BAB I

PENDAHULUAN

I. LATAR BELAKANG

Metabolisme (bahasa Yunani: μεταβολισμος, metabolismos, perubahan) adalah

semua reaksi kimia yang terjadi di dalamorganisme, termasuk yang terjadi di tingkat selular.

Secara umum, metabolisme memiliki dua arah lintasan reaksi kimia organik, katabolisme,

yaitu reaksi yang mengurai molekul senyawa organik untuk mendapatkan energi, dan

anabolisme, yaitu reaksi yang merangkai senyawa organik dari molekul-molekul tertentu,

untuk diserap oleh sel tubuh.[1]

Kedua arah lintasan metabolisme diperlukan setiap organisme untuk dapat bertahan hidup.

Arah lintasan metabolisme ditentukan oleh suatu senyawa yang disebut sebagai hormon, dan

dipercepat (dikatalisis) oleh enzim. Pada senyawa organik, penentu arah reaksi kimia

disebut promoter dan penentu percepatan reaksi kimia disebut katalis.

Pada setiap arah metabolisme, reaksi kimiawi melibatkan sejumlah substrat yang bereaksi

dengan dikatalisis enzim pada jenjang-jenjang reaksi guna menghasilkan

senyawa intermediat, yang merupakan substrat pada jenjang reaksi berikutnya.

Keseluruhanpereaksi kimia yang terlibat pada suatu jenjang reaksi

Oleh karena sangat penting untuk bisa mengetahui metabolisme nutrisi, Fed State.

II. Tujuan

1. Mahasiswa mampu menjelaskan maksud dan tujuan proses kerja dan fungsi

metabolisme karbohidrat, lemak dan protein

2. Mahasiswa mampu menjelaskan pembentukan ATP pada metabolisme

karbohidrat, lemak dan protein.

III. Manfaat

Dengan mempelajari metabolisme nutrisi (Fed State) ini, kita bisa mengetahui

fungsi mekanis dan kimiawinya yang terjadi didalam tubuh kita dan juga

meningkatkan kesadaran penulis maupun pembaca, betapa pentingnya

metabolisme yang diciptakan oleh Tuhan Yang Maha Esa, kepada manusia

sebagai makhluknya.

BAB 2

PEMBAHASAN

SKENARIO

THE USUAL SUSPECTS

(sebuah kisah fiksi) Haru (18 tahun) bertekad untuk menjalani resolusi tahun 2015 yaitu

hidup lebih sehat. Untuk itu, ia berusaha memahami zat gizi yang dikonsumsinya, terutama

makronutrien. Berikut dialog dari hati ke hati antara Haru dengan makronutrien.

Haru : Bicaralah dengan jujur, bagaimana usaha kalian membuat hidupku lebih sehat?

Karbohidrat : Haru, aku-lah yang paling kau butuhkan untuk hidup sehat. Aku yang paling

berperan menjadi sumber energimu. Tidak seperti Lemak yang akan membuatmu gemuk, aku

akan berubah menjadi energi yang kaubutuhkan untuk beraktivitas. Tanyakan pada Otot,

Otak, dan Hepar kalau kau tidak percaya. Lemak : Jangan kau percayai perkataan si

Karbohidrat. Tanpa aku, sel-mu akan menderita. Kau akan mudah kedinginan. Lagipula

Karbohidrat sering berubah menjadi aku kalau berlebihan. Tanyakan saja pada Hepar dan

Adiposit.

Protein : Dengarlah mereka berdua yang saling menyalahkan. Dari itu saja kau sudah tahu

bahwa aku yang paling aman. Metabolisme aku bisa berguna untuk semua kebutuhanmu.

Aku bisa menghasilkan ATP, membangun sel, dan bahkan untuk mengangkut si Lemak.

Tanyakan pada semua organ, hahaha….

Karbohidrat : Hai Protein, hanya aku yang metabolisme-nya menghasilkan energi dalam

ATP. Dan kau Lemak, aku muak berdesak-desakan denganmu di dalam darah. Ingat bahwa

Eritrosit dan Otak hanya mau menerima aku.

Lemak : Protein dan Karbohidrat memang ngawur. Aku juga penghasil ATP. Sedangkan

Karbohidrat penghasil laktat yang membuat Haru pegal pegal bukan? Haru : Sudah cukup!!

Aku curiga kalian semua tidak jujur. Lebih baik aku bertanya ke ahlinya saja.

2

STEP 1

1. Adiposit : Suatu jaringan ikat tempat penyimpan lemak dalam bentuk gliserol.

2. ATP : Adenosin Trifosfat, molekul yang sering digunakan untuk transfer

energi.

3. Laktat : Hasil dari proses glikolissi anaerob dan dioksidasi aerob oleh jantung

dan bisa diubam menjadi glukosa atau piruvat yang direduksi NADH dari proses

oksidasi.

4. Karbohidrat : Senyawa organic yang tediri dari karbon, hidrogen, dan oksigen.

5. Lemak : Cadangan energi bagi tubuh.

6. Protein : Asam amino yang diikat oleh peptida.

7. Energi : Kapasitas untuk melakukan kerja atau aktivitas

8. Metabolisme : Rangkaian perubahan kimiawi oleh tubuh yang dibutuhkan untuk

hidup yang terdiri dari katabolisme, anabolisme, dan amplibolisme.

9. Makronutrien : Terdiri dari karbohidrat, lemak, dan protein.

STEP 2

1. Apakah otak dan eritrosit hanya mau menerima karbohidrat ? Mengapa ?

2. Siapa yang menghasilkan energi ?

3. Mengapa laktat dapat membuat pegal ?

4. Apa saja fungsi dari karbohidrat, lemak, dan protein itu sendiri ?

5. Bagaimana mekanisme pembentukan ATP ?

6. Bagaimana proses perubahan karbohidrat menjadi lemak ?

7. Apa yang lebih penting ? Karbohidrat, protein, atau lemak ?

8. Apakah metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak saling berhubungan ?

STEP 3

1. Yang dapat diterima otak dan darah hanya glukosa karena tidak memiliki

mitokondria.

2. Semua dapat menghasilkan energi dengan lemak sebagai sumber energi terbesar dan

karbohidrat sebagai sumber energi utama.

3. Karena adanya fermenttasi asam laktat yang dikarenakan otot yang kekurangan

oksigen.

4. Fungsi Karbohidrat

Penghasil energi / sumber energi utama

3

Transpor aktif

Stimulasi sekresi insulin (Fungsi Insulin : Meningkatkan penyerapan glukosa,

pengatur kadar glukosa darah, dan meningkatkan penyerapan asam lemak dan

asam amino)

Cadangan energi dalam bentuk glikogen di hati

Fungsi Lemak

Cadangan energi

Penghantar panas tubuh / isolator

Suspensi bagi vitamin larut lemak

Penghantar sinyal untuk prostaglandin

Fungsi Protein

Pembentukan sel-sel baru dan memperbaiki sel-sel yang rusak

Pengangkut lemak

Kontraksi otot

5.

6. Glukosa Asetil KoA Lemak (disimpan di jaringan adipose)

(Proses lipogenesis)

7. Tidak boleh mengonsumsi salah satu saja karena masing-masing memiliki fungsinya.

8. Metabolisme protein, karbohidrat, dan lemak itu saling berhubungan

STEP 4

4

STEP 5

1. Metabolime Karbohidrat

2. Metabolisme Protein

3. Metabolisme Lemak

4. Fungsi dari Karbohidrat, Protein dan Lemak

5. Fungsi Insulin

STEP 6

Pada tahap belajar mandiri ini kami akan mencari dan mempelajari learning objectives

menggunakan referensi yang terpercaya untuk mencapai kejelasan. Belajar mandiri ini

diwajibkan bagi seluruh anggota kelompok.

5

STEP 7

Learning Objective I

Metabolisme Karbohidrat

A. Glikolisis

Semua enzim glikolisis ditemukan di sitosol. Persamaan keseluruhan untuk glikolisis dari

glukosa menjadi laktat adalah sebagai berikut:

Glukosa + 2 ADP + 2 Pi → 2 Laktat + 2 ATP + 2H2O

Glukosa di fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat yang dikatalisis oleh heksokinase

dengan menggunakan ATP sebagai donor fosfat. Fosforilasi ini dianggap bersifat

ireversibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produknya, yaitu glukosa 6-

fosfat.

6

Di jaringan selain hati, ketersediaan glukosa untuk glikolisis dikontrol oleh transport

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 hati.

Sel hati juga mengandung glukokinasi, untuk mengeluarkan glukosa dari darah

setelah makan dan menghasilkan glukosa 6-fosfat yang melebihi kebutuhan untuk

glikolisis, yang digunakan untuk sintesis glikogen dan lipogenesis.

Senyawa diubah menjadi fruktosa 6-fosfat oleh fosfoheksosa isomerasi yang

melibatkan suatu isomerisasi aldose-ketosa. Reaksi ini diikuti oleh fosforilasi lain

yang dikatalisis oleh enzim fosfofruktokinase untuk membentuk fruktosa 1,6-bifosfat.

Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah oleh aldolase menjadi dua triosa fosfat, gliseraldehida 3-

fosfat dan dihidroksiaseton fosfat. Gliseraldehida 3-fosfat dan dihidrokiaseton fosfat

dapat saling terkonversi oleh enzim fosfotriosa isomerase.

Berlanjut gliseraldehida 3-fosfat menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Enzim yang

mengatalisis reaksi oksidasi ini, gliseraldehida 3-fosfat dehydrogenase, bersifat

dependen-NAD.

Fosfat dipindahkan dari 1,3-bifosfogliserat ke ADP membentuk ATP dan 3-

fosfogliserat, yang dikatalisis oleh fosfogliserat kinase.

3-fosfogliserat menjadi 2-fosfogliserat oleh fosfogliserat mutase.

Langkah berikutnya dikatalisis oleh enolase dan melibatkan suatu dehidrasi yang

membentuk fosfoenolpiruvat. Enolase dihambat oleh fluiroda.

Fosfat pada fosfoenolpiruvat dipindahkan ke ADP oleh piruvat kinase untuk

membentuk dua molekul ATP per satu molekul glukosa yang dioksidasi.

Pada kondisi anaerob, piruvat direduksi oleh NADH menjadi laktat yang dikatalisis

oleh laktat dehydrogenase.

Pada keadaan aerob, piruvat diserap ke dalam mitokondria, dan setelah menjalani

dekarboksilasi oksidatif menjadi asetil KoA, dioksidasi menjadi CO2 oleh siklus asam

sitrat.

7

b. Oksidasi Piruvat

Jalur ini merupakan jalur yang menghubungkan antara reaksi glikolisis dengan

siklus asam sitrat. Merupakan suatu jalur konversi untuk merubah glukosa menjadi asam

lemak, triasilgliserol atau lemak yang lain, atau sebaliknya dari senyawa bukan glukosa

menjadi glukosa (glukoneogenesis).

Reaksi pada jalur ini dikatalis oleh sekelompok enzim yang bekerja sama secara

berurutan (sekuensial) yang secara kolektif disebut piruvat dehidrogenase kompleks.

Enzim ini terletak di mitokondria sehingga menyebabkan reaksi ini berlangsung di

mitokondria.

Di dalam mitokondria, piruvat mengalami dekarboksilasi oksidatif oleh enzim

piruvat dehidrogenase menjadi tiamin difosfat yang terikat enzim. Tiamin difosfat ini

kemudian bereaksi dengan lipoamida teroksidasi pada enzim dihidrolipoil transamilase

untuk membentuk asetil lipoamida. Selanjutnya asetil lipoamida akan bereaksi dengan

koenzim A untuk membentuk Asetil-KoA dan lipoamida tereduksi. Lipoamida tereduksi

ini akan direoksidasi oleh suatu flavoprotein dihidrolipoil dehidrogenase.

8

c. Siklus Asam Sitrat

Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat diuraikan sebagai berikut:

1. Kondensasi awal asetil KoA dengan oksaloasetat membentuk sitrat, dikatalisir

oleh enzim sitrat sintase menyebabkan sintesis ikatan karbon ke karbon di antara

atom karbon metil pada asetil KoA dengan atom karbon karbonil pada

oksaloasetat. Reaksi kondensasi, yang membentuk sitril KoA, diikuti oleh

hidrolisis ikatan tioester KoA yang disertai dengan hilangnya energi bebas dalam

bentuk panas dalam jumlah besar, memastikan reaksi tersebut selesai dengan

sempurna.

Asetil KoA + Oksaloasetat + H2O Sitrat + KoA

2. Sitrat dikonversi menjadi isositrat oleh enzim akonitase (akonitat hidratase)

yang mengandung besi Fe2+ dalam bentuk protein besi-sulfur (Fe:S). Konversi ini

berlangsung dalam 2 tahap, yaitu: dehidrasi menjadi sis-akonitat, yang

sebagian di antaranya terikat pada enzim dan rehidrasi menjadi isositrat.

Reaksi tersebut dihambat oleh fluoroasetat yang dalam bentuk fluoroasetil KoA

mengadakan kondensasi dengan oksaloasetat untuk membentuk fluorositrat.

Senyawa terakhir ini menghambat akonitase sehingga menimbulkan penumpukan

sitrat.

3. Isositrat mengalami dehidrogenasi membentuk oksalosuksinat dengan adanya

enzim isositrat dehidrogenase. Di antara enzim ini ada yang spesifik NAD+,

hanya ditemukan di dalam mitokondria. Dua enzim lainnya bersifat spesifik

NADP+ dan masing-masing secara berurutan dijumpai di dalam mitokondria serta

sitosol. Oksidasi terkait rantai respirasi terhadap isositrat berlangsung hampir

sempurna melalui enzim yang bergantung NAD+.

Isositrat + NAD+ Oksalosuksinat –ketoglutarat + CO2 + NADH + H+

(terikat enzim)

Kemudian terjadi dekarboksilasi menjadi –ketoglutarat yang juga dikatalisir

oleh enzim isositrat dehidrogenase. Mn2+ atau Mg2+ merupakan komponen

9

H2OH2O

IsositratSis-akonitat(terikat enzim)

Sitrat

penting reaksi dekarboksilasi. Oksalosuksinat tampaknya akan tetap terikat pada

enzim sebagai intermediate dalam keseluruhan reaksi.

4. Selanjutnya –ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif melalui cara

yang sama dengan dekarboksilasi oksidatif piruvat, dengan kedua substrat berupa

asam –keto.

–ketoglutarat + NAD+ + KoA Suksinil KoA + CO2 + NADH + H+

Reaksi tersebut yang dikatalisir oleh kompleks –ketoglutarat dehidrogenase,

juga memerlukan kofaktor yang idenstik dengan kompleks piruvat dehidrogenase,

contohnya TDP, lipoat, NAD+, FAD serta KoA, dan menghasilkan pembentukan

suksinil KoA (tioester berenergi tinggi). Arsenit menghambat reaksi di atas

sehingga menyebabkan penumpukan –ketoglutarat.

5. Tahap selanjutnya terjadi perubahan suksinil KoA menjadi suksinat dengan

adanya peran enzim suksinat tiokinase (suksinil KoA sintetase).

Suksinil KoA + Pi + ADP Suksinat + ATP + KoA

Dalam siklus asam sitrat, reaksi ini adalah satu-satunya contoh pembentukan

fosfat berenergi tinggi pada tingkatan substrat dan terjadi karena pelepasan energi

bebas dari dekarboksilasi oksidatif –ketoglutarat cukup memadai untuk

menghasilkan ikatan berenergi tinggi disamping pembentukan NADH (setara

dengan 3P.

6. Suksinat dimetabolisir lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi yang diikuti oleh

penambahan air dan kemudian oleh dehidrogenasi lebih lanjut yang menghasilkan

kembali oksaloasetat.

Suksinat + FAD Fumarat + FADH2

Reaksi dehidrogenasi pertama dikatalisir oleh enzim suksinat dehidrogenase

yang terikat pada permukaan dalam membrane interna mitokondria, berbeda

dengan enzim-enzim lain yang ditemukan pada matriks. Reaksi ini adalah satu-

satunya reaksi dehidrogenasi dalam siklus asam sitrat yang melibatkan

pemindahan langsung atom hydrogen dari substrat kepada flavoprotein tanpa

peran NAD+. Enzim ini mengandung FAD dan protein besi-sulfur (Fe:S).

Fumarat terbentuk sebagai hasil dehidrogenasi. Fumarase (fumarat hidratase)

mengkatalisir penambahan air pada fumarat untuk menghasilkan malat.

Fumarat + H2O L-malat

10

Enzim fumarase juga mengkatalisir penambahan unsure-unsur air kepada ikatan

rangkap fumarat dalam konfigurasi trans.

Malat dikonversikan menjadi oksaloasetat dengan katalisator berupa enzim

malat dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+.

L-Malat + NAD+ oksaloasetat + NADH + H+

Enzim-enzim dalam siklus asam sitrat, kecuali alfa ketoglutarat dan suksinat

dehidrogenase juga ditemukan di luar mitokondria. Meskipun dapat mengkatalisir

reaksi serupa, sebagian enzim tersebut, misalnya malat dehidrogenase pada

kenyataannya mungkin bukan merupakan protein yang sama seperti enzim

mitokondria yang mempunyai nama sama (dengan kata lain enzim tersebut

merupakan isoenzim).

Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat

Pada proses oksidasi yang dikatalisir enzim dehidrogenase, 3 molekul NADH dan

1 FADH2 akan dihasilkan untuk setiap molekul asetil-KoA yang dikatabolisir

dalam siklus asam sitrat. Dalam hal ini sejumlah ekuivalen pereduksi akan

dipindahkan ke rantai respirasi dalam membrane interna mitokondria (lihat

kembali gambar tentang siklus ini).

Selama melintasi rantai respirasi tersebut, ekuivalen pereduksi NADH

menghasilkan 3 ikatan fosfat berenergi tinggi melalui esterifikasi ADP menjadi

ATP dalam proses fosforilasi oksidatif. Namun demikian FADH2 hanya

menghasilkan 2 ikatan fosfat berenergi tinggi. Fosfat berenergi tinggi selanjutnya

akan dihasilkan pada tingkat siklus itu sendiri (pada tingkat substrat) pada saat

suksinil KoA diubah menjadi suksinat.

Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah:

1. Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P = 9P

2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P = 2P

3. Pada tingkat substrat = 1P

Jumlah = 12P

Satu siklus Kreb’s akan menghasilkan energi 3P + 3P + 1P + 2P + 3P = 12P.

Kalau kita hubungkan jalur glikolisis, oksidasi piruvat dan siklus Kreb’s, akan

dapat kita hitung bahwa 1 mol glukosa jika dibakar sempurna (aerob) akan

menghasilkan energi dengan rincian sebagai berikut:

11

1. Glikolisis : 8P

2. Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P

3. Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P

Jumlah : 38P

d. 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, misalnya untuk berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika jumlah glukosa melampaui kebutuhan, maka dirangkai menjadi glikogen untuk cadangan makanan melalui proses glikogenesis. Glikogen merupakan simpanan karbohidrat dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan. Glikogen terdapat didalam hati (sampai 6%) dan otot jarang melampaui jumlah 1%. 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 adalah sumber heksosa untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati adalah simpanan sumber heksosa untuk dikirim keluar guna mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras. Tetapi glikogen otot hanya terkuras setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut:

12

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)

13

4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi

14

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

5. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.

UDPGlc + (C6)n UDP + (C6)n+1

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.

E. GlikogenolisisJika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis. Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 14 glikogen untuk menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 16.

(C6)n + Pi (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat Glikogen Glikogen

Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 16 terpajan. Hidrolisis ikatan 16 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung.

Proton bergerak kembali ke dalam matriks melalui suatu protein transmembran

spesial, simpanan energy pada gradient elektrokimia ini digunakan untuk

mensintesis ATP.

15

Learning Objective II

Metabolisme Protein

Protein dimetabolisme dalam bentuk asam amino. Asam amino terbagi dua, yaitu asam

amino esensial dan non esensial. Asam amino yang esensial, berarti yang tidak dapat

dihasilkan oleh tubuh. Sehingga, tubuh membutuhkan asupan dari makanan yang dikonsumsi

untuk memenuhi kebutuhan asam amino yang esensial. Sedangkan, asam amino yang non

esensial berarti asam amino tersebut dapat dihasilkan oleh tubuh (Harper, 2012).

Untuk asam amino yang tidak dihasilkan oleh tubuh, maka dibutuhkan sebuah sintesis

asam amino. Sintesis asam amino berlangsung dalam dua tahap, yaitu transkripsi dan

translasi. Transkripsi merupakan sintesis asam amino yang berupa penerjemahan. Sedangkan

translasi berarti mencetak kodon. Tubuh kita merupakan system yang diatur oleh

neurohormonal. Ketik tubuh kekurangan substrat, maka asam amino akan dikodekan sesuai

dengan substrat yang dibutuhkan.

Untuk asam amino yang berasal dari luar tubuh, maka harus mengalami metabolisme

setelah diabsorbsi. Metabolisme asam amino mengalami transaminase dan deaminasi asam

amino.

a. Transaminasi Asam Amino

Transaminasi asam amino merupakan proses dimana suatu gugus amino dipindahkan,

reaksi ini akan menghasilkan asam amino yang terkait ditambah α-Ketoglutarat.

Dibantu oleh enzim transaminase.

b. Deaminasi Asam Amino

Ketika asam amino berlebih dari kebutuhan, maka akan terjadi deaminasi asam amino

dan membentuk urea yang diangkut ke ginjal untuk diekskresikan.

Learning Objective III

Metabolisme Lemak

a) Lipogenesis

Pada prinsipnya sintesa asam lemak adalah penggandengan asetil-koA (2C)

satu dengan dengan yang lain sehingga dengan demikian dapat dipahami mengapa

asam lemak yang ada di alam hampir semuanya mempunyai jumlah atom C

16

genap. Asetil-koA yang digunakan sebagian besar berasal dari karbohidrat lewat

jalur glikolisis dan oksidasi piruvat. Selain dari karbohidrat, Asetil-koA dapat pula

diperoleh dari protein baik yang glukogenik lewat metabolisme karbohidrat,

maupun yang langsung berupa asam amino yang ketogenik. Terjadi apabila

kelebihan masukan kalori, baik karbohidrat, lemak, maupun protein.

Ada 2 cara sintesa asam lemak, yaitu:

1. Sistem mitokondria

2. Sistem ekstra mitokondria atau sistem sitoplasma

Dari kedua cara tersebut yang lebih sering digunakan dan merupakan sintesa asam

lemak yang sebenarnya, dalam arti mulai dari awal (asetil-koA) dan disebut

sintesa asam lemak “DE NOVO”, adalah sistem ekstra mitokondria.

o Sintesa Asam Lemak Sistem Mitokondria

Sintesa asam lemak dengan sistem ini sebenarnya hanya merupakan sistem untuk

memperpanjang asam lemak yang sudah ada, atau untuk memperpendek rantai

asam lemak atau dengan kata lain untuk konversi dari satu asam lemak ke jenis

asam lemak yang lain. Lebih sering digunakan untuk mensintesa asam lemak tidak

jenuh atau “Unnaturated Fatty Acid” (UFA) dengan cara memperpanjang asam

lemak yang sudah ada disertai desaturasi.

Sebagai bahan olahan bagi sistem ini umumnya asam palmitat (16C) atau asam

lemak tidak jenuh yang ada didalam tubuh dalam rangka sintesa eikosa-poil-enoat

(eikosa=asam lemak dengan 20 C).

Pada prinsipnya sistem ini merupakan kebalikan dari jalur oksidasi beta, enzimnya

pun sama dengan enzim-enzim dari jalur oksidasi beta, kecuali enzim tiolase pada

jalur oksidasi beta, pada sintesa asam lemak sistem mitokondria ini diganti oleh

enzim enoil-koA reduktase.

Pada tahap awal sintesa asetil-koA sebagai bahan dasarnya dikaitkan kepada SH

dari ACP dari salah satu sub unit (I), kemudian ditransfer ke grup sisteinil sub unit

yang lain (II). Selanjutnya malonil ko-A hasil karboksilasi asetil-koA yang lain

dikaitkan kepada ACP subunit I, selanjutnya terjadi kondensasi antara aetil-koA

dan malonil-koA dengan melepaskan grup karboksilnya malonil-koA→CO2 dan

sebagai hasilnya terbentuklah asam α-keto yang terdiri atas 4C dan menempel

pada ACP fosfo panteteinil. Selanjutnya rangkaian reaksi mereduksi keto menjadi

asil (4C) selanjutnya menjadi alkohol. (Murray, 2012: 204-207)

17

b) Oksidasi β asam lemak

Molekul asam lemak didegradasi dalam mitokondria dengan melepaskan dua

segmen karbon secara bertahap dalam bentuk asetilkoenzim A. Untuk setiap

molekul asetil-koA yang dipecahkan dari asam lemak, total 4 atom hidrogen

dilepaskan. Keempat atom hidrogen itu kemudian dioksidasi dalam mitokondria

untuk membentuk sejumlah besar adenosin trifosfat (ATP). Molekul asetil-koA

dibentuk melalui oksidasi beta asam lemak di dalam mitokondria segera masuk ke

dalam siklus asam sitrat.

Learning Objective IV

Fungsi Karbohidrat, Protein & Lemak

1. Karbohidrat

Fungsi :

1. Sumber energi yang utama

2. Membentuk perangkat kontraksi otot

3. Transpor ion

4. Sebagai sumber energi dari sel otak dan eritrosit

2. Potein

Fungsi :

1. Transmisi syaraf, dari biosintesis perforin

2. Sitoskeleton, memepertahan bentuk dan integritas fisik sel

3. Membentuk perangkat kontraksi otot

18

4. Hemoglobin pengangkut O2

5. Antibodi dalam darah

6. Replikasi dan menterjemahkan DNA

3. Lemak

Fungsi :

1. Sumber energi terbesar

2. Insulator panas

3. Melindungi organ organ dalam

4. Melarutkan vitamin, A,D,E,K

Learning Objective V

Fungsi Insulin

- Terhadap Metabolisme Karbohidrat

o Insulin menghambat fosforilase hati, yaitu enzim utama yang

menyebabkan terpecahnya glikogen hati menjadi glukosa. Keadaan ini

mencegah pemecahan glikogen yang sudah tersimpan di sel-sel hati.

o Insulin meningkatkan ambilan glukosa dari darah oleh sel-sel hati.

Keadaan ini terjadi dengan meningkatkan aktivitas enzim glukokinase,

yang merupakan salah satu enzim yang menyebabkan timbulnya fosforilasi

awal dari glukosa setelah glukosa berdifusi ke dalam sel-sel hati. Begitu

difosforilasi, glukosa terperangkap sementara di dalam sel-sel hati, sebab

glukosa yang sudah terfosforilasi tadi tidak dapat berdifusi kembali

melewati membrane sel.

o Insulin juga meningkatkan aktivitas enzim-enzim yang meningkatkan

sintesis glikogen, termasuk enzim glikogen sintetase, yang bertanggung

jawab untuk polimerisasi unit-unit monosakarida untuk membentuk

molekul glikogen.

19

- Terhadap Metabolisme Lemak

o Insulin menghambat kerja lipase peka-hormon. Enzim inilah yang

menyebabkan hidrolisis trigliserida yang sudah disimpan dalam sel-sel

lemak. Oleh karena itu, pelepasan asam lemak dari jaringan adipose ke

dalam sirkulasi darah akan terhambat

o Insulin meningkatkan pengangkutan glukosa melalui membrane sel ke

dalam sel-sel lemak dengan cara yang sama seperti insulin meningkatkan

pengangkutan glukosa ke dalam sel-sel otot. Sebagian glukosa ini lalu

dipakai untuk mensintesis sedikit asam lemak, namun yang lebih penting

adalah, glukosa ini dipakai untuk membentuk sejumlah besar α-gliserol

fosfat. Zat ini menyediakan gliserol yang akan berikatan dengan asam

lemak untuk membentuk trigliserida yang merupakan bentuk lemak yang

disimpan dalam sel-sel adipose. Oleh karena itu, bila tidak ada insulin

bahkan penyimpanan sejumlah besar asam lemak yang diangkut dari hati

dalam bentuk lipoprotein hamper terhambat.

- Terhadap Metabolisme Protein

o Insulin merangsang pengangkutan sejumlah besar asam amino ke dalam

sel. Di antara asam amino yang banyak diangkut adalah valin, leusin,

isoleusin, tirosin, dan fenilalanin. Jadi, insulin bersama-sama dengan

hormone pertumbuhan mempunyai kemampuan untuk meningkatkan

ambilan asam amino ke dalam sel. Akan tetapi, asam amino yang

dipengaruhi pada dasarnya tidak harus asam-asam amino yang sama.

o Insulin meningkatkan tranlasi RNA messenger, sehingga terbentuk protein

baru. Dengan cara yang belum dapat dijelaskan, insulin dapat

“menyalakan” mesin ribosom. Bila tidak ada insulin, ribosom akan

berhenti bekerja, hampir seakan-akan insulin melakukan mekanisme kerja

“mati-hidup”

o Sesudah melewati periode waktu yang lebih lama, insulin juga

meningkatkan kecepatan transkripsi rangkaian genetic DNA yang terpilih

di dalam inti sel, sehingga menyebabkan peningkatan jumlah RNA dan

beberapa sintesis protein lagi—terutama mengaktifkan sejumlah besar

enzim untuk penyimpanan karbohidrat, lemak, dan protein.

20

o Insulin menghambat proses katabolisme protein sehingga akan

mengurangi kecepatan pelepasan asam amino dari sel, khususnya dari sel-

sel otot. Hal ini diduga akibat dari kemampuan insulin untuk mengurangi

pemecahan protein yang normal oleh lisosom sel.

o Didalam sel hati, insulin menekan kecepatan glukoneogenesis. Hal ini

terjadi dengan cara mengurangi aktivitas enzim yang memacu

glukoneogenesis. Karena zat yang terbanyak dipergunakan untuk sintesis

glukosa melalui proses glukoneogenesis adalah asam amino plasma,

proses penekanan glukoneogenesis ini akan menghemat pemakaian asam

amino dari cadangan protein dalam tubuh.

BAB III

PENUTUP

Kesimpulan

Setelah dicerna dan diabsorbsi dalam usus, zat – zat makanan seperti karbohidrat,

lemak dan protein dalam bentuk sederhananya akan dibawa ke sel – sel untuk diproses lebih

lanjut. Zat – zat tersebut akan diproses untuk mendapatkan energi, namun tidak semuanya

akan diproses. Sebagian dari zat – zat tersebut akan disimpan sebagai cadangan energi,

sebagian lagi yang tidak dibutuhkan akan diekskresikan. Pengaturan proses metabolisme ini

melibatkan hormon – hormon penting terutama insulin dan glukagon yang disekresikan oleh

pankreas

Kritik dan Saran

Mengingat masih banyaknya kekurangan dari kelompok kami, baik dari segi diskusi

kelompok maupun penulisan, oleh karena itu kami sangat mengharapkan kritik dan saran

yang membangun dari dosen-dosen yang bertindak sebagai tutor, dosen yang berkompeten di

21

bidang ini, dari teman-teman angkatan 2014 dan dari berbagai pihak demi kesempurnaan

laporan ini.

DAFTAR PUSTAKA

Guyton, A.C. & Hall, J.E. (2008). Buku Ajar Fisiologi Kedokteran (Ed. 12). Jakarta : EGC

Murray, R.K., Bender, D.A., Botham, K.A., Kennely, P.J., Rodwell, V.W. & Weil, P.A.

(2014). Biokimia Harper (Ed. 29). Jakarta : EGC

22