Senyawa Makronutrien

1. Karbohidrat

Karbohidrat terdiri atas unsur-unsur Carbon (C) , hidrogen (H), dan oksigen (O).1

Sumber

Sumber makanan yang mengandung karbohidrat adalah makanan-makanan

pokok seperti nasi, umbi-umbian dan makanan yang mengandung ekstrak tepung,

seperti sagu. Kacang- kacangan juga mengandung karbohidrat, namunn tidak dapat

dikonsumsi dalam jumlah besar. Bahan makanan hewani pada umumnya hanya

sedikit sekali kandungan karbohidratnya, dan kalaupun ada, terdapat dalam bentuk

glikogen. Diantara semua jenis sayuran yang dapat dikonsumsi daun singkong dan

daun ubi adalah yang tinggi kandungan karbohidratnya. Sukun dan nangka muda,

adalah buah yang mengandung karbohidrat. Makanan seperti agar-agar dan jelly tidak

mengandung karbohidrat1

Jenis-jenis karbohidrat

Karbohidrat yang terasa manis, biasanya disebut gula (sakar) molekul dasar

dari karbohidrat disebut monosakarida. Dua monosakarida yang saling terikat disebut

disakarida dan tiga monosakarida yang saling terikat disebut trisakarida. Ikatan yang

terdiri dari lebih dari tiga monosakarida disebut polisakarida. Karbohidrat yang

terdapat dalam makanan pada umumnya hanya tiga jenis yaitu monosakarida,

disakarida, polisakarida. Monosakarida dan disakarida terasa manis, sedangkan

polisakarida terasa tawar. Didalam makanan terdapat dua jenis polisakarida, yang

dapat dicerna ialah amilum dan dekstrin sedangkan yang tidak dapat dicerna adalah

selulosa, pentosan, dan galaktan. Karbohidrat yang terdapat pada hewan berbentuk

glikogen, tidak ada karbohidrat pada hewani yang tidak dapat dikonsumsi manusia.

Beberapa jenis monosakarida yaitu glukoksa, fruktosa, dan galaktosa. Ikatan antara

glukosa dengan fruktosa akan menghasilkan disakarida bernama sukrosa, ikatan

antara glukosa dan galaktosa akan menghasilkan disakarida bernama laktosa, dan

ikatan antara glukosa dan glukosa akan menghasilkan disakarida yang bernama

maltosa. Jenis-jenis karbohidrat inilah yang diperlukan oleh tubuh.1

Fungsi.

Fungsi utama karbohidrat didalam tubuh manusia adalah sebagai salah satu

sumber energi. Setiap 1 gram karbohidrat menghasilkan 4 kalori. Karbohidrat yang

tidak dapat dicerna seperti selulosa, galaktan, dan pentosan berfungsi memberikan

volume kepada isi usus dan memudahkan pembuangan tinja (defekasi). Penyakit yang

dapat timbul jika kekurangan karbohidrat adalah KKP (Kurang Kalori dan Protein) ,

PEM (Protein Energy Malnutrition), dan PCM (Protein Calori Malnutrition).

Sedangkan penyakit yang dapat timbul bila terlalu banyak karbohidrat adalah

Diabetes Melitus dan Lactose Intolerance.1

2. Protein

Molekul protein mengandung unsur C, H, O dan N (Nitrogen). Protein sangat

penting untuk tubuh manusia dan semua proses kimia di dalamnya.1

Sumber

Makanan yang menjadi sumber protein ada dua jenis yaitu hewani dan nabati.

Sumber protein hewani adalah daging, hati, babat (gaster), jeroan, kerang, udang,

telur, dan susu. Sedangkan sumber protein nabati adalah, kedelai, kacang hijau,

kacang tanah, jagung, terigu, kelapa, daun singkong, dan singkong. Namun dari

semua makanan diatas jenis makanan kacang-kacangan adalah jenis makanan yang

paling tinggi kandungan proteinnya.1

Jenis-jenis protein.

Berdasarkan fungsinya, protein dapat dibagi menjadi tiga kelompok,2 yaitu:

a. Protein lengkap (complete protein), yang berfungsi untuk pertumbuhan,

penggantian jaringan yang rusak dan aus, dan untuk keperluan lain seperti

pembentukan enzim, hormon, antibodi serta energi jika diperlukan. Telur dan

susu merupakan contoh protein lengkapyang mengandung seluruh asam amino

esensial dengan jumlah yang mencukupi kebutuhan bagi pertumbuhan.2

b. Protein setengah lengkap (half-complete protein), memiliki semua fungsi

seperti protein lengkap di atas kecuali fungsi untuk pertumbuhan karena asam-

asam amino yang dikandungnya tidak cukup bagi pembentukan jaringan tubuh

yang baru. Contohnya adalah makanan sumber protein hewani lainnya selain

telur dan susu seperti daging, ikan serta ayam.2

c. Protein tidak lengkap (incomplete protein), merupakan protein yang

umumnya merupakan jenis-jenis makanan sumber protein nabati seperti

kacang-kacangan dan biji-bijian atau sereal. Jenis protein ini tidak dapat

digunakan untuk pertumbuhan dan penggantian jaringan rusak/aus. Contohnya

beras (yang kurang mengandung asam amino lisin) dapat digabungkan dengan

kedelai (yang kurang mengandung metionin).2

Fungsi protein.

Fungsi protein di dalam tubuh sangat erat hubungannya dengan hayat hidup

sel. Dapat dikatakan bahwa setiap gerak hidup sel selalu bersangkkutan dengan

fungsi protein. Fungsi utama protein adalah sebagai zat pembangun selain itu,

proteiin juga berfungsi dalam pertumbuhan dan pemeliharaan jaringan,

menggantikan sel-sel yang mati dan aus terpakai, sebagai protein struktural.

Protein juga berfungsi sebagai mekanisme pertahanan tubuh melawan berbagai

mikroba dan zat toksik lain yang datang dari luar dan masuk kedalam tubuh.

Protein juga mengatur proses-proses metabolisme dalam bentuk enzim dan

hormon (semua reaksi kimia dalam tubuh). Protein juga merupukan salah satu

sumber energi. Dalam bentuk kromosom, protein berfungsi dalam menyimpan dan

meneruskan sifat-sifat keturunan dalam bentuk gen. Karena fungsi protein yang

sangat banyak inilah maka protein sangat diperlukan olah tubuh. Penyakit yang

akan timbul bila kekurangan protein akan dibagi menjadi dua yaitu: (1)

berdasarkan defisiensi protein, biasanya terjadi bersamaan dengan defisiensi

energi, karena setelah tubuh kekurangan energi, maka tubuh akan menjadikan

seluruh protein sebagai sumber energi, sehingga kebutuhan akan protein selain

energi menjadi tidak terpenuhi. (2) berdasarkan kelainan sintesa serta metabolisme

protein. Salah satu penyakit akibat defisiensi kalori yang menyebabkan defisiensi

protein adalah marasmus. Namun apabila terjadi defisiensi protein tapi kebutuhan

proteinnya tidak terpenuhi, maka penyakit yang akan timbul adalah kwashiokor.

Kebanyakan kasus gizi buruk yang terjadi adalah gabungan dari keduanya.

Penderita akan mengalami perut yang membesar karena pembengkakan.1

3. Lemak

Lemak atau lipid (lemak dalam plasma darah) merupakan substansi atau zat

dengan rumus bangun yang beragam. Unsur C, H, dan O dalam rumus bangunnya

membuat nutrien ini dapat dijadikan sebagai sumber energi.1

Sumber

Minyak nabati seperti minyak kelapa sawit, kelapa, kacang tanah, kacang

kedelai, jagung, margarin, mentega, lemak daging hewan, dan ayam merupakan

sumber utama lemak. Selain itu, kacang-kacangan, biji-bijian, krim, susu, keju, dan

kuning telur serta makanan berlemak atau bersantan juga sebagai sumber lemak.

Sayur dan buah umumnya sedikit mengandung lemak, kecuali kelapa dan alpukat.1

Jenis-jenis Lemak

Lemak yang ada pada makanan maupun tubuh dapat diklasifikasikan menjadi

tiga kelompok utama: trigliserida (triasilgliserol), kolesterol dan fosfolipid.

Trigliserida merupakan bentuk lemak yang terdapat paling banyak di dalam makanan

maupun tubuh kita. Bentuk lemak yang disimpan dalam jaringan lemak atau gajih

(jaringan adiposa) di dalam tubuh kita adalah trigliserida, dan sebagian besar makanan

kita berasal dari hewan juga terdiri atas trigliserida.1

Kolesterol merupakan salah satu jenis lemak dengan inti sterol berbentuk

cincin yang mengandung atom karbon, hidrogen, dan oksigen. Setiap senyawa dengan

sterol ini memiliki gugus samping yang unik yang melekat pada inti tersebut. Selain

kolesterol, substansi lain yang tergolong ke dalam senyawa sterol adalah hormon

seks, hormon korteks adrenal, vitamin D, dan asam empedu. Kolesterol di dalam

tubuh kita dapat memberikan inti sterol yang digunakan untuk membuat senyawa

yang penting tersebut. Dalam tubuh, kolesterol juga terdapat di dalam membran sel

dan selubung mielin saraf. Kolesterol dalam makanan terdapat pada semua jenis

makanan yang berasal dari hewan kecuali putih telur.1

Fosfolipid tidak begitu banyak dibicarakan orang sebagaimana halnya dengan

trigliserida dan kolesterol. Rumus bangun fosfolipid hampir menyerupai trigliserida,

yaitu terdiri atas gliserol dan asam lemak. Perbedaannya adalah bahwa trigliserida

memiliki gliserol dengan tiga asam lemak sedangkan fosfolipid memiliki molekul

gliserol dengan dua asam lemak sementara sam lemak yang ketiga digantikan oleh

molekul kolin atau senyawa yang mengandung nitrogen lainnya. Fosfolipid memiliki

banyak fungsi vital dalam tubuh. Senyawa ini menjaga agar lemak selalu tersuspensi

di dalam plasma darah dan cairan tubuh lainnya.1

Fungsi lemak

1. Bahan bakar metabolik untuk memberikan energi kepada sel-sel tubuh

2. Komponen struktural membran sel

3. Komponen pembentukan isolator untuk mengurangi kehilangan panas tubuh dan

meredam dampak benturan pada organ tubuh

4. Komponen pembentukan hormon (fungsi endokrin) dan vitamin

Senyawa Mikronutrien

1. Mineral dan air

Terdapat sekitar 19 macam dalam tubuh. Dari jumlah tersebut hanya sekitar 13

yang esensial untuk kehidupan dan kesehatan. Jumlah mineral tersebut dapat berubah

sesuai hasil penemuan baru. Mineral di dalam tubuh manusia terdiri dari kalsium,

khlor, yodium, besi, magnesium, phospor, kalium, fluor, mangan, nikel, selenium,

silikon, dan seng.3

Sumber

Mineral berasal dari dalam tanah. Tanaman yang ditanam di atas tanah akan

menyerap mineral yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan kemudian disimpan

dalam akar, batang, daun, bunga, dan buah. Hewan makan tanaman dan akan

menyimpan mineral dalam tubuhnya. Manusia memperoleh mineral melalui konsumsi

pangan nabati hewani.3

Jenis-jenis Mineral

Mineral digolongkan dalam makro mineral dan mikro mineral. Mineral makro

adalah mineral yang dibutuhkan tubuh lebih dari 100 mg sehari, misalnya kalsium,

khlor, magnesium, kalium, natrium, dan belerang. Sedangkan mineral mikro adalah

mineral yang dibutuhkan kurang dari 100 mg sehari, seperti tembaga, fluor, besi,

iodium, mangan, cobalt, dan seng.2

Fungsi mineral

Mineral di dalam tubuh secara umum memiliki fungsi sebagai berikut:

1. Sebagai bahan pembentuk bermacam-macam jaringan tubuh, seperti tulang dan

gigi (Ca dan P), rambut, kuku, dan kulit (S) serta sel darah merah (Fe); kalsium

dan phospor merupakan mineral yang terbanyak dalam tubuh;2

2. Memelihara keseimbangan asam dan basa di dalam tubuh melalui penggunaan Cl,

P, S sebagai pembentuk asam dan Ca, Fe, Mg, K, serta Na sebagai pembentuk

basa.4

3. Mengatalisis reaksi yang bertalian dengan pemecahan karbohidrat, lemak, protein

maupun mengatalisis pembentukan lemak dan protein tubuh;5

4. Merupakan komponen hormon dan enzim, misalnya mineral Fe merupakan

komponen cytochom oksidase dan Cu merupakan komponen enzim tyrosinase

maupun pembentukan antibodi;3

5. Membantu dalam pengiriman isyarat saraf ke seluruh tubuh (Ca, K, dan Na);4

6. Mengatur proses pembekuan darah (Ca)4

2. Vitamin

Vitamin adalah zat gizi terakhir yang ditemukan oleh para ilmuwan, semula,

karbohidrat, protein, mineral, dan lemak dianggap cukup untuk pertumbuhan dan

perkembangan manusia. Namun pada kenyataannya para tahanan jaman dahulu masih

terserang penyakit beri-beri meskipun kandungan keempat gizi tersebut sudah

dipenuhi. Setelah diketahui, bahwa ternyata ada suatu kandungan yang diperlukan

oleh tubuh, dalam jumlah yang sangat sedikit, yang tidak bisa disintesa di dalam

tubuh, sehingga harus didatangkan dari luar. Zat gizi yang ini diberi nama Vitamine,

karena pada awalnya dianggap sebagai suatu ikatan amine karena adanya ikatan N

yang erat kaitannya dengan asam amino. Namun seiring dengan penelitian lebih

lanjut, maka disepakati bahwa vitamine tidak hanya saja dan selalu berikatan N,

namun juga bisa berbeda. Maka dari itu nama vitamine dirasakan kurang sesuai dan

disesuaikan dengan menghilangkan huruf e di dalamnya sehingga menjadi Vitamin.3

Fungsi

Fungsi vitamin secara umum erat kaitannya dengan enzim. Enzim berfungsi

menjalankan dan mengatur reaksi-reaksi biokimiawi dalam tubuh.

Jenis

Jenis-jenis vitamin:

Vitamin yang larut dalam lemak

1. Vitamin A

Vitamin A berfungsi dalam proses penglihatan , proses pertumbuhan,

permeabilitas membran, pertumbuhan gigi,dan produksi hormon

steroid.1

Vitamin A terdapat dalam makanan-makanan seperti: hati sapi, wortel,

daun singkong, daun melinjo, ubi merah, mangga, dan bayam.1

Kekurangan akan vitamin A menyebabkan penyakit xeropthalmia serta

kelainan kulit.1

2. Vitamin D

Terdapat dalam minyak ikan dan susu. Vitamin D juga terdapat pada

sinar matahari, sehingga vitamin D sangat didapat. 1

Vitamin D berfungsi untuk sintesa kolesterol dibawah kulit.1

Kekurangan vitamin D dapat menyebabkan penyakit rakhitis. Yaitu

penyakit akibat kurang terkena sinar matahari.1

3. Vitamin E

vitamin E merupakan antioksidan alami, vitamin E juga menjaga daya

tahan tubuh, dan memperlambat proses penuaan.3

Makanan yang merupakan sumber vitamin E adalah semua jenis biji-

bijian.2

Kekurangan vitamin E tidak mengakibatkan penyakit apapun, namun,

karena fungsi vitamin E yang meringankan gejala sakit, maka vitamin

E sangat penting bagi tubuh manusia.2

4. Vitamin K

Vitamin K berfungsi untuk proses pembekuan darah.

Vitamin K didapat dari sumber makanan seperti susu, kuning telur,

sayuran segar

Bila tubuh kekurangan vitamin k, maka, saat terjadi luka, darah sukar

membeku.

Vitamin yang tidak larut dalam lemak

1. Riboflavin

2. Tiamin

3. Niasin

4. Vitamin B6

5. Asam pantotenat

6. Biotin

7. Folasin

8. Vitamin B12

Hormon

Insulin

Insulin menghasilkan empat efek yang menurunkan kadar gula darah dan penyimpanan

karbohidrat:

1.      Insulin mempermudah masuknya glukosa ke dalam sebagian sel. Molekul glukosa

tidak mudah menembus membran sel tanya adanya insulin. Dengan demikian, sebagian

besar jaringan sangat bergantung pada insulin untuk menyerap glukosa dari darah dan

menggunakannya. Insulin meningkatkan mekanisme difusi terfasilitasi (dengan

perantaraan pembawa) glukosa ke dalam sel – sel tergantung insulin tersebut melalui

fenomena transporter recruitment. Glukosa dapat masuk ke dalam sel hanya melalui

pembawa di membran plasma yang dikenal sebagai glucose transporter (pengangkutan

glukosa). Sel – sel tergantung insulin memiliki simpanan pengangkut glukosa intrasel.

Pengangkut – pengangkut tersebut diinsersikan ke dalam membran plasma sebagai

respons terhadap peningkatan sekresi insulin sehingga terjadi peningkatan pengangkutan

glukosa ke dalam sel. Apabila sekresi insulin berkurang, pengangkut – pengangkut

tersebut sebagian ditarik dari membran sel dan dikembalikan ke simpanan sel. Beberapa

jaringan yang tidak begantung pada insulin untuk menyerap glukosa dalah otak, otot yang

aktif dan hati.3

2.      Insulin merangsang glikogenesis, pembentukkan glikogen dari glukosa baik di otot

maupun di hati.

3.      Insulin menghambat glikogenolisis, penguraian glikogen menjadi glukosa. Dengan

menghambat pengeluaran glikogen, insulin meningkatkan penyimpanan karbohidrat dan

menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati.4

4.      Insulin menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati dengan menghambat

glukogenesis, perubahan asam amino menjadi glukosa di hati. Insulin melakukan hal ini

melalui dua cara yaitu dengan menurunkan jumlah asam amino di dalam darah yang

tersedia bagi hati untuk glukogenogenesis dan menghambat enzim – enzim hati yang

diperlukan untuk mengubah asam amino menjadi glukosa.

Insulin adalah satu – satunya hormon yang mampu menurunkan kadar glukosa darah.

 

 

Kerja insulin terhadap penurunan kadar lemak darah dan penyimpanan trigliserida terdiri

dari:

1.      Membentuk jalan masuk asam lemak dari darah ke sel jaringan adipose.

2.      Meningkatkan transport glukosa ke sel jaringan adipose. Glukosa merupakan precursor

dari pembentukan asam lemak dan gliserol, yang merupakan komponen utama dalam sintesis

trigliserida.

3.      Mengaktifkan reaksi kimia yang sangat membutuhkan asam lemak dan glukosa dalam

pembentukan trigliseral.

4.      Menghambat lipolisis, mengurangi pengeluaran asam lemak dari jaringan adipose ke

darah.

Secara garis besar, kerja dari insulin adalah pengambilan asam lemak dan glukosa dari

darah dan menyimpannya dalam bentuk trigliserida.5

 

Insulin menurunkan kadar asam amino dalam darah dan mengaktifkan sintesis protein

melalui beberapa cara:

1.      Insulin mempromosikan transport aktif asam amino dari darah ke otot dan jaringan lain.

2.      Meningkatkan penggabungan asam amino menjadi protein dengan menstimulasi

mekanisme sintesis protein di sel.

3.      Menghambat degradasi protein.

Secara garis besar insulin berfungsi sebagai efek sintesis protein.

 

Mekanisme kerja / sifat insulin adalah meningkatkan pemasukkan glukosa melalui membran

sel otot rangka, otot polos dan otot jantung serta tidak pada sel epitel usus, tubulus ginjal, dan

jaringan saraf ( kecuali daerah tertentu di hipotalamus ).

 

Glucagon

Glucagon mempengaruhi beberapa proses metabolisme yang sama dengan insulin,

namun dalam beberapa kasus kerja dari glucagon berlawanan dengan kerja dari insulin.

Tempat utama dari kerja glucagon adalah di hati, dimana glucagon menghasilkan beberapa

efek terhadap metabolisme karbohidrat, lemak, dan protein.3

            Inti dari efek glucagon terhadap metabolisme karbohidrat adalah meningkatkan

produksi glukosa hati dan meningkatkan pengeluaran dan kadar gula darah. Glucagon

menghasilkan efek hiperglikemik dengan meningkatkan sintesis glikogen, membantu

glikogenolisis, dan menstimulus glikoneogenesis.

            Glucagon membantu produksi keton hati dengan membantu perubahan asam lemak

menjadi badan keton. Kadar asam lemak dan keton darah meningkat karena kerja dari

glucagon.

            Glucagon menghambat sintesis protein hati dan membantu pemecahan protein hati.

Glukagon juga membantu katabolisme protein dalam hati, namun tidak mempengaruhi kadar

asam amino dalam darah karena tempat utama penyimpanan asam amino di otot.4

 

Epinefrin, cortisol, hormon pertumbuhan dan hormon tiroid juga memiliki efek metabolik.

Hormone stress, epinefrin dan cortisol, keduanya meningkatkan kadar gula dan asam

lemak darah melalui beberapa efek metabolisme. Sebagai tambahan, cortisol mengerahkan

asam amino melalui katabolisme protein. Selama masa kelaparan yang panjang, cortisol juga

membantu menjaga konsentrasi kadar gula darah.

            Growth hormon mempunyai efek anabolisme protein di otot. GH dapat meningkatkan

kadar gula dan asam lemak darah. Tidur nynyak, stress, olahraga, dan hipoglikemia dapat

menstimulus sekresi GH, untuk menyediakan asam lemak sebagai energy dan glukosa untuk

otak. GH seperti kortisol, mengatur kadar gula darah saat kelaparan.5

            Walaupun hormon tiroid meningkatkan ukuran metabolisme dan aksi anabolisme,

katabolisme, perubahan dalam sekresi hormone tiroid tidak berpengaruh dalam pengaturan

homeostasis. Alasannya control dari hormone tiroid tidak secara langsung berpengaruh dalam

menjaga kadar nutrisi darah. Kedua, pengaruh dari hormon tiroid terlalu lambat

dibanding pengaturan yang cepat oleh pengatur kadar nutrisi darah yang normal.3

Metabolisme

Jalur metabolisme dibagi menjadi 3 :

1. Katabolik : Untuk proses pemecahan molekul besar, oksidasi, ekivalen pereduksi, dan

terutama produksi ATP, bersifat eksotermik

2. Anabolik : terlibat dalam proses sintesis senyawa kompleks dari prekurosr nya ( misal

Asam Amino menjadi Protein ), bersifat endotermik

3. Amfibolik : Terjadi di persilangan metabolisme yang menghubungkan jalur Katabolik

dan Anabolik. Misal : Siklus Asam Sitrat

Metabolisme berjalan normal bila : Tubuh dapat beradaptasi saat lapar, latihan fisik,

kehamilan, dan laktasi. Abnormal misal karena defisiensi nutrisi, enzim, sekresi hormonal

pengatur metabolisme tidak normal, efek racun / obat.6

Metabolisme Karbohidrat

Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk monosakarida. Energi

yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP). Glukosa merupakan karbohidrat terpenting.

Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke

dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua

bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar

metabolik utama bagi jaringan mamalia (kecuali hewan pemamah biak) dan bahan bakar

Karbohidrat Protein Lipid

Gula sederhana (terutama glukosa) Asam amino Asam lemak + gliserol+

gliserol

Asetil KoA

Siklus asam sitrat

2H ATP

2CO2

Pencernaan dan absorpsi

Katabolisme

universal bagi janin. Unsur ini diubah menjadi karbohidrat lain dengan fungsi sangat 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.

Sifat diet atau makanan menentukan pola dasar metabolisme di dalam tubuh.

Mamalia, termasuk manusia harus memproses hasil penyerapan produk-produk pencernaan

karbohidrat, lipid dan protein dari makanan. Secara berurutan, produk-produk ini terutama

adalah glukosa, asam lemak serta gliserol dan asam amino. Semua produk hasil pencernaan

diproses melalui lintasan metaboliknya masing-masing menjadi suatu produk umum yaitu

Asetil KoA, yang kemudian akan dioksidasi secara sempurna melalui siklus asam sitrat.6

Ilustrasi skematis dari lintasan metabolik dasar

Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai katabolisme

maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis,

glikogenolisis serta glukoneogenesis.

Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut:

1. Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat

jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

2. Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini

dihasilkan energi berupa ATP.

3. Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini

dihasilkan energi berupa ATP.

4. Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak

dipecah, melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen). Glikogen

ini disimpan di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas

penyimpanan glikogen sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan

lipid sebagai cadangan energi jangka panjang.

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

menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasi

piruvat sampai dengan siklus asam sitrat.

6. Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun juga habis, maka sumber

energi non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan

glukoneogenesis (pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus

diubah menjadi glukosa baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh

energi.

Glikolisis

Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses

pemecahan glukosa menjadi:

1. asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)

2. asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)

Glikolisis merupakan jalur utama metabolisme glukosa agar terbentuk asam piruvat, dan

selanjutnya asetil-KoA untuk dioksidasi dalam siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Selain itu

glikolisis juga menjadi lintasan utama metabolisme fruktosa dan galaktosa.

Keseluruhan persamaan reaksi untuk glikolisis yang menghasilkan laktat adalah:

Glukosa + 2ADP +2Pi 2L(+)-Laktat +2ATP +2H2O

Kesimpulan:

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

Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

- hasil tingkat substrat :+ 4P

- hasil oksidasi respirasi :+ 6P

- jumlah :+10P

- dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P

+ 8P

Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:

- hasil tingkat substrat :+ 4P

- hasil oksidasi respirasi :+ 0P

- jumlah :+ 4P

- dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P

+ 2P

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.6

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.6

Glikogenolisis

Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk

mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis.

Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak

demikian. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim

fosforilase. Enzim ini spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 14 glikogen untuk

menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul

glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang lebih ada 4 buah residu glukosa yang

tersisa pada tiap sisi cabang 16.

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

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

Glikogen Glikogen

Glukosa 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.6

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis terjadi jika sumber energi dari karbohidrat tidak tersedia lagi. Maka tubuh

adalah menggunakan lemak sebagai sumber energi. Jika lemak juga tak tersedia, barulah

memecah protein untuk energi yang sesungguhnya protein berperan pokok sebagai

pembangun tubuh. Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan

glukosa dari senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein. Secara

ringkas, jalur glukoneogenesis dari bahan lipid maupun protein dijelaskan sebagai berikut:

1. Lipid terpecah menjadi komponen penyusunnya yaitu asam lemak dan gliserol. Asam

lemak dapat dioksidasi menjadi asetil KoA. Selanjutnya asetil KoA masuk dalam siklus

Kreb’s. Sementara itu gliserol masuk dalam jalur glikolisis.

Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan

Metabolisme Asam Amino

Jalur metabolik utama dari asam amino

Jalur metabolik utama dari asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari

pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati. Kedua,

pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan ketiga adalah katabolisme asam amino

menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil

sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.

Jalur-jalur metabolik utama asam amino

Katabolisme asam amino

Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan atau

terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan

asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino

memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat

toksik bagi tubuh.6

Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:

1. Transaminasi

Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat menghasilkan glutamat

atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat

2. Deaminasi oksidatif

Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion ammonium

Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam

sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.

Tempat-tempat

masuknya asam

amino ke dalam

sikulus asam

sitrat untuk

produksi energi

Sintesis asam amino

Semua jaringan memiliki kemampuan untuk men-sintesis asam amino non esensial,

melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino menjadi

asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Tetapi, hati merupakan tempat

utama metabolisme nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari

asam amino dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea. Rangka

karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi

asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam amino

dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta glukogenik

dan ketogenik.

Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur

produksi piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-ketoglutarat atau oksaloasetat.

Semua asam amino ini merupakan prekursor untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis.

Semua asam amino kecuali lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin

adalah asam amino yang semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat

asetil KoA atau asetoasetil KoA

Sekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin, triptofan, dan

tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya, seharusnya kita kenal bahwa ada 3

kemungkinan penggunaan asam amino. Selama keadaan kelaparan pengurangan rangka

karbon digunakan untuk menghasilkan energi, dengan proses oksidasi menjadi CO2 dan H2O.

Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada

di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino esensial.

Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam amino ini

dinamakan asam amino non-esensial.

Asam amino

non-esensial

Alanine, Asparagine, Aspartate, Cysteine, Glutamate, Glutamine,

Glycine, Proline, Serine, Tyrosine

Asam amino

esensial

Arginine*, Histidine, Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine*,

Phenylalanine*, Threonine, Tyrptophan, Valine

Metabolisme Lipid

Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan

gliserol. Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak

mengalami esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida

sebagai cadangan energi jangka panjang. Jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari

karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi, baik asam lemak dari diet maupun jika harus

memecah cadangan trigliserida jaringan. Proses pemecahan trigliserida ini dinamakan

lipolisis.6

Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA.

Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil

KoA dari jalur inipun akan masuk ke dalam siklus asam sitrat sehingga dihasilkan energi. Di

sisi lain, jika kebutuhan energi sudah mencukupi, asetil KoA dapat mengalami lipogenesis

menjadi asam lemak dan selanjutnya dapat disimpan sebagai trigliserida.

Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami

kolesterogenesis menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis

membentuk steroid. Asetil KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi

menghasilkan badan-badan keton (aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini

dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat menyebabkan gangguan keseimbangan

asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik. Keadaan ini dapat menyebabkan kematian.

Ikhtisar metabolisme lipid

Metabolisme gliserol

Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. Gliserol ini

selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap awal,

gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat. Selanjutnya

senyawa ini masuk ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu

produk antara dalam jalur glikolisis.

Reaksi-reaksi kimia dalam metabolisme gliserol

+ ATP

H2OCO2

ATP

Siklus asam sitrat

Oksidasi betaLipogenesis

LipolisisEsterifikasi

Asetil-KoA

Trigliserida

Asam lemak

ProteinKarbohidratLipid

Diet

Ketogenesis

Kolesterogenesis

Steroidogenesis

Steroid

Asetonhidroksi butirat

Aseto asetat

Kolesterol

Gliserol

Oksidasi asam lemak (oksidasi beta)

Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan

oksidasi beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan

terlebih dahulu menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak

diaktifkan dengan dikatalisir oleh enzim asil-KoA sintetase (Tiokinase).

Aktivasi asam lemak menjadi asil KoA

Asam lemak bebas (FFA) pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang.

Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut:

Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim

tiokinase.

Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil

transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin.

Setelah menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna

mitokondria.

Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang

bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar.

Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan

dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna

mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan.

Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses

oksidasi beta.

Dalam oksidasi beta, asam lemak masuk ke dalam rangkaian siklus dengan 5 tahapan proses

dan pada setiap proses, diangkat 2 atom C dengan hasil akhir berupa asetil KoA. Selanjutnya

asetil KoA masuk ke dalam siklus asam sitrat. Dalam proses oksidasi ini, karbon β asam

lemak dioksidasi menjadi keton.

Aktivasi asam lemak, oksidasi beta dan siklus asam sitrat

Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu menjadi

asil-KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. (-2P)

Setelah berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan

sebagai berikut:

1. Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi

dengan menghasilkan energi 2P (+2P)

2. delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA

3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai

respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P)

4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA yang telah

kehilangan 2 atom C.

Dalam satu oksidasi beta dihasilkan energi 2P dan 3P sehingga total energi satu kali oksidasi

beta adalah 5P. Karena pada umumnya asam lemak memiliki banyak atom C, maka asil-KoA

yang masih ada akan mengalami oksidasi beta kembali dan kehilangan lagi 2 atom C karena

membentuk asetil KoA. Demikian seterusnya hingga hasil yang terakhir adalah 2 asetil-KoA.

Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat.

Penghitungan energi hasil metabolisme lipid

Dari uraian di atas kita bisa menghitung energi yang dihasilkan oleh oksidasi beta suatu asam

lemak. Misalnya tersedia sebuah asam lemak dengan 10 atom C, maka kita memerlukan

energi 2 ATP untuk aktivasi, dan energi yang di hasilkan oleh oksidasi beta adalah 10 dibagi

2 dikurangi 1, yaitu 4 kali oksidasi beta, berarti hasilnya adalah 4 x 5 = 20 ATP. Karena asam

lemak memiliki 10 atom C, maka asetil-KoA yang terbentuk adalah 5 buah. Setiap asetil-

KoA akan masuk ke dalam siklus Kreb’s yang masing-masing akan menghasilkan 12 ATP,

sehingga totalnya adalah 5 X 12 ATP = 60 ATP. Dengan demikian sebuah asam lemak

dengan 10 atom C, akan dimetabolisir dengan hasil -2 ATP (untuk aktivasi) + 20 ATP (hasil

oksidasi beta) + 60 ATP (hasil siklus Kreb’s) = 78 ATP. Sebagian dari asetil-KoA akan

berubah menjadi asetoasetat, selanjutnya asetoasetat berubah menjadi hidroksi butirat dan

aseton. Aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton dikenal sebagai badan-badan keton. Proses

perubahan asetil-KoA menjadi benda-benda keton dinamakan ketogenesis.

Sebagian dari asetil KoA dapat diubah menjadi kolesterol (prosesnya dinamakan

kolesterogenesis) yang selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan untuk disintesis menjadi

steroid (prosesnya dinamakan steroidogenesis).6

Sintesis asam lemak

Makanan bukan satu-satunya sumber lemak kita. Semua organisme dapat men-sintesis asam

lemak sebagai cadangan energi jangka panjang dan sebagai penyusun struktur membran.

Pada manusia, kelebihan asetil KoA dikonversi menjadi ester asam lemak. Sintesis asam

lemak sesuai dengan degradasinya (oksidasi beta).

Sintesis asam lemak terjadi di dalam sitoplasma. ACP (acyl carrier protein) digunakan selama

sintesis sebagai titik pengikatan. Semua sintesis terjadi di dalam kompleks multi enzim-fatty

acid synthase. NADPH digunakan untuk sintesis.

Tahap-tahap sintesis asam lemak ditampilkan pada skema berikut.

Tahap-tahap sintesis asam lemak

Penyimpanan lemak dan penggunaannya kembali

Asam-asam lemak akan disimpan jika tidak diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi.

Tempat penyimpanan utama asam lemak adalah jaringan adiposa. Adapun tahap-tahap

penyimpanan tersebut adalah:

- Asam lemak ditransportasikan dari hati sebagai kompleks VLDL.

- Asam lemak kemudian diubah menjadi trigliserida di sel adiposa untuk disimpan.

- Gliserol 3-fosfat dibutuhkan untuk membuat trigliserida. Ini harus tersedia dari glukosa.

- Akibatnya, kita tak dapat menyimpan lemak jika tak ada kelebihan glukosa di dalam tubuh.

Dinamika lipid di dalam sel adiposa. Perhatikan tahap-tahap sintesis dan degradasi

trigliserida

Jika kebutuhan energi tidak dapat tercukupi oleh karbohidrat, maka simpanan trigliserida ini

dapat digunakan kembali. Trigliserida akan dipecah menjadi gliserol dan asam lemak.

Gliserol dapat menjadi sumber energi (lihat metabolisme gliserol). Sedangkan asam lemak

pun akan dioksidasi untuk memenuhi kebutuhan energi pula (lihat oksidasi beta).

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pembelajaran yang dikaji, dapat disimpulkan bahwa hasil hipotesis

yang disepakati, yaitu bila kelaparan dapat berat badan turun cepat dalam waktu satu bulan.

Pengujian hipotesis dengan analisa terhadap fungsi hormon insulin dan glukagon yang

fungsinya meregulasi kadar gula darah serta peran kedua hormon ini yang mempengaruhi

metabolisme karbohidrat, protein, dan lemak.

DAFTAR PUSTAKA

1. Fakultas Kesehatan Masyarakat Universitas Indonesia. Gizi dan kesehatan

masyarakat. Edisi 2. Jakarta : Rajagrafindo Persada; 2008.

2. Gunawijaya FA, Kartawiguna E. Penuntun praktikum kumpulan foto mikroskopik

histologi. Cetakan ke-2. Jakarta: Fakultas Kedokteran Universitas Trisakti; 2009.

3. Guyton AC, Hall JE. Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi 11. Jakarta: EGC;

2006.

4. Sherwood L; editor bahasa Indonesia: Beatricia I. Fisiologi manusia. Edisi ke-2.

Jakarta: EGC; 2003.h.667-76

5. Ganong WF. Fisiologi kedokteran. Edisi 22. Jakarta: EGC; 2005.

6. Murray RK, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Rodwell VW, Weil PA.

Harper's illustrated biochemistry. 26th ed. Boston: McGraw-Hill; 2006.

7. Hardjono S, Sulaiman I, Moersintowarti B.N. Gagal Tumbuh (Failure To Thrive).

Continuing Education Ilmu Kesehatan Anak No.32,Oktober 2002.