METABOLISME KARBOHIDRAT, PROTEIN DAN LEMAK

PROSES METABOLISME KARBOHIDRAT

Lintasan metabolisme dapat digolongkan menjadi 3 kategori:

1.   Lintasan anabolik (penyatuan/pembentukan)

Ini merupakan lintasan yang digunakan pada sintesis senyawapembentuk struktur dan mesin tubuh. Salah satu contoh dari kategori ini adalah sintesis protein.

2.   Lintasan katabolik (pemecahan)

Lintasan ini meliputi berbagai proses oksidasi yang melepaskan energi bebas, biasanya dalam bentuk fosfat energi tinggi atau unsur ekuivalen pereduksi, seperti rantai respirasi dan fosforilasi oksidatif.

3.   Lintasan amfibolik (persimpangan)

Lintasan ini memiliki lebih dari satu fungsi dan terdapat padapersimpangan metabolisme sehingga bekerja sebagai penghubung antara lintasan anabolik dan lintasan katabolik. Contoh dari lintasan ini adalah siklus asam sitrat (Siklus Kreb).

Karbohidrat, lipid dan protein sebagai makanan sumber energi harus dicerna menjadi molekul-molekul berukuran kecil agar dapat diserap. Berikut ini adalah hasil akhir pencernaan nutrien tersebut:

Ø  Hasil pencernaan karbohidrat: monosakarida terutama glukosa

Ø  Hasil pencernaan lipid: asam lemak, gliserol dan gliserida

Ø  Hasil pencernaan protein: asam amino

Semua hasil pencernaan di atas diproses melalui lintasan metaboliknya masing-masing menjadi Asetil KoA, yang kemudian akan dioksidasi secara sempurna melalui siklus asam sitrat dan dihasilkan energi berupa adenosin trifosfat (ATP) dengan produk buangan karbondioksida (CO₂).

Glukosa merupakan karbohidrat terpenting. Dalam bentuk glukosalah massa karbohidrat makanan diserap ke dalam aliran darah, atau ke dalam bentuk glukosalah karbohidrat dikonversi di dalam hati, serta dari glukosalah semua bentuk karbohidrat lain dalam tubuh dapat dibentuk. Glukosa merupakan bahan bakar metabolik utama bagi manusia dan bahan bakar universal bagi janin. Glukosa diubah menjadi karbohidrat lain misalnya glikogen untuk simpanan, ribose untuk membentuk asam nukleat, galaktosa dalam laktosa susu, bergabung dengan lipid atau dengan protein, contohnya glikoprotein dan proteoglikan.

      Jalut-jalur Metbolisme Karbohidrat

Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat, glikogenesis, glikogenolisis serta glukoneogenesis.

Secara ringkas, jalur-jalur metabolisme karbohidrat dijelaskan sebagai berikut:

1.   Glukosa sebagai bahan bakar utama metabolisme akan mengalami glikolisis (dipecah) menjadi 2 piruvat jika tersedia oksigen. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

2.   Selanjutnya masing-masing piruvat dioksidasi menjadi asetil KoA. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

3.   Asetil KoA akan masuk ke jalur persimpangan yaitu siklus asam sitrat. Dalam tahap ini dihasilkan energi berupa ATP.

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.

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.

6.   Jika glukosa dari diet tak tersedia dan cadangan glikogenpun 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.

Metabolisme Karbohidrat

• Karbohidrat merupakan sember energi utama dalam sel
• Metabolisme karbohidrat merupakan pusat dari semua proses metabolisme
• glukosa dimetabolisme mellui tahap oksidatif yang berlangsung secara aerobik (dalam mitokondrio) maupun anaerobik (dalam sitosol) yang menghasilkan pembentukan ATP (adenosin trifosfat)

METABOLISME  PROTEIN  TUBUH
·   ¾ zat padat tubuh terdiri dari protein (otot, enzim, protein plasma, antibodi, hormon)
·   Protein merupakan rangkaian asam amino dengan ikatan peptide
·   Banyak protein terdiri ikatan komplek dengan fibril → protein fibrosa
·   Macam protein fibrosa: kolagen (tendon, kartilago, tulang); elastin (arteri); keratin (rambut,  kuku); dan aktin-miosin

MACAM PROTEIN
·   Peptide: 2 – 10 asam amino
·   Polipeptide: 10 – 100 asam amino
·   Protein: > 100 asam amino
·   Antara asam amino saling berikatan dengan ikatan peptide
·   Glikoprotein: gabungan glukose dengan protein
·   Lipoprotein: gabungan lipid dan protein


ASAM AMINO
·  Asam amino dibedakan: asam amino esensial dan asam amino non esensial
· Asam amino esensial: T2L2V HAMIF (treonin, triptofan, lisin, leusin, valin → histidin, arginin, metionin, isoleusin, fenilalanin)
· Asam amino non esensial: SAGA SATGA (serin, alanin, glisin, asparadin → sistein, asam aspartat, tirosin, glutamin, asam glutamat)

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 protein

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

PEMECAHAN PROTEIN
1.  Transaminasi:
          ~  alanin + alfa-ketoglutarat → piruvat + glutamat2.      Diaminasi:

• ~  asam amino + NAD+ → asam keto + NH3

       ~  NH3 → merupakan racun bagi tubuh, tetapi tidak dapat dibuang oleh ginjal → harus  diubah dahulu jadi urea (di hati) → agar dapat dibuang oleh ginjal

EKSKRESI NH3
·  NH3 → tidak dapat diekskresi oleh ginjal
·  NH3 harus dirubah dulu menjadi urea oleh hati
· Jika hati ada kelainan (sakit) → proses perubahan NH3 → urea terganggu → penumpukan NH3 dalam darah → uremia
·  NH3 bersifat racun → meracuni otak → coma
·  Karena hati yang rusak → disebut Koma hepatikum

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, sitrat
SIKLUS KREBS
·  Proses perubahan asetil ko-A → H + CO2
·  Proses ini terjadi didalam mitokondria
· Pengambilan asetil co-A di sitoplasma dilakukan oleh: oxalo asetat → proses pengambilan ini terus berlangsung sampai asetil co-A di sitoplasma habis
·  Oksaloasetat berasal dari asam piruvat
·  Jika asupan nutrisi kekurangan KH → kurang as. Piruvat → kurang oxaloasetat



RANTAI RESPIRASI
H → hasil utama dari siklus Krebs ditangkap oleh carrier NAD menjadi NADHH dari NADH ditransfer ke → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b → sitokrom c → sitokrom aa3 → terus direaksikan dengan O2 → H2O + E

Rangkaian transfer H dari satu carrier ke carrier lainya disebut Rantai respirasiRantai Respirasi terjadi didalam mitokondria → transfer atom H antar carrier memakai enzim Dehidrogenase → sedangkan reaksi H + O2 memakai enzim Oksidase
Urutan carrier dalam rantai respirasi adalah: NAD → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b → sitokrom c → sitokrom aa3 → direaksikan dengan O2 → H2O + E

FOSFORILASI OKSIDATIF
Dalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi → energi tsb ditangkap oleh ADP untuk menambah satu gugus fosfat menjadi ATPFosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi tinggi dalam proses rantai respirasiFosforilasi oksidatif → proses merubah ADP → ATP

METABOLISME LIPID

MACAM LEMAK
·   Lemak biologis yang terpenting: lemak netral (trigliserida), fosfolipid, steroid
·    Asam lemak:   
        1.  Asam palmitat: CH3(CH2)14-COOH      
       2.  Asam stearat: CH3(CH2)16-COOH
      3.  Asam oleat: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
·   Trigliserida: ester gliserol + 3 asam lemak
·   Fosfolipid: ester gliserol + 2 asam lemak + fosfat
·   Steroid: kolesterol dan turunanya (hormon steroid, asam lemak dan vitamin)

ABSORPSI LEMAK
· Lemak diet diserap dalam bentuk: kilomikron → diabsorpsi usus halus masuk ke limfe (ductus torasikus) → masuk darah
·  Kilomikron dalam plasma disimpan dalam jaringan lemak (adiposa) dan hati
·  Proses penyimpananya: kilomikron dipecah oleh enzim lipoprotein lipase (dalam membran sel) → asam lemak dan gliserol
·   Didalam sel asam lemak disintesis kembali jadi trigliserida (simpanan lemak)

MACAM LEMAK PLASMA
· Asam lemak bebas (FFA= free fatty acid) → ada dalam plasma darah dan terikat dengan albumin
·  Kolesterol, trigliserida dan fosfolipid → dalam plasma berbentuk lipoprotein
      1.  Kilomikron
      2.  VLDL: very low density lipoprotein
      3.  IDL: intermediate density lipoprotein
      4.  LDL: low density lipoprotein
      5.  HDL: high density lipoprotein

ASAM LEMAK BEBAS
· Bila lemak sel akan digunakan untuk energi → simpanan lemak (trigliserida) dihidrolisis menjadi asam lemak dan gliserol (oleh enzim lipase sel)
·  Asam lemak berdiffusi masuk aliran darah sebagai asam lemak bebas (Free Fatty Acid) dan berikatan dengan albumin plasma

PENGGUNAAN FFA SEBAGAI ENERGI
·  FFA dalam plasma dibawa ke mitokondria dengan carrier Karnitin
·  FFA dalam sel dipecah menjadi asetil koenzim-A dengan beta oksidasi
· Asetil koenzim-A hasil beta oksidasi → masuk siklus Krebs untuk diubah menjadi H dan CO2

METABOLISME LEMAK
   Ada 3 fase:
      1.  β oksidasi
      2.  Siklus Kreb
      3.  Fosforilasi Oksidatif

BETA OKSIDASI
·   Proses pemutusan/perubahan asam lemak → asetil co-A
·   Asetil co-A terdiri 2 atom C → sehingga jumlah asetil co-A yang dihasilkan = jumlah atom C dalam rantai carbon asam lemak : 2
·   Misal: asam palmitat (C15H31COOH) → β oksidasi → ?? asetil co-A

CONTOH ASAM LEMAK

NAMA UMUM	RUMUS	NAMA KIMIA
Asam oleat	C17H33COOH	Oktadeca 9-enoad
As risinoleat	C17H32(OH)-COOH	12 hidroksi okladeca -9-enoad
Asam linoleat	C17H31COOH	Okladeca-9,12 dienoad
As linolenat	C17H29COOH	Okladeca-9,12,15 trienoad
As araksidat	C19H39COOH	Asam eicosanoad

                
SIKLUS KREBS
·   Proses perubahan asetil ko-A → H + CO2
·   Proses ini terjadi didalam mitokondria
·  Pengambilan asetil co-A di sitoplasma dilakukan oleh: oxalo asetat → proses pengambilan ini terus berlangsung sampai asetil co-A di sitoplasma habis
·   Oksaloasetat berasal dari asam piruva
t·   Jika asupan nutrisi kekurangan KH → kurang as. Piruvat → kurang oxaloasetat


KETOSIS
·   Degradasi asam lemak → Asetil KoA terjadi di Hati, tetapi hati hanya mengunakan sedikit asetil KoA → akibatnya sisa asetil KoA berkondensasi membentuk Asam Asetoasetat
· Asam asetoasetat merupakan senyawa labil yang mudah pecah menjadi: Asam β hidroksibutirat dan Aseton.
· Ketiga senyawa diatas (asam asetoasetat, asam β hidroksibutirat dan aseton) disebut 

BADAN KETON.
·   Adanya badan keton dalam sirkulasi darah disebut: ketosis
·   Ketosis terjadi saat tubuh kekurangan karbohidrat dalam asupan makannya → kekurangan oksaloasetat
·   Jika Oksaloasetat menurun → maka terjadi penumpukan Asetil KoA didalam aliran darah → jadi badan keton → keadaan ini disebut KETOSIS
·  Badan keton merupakan racun bagi otak → mengakibatkan Coma, karena sering terjadi pada penderita DM → disebut Koma Diabetikum
·   Ketosis terjadi pada keadaan :
·   Kelaparan
·   Diabetes Melitus
·   Diet tinggi lemak, rendah karbohidrat

RANTAI RESPIRASI
·   H adalah hasil utama dari siklus Krebs ditangkap oleh carrier NAD menjadi NADH
· H dari NADH ditransfer ke → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b → sitokrom c →sitokrom aa3 → terus direaksikan dengan O2 → H2O + Energi
·   Rangkaian transfer H dari satu carrier ke carrier lainya disebut Rantai respirasi
·  Rantai Respirasi terjadi didalam mitokondria → transfer atom H antar carrier memakai enzim Dehidrogenase → sedangkan reaksi H + O2 memakai enzim Oksidase
Urutan carrier dalam rantai respirasi adalah: NAD → Flavoprotein → Quinon → sitokrom b → sitokrom c → sitokrom aa3 → direaksikan dengan O2 → H2O + Energi

FOSFORILASI OKSIDATIF
·  Dalam proses rantai respirasi dihasilkan energi yang tinggi → energi tsb ditangkap oleh ADP untuk menambah satu gugus fosfat menjadi ATP
·   Fosforilasi oksidatif adalah proses pengikatan fosfor menjadi ikatan berenergi tinggi dalam proses rantai respirasi
·   Fosforilasi oksidatif → proses merubah ADP → ATP (dengan menngunakan energi hasil reaksi H2 + O2 → H2O + E)

SINTESIS TRIGLISERIDA DARI KARBOHIDRAT
·  Bila KH dalam asupan lebih banyak dari yang dibutuhkan → KH diubah jadi glikogen dan kelebihanya diubah jadi trigliserida → disimpan dalam jaringan adiposa
·  Tempat sintesis di hati, kemudian ditransport oleh lipoprotein ke jaringan disimpan di jaringan adiposa sampai siap digunakan tubuh

SINTESIS TRIGLISERIDA DARI PROTEIN
·   Banyak asam amino dapat diubah menjadi asetil koenzim-A
·   Dari asetil koenzim-A dapat diubah menjadi trigliserida
·  Jadi saat asupan protein berlebih, kelebihan asam amino disimpan dalam bentuk lemak di jaringan adipose

PENGATURAN HORMON ATAS PENGGUNAAN LEMAK
·   Penggunaan lemak tubuh terjadi pada saat kita gerak badan berat
·   Gerak badan berat menyebabkan pelepasan epineprin dan nor epineprin
·   Kedua hormon diatas mengaktifkan lipase trigliserida yang sensitif hormon → pemecahan trigliserida → asam lemak
·   Asam lemak bebas (FFA) dilepas ke darah dan siap untuk dirubah jadi energi