak

Asam lemak dioksidasi dalam dua tahap. Setelah asam lemak dapat

memasuki mitokondria, oksidasi asam lemak terjadi dalam 2 tahap utama.

Pada tahap pertama, asam lemak mengalami pelepasan unit dua karbon

berturut-turut secara oksidatif, mulai dari ujung karboksil rantai asam

lemak dengan berulang-ulang melewati rangkaian enzim yang

melepaskan satu unit asetil dua karbon pada sekali proses, dalam bentuk

asetil KoA. Jadi, asam lemak 16 karbon (asam palmitat) mengalami 7 kali

proses melewati rangkaian enzim ini, masing-masing proses memotong

unit dua-karbon sebagai asetil KoA. Pada akhir dari ketujuh proses ini unit

dua karbon yang terakhir dari asam palmitat juga muncul sebagai asetil

KoA.

Akibat keseluruhannya adalah pengubahan rantai asam palmitat 16-

karbon menjadi 8 potongan 2-karbon dalam bentuk gugus asetil yaitu

asetil KoA. pembentukan tiap molekul asetil KoA memerlukan pelepasan 4

atom hidrogen dari asam lemak oleh kerja dehidrogenase.

Pada tahap kedua oksidasi asam lemak, residu asetil dari asetil KoA

dioksidasi menjadi CO2 dan H2O melalui siklus asam sitrat. Ini juga terjadi

di dalam mitokondria. Jadi, asetil KoA yang diturunkan dari oksidasi asam

Page 23: Integrasi Metabolisme

Page 23 of 52

lemak memasuki lintas umum akhir, yaitu oksidasi, bersama-sama

dengan asetil KoA yang datang dari glukosa melalui oksidasi piruvat.

Kedua tahap oksidasi asam lemak mengakibatkan aliran atom

hidrogen atau elektron yang bersangkutan melalui rantai transport

elektron pada mitokondria yang akan diterima oleh oksigen sebagai

akseptor elektron terakhir. Dalam proses ini akan terjadi fosforilasi

oksidatif ADP menjadi ATP.

Ketika hewan beralih dari keadaan kenyang ke keadaan lapar,

ketersediaan glukosa dari makanan akan menjadi sedikit. Glikogen hati

akan disekresikan sebagai upaya untuk mempertahankan kadar glukosa

darah. Konsentrasi insulin di dalam darah menurun sementara glukagon

meningkat. Dengan berkurangnya pemakain glukosa di jaringan adiposa

dan menurunnya efek inhibisi insulin terhadap lipolisis, lemak dimobilisasi

sebagai asam lemak bebas dan gliserol. Asam lemak bebas diangkut ke

jaringan tempat asam lemak bebas tersebut akan mengalami oksidasi.

Page 24: Integrasi Metabolisme

Page 24 of 52

Asam lemak mengalami oksidasi beta sebelum masuk siklus Krebs dan

menghasilkan hasil yang berbeda sesuai dengan panjang rantai

karbonnya. Menurut banyaknya jumlah karbon, asam lemak dibagi

menjadi dua yaitu asam lemak dengan rantai karbon panjang dan asam

lemak dengan rantai karbon ganjil.

1. Asam lemak dengan rantai karbon genap :

Untuk oksidasi asam lemak berkarbon genap, dihasilkan reaksi yang

umunya sebagai berikut :

oksidasi-β

Asam lemak berkarbon genap asetil Co-A + asil Co-A +

FADH2 + NADH

Asil Co-A akan kembali ke tahap awal oksidasi beta. Sedangkan Asetil Co-

A akan memasuki siklus Krebs melalui pintu oksaloasetat. FADH2 dan

NADH masuk ke dalam transpor elektron.

Sebagai contoh asam lemak dengan rantai karbon genap adalah

palmitate (C16). Reaksi Oksidasi beta pada palmitate adalah sebagai

berikut :

Palmitoyl-CoA + 7 CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O --> 8 acetyl CoA + 7

FADH2 + 7 NADH + 7 H+

8 Asetil Co-A tersebut akan memasuki Siklus Krebs melalui pintu

oksaloasetat.

Dari reaksi tersebut akan menghasilkan ATP dengan kalkulasi sebagai

berikut :

Tahap : 7 putaran beta oksidasi

7 NADH x 3 ATP =21 ATP

7 FADH x 2 ATP =14 ATP

Page 25: Integrasi Metabolisme

Page 25 of 52

8 Asetil CoA

Tahap : Siklus Kreb

8 asetil CoA 8 x 3 NADH= 24 NADH x 3 ATP = 72 ATP

8 x 1 FADH= 8 FADH x 2 ATP = 16 ATP

8 x 1 ATP= 8 ATP

Total ATP = 21 + 14 + 72 + 16 + 8 = 131 ATP – 2 ATP = 129 ATP

Dikurangi 2 ATP karena 2 ATP tersebut digunakan untuk mengaktifkan

asam lemak.

2. Asam Lemak dengan rantai karbon ganjil

Untuk oksidasi asam lemak berkarbon genap, dihasilkan reaksi yang

umunya sebagai berikut :

oksidasi-β

Asam lemak berkarbon ganjil asetil Co-A + propyonil

Co-A + FADH2 + 2NADH

Asetil Co-A akan memasuki siklus Krebs melalui pintu oksaloasetat. FADH2

dan NADH masuk ke dalam transpor elektron. Sedangkan propionyl Co-A

yang merupakan rantai akhir berkarbon tiga akan masuk ke Siklus Krebs

pula. Tetapi sebelum masuk ke siklus Krebs, propionyl Co-A harus diubah

dulu menjadi Suksinyl Co-A. suksinil Co-A inilah yamg masuk ke dalam

siklus Krebs melalui pintu suksinyl Co-

Sebagai contoh adalah asam lemak dengan 15 karbon. Oksidasi beta dari

asam lemak rantai carbon 15 reaksinya sebagai berikut :

oksidasi-β

Asam lemak C15 6NADH + 6FADH2 + 1propionyl Co-A

+ 6Asetyl Co-A

Page 26: Integrasi Metabolisme

Page 26 of 52

Selanjutnya 6 asetyl Co-A akan masuk ke dalam siklus Krebs melalui pintu

oksaloasetat. Sedangkan 1 propionyl Co-A sebelum masuk ke siklus

tersebut diubah terlebih dahulu menjadi suksinyl Co-A. Perubahan ini

membutuhkan 1 ATP.

Kalkulasi ATP untuk asam lemak dengan 15 carbon adalah sebagai berikut

:

~ 6 putaran beta oksidasi

6 NADH=6x3 ATP=18 ATP

6 FADH2=6x2 ATP=12 ATP

6 asetil KoA siklus Krebs

6 ATP

18NADH=54 ATP

6FADH2=12 ATP

1 Propionil 1 suksinil KoA siklus Krebs

1 ATP

1 NADH=3 ATP

1 FADH2=2 ATP

Total=108 ATP-2ATP untuk pengaktifan-1 ATP untuk pembentukan suksinil

KoA=105 ATP. ATP tersebutlah yang digunakan sebagai asupan energy

ketika dalam keadaan lapar.

Page 27: Integrasi Metabolisme

Page 27 of 52

Katabolisme Protein

a. Jalur Piruvat

Asam amino yang masuk melaui jalur ini antara lain alanin,

sistein ,Glisin , treonin, triptofan. Misalnya alanin yang diubah melalui

reaksi transaminase menjadi piruvat. Sehingga jalur ini menghasilkan

energy sebagai berikut :

Dari Piruvat asetil Ko-A tidak menghasilkan energy, Sitrat isositrat

tidak menghasilkan energy, isositrat α ketoglutarat menghasilkan

NADH, suksinil KoA suksinat menghasilkan ATP, Suksinat Fumarat

Page 28: Integrasi Metabolisme

Page 28 of 52

menghasilkan FADH2, Fumarat malat mengahsilkan NADH, Oksaloasetat

asetil Ko-A tidak menghasilkan ATP.

Total semua energy yang dihasilkan :

3 NADH : 9 ATP

1 ATP = 1 ATP

1 FADH2 = 2 ATP

Jumlah = 12 ATP

b. Lintas Asetoasetil KoA

Kelompok dari kerangka karbon asam amino fenilalanin, tirosin,

lisin, triptofan, dan leusin menghasilkan asetoasetil KoA, yang kemudian

diubah menjadi asetil KoA. Dua lintas di dalam rangkaian ini perlu

diperhatikan secara khusus. Lintas dari triptofan menuju asetil koA

merupakan lintas yang paling kompleks diantara lintas katabolisme asam

amino di dalam jaringan hewan. Beberapa senyawa antara pada

katabolisme triptofan merupakan pemula bagi biosintesis biomolekul lain

yang penting, termasuk serotonin, suatu neurohormon, dan asam

nikotinat. Lintas katabolik triptofan karenanya memiliki sejumlah

percabangan yang memungkinkan pembentukan beberapa produk lain

dari pemula tunggal triptofan. Lintas kedua yang patut diperhatikan

dalam kelompok ini adalah yang berasal dari fenilalanin. Fenilalanin dan

produk oksidasinya tirosin diuraikan menjadi dua bagian, keduanya dapat

memasuki siklus asam sitrat, tetapi pada titik yang berbeda. Empat dari

sembilan atom karbon fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat

bebas, yang lalu diubah menjasi asetil KoA. Bagian empat karbon kedua

dari tirosin dan fenilalanin diperoleh kembali sebagai fumarat, yaitu suatu

senyawa antara dari siklus asam sitrat. Delapan dari sembilan atom

karbon dari kedua asam amino ini, memasuki siklus asm sitrat.

Sedangkan satu karbon sisanya terlepas sebagai CO2.

Fenilanin setelah mengalami hidroksilasi menjadi tirosin, juga

merupakan pemula dari hormon tiroid: tiroksin, hormon adrenalin, dan

Page 29: Integrasi Metabolisme

Page 29 of 52

noradrenalin yang dikeluarkan melalui medula adrenal. Enzim pertama

pada lintasan fenilalanin merupakan fenilalanin

4-monooksigenase (juga dinamakan fenilalanin

hidroksilase) yang mengkatalis hidroksilasi

fenilalanin menjadi tirosin. Fenilalanin

monooksigenase memasukkan satu diantara

kedua atom oksigen O2 ke dalam molekul

fenilalanin, membentuk gugus hidroksil tirosin.

Atom oksigen lainnya direduksi menjadi H2o

oleh NaDH yang juga diperlukan pada reaksi

ini.

Fenilalanin + NADH + H+ + O2 -- tirosin

+ NAD + H2O

Setelah terbentuk tirosin, dengan bantuan tirosin transaminase

akan membentuk 4-hidroksifenilpiruvat. Gugus amino pada tirosin akan

ditangkap oleh α-ketoglutarat dan selanjutnya membentuk glutamat. 4-

hidroksifenilpiruvat tersebut akan diubah menjadi homogentisat dengan

bantuan enzim 4-hidroksifenilpiruvat-dioksigenase. Enzim ini akan

mengikat O2 dan melepaskan CO2. Kemudian homogentisat akan diubah

menajdi 4-meleilasetoasetat dengan bantuan enzim 1,2 dioksigenase

monooksigenase. Enzim tersebut mengikat O2 dan melepaskan CO2. 4-

maleilasetoasetat dibah menjadi 4-fumarilasetoasetat dengan bantuan

maleilasetoasetat isomerase. Selanjutnya 4-fumarilasetoasetat akan

diubah susunan karbonnya menjadi asetoasetat dan fumarat melalui

enzim fumarilasetoasetatase. Asetoasetat akan diubah menjadi

asetoasetil KoA dengan bantuan enzim asam 3-keto transferase.

Apabila tedapat kelainan genetik pada metabolisme asam amino

sebagai akibat telah terjadi mutasi, enzim tersebut tidak akan aktif.

Kerusakan ini menyebakan penyakit genetik fenilketonuria. Maka dari itu,

digunakanlah lintas bantuan metabolisme fenilalanin. Pada lintas bantuan

ini, fenilalanin mengalami transaminasi dengan α-ketoglutarat yang

mengahsilakan fenilpiruvat

Page 30: Integrasi Metabolisme

Page 30 of 52

Namun, fenilpiruvat tidak dapat diuraikan lebih lanjut, merupakan

senyawa buntu. Molekul ini (termasuk fenilalanin) akan terakumulasi di

dalam darah dan jaringan, dan dikeluarkan ke dalam urin. Kelebihan

fenilpiruvat di dalam darah pada bayi/anak-anak akan menghambat

pertumbuhan normal otak. Fenilketonuria (PKU) merupakan salah satu

kelainan genetik metabolisme yang ditemukan pertama pada manusia.

Fenilalanin dan tirosin masing-masing menghasilkan dua produk

dengan empat karbon yaitu asetoasetat dan fumarat. Asetoasetat

memasuki siklus asam sitrat dalam bentuk asetil KoA, sedangkan fumarat

tentunya merupakan senyawa antara siklus ini.

Asetoasetil KoA yang dibentuk nantinya akan diubah menjadi asetil KoA.

Asetil KoA akan masuk ke dalam siklus asam sitrat melalui pintu sitrat.

Sitrat akan diubah menjadi isositrat. Isositrat diubah menjadi α-

ketoglutarat. Proses tersebut menghasilkan 1 NADH = 3 ATP. α-

ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA. Proses tersebut mnghasilkan 1

NADH = 3 ATP. Suksinil KoA diubah menjadi suksinat dan menghasilkan 1

ATP. Suksinat diubah menjadi fumarat dan menghasilkan 1 FADH2 = 2

ATP. Fumarat diubah menjdai malat. Malat diubah menjadi oksaloasetat

menghasilkan 1 NADH = 3 ATP. Jadi, total ATP yang dihasilkan yaitu 12

ATP.

Jalur Suksinil-KoA

Metionin,isoleusin dan Valin ( akan terdegradasi menghasilkan

suksinil Ko-A senyawa antara siklus asam sitrat. Valin dan Isoleusin sama

sama mengalami reaksi transaminase. Empat dari lima karbon valin

diubah menjadi asm suksinat ,demikian juga tiga dari 6 atom karbon

isoleusin. Untuk sampai pada asetil-KoA, maka jalur ini membutuhkan

energi sebesar:

Suksini Ko-A Suksinat terdapat 1 GTP, dari Suksinat Fumarat

terdapat 1 FADH, dari Fumarat Malat tidak terdapat enzim yang

menghasilkan energy, dari Malat Oxaloasetat terdapat 1 NADH,

dan dari Oxaloasetat Asetil Ko-A tidak ditemukan adanya energy

yang dibutuhkan.

Page 31: Integrasi Metabolisme

Page 31 of 52

Total energi yang dihasilkan dari Suksinil Ko-A menuju Asetil Ko-A adalah :

1 NADH = 3 ATP

1 FADH = 2 ATP

1 GTP = 1 ATP

= 6 ATP

c. Jalur Fumarat

Fenilalanin dan tirosin (produk oksidasi fenilalanin) dapat memasuki

siklus asam sitrat melalui jalur fumarat. Empat dari sembilan karbon

fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat bebas (akan masuk

melalui jalur asetoasetil Ko-A) , sedangakan 4 karbon lainnya

menghasilkan fumarat (masuk melui jalur fumarat)Sedangkan satu karbon

sisanya akan terlepas sebgai CO2. Untuk sampai pada asetil-KoA, maka

jalur ini membutuhkan energy sebesar: dari Fumarat Malat tidak

terdapat enzim yang menghasilkan energi, dari Malat Oxaloasetat

terdapat 1 NADH, dan dari Oxaloasetat Asetil Ko-A tidak

ditemukan adanya energi yang dibutuhkan.

Total energi yang dihasilkan dari Fumarat menuju Asetil Ko-A, adalah :

1 NADH = 3 ATP

d. Jalur Oksaloasetat

Kerangka karbon asparagin dan asam aspartat pada akhirnya

memasuki siklus asam sitrat melalui oksaloasetat. Enzim asparaginase

mengkatalisis hidrolisis asparagin menjadi aspartat. Enzim ini mengikat

molekul H2O dan melepaskan NH4. Aspartat akan dikatalis oleh enzim

transaminase membentuk oksaloacetat. Gugus amino pada aspartat

dapat dipindahkan menuju piruvat ataupun alanin. Reaksi antara aspartat

dan oksaloacetat ini merupakan reaksi yang dapat balik atau reversible.

Asparagin + H2O -- aspartat + NH4

Aspartat + α-ketoglutarat ↔ oksaloasetat + glutamat

Aspartat lalu memberikan gugus aminonya kepada α-ketoglutarat di

dalam reaksi transaminasi menghasilkan glutamat. Sisa kerangka karbon

Page 32: Integrasi Metabolisme

Page 32 of 52

aspartat, yaitu oksaloasetat memasuki siklus asam

sitrat

Lintas ini masuk melalui pintu oksaloasetat.

Oksaloasetat diubah menjadi sitrat. Sitrat akan diubah

menjadi isositrat. Isositrat diubah menjadi α-

ketoglutarat. Proses tersebut menghasilkan 1 NADH =

3 ATP. α-ketoglutarat diubah menjadi suksinil KoA.

Proses tersebut mnghasilkan 1 NADH = 3 ATP. Suksinil

KoA diubah menjadi suksinat dan menghasilkan 1

ATP. Suksinat diubah menjadi fumarat dan

menghasilkan 1 FADH2 = 2 ATP. Fumarat diubah

menjdai malat. Malat diubah menjadi oksaloasetat menghasilkan 1 NADH

= 3 ATP. Jadi, total ATP yang dihasilkan yaitu 12 ATP.

.

e. Jalur α-ketoglutarat

Kerangka karbon dari lima asam amino (arginin, histidin, asamglutamat,

glutamin, dan prolin) memasuki siklus asam sitrat α-ketoglutarat.

Asparagin dan prolin akan masuk ke dalam glutamat semialdehid dibantu

dengan enzim glutamat semialdehid sintase. Kemudian glutamat

semialdehid akan membentuk glutamat. Histidin dan glutamin masuk ke

dalam glutamat. Selanjtnya glutamat akan diubah menjadi α-ketoglutarat

detelah mengalami deaminasi.

Lintas ini masuk melalui pintu α-ketoglutarat. α-ketoglutarat diubah

menjadi suksinil KoA. Proses tersebut mnghasilkan 1 NADH = 3 ATP.

Suksinil KoA diubah menjadi suksinat dan menghasilkan 1 ATP. Suksinat

diubah menjadi fumarat dan menghasilkan 1 FADH2 = 2 ATP. Fumarat

diubah menjdai malat. Malat diubah menjadi oksaloasetat menghasilkan 1

NADH = 3 ATP. Jadi, total ATP yang dihasilkan yaitu 8 ATP.

Asam amino dapat diubah menjadi glukosa dan senyawa keton

Lima asam amino diubah menjadi asetoasetil KoA sebagai hasil

proses penguraiannya. Asam amino tersebut dapat menghasilkan

Page 33: Integrasi Metabolisme

Page 33 of 52

senyawa keton di dalam hati karena asetoasetil KoA dapat diubah menjadi

asetoasetat dan β-hidroksibutirat. Kelima asam amino tersebut disebut

ketogenik. Kemampuannya membentuk senyawa keton terlihat pada

penserita diabetes mellitus. Sejumlah besar senyawa keton diproduksi

oleh hati, tidak hanya dari asam lemak tetapi juga dari asam amino

ketogenik.

Asam amoni yang dapat diubah menjadi piruvat, oksaloasetat,

suksinat, dan α-ketoglutarat dapat diubah menjadi glukosa dan gliogen

oleh lintas metabolisme. Golongan ini disebut asam amino glukogenik.

Terdapat 2 asam amino yang bersifat glukogenik dan ketogenik, yaitu

fenilalanin dan tirosin.

Glukogenik Ketogenik Ketogenik dan Glukogenik

Alanin Leusin Fenilalanin

Arginin Lisin Tirosin

Asam aspartat Triptofan

Asparagin

Sistein

Asam glutamate

Glutamin

Glisin

Histidin

Metionin

Serin

Treonin

Valin

Isoleusin

Page 34: Integrasi Metabolisme

Page 34 of 52

3. Katabolisme lipid

Ringkasan jumlah NADH, FADH2, dan ATP dalam tahap-tahap oksidasi

asam lemak secara berurutan.

Page 35: Integrasi Metabolisme

Page 35 of 52Tahap

yang

berkaitan

dengan

NAD

Tahap

yang

berkaita

n

dengan

FAD

ATP

Asil-KoA

dehidrogena

se

7 14

3-

Hidroksiasi

l-KoA

dehidroge

nase

7 21

Isositrat

dehidroge

nase

8 24

Α-

ketoglutar

ar

dehidroge

nase

8 24

Suksinil-

KoA*

sintetase

8

Suksinat

dehidroge

nase

8 16

Malat

dehidroge

nase

8 24

To

tal ATP

yang

terbentuk

131

Page 36: Integrasi Metabolisme

Page 36 of 52

BAB III

PEMBAHASAN STUDI KASUS

PENGATURAN ENERGI SELAMA PUASA------- POST-ABSORBTIF

Post absorbtif state merupakan masa dimana selama saluran

pencernaan kosong dari nutrien, sehingga pasokan cadangan energi

didalam tubuh mulai menipis akibat dari katabolisme energi. Oleh karena

itu untuk menyuplai energi, kita dapatkan dari makanan yang kita makan,

baik berupa karbohidrat, lemak, dan protein maupun sumber gizi lainnya.

Untuk itu sebelum membahas kasus PUASA, ada peristiwa penting yang

ada yaitu KENYANG. Berikut merupakan diagram translokasi energi ketika

kenyang.

Selama makan, kita memasukkan karbohidrat, lemak, dan protein,

yang kemudian dicerna dan diserap. Sebagian bahan makanan ini

Page 37: Integrasi Metabolisme

Page 37 of 52

digunakan dalam jalur-jalur yang menghasilkan ATP, untuk memenuhi

kebutuhan energi segera. Kelebihan konsumsi bahan bakar yang melebihi

kebutuhan energi tubuh dibawa ke depot bahan bakar, tempat bahan

tersebut disimpan.

Suplai energi yang dibutuhkan tubuh diperoleh dari mekanisme

anabolisme karbohidrat, lemak dan protein. Karbohidrat dan protein

diabsorbsi tubuh ke dalam darah terutama dalam bentuk monosakarida

dan asam amino. Hal ini dilakukan karena untuk mempermudah dan

mempercepat absorbsi sari – sari makanan dalam tubuh. Bahan ini

dicerna oleh α-amilase dalam air liur lalu oleh α-amilase yang dihasilkan

oleh pankreas yang bekerja di usus halus. Dalam keadaan kenyang maka

insulin dilepaskan sehingga kadar glukagon turun.

Karbohidrat

Karbohidrat dalam makanan dicerna menjadi monosakarida oleh

enzim pencernaan. Monosakarida kemudian diserap oleh sel epitel usus

dan dilepaskan ke dalam vena porta hepatika. Sesampainya di hati,

sebagian glukosa dioksidasi dalam jalur-jalur yang menghasilkan ATP

untuk memenuhi kebutuhan energi segera sel-sel hati. Sebagian lagi

diubah menjadi glikogen dan triasilgliserol. Simpanan glikogen dalam hati

mencapai maksimum sekitar 200-300 gram. Setelah simpanan glikogen

mulai penuh, hati mengubah glukosa yang diterimanya menjadi

triasilgliserol. Triasilgliserol dikemas bersama protein, fosfolipid, dan

kolesterol dalam bentuk kompleks lipoprotein yang dikenal sebagai

lipoprotein densitas sangat rendah (VLDL) yang kemudian disekresikan ke

dalam aliran darah.

Asam-asam lemak VLDL sebagian digunakan untuk memenuhi

kebutuhan energi sel, tetapi sebagian besar disimpan sebagai

triasilgliserol di jaringan adiposa.

Glukosa dari usus, yang tidak dimetabolisis oleh hati, akan mengalir di

dalam darah menuju ke jaringan perifer, tempat glukosa tersebut

mungkin dioksidasi untuk menghasilkan energi. Glukosa adalah bahan

bakar yang dapat digunakan oleh semua jaringan. Banyak jaringan

Page 38: Integrasi Metabolisme

Page 38 of 52

menyimpan glukosa dalam jumlah kecil dalam bentuk glikogen, terutama

otot.

Insulin sangat meningkatkan transpor glukosa ke dua jaringan yang

memiliki massa terbesar di dalam tubuh yaitu jaringan otot dan adiposa.

Efek insulin terhadap transpor glukosa ke jaringan lain rendah.

Sedangkan lemak diabsorbsi dalam bentuk triasilgliserol ke

pembuluh limfe. Untuk karbohidrat saat masa kenyang yang menjadi

sumbaer utama adalah glukosa, sebagian diubah menjadi glikogen.

Glikogen ini selanjutnya disimpan dalam otot dan hati. Namun, nasib

triasilgliserol tidak disimpan dalam hati tetapi dikemas dalam protein,

fosfolipid, dan kolesterol dalam bentuk kompleks lipoprotein yang dikenal

sebagi lipoprotein densitas sangan rendah (very low density lipoprotein,

VLDL) yang kemudian disekresikan dalam aliran darah.Di jaringan

adiposa, glukosa diubah dan disimpan dalam bentuk asam lemak.

Sedangkan asam lemak ini dilepaskan dalam kapiler jaringan dan

membentuk triasilgliserol dalam bentuk kilomikron.

Sel darah merah memperoleh energi melalui proses ini.

Glikolisisadalah pengubahan glukosa menjadi piruvat. Di dalam sel darah

merah piruvat dapat di lepaskan secara langsung ke dalam darah atau

diubah menjadi laktat. Energi dari glukosa yang digunakan dalam

anabolisme dan ditranslokasikan ke jaringan diproses melalui glikolisis.

Untuk asam amino, sebagian besar masuk kedalam sel dan

digunakan untuk sintesis protein. Dalam keadaan kenyang asam amino

yang dibebaskan dari pencernaan protein mengalir dari vena porta

hepatika ke hati tempat asam amino tersebut digunakan untuk

menghasilkan energy. Kelebihan asam amino diubah menjadi glukosa

atau triasilgliserol yang dikemas dan disekresikan dalam VLDL. Glukosa

yang dibentuk dari asam amino pada keadaan kenyang yang disimpan

dalam glikogen atau dibebaskan ke dalam darah apabila kadar glukosa

darah rendah. Asam amino yang melewati hati diubah menjadi protein di

jaringan lain.

Page 39: Integrasi Metabolisme

Page 39 of 52

Asam – asam amino memperoleh energy dari siklus krebs, untuk itu asam

amino mempunyai jalur tersendiri dalam memasuki siklus krebs.

Metabolisme glukosa di jaringan lain di antaranya:

1. Otak dan jaringan saraf lain sangat bergantung pada glukosa untuk

memenuhi kebutuhan energinya. Kecuali pada keadaan kelaparan,

glukosa adalah satu-satunya bahan bakar utama yang dibutuhkan

sebanyak 150 gram setiap hari.

2. Sel darah merah hanya dapat menggunakan glukosa sebagai bahan

bakar karena sel ini tidak memiliki mitokondria. Glukosa mengalami

glikolisis di dalam sitoplasma. Hasilnya yaitu piruvat dapat

dilepaskan secara langsung ke dalam darah atau diubah menjadi

laktat kemudikemudian dibebaskan.

3. Otot rangka yang sedang bekerja dapat menggunakan glukosa dari

darah atau dari simpanan glikogennya sendiri, untuk diubah

menjadi laktat melalui glikolisis atau menjadi CO2 dan H2O. Otot

yang sedang bekerja juga menggunakan bahan bakar lain dari

darah, misalnya asam lemak. Setelah makan, glukosa digunakan

oleh otot untuk memulihkan simpanan glikogen yang berkurang

selama otot bekerja.

Page 40: Integrasi Metabolisme

Page 40 of 52

4. Insulin merangsang penyaluran glukosa ke dalam sel-sel adiposa

serta ke dalam sel-sel otot. Adiposit mengoksidasi glukosa untuk

menghasilkan energi, dan sel-sel tersebut juga menggunakan

glukosa sebagai sumber untuk membentuk gugus gliserol pada

triasilgliserol yang mereka simpan

Jalur masuk asam amino ke siklus krebs.

Jalur piruvat, Keluarga Asam Amino 3-C : Alanin, Serin, dan Sistein

diubah menjadi

Piruvat

Jalur Oksaloasetat, merupakan Keluarga 4-C : Aspartat dan

Asparagin diubah

menjadi Oksaloasetat

Jalur α-ketoglutarat, merupakan Keluarga 5-C : Beberapa asam

amino diubah

menjadi α-ketoglutarat melalui glutamate

Page 41: Integrasi Metabolisme

Page 41 of 52

Suksinil-KoA adalah tempat masuk untuk beberapa asam amino non

polar

Jalur aseto-asetil-KoA

Jalur Fumarat.

Protein

Protein dalam makanan dicerna menjadi asam-asam amino, yang

kemudian diserap ke dalam darah. Asam amino mungkin mengalami

oksidasi untuk menghasilkan energi atau digunakan oleh jaringan untuk

biosintesis. Sebagian besar asam amino yang digunakan untuk biosintesis

diubah menjadi protein; sisanya digunakan untuk membentuk bermacam-

macam senyawa bernitrogen, misalnya sebagai neurotransmiter, hormon,

hem, serta basa purin dan pirimidin.

Lemak

Triasilgliserol adalah lemak utama dalam makanan. Bahan ini dicerna

menjadi asam-asam lemak dan 2-monoasilgliserol, yang disintesis ulang

menjadi triasilgliserol di dalam sel epitel usus, kemudian dikemas dalam

kilomikron, dan disekresikan melalui limfe ke dalam darah. Dalam

keadaan kenyang, terbentuk dua jenis lipoprotein, kilomikron dan VLDL.

Fungsi utama kedua lipoprotein ini adalah untuk mengangkut

triasilgliserol dalam darah. Saat lipoprotein masuk ke dalam pembuluh

darah di jaringan adiposa, triasilgliserol yang terdapat di dalamnya

diuraikan menjadi asam lemak dan gliserol. Asam lemak masuk ke dalam

sel adiposa dan bergabung dengan sebuah gugus gliserol yang dibentuk

dari glukosa darah. Triasilgliserol yang terbentuk disimpan sebagai butir-

butir lemak besar di dalam sel adiposa.

Setelah terbentuknya ATP tersebut kemudian ditranslokasikan ke

jaringan – jaringan seuruh tubuh. ATP ini dimanfaatkan untuk segala

aktivitas tubuh, misalnya berlari, bekerja, belajar dan lain sebagainya.

Oleh karena itu, energi yang tersimpan tadi telah habis digunakan.

Sehingga seseorang yang menghabiskan energinya akan terasa lapar.

Page 42: Integrasi Metabolisme

Page 42 of 52

KEADAAN LAPAR

Dalam keadaan lapar metabolisme yang terjadi adalah

katabolisme. Hal tersebut dikarenakan setelah semua nutrien tercerna,

diabsorbsi dan didistribusikan maka akan mempengaruhi kadar gula

darah turun. Keadaan ini jika dibiarkan terlalu lama maka orang yang

kelaparan akan pingsan karena kekurangan suplai O2 ke otak. Oleh karena

itu fasted-state bertujuan untuk mempertahankan konsentrasi glukosa

dalan plasma didalam batas normal sehingga otak dan sel saraf tetap

terpenuhi kebutuhannya.

Berikut merupakan gambar metabolisme pasca absorbtif.

Kadar glukosa darah dipertahankan dengan cara glikogenolisis yaitu

hidrolisis simpanan glikogen di hati dan otot rangka ; lipolisis yaitu

katabolisme triasilgliserol menjadi gliserol dan asam lemak di jaringan

adiposa. Sehingga gliserol yang sampai di hati akan diubah menjadi

glukosa. Serta glukoneogenesis yaitu katabolisme protein menjadi gula.

Pengaturan metabolisme karbohidrat dan lemak pasca

absortif

Glukosa merupakan bahan bakar utama untuk jaringan misalnya

otak dan susunan saraf, serta satu-satunya bahan bakar bagi sel darah

Page 43: Integrasi Metabolisme

Page 43 of 52

merah. Kadar glukosa darah memuncak pada sekitar 1 jam setelah

makan, dua jam setelah makan, kadar kembali ke rantang puasa (antara

80-100 mg/dL) seiring dengan oksidasi atau pengubahan glukosa menjadi

bentuk simpanan bahan bakar oleh jaringan. Penurunan glukosa

menyebabkan penurunan sekresi insulin. Hati merespon terhadap hal ini

dengan memulai degradasi simpanan oksigen dan melepaskan glukosa

dalam darah. Namun, apabila kita terus-terusan berpuasa selama 12 jam,

kita masuk ke status basal yang juga dikenal sebagai keadaan pasca

absorptif. Seseorang umumnya dianggap pada keadaan basal setelah

berpuasa semalam.

Untuk mempertahankan kadar glukosa darah, mekanisme kerja di

dalam hati mulai berfungsi. Selama kelaparan rasio insulin/glukagon

menurun. Sehingga glikogen dihati diuraikan untuk menghasilkan glukosa

darah. Enzim dalam pengurain ini diaktifkan melalui fosforilasi cAMP.

Glukagon tersebut merangsang adenilat siklase untuk membantuk cAMP

sehingga dapat mengaktifkan protein kinase A. Protein kinase A ini

kemudian melakukan fosforilasi trehadap fosforilasi kinaase lalu

mengaktifkan glikogen fosforilase.

Pada awalnya, simpanan glikogen diuraikan untuk memasok

glukosa ke dalam darah, tetapi simpanan ini terbatas. Walaupun kadar

glikogen hati dapat meningkat sampai 200-300 g setelah makan, hanya

sekitar 80 g yang masih tersisia setelah puasa 1 malam. Hati memiliki

mekanisme lain untuk menghasilkan glukosa darah. Proses ini yang

dikenal sebagai glukoneogenesis yang menggunakan sumber-sumber

karbon berupa laktat (glikolisis di dalam sle darah merah), gliserol

(lipolisis triasilgliserol adiposa), dan asam amino (pemecahan protein

otot). Asam lemak tidak dapat menyediakan karbon untuk

glukoneogenesis. Dari simpanan energi makanan triasilgliserol jaringan

adiposa yang berjumlah besar, hanya sebagian kecil terutama gugus

gliserol yang dapat digunakan untuk menghasilkan glukosa dalam darah.

Dalam keadaan lapar, maka jalur metabolisme yang terjadi adalah

glukoneogenesis. Hal ini terjadi akibat adanya enzim glukoneogenik yaitu

fosfoenolpiruvat karboksikinase, fruktosa 1,6 bisfosfatase dan glukosa 6-

Page 44: Integrasi Metabolisme

Page 44 of 52

fosfatase diinduksi. Selama lapar fruktosa 1,6 bisfosfat aktif karena kadar

fruktosa 2,6 bisfosfat rendah. pada masa ini mekanisme glikolisis inaktif

karena kecepatan glikogenase rendah akibat inaktifan piruvat kinase.

Setelah beberapa jam puasa glukoneogenesis mulai menambah

glukosa yang dihasilkan glikogenolisis di hati. Bila puasa berlanjut,

glukoneogenesis menjadi lebih penting sebagai sumber glukosa darah.

Setelah sekitar 30 jam berpuasa, simpanan glikogen hati habis dan

glukoneogenesis menjadi satu-satunya sumber glukosa darah. Pasokan

minimal glukosa mungkin diperlukan dalam jaringan ekstra hepatik untuk

mempertahankan konsentrasi oksaloasetat dan bentukan siklus asam

sitrat.

Selama keadaan lapar, kadar insulin turun dan kadar glukagon

meningkat sehingga kadar cAMP didalam sel adiposa pun meningkat. Hal

ini berakibat protein kinase diaktifkan dan menyebabkan fosforilasi lipase

peka –hormon (HSL). Oleh karena itu enzim ini aktif dan memutuskan asm

lemak dari triasil gliserol.

Page 45: Integrasi Metabolisme

Page 45 of 52

Asam lemak yang dibebaskan dari jaringan adiposa, mengalir dalam

darah dalam bentuk kompleks dengan albumin. Di dalam hati asam lemak

dipindahkan ke dalam mitokondria karena asetil KoA inaktif, kadar malonil

KoA rendah dan karnitin transferase 1 aktif. Oleh karena itu asetil KoA

yang dihasilkan oleh oksidasi beta diubah menjadi badan keton.

Pada saat puasa jangka panjang,/lapar jaringan adipose terus

memecah simpanana triasilgliserolnya, menghasilkan asam lemak dan

gliserol yang dilepaskan ke dalam darah. Asam-asam lemak ini berfungsi

sebagai sumber energy utam abagi tubuh. Gliserol di ubah menjadi

glukosa sementara asam lemak di oksidasi menjadi CO2 dan H2O oleh

jaringan, misalnya otot. Di hati, mereka diubah menjadi badan keton yang

di oksidasi oleh jaringan termasuk otak.

Peran Jaringan Adiposa Selama Puasa

Triasilgliserol merupakan sumber utama energi selama puasa. Sewaktu

kadar insulin menurun dan kadar glukagon darah meningkat, triasilgliserol

adiposa dimobilisasi oleh suatu proses lipolisis. Pemecahannya

menghasilkan gliserol dan asam lemak. Asam lemak berfungsi sebagia

bahan bakar untuk jaringan misalnya otot, ginjal yang mengoksidasinya

menjadi asetil koA dan kemudian menghasilkan energi dalam bentuk ATP.

Sebagian besar asam lemak masuk ke hati diubah menjadi benda keton.

Benda keton ini dapat dioksidasi lebih lanjut oleh jaringan misalnya otot

dan ginjal. Di jaringan tersebut asetoasetat dan beta-hidroksibutirat

diubah menjadi asetil KoA dan kemudian menjadi CO2 dan H2O disertai

pembentukan energi.

Pada intinyam kadar glukosa dipertahankan dalam rentang 80-100

mg/dL dan kadar asam lemak serta benda keton meningkat. Otot

menggunakan asam lemak, benda keton, dan (sewaktu sedang olahraga

dan saat pasokan masih ada) glukosa dari glikogen otot. Banyak jaringan

yang menggunakan campuran asam lemak dan benda keton.

Perubahan Metabolik Selama Puasa Jangka Panjang

Apabila penggunaan bahan bakar yang terjadi selama puasa terus

berlangsung untuk jangka lama, protein tubuh akan cepat dikonsumsi

Page 46: Integrasi Metabolisme

Page 46 of 52

sampai suatu ketika fungsi kritis terganggu. Untungnya, perubahan

metabolik yang terjadi selama puasa tidak menghabiskan protein otot.

Setelah berpuasa 4 sampai 5 hari, otot mengurangi penggunaan benda

keton dan terutama bergantung pada asam-asam lemak untuk memasok

energi. Namun, hati terus mengubah asam lemak menjadi benda keton.

Hasilnya adalah bahwa konsentarsi benda keton dalam darah meningkat.

Otak mulai menyerap benda keton dan mengoksidasinya menjadi,energi.

Glukosa tetap dibutuhkan sebagai sumber energi untuk sel darah

merah dan otak terus menggunakan glukosa dalam jangka waktu

terbatas. Glukosa tersebut dioksidasi menjadi energi dan digunakan

sebagai sumber karbon untuk sintesis neurotransmitter. Namun, glukosa

tetap dihemat penggunaannya sehingga hati lebih sedikit menghasilkan

glukosa selama puasa jangka panjang dibandingkan selama puasa

singkat.

Karena simpanan glikogen dalam hati habis dengan puasa sekitar

30 jam, glukoneogenesis adalah satu-satunya proses yang digunakan hati

untuk memasok glukosa ke dalam darah. Asam amino yang dihasilkan

oleh penguraian protein otot terus berfungsi sebagai sumber utama

karbon untuk glukoneogenesis. Namun, karena kecepatan

glukoneogenesis menurun selama puasa jangka panjang, protein otot juga

dihemat, yakni tidak banyak protein otot yang digunakna untuk proses

glukoneogenesis. Akibatnya, karena produksi glukosa menurun, produksi

urea juga berkurang selama puasa jangka panjang dibandingkan dengan

produksi pada puasa singkat.

Besarnya jumlah jaringan adiposa dalam tubuh kita menjadi

penentu utama seberapa lama kita dapat berpuasa, karena jaringan

adiposa merupakan pasokan energi utama bagi tubuh. Namun, glukosa

masih digunakan dalam tingkat waktu tertentu bahkan selama puasa

jangka panjang. Hal ini menyebabkan kematian walaupun kita mengalami

berbagai masalah, misalnya kehabisan bahan bakar, protein menjadi

sangat kurang sehingga jantung, ginjal dan jaringan vital lainnnya

berhenti berfungsi, atau kita terserang infeksi segingga tidak cukup

mengadakan respon imun.

Page 47: Integrasi Metabolisme

Page 47 of 52

Pengaturan metabolisme protein pasca absorbstif

Selama lapar asam amino dihasilkan dari pemecahan protein di

otot. Sebagian langsung masuk ke darah, sebagian lain mengalami

oksidasi parsial dan diubah menjadi alanin dan glutamin, yang kemudian

masuk ke dalam darah. Di ginjal, glutamin memebebasakan amoniak ke

dalam urine dan diubah menjadi alanin dan serin. Di sel usus, glutamin

diubah menjadi alanin. Alanin (asam amino glukoneogenik utama) dan

asam amino lain masuk ke dalam hati. Di hati, nitrogen pada asam-asam

amino tersebut diubah menjadi urea yang kemudian disekresikan ke

dalam urin, sedangkan karbon pada asam-asam amino tersebut diubah

menjadi glukosa dan badan keton, yang dioksidasi oleh berbagai jaringan

untuk menhasilkan energi.

Protein dalam sel otot akan dihidrolisis menjadi asam amino-asam

amino. Asam amino ini akan mengalami transaminase, pemindahan gugus

amino ke α ketoglutarat menghasilkan glutamate dan asam α keto.

Glutamat ini nantinya akan bereaksi dengan piruvat hasil glikolisis di sel

otot. Reaksi antara glutamat dan piruvat menghasilkan alanin yang dapat

diedarkan melalui darah karena alanin bersifat netral. Setelah itu alanin

Page 48: Integrasi Metabolisme

Page 48 of 52

ini mengalami reaksi kembali di hati. Alanin di hati akan bereaksi dengan

α ketoglutarat menghasilkan glutamate dan piruvat. Glutamate ini akan

mengalami deaminsai menghasilkan α ketoglutarat dan NH4+. NH4

+ di hati

dan masuk ke siklus urea menghasilkan urea.

Urea ini akan dibawa oleh darah ke ginjal dan di ginjal di ubah

menjadi urin. αketoglutarat hasil dari deaminsai tadi akan digunakan

kembali dalam proses transaminasi alanin selanjutnya. Piruvat hasil

transaminasi alanin selanjutnya diubah menjadi glukosa dan dapat

digunakan olek jaringan lain untuk mengasilkan energy.

kelparan dalam jangka waktu yang cukup lama akan menyebabkan

protein semakin berkurang persediaannya sehingga penguraian protein

menurun dan mengakibatkan produksi urea oleh hati juga menurun.

PENGATURAN METABOLISME KARBOHIDRAT DAN LEMAK SELAMA PUASA1

• Mekanisme di Hati yang Berfungsi Mempertahankan Kadar Glukosa

Darah

Selama puasa, rasio insulin/glukagon menurun. Glikogen hati diurai untuk

menghasilkan glukosa darah. Enzim untuk penguraian glikogen diaktifkan

melalui fosforilasi yang diarahkan oleh cAMP. Glukagon merangsang

adenilat siklase untuk membentuk cAMP, yang kemudian mengaktifkan

protein kinase A. Protein kinase A melakukan fosforilasi terhadap

fosforilasi kinase, yang kemudian melakukan fosforilasi dan mengaktifkan

glikogen fosforilase. Protein kinase A juga memfosforilasikan glikogen

sintase. Tetapi, enzim tersebut menjadi inaktif.

• Mekanisme yang mempengaruhi lipolisis di jaringan adiposa

Selama puasa, sewaktu kadar insulin darah turun dan kadar glukagon

meningkat, kadar cAMP di dalam sel adiposa meningkat. Akibatnya,

protein kinase A diaktifkan dan menyebabkan fosforilasi lipase peka

hormon. Enzim bentuk terfosforilasi ini menjadi aktif dan memutuskan

asam lemak dari triasilgliserol.

Page 49: Integrasi Metabolisme

Page 49 of 52

• Mekanisme yang mempengaruhi pembentukan badan keton oleh hati

Setelah dibebaskan dari jaringan adiposa selama puasa, asam lemak

mengalir dalam darah dalam bentuk kompleks dengan albumin. Asam

lemak ini dioksidasi oleh berbagai jaringan, terutama otot. Di hati, asam

lemak dipindahkan ke dalam mitokondria karena asetil KoA karboksilase

inaktif, kadar malonil KoA rendah, dan CPTI aktif. Asetil KoA, yang

dihasilkan oleh oksidasi-β, diubah menjadi badan keton.

SIKLUS ASAM SITRAT1,3

Siklus ini merupakan tahap akhir dari proses metabolisme energi glukosa.

Proses konversi yang terjadi pada siklus asam sitrat berlangsung secara

aerobik di dalam mitokondria dengan bantuan 8 jenis enzim. Inti dari

proses yang terjadi pada siklus ini adalah untuk mengubah 2 atom karbon

yang terikat di dalam molekul Acetyl-CoA menjadi 2 molekul

karbondioksida (CO2), membebaskan koenzim A serta memindahkan

energi yang dihasilkan pada siklus ini ke dalam senyawa NADH, FADH dan

GTP. Selain menghasilkan CO2 dan GTP, dari persamaan reaksi dapat

terlihat bahwa satu putaran Siklus Asam Sitrat juga akan menghasilkan

molekul NADH & molekul FADH . Untuk melanjutkan proses metabolisme

energi, kedua molekul ini kemudian akan diproses kembali secara aerobik

di dalam membran sel mitokondria melalui proses Rantai Transpor

Elektron untuk menghasilkan produk akhir berupa ATP dan air (H2O).

Molekul Acetyl CoA yang merupakan produk akhir dari proses konversi

Pyruvate kemudian akan masuk kedalam Siklus Asam Sitrat. Secara

sederhana persamaan reaksi untuk 1 Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle)

dapat dituliskan :

Acetyl-CoA + oxaloacetate + 3 NAD + GDP + Pi +FAD -->

oxaloacetate + 2 CO + FADH + 3 NADH + 3 H + GTP

Page 50: Integrasi Metabolisme

Page 50 of 52

• Reaksi Anapleorotik

Agar siklus asam trikarboksilat terus berputar, jaringan harus

menyediakan zat antara 4-karbon yang cukup untuk mengganti keluarnya

zat tersebut ke jalur lain, misalnya glukoneogenesis atau sintesis asam

lemak. Di setiap jaringan, jalur metabolic bersilangan dnegan siklus asam

trikarboksilat dan menyebabkan keluarnya zat antara dari siklus, misalnya

sitrat dan malat. Di jaringan saraf, alpha ketoglutarat diubah menjadi

glutamate kemudian menjadi GABA.

Di hati suksinil KoA dikeluarkan untuk sintesis hem. Oksaloasetat

selalu mengalami regenerasi di dalam siklus tersebut. Reaksi yang

menyediakan zat antara 4-karbon kepada sikluas asam trikarboksilat

adalah reaksi anapleorotik atau filling up. Salah satu reaksi anapleorotik

utama adalah perubahan piruvat dan CO2 menjadi oksaloasetat dan

piruvat karboksilase. Enzim ini mengandung biotin. Piruvat karboksilase

banyak ditemukan di hati dan jaringan saraf karena jaringan-jaringan ini

selalu memiliki efluks zat antara yang konstan. Selain itu, piruvat

dehidrogenase ini juga merupakan bagian dari glukoneogenik yang

mampu mengubah alanin dan laktat menjadi glukosa.

BAB IV

SIMPULAN

Selama makan, kita memasukkan karbohidrat, lemak, dan protein

yang kemudian dicerna dan diserap. Sebagian bahan makanan ini

digunakan dalam jalur-jalur yang menghasilkan ATP, untuk memenuhi

kebutuhan energi segera. Kelebihan konsumsi bahan bakar yang melebihi

kebutuhan energi tubuh dibawa ke depot bahan bakar, tempat bahan

tersebut disimpan. Selama periode dari permulaan absorpsi sampai

absorpsi selesai, kita berada dalam keadaan kenyang atau keadaan

absortif.

Karbohidrat dalam makanan dicerna menjadi monosakarida, yang

kemudian diserap masuk ke dalam aliran darah. Monosakarida utama

Page 51: Integrasi Metabolisme

Page 51 of 52

dalam darah adalah glukosa. Setiap kali setelah makan, glukosa dioksidasi

oleh berbagai jaringan untuk membentuk energi dan disimpan sebagai

glikogen, terutama di hati dan otot. Hati juga mengubah glukosa menjadi

triasilgliserol, yang kemudian dikemas sebagai lipoprotein densitas sangat

rendah (VLDL) dan dilepaskan ke dalam darah. Asam-asam lemak VLDL

sebagian digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi sel, tetapi

sebagian besar disimpan sebagai triasilgliserol di jaringan adiposa.

Protein dalam makanan dicerna menadi asam-asam amino, yang

kemudian diserap ke dalam darah. Asam amino mungkin mengalami

oksidasi untuk menghasilkan atau digunakan oleh jaringan untuk

biosintesis. Sebagian asam amino yang digunakan untuk biosintesis

diubah menjadi protein, sisanya digunakan untuk membentuk bermacam-

macam senyawa bernitrogen, misalnya sebagai neurotransmitter,

hormone, hem, serta basa purin dan pirimidin pada DNA dan RNA.

Triasilgliserol adalah lemak utama dalam makanan. Bahan ini

dicerna menjadi asam-asam lemak dan 2-monoasilgliserol yang disintesis

ulang menjadi triasilgliserol di dalam sel epitel usus, kemudian dikemas

dalam kilomikron, dan disekresikan melalui limfe ke dalam darah. Asam-

asam lemak kilomikron dapat mengalami oksidasi untuk membentuk

energi di berbagai jaringan, tetapi sebagian besar disimpan sebagai

triasilgliserol dalam sel-sel adiposa.

THANK’S TO :

Thanks to Allah SWT, Mrs. Yoni Suryani , SU, Mr. Dradjat

Pramiadi, M.Si, Mrs. Evi Yulianti, M.Sc.

DAFTAR PUSTAKA

Murray,Robert K,dkk.2003.Biokimia Harper.Jakarta:EGC.

Smith,Collen M.,dkk.2000.Biokimia Kedokteran Dasar.Jakarta:EGC.

Wirahadikusumah,Muhammad.1985.Biokimia Metabolisme Energi,

Karbohidrat, dan Lipid.Bandung:ITB Press.

Page 52: Integrasi Metabolisme

Page 52 of 52