Thursday, September 2, 2010

metabolisme kenyang, puasa, kelaparan, anapleorotik

Biokimia Kenyang, Puasa, dan Siklus Asam Sitrat
Oleh Rizka H

KEADAAN KENYANG1

Selama makan, kita memasukkan karbohidrat, lemak, dan protein, yang kemudian dicerna dan diserap. Sebagian bahan makanan ini digunakan dalam jalur-jalur yang menghasilkan ATP, untuk memenuhi kebutuhan energi segera. Kelebihan konsumsi bahan bakar yang melebihi kebutuhan energi tubuh dibawa ke depot bahan bakar, tempat bahan tersebut disimpan. Selama periode dari permulaan absorpsi sampai absorpsi selesai, kita berada dalam keadaan kenyang atau keadaan absorptif.

Setelah makan diet tinggi karbohidrat, pankreas akan terangsang untuk mengeluarkan insulin; dan pelepasan glukagon terhambat.


Karbohidrat
Karbohidrat dalam makanan dicerna menjadi

monosakarida oleh enzim pencernaan. Monosakarida kemudian diserap oleh sel epitel usus dan dilepaskan ke dalam vena porta hepatika. Sesampainya di hati, sebagian glukosa dioksidasi dalam jalur-jalur yang menghasilkan ATP untuk memenuhi kebutuhan energi segera sel-sel hati. Sebagian lagi diubah menjadi glikogen dan triasilgliserol. Simpanan glikogen dalam hati mencapai maksimum sekitar 200-300 gram. Setelah simpanan glikogen mulai penuh, hati mengubah glukosa yang diterimanya menjadi triasilgliserol. Triasilgliserol dikemas bersama protein, fosfolipid, dan kolesterol dalam bentuk kompleks lipoprotein yang dikenal sebagai lipoprotein densitas sangat rendah (VLDL) yang kemudian disekresikan ke dalam aliran darah. Asam-asam lemak VLDL sebagian digunakan untuk memenuhi kebutuhan energi sel, tetapi sebagian besar disimpan sebagai triasilgliserol di jaringan adiposa.
Glukosa dari usus, yang tidak dimetabolisis oleh hati, akan mengalir di dalam darah menuju ke jaringan perifer, tempat glukosa tersebut mungkin dioksidasi untuk menghasilkan energi. Glukosa adalah bahan bakar yang dapat digunakan oleh semua jaringan. Banyak jaringan menyimpan glukosa dalam jumlah kecil dalam bentuk glikogen, terutama otot.
Insulin sangat meningkatkan transpor glukosa ke dua jaringan yang memiliki massa terbesar di dalam tubuh yaitu jaringan otot dan adiposa. Efek insulin terhadap transpor glukosa ke jaringan lain rendah. Metabolisme glukosa di jaringan lain di antaranya:
1. Otak dan jaringan saraf lain sangat bergantung pada glukosa untuk memenuhi kebutuhan energinya. Kecuali pada keadaan kelaparan, glukosa adalah satu-satunya bahan bakar utama yang dibutuhkan sebanyak 150 gram setiap hari.
2. Sel darah merah hanya dapat menggunakan glukosa sebagai bahan bakar karena sel ini tidak memiliki mitokondria. Glukosa mengalami glikolisis di dalam sitoplasma. Hasilnya yaitu piruvat dapat dilepaskan secara langsung ke dalam darah atau diubah menjadi laktat kemudian dibebaskan.
3. Otot rangka yang sedang bekerja dapat menggunakan glukosa dari darah atau dari simpanan glikogennya sendiri, untuk diubah menjadi laktat melalui glikolisis atau menjadi CO2 dan H2O. Otot yang sedang bekerja juga menggunakan bahan bakar lain dari darah, misalnya asam lemak. Setelah makan, glukosa digunakan oleh otot untuk memulihkan simpanan glikogen yang berkurang selama otot bekerja.
4. Insulin merangsang penyaluran glukosa ke dalam sel-sel adiposa serta ke dalam sel-sel otot. Adiposit mengoksidasi glukosa untuk menghasilkan energi, dan sel-sel tersebut juga menggunakan glukosa sebagai sumber untuk membentuk gugus gliserol pada triasilgliserol yang mereka simpan.
• Protein
Protein dalam makanan dicerna menjadi asam-asam amino, yang kemudian diserap ke dalam darah. Asam amino mungkin mengalami oksidasi untuk menghasilkan energi atau digunakan oleh jaringan untuk biosintesis. Sebagian besar asam amino yang digunakan untuk biosintesis diubah menjadi protein; sisanya digunakan untuk membentuk bermacam-macam senyawa bernitrogen, misalnya sebagai neurotransmiter, hormon, hem, serta basa purin dan pirimidin pada DNA dan RNA.
• Lemak
Triasilgliserol adalah lemak utama dalam makanan. Bahan ini dicerna menjadi asam-asam lemak dan 2-monoasilgliserol, yang disintesis ulang menjadi triasilgliserol di dalam sel epitel usus, kemudian dikemas dalam kilomikron, dan disekresikan melalui limfe ke dalam darah. Dalam keadaan kenyang, terbentuk dua jenis lipoprotein, kilomikron dan VLDL. Fungsi utama kedua lipoprotein ini adalah untuk mengangkut triasilgliserol dalam darah. Saat lipoprotein masuk ke dalam pembuluh darah di jaringan adiposa, triasilgliserol yang terdapat di dalamnya diuraikan menjadi asam lemak dan gliserol. Asam lemak masuk ke dalam sel adiposa dan bergabung dengan sebuah gugus gliserol yang dibentuk dari glukosa darah. Triasilgliserol yang terbentuk disimpan sebagai butir-butir lemak besar di dalam sel adiposa. Sisa kilomikron dibersihkan dari darah oleh hati. Sisa VLDL dapat dibersihkan oleh hati, atau membentuk lipoprotein densitas rendah (LDL).

PUASA1

Glukosa merupakan bahan bakar utama untuk jaringan misalnya otak dan susunan saraf, serta satu-satunya bahan bakar bagi sel darah merah. Kadar glukosa darah memuncak pada sekitar 1 jam setelah makan, dua jam setelah makan, kadar kembali ke rantang puasa (antara 80-100 mg/dL) seiring dengan oksidasi atau pengubahan glukosa menjadi bentuk simpanan bahan bakar oleh jaringan. Penurunan glukosa menyebabkan penurunan sekresi insulin. Hati berespon terhadap hal ini dengan memulai degradasi simpanan oksigen dan melepaskan glukosa dalam darah. Namun, apabila kita terus-terusan berpuasa selama 12 jam, kita masuk ke status basal yang juga dikenal sebagai keadaan pasca absorptif. Seseorang umumnya dianggap pada keadaan basal setelah berpuasa semalam; tidak makan lagi sejak malam terkahir.
Pada awalnya, simpanan glikogen diuraikan untuk memasok glukosa ke dalam darah, tetapi simpanan ini terbatas. Walaupun kadar glikogen hati dapat meningkat sampai 200-300 g setelah makan, hanya sekitar 80 g yang masih tersisia setelah puasa 1 malam. Hati memiliki mekanisme lain untuk menghasilkan glukosa darah. Proses ini yang dikenal sebagai glukoneogenesis yang menggunakan sumber-sumber karbon berupa laktat (glikolisis di dalam sle darah merah), gliserol (lipolisis triasilgliserol adiposa), dan asam amino (pemecahan protein otot). Asam lemak tidak dapat menyediakan karbon untuk glukoneogenesis. Dari simpanan energi makanan triasilgliserol jaringan adiposa yang berjumlah besar, hanya sebagian kecil terutama gugus gliserol yang dapat digunakan untuk menghasilkan glukosa dalam darah. Setelah beberapa jam puasa glukoneogenesis mulai menambah glukosa yang dihasilkan glikogenolisis di hati. Bila puasa berlanjut, glukoneogenesis menjadi lebih penting sebagai sumber glukosa darah. Setelah sekitar 30 jam berpuasa, simpanan glikogen hati habis dan glukoneogenesis menjadi satu-satunya sumber glukosa darah. Pasokan minimal glukosa mungkin diperlukan dalam jaringan ekstra hepatik untuk mempertahankan konsentrasi oksaloasetat dan bentukan siklus asam sitrat. Disamping itu, glukosa merupakan sumber utama gliserol 3 fosfat dalam jaringan yang tidak mempunyai energi gliserol kinase seperti jaringan adiposa.



• Peran Jaringan Adiposa Selama Puasa

Triasilgliserol merupakan sumber utama energi selama puasa. Sewaktu kadar insulin menurun dan kadar glukagon darah meningkat, triasilgliserol adiposa dimobilisasi oleh suatu proses lipolisis. Pemecahannya menghasilkan gliserol dan asam lemak. Asam lemak berfungsi sebagia bahan bakar untuk jaringan misalnya otot, ginjal yang mengoksidasinya menjadi asetil koA dan kemudian menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Sebagian besar asam lemak masuk ke hati diubah menjadi benda keton. Benda keton ini dapat dioksidasi lebih lanjut oleh jaringan misalnya otot dan ginjal. Di jaringan tersebut asetoasetat dan beta-hidroksibutirat diubah menjadi asetil KoA dan kemudian menjadi CO2 dan H2O disertai pembentukan energi.
Pada intinyam kadar glukosa dipertahankan dalam rentang 80-100 mg/dL dan kadar asam lemak serta benda keton meningkat. Otot menggunakan asam lemak, benda keton, dan (sewaktu sedang olahraga dan saat pasokan masih ada) glukosa dari glikogen otot. Banyak jaringan yang menggunakan campuran asam lemak dan benda keton.

• Perubahan Metabolik Selama Puasa Jangka Panjang

Apabila penggunaan bahan bakar yang terjadi selama puasa terus berlangsung untuk jangka lama, protein tubuh akan cepat dikonsumsi sampai suatu ketika fungsi kritis terganggu. Untungnya, perubahan metabolik yang terjadi selama puasa tidak menghabiskan protein otot. Setelah berpuasa 4 sampai 5 hari, otot mengurangi penggunaan benda keton dan terutama bergantung pada asam-asam lemak untuk memasok energi. Namun, hati terus mengubah asam lemak menjadi benda keton. Hasilnya adalah bahwa konsentarsi benda keton dalam darah meningkat. Otak mulai menyerap benda keton dan mengoksidasinya menjadi energi. Glukosa tetap dibutuhkan sebagai sumber energi untuk sel darah merah dan otak terus menggunakan glukosa dalam jangka waktu terbatas. Glukosa tersebut dioksidasi menjadi energi dan digunakan sebagai sumber karbon untuk sintesis neurotransmitter. Namun, glukosa tetap dihemat penggunaannya sehingga hati lebih sedikit menghasilkan glukosa selama puasa jangka panjang dibandingkan selama puasa singkat.



Karena simpanan glikogen dalam hati habis dengan puasa sekitar 30 jam, glukoneogenesis adalah satu-satunya proses yang digunakan hati untuk memasok glukosa ke dalam darah. Asam amino yang dihasilkan oleh penguraian protein otot terus berfungsi sebagai sumber utama karbon untuk glukoneogenesis. Namun, karena kecepatan glukoneogenesis menurun selama puasa jangka panjang, protein otot juga dihemat, yakni tidak banyak protein otot yang digunakna untuk proses glukoneogenesis. Akibatnya, karena produksi glukosa menurun, produksi urea juga berkurang selama puasa jangka panjang dibandingkan dengan produksi pada puasa singkat. Besarnya jumlah jaringan adiposa dalam tubuh kita menjadi penentu utama seberapa lama kita dapat berpuasa, karena jaringan adiposa merupakan pasokan energi utama bagi tubuh. Namun, glukosa masih digunakan dalam tingkat waktu tertentu bahkan selama puasa jangka panjang. Walaupun kita mengalami berbagai masalah, misalnya kehabisan bahan bakar, protein menjadi sangat kurang sehingga jantung, ginjal dan jaringan vital lainnnya berhenti berfungsi, atau kita terserang infeksi segingga tidak cukup mengadakan respon imun. Akhirnya kita meninggal akibat kelaparan.

PENGATURAN METABOLISME KARBOHIDRAT DAN LEMAK SELAMA PUASA1
• Mekanisme di Hati yang Berfungsi Mempertahankan Kadar Glukosa Darah
Selama puasa, rasio insulin/glukagon menurun. Glikogen hati diurai untuk menghasilkan glukosa darah. Enzim untuk penguraian glikogen diaktifkan melalui fosforilasi yang diarahkan oleh cAMP. Glukagon merangsang adenilat siklase untuk membentuk cAMP, yang kemudian mengaktifkan protein kinase A. Protein kinase A melakukan fosforilasi terhadap fosforilasi kinase, yang kemudian melakukan fosforilasi dan mengaktifkan glikogen fosforilase. Protein kinase A juga memfosforilasikan glikogen sintase. Tetapi, enzim tersebut menjadi inaktif.
• Mekanisme yang mempengaruhi lipolisis di jaringan adiposa
Selama puasa, sewaktu kadar insulin darah turun dan kadar glukagon meningkat, kadar cAMP di dalam sel adiposa meningkat. Akibatnya, protein kinase A diaktifkan dan menyebabkan fosforilasi lipase peka hormon. Enzim bentuk terfosforilasi ini menjadi aktif dan memutuskan asam lemak dari triasilgliserol.

• Mekanisme yang mempengaruhi pembentukan badan keton oleh hati
Setelah dibebaskan dari jaringan adiposa selama puasa, asam lemak mengalir dalam darah dalam bentuk kompleks dengan albumin. Asam lemak ini dioksidasi oleh berbagai jaringan, terutama otot. Di hati, asam lemak dipindahkan ke dalam mitokondria karena asetil KoA karboksilase inaktif, kadar malonil KoA rendah, dan CPTI aktif. Asetil KoA, yang dihasilkan oleh oksidasi-β, diubah menjadi badan keton.
• Metabolisme saat kerja fisik2
Saat latihan ringan (seperti berjalan) sampai latihan sedang (seperti lari-lari kecil atau berenang), sel-sel otot mampu membentuk cukup ATP melalui fosforilasi oksidatif untuk memenuhi kebutuhan energi. Untuk mempertahankan terjadinya fosforilasi oksidatif, dibutuhkan cukup oksigen dan nutrien.
Pada kontraksi yang hampir maksimal, pembuluh darah yang masuk ke otot tertekan dan hampir tertutup oleh kontraksi yang kuat, sehingga oksigen sulit masuk ke serat otot. Meskipun oksigen berhasil masuk, fosforilasi oksidatif yang prosesnya relatif lambat tidak dapat memenuhi kebutuhan ATP dengan cukup cepat. Konsumsi energi otot rangka pada latihan berat dapat mencapai 100 kali konsumsi energi pada keadaan istirahat. Karena itu, otot bergantung pada glikolisis untuk menghasilkan ATP meskipun jumlah ATP yang dihasilkan lebih sedikit. Namun, glikolisis adalah proses yang kurang efisien (satu molekul glukosa hanya bisa menghasilkan 2 ATP) dan ada asam laktat yang dihasilkan (menyebabkan pegal) sehingga latihan anaerobik hanya bisa dilakukan pada durasi yang pendek.

SIKLUS ASAM SITRAT1,3
Siklus ini merupakan tahap akhir dari proses metabolisme energi glukosa. Proses konversi yang terjadi pada siklus asam sitrat berlangsung secara aerobik di dalam mitokondria dengan bantuan 8 jenis enzim. Inti dari proses yang terjadi pada siklus ini adalah untuk mengubah 2 atom karbon yang terikat di dalam molekul Acetyl-CoA menjadi 2 molekul karbondioksida (CO2), membebaskan koenzim A serta memindahkan energi yang dihasilkan pada siklus ini ke dalam senyawa NADH, FADH dan GTP. Selain menghasilkan CO2 dan GTP, dari persamaan reaksi dapat terlihat bahwa satu putaran Siklus Asam Sitrat juga akan menghasilkan molekul NADH & molekul FADH . Untuk melanjutkan proses metabolisme energi, kedua molekul ini kemudian akan diproses kembali secara aerobik di dalam membran sel mitokondria melalui proses Rantai Transpor Elektron untuk menghasilkan produk akhir berupa ATP dan air (H2O).

Molekul Acetyl CoA yang merupakan produk akhir dari proses konversi Pyruvate kemudian akan masuk kedalam Siklus Asam Sitrat. Secara sederhana persamaan reaksi untuk 1 Siklus Asam Sitrat (Citric Acid Cycle) dapat dituliskan :
Acetyl-CoA + oxaloacetate + 3 NAD + GDP + Pi +FAD --> oxaloacetate + 2 CO + FADH + 3 NADH + 3 H + GTP

• Reaksi Anapleorotik
Agar siklus asam trikarboksilat terus berputar, jaringan harus menyediakan zat antara 4-karbon yang cukup untuk mengganti keluarnya zat tersebut ke jalur lain, misalnya glukoneogenesis atau sintesis asam lemak. Di setiap jaringan, jalur metabolic bersilangan dnegan siklus asam trikarboksilat dan menyebabkan keluarnya zat antara dari siklus, misalnya sitrat dan malat. Di jaringan saraf, alpha ketoglutarat diubah menjadi glutamate kemudian menjadi GABA. Di hati suksinil KoA dikeluarkan untuk sintesis hem. Oksaloasetat selalu mengalami regenerasi di dalam siklus tersebut. Reaksi yang menyediakan zat antara 4-karbon kepada sikluas asam trikarboksilat adalah reaksi anapleorotik atau filling up. Salah satu reaksi anapleorotik utama adalah perubahan piruvat dan CO2 menjadi oksaloasetat dan piruvat karboksilase. Enzim ini mengandung biotin. Piruvat karboksilase banyak ditemukan di hati dan jaringan saraf karena jaringan-jaringan ini selalu memiliki efluks zat antara yang konstan. Selain itu, piruvat dehidrogenase ini juga merupakan bagian dari glukoneogenik yang mampu mengubah alanin dan laktat menjadi glukosa.


Daftar Pustaka
1. Marks DB, Marks AD, Smith CM. Biokimia Kedokteran Dasar Sebuah Pendekatan Klinis. Edisi I. Jakarta: EGC. 2000. Hal 20-30, 545-52.
2. Sherwood L. Human Physiology From Cells to Systems. Edisi 5. USA: Brooks/Cole-Thomson Learning. 2004. Hal 279, 726-8.
3. Mac donald, I., Carbohydrates : Metabolism of Sugar. In Encyclopedia of Food Sciences & Nutrition, 2nd Edition, Caballero, B. Trugo, L.C., & Finglas, P.M.,Eds,. Academic Press. 2003.


Reaksi:

1 komentar:

  1. terima kasih info nya gan.....
    jangn lupa berkunjung ke Anehh.com

    ReplyDelete