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