Download - makalah saya.docx
BAB I
Pendahuluan
I. Latar belakang Setiap mahluk hidup memerlukan energi dalam melakukan setiap aktivitasnya.
Energi ini diperoleh dari proses kimiawi yang mengubah bahan makanan (nutrisi)
menjadi energi yang kemudian digunakan untuk aktivitasnya. Proses kimia tersebut
dikenal sebagai metabolisme, metabolisme sendiri ialah jumlah dari seluruh reaksi kimia
yang terjadi di dalam tubuh mahluk hidup yang mana hasil dari metabolisme ini
digunakan untuk pertumbuhan, pembentukan energi, pembersihan dari bahan-bahan yang
tidak dibutuhkan lagi, dan lain-lain.1
Energi diperoleh dari metabolisme nutrisi yang di konsumsi oleh tubuh. Jenis
nutrisi yang dikonsumsi oleh tubuh antara lain; Protein, karbohidrat dan lemak. Proses
dan jumlah energi yang dihasilkan oleh masing-masing nutrisi ini berbeda satu dengan
lainnya. Namun bentuk senyawa dari nutrisi yang digunakan untuk diubah menjadi bentuk
energi ialah bentuk senyawa yang sederhana.1
Energi yang dihasilkan ini digunakan mahluk hidup untuk melakukan aktifitasnya baik
aktifitas di dalam maupun aktifitas di luar tubuh. Tanpa adanya proses metabolisme maka reaksi
pembentukan dan penguraian tidak akan berlangsung, sehingga energi tidak akan terbentuk dan
nutrisi yang dikonsumsi tidak mapu dirombak dan akan menumpuk di dalam tubuh.1
Begitu pentingnya proses metabolisme bagi mahluk hidup, hingga tidak ada
satupun mahluk hidup, mulai dari yang bersel satu (Uniseluler) hingga yang bersel
banyak (Multiseluler) tidak melakukan proses metabolisme ini. Untuk mengetahui proses
metabolisme nutrisi yang terjadi dalam tubuh maka dalam makalah ini kami akan
mencoba untuk menguraikan beberapa metabolisme tersebut yang terdiri atas metabolism
protein, karbohidrat dan lemak (lipid).1
II. Tujuan Untuk mengetahui akan struktur makroskipok dan mikroskopik dari pancreas
serta mengerti dan memahami akan proses metabolism karbohidrat, protein,dan lemak di
dalam tubuh manusia. Selain itu juga hubungannya dengan hormon-hormon yang
berkaitan.
1
BAB II
Pembahasan
I. Makroskopik
Anatomi pancreas
Pankreas merupakan suatu organ berupa kelenjar dengan panjang dan tebal sekitar 12,5 cm dan
tebal + 2,5 cm (pada manusia). Pankreas terbentang dari atas sampai ke lengkungan besar dari
perut dan biasanya dihubungkan oleh dua saluran ke duodenum (usus 12 jari), terletak pada
dinding posterior abdomen di belakang peritoneum sehingga termasuk organ retroperitonial
kecuali bagian kecil caudanya yang terletak dalam ligamentum lienorenalis. Strukturnya lunak
dan berlobulus.2
Bagian pancreas
Pankreas dapat dibagi ke dalam: a. Caput Pancreatis, berbentuk seperti cakram dan terletak di dalam bagian cekung
duodenum. Sebagian caput meluas di kiri di belakang arteri dan vena mesenterica
superior serta dinamakan Processus Uncinatus.2
b. Collum Pancreatis merupakan bagian pancreas yang mengecil dan menghubungkan caput
dan corpus pancreatis. Collum pancreatis terletak di depan pangkal vena portae hepatis
dan tempat dipercabangkannya arteria mesenterica superior dari aorta.2
c. Corpus Pancreatis berjalan ke atas dan kiri, menyilang garis tengah. Pada potongan
melintang sedikit berbentuk segitiga.2
d. Cauda Pancreatis berjalan ke depan menuju ligamentum lienorenalis dan mengadakan
hubungan dengan hilum lienale.2
2
Hubungan a. Ke anterior: Dari kanan ke kiri: colon transversum dan perlekatan mesocolon
transversum, bursa omentalis, dan gaster.2
b. Ke posterior: Dari kanan ke kiri: ductus choledochus, vena portae hepatis dan vena
lienalis, vena cava inferior, aorta, pangkal arteria mesenterica superior, musculus psoas
major sinistra, glandula suprarenalis sinistra, ren sinister, dan hilum lienale.2
Vaskularisasi
Pembuluh nadi
A.pancreaticoduodenalis superior (cabang A.gastroduodenalis )2
A.pancreaticoduodenalis inferior (cabang A.mesenterica cranialis)2
A.pancreatica magna dan A.pancretica caudalis dan inferior cabang A.lienalis2
Pembuluh balik
Venae yang sesuai dengan arteriaenya mengalirkan darah ke sistem porta.2
AliranLimfatik
Kelenjar limfe terletak di sepanjang arteria yang mendarahi kelenjar. Pembuluh eferen akhirnya
mengalirkan cairan limfe ke nodi limfe coeliaci dan mesenterica superiores.2
Inervasi
Berasal dari serabut-serabut saraf simpatis (ganglion seliaca) dan
parasimpatis (vagus).2
Ductus Pancreaticus
a. Ductus Pancreaticus Mayor (Wirsungi)
Mulai dari cauda dan berjalan di sepanjang kelenjar menuju ke caput, menerima banyak
cabang pada perjalanannya. Ductus ini bermuara ke pars desendens duodenum di sekitar
pertengahannya bergabung dengan ductus choledochus membentuk papilla duodeni
mayorVateri. Kadang-kadang muara ductus pancreaticus di duodenum terpisah dari
ductus choledochus.2
b. Ductus Pancreaticus Minor (Santorini)
3
Mengalirkan getah pancreas dari bagian atas caput pancreas dan kemudian bermuara ke
duodenum sedikit di atas muara ductus pancreaticus pada papilla duodeni minor.2
c. Ductus Choleochus et Ductus Pancreaticus
Ductus choledochus bersama dengan ductus pancreaticus bermuara ke dalam suatu rongga,
yaitu ampulla hepatopancreatica (pada kuda). Ampulla ini terdapat di dalam suatu tonjolan
tunica mukosa duodenum, yaitu papilla duodeni major. Pada ujung papilla itu terdapat
muara ampulla.2
Gambar1. Anatomi pancreas(dipetik dari Richard S. Snell.ClinicalAnatomy for Medical Students)
II. Mikroskopik
Pankreas berperan sebagai kelenjar eksokrin dan endokrin. Kedua fungsi tersebut dilakukan oleh
sel-sel yang berbeda.3
1. Bagian eksokrin
Pankreas dapat digolongkan sebagai kelenjar besar, berlobulus, dan merupakan
tubuloasinosa kompleks. Asinus berbentuk tubular, dikelilingi lamina basal dan terdiri
atas5-8 sel berbentuk pyramid yang tersusun mengelilingi lumen sempit. Tidak terdapat
sel mioepitel. Diantara asini terdapat jaringan ikat halus mengandung pembuluh darah,
pembuluh limfe, saraf, dan saluran keluar.3
4
2. Bagian endokrin
Bagian endokrin pankreas, yaitu Pulau Langerhans, tersebar di seluruh pankreas dan
tampak sebagai massa bundar, tidak teratur, terdiri atas sel pucat dengan banyak pembuluh
darah yang berukuran 76×175 mm dan berdiameter 20 sampai 300 mikron tersebar di
seluruh pankreas, walaupun lebih banyak ditemukan di ekor daripada kepala dan badan
pankreas. Pulau ini dipisahkan oleh jaringan retikular tipis dari jaringan eksokrin di
sekitarnya dengan sedikit serat-serat retikulin di dalam pulau. Sel-sel ini membentuk sekitar
1% dari total jaringan pankreas.3
Pada manusia, pulau Langerhans terdapat sekitar 1-2 juta pulau.Masing- masing memiliki
pasokan darah yang besar. Darah dari pulau Langerhans mengalir ke vena hepatika. Sel-
sel dalam pulau dapat dibagi menjadi beberapa jenis bergantung pada sifat pewarnaan
dan morfologinya.3
Dengan pewarnaan khusus, ssel-sel pulau Langerhans terdiri dari empat macam, yaitu :
Sel Alfa, sebagai penghasil hormon glukagon. Terletak di tepi pulau, mengandung
gelembung sekretoris dengan ukuran 250nm, dan batas inti kadang tidak teratur.3
Sel Beta, sebagai penghasil hormon insulin. Sel ini merupakan sel terbanyak dan
membentuk 60-70% sel dalam pulau. Sel beta terletak di bagian lebih dalam atau lebih di
pusat pulau, mengandung kristaloid romboid atau poligonal di tengah, dan mitokondria
kecil bundar dan banyak.3
Sel Delta, mensekresikan hormon somatostatin. Terletak di bagian mana saja dari pulau,
umumnya berdekatan dengan sel A, dan mengandung gelembung sekretoris ukuran 300-
350 nm dengan granula homogen.3
Sel F, mensekresikan polipeptida pankreas. Pulau yang kaya akan sel F berasal dari
tonjolan pankreas ventral.3
5
III. Metabolisme Karbohidrat
Kata karbohidrat berasal dari kata karbon dan air. Secara sederhana karbohidrat didefinisikan
sebagai polimer gula. Karbohidrat adalah senyawa karbon yang mengandung sejumlah besar
gugus hidroksil. Karbohidrat paling sederhana bisa berupa aldehid (disebut polihidroksialdehid
atau aldosa) atau berupa keton (disebut polihidroksiketon atau ketosa). Berdasarkan pengertian di
atas berarti diketahui bahwa karbohidrat terdiri atas atom C, H dan O. Adapun rumus umum dari
karbohidrat adalah:4
Cn(H2O)n atau CnH2nOn
Fungsi karbohidrat
Fungsi primer dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi jangka pendek (gula merupakan
sumber energi). Fungsi sekunder dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi jangka
menengah (pati untuk tumbuhan dan glikogen untuk hewan dan manusia). Fungsi lainnya adalah
sebagai komponen struktural sel.4
Kasifikasi karbohidrat
Karbohidrat dapat dikelompokkan menurut jumlah unit gula, ukuran dari rantai karbon, lokasi
gugus karbonil (-C=O), serta stereokimia.4
Berdasarkan jumlah unit gula dalam rantai, karbohidrat digolongkan menjadi 4 golongan utama
yaitu:4
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.4
Berdasarkan lokasi gugus –C=O , monosakarida digolongkan menjadi 2 yaitu:
1. Aldosa (berupa aldehid)4
6
2. Ketosa (berupa keton)4
Berdasarkan jumlah atom C pada rantai, monosakarida digolongkan menjadi:
1. Triosa (tersusun atas 3 atom C)
2. Tetrosa (tersusun atas 4 atom C)
3. Pentosa (tersusun atas 5 atom C)
4. Heksosa (tersusun atas 6 atom C)
5. Heptosa (tersusun atas 7 atom C)4
Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut:
1. Glukosa sebagai bahan bakar utama akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat
jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.4
2. Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan
energi berupa ATP.4
3. Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini
dihasilkan energi berupa ATP.4
4. Jika sumber glukosa berlebihan, melebihi kebutuhan energi kita maka glukosa tidak dipecah,
melainkan akan dirangkai menjadi polimer glukosa (disebut glikogen). Glikogen ini disimpan
di hati dan otot sebagai cadangan energi jangka pendek. Jika kapasitas penyimpanan glikogen
sudah penuh, maka karbohidrat harus dikonversi menjadi jaringan lipid sebagai cadangan
energi jangka panjang.4
5. Jika terjadi kekurangan glukosa dari diet sebagai sumber energi, maka glikogen dipecah
menjadi glukosa. Selanjutnya glukosa mengalami glikolisis, diikuti dengan oksidasi piruvat
sampai dengan siklus asam sitrat.4
6. Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogen pun juga habis, maka sumber energi
non karbohidrat yaitu lipid dan protein harus digunakan. Jalur ini dinamakan glukoneogenesis
(pembentukan glukosa baru) karena dianggap lipid dan protein harus diubah menjadi glukosa
baru yang selanjutnya mengalami katabolisme untuk memperoleh energi.4
Glikolisis Embden Meyerhof (EM)
7
Gambar 2.1.Lintasan detail glikolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)
Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses
pemecahan glukosa menjadi:
1. asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)4
2. asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)4
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.4
8
Tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut (pada setiap tahap, lihat dan
hubungkan dengan Gambar Lintasan detail metabolisme karbohidrat):
1. Glukosa masuk lintasan glikolisis melalui fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan
dikatalisis 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.4
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.4
-D-glukosa 6-fosfat -D-fruktosa 6-fosfat
3. Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 1,6-bisfosfat 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)4
-D-fruktosa 6-fosfat + ATP D-fruktosa 1,6-bifosfat
4. Fruktosa 1,6-bisfosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-
fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim aldolase (fruktosa
1,6-bifosfat aldolase).4
9
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.4
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 dihidroksi
aseton fosfat juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat melewati gliseraldehid 3-fosfat.4
D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi 1,3-bifosfogliserat + NADH + H+
Catatan:
Karena fruktosa 1,6-bisfosfat 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)4
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 dikatalisis oleh enzim fosfogliserat kinase.
Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat.4
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.4
3-fosfogliserat 2-fosfogliserat
10
9. 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase.
Reaksi ini melibatkan dehidrasi serta pendistribusian kembali energi di dalam molekul,
menaikkan valensi fosfat dari posisi 2 ke status berenergi tinggi.4
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+.4
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.4
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.4
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).4
Oksidasi Piruvat menjadi Asetil Ko-A
Dalam 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
11
mitokondria. Secara kolektif, enzim tersebut diberi nama kompleks piruvat dehidrogenase dan
analog dengan kompleks -keto glutarat dehidrogenase pada siklus asam sitrat.4
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.4
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 CO2.4
2. Hidroksietil tiamin difosfat akan bertemu dengan lipoamid teroksidasi, suatu kelompok
prostetik dihidroksilipoil transasetilase untuk membentuk asetil lipoamid, selanjutnya
TDP lepas.4
3. Selanjutnya dengan adanya KoA-SH, asetil lipoamid akan diubah menjadi asetil KoA,
dengan hasil sampingan berupa lipoamid tereduksi.4
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.4
Piruvat + NAD+ + KoA Asetil KoA + NADH + H+ + CO2
12
Gambar 2.2 Lintasan oksidasi piruvat (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)
Siklus Asam Sitrat
Siklus 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.4
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 bakar 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.4
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.4
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
13
dihasilkan dalam proses fosforilasi oksidatif. Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau
kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.4
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.4
Gambar2.3. Siklus asam sitrat (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)
Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat yaitu :
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
14
Sitrat Sis-akonitat(terikat enzim)
Isositrat
H2O H2O
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.4
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.4
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.4
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+.4
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
4. Selanjutnya –ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif melalui cara yang sama
dengan dekarboksilasi oksidatif piruvat, dengan kedua substrat berupa asam –keto.4
15
–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.4
5. Tahap selanjutnya terjadi perubahan suksinil KoA menjadi suksinat dengan adanya peran
enzim suksinat tiokinase (suksinil KoA sintetase).4
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.4
6. Suksinat dimetabolisir lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi yang diikuti oleh
penambahan air dan kemudian oleh dehidrogenasi lebih lanjut yang menghasilkan kembali
oksaloasetat.4
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.4
Fumarat + H2O L-malat
Enzim fumarase juga mengkatalisir penambahan unsure-unsur air kepada ikatan rangkap fumarat
dalam konfigurasi trans.4
16
Malat dikonversikan menjadi oksaloasetat dengan katalisator berupa enzim malat
dehidrogenase, suatu reaksi yang memerlukan NAD+.4
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).4
Energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat
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).4
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.4
Dengan demikian rincian energi yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat adalah:
1. Tiga molekul NADH, menghasilkan : 3 X 3P = 9P
2. Satu molekul FADH2, menghasilkan : 1 x 2P = 2P
3. Pada tingkat substrat = 1P
Jumlah = 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:4
17
1. Glikolisis : 8P
2. Oksidasi piruvat (2 x 3P) : 6P
3. Siklus Kreb’s (2 x 12P) : 24P
Jumlah : 38P
Glikogenesis
Tahap pertama metabolisme karbohidrat adalah pemecahan glukosa (glikolisis) menjadi piruvat.
Selanjutnya piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Akhirnya asetil KoA masuk ke dalam
rangkaian siklus asam sitrat untuk dikatabolisir menjadi energi.4
Proses di atas terjadi jika kita membutuhkan energi untuk aktifitas, misalnya berpikir, mencerna
makanan, bekerja dan sebagainya. Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi,
maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini
dinamakan glikogenesis.4
Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog
dengan amilum pada tumbuhan. Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot
jarang melampaui jumlah 1%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati,
maka besarnya simpanan glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak.
Seperti amilum, glikogen merupakan polimer -D-Glukosa yang bercabang.4
Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses
glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan
simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah,
khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan
glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara bermakna setelah
seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.4
18
Gambar 2.4.Lintasan glikogenesis dan glikogenolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)
Rangkaian proses terjadinya glikogenesis yaitu sebagai berikut:
1. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga
pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati
oleh glukokinase.4
2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator
enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo
akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-
bifosfat.4
Enz-P + Glukosa 6-fosfat Enz + Glukosa 1,6-bifosfat Enz-P + Glukosa 1-fosfat
3. Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk
uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc
pirofosforilase.4
UTP + Glukosa 1-fosfat UDPGlc + PPi
4. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik
reaksi kea rah kanan persamaan reaksi4
19
5. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan
atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat.
Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada
sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer
selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.4
UDPGlc + (C6)n UDP + (C6)n+1
Glikogen Glikogen
Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 14 untuk membentuk rantai pendek
yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap melekat pada pusat
molekul glikogen, sedangkan di hati terdapat jumlah molekul glikogen yang melebihi jumlah
molekul glikogenin.4
6. Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut
hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan
bagian dari rantai 14 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan
untuk membentuk rangkaian 16 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut.
Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1glukosil dan
pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif
bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan
mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis.4
Glikogenolisis
Jika 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 16.4
20
(C6)n + Pi (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat
Glikogen Glikogen
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.4
Glukoneogenesis
Glukoneogenesis 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.4
Jadi bisa disimpulkan bahwa glukoneogenesis adalah proses pembentukan glukosa dari
senyawa-senyawa non karbohidrat, bisa dari lipid maupun protein.4
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.4
2. Untuk protein, asam-asam amino penyusunnya akan masuk ke dalam siklus Kreb’s.4
IV. Metabolisme protein
Tiga per empat zat padat tubuh terdiri dari protein (otot, enzim, protein plasma, antibodi,
hormon), protein ini merupakan rangkaian asam amino dengan ikatan peptide yang terdiri dari
ikatan komplek dengan fibril → protein fibrosa.4
21
Macam protein fibrosa terdiri atas: kolagen (tendon, kartilago, tulang); elastin (arteri);
keratin (rambut, kuku); dan aktin-miosin. Bentuk sederhana dari protein disebut asam amino.
Asam amino dibedakan: asam amino esensial dan asam amino non esensial. Asam amino
esensial terdiri atas: T2L2V HAMIF (treonin, triptofan, lisin, leusin, valin → histidin, arginin,
metionin, isoleusin, fenilalanin), sedangkan asam amino non esensial terdiri atas: SAGA SATGA
(serin, alanin, glisin, asparadin → sistein, asam aspartat, tirosin, glutamin, asam glutamat).4
Kebutuhan asam amino esensial tersebut bagi anak-anak relatif lebih besar daripada
orang dewasa. Makanan yang mengandung protein hewani, misalnya daging, susu, keju, telur,
ikan dan lain-lain, merupakan sumber asam amino esensial. Protein nabati seringkali
kekurangan lisin, metionin dan triptofan. Kebutuhan protein yang disarankan ialah 1,0 sampai
1,5 gram per kilogram berat badan per hari.4
Secara ringkas metabolisme protein pada makhluk hidup ditunjukkan pada gambar berikut :
TRANSPORT PROTEIN
Protein diabsorpsi di usus halus dalam bentuk asam amino → masuk darah
Dalam darah asam amino disebar keseluruh sel untuk disimpan
Didalam sel asam amino disimpan dalam bentuk protein (dengan menggunakan enzim)
Hati merupakan jaringan utama untuk menyimpan dan mengolah protein4
22
PENGGUNAAN PROTEIN UNTUK ENERGI
Jika jumlah protein terus meningkat → protein sel dipecah jadi asam amino untuk
dijadikan energi atau disimpan dalam bentuk lemak
Pemecahan protein jadi asam amino terjadi di hati dengan proses: deaminasi atau
transaminasi
Deaminasi: proses pembuangan gugus amino dari asam amino
Transaminasi: proses perubahan asam amino menjadi asam keto
Reaksi transaminasi asam amino4
Reaksi transaminasi asam amino
Katabolisme asam amino terjadi melalui reaksi transaminasi yang melibatkan pemindahan gugus amino secara enzimatik dari satu asam amino ke asam amino lainnya. Enzim yang terlibat dalam reaksi ini adalah transaminase atau aminotransaminase. Enzim ini spesifik bagi ketoglutarat sebagai penerima gugus amino namun tidak spesifik bagi asam amino sebagai pemberi gugus amino.4
Transaminase mempunyai gugus prostetik, piridoksal fosfat, pada sisi aktifnya yang berfungsi sebagai senyawa antara pembawa gugus amino menuju ketoglutarat. Molekul ini mengalami perubahan dapat balik di antara bentuk aldehidanya (piridoksal fosfat), yang dapat menerima gugus amino, dan bentuk teraminasinya (piridoksamin fosfat), yang dapat memberikan gugus aminonya seperti terlihat pada reaksi berikut.4
transaminase Asam L-amino + ketoglutrat = = = = >> Asam keto + L- glutamat
alanin transaminase Alanin + ketoglutarat= = = = = = =>> piruvat + glutamat
Aspartat transaminase Aspartat + ketoglutarat = = = = = = = >> oksaloasetat + glutamat
leusin transaminseLeusin + ketoglutarat = = = = = = = >> ketoisokaproat + glutamat
tirosin transaminase Tirosin + ketoglutarat = = = = = = >> hidroksifenilpiruvat + glutamat
23
Dalam reaksi ini tidak terjadi deaminasi total, karena ketoglutarat teraminasi pada saat asam amino mengalami deaminasi. Dan reaksinya bersifat dapat balik karena tetapan keseimbangannya mencapai 1.0. Harga delta G°' bagi reaksi tersebut mendekati nol. Tujuan keseluruhan reaksi transaminasi adalah mengumpulkan gugus amino dari berbagai asam amino ke bentuk asam amino glutamat.4
Ada sekitar 12 asam amino protein yang mengalami reaksi transaminasi dalam proses degradasinya. Beberapa asam amino lain mengalami proses deaminasi dan dekarboksilasi.4
Reaksi deaminasi asam amino
Proses deaminasi asam amino dapat terjadi secara oksidatif dan non oksidatif. Contoh asam amino yang mengalami proses deaminasi oksidatif adalah asam glutamat. Reaksi degradasi asam glutamat dikatalis oleh enzim L- glutamat dehidrogenase yang dibantu oleh NAD atau NADP.4
Gambar 4.1.Deaminasi oksidatif glutamat(dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)
Deaminasi non oksidatif ditunjukkan pada gambar di bawah ini, yaitu penghilangan gugus amino dari asam amino serin yang dikatalis oleh enzim serin dehidratase. Asam amino treonin juga dapat mengalami deaminasi non oksidatif dengan katalis treonin dehidratase menjadi keto butirat.4
Gambar 4.2. Deaminasi non oksidatif serin(dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)
24
Ekskresi urea
Degradasi asam amino protein menghasilkan limbah nitrogen berupa amonia. Senyawa ini
bersifat racun bagi organisme tertentu. Agar tidak beracun biasanya gugus amino diekskresi dari
tubuh dalam bentuk urea , yaitu suatu senyawa yang larut dalam air bersifat nontoksik sebagai
bentuk ekskresi nitrogen. Urea disintesis pada daur urea.4
Pembentukan urea dimulai dari reaksi antara gugus amino dengan karbondioksida. Reaksi
ini melibatkan ATP dan menghasilkan karbamoilfosfat. Selanjutnya karbamoilfosfat
bereaksi dengan ornitin menghasilkan sitrulin. Reaksi ini dikatalis enzim ornitin
karbamoil transferase. Reaksi selanjutnya adalah pembentukan asam arginosuksinat dari
reaksi antara sitrulin dan asam aspartat dengan katalis arginosuksinat sintetase. Reaksi
pada tahap ini juga melibatkan pemakaian ATP. Kemudian arginosuksinat diuraikan
menjadi arginin dan asam fumarat dengan katalis arginosuksinase. Terakhir arginin yang
diperoleh tersebut diuraikan dengan katalis arginase melalui reaksi hidrolisis
menghasilkan urea dan ornitin. Urea yang terbentuk dikeluarkan dari tubuh melalui urine.
Gambar4.3.Siklus urea(dikutip dari
http://www.scribd.com/doc/32302060/Metabolisme-Protein-Karbohidrat-Dan-
Lemak)
Reaksi lengkap siklus urea dapat ditulis sebagai berikut :
CO2 + NH4+ + 3ATP + Aspartat + 2H2O → UREA + 2ADP + 2Pi + AMP + Ppi + Fumarat.4
25
PEMECAHAN PROTEIN
Deaminasi maupun transaminasi merupakan proses perubahan protein → zat yang dapat masuk kedalam siklus Krebs
Zat hasil deaminasi/transaminasi yang dapat masuk siklus Krebs adalah: alfa ketoglutarat, suksinil ko-A, fumarat, oksaloasetat, sitrat4
Daur urea berkaitan dengan daur asam sitrat
Sintesis fumarat pada daur urea merupakan reaksi penting sebab reaksi ini mengkaitkan
daur urea dengan siklus asam sitrat. Fumarat mengalami hidrasi menjadi malat, yang pada
gilirannya dioksidasi menjadi oksaloaetat. Oksaloasetat dapat mengalami transaminasi menjadi
aspartat, berubah menjadi glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Selanjutnya berkondensasi
dengan asetik Ko- A membentuk sitrat yang kemudian berubah menjadi piruvat.4
Pembentukan NH4 oleh glutamate dehidrogenase,dan penggabungannya ke dalam karbamoil-
fosfat dan sintesis sitrulin berikutnya terjadi dimatriks mitokondria. Sebaliknya tiga reaksi dalam
daur urea berikutnya terjadi disitosol.4
Setelah pembebasan gugus amino melalui reaksi transaminasi, deaminasi dan dekarboksilasi,
kerangka karbon 20 asam amino penyusun protein mengalami degradasi lebih lanjut melalui lintas
yang berbeda-beda menuju siklus asam sitrat. Kerangka karbon dari 10 asam amino diuraikan
menjadi asetil-KoA. Lima di antaranya, alanin, sistein, glisin, serin dan treonin diuraikan terlebih
dahulu menjadi piruvat sebelum menjadi asetil-KoA. Alanin langsung menghasilkan piruvat
melalui transaminasi. Treonin diuraikan dulu menjadi asetaldehida sebelum menjadi piruvat. Glisin
sebagai hasil penguraian treonin diuraikan melalui reaksi oksidatif menjadi CO2, NH4+, dan
gugus metilen. Glisin yang mendapat penambahan gugus hidroksimetil oleh tetrahidrofolat
(pembawa gugus 1-karbon) membentuk serin, dapat langsung diubah menjadi piruvat. Demikian
juga dengan asam amino sistein.4
Lima asam amino lainnya, fenilalanin, tirosin, leusin, lisin dan triptofan, terlebih dahulu
diuraikan menjadi asetoasetil-KoA sebelum menjadi asetil-KoA. Lintas triptofan paling kompleks
26
dengan 13 tahap reaksi. Lintas ini memungkinkan pembentukan beberapa produk lain sebagai
pemula bagi biosintesis biomolekul lainnya, seperti serotonin (hormon pemberi tegangan pada
pembuluh darah) dan asam nikotinat (vitamin).4
Fenilalanin dan tirosin kerangka karbonnya dapat memasuki siklus asam sitrat pada dua titik
berbeda.
1. fenilalanin dan tirosin menghasilkan asetoasetat bebas lalu diubah menjadi asetil KoA.
2. bagian 4 karbon dari kedua asam amino ini diperoleh kembali sebagai fumarat, senyawa antara
siklus asam sitrat.4
Kerangka karbon arginin, histidin, asam glutamat, glutamin dan prolin memasuki siklus
asam sitrat melalui ketoglutarat. Prolin dan arginin diubah dulu menjadi glutamat semi aldehida
kemudian menjadi glutamat sebelum menjadi ketoglutarat. Sedangkan glutamin clan histidin
diubah menjadi glutamat sebelum menjadi ketoglutarat. Dan glutamat langsung diubah menjadiα -
ketoglutarat.4
Kerangka karbon dari asam amino : metionin, isoleusin dan valin terdegradasi
menghasilkan senyawa antara siklus asam sitrat, suksinil Ko-A. Isoleusin dan prolin
mengalami transaminasi diikuti oleh dekarboksilai oksidatif asam keto yang dihasilkan.
Asam-asam keto yang diperoleh dari ketiga asam amino ini dikatalisis oleh enzim kompleks
yang sama yakni keto dehidrogenase.4
Kerangka karbon asparagin dan asam aspartat memasuki siklus asm sitrat melalui
oksaloasetat. Enzim asparaginase mengkatalis hidrolisis asparagin menjadi aspartat dan
gugus amino aspartat diberikan ke ketoglutarat dalam reaksi transaminasi menghasilkan
glutamat. Dan sisa kerangka karbon aspartat, oksaloasetat, memasuki siklus asam sitrat.4
27
Gambar 4.4. Asam amino glukogenik (merah), ketogenik (kuning), Jalur pemecahan kerangka karbon asam amino penyusun protein.
Asam amino yang diubah menjadi asetoasetil KoA digolongkan sebagai asam amino
ketogenik, karena produk degradasinya (asetoasetil KoA) dapat menghasilkan senyawa keton
dalam proses pengubahannya. Sedangkan asam amino yang dapat diubah menjadi piruvat,a-
ketoglutarat, suksinat dan oksaloasetat disebut golongan asam amino glukogenik karena
produk tersebut mampu diubah kembali menjadi glukosa clan glikogen. Asam amino lain
mempunyai sifat ketogenik dan glukogenik bersama-sama, seperti fenilalanin dan tirosin.4
Semua molekul hasil katabolisme asam amino memasuki siklus asam sitrat dan
dioksidasi sempurna menjadi karbondioksida dan air. Dan selama transpor elektron, ATP
dihasilkan oleh fosforilasi oksidatif sehingga asam amino dapat berperan memberikan
persediaan energi bagi organisme.4
V. Metabolisme lemak
Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan
gliserol. Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami
esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan energi
jangka panjang. Jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam
28
lemak dioksidasi, baik asam lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida
jaringan. Proses pemecahan trigliserida ini dinamakan lipolisis. 4
Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA.
Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil KoA
dari jalur ini pun akan masuk ke dalam siklus asam sitrat sehingga dihasilkan energi. Di sisi lain,
jika kebutuhan energi sudah mencukupi, asetil KoA dapat mengalami lipogenesis menjadi asam
lemak dan selanjutnya dapat disimpan sebagai trigliserida. 4
Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami
kolesterogenesis menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis
membentuk steroid. Asetil KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi menghasilkan
badan-badan keton (aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini dinamakan ketogenesis.
Badan-badan keton dapat menyebabkan gangguan keseimbangan asam-basa yang dinamakan
asidosis metabolik. Keadaan ini dapat menyebabkan kematian. 4
Metabolisme gliserol
Gliserol sebagai hasil hidrolisis lipid (trigliserida) dapat menjadi sumber energi. Gliserol
ini selanjutnya masuk ke dalam jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis. Pada tahap awal,
gliserol mendapatkan 1 gugus fosfat dari ATP membentuk gliserol 3-fosfat. Selanjutnya senyawa
ini masuk ke dalam rantai respirasi membentuk dihidroksi aseton fosfat, suatu produk antara
dalam jalur glikolisis. 4
Oksidasi asam lemak (oksidasi beta)
Untuk memperoleh energi, asam lemak dapat dioksidasi dalam proses yang dinamakan
oksidasi beta. Sebelum dikatabolisir dalam oksidasi beta, asam lemak harus diaktifkan terlebih
29
dahulu menjadi asil-KoA. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak diaktifkan dengan
dikatalisir oleh enzim asil-KoA sintetase (Tiokinase). 4
Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang.
Langkah-langkah masuknya asil KoA ke dalam mitokondria dijelaskan sebagai berikut:
Asam lemak bebas (FFA) diaktifkan menjadi asil-KoA dengan dikatalisir oleh enzim
tiokinase.
Setelah menjadi bentuk aktif, asil-KoA dikonversikan oleh enzim karnitin palmitoil
transferase I yang terdapat pada membran eksterna mitokondria menjadi asil karnitin. Setelah
menjadi asil karnitin, barulah senyawa tersebut bisa menembus membran interna
mitokondria.
Pada membran interna mitokondria terdapat enzim karnitin asil karnitin translokase yang
bertindak sebagai pengangkut asil karnitin ke dalam dan karnitin keluar.
Asil karnitin yang masuk ke dalam mitokondria selanjutnya bereaksi dengan KoA dengan
dikatalisir oleh enzim karnitin palmitoiltransferase II yang ada di membran interna
mitokondria menjadi Asil Koa dan karnitin dibebaskan.
Asil KoA yang sudah berada dalam mitokondria ini selanjutnya masuk dalam proses oksidasi
beta.4
Dalam oksidasi beta, asam lemak masuk ke dalam rangkaian siklus dengan 5 tahapan proses dan
pada setiap proses, diangkat 2 atom C dengan hasil akhir berupa asetil KoA. Selanjutnya asetil
KoA masuk ke dalam siklus asam sitrat. Dalam proses oksidasi ini, karbon β asam lemak
dioksidasi menjadi keton. 4
30
Gambar5.1. Beta oksidasi asam lemak (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)
Telah dijelaskan bahwa asam lemak dapat dioksidasi jika diaktifkan terlebih dahulu menjadi asil-
KoA. Proses aktivasi ini membutuhkan energi sebesar 2P. (-2P)
Setelah berada di dalam mitokondria, asil-KoA akan mengalami tahap-tahap perubahan sebagai
berikut: 4
31
1. Asil-KoA diubah menjadi delta2-trans-enoil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai respirasi
dengan menghasilkan energi 2P (+2P)
2. delta2-trans-enoil-KoA diubah menjadi L(+)-3-hidroksi-asil-KoA
3. L(+)-3-hidroksi-asil-KoA diubah menjadi 3-Ketoasil-KoA. Pada tahap ini terjadi rantai
respirasi dengan menghasilkan energi 3P (+3P)
4. Selanjutnya terbentuklah asetil KoA yang mengandung 2 atom C dan asil-KoA yang telah
kehilangan 2 atom C.4
Dalam satu oksidasi beta dihasilkan energi 2P dan 3P sehingga total energi satu kali oksidasi
beta adalah 5P. Karena pada umumnya asam lemak memiliki banyak atom C, maka asil-KoA
yang masih ada akan mengalami oksidasi beta kembali dan kehilangan lagi 2 atom C karena
membentuk asetil KoA. Demikian seterusnya hingga hasil yang terakhir adalah 2 asetil-KoA.
Asetil-KoA yang dihasilkan oleh oksidasi beta ini selanjutnya akan masuk siklus asam sitrat. 4
Penghitungan energi hasil metabolisme lipid
Dari uraian di atas kita bisa menghitung energi yang dihasilkan oleh oksidasi beta suatu asam
lemak. Misalnya tersedia sebuah asam lemak dengan 10 atom C, maka kita memerlukan energi 2
ATP untuk aktivasi, dan energi yang di hasilkan oleh oksidasi beta adalah 10 dibagi 2 dikurangi
1, yaitu 4 kali oksidasi beta, berarti hasilnya adalah 4 x 5 = 20 ATP. Karena asam lemak
memiliki 10 atom C, maka asetil-KoA yang terbentuk adalah 5 buah. 4
Setiap asetil-KoA akan masuk ke dalam siklus Kreb’s yang masing-masing akan menghasilkan
12 ATP, sehingga totalnya adalah 5 X 12 ATP = 60 ATP. Dengan demikian sebuah asam lemak
dengan 10 atom C, akan dimetabolisir dengan hasil -2 ATP (untuk aktivasi) + 20 ATP (hasil
oksidasi beta) + 60 ATP (hasil siklus Kreb’s) = 78 ATP. 4
Sebagian dari asetil-KoA akan berubah menjadi asetoasetat, selanjutnya asetoasetat berubah
menjadi hidroksi butirat dan aseton. Aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton dikenal sebagai
badan-badan keton. Proses perubahan asetil-KoA menjadi benda-benda keton dinamakan
ketogenesis. 4
32
Sebagian dari asetil KoA dapat diubah menjadi kolesterol (prosesnya dinamakan
kolesterogenesis) yang selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan untuk disintesis menjadi
steroid (prosesnya dinamakan steroidogenesis). 4
Sintesis asam lemak
Makanan bukan satu-satunya sumber lemak kita. Semua organisme dapat men-sintesis asam
lemak sebagai cadangan energi jangka panjang dan sebagai penyusun struktur membran. Pada
manusia, kelebihan asetil KoA dikonversi menjadi ester asam lemak. Sintesis asam lemak sesuai
dengan degradasinya (oksidasi beta). 4
Sintesis asam lemak terjadi di dalam sitoplasma. ACP (acyl carrier protein) digunakan selama
sintesis sebagai titik pengikatan. Semua sintesis terjadi di dalam kompleks multi enzim-fatty acid
synthase. NADPH digunakan untuk sintesis. 4
Tahap-tahap sintesis asam lemak ditampilkan pada skema berikut.
Penyimpanan lemak dan penggunaannya kembali
Asam-asam lemak akan disimpan jika tidak diperlukan untuk memenuhi kebutuhan energi.
Tempat penyimpanan utama asam lemak adalah jaringan adiposa. Adapun tahap-tahap
penyimpanan tersebut adalah: 4
- Asam lemak ditransportasikan dari hati sebagai kompleks VLDL.
- Asam lemak kemudian diubah menjadi trigliserida di sel adiposa untuk disimpan.
- Gliserol 3-fosfat dibutuhkan untuk membuat trigliserida. Ini harus tersedia dari glukosa.
- Akibatnya, kita tak dapat menyimpan lemak jika tak ada kelebihan glukosa di dalam tubuh.
Jika kebutuhan energi tidak dapat tercukupi oleh karbohidrat, maka simpanan trigliserida ini
dapat digunakan kembali. Trigliserida akan dipecah menjadi gliserol dan asam lemak. Gliserol
dapat menjadi sumber energi (lihat metabolisme gliserol). Sedangkan asam lemak pun akan
dioksidasi untuk memenuhi kebutuhan energi pula (lihat oksidasi beta). 4
33
VI. Hormone Insulin
Insulin memepunyai efek penting terhadap metabolisme karbohidarat, lemak, dan protein.
Hormon ini menurunkan kadar glukosa, asam lemak, dan asam amino dalam darah serta
mendorong penyimpanan nutrient-nutrien tersebut. Dengan adanya insulin pemasukan
glukosa melalui membrane sel otot rangka, otot polos, dan otot jantung dapat
ditingkatkan, tetapi tidak pada epitel usus, tubuli ginjal, dan jaringan saraf(kecuali daerah
tertentu di hipotalamus.5
Stimulus utama untuk meningkatkan sekresi insulin adalah peningkatan konsentrasi
glukosa darah. Kontrol utama atas sekresi insulin adalah system umpan balik negatif
langsung antara sel β pankreas dan konsentrasi glukosa dalam darah yang mengalir ke
sel-sel tersebut. Peningkatan kadar glukosa darah, seperti yang terjadi setelah penyerapan
makanan, secara langsung merangsang sintesis dan pengeluaran insulin oleh sel β.
Insulin yang meningkat tersebut, pada gilirannya menrunkan kadar glukosa darah ke
tingkat normal karena terjadi peningkatan pemakaian dan penyimpanan zat gizi ini.
Sebaliknya, penurunan glukosa darah, seperti yang terjadi saat puasa, secara langsung
menghambat sekresi insulin. Penurunan kecepatan sekresi insulin ini menyebabkan
perubahan metabolisme dari keadaan absorbtif ke keadaan pasca absorbtif. Dengan
demikian system umpan balik negative sederhana ini mampu memperthankan pasokan
glukosa ke jaringan secara konstan tanpa memerlukan peran serta saraf atau hormone
lain. Selain glukosa plasma, terdapat beberapa faktor lain yang berperan dalam mengatur
sekresi insulin, yaitu :
o Peningkatan kadar asam amino darah yang secara langsung merangsang sel βuntuk
meningkatkan sekresi insulin
o Hormone utama GIT, khususnya GIP(gastric inhibitory peptide) yang merangsang
sekresi insulin pancreas
o Peningkatan aktivitas parasimpatis yang terjadi dalam merespon makanan dalam GIT
merangsang pembebasan insulin
o Perangsangan simpatis/peningkatan epinefrin yang menghambat sekresi insulin5
34
Diabetes mellitus
Gejala DM khas adalah untuk keadaan pasca absorbtif yang berlebihan. DM adalah
gangguan endokrin yang paling banyak dijumpai. Gejala-gejala kaut diabetes mellitus
disebabkan oleh efek insulin yang tidak adekuat. Hal ini karena insulin adalah satu-satunya
hormone yang dapat menurunkan kadar glukosa darah, salah satu gambaran yang paling
menonjol adalah peningkatan kadar glukosa darah, atau hiperglikemia.5
DM dapat dibedakan menjadi 2 macam berdasarkan kapasitas insulin pancreas, yaitu :
DM tipe I, yang ditandai oleh tidak adanya sekresi insulin
DM tipe II, yang ditandai oleh sekresi insulin yang normal bahkan meningkat, tetapi
terjadi penurunan kepekaan sel sasaran terhadap insulin5
Selain keadaan pasca absorbitf yang berlebihan, gejala lain DM adalah poliuria yang
disebabkan oleh diuresis osmotic, polidipsia(kehilangan cairan tubuh akibat dehidrasi dan
menimbulkan rasa haus), polifagia(kehilangan glukosa di urin yang meningkatkan katabolisme
protein dan lemak dan mengakibatkan penurunan berat badan) yang bila tidak ditanggulangi
dapat menyebabkan coma diabeticum dan asidosis yang berakhir pada kematian.5
Berbagai efek insulin
1. insulin yang berlebih
Insulin yang berlebihan menyebabkan hipoglikemia yang menimbulkan kelaparan bagi
otak(brain straving hypogilcemia). Kelebihan insulin ini dapat terjadi pada pasien DM jika
insulin yang disuntikkan melebihi asupan kalori dan tingkat olahraga, sehingga terjadi syok
insulin. Selain itu, kadar insulin dalam darah yang berlebihan dapat terjadi pada individu
nondiabetes yang mengidap tumor sel β atau yang sel β-nya sangat responsive terhadap
glukosa.5
2. efek defisiensi insulin
o Meningkatkan glikogenolisis
o Meningkatkan glukoneogenesis
o Menurunkan penggunaan glukosa jaringan(hiperglikemia)
35
o Bila kadar gula darah naik sampai melampui ambang ginjalglikosuria
o Penurunan di sel untuk sintesa glokogen,protein, lipid5
3. efek defisiensi insulin terhadap lemak
o Menurunkan aktivitas dan jumlah kelompok enzim lipogenesis (menurunkan kecepatan
sintesis)
o Meningkatkan lipolisis dan menurunkan lipogenesis sehingga terbentuk banyak asam
lemak bebas dan ketika melalui hati diubah menjadi benda-benda keton (asam-asam
asetat, Aseton,asam β hidroksi butirat) yang disebut ketonemia. Ditambah dengan
gangguan asam basaketoasidosis.5
4. efek defisiensi insulin terhadap protein
Menigkatkan katabolisme protein otot sehingga terbentuk banyak asam amino yang oleh hati
diubah menjadi urea, pembentukan urea meningkat.5
Glucagon Glucagon mempengaruhi banyak proses metabolic yang juga dipengaruhi oleh insulin, tetapi
umumnya efek glucagon berlawanan dengan efek insulin(coupled endocrine system). Keduanya
merupakan faktor utama pada pengaturan metabolisme energy. Glukagon bekerja terutama di
hati , empat hormone ini menimbulkan berbagai efek pada metabolisme karbohidrat, lemak, dan
protein.5
o Hidrat arang :meningkatkan gluksa darah dengan cara glikogenolisis dan
glukoneogenesis di hati
o Lemak : meningkatkan lipolisis, menurunkan sintesa trigliserida, meningkatkan produksi
keton di hati (ketogenesis) dengan cara: meningkatkan asam lemakbenda keton
o Protein : menurunkan sintesa protein, meningkatkan degradasi protein di hati,
merangsang glukoneogenesis5
Pada keadaan post absorptive sekresi glucagon meningkat, sedangkan pada keadaan absorptive
sekresi glucagon menurun.5
36
Pengaturan sekresi glucagon :
o efek langsung pada gula darah
o kadar glukosa darah meningkatsekresi glucagon menurun
o kadar glucagon yang tinggimemperburuk keadaan DM
Somatostatin
Hormon ini akan disekresikan oleh sel D ppl sebagai respons terhadap
1. Peningkatan kadar glukosa plasma
2. Peningkatan asam amino plasma(mancegah peningkatan bahan makanan plasma)
3. Menghambat sekresi insulin dan glucagon lokal5
Neoplasma pada sel D mengakibatkan terganggunya sekresi sel D yang menimbulkan gejala DM
Selain disekresikan oleh sel D ppl, hormone ini juga disekresi oleh hipotalamus yang
berfungsi untuk menghambat sekresi GH dan TSH dan oleh mukosa saluran cerna yang kerjanya
lokal(parakrin)yang berfungsi untuk menghambat proses pencernaan.5
37
BAB III
Penutup
Kesimpulan
Pankreas merupakan suatu organ berupa kelenjar dengan panjang dan tebal sekitar 12,5 cm dan
tebal + 2,5 cm (pada manusia). Pankreas terbentang dari atas sampai ke lengkungan besar dari perut dan
biasanya dihubungkan oleh dua saluran ke duodenum (usus 12 jari), terletak pada dinding posterior
abdomen di belakang peritoneum sehingga termasuk organ retroperitonial kecuali bagian kecil caudanya
yang terletak dalam ligamentum lienorenalis. Strukturnya lunak dan berlobulus.
Pankreas berperan sebagai kelenjar eksokrin dan endokrin. Kedua fungsi tersebut dilakukan
oleh sel-sel yang berbeda.
Karbohidrat adalah senyawa karbon yang mengandung sejumlah besar gugus hidroksil.
Karbohidrat paling sederhana bisa berupa aldehid (disebut polihidroksialdehid atau aldosa) atau
berupa keton (disebut polihidroksiketon atau ketosa). Berdasarkan pengertian di atas berarti
diketahui bahwa karbohidrat terdiri atas atom C, H dan O.
Fungsi primer dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi jangka pendek (gula
merupakan sumber energi). Fungsi sekunder dari karbohidrat adalah sebagai cadangan energi
jangka menengah (pati untuk tumbuhan dan glikogen untuk hewan dan manusia). Fungsi lainnya
adalah sebagai komponen struktural sel.
Tiga per empat zat padat tubuh terdiri dari protein (otot, enzim, protein plasma, antibodi,
hormon), protein ini merupakan rangkaian asam amino dengan ikatan peptide yang terdiri dari
ikatan komplek dengan fibril → protein fibrosa. Asam amino dibedakan: asam amino esensial
dan asam amino non esensial. Asam amino esensial terdiri atas: T2L2V HAMIF (treonin,
triptofan, lisin, leusin, valin → histidin, arginin, metionin, isoleusin, fenilalanin), sedangkan
asam amino non esensial terdiri atas: SAGA SATGA (serin, alanin, glisin, asparadin → sistein,
asam aspartat, tirosin, glutamin, asam glutamat).
Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan
gliserol. Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami
38
esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan energi
jangka panjang. Jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam
lemak dioksidasi, baik asam lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida
jaringan.
39
Daftar pustaka
1. Metabolisme protein karbohidrat lemak. Diunduh dari
http://www.scribd.com/doc/32302060/Metabolisme-Protein-Karbohidrat-Dan-Lemak. 28
Oktober 2010.
2. S. Snell, Richard. 2004. ClinicalAnatomy for Medical Students. Lippincot Williams &
Wilkins Inc: USA.
3. Gibson, John.2003.Modern Physiology and Anatomy for Nurses. Blackwell Science
Limited: Oxford
4. Murray R.K,Granner D.K,Rodwell V.W.Biokimia Harper.Edisi 27.hal.152-
255.Jakarta:EGC;2009.
5. Sherwood, Lauralee. Fisiologi Manusia dari Sel ke Sistem. Edisi 2. Penerjemah: Brahm
U.P. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran EGC; 2001.
40