Important Announcement
PubHTML5 Scheduled Server Maintenance on (GMT) Sunday, June 26th, 2:00 am - 8:00 am.
PubHTML5 site will be inoperative during the times indicated!

Home Explore Bab 16. Tinjauan Umum Metabolisme & Penyediaan Bahan Bakar Metabolik

Bab 16. Tinjauan Umum Metabolisme & Penyediaan Bahan Bakar Metabolik

Published by haryahutamas, 2016-04-01 23:41:20

Description: Bab 16. Tinjauan Umum Metabolisme & Penyediaan Bahan Bakar Metabolik

Search

Read the Text Version

lliffiin IPeler A. Moyes, PhD, DScPERAN BIOMEDIS triasiigliserol, 30-40o/o), dan protein (10-15%), serta alkohol. Campuran karbohidrat, lipid, dan protein yangMetabolisme adalah istilah yang digunakan untuk menjelas-kan interkonversi senyawa kimia di daiam tubuh, jalur yang dioksidasi bergantung pada apakah subjek berada dalamdiambil oleh tiap molekul, hubungan antarmoiekul, danmekanisme yang mengatur aliran metabolit meialui jalur- keadaan puasa atau kenyang, dan bergantung pada intensitasjalur metabolisme. Jalur metabolik digolongkan mejadi tigakategori: (1) Jalur anabolik, yaitu jalur-jaiur yang berperan kerja fisik.dalam sintesis senyawa yang lebih besar dan kompleks dariprekursor yang lebih kecil, misalnya sintesis protein dari Kebutuhan akan bahan bakar metabolik relatif konstanasam amino dan sintesis cadangan triasilgliserol dan gliko- sepanjang hari karena aktivitas fisik rerata meningkatkangen. Jalur anabolik bersifat endotermik. (2) Jalur katabo- laju metabolik hanya sekitar 40-50o/o di atas laju metabolik basal. Namun, kebanyakan orang mengonsumsi asupanlik, yang berperan dalam penguraian molekul besar, sering harian bahan bakar metabolik mereka dalam dua atau tigamelibatkan reaksi oksidatif; jaiur ini bersifat eksotermik, kali makan sehingga terdapat kebutuhan untuk membentukyang menghasilkan ekuivalen pereduksi, dan AIP terutama cadangan karbohidrat (glikogen di hati dan otot) dan lipid (triasilgliseol di jaringan adiposa) pada periode setelah makan,melalui rantai respiratorik, . (3) Jalur amfibolik, yang ber- yang digunakan ketika belum terdapat asupan makanan.langsung di \"persimpangan\" metabolisme, bekerja sebagai Jika asupan bahan bakar metabolik selalu lebih besarpenghubung antara jalur katabolik dan anabolik, misalnya daripada pengeluaran energi, kelebihan bahan bakar ini disimpan, umumnya sebagai triasilgliserol di jaringan adiposasiklus asam sitrat. sehingga timbul obesitas dan berbagai masalah kesehatan yang menyertainya. Sebaliknya, jika asupan bahan bakar Pengetahuan tentang metabolisme normal sangat metabolik terus menerus lebih sedikit daripada pengeluaranpenting untuk memahami kelainan yang mendasari energi, cadangan lemak dan karbohidrat nihil, asam amino yang berasal dari pergantian (turnouer) protein digunakanpenyakit. Metabolisme normal mencakup adaptasi terhadap untuk metabolisme yang menghasilkan energi, bukan untukmasa kelaparan, aktivitas fisik, kehamilan, dan menyusui. sintesis protein sehingga terjadi emaciation (kurw kering),Kelainan metabolisme dapat terjadi karena defisiensi gizi,defisiensi enzim, sekresi abnormal hormon, atau efek obat pengecilan otot (wasting), dan akhirnya kematian. Pada keadaan kenyang, setelah makan, pasokandan toksin. karbohidrat berlimpah, dan bahan bakar metabolik untuk Orang dewasa dengan berat badan 70 kg memerlukan kebanyakan jaringan adalah glukosa. Pada keadaan puasa glukosa harus dihemat untuk digunakan oleh sistem sarafsekitar 10-12 MJ Q400-2900 kkal) dari bahan bakar pusat (yang sangat bergantung sepenuhnya pada glukosa) dan sel darah merah (yang bergantung pada glukosa). Jadi,metabolik setiap hari; hewan yang lebih besar memerlukan jaringan yang menggunakan bahan bakar selain glukosasimpanan yang lebih sedikit dan hewan yang lebih kecil dapat menggunakan bahan bakar alternatif; otot dan hati mengoksidasi asam lemak dan hati membentuk badan ketonmemerlukan lebih banyak, per kg berat badannya, serta dari asam lemak untuk diekspor ke otot dan jaringan lain.hewan dan anak yang sedang tumbuh memiliki kebutuhanyang secara proporsional lebih besar untuk memenuhipengeluaran energi pertumbuhan. Bagi manusia kebutuhanini terpenuhi dari karbohidrat (40-600/o), lipid (terutama r39

I40 / BAGIAN ll: BIOENERGETIKA & METABOLISME KARBOHIDRAT & LIPIDSewaktu cadangan glikogen menyusut, asam-asam amino Mekanan Glikogen 3CO^yang berasal dari pergantian protein digunakan untuk {glukoneogenesis. Glukosa Pembentukan dan pemakaian cadangan uiasilgliserol Idan glikogen, serta tingkat penyerapan dan oksidasi glukosaoleh jaringan, sebagian besar dikontrol oleh hormon insulin Glukosadan glukagon. Pada fiabetes melitus, terjadi gangguan fosfatsintesis dan sekresi insulin (diabetes tipe I atau onset juvenil)atau gangguan sensitivitas jaringan terhadap kerja insulin I Jalur pentosa fosfat(diabetes tipe II atau onset dewasa) yang menyebabkan oI .59 Triosagangguan metabolik berat. Pada hewan ternak, kebutuhan ! fosfat fosfat DNAakan laktasi yang besar dapat menyebabkan ketosis, demikianjuga kebutuhan untuk kehamilan kembar pada domba {=9 Asilgliserol (lemak)JALUR YANG MEMROSES BERBAGAI IPRODUK UTAMA PENCERNAAN ISifat alamiah makanan menentukan pola dasar metabolisme . /t- ,Piruvat €LaktatTerdapat kebutuhan untuk mengolah produk pencernaan q3_\"t.-€ [..+co-dari karbohidrat, lipid, dan protein makanan. Produk-produk ini masing-masing terutama adalah glukosa, asam Ilemak dan gliserol, serta asam amino. Pada hewan pemamah /\"*; Asetil-KoA -4Asambiak/ruminansia (dan, dengan derajat yang lebih rendah, € r \ remak 0- \herbivora lain) selulosa dari makanan difermentasi oleh Kotesterolmikroorganisme simbiotik menjadi asam lemak rantai- t Ipendek (asetat, propionat, butirat), dan metabolisme pada salo> W zCO? -Pencernaan dan penye{apan- - Gambar 't6-2. Cambaran singkat metabolisme karbohidrat yang -Katabolisme- memperlihatkan jalur-.jalur utama dan produk-produk akhir. 2H ----t> ATP Clukoneogenesis tidak diperlihatkan. 2CO, hewan-hewan ini diadaptasikan guna pemakaian asam Gambar 16-l , Caris besar jalur-.ialur u ntuk katabolisme karbohidrat, protein, dan lemak dari makanan. Semua jalur menghasilkan asetil- lemak sebagai substrat utama. Semua produk pencernaan KoA yang dioksidasi di siklus asam sitrat dan akhirnya menghasilkan dimetabolisme menjadi suatu produk umum, asetil-KoA ATP melalui proses fosforilasi oksidatif. yang kemudian dioksidasi oleh siklus asam sitrat (Gambar 16-1). Metobolisme Korbohidrot Berpusql podo Penyedioon dqn Nqsib Glukosq Glukosa adalah bahan bakar utama bagi kebanyakan jaringan (Gambar 16-2). Glukosa dimetabolisme menjadi piruvat melalui jalur glikolisis. Jaringan aerob memetabolisme piruvat menjadi asetil-KoA yang dapat memasuki siklus asam sitrat untuk dioksidasi sempurna menjadi CO, dan HrO, yang berkaitan dengan pembentukan AIP dalam

/ I4IBAB 16: TINUAUAN UMUM METABOLISME DAN PENYEDIAAN BAHAN BAKAR METABOLIKproses fosforilasi oksidatif (Gambar 13-2). Glikolisis juga l€ odapat berlangsung secara anaerob (tanpa oksigen), dengan boiproduk akhir berupa laktat. o o Glukosa dan metabolinya juga ikut serta dalam proses U)lain, misalnya (1) Sintesis polimer simpanan glikogen Asetil-KoAdi otot rangka dan hati. (2) Jalur pentosa fosfat, suatualternatif sebagian jalur glikolisis. Jalur ini adalah sumber Asam aminoekuivalen pereduksi (NADPH) untuk sintesis asam lemakdan sumber ribosa untuk membentuk nukleotida danasam nukleat. (3) Tiiosa fosfat membentuk gugus gliseroltriasilgliserol. (4) Piruvat danzat-zat antara siklus asam sitrarmenyediakan kerangka karbon untuk sintesis asam amino,dan asetil-KoA adalah prekursor asam lemak dan kolesterol(dan karenanya, semua steroid yang dibentuk oleh tubuh).Glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dariprekursor nonkarbohidrat, misalnya laktat, asam amino, dangliserol.Metobolisme tipid Terulqmo Berpusol podo zCO2Asom Lemqk dqn Kolesterol Gambar /6-3. Cambaran singkat metabolisme asam lemak yangSumber asam iemak rantai-panjang adalah lipid makanan memperlihatkan jalur-jalur utama dan berbagai produk akhir. Badanatau melalui sintesis de novo dari asetil-KoA yang berasaldari karbohidrat atau asam amino (Gambar 16-3). Asam keton adalah asetoasetat, 3-hidroksibutirat, dan aseton.iemak dapat diolaidasi menjadi asetil-KoA (olsidasi-B) atau diesterifikasi dengan gliserol, yang membentuk menjadi CO, melalui siklus asam sitrat; (2) digunakan untuktriasilgliserol (lemak) sebagai cadangan bahan bakar utama membentuk glukosa (glukoneogenesis); atau (3) untuktubuh. Asetil-KoAyang dibentuk oleh oksidasi-B dapat mengalami membentuk badan keton.beberapa proses. Beberapa asam amino juga menjadi prekursor bagi senyawa lain, misalnya purin, pirimidin, hormon. seperti(1) Seperti asetil-KoA yang berasal dari glikolisis, dan senyawa epinefrin dan tiroksin, dan neurorransmiter. ini dioksidasi menjadi CO, + HrO melalui sildus asam JALUR METABOTIK DAPAT DIPELA'ARI DI sitrat. BERBAGAI TINGKAT SUSUNAN(2) Menjadi prekursor untuk membentuk kolesterol dan Selain penelitian pada organisme keseluruhan, penelitian steroid lain. di berbagai tingkat susunan dapat mengungkapkan(3) Di hati, senyawa ini digunakan untuk membentuk iokasi dan integrasi jalur-jalur metabolik. (1) Di tingkat badan keton (asetoasetat dan 3-hidroksibutirat) yang jaringan dan organ, sifat substrat yang masuk dan merupakan bahan bakar penting pada keadaan puasa metabolit yang keluar dari jaringan dan organ dapat diketahui. (2) Di tingkat subselular, setiap organel sel lama. (misalnya mitokondria) atau kompartemen (misalnya sitosol) memiliki peran tertentu yang membentukBonyok Metobolisme Asom Amino sebagian pola jalur metabolik subselular.Melibqtkon Trqnsominqsi Di Tingkor Joringon don Orgon, SirkulosiAsam-asam amino diperlukan untuk membentuk protein Dqroh Mengintegrqsikon Metobolisme(Gambar 16-4). Sebagian harus dipasok dari makanan (asam Asam amino yang berasal dari pencernaan protein makananamino esensial) karena tidak dapat dibentuk di tubuh. dan glukosa yang berasal dari pencernaan karbohidratSisanya adalah asam amino nonesensial, yang berasal darimakanan, tetapi juga dapat dibentuk dari zat-zatmetabolik melalui transaminasi dengan menggun^natkaarnanitrogen amino dari asam amino lain. Setelah deaminasi,nitrogen amino diekskresikan sebagai urea, dan kerangkakarbon yang tersisa setelah transaminasi dapat (1) dioksidasi

142 / BAGIAN ll: BIOENERGETIKA & METABOTISME KARBOHIDRAT & LIPID 2CO.Cambar I6-4. Cambaran singkat metabolisme asam amino yang memperlihatkan jalur-jalur utama dan berbagai produk akhirnya Protein plasma USUS HALUSGambar 16-5, Transpor dan nasib substrat dan metabolit asam amino dan karbohidrat utama. Perhatikan bahwa hanya terdapat sedikitglukosa bebas di otot karena glukosa cepat difosforilasi sewaktu masuk.

/BAB I6: TINIAUAN UMUM METABOLISME DAN PENYEDIAAN BAHAN BAKAR METABOLIK 143 USUS HALUSGambar 16'6. Transpor dan nasib substrat dan metabolit lipid utama (FFA, asam lemak bebas; LPL, lipoprotein lipase; MC, monoasilgliserol;TC, triasilgliserol; VL.DL, lipoprotein berdensitas sangat rendah.)diserap melalui vena porta hati. Hati memiliki peran anaerob, yang membentuk laktat. Otot rangka menyimpan glikogen sebagai bahan bakar untuk digunakan dalammengatur konsentrasi berbagai metabolit larut-air dalam kontraksi otot dan membentuk protein otot dari asam amino plasma. Otot membentuk sekitar 507o massa tubuhdarah (Gambar 16-5). Pada kasus glukosa, hal ini dicapaidengan menyerap glukosa yang melebihi kebutuhan saat ini dan karenanya merupakan simpanan protein yang cukupdan mengubahnya menjadi glikogen (glikogenesis) atau besar dan dapat digunakan untuk menyuplai asam aminoasam lemak (lipogenesis). Di antara waltu makan, hati un t uk glukoneogenesis peda keadaan kelaparan.bekerja nrempertahankan kadar glukosa darah dari glikogen Lipid dalam makanan (Gambar 16-6) terutama(glikogenolisis), dan bersama dengan ginjal, dengan berupa triasilgliserol, dan mengalami hidrolisis menjadi monoasilgliseroi dan asam lemak di usus, yang kemudianmengubah metabolit nonkarbohidrat, seperti laktat, gliserol, mengalami re-esterifikasi di mukosa usus. Di sini, lipiddan asam amino menjadi glukosa (glukoneogenesis). ini dikemas bersama protein dan disekresikan ke dalamPemeliharaan kadar glukosa darah yang memadai sangat sistem limfe lalu ke aliran darah sebagai kilomikron, yaitupenting bagi jaringan yang memakai glukosa sebagai bahanbakar utama (otak) atau bahan bakar satu-satunya (eritrosit). lipoprotein plasma terbesar. Kilomikron juga mengandungHati juga membentuk berbagai protein plasma utama nutrien larut-lipid lainnya. Tidak seperti glukosa dan asam(misalnya albumin) dan mendeaminasi asam arnino yang amino, triasilgliserol kilomikron tidak diserap langsung olehmelebihi kebutuhan dan membentuk urea yang diangkut ke hati. Senyawa ini mula-mula dimetabolisme oleh jaringan yang mengandung lipoprotein lipase yang menghidrolisisginjal untuk diekskresikan. triasilgliserol, dan membebaskan asam lemak yang kemudian Otot rangka menggunakan glukosa sebagai bahanbakar, baik secara aerob yang membentuk CO, maupun

144 / BAGIAN ll: BIOENERGETIKA & METABOLISME KARBOHIDRAT & LIPIDmasuk ke dalam lipid jaringan atau dioksidasi sebagai bahan asam-asam ini diserap oleh sebagian besar jaringan (kecualibakar. Sisa kilomikron dibersihkan oleh hati. Sumber utamalain asam lemak rantai-panjang adaiah sintesis (lipogenesis) otak dan eritrosit) dan diesterifikasi menjadi asilgliserol ataudari karbohidrat, di jaringan adiposa dan hati. dioksidasi sebagai bahan bakar. Di hati, triasilgliserol yang Triasilgliserol jaringan adiposa adalah cadangan bahanbakar utama tubuh. Senyawa ini dihidrolisis (lipolisis) untuk berasal dari lipogenesis, asam lemakbebas, dan sisakilomikronmelepaskan gliserol dan asam lemak bebas ke dalam sirkulasi. (lihat Gambar 25-3) disekresikan ke sirkulasi dalam bentukGliserol adalah suatu substrat untuk glukoneogenesis. Asamlemak diangkut dalam keadaan terikat pada albumin serum; lipoprotein berdensitas sangat-rendah (uery lou density lipoprotein, VLDL). Tiiasilgiiserol ini mengalami nasib serupa dengan nasib yang dialami oleh kilomikron. Oksidasi parsial asam lemak di hati menyebabkan terbentuknya badan stTosoLGlikogen1lGlukosa 1 pentosa AI \ fosfat)+,,,iJ,.\",\", c,.*., Triasilglis6rol Asam lemakAfikolisisFosfoenolpiruval4aoo q)oo MITOKONDRIAGambar 16-7.Lokasi intrasel dan gambaran singkat jalur-jalur metabolik utama di sel parenkim hati. (AA-+, metabolisme satu atau lebihe,asam amino esensial; AA metabolisme satu atau lebih asam amino nonesensial.)

IBAB I6: TINUAUAN UMUM METABOLISME DAN PENYEDIAAN BAHAN BAKAR METABOLIK 145keton (ketogenesis). Badan keton diangkut ke jaringan hampir selalu terdapat satu atau lebih reaksi yang tidak-ekstrahepatik, tempat badan-badan keton ini bekerja sebagai setimbang, dengan reaktan yang berada dalam konsentrasi yangbahan bakar dalam keadaan puasa lama dan kelaparan. jauh dari keadaan setimbang. Sebagai upaya untuk mencapai keseimbangan, terjadi kehilangan energi bebas dalam jumlahDi Tingkor Subseluloli Glikolisis besar, sehingga reaksi tipe ini pada dasarnya bersifat ireversibelBerlongsung di Sitosol dqn Siklus AsqmSitrot di Mirokondriq PanasPemisahan jalur-jalur metabolisme di kompartemensubselular atau organel yang berbeda memungkinkan Ae B 4 c<.>oterjadinya proses integrasi dan pengaturan metabolisme. Jalur seperti ini memiliki aliran dan arah. Enzim-enzim yangTidak semua jalur sama pentingnya bagi semua sel. Gambar mengatalisis realsi tidak-seimbang terdapat dalam konsentrasi16-7 menggambarkan kompartementasi subselular jalur- rendah dan mengalami berbagai mekanisme regulatorik.jalur metabolik di sel parenkim hati. Namun, sebagian besar realsi dalam jalur-jalur metabolik ddak Peran sentral mitokondria terlihat jelas karena organel dapat diklasifikasikan sebagai setimbang atau tidak-setimbang,ini bekerja sebagai fokus metabolisme karbohidrat, lipid, tetapi berada di antara kedua keadaan ekstrem tersebut.dan asam amino. Mitokondria mengandung enzim-enzimsiklus asam sitrat, oksidasi-B asam lemak dan ketogenesis, Reoksi Penghosil Aliron Adolqh Reqksiserta rantai respiratorik dan AIP sintase. Pertqmo dolom Suqtu Jolur yqng Tersqturosi oleh Substrqt Glikolisis, jalur pentosa fosfat, dan pembentukan Suatu reaksi dapat diketahui sebagai realsi yang tidak-seimbangasam lemak semua terjadi di sitosol. Pada glukoneogenesis, jrka K^enzim jauh lebih rendah daripada konsentrasi substratsubstrat seperti laktat dan piruvat yang terbentuk di sitosol normal. Reaksi pertama dalam glikoiisis yang dikatalisis olehmemasuki mitokondria untuk menghasilkan oksaloasetat heksokinase (Gambar 1S-2) adalah suatu tahap penghasilsebagai prekursor untuk sintesis glukosa. aliran karena K untuk glukosa sebesar 0,05 mmol/L jauh di Membran retikulum endoplasma mengandung bawah konsentrasi glukosa darah normal sebesar 5 mmol/L.sistem enzim untuk sintesis triasilgliserol, dan ribosombertanggung jawab untuk sintesis protein. MEKANISME ATOSTERIK & HORMONATATIRAN METABOLIT MEIAIUI JATUR PENTING DATAM PENGATURANMETABOTIK HARUS DIATUR SECARA METABOTIK REAKSI YANG DIKATATISISTERPADU otEH ENZltvlRegulasi aliran (fluks) keseluruhan melalui suatu jalur sangat Di Gambar 16-8 diperlihatkan suatu jalur metabolikpenting untuk menjamin agar pasokan produk dari jalurtersebut tepat sasaran. Regulasi ini dicapai dengan mengontrol hipotetis, dengan reaksi A <> B dan C ++ D sebagai reaksi setimbang dan B -+ C sebagai reaksi yang tidak-setimbang.satu atau lebih reaksi kunci di jalur yang bersangkutan, Aliran melalui jalur seperti ini dapat diatur oleh ketersediaanyang dikatalisis oleh enzim regulatorik. Faktor fisikokimia substrat A. Hal ini bergantung pada pasokannya dariyang mengendalikan laju suatu reaksi yang dikatalisis olehenzim, misalnya konsentrasi substrat, sangat penting dalam darah yang selanjutnya bergantung pada asupan makananmengontrol laju keseluruhan suatu jalur metabolik (Bab 9). atau reaksi-reaksi kunci yang membebaskan substrat dariReoksi yong Tidok'Setimbong Adolqh Titik cadangan di jaringan ke dalam aliran darah, misalnyaKontrol Potensiol glikogen fosforilase di hati (Gambar 19-1) dan lipase yangDalam suatu reaksi yang setimbang, reaksi ke depan dan peka-hormon di jaringan adiposa (Gambar 25-8). Aliranke belakang berlangsung dengan kecepatan setara sehingga tersebut juga bergantung pada transpor substrat A ke dalamtidak terjadi aliran netto ke salah satu arah. sel. Selain itu, aliran ditentukan oleh pengeluaran produk AeB<+C+>D akhir D dan ketersediaan kosubstrat atau kofaktor yangIn vivo, dalam kondisi \"steadlt statd', terjadi aliran netto dari diwakili oleh X dan Y. Enzim-enzim yang mengatalisis reaksi yang tidak-setimbang sering berupa protein alosterik yangkiri ke kanan karena terus menerus teriadi pasokan A dan dapat mengalami kontrol \"umpan-balik' atau \"umpan-pengeluaran D. Pada praktiknya, dalarri suatu jalur metabolik maju\" (feed-forward) oleh pemodifikasi alosterik (alhstetic modif.ers) sebagai respons cepat terhadap kebutuhan sel (Bab 9). Produk suatu jalur biosintetik seringkali menghambat enzim yang mengatalisis reaksi pertama di jalur

146 / BAGIAN ll: BIOENERGETIKA & METABOLISME KARBOHIDRAT & LIPID wca'.,urRu,in Enzl * * inaKilMembran sel '1. Io.\ ',\" [tn''] ,c<----_>D%*-W----* l =- I t rr\",*g*r**\"c Pengaktilan I lnhibisi I umpan-balik alosterikteed-towpaordsaittoifsterik I nesatif(9a@-__a-_r_a_u--@-..> - \"*itsint.\"i\" o,lot\"in baru di ribosom I I I Pembeniukan mRNAdi nukleus@/v./\ RepresiGambar 16-8. Mekanisme pengaturan suatu reaksi yang dikatalisis oleh enzim. Angka-angka dalam lingkaranmenunjukkan tempat-tempat kerja hormon yang mungkin. O Perubahan permeabilitas membran; @ perubahanenzim inaktif menjadi aktif, yang biasanya melibatkan reaksi fosforilasiidefosforilasi; @ perubahan lajq_transla_simRNA di tingkat ribosom; @ induksi pembentukan mRNA baru; dan @ represi pembeniukan mnNn.'O dan Oberlangsung cepat, sedangkan Q-) sampai Q) adalah cara lambat untuk mengatur aktivitas enzim.tersebut. Mekanisme kontrol lain bergantung pada kerja dengan 60-750/o asupan energi yang disediakan oleh karbo-hormon yang berespons terhadap kebutuhan tubuh secara hidrat, asupan total makanan sedemikian rendah sehinggakeseluruhan; mekanisme-mekanisme ini dapat bekerja cepat hanya terdapat sedikit cadangan untuk lipogenesis. Asupandengan mengubah aktivitas molekul enzim yang sudah ada adiposa yang tinggi menghambat lipogenesis di jaringan adi-atau lambat dengan mengubah laju sintesis enzim (lihat Bab posa dan hati.42). Asam lemak (dan badan keton yang dibentuk darinya) tidak dapat digunakan untuk sintesis glukosa. Reaksi piruvatBANYAK BAHAN BAKAR METABOTIK dehidrogenase yang membentuk asetil-KoA bersifat ireversi-DAPAT DIPERTUKARKAN bel, dan untuk setiap unit dua-karbon dari asetil-KoA yang memasuki siklus asam sitrat, terjadi kehilangan dua atomKarbohidrat yang berlebihan dibandingkan kebutuhan me- karbon berupa karbon dioksida sebelum oksaloasetat diben-tabolisme penghasil energi siap-pakai dan pembentukancadangan glikogen di otot dan hati dapat dengan mudah di- tuk kembali. Hal ini berarti bahwa asetil-KoA (dan kare-gunakan untuk sintesis asam lemak (dan karenanya, triasil-gliserol) di jaringan adiposa dan had (yang kemudian dieks- nanya, semua substrat yang menghasilkan asetil-KoA) tidakpor dalam bentuk lipoprotein berdensitas sangat-rendah). pernah dapat digunakan untuk glukoneogenesis. Asam le-Pentingnya lipogenesis pada manusia belum.felas benar; di mak dengan jumlah atom karbon ganjil (yang relatif jarang)negara-negara Barat lemak makanan menyediakan 3545o/o menghasilkan propionil-KoA sebagai produk siklus final ok- sidasi-B, dan senyawa ini dapat menjadi suatu substrat un-asupan energi, sementara di negara-negara berkembang, tuk glukoneogenesis, demikian juga gliserol yang dibebaskan melalui lipolisis cadangan triasilgliserol di jaringan adiposa.

/BAB I6: TINJAUAN UMUM METABOLISME DAN PENYEDIAAN BAHAN BAKAR METABOLIK 147 Sebagian besar asam amino yang melebihi kebutuhan Ambilan glukosa oleh otot dan jaringan adiposauntuk sintesis protein (berasal dari diet atau dari pergantian dikontrol oleh insulin yang disekresikan oleh sel B pankreasprotein jaringan) menghasilkan piruvat, atar zat altara sebagai respons terhadap peningkatan kadar glukosa diempat- dan lima-karbon pada siklus asam sitrat. Piruvatdapat mengalami karboksilasi menjadi oksaloasetat yang darah porta. Dalam keadaan puasa, transporter glukosamerupakan substrat primer untuk glukoneogenesis, dan zat di otot dan jaringan adiposa (GLUT-4) berada di vesikelantara lain pada siklus juga menghasilkan peningkatan netto intrasel. Respons dini terhadap insulin adalah migrasipembentukan oksaloasetat, yang kemudian tersedia untuk vesikel-vesikel ini ke permukaan sel, tempat vesikel-glukoneogenesis. Asam-asam amino tersebut diklasifikasikansebagai glukogenik. Dua asam amino (lisin dan leusin) hanya vesikel tersebut menyatu dengan membran plasma danmenghasilkan asetil-KoA pada oksidasi sehingga tidak dapatdigunakan untuk glukoneogenesis, dan empat lainnya (yi, memajankan transporter glukosa aktif. Jaringan yang peka-fenila.lanin, tirosin, triptofan, dan isoleusin) menghasilkan insulin ini hanya menyerap glukosa dari aliran darah dalamasetil-KoA dan zat-zat antara siklus asam sitrat yang dapat jumlah signifikan jika terdapat hormon ini. Sewaktu sekresidigunakan untuk glukoneogenesis. Asam-asam amino yang insulin berkurang dalam keadaan puasa, reseptor kembalimenghasilkan asetil-KoA ini disebut sebagai asam amino diinternalisasi sehingga ambilan glukosa berkurang.ketogenik karena dalam keadaan puasa lama atau kelaparan,sejumlah besar asetil-KoA digunakan untuk sintesis badan Ambilan glukosa oleh hati tidak bergantung padaketon di hati. insulin, tetapi hati memiliki suatu isoenzim heksokinase (glukokinase) dengan K tinggi sehingga ketika kadarBAHAN BAKAR METABOLIK DIPASOKDATAM KEADAAN KENYANG MAUPUN glukosa yang masuk ke hati meningkat, laju sintesis glukosaPUASA 6-fosfat juga meningkat. Hal ini melebihi kebutuhan hatiGlukoso Selqlu Diburuhkon oleh Sistem akan metabolisme pembentuk-energi, dan digunakanSorqf Pusqt dqn Eritrosit terutama untuk membentuk glikogen. Di hati dan otot rangka, insulin bekerja untuk merangsang glikogenEritrosit tidak memiliki mitokondria sehingga selalu sintetase dan menghambat gliliogen fosforilase. Sebagianbergantung mutlak pada glikolisis (anaerob) dan jalur glukosa yang masuk ke hati juga dapat digunakan untukpentosa fosfat. Otak dapat memetabolisme badan keton lipogenesis dan karenanya untuk sintesis triasilgliserol. Diuntuk memenuhi sekitar 200lo kebutuhan energinya; sisanya jaringan adiposa, insulin merangsang penyerapan glukosa,harus dipasok oleh glukosa. Perubahan metabolik yang terjadidalam keadaan puasa dan kelaparan adalah konsekuensi dari konversinya menjadi asam lemak, dan esterifikasinyakeharusan untuk mempertahankan glukosa dan cadangan menjadi triasilgliserol. Insulin menghambat lipolisis intraselterbatas glikogen di hati dan otot untuk digunakan olehotak dan sel darah merah, dan untuk menjamin penyediaan dan pelepasan asam lemak bebas.bahan bakar metabolik alternatif untuk jaringan lain. Padakehamilan, janin membutuhkan glukosa dalam jumlah Produk pencernaan lipid masuk ke sirkulasi sebagaisignifikan, demikian juga sintesis laktosa selama masa kilomikron, yaitu lipoprotein plasma terbesar yang kaya akan triasilgliserol (lihat Bab 25:). Di jaringan adiposamenyusui (Gambar 16-9). dan otot rangka, lipoprotein lipase ekstrasel disintesis danDqlqm Keqdqon Kenyong, Teriodi diaktifkan sebagai respons terhadap insulin; asam lemakPenyimponqn Bohqn Bokor Merqbolik tidak-teresterifikasi yang terbentuk sebagian besar diserapSelama beberapa jam setelah makan, ketika produk-produk oleh jaringan dan digunakan untuk sintesis triasilgliserol, sementara gliserol tetap berada di dalam darah dan diserappencernaan diserap, pasokan bahan bakar metabolikberlimpah. Pada keadaan ini, glukosa adalah bahan bakar oleh hati serta digunakan untuk glukoneogenesis dan sintesisutama untuk oksidasi di sebagian besar jaringan; hal ini glikogen atau lipogenesis. Asam lemak yang menetap diteramati sebagai peningkatan kuosien respirasi (rasio karbon dalam darah diserap oleh hati dan direesterifikasi. Sisadioksida yang diproduksi terhadap oksige n yang dikonsumsi) kilomikron yang lipidnya sudah berkurang dibersihkandari sekitar 0,8 dalam keadaan puasa hingga mendekati 1(Thbel 16-l). oleh hati, dan triasilgliserol yang tersisa dielapor, bersama dengan triasilgliserol yang disintesis di hati, dalam bentuk lipoprotein berdensitas sangat-rendah (VLDL). Pada keadaan normal, laju katabolisme protein jaringan relatif konstan sepanjang hari; peningkatan laju katabolisme protein hanya terjadi pada keadaan kahelrsia yang disebabkan oleh kanker stadium lanjut dan penyakit lain. Pada keadaan puasa terjadi katabolisme protein netto dan sintesis protein netto pada keadaan kenyang ketika laju sintesis meningkat sebesar 20-25o/o. Peningkatan laju sintesis protein sebagai respons terhadap peningkatan ketersediaan asam amino dan bahan bakar metabolik juga merupakan resPons terhadap

148 / BAGIAN Il: BIOENERGETIKA & METABOLISME KARBOHIDRAT & LIPID Gliserol W I ffi * Kilomikron \ .u.- {lipoprotein)r FFA +- FFAl;ffi .Gambar 16-9. Hubungan metabolik antara jaringan adiposa, hati, dan jaringan ekstrahepatik. Di jaringan sepertijantung, bahan bakar metabolik dioksidasi sesuai urutan preferensi berikut: badan keton > asam lemak > glukosa.(LPL, lipoprotein lipase; FFA, asam lemak bebas; VLDL, lipoprotein berdensitas sangat-rendah.)

/BAB 16: TINJAUAN UMUM METABOLISME DAN PENYEDIAAN BAHAN BAKAR METABOLIK 149Tabel 16-l . Produksi energi, konsumsi oksigen, dan produksi karbon dioksidadalam oksidasi bahan bakar metabolik ftrfi ffikerja insulin. Sintesis protein adalah suatu proses yang transaminasi menjadi alanin, dengan mengorbankan asam-menghabiskan banyak energi; sintesis ini dapat memerlukan asam amino yang berasal dari penguraian cadangan proteinhingga 20% pengeluaran energi saat istirahat setelah makan, 'labil' yang terbentuk pada keadaan kenyang. Alanin,tetapi hanya 9o/o pada keadaan puasa. dan sejumlah besar asam-asam keto yang dihasilkan dariPqdq Keqdoon Pucrsq Teriodi Mobilisqsi transaminasi ini dikeluarkan dari otot, dan diserap oleh hati€odongon Bqhon Bqkqr Mefobolik tempat alanin mengalami transaminasi untuk menghasilkanPada keadaan puasa terjadi penurunan ringan kadar glukosaplasma, kemudian perubahan kecil sewaktu puasa berlanjut piruvat. Asam-asam amino yang terbentuk sebagian besarmenjadi kelaparan. Asam lemak bebas plasma bertambah diekspor kembali ke otot, dan menyediakan gugus aminopada keadaan puasa, tetapi kemudian bertambah sedikit untuk membentuk lebih banyak alanin, sementara piruvatpada keadaan kelaparan; sewaktu puasa berlanjut, kadar adalah substrat utama untuk glukoneogenesis di hati.plasma badan keton (asetoasetat dan B-hidroksibutirat) Di jaringan adiposa penurunan insulin dan peningkatan glukagon menyebabkan terhambatnya lipogenesis, inaktivasisangat meningkat (Thbel 16-2, Gambar 16-10). lipoprotein lipase, dan pengaktifan lipase peka-hormon Pada keadaan puasa, ketika kadar glukosa di darah porta intrasel (Bab 25). Hal ini menyebabkan peningkatanmenurun) sekresi insulin menurun dan otot rangka serta pelepasan gliseroi (yaitu substrat untuk glukoneogenesisjaringan lemak menyerap lebih sedikit glukosa. Peningkatan di hati) dan asam lemak bebas dari jaringan adiposa yang digunakan oleh hati, jantung, dan otot rangka sebagai bahansekresi glukagon oleh sel o pankreas menghambat glikogen bakar metabolik yang lebih disukai sehingga glukosa dapatsintetase, dan mengaktifkan glikogen fosforilase di hati. dihemat.Glukosa 6-fosfat yang terbentuk kemudian dihidrolisis olehglukosa 6-fosfatase, dan glukosa dibebaskan ke dalam aliran Glukagon plasmadarah untuk digunakan oleh otak dan eritrosit. ,--Ya Glikogen otot tidak dapat memberi kontribusi langsung tbagi glukosa plasma karena otot tidak memiliki glukosa I6-fosfatase, dan kegunaan utama glikogen otot adalah Imenyediakan suatu sumber bagi glukosa 6-fosfat untukmetabolisme penghasil energi di otot itu sendiri. Namun, ,,asetil-KoA yang terbentuk melalui oksidasi asam lemak di =6 ,otot menghambat piruvat dehidrogenase yang menyebabkan I o takumulasi piruvat. Sebagian besar piruvat ini mengalami c I gNTabel 16-2. Kadar bahan bakar metabolik dalam :IN Iplasma (mmol/L) pada keadaan kenyang dan puasa. I Lo I * t Glukosa darah -*ry t t ./ rargs' { -aedg\"Y*\"\\"' 12-24 Jam puasa Gambar 16-1O. Perubahan relatif berbagai parameter metabolik pada permulaan masa kelaparan.

50 /t BAGIAN ll: BIOENERGETIKA & METABOI\"ISME KARBOHIDRAT & LIPIDTahel 16-3. Ringkasan gambaran metabolik utama organ-organ penting. sme lipolprotein, ;;.'..$l6t[6ft tin' ureu;i metobolisrmrue o'bboot, sinteisisis S*T empedu, ureo, osom i11::.;l;;r:r;rarm;;*:i i ji ii i ;;;;i'p'.\"qil;t\";'. i i iii i fruktoso, osom 1 empedu, kolesterol, iJu,rot, kkoole.sstLer-ol,l, prottesinn plosmo i omino, olkohol i protein plosmo qlkohol i 51xf;.[3\"H:\",Otck osomj Glikolisis, metobolisme j Glukoso, osom j toktot, produk okhir j Enzim untuk siniesis i iomino, sintesls neurotronsmiter Iomino, bodon keton metobolisme II i i podo keloporon i don kotobolisme neurotronsmiter neurotronsmiter\"riiliiitl.',.1i\"q, ,.;.:--:-..-..:1.--:-i]i-b---e--r--k-:e.:.p---o:.n-::i-ongcnii IJontung Ii Oksidosi-B don siklus osom;sri't1ro*ti;jI;nB'o1ldtedroimoofnnsfoikilkgkieil*bilstoeo,ebn'rmGoo, lsoi,Vk6slorLo;okD;tmno;L;t.,.':i;;i': iI - ; rt;:l-. . l,r'-; -..'-.t '-'' ,t' ,'rt, ,i\".1\":il1';-;\";, ii Lipoprotein lipose, ronloi tronspor elektron yong i songot oktif i I : sebogion glukoso ; iosomJoringon i Lipggenesis, eserifikoii i Glukoso, triosilgliserol i Asom lemok bebos, i Lipoprotein lipose, liposeI I i gliserol iodiposo lemok, lipoliiis (dolom keodoon VLDL don kilomikron i qYe:el i r peko-hormon, enzim iolurilik;;i lCi'l.r\"l.cepot i i , osom'ketodolom ii iil;;k;;, ri - ;;ilio;;ik;;; io-k;i;;;iB-;;;rkr;;;;;;;;;\" : j -lomboi i -!ee!eelnYe:e1..-t--- lLip\"p'\"i\"*iril;, rii _J,k:iglo\"m'll.iksrlo'_n'_, \"d_'o{_nyl-?! i ;i'gtlrqongslpgo_r ekleJk{tr_on yong \"-. ,,,'''.,,..,,,,,,ii{s.e:'!e*qkbebsi;-,-.,-iGlu.koso,r,,,i:,..';.'r:;r'r,:.:i Gljselo.l;!i4e*e;,'r1-.;:;1.r':.1.. i _-:-----_--_-- .i-g-lukosoi.i}-q,!qt:i!ilg::..Eiqr*ti,t ,,i Meskipun dalam keadaan puasa otot cenderung berlanjut, semakin banyak jumlah asam amino yang dibebaskan akibat kataboiisme protein yang digunakanmenyerap dan memetabolisme asam lemak bebas, namun oieh hati dan ginjal untuk glukoneogenesis (Thbel 16-3).jaringan ini tidak dapat memenuhi semua kebutuhan ASPEK KTINISenerginya melalui oksidasi-p. Sebaliknya, hati memiliki Dalam keadaan puasa berkepanjangan, sewaktu cadaniankapasitas lebih besar untuk oksidasi-p daripada kapasitas jaringan adiposa terkuras, terjadi peningkatan bermakna lajuyang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energinya netto katabolisme protein untuk membentuk asam amino, tidak saja sebagai substrat untuk glukoneogenesis, tetapi jugasendiri, dan ketika keadaan puasa berlanjut, hati sebagai bahan bakar metabolik semua jaringan. Kematian timbul jika protein-protein jaringan esensial dikatabolismemembentuk lebih banyak asetil-KoA daripada yang dapat dan tidak diganti. Pada pasien dengan kaheksia akibat pelepasan berbagai sitokin sebagai respons terhadap tumordioksidasinya. Asetil-KoA ini digunakan untuk membentuk dan sejumlah kondisi patologis lain, terjadi peningkatan laju katabolisme protein jaringan, serta peningkatan bermaknabadan keton (Bab 22), yaitu bahan bakar metabolik utamauntuk otot rangka dan jantung serta dapat memenuhisebagian kebutuhan energi otak. Dalam keadaan kelaparanberkepanjangan, glukosa membentuk kurang dari 10o/okeseluruhan metabolisme penghasil-energi tubuh. Jika tidak ada sumber glukosa lain, glikogen hati danotot akan habis setelah puasa sekitar 18 jam. Jika berpuasa

/ I5IBAB 16: TINUAUAN UMUM METABOLISME DAN PENYEDIAAN BAHAN BAKAR METABOLIKlaju metabolik sehingga pasien ini mengalami keadaan asam lemak, serta rantai respiratorik dan ATP sintase. Membran retikulum endoplasma mengandung enzim-starvasi tahap lanjut. Kematian juga timbul jika protein enzim untuk sejumlah proses lain, termasuk sintesis triasilgliserol dan metabolisme obat.jaringan esensial dikatabolisme dan tidak diganti. . Jalur-jalur metabolik diatur oleh mekanisme cepat Tingginya kebutuhan akan glukosa oleh janin, danuntuk membentuk laktosa pada masa menyusui, dapat yang memengaruhi aktivitas enzim yang sudah ada, yi. modifikasi alosterik dan kovalen (sering sebagai responsmenyebabkan ketosis. Pada manusia, keadaan ini dapat terhadap kerja hormon) dan mekanisme lambat yang memengaruhi sintesis enzim.terlihat sebagai ketosis ringan dengan hipogiikemia; padahewan ternak yang sedang menyusui dan biri-biri betina . Karbohidrat dan asam amino dari makanan yangdengan kehamilan kembar, dapat terjadi ketoasidosis yangmencolok dan hipoglikemia berat. melebihi kebutuhan dapat digunakan untuk menyintesis asam lemak dan, triasilgliserol. Pada diabetes melitus tipe I yang tidak terkontrol, . Pada keadaan puasa dan kelaparan, glukosa haruspasien dapat mengalami hiperglikemia, sebagian karena tetap disediakan untuk otak dan sel darah merah; padaketiadaan insulin untuk merangsang penyerapan dan keadaan puasa awal, glukosa dipasok dari cadanganpemakaian glukosa, dan sebagian lagi karena ketiadaan glikogen. Untuk menghemat glukosa, otot dan jaringaninsulin menyebabkan peningkatan glukoneogenesis dari lain tidak menyerap glukosa jika sekresi insulin rendah;asam amino di hati. Pada saat yang sama, ketiadaan insulin jaringan-jaringan ini lebih menggunakan asam iemakmenyebabkan peningkatan lipolisis di jaringan lemak, danasam-asam lemak bebas yang terbentuk menjadi substrat (dan kemudian badan keton) sebagai bahan bakar.untuk ketogenesis di hati. Pemakaian badan keton di otot(dan jaringan lain) dapat terganggu karena kekurangan . Dalam keadaan puasa, jaringan adiposa melepaskanoksaloasetat dalam jumlah adekuat (semua jaringan asam lemak bebas. Pada puasa berkepanjangan danmemerlukan metabolisme glukosa untuk mempertahankan kelaparan, asam-asam lemak ini digunakan oleh hatioksaloasetat untuk aktivitas siklus asam sitrat). Pada untuk menyintesis badan keton yang diekspor ke otot untuk menjadi bahan bakar utama.diabetes yang tidak-terkontrol, ketosis dapat sedemikianparah sehingga terjadi asidosis berat (ketoasidosis) karena . Sebagian besar asam amino yang berasal dari dietasetoasetat dan B-hidroksibutirat adalah asam yang relatifkuat. Asidosis dan peningkatan hebat osmolaiitas cairan atau pergantian protein jaringan dapat digunakanekstrasel (terutama hipergiikemia) menyebabkan koma. untuk glukoneogenesis, demikian juga gliserol dariRINGKASAN triasilgliserol.. Produk pencernaan menyediakan bahan baku kepada . Baik asam lemak yang berasal dari diet atau lipolisis jaringan untuk biosintesis moiekul kompieks dan juga triasilgliserol jaringan adiposa, maupun badan keton yang dibentuk dari asam lemak pada keadaan puasa, bahan bakar untuk menjalankan proses-proses kehidupan. tidak menghasilkan substrat untuk glukoneogenesis.. Hampir semua produk pencernaan karbohidrat, protein, REFERENSI dar.r lemak dimetabolisme menjadi metabolit bersama, Bender DA: Introduction to Nutrition and Metabolism, 3rd ed.. Thylor & Francis, London, 2002. asetil-KoA, sebelum dioksidasi menjadi CO, dalam Brosnan JT: Comments on the metabolic needs for glucose and siklus asam sitrat. the role of gluconeogenesis. European Journal of Clinical Nutrition 1999;53:Suppl 1, S107-S1 1 1.. Asetil-KoA juga merupakan prekursor untuk sintesis Fell D: Understanding the Control of Metabolism. Portland Press, asam lemak rantaipanjang dan steroid, termasuk 1997. kolesterol dan badan keton. Frayn KN: Integration of substrate flow in vivo: some insights into. Glukosa menyediakan kerangka karbon untuk gliserol metabolic control. Clinical Nutrition 1997 ;16:277 -282. Frayn KN: Metabolic Regulation: A Human Perspectiue, 2nd ed. pada triasilgliserol dan asam amino nonesensial. Blackwell Science, 2003.. Produk pencernaan yang larut-air diangkut Iangsung ke Zierler K: \7hole body metabolism of glucose. American Journal of hati melalui vena porta hepatika. Hati mengatur kadar Physiolo gy 199 9 ;27 6 :8409 -E426. glukosa dan asam amino darah.. Di daiam sel, jaiur-jalur mengalami kompartementalisasi. Glikolisis, glikogenesis, glikogenolisis, jalur pentosa fosfat, dan lipogenesis terjadi di sitosol. Mitokondria mengandung enzim-enzim siklus asam sitrat, oksidasi-B


Like this book? You can publish your book online for free in a few minutes!
Create your own flipbook