A. Metabolisme Karbohidrat Peranan utama karbohidrat di dalam tubuh adalah menyediakan glukosa bagi sel-sel tubuh, yang kemudian diubah menjadi energi. Glukosa memegang peranan sentral dalam metabolisme karbohidrat. Jaringan tertentu hanya memperoleh energi dari karbohidrat seperti sel darah merah serta sebagian besar otak dan sistem saraf. Glukosa yang diserap dari pencernaan makanan di usus dibawa darah menuju ke seluruh sel tubuh. Dalam sitoplasma glukosa akan mengalami GLIKOLISIS yaitu peristiwa pemecahan gula hingga menjadi energi (ATP). Ada dua jalur glikolisis yaitu jalur biasa untuk aktivitas/kegiatan hidup yang biasa (normal) dengan hasil ATP terbatas, dan glikolisis jalur cepat yang dikenal dengan jalur EMBDEN MEYER- HOFF untuk menyediakan ATP cepat pada aktivitas/kegiatan kerja keras, misalnya lari cepat. Jalur cepat ini memberi hasil asam laktat yang bila terus bertambah dapat menyebabkan terjadinya ASIDOSIS LAKTAT. Asidosis ini dapat berakibat fatal terutama bagi orang yang tidak terbiasa (terlatih) beraktivitas keras. Hasil oksidasi glukosa melalui glikolisis akan dilanjutkan dalam SIKLUS KREB yang terjadi di bagian matriks mitokondria. Selanjutnya hasil siklus Kreb akan digunakan dalam SYSTEM COUPLE (FOSFORILASI OKSIDATIF) dengan menggunakan sitokrom dan berakhir dengan pemanfaatan Oksigen sebagai penangkap ion H. Kejadian tubuh kemasukan racun menyebabkan system sitokrom di-blokir oleh senyawa racun sehingga reaksi REDUKSI-OKSIDASI dalam system couple, terutama oleh Oksigen, tidak dapat berjalan. B. METABOLISME PROTEIN 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 + glutamat
1. Diaminasi: asam amino + NAD+ asam keto + NH3 NH3 merupakan racun bagi tubuh, tetapi tidak dapat dibuang oleh ginjal harus diubah dulu 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 SINGKATAN ASAM AMINO Arg, His, Gln, Pro: Arginin, Histidin, Glutamin, Prolin Ile, Met, Val: Isoleusin, Metionin, Valin Tyr, Phe: Tyrosin, Phenilalanin karboksikinase Ala, Cys, Gly, Hyp, Ser, Thr: Alanin, Cystein, Glysin, Hydroksiprolin, Serin, Threonin Leu, Lys, Phe, Trp, Tyr: Leusin, Lysin, Phenilalanin, Triptofan, Tyrosin 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 NADH H 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 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 + E
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 KREATIN DAN KREATININ Kreatin disintesa di hati dari: metionin, glisin dan arginin Dalam otot rangka difosforilasi membentuk fosforilkreatin (simpanan energi) istirahat Kreatin + ATP Fosforilkreatin Kreatinin gerak urine
B.Lipid Lipid adalah molekul-molekul biologis yang tidak larut di dalam air tetapi larut di dalam pelarutpelarut organik. Fungsi lipid Ada beberapa fungsi lipid di antaranya: 1) Sebagai penyusun struktur membran sel (dalam hal ini lipid berperan sebagai barier untuk sel dan mengatur aliran material-material) 2) Sebagai cadangan energi (lipid disimpan sebagai jaringan adipose) 3) Sebagai hormon dan vitamin (hormon mengatur komunikasi antar sel, sedangkan vitamin membantu regulasi proses-proses biologis) Jenis-jenis lipid Terdapat beberapa jenis lipid yaitu: 1. Asam lemak, terdiri atas asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh 2. Gliserida, terdiri atas gliserida netral dan fosfogliserida 3. Lipid kompleks, terdiri atas lipoprotein dan glikolipid 4. Non gliserida, terdiri atas sfingolipid, steroid dan malam Asam lemak Asam lemak merupakan asam monokarboksilat rantai panjang. Adapun rumus umum dari asam lemak adalah: CH 3 (CH 2 ) n COOH atau C n H 2n+1 -COOH Rentang ukuran dari asam lemak adalah C 12 sampai dengan C 24. Ada dua macam asam lemak yaitu: 1. Asam lemak jenuh (saturated fatty acid),asam lemak ini tidak memiliki ikatan rangkap 1. Asam lemak tak jenuh (unsaturated fatty acid),asam lemak ini memiliki satu atau lebih ikatan rangkap
Simbol numerik Nama Umum Struktur Keterangan 14:0 Asam miristat CH 3 (CH 2 ) 12 COOH 16:0 Asam palmitat CH 3 (CH 2 ) 14 COOH 16:1 D9 Asam palmitoleat CH 3 (CH 2 ) 5 C=C(CH 2 ) 7 COOH 18:0 Asam stearat CH 3 (CH 2 ) 16 COOH 18:1 D9 Asam oleat CH 3 (CH 2 ) 7 C=C(CH 2 ) 7 COOH 18:2 D9,12 Asam linoleat CH 3 (CH 2 ) 4 C=CCH 2 C=C(CH 2 ) 7 COOH 18:3 D9,12,15 Asam linolenat CH 3 CH 2 C=CCH 2 C=CCH 2 C=C(CH 2 ) 7 COOH 20:4 D5,8,11,14 Assam arakhidonat CH 3 (CH 2 ) 3 (CH 2 C=C) 4 (CH 2 ) 3 COOH Sering terikat dengan atom N terminal dari membran plasma bergabung dengan protein sitoplasmik Produk akhir dari sintesis asam lemak mamalia Asam lemak esensial Asam lemak esensial Prekursor untuk sintesis eikosanoid Gliserida netral (lemak netral) Gliserida netral adalah ester antara asam lemak dengan gliserol. Fungsi dasar dari gliserida netral adalah sebagai simpanan energi (berupa lemak atau minyak). Setiap gliserol mungkin berikatan dengan 1, 2 atau 3 asam lemak yang tidak harus sama. Jika gliserol berikatan dengan 1 asam lemak disebut monogliserida, jika berikatan dengan 2 asam lemak disebut digliserida dan jika berikatan dengan 3 asam lemak dinamakan trigliserida. Trigliserida merupakan cadangan energi penting dari sumber lipid. Struktur trigliserida sebagai lemak netral Apa yang dimaksud dengan lemak (fat) dan minyak (oil)? Lemak dan minyak keduanya merupakan trigliserida. Adapun perbedaan sifat secara umum dari keduanya adalah:
1. Lemak - Umumnya diperoleh dari hewan - Berwujud padat pada suhu ruang - Tersusun dari asam lemak jenuh 2. Minyak - Umumnya diperoleh dari tumbuhan - Berwujud cair pada suhu ruang - Tersusun dari asam lemak tak jenuh Fosfogliserida (fosfolipid) Lipid dapat mengandung gugus fosfat. Lemak termodifikasi ketika fosfat mengganti salah satu rantai asam lemak. Penggunaan fosfogliserida adalah: 1. Sebagai komponen penyusun membran sel 2. Sebagi agen emulsi Struktur dari fosfolipid Fosfolipid bilayer (lapisan ganda) sebagai penyusun membran sel Lipid kompleks Lipid kompleks adalah kombinasi antara lipid dengan molekul lain. Contoh penting dari lipid kompleks adalah lipoprotein dan glikolipid. Lipoprotein Lipoprotein merupakan gabungan antara lipid dengan protein. Gabungan lipid dengan protein (lipoprotein) merupakan contoh dari lipid kompleks Ada 4 klas mayor dari lipoprotein plasma yang masing-masing tersusun atas beberapa jenis lipid, yaitu: 1. Kilomikron, Kilomikron berfungsi sebagai alat transportasi trigliserid dari usus ke jaringan lain, kecuali ginjal 2. VLDL (very low density lypoproteins), VLDL mengikat trigliserid di dalam hati dan mengangkutnya menuju jaringan lemak
3. LDL (low density lypoproteins), LDL berperan mengangkut kolesterol ke jaringan perifer 4. HDL (high density lypoproteins), HDL mengikat kolesterol plasma dan mengangkut kolesterol ke hati. Ilustrasi peran masing-masing dari 4 klas besar lipoprotein Lipid non gliserida Lipid jenis ini tidak mengandung gliserol. Jadi asam lemak bergabung dengan molekul-molekul non gliserol. Yang termasuk ke dalam jenis ini adalah sfingolipid, steroid, kolesterol dan malam. Sfingolipid Sifongolipid adalah fosfolipid yang tidak diturunkan dari lemak. Penggunaan primer dari sfingolipid adalah sebagai penyusun selubung mielin serabut saraf. Pada manusia, 25% dari lipid merupakan sfingolipid. Struktur kimia sfingomielin (perhatikan 4 komponen penyusunnya) Kolesterol Selain fosfolipid, kolesterol merupakan jenis lipid yang menyusun membran plasma. Kolesterol juga menjadi bagian dari beberapa hormon. Kolesterol berhubungan dengan pengerasan arteri. Dalam hal ini timbul plaque pada dinding arteri, yang mengakibatkan peningkatan tekanan darah karena arteri menyempit, penurunan kemampuan untuk meregang. Pembentukan gumpalan dapat menyebabkan infark miokard dan stroke. Metabolisme lipid Lipid yang kita peroleh sebagai sumber energi utamanya adalah dari lipid netral, yaitu trigliserid (ester antara gliserol dengan 3 asam lemak). Secara ringkas, hasil dari pencernaan lipid adalah asam lemak dan gliserol, selain itu ada juga yang masih berupa monogliserid. Karena larut dalam air, gliserol masuk sirkulasi portal (vena porta) menuju hati. Asam-asam lemak rantai pendek juga dapat melalui jalur ini. 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.
Reaksi-reaksi kimia dalam metabolisme gliserol 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 dahulu menjadi asil-koa. Dengan adanya ATP dan Koenzim A, asam lemak diaktifkan dengan dikatalisir oleh enzim asil- KoA sintetase (Tiokinase). Aktivasi asam lemak menjadi asil KoA Asam lemak bebas pada umumnya berupa asam-asam lemak rantai panjang. Asam lemak rantai panjang ini akan dapat masuk ke dalam mitokondria dengan bantuan senyawa karnitin, dengan rumus (CH 3 ) 3 N + - CH 2 -CH(OH)-CH 2 -COO -. Mekanisme transportasi asam lemak trans membran mitokondria melalui mekanisme pengangkutan karnitin 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. 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). 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.
Tahap-tahap sintesis asam lemak 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: - 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. Dinamika lipid di dalam sel adiposa. Perhatikan tahap-tahap sintesis dan degradasi trigliserida 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). Referensi: 1. Guyton AC, Hall JE, 1996, Buku Ajar Fisiologi Kedokteran, Edisi IX, Penerjemah: Setiawan I, Tengadi LMAKA, Santoso A, Jakarta: EGC 2. http://www.biology.arizona.edu\biochemistry, 2003, The Biology Project-Biochemistry Interactive Concepts in Biochemistry: Oxidative Phosphorylation 3. Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW, 2003, Biokimia Harper, Edisi XXV, Penerjemah Hartono Andry, Jakarta: EGC 4. Stryer L, 1996, Biokimia, Edisi IV, Penerjemah: Sadikin dkk (Tim Penerjemah Bagian Biokimia FKUI), Jakarta: EGC 5. Supardan, 1989, Metabolisme Lemak, Malang: Lab. Biokimia Universitas Brawijaya 6. Harper, Rodwell, Mayes, 1977, Review of Physiological Chemistry 7. Colby, 1992, Ringkasan Biokimia Harper, Alih Bahasa: Adji Dharma, Jakarta, EGC 8. Wirahadikusumah, 1985, Metabolisme Energi, Karbohidrat dan Lipid, Bandung, ITB 9. Harjasasmita, 1996, Ikhtisar Biokimia dasar B, Jakarta, FKUI 10. Toha, 2001, Biokimia, Metabolisme Biomolekul, Bandung, Alfabeta 11. Poedjiadi, Supriyanti, 2007, Dasr-dasar Biokimia, Bandung, UI Press