Metabolisme Energi Saat Kelaparan

Saat berpuasa panjang (1-3 hari bahkan lebih) seseorang akan kelaparan. Pada saat seperti

inilah, tubuh kekurangan asupan glukosa sehingga melalui proses metabolisme energi, tubuh

akan berusaha untuk bisa menghasilkan cukup glukosa bagi jaringan (terutama bagi otak).

Upaya pemenuhan glukosa tersebut dapat dilakukan dengan cara mengubah simpanan

glikogen dalam tubuh menjadi glukosa dan menguraikan protein menjadi asam-asam amino

yang nantinya akan diubah menjadi glukosa lewat proses yang dikenal sebagai

glukoneogenesis.

Selain glikogen dan protein yang diubah menjadi glukosa, melalui proses lipolisis, lemak

yang disimpan dalam jaringan adiposa akan diuraikan menjadi gliserol dan asam-asam lemak.

Gliserol dan laktat yang merupakan hasil metabolisme glukosa dalam keadaan anaerob dapat

diubah oleh hati menjadi glukosa. Sementara itu, asam-asam lemak yang tidak bisa diubah

menjadi glukosa akan ditukar dengan asam-asam amino dari otot. Otot dapat menggunakan

asam lemak sebagai sumber energi dengan menghasilkan limbah metabolik yang berupa

keton bodies. Asam-asam amino yang didapat dari pertukaran di otot nantinya akan diubah

menjadi glukosa lewat glukoneogenesis dalam hati.

Dengan cara menggunakan glikogen, protein, serta lemak untuk membentuk glukosa

kembali, otak serta jaringan-jaringan tubuh dapat hidup dan bekerja sesuai dengan fungsi

masing-masing. Apabila puasa bekepanjangan sehingga mengakibatkan kelaparan yang

teramat-sangat, secara berangsur-angsur otak akan mengubah metabolisme energinya dari

pemakaian glukosa menjadi pemakaian keton bodies sebagai sumber energi kedua.

Tujuannya untuk mempertahankan protein tubuh agar fungsi organ-organ penting dapat

terpelihara. Seluruh proses adaptasi baik bagi puasa singkat maupun puasa lama,

dikoordinasikan oleh hipotalamus dan diatur oleh kelenjar adrenal, tiroid dan pankreas.2

Secara sederhana segala bentuk proses metabolisme energi saat kelaparan dapat dilihat

pada gambar 1. Proses dinyatakan dalam garis putus-putus. Berdasarkan uraian-uraian diatas,

kita akan membahas dua jenis metabolisme yaitu glikogenolisis dan glukoneogenesis.

3.      Glikogenolisis

Sebelum masuk ke glikogenolisis, kita akan membahas sedikit mengenai glikogenesis.

Glikogenesis adalah proses pembentukan glikogen dari glukosa. Hal ini bertujuan untuk

menyediakan cadangan energi tertutama di hati dan otot. Glikogen yang terbentuk dari proses

glikogenolisis merupakan polimer-polimer becabang. Rantai lurusnya disebut dengan ikatan

glikosidik α-1,4. Percabangannya dinamakan ikatan glikosidik α-1,6. Ketika gula dalam

darah menurun, maka rantai-rantai glikogen tersebut akan mengalami pemecahan untuk

menbentuk glukosa kembali yang dikenal dengan proses glikogenolisis.

Glikogenolisis adalah sintesis glikogen menjadi glukosa (pada hati) dan menjadi asam

piruvat serta laktat (pada otot). Mengapa hanya dapat menjadi glukosa bila proses terjadi di

hati? Karena di dalam hati terdapat enzim glukosa 6-fosfatase. Meskipun demikian, nantinya

asam piruvat maupun laktat dapat dijadikan glukosa dengan cara memasuki siklus cori.

Glikogen sendiri adalah sumber bahan bakar darurat yang mengasilkan glukosa untuk

membentuk ATP dalam keadaan tidak ada oksigen atau apabila terjadi kekurangan glukosa.3

Enzim yang berperan dalam proses ini antara lain adalah enzim fosforilase, transferase, dan

debranching enzim.

Fosforilase merupakan enzim regulator yang mengkatalis reaksi pemecahan ikalatan

glikosidik/fosforolisis (pemecahan dengan fosfat). Oleh fosforilase, tiap satu molekul glukosa

pada rantai lurus glikogen dilepaskan menjadi glukosa 1-P, sampai tinggal kurang lebih 4

molekul glukosa pada cabang. Setelah itu, kerjanya akan beralih pada enzim transferase.

Enzim ini memindahkan kurang lebih 3 segmen glukosa dari 4 sisa glukosa ke rantai lurus

yang berdekatan dan meninggalkan satu glukosa pada cabang tersebut. Debranching enzim

akan mengambil alih setelahnya dengan menghidrolisis tempat percabangan, memutuskan

satu molekul glukosa pada cabang tersebut menghasilkan glukosa bebas.4

Proses glikogenolisis sendiri melalui beberapa tahap-tahap berikut ini. Glikogen yang

terdiri dari unit glukosil 1,4 dan 1,6 akan mengalami pemecahan dengan bantuan fosfat oleh

enzim fosforilase, lalu dilanjutkan oleh enzim glukan transferase dan terakhir oleh

debranching enzyme (hal ini telah dijelaskan sebelumnya). Glukosa dari pemcahan oleh

debranching enzyme sudah merupakan glukosa bebas, sementara glukosa dari pemecahan

dengan fosforilase masih dalam bentuk glukosa terikat fosfat (glukosa 1-p).

Glukosa 1-p tersebut kemudian dengan bantuan enzim fosfoglukomutase menjadi

glukosa 6-p. Di hati, glukosa 6-p dapat diubah menjadi glukosa oleh enzim glukosa 6-

fosfatase. Glukosa 6-p yang berada di otot, harus melalui jalur pembentukan laktat maupun

asam piruvat, untuk bisa kembali menjadi glukosa. Proses tersebut akan dibahas pada

pembahasan berikutnya. Untuk lebih jelasnya, simak bagan yang berada di bawah ini.

Proses glikogenolisis tidak terlepas dari peranan hormon epinefrin dan glukagon dalam

darah (hormon ini akan dibahas lebih lengkap pada pembahasan di subbab berikutnya). Kadar

gula darah yang menurun, merangkasang peningkatan glukagon ataupun peningkatan

epinefrin ke resptor β di hati yang kemudian mengaktifkan adenilat siklase, yang mensintesis

cAMP dari ATP. cAMP kemudian berikatan dengan protein kinase A (protein kinase

dependen-cAMP) sehingga terjadi pengaktifan subunit katalitik.3

Protein kinase A mengaktifkan fosforilase kinase melalui fosforilasi. Fosforilase kinase

manambahkan sebuah fosfat ke residu serin spesifik pada fosforilase, sehingga mengubah

fosforilase b menjadi fosforilase a yang aktif. Protein kinase A juga memfosforilasi glikogen

sintase, menyebabkan aktivitas enzim berkurang. Akibat inhibisi terhadap glikogen sintase

dan pengaktifan glikogen fosforilase, terjadi penguraiann glikogen menjadi glukosa 1-p. Pada

gambar, garis terputus-putus menyatakan reaksi yang menurun di hati individu yang sedang

puasa (kondisi kelaparan).3

4.      Glukoneogenesis

Glukoneogenesis adalah pembentukan glukosa dari sumber-sumber non karbohidrat

seperti asam laktat, beberapa jenis asam amino, gliserol, dan beberapa jenis asam lemak.

lokasi glukoneogenesis terjadi biasanya berlangsung di hati, tetapi pada orang yang

kelaparan, ginjalnya akan membentuk glukosa (lihat gambar 1). Proses ini juga berlangsung

di beberapa area yang sangat terbatas pada sel-sel epitel usus halus. Proses ini bertujuan

untuk mempertahankan kadar gula darah yang cukup saat kelaparan, saat masa asupan

karbohidrat terbatas, atau saat latihan berat, yaitu ketika asam laktat yang terbentuk dalam

otot diubah kembali menjadi glukosa dalam hati.

Glukoneogenesis distimulasi oleh konsentrasi karbohidrat selular yang rendah dan

penurunan gula darah. Proses ini juga distimulasi secara hormonal oleh glukagon, epinefrin

medula adrenal, dan oleh glukokortikoid korteks adrenal.5 Pada manusia, sumber karbon

yang utama untuk glukoneogenesis adalah laktat, gliserol, asam amino, dan alanin. Laktat

dihasilkan oleh glikolisis anaerobik di jaringan misalnya otot yang sedang bekerja atau sel

darah merah. Gliserol dibebaskan dari simpanan triasilgliserol di jaringan adiposa, dan asam

amino terutuma berasal dari simpanan asam amino di otot yang mungkin berasal dari

penguraian protein otot. Alanin adalah asam amino glukoneogenik utama yang dibentuk di

otot dari asam amino lain dan dari glukosa.3

4.1  Sintesis Glukosa dari Laktat dan Alanin

Laktat akan terlebih dahulu dirubah menjadi piruvat. Kemudian piruvat mitokondria

mengalami dekarboksilasi membentuk oksaloasetat. Reaksi ini memerlukan ATP dan

dikatalis oleh piruvat karboksilase. Kemudian oksaloasetat direduksi menjadi malat oleh

malat dehidrogenase mitokondria. Pada reaksi ini, glukoneogenesis secara singkat mengalami

overlap (tumpang tindih) dengan siklus asam sitrat.

Malat meninggalkan mitokondria dan dalam sitoplasma dioksidasi membentuk kembali

oksaloasetat. Oksaloasetat sioplasma mengalami dekarboksilasi membentuk PEP (fosfat enol

piruvat) pada reaksi yang tidak memerlukan GTP yang dikatalis oleh PEP karboksikinase.

Dari PEP, akan terjadi jalur yang merupakan kebalikan jalur glikolisis sehingga pada

akhirnya akan menghasilkan glukosa bebas.3

4.2  Sitesis Glukosa dari Gliserol

Gliserol adalah hasil pecahan dari lemak yang disimpan dalam bentuk triasilgliserol.

Gliserol akan diubah menjadi glisero 3-p oleh enzim gliserol kinase. Dengan demikian,

proses ini telah masuk ke dalam proses glikolisis. Nantinya, gliserol 3-p akan diubah menjadi

dihidroksiaseton fosfat (DHAP), yang selanjutnya diubah menjadi furktosa 1,6 bisfosfat.

Fruktosa 1,6 bifosfat oleh bantuan enzim fruktosa 1,6 bisfosfatase menjadi fruktosa 6-p.

Fruktosa kemudian menjadi glukosa 6-p, dimana pada akhirnya glukosa 6-p akan menjadi

glukosa bebeas oleh bantuan enzim glukosa 6-fosfatase.

4.3  Sintesis Glukosa dari Asam Amino

Melalui reaksi bokimiawi, beberapa asam amino dalam tubuh dapat diubah menjadi

glukosa atau glikogen; asam amino ini disebut asam amino glukogenik atau glikogenik.

Asam amino yang di dalam tubuh dapat diubah menjadi senyawa-senyawa keton (keton

bodies) atau menjadi Asetil-S-KoA dikenal sebagai asam-asam amino ketogenik. Beberapa

asam-asam amino termasuk keduanya, yaitu sebagai asam amino glikogenik dan ketogenik.6

Dari gambar 8, kita dapat melihat proses perubahan asam-asam amino glikogenik untuk

menjadi glukosa. Histidin, prolin, glutamin, dan arginin akan diubah menjadi glutamat yag

kemudian dengan bantuan enzim transaminase akan diubah menjadi α-ketoglutarat. Dengan

berubah menjadi α-ketoglutarat, proses ini telah memasuki siklus asam sitrat dan pada

akhirnya akan menjadi glukosa. Isoleusin, metionin, dan valin akan diubah menjadi suksinil-

KoA dan kemudian masuk ke dalam siklus asam sitrat. Tirosin dan fenilalanin diubah

menjadi fumarat dan kemudian masuk ke dalam siklus asam sitrat dan berlanjut akhirnya

menjadi glukosa.