Metabolisme Karbohidrat, Protein, dan LemakFelicia Ananda Baeha Waruwu102011410Mahasiswa Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana

PendahuluanUntuk bisa manusia melakukan aktivitas, manusia harus mempunyai energi dalam tubuhnya untuk melakukan kerja. Tanpa energi, manusia bisa merasa lemas, sehingga aktivitas yang dilakukannya tidak maksimal. Energi dapat diperoleh dari makanan dan minuman yang kita konsumsi sehari-hari. Lapar adalah keadaan dimana ketika tubuh merasakan suatu keinginan untuk makan. Ketika seseorang tidak bisa memenuhi kebutuhannya akan makanan untuk sumber energi, maka yang terjadi adalah keadaan tubuh yang lemah dan tak bertenaga. Seperti kasus dari skenario B, Seorang pengemis laki-laki berusia 50 tahun, duduk lemas disebuah terminal. Saat ditanya ternyata orang tersebut kelaparan karena belum makan dari kemarin. Dari sekenario, pengemis ini mengalami rasa lemas karena tidak ada ATP yang terbentuk dalam siklus tubuhnya. Dalam tubuh kita ada tiga macam metabolisme yang berfungsi untuk menghasilkan energi yaitu karbohidrat, lemak, dan protein. Jika tubuh tidak menerima asupan makanan, maka metabolisme ini tidak dapat terjadi, sehingga tidak ATP ataupun energi yang dapat dibentuk tubuh. Tinjauan PustakaDalam tubuh manusia terdapat tiga macam sistem metabolisme utama yaitu karbohidrat, lemak, dan protein. Tujuan dari metabolisme ini adalah untuk memecah karbohidrat, lemak, dan protein menjadi bagian-bagian yang lebih sederhana dan mudah diserap oleh tubuh. Karbohidrat atau Hidrat arang adalah suatu zat gizi yang fungsi utamanya sebagai penghasil energi, dimana setiap gramnya menghasilkan 4 kalori. Walaupun lemak menghasilkan energi lebih besar, namun karbohidrat lebih banyak di konsumsi sehari-hari sebagai bahan makanan pokok, terutama pada negara sedang berkembang. Di negara sedang berkembang karbohidrat dikonsumsi sekitar 70-80% dari total kalori, bahkan pada daerah-daerah miskin bisa mencapai 90%. Sedangkan pada negara maju karbohidrat dikonsumsi hanya sekitar 40-60%. Hal ini disebabkan sumber bahan makanan yang mengandung karbohidrat lebih murah harganya dibandingkan sumber bahan makanan kaya lemak maupun protein. Karbohidrat banyak ditemukan pada serealia (beras, gandum, jagung, kentang dan sebagainya), serta pada biji-bijian yang tersebar luas di alam.1 Karbohidrat adalah senyawa organik yang mengandung atom karbon, hidrogen dan oksigen. Karbohidrat akan dioksidasi di dalam tubuh menjadi energi dan panas. Karbondioksida dan air adalah hasil akhir dari oksidasi karbohidrat dan akan diekresikan lewat paru-paru dan ginjal. Karbohidrat yang akan diserap tubuh berbentuk monosakarida (glukosa, fruktosa, dan galaktosa). Sebelum terbentuk monosakarida, bentuk awal karbohidrat adalah disakarida (maltosa, laktosa, sukrosa, dan trehalosa). Sukrosa akan dipecah menjadi glukosa dan fruktosa, maltosa dipecah menjadi glukosa dan glukosa, laktosa dipecah menjadi glukosa dan galaktosa. Polisakarida, yaitu karbohidrat yang memiliki struktur yang kompleks. Yang tergolong dalam golongan ini adalah pati, dekstrin, glikogen, selulosa, dsb. Pati dapat kita temukan dalam keseharian kita, yaitu dalam bentuk simpanan bagi tumbuh-tumbuhan seperti padi. Dekstrin merupakan pemecahan zat tepung, sedangkan selulosa adalah bagian serat dalam bahan-bahan makanan yang berasal dari tumbuhan. Glikogen merupakan simpanan karbohidrat dalam tubuh manusia. Karbohidrat bisa didapat dari sumber bahan makanan yang alami dan sintesis. Glukosa bisa didapatkan dari buah, terutama anggur. Frukstosa yang juga disebut gula buah berasal dari madu dan buah-buahan. Sukrosa adalah gula berasal dari gula dapur yang sering kita pakai dirumah. Laktosa bisa didapatkan pada susu. Maltosa dapat ditemukan di gandum dan bir. Galaktosa tidak ditemukan di bahan makanan, tapi adalah sebagai hasil dari pemecahan laktosa. Karbohidrat sintesis adalah karbohidrat yang dihasilkan oleh pabrik, contohnya adalah sirup jagung. Metabolisme dari karbohidrat juga diatur oleh beberapa macam hormon, yaitu insulin, glukagon, adrenalin, dan hormon pertumbuhan.2,3Karbohidrat dalam perjalanannya akan melewati beberapa tahapan metabolisme glukosa, metabolisme glikogen, dan proses glukoneogenesis. Sebenarnya ada satu macam proses metabolisme karbohidrat lain yaitu metabolisme heksosa, asam uronat, dan gula amin. Namun, metabolisme yang berhubungan dengan kasus adalah metabolisme dari glukosa dan glikogen. Karbohidrat yang ada dalam makanan sebagian besar adalah suatu polimer heksosa, diantaranya yang paling penting adalah glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Produk utama pencernaan karbohidrat dan gula adalah glukosa. Selama reaksi-reaksi glikolisis ini berjalan, banyak energi bebas yang akan dihasilkan dan disimpan dalam bentuk ATP. Glukosa mula-mula akan dikatalisis menjadi glukosa 6 fosfat oleh enzim heksokinase dan glukokinase. Heksokinase adalah enzim yang aktif di semua sel dan memiliki Km (untu menetapkan jumlah substrat yang hendak dugunakan pada suatu pemeriksaan enzim) yang kecil, sehingga afinitas terhadap glukosa besar. Kerja dari heksokinase tidak dipengaruhi oleh insulin karena heksokinase berfungsi untu menyediakan glukosa jaringan. Glukokinase adalah enzim yang bekerja di hepar dan pulau langerhans dengan Km yang besar, sehingga afinitas terhadap glukosa kecil. Glukokinase akan ditingkatkan oleh kerja dari insulin, sehingga fungsi utama dari glukokinase adalah untuk menyingkirkan glukosa dari darah. Proses ini memerlukan ATP. Setelah itu glukosa 6 fosfat akan diubah menjadi fruktosa 6 fosfat oleh enzim fosfoglukoisomerase. Fruktosa 6 fosfat akan diubah menjadi fruktosa 1,6 bifosfat oleh enzim fosfofruktokinase dan proses ini juga memerlukan 1 ATP. Fruktosa 1,6 bifosfat akan dikatalisa oleh enzim aldolase menjadi DAHP dan gliseraldehid 3 fosfat. DAHP akan diubah legi menjadi gliseraldehid 3 fosfat oleh aldolase, sehingga akan dihasilkan 2 buah molekul gliseraldehid 3 fosfat. Dua molekul gliseraldehid 3 fosfat dikatalisa oleh enzim gliseraldehid 3 fosfat DH menjadi 1,3 bifosfogliserat. Proses ini akan menghasilkan 6 ATP. 1,3 bifosfogliserat akan diubah menjadi 3 fosfogliserat oleh fosfogliserat kinase dan dihasilkan 1 ATP. 3 fosfogliserat akan diubah menjadi 2 fosfogliserat oleh enzim mutase. 2 fosfogliserat akan diubah menjadi PEP (Phospo Enol Piruvat) oleh enolase. PEP oleh piruvat kinase akan dikatalisa menjadi enol piruvat dan dihasilkan 1 ATP. Setelah itu melalui reaksi spontan enol piruvat akan diubah menjadi keto piruvat. Pada keseluruhan proses ini akan dihasilkan 8 ATP. 4,5

Gambar 1. Siklus Embden Meyerhof (EM)6

Selanjutnya piruvat akan masuk kedalam tahap siklus asam sitrat, dimana sebelumnya piruvat akan diubah menjadi asetil koA. Piruvat akan dikatalisa oleh enzim piruvat DH menjadi asetil koA. Asetil koA inilah yang akan masuk ke dalam tahap asam sitrat dan akan dihasilkan 6 ATP. Asetil koA oleh sitrat sintase menjadi sitrat. Sitrat akan diubah menjadi isositrat oleh akonitase. Namun reaksi in bisa dihambat oleh enzim fluoroasetat. Isositrat akan dikatalisa oleh isositrat DH menjadi -ketoglutaratdan dihasilkan 3 ATP. -ketoglutarat diubah menjadi suksinil koA oleh -ketoglutarat DH yang juga akan hasilkan 3 ATP. Pada reaksi ini juga terdapat enzim inhibitornya yaitu arsenat. Suksinil koA oleh suksinat tiokinase diubah menjadi suksinat dan akan hasilkan 1 ATP. Suksinat oleh suksinat DH akan diubah menjadi fumarat dan hasilkan 2 ATP. Pada reaksi ini juga terdapat enzim inhibitornya yaitu malonat yang bekerja sebagai inhibitor kompetitif. Fumarat oleh fumarase akan diubah menjadi malat. Akhirnya malat akan diubah menjadi oksaloasetat oleh malat DH dan dihasilkan 3 ATP.4,5

Gambar 2. Siklus Asam Sitrat7

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. 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.4,5Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut, 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. 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. Glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kearah kanan persamaan reaksi1. 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 GlikogenResidu 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.2. 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.

Daftar Pustaka1. Murray R K, Granner D K, Mayes P, Rodwell V W. Biokimia Harper Edisi 25. Jakarta : Penerbit Buku Kedokteran EGC. 2003.h. 152-216.2. Buku gizi inggris3. Djaeni A. Ilmu Gizi. Jakarta : IKAPI. 2008.h.31-2214. Ganong WF, Widjajakusumah HMD (editor). Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi 20. Jakarta : Penerbit Buku Kedokteran EGC ; 2003.5. Lehninger AL, Thenawidjaja M (editor). Dasar-dasar biokimia. Jakarta : Penerbit Erlangga ; 2006.6. Medicinesia. Sistem respirasi: asam basa, bioenergetika, dan toksisitas oksigen. 24 Juni 2011. Diunduh dari http://www.medicinesia.com, 23 Oktober 2011.7. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Citric_acid_cycle_with_aconitate_2.svg