makalah kelompok pbl blok 11.docx
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sistem endokrin adalah satu sistem yang berfungsi untuk meregulasi homeostasis dalam
badan. Antara sistem endokrin yang terlibat dalam tubuh manusia adalah hipofisis serebri,
kelanjar tiroid, kelenjar paratiroid, kelenjar adrenal, pankreas, ovarium dan testis. Sistem
endokrin penting dalam menjalankan perannya sebagai pengatur metabolisme bahan dalam
tubuh. Sistem ini terdiri dari kelenjar-kelenjar yang tidak mempunyai saluran dan tersebar di
seluruh tubuh.
Sebagai salah satu kelenjar endokrin, pankreas memiliki peranan yang cukup besar
terhadap pengaturan sistem hormonal tubuh. Selain sebagai endokrin, pankreas juga berfungsi
sebagai kelenjar eksokrin. Beberapa fungsi dari pankreas adalah mengatur kadar gula dalam
darah melalui pengeluaran glukagon, yang menambah kadar gula dalam darah dengan
mempercepat tingkat pelepasan dari hati. Pengurangan kadar gula dalam darah dengan
mengeluarkan insulin yang mana mempercepat aliran glukosa ke dalam sel pada tubuh, terutama
otot.
Ketika fungsi pankreas tidak lagi bekerja dengan baik, baik karena pola makan yang
buruk ataupun kelainan genetik, maka keseimbangan kadar gula dalam tubuh pun ikut terganggu.
Hal ini dapat menyebabkan berbagai komplikasi penyakit, bahkan dapat menyebabkan kematian.
Maka dari itu kita harus mengetahui terlebih dahulu bagaimana keadaan pankreas secara
anatomis, histologis, serta fisiologis normalnya.
1.2 Tujuan
Tujuan pembuatan makalah ini adalah untuk membahas dan meningkatkan pengetahuan
tentang sistem endokrin manusia karena dengan adanya sistem ini kita dapat lagi hidup dan
menjalankan aktiviti seharian dengan lancar. Adanya sedikit saja gangguan pada sistem endokrin
ini dapat menyebabkan gangguan terhadap kehidupan manusia. Makanya, penelitian yang amat
teliti perlu dilakukan agar kita bisa menjaga sistem ini. Di dalam ini juga akan dibicarakan
tentang struktur makroskopis dan mikroskopis pankreas, fungsi pankreas dan hormon-hormon
yang dihasilkan, metabolisme karbohidrat, lemak dan protein. Selain itu, diselitkan juga
beberapa hormon yang turut memainkan peranan dalam pengaturan kadar gula darah yang
terganggu dalam diabetes mellitus.
BAB II
PEMBAHASAN
2.1 Struktur Makroskopis Pankreas1-3
Pankreas merupakan suatu organ berupa kelenjar dengan panjang dan tebal sekitar 12,5
cm dan tebal + 2,5 cm (pada manusia). Strukturnya lunak dan berlobulus. Ia terletak pada
dinding posterior abdomen di belakang peritoneum sehingga termasuk organ retroperitoneal,
kecuali bagian kecil caudanya yang terletak dalam ligamentum lienorenalis.
Pankreas dapat dibagi kepada beberapa bagian yaitu:
1. Caput Pancreatis
o berbentuk seperti cakram
o terletak di dalam bagian cekung duodenum
o sebagian caput meluas ke kiri di belakang arteria san vena mesenterica superior
serta dinamakan Processus Uncinatus
2. Collum Pancreatis
o bagian pancreas yang mengecil
o menghubungkan caput dan corpus pankreatis
o terletak di depan pangkal vena porta hepatis dan tempat dipercabangkannya
arteria mesenterika superior dari aorta
3. Corpus Pancreatis
o berjalan ke atas dan kiri, menyilang garis tengah
o pada potongan melintang sedikit berbentuk segitiga
4. Cauda Pancreatis
o berjalan ke depan menuju ligamentum lienorenalis
o mengadakan hubungan dengan hilum lienale
Gambar 1. Bagian-bagian pankreas
Pankreas diperdarahi oleh pembuluh darah a. pancreaticoduodenalis superior, cabang a.
gastroduodenalis dan a. pancreaticoduodenalis inferior, cabang a. mesenterica cranialis.
Manakala pembuluh baliknya adalah v. lienalis dan v. mesenterica superior yang kemudian akan
bermuara ke v. porta hepar.
2.2 Struktur Mikroskopis Pankreas1-4
Pankreas berperan sebagai kelenjar eksokrin dan juga endokrin. Kelenjar endokrin terdiri
dari sel-sel yang berperan dalam penghasilan hormon. Di pankreas, tersebar kelompok-kelompok
sel endokrin yang juga dikenali sebagai pulau-pulau Langerhans yang terletak di antara sel-sel
eksokrin pankreas.
Sel-sel yang terdapat pada bagian endokrin pankreas adalah seperti berikut:
1. Sel α (alfa)
o Penghasil hormon glukagon
o Terletak di tepi pulau
o Batas inti kadang tidak teratur
2. Sel β (beta)
o Penghasil hormon insulin
o Mempunyai sel terbanyak dan membentuk 60-70% sel dalam pulau Langerhans
o Terletak di bagian lebih dalam atau lebih di pusat pulau
3. Sel δ
o Mensekresikan hormon somatostatin
o Terletak di bagian mana saja dari pulau, umunya berdekatan dengan sel α
4. Sel F
o Mensekresikan polipeptida pankreas
o Pulau yang kaya akan sel ini berasal dari tonjolan pankreas ventral
Gambar 2. Sel-sel pulau Langerhans
2.3 Fungsi Pankreas
Pankreas mempunyai beberapa fungsi utama dalam pengaturan dalam tubuh manusia, yaitu:
Mengatur kadar gula darah melalui pengeluaran glukagon, yang menambah kadar gula
dalam darah dengan mempercepat tingkat pelepasan dari hati.
Pengurangan kadar gula dalam darah dengan mengeluarkan insulin yang mana
mempercepat aliran glukosa ke dalam sel pada tubuh, terutama otot. Insulin juga
merangsang hati untuk merubah glukosa menjadi glikogen dan menyimpannya di dalam
sel-selnya.
2.4 Hormon3,5,6
Hormon pankreas yang paling penting dalam mengatur metabolisme bahan bakar ialah
insulin dan glucagon. Kedua-duanya juga merupakan hormon utama dalam pengaturan kadar
gula darah. Selain itu, terdapat juga beberapa hormon lain yang turut ikut berperan dalam
pengaturan tersebut.
2.4.1 Insulin
Insulin memiliki efek penting pada metabolisme karbohidrat, lemak dan protein. Hormon
ini menurunkan kadar glukosa, asam lemak, dan asam amino dalam darah serta mendorong
penyimpanan nutrien-nutrien tersebut. Pada waktu molekul-molekul nutrient ini memasuki darah
selama keadaan absorptive, insulin meningkatkan penyerapan mereka oleh sel dan konversi,
masing-masing menjadi glikogen, trigliserida, dan protein.
Efek pada Karbohidrat
o Mempermudah masuknya glukosa ke dalam sebagian besar sel. Molekul glukosa tidak
mudah menembus membran sel tanpa adanya insulin. Beberapa jaringan yang tidak
bergantung pada insulin untuk menyerap glukosa adalah otak, otot yang aktif dan hati.
o Merangsang glikogenesis, pembentukan glikogen dari glukosa, baik di otot maupun di
hati.
o Menghambat glikogenolisis, penguraian glikogen menjadi glukosa. Dengan ini, insulin
meningkatkan penyimpanan karbohidrat dan menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati.
o Menurunkan pengeluaran glukosa oleh hati dengan menghambat glukoneogenesis,
perubahan asam amino menjadi glukosa di hati dengan dua cara:
Menurunkan jumlah asam amino di dalam darah yang tersedia di hati untuk
glukoneogenesis
Menghambat enzim-enzim hati yang mengubah asam amino menjadi glukosa
Insulin menurunkan konsentrasi glukosa darah dengan meningkatkan penyerapan glukosa
dari darah untuk digunakan dan disimpan oleh sel, semestara menghambat pengeluaran glukosa
baru ke dalam darah melalui glikogenolisis dan glukoneogenesis oleh hati. Insulin merupakan
satu-satunya hormon yang mampu menurunkan kadar glukosa darah.
Efek pada lemak
Insulin memiliki efek menurunkan kadar asam lemak darah dan mendorong pembentukan
simpanan trigliserida dengan menghambat lipolisis, proses penguraian lemak sehingga terjadi
penurunan pengeluaran asam lemak dari jaringan adiposa ke dalam darah.
o Meningkatkan transportasi glukosa ke dalam sel jaringan adiposa, seperti yang
dilakukannya pada kebanyakan sel tubuh. Glukosa berfungsi sebagai prekursor untuk
pembentukan asam lemak dan gliserol, yaitu bahan mentah untuk membentuk trigliserida.
o Mengaktifkan enzim-enzim yang mengkatalisasi pembentukan asam lemak dari turunan
glukosa.
o Meningkatkan masuknya asam-asam lemak dari darah ke dalam sel jaringan adiposa.
o Menghambat lipolisis (penguraian lemak), sehingga terjadi penurunan pengeluaran asam
lemak dari jaringan adiposa ke dalam darah.
Efek pada protein
Insulin menurunkan kadar asam amino darah dengan menurunkan katabolisme protein
dan meningkatkan sintesis protein seperti berikut:
o Insulin mendorong transportasi aktif asam-asam amino dari darah ke dalam otot dan
jaringan lain. Efek ini menurunkan kadar asam amino dalam darah dan menghasilkan
bahan bangunan untuk sintesis protein di dalam sel.
o Insulin meningkatkan kecepatan penggabungan asam amino ke dalam protein dengan
merangsang perangkat pembuat protein di dalam sel.
o Insulin menghambat penguraian protein.
Insulin secara singkatnya menyebabkan peningkatan pemakaian glukosa, peningkatan
penyimpanan karbohidrat dan lemak, dan peningkatan sintesis protein. Oleh itu, hormon ini
menurunkan kadar glukosa, asam lemak dan asam amino dalam darah.
2.4.2 Glukagon
Glukagon bertindak secara antagonistik terhadap insulin dalam meningkatkan kadar
glukosa darah. Target utama hormon ini ialah hati tempat hormone ini menimbulkan berbagai
efek pada metabolism karbohidrat, lemak, dan protein. Berikut ialah efek utama glukagon:
o Produksi glukosa melalui peningkatan glikogenolisis dan glukoneogenesis.
o Peningkatan keton dalam bentuk β-hydroxybutyrate dan asam asetoasetat yang disintesis
daripada asam lemak. Keton akan menjadi sumber tenaga alternatif untuk banyak
jaringan termasuk di otak.
Efek terhadap karbohidrat
Efek glukagon terhadap timbul akibat peningkatan pembentukan dan pengeluaran glikosa
oleh hati sehingga terjadi peningkatan glikosa dalam darah. Glukagon menimbulkan efek
hiperglikemik dengan menurunkan sintesis glikogen, meningkatkan glukogenolisis dan
merangsang glikoneogenesis.
Efek terhadap lemak
Glukagon juga melawan efek insulin terhadap metabolisme lemak dengan mendorong
penguraian lemak dan menghambat sintesis trigliserida. Glukagon meningkatkan pembentukan
keton (ketogenesis) di hati dengan mendorong perubahan asam lemak menjadi bentuk yang aktif,
badan keton. Dengan demikian, dibawah pengaruh glukagon kadar asam lemak dan badan keton
dalam darah meningkat.
Efek terhadap protein
Glukagon menghambat sintesis protein dan peningkatan penguraian protein di hati.
Stimulasi glikoneogenesis juga memperkuat efek glukagon pada metabolisme protein di hati.
Walaupun meningkatkan katabolisme di hati, glukagon tidak memiliki efek yang bermakna
terhadap asam amino darah karena hormon darah karena hormon ini tidak mempengaruhi protein
otot, simpanan protein utama di tubuh.
Sekresi glukagon meningkat pada saat pasca absorptif dan menurun dalam keadaan
absorbtif. Hal ini jelas berbeda dengan insulin dimana insulin dimana insulin cenderung
mengakibatkan zat-zat gizi disimpan saat kadar gizi dalam darah meningkat misalnya setelah
makan sedangkan glikagon mendorong katabolisme simpanan zat gizi antara waktu makan untuk
mempertahankan kadar zat gizi-gizi tersebut dalam darah terutama dalam glukosa darah.
2.4.3 Hormon-horman lain3,5,6
Somatostatin
Somatostatin adalah hormon yang dihasilkan oleh sel-sel δ pulau-pulau Langerhans.
Fungsi somatostatin adalah untuk menghalangi pelepasan kedua hormon lainnya (insulin dan
glukagon). Somatostatin berperan dalam pengaturan sekresi sel pulau dan juga berperan pada
fungsi saluran cerna. Somatostatin yang berlebihan oleh pankreas menyebabkan hiperglikemia
dan manifestasi diabetes lainnya (diabetes insipidus). Peranan sebagai inhibisi dan regulasi
hormon-hormon pertumbuhan (growth hormone).
Kortisol
Kortisol ialah suatu hormon yang disekresikan oleh korteks adrenal. Fungsi kortisol
adalah untuk menyediakan tubuh untuk stres berat. Ia juga sangat penting dalam pengaturan
kadar glukosa darah dengan cara penggunaan glukosa melalui efek terhadap pembawa glukosa
dengan meningkatkan sensitivitas lipolisis pada jaringan adiposa terhadap hormon lipolitik
seperti adrenalin dan hormon pertumbuhan serta menstimulasi penguraian protein dalam otot
untuk menyediakan asam amino bagi glukoneogenesis.
Epinefrin
Epinefrin memberi beberapa efek metabolik yang penting. Pada umumnya, epinefrin
mendorong mobilisasi simpanan karbohidrat dan lemak untuk menyediakan energi dengan
segera untuk digunakan sebagai bahan bakar yang dibutuhkan untuk kerja otot pada situasi
“fight-of-flight”.
Secara spesifik, epinefrin meningkat kadar glukosa darah melalui beberapa mekanisme seperti:
o Merangsang glukoneogenesis dan glikogenolisis pada hepar di mana glikogen
simpanan diubah menjadi glukosa dan dilepaskan ke dalam darah.
o Merangsang glikogenesis di otot skelet. Glikogen otot tidak bias diubah ke glukosa
secara langsung.. Sebaliknya, penguraian glikogen otot melepaskan laktat ke darah.
Kemudian, hati akan menyingkirkan laktat dari darah dan mengubahnya menjadi
glukosa.
Epinefrin juga menghambat sekresi insulin dan merangsang sekresi glukagon. Ia juga
meningkatkan kadar asam lemak darah dengan merangsang lipolisis.
2.5 Metabolisme Utama Tubuh7
2.5.1 Metabolisme Karbohidrat
Terdapat beberapa jalur metabolisme karbohidrat baik yang tergolong sebagai
katabolisme maupun anabolisme, yaitu glikolisis, oksidasi piruvat, siklus asam sitrat,
glikogenesis, glikogenolisis serta glukoneogenesis.
Glikosis Embden Mayerhof (EM)
Glikolisis berlangsung di dalam sitosol semua sel. Lintasan katabolisme ini adalah proses
pemecahan glukosa menjadi:
o asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen)
o asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen)
Tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut:
1. Fosforilasi glukosa menjadi glukosa-6-fosfat yang dikatalisir oleh enzim heksokinase
atau glukokinase yang memerlukan ATP sebagai donor fosfat dan terhasil ADP. (-1P)
Mg2+
Glukosa + ATP glukosa 6-fosfat + ADP
2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoaheksosa
isomerase.
α-D-glukosa 6-fosfat α-D-fruktosa 6-fosfat
3. Fruktosa 6-fosfat diubah menjadi fruktosa 1,6-bifosfat dengan bantuan enzim
fosfofruktokinase. Reaksi ini memerlukan ATP sebagai donor fosfat, sehingga hasilnya
adalah ADP. (-1P)
α-D-fruktosa 6-fosfat + ATP D-fruktosa 1,6-bifosfat
4. Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi 2 senyawa triosa fosfat yaitu gliserahdehid 3-
fosfat dan dihidroksi aseton fosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase (fruktosa
1,6-bifosfat aldolase)
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
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. Menghasilkan 3 ATP melalui rantai pernafasan bagi setiap molekul. (+6P)
D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi 1,3-bifosfogliserat + NADH + H+
7. Sebuah gugus fosfat berenergi tinggi dalam posisi 1 senyawa 1,3 bifosfogliserat
ditangkap menjadi ATP dalam reaksi lebih lanjut dengan ADP, yang dikatalisir oleh
enzim fosfogliserat kinase. Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat. Karena
ada dua molekul 1, 3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P.
(+2P)
1, 3-bifosfogliserat + ADP 3-fosfogliserat + ATP
8. 3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan dikatalisir oleh enzim
fosfogliserat mutase
3-fosfogliserat 2-fosfogliserat
9. 2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase.
Enzim ini bergantung pada keberadaan Mg2+ atau Mn2+.
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. 2 molekul PEP membentuk 2 molekul enol piruvat
sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)
Fosfoenol piruvat + ADP piruvat + ATP
11. Dalam keadaan aerob, piruvat diambil oleh mitokondria, dan setelah konversi menjadi
asetil-KoA, akan dioksidasi menjadi CO2 melalui siklus asam sitrat (Siklus Kreb’s).
12. Jika keadaan bersifat anaerob (tak tersedia oksigen), piruvat akan direduksi oleh NADH
menjadi laktat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim laktat dehidrogenase.
Piruvat + NADH + H+ L(+)-Laktat + NAD+
Oksidasi piruvat
Jalur ini merupakan penghubung antara glikolisis dengan siklus Kreb’s. Piruvat
dioksidasi (dekarboksilasi oksidatif) menjadi Asetil-KoA, yang terjadi di dalam mitokondria sel.
Piruvat + NAD+ + KoA Asetil KoA + NADH + H+ + CO2
Siklus asam sitrat
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.
Gambar 3. Siklus asam sitrat sebagai jalur bersama metabolisme karbohidrat, lipid dan protein
Gambar 4. Lintasan detail Siklus Kreb’s
Siklus asam sitrat adalah serangkaian reaksi untuk memetabolisir asetil-KoA menjadi
CO2 dan atom H. Asetil-KoA pertama kali dikondensasi dengan oksaloasetat, untuk membentuk
sitrat. Dalam sebuah rangkaian yang terdiri dari tujuh reaksi berurutan, 2 molekul CO 2
dikeluarkan sehingga terbentuk lagi oksaloasetat. Siklus asam sitrat memerlukan O2 dan tidak
berfungsi pada kondisi anaerobik. Reaksi ini menghasilkan : 2 GTP, 6 NADH, 2 FADH2.
Siklus terdiri dari penggabungan 1 molekul asetil koA (2C) dengan asam dikarboksilat
(4C) –oksaloasetat untuk menghasilkan asam trikarboksilat (6C) yaitu asam sitrat.
Enzim-enzim yang berperan:
a). sitrat sintase
b). akonitase
c). isositrat DH ( NADH + H+: 3 ATP)
d). α-ketoglutarat DH ( NADH + H+: 3 ATP)
e). suksinat tiokinase ( GTP: 1 ATP)
f). suksinat DH ( FADH2: 2 ATP)
g). fumarase
h). malat DH ( NADH + H+: 3 ATP)
Enzim-enzim dalam siklus asam sitrat, kecuali α-ketoglutarat dan suksinat dehidrogenase
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).
Glikogenesis
Glikogenesis adalah proses anabolik pembentukan glikogen untuk simpanan glukosa saat
kadar gula darah tinggi seperti setelah makan. Glikogenesis terjadi terutama dalam sel-sel hati
dan sel-sel otot rangka tetapi tidak terjadi dalam sel-sel otak yang sangat bergantung pada
persediaan konstan gula darah untuk energi.
Gambar 5. Kerja enzim glikogenesis
Perubahan kimia secara enzimatik ini tidak berjalan secara spontan tetapi bertahap.
1. Reaksi diawali dengan proses fosforilasi glukosa menjadi glukosa-6-fosfat dengan
bantuan enzim glukokinase. Enzim ini spesifik hanya untuk konversi di hati, manakala
aktivasi di otot pula diperankan oleh heksokinase.
2. Selanjutnya, glukosa-6-fosfat diubah menjadi isomernya, glukosa-1-fosfat, dibawah
pengaruh enzim fosfoglukomutase.
3. Glukosa-1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) dengan bantuan enzim UTP
uridil transferase menjadi uridin difosfat glukosa (UDPG).
4. UDPG selanjutnya ditambah pada glikogen primer pada rantai glikosidik 1,4
membebaskan uridin difosfat yang dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Proses ini
berterusan sehingga panjang rantai ini kurang lebih 11 molekul glukosa. Terus, kurang
lebih 6 molekul glukosa dari rantai 1,4 akan di pindahkan ke rantai 1,6 , menyebabkan
terbentuknya percabangan. Proses ini diperantarai oleh branching enzim.
Gambar 6. Biosistesis glikogen
Proses glikogenesis ini distimulasi oleh peningkatan cAMP, dan akan menurun apabila
cAMP menurun. Glukagon dan epinefrin mempunyai efek positif kepada cAMP, manakala
insulin menghambat cAMP.
Glikogenolisis
Glikogen yang ada di dalam sel dapat diubah menjadi glukosa. Proses perubahan ini
dikenal sebagai proses glikogenolisis yang berlaku di hati dan otot. Glikogenolisis adalah
penguraian glikogen menjadi glukosa untuk dilepaskan ke aliran darah oleh hati saat tubuh
membutuhkan energi. Penguraian ini dipercepat oleh glukagon dan epinefrin. Glikogenolisis
tidak berjalan spontan dan melalui beberapa tahap seperti berikut:
1. Glikogen melalui proses fosforilasi oleh pengaruh enzim glikogen fosforilase sehingga
dilepaskan glukosa 1-fosfat.
o Ikatan glukosa diputuskan satu demi satu dari glikogen di pawah pengaruh enzim
fosforilase spesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 14 glikogen untuk
menghasilkan glukosa 1-fosfat
o 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.
(C6)n + Pi (C6)n-1 + Glukosa 1-fosfat
Glikogen Glikogen
o Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida
dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 16 terpajan.
o Hidrolisis ikatan 16 memerlukan kerja enzim enzim pemutus cabang
(debranching enzyme) yang spesifik.
Gambar 7. Kerja enzim glikogenolisis
2. Seterusnya, glukosa-1-fosfat diubah menjadi glukosa-6-fosfat oleh enzim
fosfoglukomutase.
3. Langkah terakhir ialah defosforilasi glukosa-6-fosfat oleh pengaruh enzim glukosa-6-
fosfatase sehingga terbentuk glukosa.
Glukoneogenesis
Glukoneogenesis adalah pembentukan glukosa dari sumber-sumber non-karbohidrat
seperti asam laktat, beberapa jenis asam amino yang disebut asam amino glukogenik (semua
kecuali asn, leu dan lys), gliserol dan asam propionat. Proses ini hampir semuanya berlangsung
di hati, tetapi pada orang yang kelaparan, ginjalnya akan membentuk glukosa.
Proses ini berlangsung di beberapa area yang sangat terbatas pada sel-sel epitel usus
halus. Fungsinya adalah untuk mempertahankan kadar gula darah yang cukup saat kelaparan,
saat masa asupan karbohidrat terbatas atau saat latihan berat yaitu ketika asam laktat yang
terbentuk dalam otot rangka diubah kembali menjadi glukosa dalam hati.
Sumber non-karbohidrat: Laktat
1. Glukoneogenesis bermula dengan konversi laktat kepada PEP, proses yang memerlukan
2ATP equivalen.
Reaksi: Laktat → Piruvat
Enzim: Laktat dehidrogenase (LDH)
2. Piruvat kemudian akan masuk ke mitokondria dan ditukar kepada oxaloasetat
Reaksi: Piruvat → Oxaloasetat
Enzim: Pyruvate carboxylase (PC)
Bahan lain: Biotin, ATP
3. Oksaloasetat akan direduksi kepada malate untuk dieksport keluar dari mitokondria
sebelum dioksidasi semula menjadi oksaloasetat oleh cytosolic malate dehydrogenase.
Reaksi: Oksaloasetat → PEP
Enzim: Phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK)
Bahan lain: GTP
4. Seterusnya, PEP akan bergerak dan sampai ke reaksi irreversibel yang seterusnya,
phosphofructokinase- 1 (PFK-1). Enzim ini dilepasi dengan reaksi hidrolisis oleh
fructose-1,6-biphosphatase tanpa produksi ATP. Perkara yang sama berlaku sewaktu
melepasi glukokinase (GK) melalui hidrolisis glukosa 6-fosfat oleh glukosa 6-fosfatase
tanpa produksi ATP. Glukosa seterusnya akan dibebaskan ke dalam darah.
Kesimpulannya, total 4 mol ATP diperlukan untuk menukar 1 mol piruvat kepada
glukosa. ATP ini dibekalkan melalui oksidasi asam lemak.
Sumber non-karbohidrat: Asam amino glukogenik
Alanin dan glutamin merupakan asam amino mayor yang dieksport daripada otot untuk
tujuan ini. Ini dibuktikan melalui konsentrasi relatif didalam darah vena daripada otot yang jauh
melebihi konsentrasi relatif mereka di dalam protein otot.
Sumber non-karbohidrat: Gliserol
Gliserol memasuki glukoneogenesis pada level triose fosfat. Gliserol yang dilepaskan
daripada jaringan adiposa akan diangkut masuk ke hati dan difosforilasi oleh gliserol kinase
sebelum memasuki gluconeogenic pathway sebagai dihidroksiaseton fosfat. Namun, asam lemak
berantai genap tidak dapat bertindak sebagai substrat untuk mendapatkan hasil glukoneogenesis,
dan harus digunakan asam lemak berantai ganjil atau yang bercabang. Hal ini karena asetil koA
akan hilang sebagai CO2, berlainan dengan propionil koA yang akan membentuk succinyl koA,
sebuah intermediate SAS.
2.5.2 Metabolisme lemak
Lemak yang kita perolehi sebagai sumber energi utamanya adalah dari lipid netral, yaitu
trigliserida (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 monogliserida.
Karena larut dalam air, gliserol masuk sirkulasi portal (vena porta) menuju hati. Asam-asam
lemak rantai pendek juga dapat melalui jalur ini.
Gambar 9. Struktur miselus. Bagian polar di sisi luar, sedangkan bagian non polar di sisi dalam
Sebagian besar asam lemak dan monogliserida tidak larut dalam air, maka diangkut oleh
miselus (dalam bentuk besar disebut emulsi) dan dilepaskan ke dalam sel epitel usus (enterosit).
Di dalam sel ini asam lemak dan monogliserida segera dibentuk menjadi trigliserida (lipid) dan
berkumpul berbentuk gelembung yang disebut kilomikron. Selanjutnya kilomikron
ditransportasikan melalui pembuluh limfe dan bermuara pada vena kava, sehingga bersatu
dengan sirkulasi darah. Kilomikron ini kemudian ditransportasikan menuju hati dan jaringan
adiposa.
Gambar 10. Struktur kilomikron yang berfungsi sebagai pengangkut trigliserida
Di dalam sel-sel hati dan jaringan adiposa, kilomikron segera dipecah menjadi asam-
asam lemak dan gliserol. Selanjutnya asam-asam lemak dan gliserol tersebut, dibentuk kembali
menjadi simpanan trigliserida. Proses pembentukan trigliserida ini dinamakan esterifikasi.
Apabila kita membutuhkan energi dari lipid, trigliserida dipecah menjadi asam lemak dan
gliserol untuk ditransportasikan menuju sel-sel untuk dioksidasi menjadi energi. Proses
pemecahan lemak jaringan ini dinamakan lipolisis. Asam lemak tersebut ditransportasikan oleh
albumin ke jaringan yang memerlukan dan disebut sebagai asam lemak bebas ( free fatty
acid/FFA).
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
lemak dioksidasi, baik asam lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida
jaringan. Proses pemecahan trigliserida ini dinamakan lipolisis.
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 inipun 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.
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.
Kolesterol
Aseto asetat
hidroksi butirat Aseton
Steroid
Steroidogenesis
Kolesterogenesis
Ketogenesis
Diet
Lipid
Karbohidrat
Protein
Asamlemak
Trigliserida
Asetil-KoA
Esterifikasi Lipolisis
Lipogenesis Oksidasi beta
Siklus asam sitrat
ATP
CO2
H2O
+ ATP
Gambar 11 Ikhtisar metabolisme lipid
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.
Gliserol
Gambar 12. 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).
Gambar 13. 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 (CH3)3N+-CH2-CH(OH)-CH2-COO-.
Membran mitokondria internaKarnitin palmitoil transferase IIKarnitin
Asil karnitintranslokase
KoA Karnitin
Asil karnitin Asil-KoA
Asil karnitin
Beta oksidasi
Membran mitokondria eksterna
ATP + KoA AMP + PPi
FFA Asil-KoA
Asil-KoA sintetase(Tiokinase)
Karnitin palmitoil transferase I
Asil-KoA KoA
Karnitin Asil karnitin
Gambar 14. 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.
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.
Gambar 15. Oksidasi karbon β menjadi keton
Keterangan:
Frekuensi
oksidasi β
adalah (½
jumlah
atom C)-1
Jumlah
asetil KoA
yang dihasilkan adalah (½ jumlah atom C)
Gambar 16. Oksidasi asam lemak dengan 16 atom C. Perhatikan bahwa setiap proses
pemutusan 2 atom C adalah proses oksidasi β dan setiap 2 atom C yang diputuskan adalah asetil
KoA.
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.
Gambar 17. Proses ketogenesis
2.5.3 Metabolisme Protein
Kira-kira 75% asam amino digunakan untuk sintesis protein. Asam-asam amino dapat
diperoleh dari protein yang kita makan atau dari hasil degradasi protein di dalam tubuh kita.
Degradasi ini merupakan proses kontinu. Karena protein di dalam tubuh secara terus menerus
diganti (protein turnover).
Asam-asam amino juga menyediakan kebutuhan nitrogen untuk:
Struktur basa nitrogen DNA dan RNA
Heme dan struktur lain yang serupa seperti mioglobin, hemoglobin, sitokrom, enzim dll.
Asetilkolin dan neurotransmitter lainnya.
Hormon dan fosfolipid
Selain menyediakan kebutuhan nitrogen, asam-asam amino dapat juga digunakan sebagai
sumber energi jika nitrogen dilepas.
Asam-asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh. Jika jumlah asam amino berlebihan
atau terjadi kekurangan sumber energi lain (karbohidrat dan protein), tubuh akan menggunakan
asam amino sebagai sumber energi. Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan
pelepasan gugus amin (NH2). Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi
tubuh.
Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:
1. Transaminasi
Enzim aminotransferase memindahkan amin kepada α-ketoglutarat untuk
menghasilkan glutamat atau kepada piruvat untuk menghasilkan alanin.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
Piruvat + Asam Amino α Alanin + Asam Amino α-keto (ALA transaminase)
α – ketoglutarat + Asam Amino α Glutamat + Asam Amino α-keto (glutamat transaminase)
Reaksi transaminasi tidak terjadi pada asam amino lisin, threonin, prolin dan hidroksi
prolin.
Glutamat hasil proses transaminasi dapat mengalami proses deaminasi oksidatif untuk
menghasilkan amoniak.
Gambar 18. Alanin mengalami transaminasi menjadi glutamat
2. Deaminasi oksidatif
Pelepasan amin dari glutamat menghasilkan amoniak
L-Glutamat + NAD+/NADP+ α – ketoglutarat + NH3 + NADH/NADPH + H+
(L-glutamat dehidrogenase)
Gambar 19. Glutamat mengalami deaminasi oksidatif menghasilkan amonium (NH4+).
Selanjutnya ion amonium masuk ke dalam siklus urea.
Gambar 20. Ringkasan skematik mengenai reaksi transaminasi dan deaminasi oksidatif
Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus
asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam.
Transportasi amonia
Amoniak ditranspor dalam darah menuju ke hati untuk mengalami intoksikasi. Kadar
amoniak yang normal dalam darah ialah berkisar 10-20 µg/dL. Kadar amoniak yang tinggi dapat
menyebabkan gangguan bicara, penglihatan kabur hingga koma. Hal ini dapat dijumpai pada
sirosis hati. Selain hasil katabolisme, amoniak darah juga berasal dari senyawa N di kolon akibat
aktivitas bakteri usus. Setelah sampai di hati, amoniak dapat digunakan untuk sintesis urea
ataupun pembentukan asam amino.
Siklus urea
Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi amoniak (NH3) yang selanjutnya masuk ke dalam
siklus urea di hati karena NH3 tidak dapat diekskresi oleh ginjal dan harus dirubah dahulu
menjadi urea oleh hati. Dalam siklus ini dihasilkan urea yang selanjutnya dibuang melalui ginjal
berupa urin. Proses yang terjadi di dalam siklus urea digambarkan terdiri atas beberapa tahap
yaitu:
Gambar 19. Tahapan-tahapan proses yang terjadi di dalam siklus urea
1. Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi dengan CO2
menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam reaksi ini diperlukan energi dari ATP
2. Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat bereaksi dengan L-
ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan
3. Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi dengan L-aspartat
menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan energi dari ATP
4. Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat
dan L-arginin
5. Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap L-arginin akan menghasilkan
L-ornitin dan urea.
DAFTAR PUSTAKA
1. Sloane E. Anatomi dan fisiologi untuk pemula. Jakarta: EGC; 2004.
2. Snell, RS. Anatomi Klinik untuk Mahasiswa Kedokteran. Edisi 5. Jakarta: Penerbit buku
kedokteran EGC ; 2006
3. Sherwood L. Human physiology: from cells to systems. 7th ed. Canada: Brooks/Cole
Cencage Learning; 2010.
4. Junqueira L, Carneiro CJ. Histologi dasar teks dan atlas. Jakarta : Penerbit buku
kedokteran EGC ; 2007
5. Ganong WF. Buku ajar fisiologi kedokteran. Edisi 22. Jakarta : Penerbit buku kedokteran
EGC ; 2008
6. Newsholme E, Leech A. Functional biochemistry in health and disease. UK: Wiley-
Blackwell; 2010.
7. Murray RK, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Rodwell VW, Weil PA. Harper’s
illustrated biochemistry. 28th ed. Philadelphia: McGraw Hill; 2009.