Bab I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangUntuk dapat tumbuh kembang dan melakukan berbagai aktifitas dalam kehidupan

sehari-hari, seseorang memerlukan energi dan nutrisi yang didapat melalui makanan. Menurut sumber energi yang dapat diperoleh, makanan dapat digolongkan menjadi 3 kelas makanan utama (makronutrien), yaitu karbohidrat, lipid (lemak), dan protein.1

Akan tetapi, tidak sedikit orang, terutama di Indonesia, yang berada di dalam garis kemiskinan mengalami kesulitan untuk dapat memenuhi kebutuhan energinya. Banyak orang yang tidak memdapatkan asupan makanan hingga berhari-hari sehingga mengalami suatu keadaan yang disebut dengan starvasi. Starvasi adalah suatu keadaan dimana terjadi kekurangan asupan energi dan unsur unsur nutrisi essensial yang diperlukan tubuh dalam beberapa hari sehingga mengakibatkan terjadinya perubahan perubahan proses metabolisme unsur-unsur utama di dalam tubuh.2

Oleh karena itu, pada makalah ini akan dibahas mengenai struktur dan fungsi makronutrien (karbohidrat, protein dan lipid), mekanisme pembentukkan energi, dan pengaruh starvasi (kelaparan) pada proses metabolisme makronutrien dan produksi hormon.

1.2 TujuanAdapun tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk memberitahukan berbagai

informasi mengenai proses metabolisme dalam tubuh dalam menghasilkan energi. Selain itu juga akan dibahas mengenai timbulnya kelaparan dan akibat kelaparan pada proses metabolisme, serta hormon-hormon yang terlibat di dalamnya. Sehingga setelah membaca makalah ini, pembaca diharapakan dapat menambah pengetahuan mengenai masalah kelaparan dan metabolisme tubuh.

1.3 Metode PenulisanMetode yang digunakan dalam penyusunan makalah ini adalah metode pustaka yang

berasal dari buku dan artikel.

1

Bab II

PEMBAHASAN

2.1 Struktur dan Fungsi Makronutrien2.1.1 KARBOHIDRAT

Karbohidrat memegang peranan terpenting pada tubuh karena merupakan sumber energi utama bagi manusia. Karbohidrat ialah suatu senyawa yang terdiri dari molekul-molekul karbon (C), hydrogen (H) dan oksigen (O) atau karbon dan hidrat (H2O) sehingga dinamakan karbo-hidrat.1 Dalam tumbuhan senyawa ini dibentuk melaui proses fotosintesis antara air (H2O) dan karbondioksida (CO2), di mana dengan bantuan sinar matahari menghasilkan senyawa sakarida dengan rumus Cn(H2O)n atau CnH2nOn. Berikut adalah reaksi pembentukkan karbohidrat (glukosa) pada tumbuh-tumbuhan:

Sinar matahari6 CO2 + 6 H2O C6 H12 O6 + 6O2

Klorofil

Klasifikasi karbohidrat

Berdasarkan jumlah unit gula dalam rantai, karbohidrat digolongkan menjadi 4 golongan utama yaitu:1

1. Monosakarida (terdiri atas 1 unit gula)

2. Disakarida (terdiri atas 2 unit gula)

3. Oligosakarida (terdiri atas 3-10 unit gula)

4. Polisakarida (terdiri atas lebih dari 10 unit gula)

Pembentukan rantai karbohidrat menggunakan ikatan glikosida.

Berdasarkan lokasi gugus –C=O , monosakarida digolongkan menjadi 2 yaitu:

1. Aldosa (berupa aldehid)

2. Ketosa (berupa keton)

2

Fungsi Karbohidrat

Fungsi karbohidrat bagi manusia antara lain:1

1. Sumber energi utamaFungsi utama karbohidrat adalah menyediakan energi bagi tubuh. Satu

gram karbohidrat menghasilkan 4 kilokalori. Karbohidrat di dalam tubuh berada dalam sirkulasi darah sebagai glukosa untuk keperluan energi segera sebagian disimpan sebagi glikogen dalam hati dan jaringan otot, dan sebagian diubah menjadi lemak untuk kemudian disimpan sebagai cadangan energi di dalam jaringn lemak. Seseorang yang memakan karbohidrat dalam jumlah berlebihan akan menjadi gemuk. System saraf sentral dan otak sama sekali tergantung pada glukosa untuk keperluan energinya.

2. Pemberi rasa manis pada makananKarbohidrat memberi rasa manis pada makanan, khususnya mono dan

disakarida. Gula tidak mempunyai rasa manis yang sama. Fruktosa adalah gula paling manis. Bila tingkat kemanisan sakarosa diberi nilai 1, maka tingkat kemanisan fruktosa adalah 1,7; glukosa 0,7; mmaltosa 0,4; dan laktosa 0,2.

3. Penghemat proteinBila karbohidrat makanan tidak mencukupi, maka protein akan digunakan

untuk memenuhi kebutuhan energi, dengan mengalahkan fungsi utamanya sebagai zat pembangun. Sebaliknya, bila karbohidrat makanan mencukupi, protein terutama akan digunakan sebagai zat pembangun.

4. Pengatur metabolisme lemakKarbohidrat mencegah terjadinya oksidasi lemak yang tidak sempurna,

sehingga menghasilakan bahan-bahan keton berupa asam asetoasetat, aseton, dan asam beta-hidroksi-butirat. Bahan-bahan ini dibentuk dalam hati dan dikelurkan melalui urine dengan mengikat basa berupa ion natrium. Hal ini dapat menyebabkan ketidakseimbangan natrium dan dehidrasi. pH cairan tubuh menurun. Keadaan ini menimbulkan ketosis atau asidosisyang dapat merugikan tubuh. Dibutuhkan antara 50-100 gram karbohidrat sehari untuk mencegah ketosis.

5. Membantu pengeluaran fesesKarbohidrat membantu pengeluaran feses dengan cara mengatur

peristaltik usus dan memberi bentuk pada feses. Selulosa dalam serat makanan mengatur peristaltic usus sedangkan hemiselulosa dan pectin mampu

3

menyerap banyak air dalam usus besar sehingga memberi bentuk pada sisa makanan yang akan dikeluarkan.

Serat makanan mencegah kegemukan, konstipasi, hemoroid, penyakit-penyakit divertikulosis, kanker usus beasr, penyakit diabetes mellitus, dan jantung koroner yang berkaitan dengan kadar kolesterol darah tinggi.

Laktosa dalam susu membantu absorpsi kalsium. Laktosa lebih lama tinggal dalam saluran cerna, sehingga menyebabkan pertumbuhan bakteri yang menguntungkan. Bakteri tertentu diduga mensintesis vitamin-vitamin tertentu dalam usus besar. Asam glukoronat turunan glukosa, didalam hati mengikat toksin-toksin dan bakteri dan mengubahnya menjadi bentuk-bentuk yang dapat dikeluarkan dari tubuh.

6. Komponen struktural sel.Karbohidrat ikut menyusun membran sel tubuh manusia.

Sumber Karbohidrat

Sumber karbohidrat adalah padi-padian atau serealia, umbi-umbian, kacang-kacangan kering dan gula. Hasil oleh bahan-bahan ini adalah bihun, mie, roti, tepung-tepungan, selai, sirup, dan sebagainya. Sebagian besar sayuran dan buah tidak mengandung karbohidrat. Sayur umbi-imbian seperti wortel dan bit serta sayur kacang-kacangan relatif lebih banyak mengandung karbohidrat daripad sayur daun-daunan. Bahan makanan hewani seperti daging, ayam, ikan, telur, dan susu sedikit sekali mengandung karbohidrat. Sumber karbohidrat yang banyak dimakan sebagai makanan pokok di Indonesia adalah beras, jagung, ubi, singkong, talas dan sagu.

2.1.2 PROTEIN

Protein berasal dari bahasa Yunani yaitu proteos yang berarti yang utama atau yang didahulukan, di mana benar adanya bahwa protein adalah zat yang paling penting dalam setiap organisme.1

Protein merupakan bagian terbesar pada tubuh sesudah air. Seperlima bagian tubuh adalah protein, setengahnya ada di dalam otot, seperlima ada di dalam tulang dan tulang rawan, sepersepuluh di dalam kulit, dan selebihnya di dalam jarigan lain dan cairan tubuh. Semua enzim, hormon, pengangkutan zat-zat gizi, matriks intraseluler dan lain sebagainya adalah protein. Di samping itu asam amino yang membentuk protein bertindak sebagai prekursor sebagai prekursor sebagian besar koenzim, hormon, asam nukleat, dan molekul-molekul yang esensial untuk kehidupan. Protein mempunyai fungsi yang tidak dapat digantikan oleh zat gizi lain, yaitu membangun serta memelihara sel-sel dan jaringan tubuh.

4

Protein adalah molekul makromolekul yang mempunyai berat molekul antara 5 ribu hingga beberapa juta. Protein terdiri atas rantai-rantai panjang asam amino, yang terikat satu sama lain dalam ikatan peptida. Asam amino terdiri atas unsur-unsur karbon (C), hydrogen (H), oksigen (O) dan nitrogen(N); beberapa asam amino di samping itu mengandung unsur-unsur fosfor, besi, sulfur, iodium, dan kobalt. Unsur utama protein adalah nitrogen, di mana nitrogen merupakan 16% dari berat protein.

Jenis protein sangat banyak, mungkin sampai 1010-1012.. Ini dapat dibayangkan bila diketahui bahwa protein terdiri atas sekian kombinasi berbagai jenis dan jumlah asam amino. Ada dua puluh jenis asam amino yang diketahui sampai sekarang yang terdiri atas 8 asam amino esensial (tidak dapat diproduksi tubuh) dan 10 asam amino non-esensial (dapat diproduksi tubuh). Asam amino esensial tersebut adalah: Phenilalanin, Valin, Lysin, Isoleusin, Triptophan, Threonin, Leusin, dan Methionin. Sedangkan asam amino yang non-esensial adalah Asam Aspartat, Asam Glutamat, Glysin, Serin, Prolin, Hidroksiprolin, Tyronin, Hidroksilisin, Asparagin, dan Alanin. Selain itu, jug terdapat 2 asam amino semi-esensial (asam amino yang dapat mencukupi untuk proses pertumbuhan orang dewasa, tetapi tidak mencukupi untuk proses pertumbuhan anak – anak), yaitu Arginin dan Histidin.

Klasifikasi Protein

Berdasarkan komponen-komponen yang menyusun protein:1

1. Protein Simpleks. Hasil hidrolisis total protein jenis ini merupakan campuran yang hanya terdiri atas asam-asam amino.

2. Protein Kompleks (complex protein, conjugated protein). Hasil hidrolisa total dari protein jenis ini. Selain terdiri atas berbagai jenis asam amino juga terdapat komponen lain miisalnya unsur logam gugusan phosphat dan sebagainya (contoh: hemoglobin, lipoprotein, glikoprotein, dan sebagainya)

3. Protein Derivat (protein derivative). Merupakan ikatan antara (intermediate product) sebagal hasil hidrolisa parsial dari protein native, miisalnya albumosa, peptone dan sebagainya.

Berdasarkan sumbernya, protein dikiasifikasikan menjadi:

1. Protein hewani, yaitu protein dalam bahan makanan yang berasal dan binatang, seperti protein dari daging, protein susu, dan sebagainya.

2. Protein nabati, yaitu protein yang berasal dan bahan makanan turnbuhan, seperti protein dari jagung (zein), dan terigu, dan sebagainya.

5

Fungsi Protein

1. Pertumbuhan dan pemeliharaan.Protein tubuh berada dalam keadaan dinamis, yang secara bergantian pecah

dan disintesis kembali. Tiap hari sekitar 3% jumlah protein total berada dalam keadaan berubah ini.

2. Pembentukan ikatan-ikatan esensial tubuh.Hormon tiroid, epinefrin, insulin adalah ptotein, begitu juga dengan enzim.

Ikatan-ikatan ini bertindak sebagai katalisator atau membantu perubahan-perubahan biokimia yang terjadi di dalam tubuh.

3. Mengatur keseimbangan air.Keseimbangan cairan tubuh harus dijaga melaui sistem kompleks yang

melibatkan protein dan elektrolit.

4. Memelihara netralitas tubuh.Protein tubuh bentindak sebagai buffer, menjaga pH tetap konstan. Sebagian

besar jaringan tubuh berfungsi dalam keadaan pH netral atau sedikit alkali (pH 7,35-7,45).

5. Pembentukan antibodikemampuan tubuh terhadap detoksifikasi terhadap bahan-bahan racun

dikontrol oleh enzim-enzim yang terdapat terutama di dalam hati.

6. Mengangkut zat-zat giziProtein memegang peranan esensial dalam mengangkut zat-zat gizi dari

saluran cerna melaui dinding saluran cerna ke dalam darah, dari darah ke jaringan-jaringan, dan melalui membran sel ke dalam sel-sel.

7. Sumber energi.Protein menghasilkan energi sebesar 4 kkal/g.

Sumber Protein

Bahan makanan hewani merupakan sumber protein yang baik, seperti telur, susu, daging, unggas, ikan dan kerang. Sumber protein nabati adalah kacang kedelai dan hasil olahannya seperti tahu dan tempe serta kacang-kacangan lainnya.

6

2.1.3 LEMAK (LIPID)

Lemak, disebut juga lipid, adalah suatu zat yang kaya akan energi, berfungsi sebagai sumber energi yang utama untuk proses metabolisme tubuh. Lemak yang beredar di dalam tubuh diperoleh dari dua sumber yaitu dari makanan dan hasil produksi organ hati, yang bisa disimpan di dalam sel-sel lemak sebagai cadangan energi. Sifat-sifat lemak antara lain:

1. Tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik seperti eter, CHCl3, benzen, alkohol/aseton panas, xylen, dll. serta dapat diekstraksi dari sel hewan/tumbuhan dengan pelarut tersebut.

2. Secara kimia, penyusun utama adalah asam lemak (dalam 100 gram lipid terdapat 95% asam lemak)

3. Lipid mengandung zat-zat yang dibutuhkan oleh manusia seperti asam lemak essential.

Klasifikasi Lemak (Lipid)1

1. Lipid sederhana.Lipid sederhana adalah golongan lipid yang jika dihidrolisis akan

menghasilkan asam lemak dan gliserol. Contohnya: fat/minyak (TAG/trigliserida)

2. Lipid kompleks (majemuk).Lipid kompleks adalah golongan lipid yang jika dihidrolisis akan

menghasilkan asam lemak dan berbagai senyawa lainnya. Contohnya: fosfolipid dan glikolipid.Fosfolipid + H2O menghasilkan asam lemak + alkohol + asam fosfat + senyawa nitrogen.Glikolipid + H2O menghasilkan asam lemak + karbohidrat + sfingosin.

3. Lipid turunanLipid turunan adalah senyawa-senyawa yang dihasilkan bila lipid sederhana

dan lipid kompleks mengalami hidrolisis. Contohnya: asam lemak, gliserol, alkohol padat, aldehid, keton bodies.

Secara klinis, komponen lipid utama yang dapat dijumpai dalam plasma adalah:1

1. Trigliserida (lemak netral)2. Asam Lemak3. Kolesterol4. Fosfolipid

7

Trigliserida merupakan asam lemak yang dibentuk dari esterifikasi tiga molekul asam lemak menjadi satu molekul gliserol. Jaringan adiposa memiliki simpanan trigliserid yang berfungsi sebagai ‘gudang’ lemak yang segera dapat digunakan. Dengan masuk dan keluar dari molekul trigliserida di jaringan adiposa, asam-asam lemak merupakan bahan untuk konversi menjadi glukosa (glukoneogenesis) serta untuk pembakaran langsung untuk menghasilkan energi.

Asam lemak dapat berasal dari makanan, tetapi juga berasal dari kelebihan glukosa yang diubah oleh hati dan jaringan lemak menjadi energi yang dapat disimpan. Lebih dari 95% lemak yang berasal dari makanan adalah trigliserida. Proses pencernaan trigliserida dari asam lemak dalam diet (eksogenus), dan diantarkan ke aliran darah sebagai kilomikron (droplet lemak kecil yang diselubungi protein).

Kolesterol berasal dari makanan dan sintesis endogen di dalam tubuh. Sumber kolesterol dalam makanan seperti kuning telur, susu, daging, lemak (gajih), dan sebaginya terutama dalam keadaan ester. Dalam usus, ester tersebut kemudian dihidrolisis oleh kolesterol esterase yang berasal dari pankreas dan kolesterol bebas yang terbentuk diserap oleh mukosa usus dengan kilomikron sebagai alat transport ke sistem limfatik dan akhirnya ke sirkulasi vena. Kira-kira 70% kolesterol yang diesterifikasi (dikombinasikan dengan asam lemak), serta 30% dalam bentuk bebas. Kolesterol disintesis di hati dan usus serta ditemukan dalam eritrosit, membran sel, dan otot. Kolesterol penting dalam struktur dinding sel dan dalam bahan yang membuat kulit kedap air. Kolesterol digunakan tubuh untuk membentuk garam empedu sebagai fasilitator untuk pencernaan lemak dan untuk pembentukan hormon steroid (misal kortisol, estrogen, androgen) oleh kalenjar adrenal, ovarium, dan testis.

Fosfolipid, lesitin, sfingomielin, dan sefalin merupakan komponen utama pada membrane sel dan juga bekerja dalam larutan untuk mengubah tegangan permukaan cairan (misal aktifitas surfaktan cairan di paru). Fosfolipid dalam darah berasal dari hati dan usus, serta dalam jumlah kecil sintesis di berbagai jaringan. Fosfolipid dalam darah dapat ikut serta dalam metabolisme sel dan juga dalam koagulasi darah.

Karena lipid tidak dapat larut dalam air, maka itu memerlukan suatu ‘pengangkut’ agar bisa masuk dalam sirkulasi darah. Pengangkut itu adalah suatu protein yang dinamakan lipoprotein. Lipoprotein dalam sirkulasi terdiri dari partikel berbagai ukuran yang juga mengandung kolesterol, trigliserida, fosfolipid, protein dalam jumlah berbeda sehingga masing-masing lipoprotein memiliki karakteristik densitas yang berbeda. Lipoprotein terbesar dan paling rendah densitasnya adalah kilomikron, diikuti oleh lipoprotein densitas sangat rendah (very low density lipoprotein, VLDL), lipoprotein densitas rendah (low

8

density lipoprotein, LDL), lipoprotein densitas sedang (intermediate density lipoprotein, IDL), dan lipoprotein densitas tinggi (high density lipoprotein, HDL).

Sebagian besar trigliserida pada plasma tidak dalam keadaan puasa terdapat dalam bentuk kilomikron, sedangkan pada sampel plasma puasa, trigliserida terutama terdapat dalam bentuk VLDL. Sebagian kolesterol plasma terkandung dalam LDL. Sebagian kecil (15-25%) kolesterol berada dalam HDL.

Jalur eksogen atau makanan pengangkutan lemak melibatkan penyerapan trigliserida dan kolesterol melalui usus, disertai pembentukan dan pembebasan kilomikron ke dalam limfe dank e aliran darah melalui duktur torasikus. Kilomikron membebaskan trigliserida ke jaringan adiposa sewaktu beredar dalam sirkulasi. Selain itu, juga mengaktifkan lipoprotein lipase yang dapat melepaskan asam lemak bebas dari trigliserida sehingga ukuran kilomikron berkurang menjadi sisa yang akhirnya diserap oleh hati. Asam-asam lemak yang dikeluarkan pada gilirannya diserap oleh sel otot dan adiposa.

Fungsi Lemak

1. Sebagai sumber energi (memiliki kandungan 9 kkal/g)

2. Unsur pembangun membran sel dan bertanggung jawab untuk lewatnya berbagai bahan yang masuk dan keluar sel.

3. Sebagai pelindung organ-organ penting, penyekat jaringan tubuh.

4. Menjaga tubuh terhadap pengaruh luar, misalnya: suhu, luka (infeksi).

5. Insulator listrik (agar impuls-impuls syaraf merambat dengan cepat)

6. Membantu melarutkan dan mentransport senyawa-senyawa tertentu (misal vitamin A, D, E dan K) dalam aliran darah untuk keperluan metabolisme.

Sumber Lemak

Sumber lemak terbagi menjadi 2, yaitu lemak hewani dan lemak nabati. Lemak nabati berasal dari bahan makanan tumbuhan sementara lemak nabati dari hewan termasuk telur, susu. Sumber lemak nabati berada di dalam sitoplasma berupa droplet dan pada hewani berada di dalam jaringan adiposa.

9

2.2 Mekanisme Pembentukkan EnergiDi dalam tubuh manusia, energi dibentuk dari proses metabolisme 3 bahan utama

(makronutrien), yaitu melalui katabolisme (pemecahan) karbohidrat, protein dan lipid.

2.2.1 Katabolisme KarbohidratPada bab sebelumnya telah dibahas berbagai macam karbohidrat, antara lain

monosakarida, disakarida, oligosakarida serta polisakarida. Karbohidrat siap dikatabolisir menjadi energi jika berbentuk monosakarida. Energi yang dihasilkan berupa Adenosin trifosfat (ATP).2

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.

Proses katabolisme glukosa untuk membentuk energi dibagi manjadi:

GlikolisisGlikolisis 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

10

11

Gambar 1: Lintasan detail glikolisis3

Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut:3

1. Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. Proses ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat. ATP bereaksi sebagai kompleks Mg-ATP. Terminal fosfat berenergi tinggi pada ATP digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P)

Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar berupa kalor, sehingga dalam kondisi fisiologis dianggap irrevesibel. Heksokinase dihambat secara alosterik oleh produk reaksi glukosa 6-fosfat.

Mg2+

“Glukosa + ATP glukosa 6-fosfat + ADP”

2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase dalam suatu reaksi isomerasi aldosa-ketosa. Enzim ini hanya bekerja pada anomer -glukosa 6-fosfat.

“-D-glukosa 6-fosfat -D-fruktosa 6-fosfat”

3. Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim fosfofruktokinase. Fosfofruktokinase merupakan enzim yang bersifat alosterik sekaligus bisa diinduksi, sehingga berperan penting dalam laju glikolisis. Dalam kondisi fisiologis tahap ini bisa dianggap irreversible. Reaksi ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P)

“-D-fruktosa 6-fosfat + ATP D-fruktosa 1,6-bifosfat”

4. Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase (fruktosa 1,6-bifosfat aldolase). “D-fruktosa 1,6-bifosfat D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton fosfat”

5. Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi interkonversi). Reaksi bolak-balik ini mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase.

“D-gliseraldehid 3-fosfat dihidroksiaseton fosfat”

6. Glikolisis berlangsung melalui oksidasi Gliseraldehid 3-fosfat menjadi 1,3-bifosfogliserat, dan karena aktivitas enzim fosfotriosa isomerase, senyawa

12

dihidroksi aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3-fosfat.“D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi 1,3-bifosfogliserat + NADH + H+”

Enzim yang bertanggung jawab terhadap oksidasi di atas adalah gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase, suatu enzim yang bergantung kepada NAD.

Atom-atom hydrogen yang dikeluarkan dari proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD+ yang terikat pada enzim. Pada rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi. (+3P)

Catatan:Karena fruktosa 1,6-bifosfat yang memiliki 6 atom C dipecah menjadi

Gliseraldehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat yang masing-masing memiliki 3 atom C, dengan demikian terbentuk 2 molekul gula yang masing-masing beratom C tiga (triosa). Jika molekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1 molekul glukosa pada bagian awal, sampai dengan tahap ini akan menghasilkan 2 x 3P = 6P. (+6P)

7. Energi yang dihasilkan dalam proses oksidasi disimpan melalui pembentukan ikatan sulfur berenergi tinggi, setelah fosforolisis, sebuah gugus fosfat berenergi tinggi dalam posisi 1 senyawa 1,3 bifosfogliserat. Fosfat berenergi tinggi ini ditangkap menjadi ATP dalam reaksi lebih lanjut dengan ADP, yang dikatalisir oleh enzim fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat.

“1,3-bifosfogliserat + ADP 3-fosfogliserat + ATP”

Catatan:Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan

adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)

8. 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim fosfogliserat mutase. Senyawa 2,3-bifosfogliserat (difosfogliserat, DPG) merupakan intermediate dalam reaksi ini.

“3-fosfogliserat 2-fosfogliserat”

9. 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. Reaksi ini melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energi

13

di dalam molekul, menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi.

Enolase dihambat oleh fluoride, suatu unsure yang dapat digunakan jika glikolisis di dalam darah perlu dicegah sebelum kadar glukosa darah diperiksa. Enzim ini bergantung pada keberadaan Mg2+ atau Mn2+.

“2-fosfogliserat fosfoenol piruvat + H2O”

10. Fosfat berenergi tinggi PEP dipindahkan pada ADP oleh enzim piruvat kinase sehingga menghasilkan ATP. Enol piruvat yang terbentuk dalam reaksi ini mengalami konversi spontan menjadi keto piruvat. Reaksi ini disertai kehilangan energi bebas dalam jumlah besar sebagai panas dan secara fisiologis adalah irreversible.

“Fosfoenol piruvat + ADP piruvat + ATP”

Catatan:Karena ada 2 molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat

sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)

11. Jika keadaan bersifat anaerob (tak tersedia oksigen), reoksidasi NADH melalui pemindahan sejumlah unsure ekuivalen pereduksi akan dicegah. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim laktat dehidrogenase.

“Piruvat + NADH + H+ L(+)-Laktat + NAD+”

Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s). Ekuivalen pereduksi dari reaksi NADH + H+ yang terbentuk dalam glikolisis akan diambil oleh mitokondria untuk oksidasi melalui salah satu dari reaksi ulang alik (shuttle).

Kesimpulan: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

14

- hasil oksidasi respirasi :+ 0P- jumlah :+ 4P- dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P

+ 2P

Oksidasi piruvatDalam jalur ini, piruvat dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-

KoA, yang terjadi di dalam mitokondria sel. Reaksi ini dikatalisir oleh berbagai enzim yang berbeda yang bekerja secara berurutan di dalam suatu kompleks multienzim yang berkaitan dengan membran interna mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat dehidrogenase dan analog dengan kompleks -keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat.

Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Jalur ini juga merupakan konversi glukosa menjadi asam lemak dan lemak dan sebaliknya dari senyawa non karbohidrat menjadi karbohidrat.

Rangkaian reaksi kimia yang terjadi dalam lintasan oksidasi piruvat adalah sebagai berikut:1. Dengan adanya TDP (thiamine diphosphate), piruvat didekarboksilasi menjadi

derivate hidroksietil tiamin difosfat terikat enzim oleh komponen kompleks enzim piruvat dehidrogenase. Produk sisa yang dihasilkan adalah CO2.

2. Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid, selanjutnya TDP lepas.

3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA, dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.

4. Siklus ini selesai jika lipoamid tereduksi direoksidasi oleh flavoprotein, yang mengandung FAD, pada kehadiran dihidrolipoil dehidrogenase. Akhirnya flavoprotein tereduksi ini dioksidasi oleh NAD+, yang akhirnya memindahkan ekuivalen pereduksi kepada rantai respirasi.

“Piruvat + NAD+ + KoA Asetil KoA + NADH + H+ + CO2”

15

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

trikarboksilat dan berlangsung di dalam mitokondria. Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat, lipid dan protein.

Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA, dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hidrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagaian besar energi yang tersedia dari bahan baker jaringan, dalam bentuk ATP. Residu asetil ini berada dalam bentuk asetil-KoA (CH3-COKoA, asetat aktif), suatu ester koenzim A. Ko-A mengandung vitamin asam pantotenat.3

Fungsi utama siklus asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat, lipid dan protein. Hal ini terjadi karena glukosa, asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut.

16

Gambar 2: Lintasan oksidasi piruvat3

Gambar 3: Siklus asam sitrat sebagai jalur bersama metabolisme karbohidrat, lipid dan protein3

Selama proses oksidasi asetil KoA di dalam siklus, akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hidrogen atau elektron sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian memasuki rantai respirasi tempat sejumlah besar ATP dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.

Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak di dalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk bebas ataupun melekat pada permukaan dalam membran interna mitokondria sehingga memfasilitasi pemindahan unsur ekuivalen pereduksi ke enzim terdekat pada rantai respirasi, yang bertempat di dalam membran interna mitokondria.

17

Gambar 4: Lintasan detail Siklus Kreb’s3

Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat diuraikan sebagai berikut:3

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.

18

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 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.

19

Sitrat Sis-akonitat(terikat enzim)

Isositrat

H2O H2O

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”

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

20

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 = 9P2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P = 2P3. 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:

1. Glikolisis : 8P2. Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P3. Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P Jumlah : 38P

2.2.2 Katabolisme Protein

21

Proses katabolisme protein yang utama ialah katabolisme asam amino (nitrogen) menjadi urea. Proses ini dapat dibagi menjadi empat tahap, yaitu:3

1. Transaminasi

Transaminasi melakukan interkonversi antara sepasang asam amino dan sepasang asam keto, yang umumnya berupa sebuah asam α-amino dan sebuah asam α-keto. Sebagian besar asam amino akan menjalani transaminasi, namun pengecualian pada asam amino lisin, treonin, dan asam amino siklik prolin serta hidroksiprolin. Transaminasi bersifat reversible bebas, maka enzim transaminase dapat bekerja dalam proses katabolisme asam amino maupun dalam sisntesisnya. Piridoksal fosfat terdapat pada tempat katalitik dari semua enzim transaminase dan banyak enzim lainnya dengan substrat asam amino.

Enzim alanin-piruvat transaminase dan glutamat α-ketoglutarat transaminase yang terdapat dalam sebagian besar jaringan, mengkatalisasi pemindahan gugus amino dari kebanyakan asam amino untuk membentuk alanin atau glutamat. Transaminase merupakan suatu enzim spesifik bagi satu pasang asam α-amino dan α-keto saja.

2. Deaminasi oksidatif

Gugus α-amino pada kebanyakan asam amino akan dipindahkan kepada α-ketoglutarat melalui transaminasi sehingga terbentuk L-glutamat. Kemudian pelepasan nitrogen ini sebagai amonia dikatalisis oleh enzim L-glutamat dehidrogenase yaitu enzim yang terdapat dimana-mana dalam jaringan yang menggunakan NAD+ dan NADP+ sebagai oksidan. Aktivitas enzim glutamat dehidrogenase hati diatur oleh inhibitor alosterik ATP,GTP, serta NADH , dan oleh aktivator ADP. Reaksi ini bersifat reversible bebas, dapat bekerja pada katabolisme maupun biosintesis asam amino. Secara katabolik, reaksi ini menyalurkan nitrogen dari glutamat kepada urea. Secara anabolik, enzim ini mengkatalisasi aminasi α-ketoglutarat melalui amonia bebas.

3. Transport Amonia

Amonia darah berasal dari hasil pembusukan senyawa N di kolon oleh bakteri usus atau hasil metabolisme asam amino (deaminasi) glutamine dan asparagin. Amonia dibentuk pada pemecahan asam amino dan asam nukleat oleh sel serta dihasilkan juga oleh bakteri usus. Blutaminase, asparaginase, berbagai oksidase asam amino kesemuanya menghasilkan ammonia. Histidase, serin dehidratase dan sistein dehidratase adalah penghasil ammonia yang lain di dalam sel. Sekali pun demikian, sumber terbesar dari ammonia sel, terutama dalam jaringan hati, ialah

22

reaksi yang dikatalisis oleh enzim glutamat dehidrogenase yang terdapat dalam mitokondria. Nitrogen yang diikat oleh glutamat, yang sebelumnya berasal dari reaksi transaminasi asam-asam amino yang lain, dibebaskan dalam bentuk ammonia oleh kerja enzim ini. Oleh karena enzim ini ada di dalam mitokondria, ammonia yang dibentuknya dapat segera dipakai untuk sintesis urea.

Jaringan lain yang bukan ginjal dan hati tidaklah mensintesis urea. Karena itu berbagi jaringan haruslah mampu membuang ammonia yang dihasilkan di dalam sel dan membawanya ke hati dalam bentuk yan tidak toksik. Dengan menggunakan α- ketoglutarat, du molekul ammonia dapat dibawa dengan aman ke hati dalam bentuk glutamin.

Otot menggunakan glutamin dan juga alanin untuk membawa kelebihan nitrogen. Alanin dibuat dari piruvat, suatu zat yang mudah ditemukan di mana-mana sebagai hasil metabolisme glukosa atau glikogen dan siap untuk dipakai α-ketoglutarat sehinggga terbentuklah glutamat. Glutamat ini sebaliknya dapat pula mengalami dehidrogenasi dan membebaskan ammonia. Glutamin yang sampai ke hati dapat membebaskan dua molekul ammonia dengan kerja sama dari glutaminase dan glutamat dihidrogenase.

4. Sintesis (Siklus) Urea

Daur urea terdiri atas lima reaksi yang mengubah ammonia, CO2 dan nitrogen-α dari aspartat menjadi urea. Daur ini terlukis pada gambar . Perlu diperhatikan bahwa dua reaksi dalam daur ini berlangsung di dalam mitokondria, sedangkan sisanya terjadi di sitoplasma.

Dalam reaksi yang pertama, CO2 yang berada di dalam mitokondria mengalami fosforilasi oleh ATP dan kemudian berkondensasi dengan ammonia denganmenggunakan energi yang berasal dari hidrolisis satu molekul ATP lainnya. Hasilnya terbentuklah karbamoil fosfat. Reaksi ini adalah reaksi yang mengatur laju sintesis urea, dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintetase dan memerlukan N-asetil glutamat sebagai suatu kofaktor.

Dalam reaksi kedua yang juga terjadi de dalam mitokondria, karbamoil fosfat berkondensasi dengan ornitin sehingga terbentuklah sitrulin dan fosfat bebas. Reaksi ini adalah reaksi kedua yang mengatur laju sintesis urea. Selanjutnya sitrulin meninggalkan mitokondria. Di dalam sitoplasma sitrulin ini berkondensasi dengan aspartat dan inilah reaksi yang ketiga. Dalam reaksi ini ATP diubah menjadi AMP. Arginosuksinat yang terbentuk sebagai produk diubah dalam reaksi keempat menjadi arginin dan fumarat.

23

Fumarat dapat masuk ke dalam mitokondria dan dioksidasi menjadi oksaloasetat melalui daur Krebs. Dengan transaminasi maka aspartatpun terbentuk kembali. Arginin dihidrolisis untuk menghasilkan urea dan ornitin. Ornitin ini kemudian masuk lagi ke dalam mitokondria dan menyelesaikan daur. Secara keseluruhan diperlukan empat ikatan fosfat kaya – energi atau ekivalen ATP untuk sintesis satu molekul urea. Dua ikatan diperlukan untuk menghasilkan karbamoil fosfat dan dua lagi untuk kondensasi aspartat dengan sitrulin.

2.2.3 Katabolisme LipidLipid atau lemak merupakan sumber energi cadangan utama pada tubuh. Saat

tubuh kekurangan karbohidrat, maka untuk mendapatkan energi (ATP) terjadilah proses katabolisme lemak (asam lemak). Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan oksidasi beta.

Oksidasi Beta Asam Lemak berlangsung di mitokondria, menghasilkan banyak ATP. Sebelum dioksidasi, di sitosol, asam lemak diaktifkan dulu menjadi asil-KoA yaitu asam lemak + KoA + ATP menjadi asil-KoA + AMP + PPi. Kemudian asil-KoA ditransport masuk ke matriks mitokondria dalam bentuk berikatan dengan karnitin (asil-karnitin). Di dalam matriks karnitin dilepaskan dan terbentuk asil-KoA lagi. Pada oksidasi, tiap kali 2 atom C dibebaskan dalam bentuk asetil-KoA, dimulai dari ujung karboksil dihasilkan NADH & FADH2. Oksidasi terjadi pada C- beta (atom C ke-3 dari ujung karboksil) sehingga disebut oksidasi beta. Dari proses oksidasi Beta Asam Lemak dihasilkan: asetil-KoA, FADH dan NADH. Selanjutnya asetil-KoA dioksidasi menjadi CO2 di TCA menghasilkan ATP serta NADH dan FADH2 yang lebih banyak.3

24

2.3 Pengaruh Starvasi Pada Metabolisme MakronutrienDalam kondisi kekurangan makanan yang berlangsung lebih dari satu hari, akan

terjadi berbagai perubahan metabolik. Dalam 24 jam pertama proses pemenuhan energi didapat melalui proses glikogenolisis. Pada proses glikogenolisis, kadar insulin akan menurun dan kadar glukagon akan meningkat akibat penurunan glukosa darah. Glikogen sebagai cadangan energi yang awalnya disimpan pada hati dan otot akan mengalami penguraian untuk membentuk glukosa (terutama glikogen di hati).4

Karena cadangan glikogen hati dideplesi setelah starvasi (kelaparan) lebih dari 24 jam, glukoneogenesis adalah penting untuk memberikan glukosa ke otak. Glukoneogenesis menjadi proses yang penting terutama karena jenis jaringan dan sel tertentu yang mencakup sistem syaraf pusat serta erytrosit, tergantung kepada pasokan glukosa yang berkesinambungan. Glukoneogenesis akan membentuk glukosa dari senyawa-senyawa non-karbohidrat seperti lemak (gliserol) dan protein (asam amino glukogenik).

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

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.

25

Gambar 5: Tahap-tahap glikogenolisis3

GlukoneogenesisGlukoneogenesis 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.

2. Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Kreb’s.

26

2.3 Pengaruh Starvasi Pada Produksi HormonUntuk dapat melakukan aktifitasnya, proses metabolisme memerlukan hormone yang

berfungsi sebagai regulator dari mekanisme tersebut. Berikut adalah beberapa hormone yang berperan pada proses metabolisme dan starvasi (kelaparan):4,5

o Insulin

Insulin dibentuk di jaringan endokrin pankreas yang disebut Pulau Langerhans, terutama oleh sel β pancreas.6

Insulin bersifat anabolik dengan meningkatkan simpanan glukosa, asam amino, dan asam lemak. Insulin ini mempunyai efek menurunkan kadar glukosa, asam amino, dan asam lemak dalam darah, serta mendorong penyimpanan nutrien-nutrien tersebut. Sewaktu molekul-molekul nutrien memasuki darah selama keadaan absortif, insulin meningkatkan penyerapan mereka oleh sel dan konversi, masing-masing menjadi glikogen, trigliseida dan protein. Insulin merangsang glikogenesis, pembentukan glikogen dari glukosa, baik di otot maupun hati.

Insulin bekerja dengan meningkatkan glikogenesis menghambat glikogenolisis. Dengan menghambat penguraian glikogen, insulin meningkatkan penyimpanan karbohidrat dan menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati.

o Glukagon

Glukagon juga dibentuk di jaringan endokrin pankreas (Pulau Langerhans), akan tetapi oleh sel α pancreas.6

Glukagon merupakan hormon yang bersifat katabolik. Kerja glukagon berlawanan dengan insulin. Glukagon memobilisasi glukosa, asam lemak, dan asam amino dari penyimpanannya ke dalam darah. Glukagon ini mempengaruhi metabolisme hidrat arang, protein dan lemak. Efek glukagon pada hidrat arang akan meningkatkan glukosa darah dengan cara peningkatan glikogenolisis dan glukoneogenesis di hati. Efek glukagon pada protein akan meningkatkan lipolisis, menurunkan sintesa trigliserida sehingga meningkatkan produksi keton di hati. Dalam metabolisme protein, insulin menurunkan sintesa protein, meningkatkan degradasi protein di hati sehingga terbentuk asam amino dan merangsang glukoneogenesis yang menyebabkan meningkatnya kadar gula darah. Sekresi glukagon ini meningkat pada keadaan post absortive.

27

o Growth Hormone (Hormon Pertumbuhan)

Growth hormone (GH) dihasilkan oleh kelenjar hipofisis pars anterior. Pengaturan hormone ini dipengaruhi oleh GHRH (growth hormone releasing hormone) dan GHIH (growth hormone inhibiting hormone).

GH bekerja di hati dengan efek meningkatkan glukoneogenesis dan glikogenesis. Untuk menyediakan energi bagi pertumbuhan jaringan, hormon pertumbuhan memiliki kerja anti-insulin dalam meningkatkan glukosa plasma dan menstimulasi lipolisis. Namun demikian, efek keseluruhan hormon pertumbuhan bersifat anabolik, yang meningkatkan sistesis protein di berbagai jaringan. Sebagian besar efek hormon ini terhadap pertumbuhan terjadi akibat stimulasi pelepasan faktor pertumbuhan yang menyerupai insulin-1 ke sirkulasi, terutama dari hati. Kelebihan hormon ini pada anak-anak dapat menyebabkan gigantisme dan kekurangan produksi hormon ini dapat menyebabkan dwarfisme.

o Kortisol

Kortisol merupakan suatu hormone golongan glukokrtikoid yang disintesa oleh korteks adrenal zona fasikulata.6 Pengaturan sekresi kortisol dipengruhi oleh hormone ACTH (Adenocorticotropin hormone) yang dirangsang oleh CRH (Corticotropin releasing Hormon).

Kortisol merupakan hormone yang sangat penting dalam metabolisme karbohidrat. Pemberiannya dapat meningkatkan glukoneogenesis dan glikogenesis. Hal ini diakibatkan peningkatan katabolisme protein di dalam jaringan, peningkatan pengambilan asam amino oleh hepar, dan peningkatan aktivitas enzim transaminase serta enzim lainnya berhubungan dengan glukoneogenesis di dalam hepar. Selain itu, glukokortikoid menghambat penggunaan glukosa dalam jaringan ekstrahepatik.

o Epinefrin

Hormon epinefrin disekresikan oleh medula adrenal sebagai akibat dari rangsangan yang menimbulkan stress dan perasngsangan simpatis. Epinefrin meningkatkan prose glikogenolisis dan glukoneogenesis di dalam hepar serta otot karena stimulasi enzim fosforilase. Dalam otot, sebagai akibat tidak adanya enzim glukosa 6-fosfatase, glikogenolisis terjadi dengan pembentukan laktat sedangkan di dalam hepar, glukosa merupakan produk utama yang meningkatkan kadar glukosa darah.

28

o Hormon Tiroid

Hormon Tiroid dibentuk oleh sel folikel kelenjar tiroid dalam bentuk T3

(triodotironin) dan T4 (tetraiodotironin / tiroksin). Pembetukkan hormon tiroid berlangsung pada molekul tiroglobulin di dalam koloid sel folikel tiroid.6 Hormon tiroid dibentuk dari pengikatan iodium pada molekul tirosin. Sekresis hormon tiroid diatur oleh sumbu hipotalamus (TRH)- hipofifis anterior(TSH)- tiroid.

Hormon tiroid meningkatkan metabolisme karbohidrat yaitu dengan meningkatkan proses glikolisis. Selain itu hormon tiroid secara tidak langsung mempengaruhi hormone-hormon lainnya di mana berfungsi untuk meningkatkan asorbsi glukosa di usus.

Pada saat kelaparan (selama 1 hari), sekresi hormone yang paling ditingkatkan adalah Glukagon yang meningkatkan proses glikogenolisis di hati. Selain itu juga terjadi peningkatan hormone GH, Tiroid, Kortisol, Epinefrin dan penghambatan hormon insulin.

Akan tetapi apabila kelaparan lebih dari 2 hari atau lebih, sekresi hormone yang paling ditingkatkan tetap glucagon, akan tetapi proses yang ditingkatkannya adalah proses glukoneogenosis, akibat telah berkurangnya kadar glikogen pada tubuh (hati).

29

Bab III

PENUTUPAN

3.1 KesimpulanUntuk memperoleh energi tubuh kita harus mendapat asupan gizi terutama

makronutrien (karbohidrat, lipid dan protein). Metabolisme energi pada tubuh dapat terjadi melalui proses glikolisis, glikogenolisis, glikogenesis dan glukoneogenesis. Proses pembentukkan energi pada tubuh diperoleh terutama oleh katabolisme karbohidrat (glukosa), di samping katabolisme lemak (asam lemak) dan protein (asam amino). Pada proses katabolisme glukosa dalam keadaan aerob, 1 molekul glukosa akan menghasilkan 38 ATP.

Hormon-hormon yang berperan pada proses metabolisme tubuh antara lain: insulin, glukagon, kortisol, epinefrin, GH, dan tiroid. Pada saat starvasi, untuk memenuhi kadar glukosa darah, maka hormone-hormon tersebut akan meningkatkan proses glikogenolisis (pembentukkan glukosa dari glikogen) dan glukoneogenesis (pembentukkan glukosa dari senyawa non-karbohidrat). Hal ini terjadi karena beberapa bagian tubuh, terutama otak, sel darah merah dan system saraf, mendapat asupan nutrisi dan energi hanya melalui glukosa.

3.2 SaranBerikut ini adalah 13 pedoman umum gizi seimbang (PUGS) yang sebaiknya

dilakukan untuk menjaga agar proses metabolisme dalam tubuh tetap berjalan dengan normal:

1. Makanlah aneka ragam makanan, yaitu makanan sumber zat tenaga (karbohidrat), zat pembangun (protein), serta zat pengatur (vitamin dan mineral).

2. Makanlah makanan untuk memenuhi kebutuhan energi. Kebutuhan tersebut dapat dipenuhi dari tiga sumber utama, yaitu karbohidrat, protein daan lemak.

3. Makanlah makanan sumber karbohidrat, setengah dari kebutuhan energi. Konsumsi gula sebaiknya dibatasi 5% dari jumlah kecukupan energi atau sekitar 3-4 sendok per hari. Seyogyanya sekitar 50-60% kebutuhan energi diperoleh dari karbohidrat kompleks atau setara dengan 3-4 piring nasi.

4. Batasi konsumsi lemak dan minyak sampai seperempat dari kecukupan energi. Mengkonsumsi lemak hewani secara berlebihan dapat menyebabkan penyempitan pembuluh darah arteri dan penyakit jantung koroner.

30

5. Gunakan garam beriodium untuk mencegah timbulnya gangguan akibat kekurangan iodium (GAKI). GAKI dapat menghambat perkembangan tingkat kecerdasan anak, penyakit gondok, dan kretin (kerdil). Dianjurkan untuk mengkonsumsi garam tidak lebih dari 6 gram (1 sendok teh) per hari.

6. Makanlah makanan sumber zat besi untuk mencegah anemia. Sumber yang baik adalah sayuran berwarna hijau, kacang-kacangan, hati, telur dan daging.

7. Berikan ASI saja kepada bayi sampai berumur 4 bulan. Pemberian ASI secara eksklusif ini sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan gizi bayi hingga umur 4 bulan, setelah itu perlu diberikan makanan pendamping air susu ibu (MP-ASI).

8. Biasakan makan pagi (sarapan) untuk memelihara ketahanan fisik dan meningkatkan produktivitas kerja.

9. Minumlah air bersih, aman dan cukup jumlahnya, yaitu minimal 2 liter atau setara dengan 8 gelas setiap harinya, agar proses faali dalam tubuh dapat berlangsung dengan lancar dan seimbang.

10. Lakukan kegiatan fisik dan olah raga secara teratur untuk mencapai berat badan normal dan mengimbangi konsumsi energi yang berlebihan.

11. Hindari minum minuman beralkohol.

12. Makanlah makanan yang aman bagi kesehatan, yaitu bebas dari cemaran bahan kimia dan mikroba berbahaya, yang dapat menyebabkan sakit.

13. Bacalah label pada makanan yang dikemas, untuk mengetahui komposisi bahan penyusun (ingridien), komposisi gizi, serta tanggal kedaluarsa.

DAFTAR PUSTAKA31

1. Sediaoetama AD. Ilmu gizi untuk mahasiswa dan profesi. Jakarta: Dian rakyat: 2008.h.31-95.

2. Jeremy W, Robert C, Roger I. At a glance: fisiologi. Jakarta: Erlangga; 2007.h.84-95.

3. Robert KM, Daryl KG, Peter AM, Victor WR. Biokimia harper. Edisi ke-27. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2009.h.141-313.

4. Sherwood L. Fisiologi manusia dari sel ke system. Edisi ke-2. Jakarta: EGC; 2001.h.609-86.

5. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi ke-20. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2003.h.276-88.

6. Gunawijaya FA, Kartawiguna E. Penuntun praktikum kumpulan foto mikroskopik histologi. Jakarta: Penerbit Universitas Trisakti; 2009.h.139-46.

32