BAB XII
A.
METABOLISME KARBOHIDRAT
Karbohidrat dalam makanan melalui pencernaan usus halus, dirubah menjadi
monosakarida antara lain dalam bentuk glukosa (terbanyak), fruktosa, galaktosa dan manosa selanjutnya diabsorbsi dalam darah serta dalam jaringan dimetabolisasi.
Metabolisme glukosa
Fungsi glukosa, sebagai sumber energi dan cadangan energi dan bahan pembentuk zat lain yang diperlukan tubuh antara lain pentosa (gula RNA, DNA), asam glukoronat, asam askorbat, gliserol fosfat dan laktosa ( untuk ibu menyusui).
Zat non karbohidrat Pentosa P
Gambar 12.1 Jalur metabolisme karbohidrat
Glikolisis Embden Mayerhof
Glikolisis Embden Meyerhof merupakan pemecahan glukosa menjadi piruvat (aerobik ) atau laktat (anaerobik). Terjadi pada semua jaringan. Enzim-enzim ini terdapat dalam sitosol (ekstra mitokhondria). Energi yang dihasilkan aerobik 8 ATP dan anaerobik 2 ATP.
Tricarboxylic cycle (TCC) disebut juga siklus asam trikarboksilat (Krebs Cycle) atau siklus asam sitrat (SAS). Siklus Krebs ini merupakan jalan akhir katabolisme karbohidrat dan protein, karena ketiganya dapat membentuk asetil KoA. Siklus Krebs juga merupakan sumber molekul untuk untuk proses anabolik, seperti pembentukan asam lemak, asam amino dan glukoneogenesis, sehingga berfungsi ganda, fungsi amfibolik (anaplerotik). Terjadi di intra mitrokondri, di eritrosit tidak terjadi TCC karena tidak mempunyai mitokondria.
Gambar 12.2 Protein, karbohidrat dan lipid sumber asetil KoA
Efisiensi Oksidasi Glukosa yaitu 1 Mol Glukosa menghasilkan CO2, H2O dan energy,
menghasilkan 38 ATP = 38 x 7,6kkal setara dengan 288.800 kalori. 1 ml glukosa membentuk CO2 dan H2O bila dibakar dalam kalorimeter menghasilkan 686.000 kalori. Efisiensi metabolism
yaitu 288.800/686.000 x 100% = 42% dan selanjutnya 58% diubah menjadi panas
Glikogenesis dan Glikogenolisis
Glikogenesis dan glikolisis terjadi hampir dalam semua jaringan, terutama dalam hati dan otot. Glikogen otot merupakan sumber heksosa untuk glikolisis dalam otot sendiri. Glikogen hati bertujuan mempertahankan kadar glukosa darah dan dipengaruhi oleh faktor hormonal dan nutrisi.
Gambar 12.4 Mekanisme pembentukan pohon glikogen
Heksosa Monofosfat Shunt (Pentosa fosfat Shunt/HMP Shunt)
Oksidasi Glukosa melalui pembentukan pentosa fosfat, yang reaksinya membutuhkan akseptor H yaitu NADP. Reaksi ini aktif dalam jaringan hati, mamma laktasi, adiposa eritrosit, testis, cortex adrenal. Enzim berada di ekstra mitokondria yang berguna untuk menghasilkan NADPH untuk sintesa ekstra mitokondrial dan keutuhan membran. Pada eritrosit defisiensi Glu-6-dehidrogenase menyebabkan eritrosit jadi fragil (anemia). Reaksi ini juga dapat menghasilkan pentosa untuk sintesa (nukleotida, asam nukleat) pembentuk gula penyusun RNA dan DNA.
Perbedaan HMP Shunt dan glikolisis EM yaitu HMP Shunt oksidasi berlangsung terhadap Glukosa-6-Fosfat, terbentuk CO2, terbentuk C1 di decarboksilasi membentuk CO2 dan glikolisis EM oksidasi bukan terhadap Glukosa-6-fosfat, tidak terbentuk CO2, C1 dan C6 diubah menjadi C metil dari piruvat.
Gambar 12.7 Jalur HMP Shunt
Glukoneogenesis
Gambar 12.8 Jalur asam amino dan asam lemak membentuk karbohidrat
Gambar 12.10 Jalur laktat menjadi karbohidrat melalui siklus Cori
Jalur Asam Uronat (Uronic Acid Pathway)
Metabolisme Fruktosa
Gambar 12.12 Jalur metabolism Fruktosa
Glikosaminoglikan dan glikoprotein
Gambar 12.13 Jalur pembentukan glikosaminoglikan dan glikoprotein
Sumber glukosa darah dapat diperoleh dari karbohidrat (makanan), glikogen hati (glikogenolisis), glukoneogenesis yaitu laktat, propionat, gliserol dan asam amino glukogenik. Kadar glukosa darah. Kadar glukosa pada kondisi post absorbsi 70-120 mg%, puasa 70-110mg% dan setelah makan 120-130mg%. Regulasi kadar glukosa darah dipengaruhi oleh insulin yang menyebabkan cAMP menurun, reaksi glikogenesis, glikolisis dan lipogenesis meningkat serta sehingga kadar glukosa darah menurun. Pengaruh glukagon, epinefrin, nortiroksin dan kortikosterol menyebabkan cAMP meningkat sehingga dapat meningkatkan glikogenolisis, glukoneogenesis sehingga glukosa darah meningkat.
Ambang ginjal terhadap glukosa yaitu termasuk dalam katagori batas tinggi, kemampuan ginjal untuk mereabsorbsi seluruh glukosa yang difiltrasi oleh glomerulus 170-180mg%. kadar diatas 170 -180 mg% menyebabkan glukosuria terjadi pada kondisi hiperglikemik (Diabetes Melitus), pada renal yaitu pada penderita penyakit ginjal dan wanita
hamil. Toleransi terhadap glukosa terdir atas toleransi rendah pada kasus hiperglikemi, glukosuria, pada DM, Kerusakan hati, obesitas, hiperpituitarism, Hiperfungsi dan kortek adrenal serta pada toleransi tinggi terjadi pada kasus pada hipopituitarism, hipofungsi
METABOLISME LEMAK
Lipid jaringan, menyimpan kalori non-aktif menjadi aktif bila kurang sumber energi, schoenheimer dan Rittenberg menyatakan jumlah lemak tubuh konstan. Bentuk energi simpanan vertebrata yaitu triasilgliserol dan glikogen. Glikogen sumber ATP kontraksi otot utk 1 jam pertama. Triasilgliserol lemak utama makanan serta sumber ATP untuk kerja intensif misa untuk lari maraton.
Lemak tubuh terdiri atas asam lemak dan triasilgliserol; gliserofosfolipid dan sfingolipid (membran sel & LP); eikosanoid (prekursor: Prostaglandin, tromboksan, leukotrien, lipoksin), kolesterol (stabilisator membran), garam empedu (prekursor: kolesterol), hormon steroid (prekursor: kolesterol) dan vitamin larut lemak.
Lemak utama makanan yaitu dalam bentuk triasilgliserol, sebagai pembawa untuk vitamin: A, D, E, K. Lemak mengalami emulsifikasi di usus halus oleh garam empedu. Lemak dicerna oleh lipase pancreas dan melalui pencernaanm menghasilkan asam lemak dan 2-monoasilgliserol
Triasilgliserol merupakan sumber utama energi dibanding karbohidrat dan protein, kalorinya 2 kalilipat, mengandung sedikit air, energi potensial dapat disimpan, dibutuhkan dalam jumlah yang sedikit, melarutkan vitamin-vitamin tertentu dan Absorpsi saluran pencernaan.
Penyerapan lipid permasalahannya adalah lemak makanan yang disintesis hati harus diangkut ke jaringan dan organ, jalur transpotasi melalui pembuluh darah. Solusi yaitu dengan pengikatan lipid nonpolar, amfipatik dan protein membentuk lipoprotein.
Lipoprotein berdasarkan jenis (densitas) terdiri atas kilomikron, VLDL (Very Low Density Lipoprotein), LDL (Low Density Lipoprotein), HDL (High Density Lipoprotein) dan IDL (Intermediate Density Lipoprotein). Jenis lipid utama pembentuk lipoprotein adalah triasilgliserol, fosfolipid, kolesterol, esterkolesteril dan asam lemak bebas.
Gambar 12B.2 Struktur lipoprotein
Tabel 12B.1 Lipoprotein dalam plasma manusia
Kilomikron VLDL IDL LDL HDL
Berat molekul (10-6) >400 10-80 5-10 2-3 0,18-0,36 Densitas (g/cm3) < 0,95 0,95-1,006 1,006-1,019 1,019-1,063 1,063-1,210 Komposisi Kimia (%)
Lipogenesis merupakan pembentukantriasilgliserol dari glukosa.Biosintesis asam lemak, melalui lintasan utama di sitosol. Lipogenesis terjadi di banyak sel, misal hati, ginjal, otak, paru, kelenjar mamae dan adiposa. Kofaktor yang dibutuhkan dalam reaksi ini adalah NADPH, ATP, Mn2+, biotin & HCO
Lipogenesis memerlukan kompleks enzim sintase asam lemak yang terdiri atas 7 aktifitas enzim yaitu ketoasil sintase, asetil trasasilase, malonil transasilase, hidratase, enoil reduktase, ketoasil reduktase, ACP tioesterase ditambah 1 ACP (acyl carrier protein).
Lipogenesis
Oksidasi asam lemak (Ketogenesis/-Oksidasi)
Oksidasi asam lemak bertujuan untuk menghasilkan ATP, serta berlangsung di mitokondria, memerlukan NAD+ dan FAD, terjadi pada keadaan kelaparan dan DM. Reaksi ini bila berlebihan menyebabkan ketoasidosis.
Gambar 12.5 Peran karnitin dalam oksidasi asam lemak
Proses -Oksidasi
Proses β-oksidasi adalah pemecahan 2 atom karbon sekaligus dari molekul asil-KoA. Tahap reaksi ini meliputi aktifasi dalam hal ini melibatkan karnitin, dehidrogenasi, hidratasi, dehidrogenasi dan tiolasi.
Perhitungan pembentukan energi pada ß-Oksidasi
Oksidasi asam lemak peroxisomal pada peroksisom menghasilkan peroksida, berfungsi membantu pemecahan asam lemak rantai panjang (C20). Reaksi ini terjadi dalam mitokondria masuk dengan karnitin, bila ß- oksidasi berakhir pada oktanoil KoA, reaksi ini berakhir pada asetil karnitin. Reaksi ini diinduksi kadar tinggi lemak.
α-Oksidasi asam lemak yaitu pengeluaran 1 karbon dari COOH pada jaringan otak yang tidak berikatan dengan KoA dan tidak terbentuk ATP. Pengeluaran Metil di 3C yang menghalangi ß-oksidasi (oksidasi as.fitanat dari fitol). Reaksi ini terjadi pada kelainan Refsum yaitu penyakit yang mencegah terjadinya oksidasi asam fitanat.
Oksidasi asam lemak tidak jenuh
Biosintesis asam lemak jenuh terjadi pada sistem ekstramitokondria (siste de novo), sistem mikrosom dan sistem mitokondria. Sistem ekstramitokondria terjadi di dalam sitosol : hati, ginjal, otak, pari, kelenjar mammae, dimana asetil KoA membentuk asam palmitat. 2 Jenis senyawa yang berperan dalam pembentukan asam lemak jenuh yaitu acyl Carier asam Lemak (ACP) dan kompleks multi enzim antara lain asil trasferase, malonil trasnasilase, ß- ketoasil sintetase, deasilase, keto asil reduktase, hidratase dan enoil reduktase.
Biosintesis asam lemak jenuh pada sistem mikrosom memerlukan bahan malonil KoA yang selanjutnya mengalami penambahan 2 atom C. Pada keadaan puasa perpanjangan rantai menurun, perpanjangan rantai terjadi pada asam lemak jenuh C10 dan C16, asam lemak tak jenuh C18, stearoil KoA (C18) otak dan asam lemak pembentukan sfingolipid (C22 dan C24). Pada sistem mitokondria bersifat an-aerob, kebalikan dari reaksi ß-oksidasi serta bertujuan memperpanjang rantai lebih panjang 2C.
Met Asam Lemak tidak jenuh
A B
Gambar 12.9 Asam lemak non-esensial (A) dan esensial (B)
Sistem desaturasi asam lemak ikatan rangkap tunggal
Gambar 12B. 9 Sintesis asam lemak jenuh (arakidonat)
Adanya Asam lemak esensial sudah diketahui sejak tahun 1928 Evans dan Burr, percobaan pada tikus, bila tanpa lemak, hanya vitamin A dan D pertumbuhan berkurang dan terjadi defisiensi reproduksi. Tindakan yang dilakukan yaitu pemberian asam linoleat, asam linolenat dan asam arachidonat ternyata pertumbuhan lebih baik.
Fungsi asam lemak esensial yaitu pembentukan prostaglandin, pembentuk sistem reproduksi dalam bentuk fosfolipid, perlemakan hati, metabolisme kolesterol, dibutuhkan sekitar 1-2% kalori tubuh. Eikosanoid merupakan asam lemak yang diselang-seling dengan metil, aktif bila hasil sintesis asam lemak esensiaL serta membentuk siklooksigenase-lipoksigenasi.
Gambar 12B.11 Metabolisme asil gliserol (hasil katabolisme triasilgliserol)
KOLESTEROL
Kolesterol adalah lipid amfipatik, asal endogen (biosintesis tubuh) 700 mg/hari dan hati, usus dan sel berinti lainnya dan eksogen (makanan). Kolesterol berfungsi struktur esensial membran sel, lapisan luar lipoprotein plasma dan unsur utama batu empedu. Biosintesis kolesterol memerlukan bahan asal asetil-KoA, yang terdiri terdiri dari 5 tahap yaitu mavolenat, unit isoprenoid aktif (isopentenil difosfat), skualen, lanosterol dan kolesterol.
GARAM/ASAM EMPEDU
Asam empedu primer disintesis dari kolesterol, asam empedu primer terdiri atas asam kolat (taurokolat dan glikokolat), asam kenodeoksikolat (taurodeoksikolat dan glikodeoksikolat). Asam empedu sekunder terdiri atas asam deoksikolat dan asam litokolat. Asam empedu primer masuk ke getah empedu dalam bentuk terkonjugasi glisin dan taurin. Dinamakan garam empedu karena getah empedu banyak mengandung K dan Na serta mempunyau pH basa. Terjadi sirkulasi enterohepatik, yaitu Asam empedu yang dikeluarkan akan diserap usus dan kembali ke hati. Sebagian kecil disekresikan melalui feses dan dapat daur ulang melalui usus sekitar 6-10 kali setiap hari.
ATHEROSKLEROSIS
Artherosklerosis adalah mengerasnya pembuluh arteri yang disebabkan deposit lipid (umumnya kolesteril ester). Lokasi pada jaringan ikat dinding pembulug arteri, terjadi pada penderita DM, nefrosis lipid dan hipotiroidisme. Lebih parah bila VLDL, IDL, sisa kilomikron dan LDL meningkat sedangkan HDL menurun.
KAFEIN
Kafein meningkatkan kadar asam lemak bebas dalam plasma manusia karena kafein
e gha at kerja e zi fosfodiesterase ’, ’-nukleotida siklik, enzim tersebut mengurai
se yawa AMP e jadi ’-AMP. cAMP mengendalikan lipolisis (mengaktifkan enzim triasilgliserol lipase).
Perlemakan hati disebabkan tidak seimbang pembentukan dan pengeluaran TAG. Ada 2 tipe yaitu pada kenaikan asam lemak bebas dan gangguan metabolisme lipoprotein plasma yang disebabkan oleh kelaparan, DM tidak terkontrol dan alkoholisme.
BADAN KETON
Badan keton terjadi jika oksidasi asam lemak dengan kecepatan tinggi di hati. Benda keton terdiri atas asetoasetat, -hidroksibutirat dan aseton. Badan keton berfungsi sebagai bahan bakar jaringan ekstrahepatik, misal pada otot (asetoasetat & -hidroksibutirat)
Gambar 12B.14 Proses Ketogenesis
Pengaruh hormon dengan metabolism lemak
Hormon berperan dalam meningkatkan lipolisis, mempercepat pelepasan FFA dari jaringan adipose, menaikan kadar asam lemak bebas plasma, contohnya yaitu ACTH, epinefrin, norepinefrin, glukagon, MSH, TSH, GH, vasopressin. Hormon dapat meperlambatkan lipolisis, menghambat sintesis cAMP, menginaktifkan enzim lipase. Contoh pengaruh insulin, asam nikotinat, prostaglandin E1.
METABOLISME ASAM AMINO-PROTEIN
Metabolisme asam amino meliputi anabolisme dan katabolisme. Protein digunakan sebagai sumber N berguna dalam pembentukan asam amino. Keseimbangan N (N masuk = N keluar) diperlukan, Positif bila N masuk lebih banyak keluar terjadi pada masa pertumbuhan, ibu hamil dan masa penyembuhan. Negatif bila N masuk lebih sedikit dari yang keluar yaitu pada kondisi sesudah operasi atau luka bakar, penyakit kanker, malnutrisi (intake protein rendah) dan sindrom nefrotik
Fungsi protein yaitu 1-2% protein total tubuh yang dipecah pada katabolisme otot dan 75-80 % asam amino diubah kembali untuk sintesis protein baru serta sisanya (20-25%) berupa N sebagai pembentuk urea dan C sebagai zat intermediat amfibolik yaitu sebagai asam amino glukogenik (pembentuk karbohidrat) dan asam amino ketogenik (pembentuk lipid).
Gambar 12C.1 Metabolisme asam amino-protein
Asam amino non-esensial terdiri atas 9 asam amino dibentuk dari zat intermediate amfibolik dan 3 asam amino berasal dari asam amino esensial. Enzim yang berperan dalam pembentukan asam amino yaitu glutamat dehidrogenase, glutamin sintetase dan transaminase. Biosintesis asam amino non-esensial yang dibentuk dari senyawa atau zat perantara amfibolik, dibentuk dari asam amino non esensial yang lain dan dibentuk dari asam amino esensial.
Tabel 12C. 2 Asam amino dari zat antara amfibolik
Alanin Alanin dibentuk dari piruvat melalui reaksi transaminasi
Aspartat Aspartat dibentuk dari oksaloasetat melalui reaksi transaminasi
Glutamat Glutamat terbentuk dari α-ketoglutarat
Glutamin Glutamin disintesisi memerlukan ATP, glutamin sintetase, NH4
Asparagin Asparagin sintesisnya memerlukan : ATP, asparagin sintetase, aspartat
Glisin 1.Glisin dari ransaminase asam glioksilat
3.Glisin dari pemecahan treonin
4. 4. Glisin hasil pemechan kolin
Serin Serin dihasilkan dari 3-fosfogliserat (zat antara glikolisis EM) dalam 2 reaksi yaitu :
a. P dilepaskan sehingga dihasilkan asam gliserat kemudian dioksidasi oleh enzim dehidrogenase
menghasilkan hidroksi piruvat. b. Fosfogliserat langsung dioksidasi
sehingga membentuk asam keto yang masih mengandung P
Tabel 12C.3 Asam amino yang dibentuk dari asam amino non-esensial
Prolin Prolin dibentuk dari glutamat
Hidroksiprolin Hidroksiprolin berasal dari prolin
Tabel 12C.3 Asam amino yang terbentuk dari asam amino esensial
Tirosin Tirosin dibentuk dari fenilalanin. Reaksi hidroksilasi (penambahan gugus hidroksil). Diperlukan faktor tetrahidrofolat.
Hidroksilisin Hidroksilisin dibentuk dari lisin. Hampir seluruhnya terdapat pada jaringan kolagen.
Katabolisme Nitrogen asam amino
Katabolisme Nitrogen asam amino dihasilkan amoniak (NH3) yang bersifat toksik terhadap jaringan terutama saraf sehingga harus diubah menjadi zat yang tidak toksik. Pada mamalia amoniak diubah menjadi urea (ureotelik). Pada reptilia dan ampibia, serta burung , amoniak diubah menjadi asam urat (urikotelik). Jenis ikan membentuk amoniak (NH4Cl) (amonotelik). Proses pemecahan asam amino membentuk urea meliputi transaminasi, deaminasi oksidatif, transport amoniak dan Sintesis urea.
Transaminase yaitu suatu reaksi antara 2 pasang substrat yaitu asam alfa amino dengan asam alfa keto. Enzim transaminase (amino transferase), memerlukan piridoksalfosfat. Terjadi perubahan pada molekul piridoksal-P yaitu gugus aldehid dari piridoksal-P menerima gugus amin dari suatu asam amino sehingga asam aminonya berubah menjadi asam alfa keto. Piridoksal-P berubah menjadi Piridoksamin. Gugus amin dari piridoksal-P dipindahkan lagi ke asam alfa keto sehingga dihasilkan asam amino baru. Piridoksal P hanya bekerja sebagai carrrier NH2
transaminase, hampir semua asam amino sebagai substrat, kecuali : treonin, hidroksiprolin, prolin, lisin.
Gambar 12C.2 Reaksi transaminasi
Deaminasi oksidatif dilakukan oleh enzim L-amino acid oksidase dan D-asam amino oksdase. Keduanya menggunakan koenzim flavoprotein (FAD/FMN) sedangkan L-glutamat dehidrogenase menggunakan NADPH.
Gambar 12C.3 Reaksi deaminasi
Gambar 12C.4 Reaksi pembentukan amoniak
Sintesis urea melaui siklus urea memerlukan antara lain CO2, NH3, Ikatan fosfat berenergi tinggi, asam amino (N-asetil glutamat, ornitin, sitrulin, aspartat, arginosuksinat, arginin) dan enzim yaitu karbamoil-P sintetase, Ornitin transkarbamoilase, argino suksinat sintetase, argino suksinase, arginase.
Katabolisme rangka karbon asam amino
Katabolisme rangka karbon asam amino dapat digunakan untuk pembentuk asam amino glikogenik (karbohidrat) yaitu alanin, arginin, aspartat, sistein, glutamat, glisin, histidin, hidroksiprolin, metionin, prolin, serin, troenin, valin; asam amino ketogenik (lipid) yaitu leusin dan asam amino glikogenik dan ketogenik yaitu isoleusin, lisin, fenilalanin, triptofan, tirosin.
Gambar 12C.6 Zat-zat antara amfibol yang berasal dari rangka atom C asam amino
Tabel 12C.4 Katabolisme atom C asam amino
Katabolisme prolin dan arginin menjadi α-ketoglutarat
Katabolisme histidin menjadi
α-ketoglutarat
Asam-asam amino yang membentuk piruvat
Reaksi serin hidroksimetiltransferase
Pembelahan glisin oleh glisin sintase
Konversi alanin dan serin menjadi piruvat
