Tugas Biokimia

METABOLISME

OLEHAHMAD FAUZI SYAHPUTRA YANI8136142001

UNIVERSITAS NEGERI MEDANUNIMED2014

A. Biokimia secara umumBiokimia selalu berkaitan erat dengan organisme. Organisme adalah istilah untuk mahluk hidup baik mahluk hidup yang sederhana sampai yang kompleks. Secara umum biokimia membahas tentang reaksi-reaksi kimia pada organisme. Reaksi-reaksi kimia dalam hal ini adalah reaksi kimia dalam biomolekul seperti karbohidrat, protein, lipid dan asam nukleat http://rifaiswansea.blogspot.com/2013/02/biokimia-dasar.html.Biomolekul adalah senyawa-senyawaorganiksederhana pembentuk organisme hidup dan bersifat khas sebagai produk aktivitas biologis. Biomolekul dapat dipandang sebagai turunanhidrokarbon, yaitu senyawa karbon dan hidrogen yang mempunyai kerangka dasar yang tersusun dari atom karbon, yang disatukan olehikatan kovalen. Kerangka dasar hidrokarbon bersifat sangat stabil, karena ikatan tunggal dan ganda karbon-karbon menggunakan pasanganelektronbersama-sama secara merata. Biomolekul bersifat polifungsionil, mengandung dua atau lebih jenisgugus fungsiyang berbeda. Pada molekul tersebut, tiap gugus fungsi mempunyai sifat dan reaksi kimia sendiri-sendiri.Sebelum masuk ke reaksi-reaksi kimia pada biomolekul mahluk hidup alangkah baiknya terlebih dahulu mengenal biomolekul dalam organisme. Biomolekul dalam organisme antara lain:1. KarbohidratKarbohidrat adalah sumber energi utama dalam sebagian besar makanan manusia. Monosakarida, misalnya glukosa, fruktosa & galaktosa biasanya tidak dikonsumsi dalam jumlah besar walaupun ketiganya terdapat di buah-buahan. Sumber utama karbohidrat dalam makanan adalah zat pati dari sumber tumbuhan, ditambah glikogen dari hati & otot hewan. Karbohidrat dalam tubuh manusia & hewan dibentuk dari beberapa asam amino, gliserol lemak, & sebagian besar diperoleh dari makanan yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. http://organiksmakma3c20.blogspot.com/2013/01/biomolekul_28.html2. ProteinProtein adalahsenyawa organikkompleks berbobot molekul tinggi yang merupakanpolimerdarimonomer-monomerasam aminoyang dihubungkan satu sama lain denganikatan peptida. Molekul protein mengandungkarbon,hidrogen,oksigen,nitrogendan kadang kalasulfursertafosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan fungsi semuaselmakhluk hidup danvirus. Kebanyakan protein merupakanenzimatau subunit enzim. Jenis protein lain berperan dalam fungsi struktural atau mekanis, seperti misalnya protein yang membentuk batang dan sendisitoskeleton. Protein terlibat dalam sistem kekebalan (imun) sebagaiantibodi, sistem kendali dalam bentukhormon, sebagai komponen penyimpanan (dalam biji) dan juga dalam transportasi hara. Sebagai salah satu sumbergizi, protein berperan sebagai sumberasam aminobagiorganismeyang tidak mampu membentuk asam amino tersebut (heterotrof). Protein bisa didapat di daging, susu, biji-bijian putih telur, dan lain-lain.3. LipidLipidmengacu pada golongansenyawahidrokarbonalifatiknonpolardanhidrofobik. Karena nonpolar, lipid tidak larut dalam pelarut polar sepertiair, tetapi larut dalam pelarut nonpolar, sepertialkohol,eterataukloroform. Fungsi biologis terpenting lipid di antaranya untuk menyimpan energi, sebagai komponen strukturalmembran sel, dan sebagaipensinyalan molekul. Lipid adalahsenyawa organikyang diperoleh dari prosesdehidrogenasiendotermal rangkaianhidrokarbon. Lipid bersifatamfifilik, artinya lipid mampu membentuk struktur sepertivesikel,liposom, atau membran lain dalam lingkungan basah. Lipid biologis seluruhnya atau sebagiannya berasal dari dua jenis subsatuan atau "blok bangunan" biokimia: gugusketoasildan gugusisoprena.Dengan menggunakan pendekatan ini, lipid dapat dibagi ke dalam delapan kategoriasil lemak,gliserolipid,gliserofosfolipid,sfingolipid,sakarolipid, danpoliketida(diturunkan dari kondensasi subsatuan ketoasil); serta lipid sterol dan lipid prenol (diturunkan dari kondensasi subsatuan isoprena). Meskipun istilahlipidkadang-kadang digunakan sebagai sinonim darilemak. Lipid juga meliputi molekul-molekul sepertiasam lemakdan turunan-turunannya (termasuktri-,di-, danmonogliseridadanfosfolipid, jugametabolit yang mengandungsterol, sepertikolesterolMeskipun manusia dan mamalia memiliki metabolisme untuk memecah dan membentuk lipid, beberapa lipid tidak dapat dihasilkan melalui cara ini dan harus diperoleh melalui makanan.4. Asam NukleatAsam nukleat merupakan makromolekul yang tersusun dari polimer nukleotida. Asam nukleat memiliki fungsi utama dalam tubuh yaitu antara lain sebagai materi genetik dan juga koenzim. Asam nukleat yang berperan sebagai materi genetik adalah DNA dan RNA. Sedangkan yang berperan sebagai koenzim antara lain adalah adalah ATP atau Adenosine Triphospate, NAD atau Nicotinamide-adenine Dinucleotide, dan lain-lain. Nukleotida sebagai monomer dari asam nukleat tersusun dari basa nitrogen, sebuah gula pentosa, dan gugus fosfat.DNA atau Deoxyribonucleic Acid adalah asam nukleat yang berperan sebagi materi genetik dalam tubuh organisme. DNA berbentuk rantai ganda heliks dan tersusun dari satu gula deoksiribosa, satu gugus fosfat dan basa nitrogen Adenin, Guanin, Timin, dan Sitosin.RNA atau Ribonucleic Acid adalah asam nukleat yang juga berperan sebagai materi genetik yang ditranskirpsikan dari DNA. RNA berbentuk rantai tunggal dan tersusun dari satu gula ribosa, satu gugus fosfat dan basa nitrogen Adenin, Guanin, Urasil dan Sitosin.ATP atau Adenosin Triphospate adalah asam nukleat yang berperan sebagai koenzim. Koenzim akan bekerjasama dengan enzim untuk melakukan sebuah fungsi. ATP tersusun dari tiga gugus fosfat, satu gula pentosa, dan satu basa nitrogen adenin. ATP dapat terhidrolisis menjadi ADP atau Adenosin Diphospate melalui hidrolisis. Sedangkan koenzim lainnya adalah NAD atau disebut Nicotinamide-adenine Dinucleotide yang terdiri dari dua nukleotida yang dihubungkan dengan dua gugus fosfat dan mengandung basa nitrogen adenin dan yang lain adalah nikotinamida. NAD dapat berubah menjadi NADH. Jika NAD berfungsi sebagai oksidator, maka NADH berfungsi sebagai reduktorB. Zat GiziGizi adalah berasal dari dialek bahasa Mesir yang berarti "makanan".Gizimerupakan terjemahan dari kata"nutrition"yang dapat diterjemahkan menjadi "nutrisi". Gizi dapat diartikan sebagai sesuatu yang mempengaruhi proses perubahan semua jenis makanan yang masuk ke dalam tubuh, yang dapat mempertahankan kehidupan. Namun, sebenarnya gizi meliputipengertianyang luas, tak hanya mengenai jenis-jenis pangan dan gunanya bagi badan melainkan juga mengenai cara-cara memperoleh serta mengolah dan mempertimbakan agar tubuh tetap sehat.Zat gizi Essensial adalah zat gizi yang diperoleh dari makanan dan zat gizi nonessensial adalah zat gizi yang disintesis sendiri oleh tubuh. Zat gizi essensial dari makanan seperti karbohidrat, lemak, protein, vitamin, dan mineral.Zat giziataunutrientadalah elemen yang ada dalam makanan yang dapat dimanfaatkan secara langsung dalam tubuh seperti karbohidrat,protein,lemak, vitamin, mineral, dan air. Zat gizi merupakan substansi yang diperoleh dari makanan dan digunakan untuk pertumbuhan, pemeliharaan, dan perbaikan jaringan tubuh. Zat gizi dapat dibagi menjadi zat gizi organik dan zat gizi anorganik. Zat gizi organik terdiri dari karbohidrat, lemak, protein, dan vitamin. Sedangkan zat gizi anorganik terdiri dari mineral dan air. Selain itu, zat gizi dapat dikelompokkan berdasarkan sumbernya, berdasarkan fungsinya, dan berdasarkan jumlahnya.Zat gizi berdasarkan sumbernyaterbagi menjadi dua, yaitu: Nabati:Sumber zat gizi yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. Hewani:Sumber zat gizi yang berasal dari hewan.Zat gizi berdasarkan fungsinya bagi tubuhdapat kita kategorikan menjadi: Sumber tenaga bagi tumbuh: Zat gizi yang tergolong sumber tenaga adalah karbohidrat, lemak, dan protein. Pembangun dan penjaga tubuh: Zat gizi yang berfungsi sebagai pembangun dan penjaga tumbuh adalah protein, lemak, mineral, dan vitamin. Pengatur proses kerja di dalam tubuh: Zat gizi yang diperlukan untuk mengatur proses metabolisme di dalam tubuh adalah protein, mineral, vitamin, dan air.Zat gizi berdasarkan jumlah yang dibutuhkan oleh tubuhterbagi menjadi dua yaitu: Zat gizi makro:zat gizi makro adalah zat gizi yang dibutuhkan dalam jumlah besar dengan satuan gram yang di butuhkan oleh tubuh. Zat gizi makro yang dibutuhkan oleh tubuh adalah karbohidrat, lemak, dan protein. Zat gizi mikro:Zat gizi mikro adalah zat gizi yang dibutuhkan oleh tubuh dalam jumlah kecil atau sedikit. Zat gizi yang termasuk dalam kelompok zat gizi mikro adalah mineral dan vitamin. Zat gizi mikro menggunakan satuan mg untuk sebagian besar mineral dan vitamin.Zat gizi terkait dengan kalori artinya gizi yang masuk kedalam tubuh memiliki nilai kalori tertentu. Nilai kalori dari gizi tersebut adalah:1. karbohidrat= 4 kalori/gram2. protein= 4 kalori/gram3. lemak= 9 kalori/gramTerlihat bahwa lemak adalah zat yang kalorinya paling tinggi, sehingga bila manusia mengkonsumsi lemak dalam jumlah besar dan tidak disertai aktivitas yang memadai maka akan terjadi penimbunan lemak di tubuh. C. Metabolisme KarbohidratJika kita membahas istilah gluconeogenesis, glukogenesis, glikogenolisis, dan glikolisis pasti tak lepas dari pembahasan metabolisme dalam tubuh. Hal itu disebabkan istila2 tersebut adalah istilah-istilah mengenai metabolisme karbohidrat yang terjadi dalam tubuh.1. Glikolisis adalah sebuah proses di managlukosa(gula) sebagian dipecah oleh sel-sel dalam reaksienzimyang tidak membutuhkanoksigen. Glikolisis adalah salah satu metode yang digunakan sel untuk menghasilkan energi. Ketika glikolisis berhubungan dengan reaksi enzim lain yang menggunakan oksigen, pemecahan glukosa lebih mungkin dan lebih banyak. Glikolisis 2. gluconeogenesis adalah sintesis glukosa dari senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung terutama dalam hati. Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Di sini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yaitu glukoneogenesis (pembentukan gula baru).3. Glikogenesis adalah Glikogenesis adalah proses pembentukan glikogen dari glukosa kemudian disimpan dalam hati dan otot.4. Glikogenolisis adalah proses pengubahan glikogen menjadi glukosa sebagai sumber energi. Hal ini terjadi pada saat kita terlambat makan. Saat manusia terlambat makan kita akan merasa lapar tapi hanya sesaat. Setelah beberapa waktu rasa lapar dan lemas akan hilang. Hal ini terjadi karena setelah alat pencernaan tidak menemukan bahan makanan untuk diproses secara otomatis tubuh akan mensistesis glikogen manjadi sumber energi. Hal inilah yang menyebabkan agar menjadi lebih kurus orang-orang melakukan diet dengan mengurangi asupan makanan dalam tubuh sehingga glikogen yang ada di tubuh akan disintesis menjadi energi.Metabolisme adalah suatu proses kimiawi yang terjadi di dalam tubuh semuamakhluk hidup, proses ini merupakan pertukaran zat ataupun suatu organism dengan lingkungannya. Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu:Katabolisme yang merupakan penguraian suatu zat menjadi partikel yang lebih kecil untuk dijadikan energy. Contoh Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya: C6H,206 + 6 02 > 6 H2O + 6 CO2 + Energi (glukosa) Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H20 + CO2 + Energi, melalui tiga tahap : 1. Glikolisis. 2. Daur Krebs. 3. Transpor elektron respirasi. Anabolisme yang merupakan reaksi untuk merangkai senyawa organic dari molekul molekul tertentu agar dapat diserap oleh tubuh. Contoh sistesis lemak dan sistesis protein

Berikut ini merupakan beberapa siklus yang terjadi dalam tubuh yang berkaitan dengan sitilah-istilah di atas:1. Siklus KrebsSebelum masuk ke siklus krebs alangkah baiknya terlebih dahulu kita lihat siklus di bawah

Proses metabolisme secara aerobic

Jadi Kalau kita mengkonsumsi karbohidrat di dalam mulut akan dicerna jadi maltose (oleh ptyalin) dan hasil akhirnya adalahglukosa di dalam duodenum maka akanmasuk ke sel mengalami glikolisis , yang nantinyahasil akhirnya asam piruvat apabila suasana sitoplasma tempat terdapatnya asam piruvat itu aerobsehingga mitocondria dipastikan penuh oksigen maka asam piruvat akan meneruskan proses perubahanmenjadi asetyl Co.A dalam PraSiklus krebs ( dekarbosilasi oksidatif). begitu juga pada lipid yang kemudian menjadi asam lemakdan gliserol.Asam lemak dipecahasetyl Co.A, mengalami proses yang namanya lipolisis. Protein diubah menjadiasam amino kemudian menjadiasetyl Co.Apada awal siklus krebs tersebutSiklus ini juga biasa disebut siklus krebs atau siklus asam trikarbosilat dan berlangsung didalam mitokondria . Siklus asam sitrat merupakan jalur bersama oksidasi karbohidrat , lipid , dan protein .

Siklus asam sitrat merupakan rangkaian reaksi yang menyebabkan katabolisme asetil KoA dengan membebaskan sejumlah ekuivalen hydrogen yang pada oksidasi menyebabkan pelepasan dan penangkapan sebagian besar energy yang tersedia dari bahan bakar jaringan , dalam bentuk ATP . Residu asetil ini berada dalam asetil-KoA (CH3-CO-KoA, asetat aktif ) , suatu ester koenzim A. KoA mengandung vitamin asam pantotenatFungsi utama asam sitrat adalah sebagai lintasan akhir bersama untuk oksidasi karbohidrat ,lipid, protein. Hal ini terjadi karena glukosa asam lemak dan banyak asam amino dimetabolisir menjadi asetil KoA atau intermediat yang ada dalam siklus tersebut .Selama proses oksidasi asetil KoA didalam siklus akan terbentuk ekuivalen pereduksi dalam bentuk hydrogen atau electron sebagai hasil kegiatan enzim dehidrogenase spesifik. Unsur ekuivalen pereduksi ini kemudian memasuki tempat resiprasi sejumlah besar ATP dihasilkan fosforilasi oksidatif . Pada keadaan tanpa oksigen (anoksia) atau kekurangan oksigen (hipoksia) terjadi hambatan total pada siklus tersebut.Enzim-enzim siklus asam sitrat terletak didalam matriks mitokondria, baik dalam bentuk bebas atau melekat pada permukaan membrane interna mitokdria sehingga memfasilitasi pemindahan unsure ekuivalen pereduksi keenzim terdekat pada rantai respirasi , yang bertempat didalam membrane interna mitokondria.

Reaksi-reaksi pada siklus asam sitrat , yaitu:1. Kondensasi awal asetil KoA Oksaloasetat membentuk sitrat ,dikatalisir oleh enzim sitrat sintase menyebabkan sistesi ikatan karbon ke karbon diantara atom karbon metal pada asetil KoA dengan atom karbonil pada oksaloasetat . Reaksi kondensasi yang membentuk sitril KoA ,diikuti hidrolisis ikatan trioster KoA yang disertai dengan hilangnya energy bebas dalam bentuk panas dalam jumlah besar, memastikan reaksi tersebut selesai dengan sempurna.Asetil KoA + Oksaloasetat + H20 -> Sitrat + KoA1. Sitrat dikonversi menjadi isositrat oleh enzim akonitase ( akonitat hidratase ) yang mengandung besi Fe dalam bentuk protein besi-sulfur ( Fe:S) . Konversi ini berlangsung dalam 2 tahap , yaitu : dehidrasi yang menjadi sis-akonitat , yang sebagian diantaranya terikat pada enzim dan rehidrasi menjadi isositrat .1. Isositrat mengalami dehidrogenasi membentuk aksalosuksinat dengan adanya enzim isositrat dehidrogenase. Diantara enzim ini adanya yang spesifik NAD, hanya ditemukan didalam mitokondria , dua enzim lainnya bersifat spesifik NADP , dan masing-masing secara berurutan dijumpai didalam mitokodria serta sitosol. Oksidasi terkait rantai respirasi terhadap isositrat berlangsung hampir sempurna pada enzim yang bergantung NAD.Isositrat + NAD ,, Oksalosuksinat u-ketoglutarat + CO2 + NADH + H( terikat enzim )1. Selanjutnya u-ketoglutarat mengalami dekarboksilasi oksidatif melalui cara yang sama dekarboksilasi oksidatf piruvat dengan kedua substrat berupa asamu-keto.u-ketoglutarat + NAD + KoA -> suksinil KoA + CO2 + NADH + H1. Tahap selanjutnya terjadi perubahan suksinil KoA menjadi suksinat denga adanya peran enzim suksinat tiokinase ( suksinil KoA sintetase )Suksinil KoA + Pi + ADP Suksinat + ATP + KoADalam siklus asam sitrat reaksi ini adalah satu-satunya contoh pembentukkan fosfat berengi tinggi pada tingkatan substrat dan terjadi karena pelepasan energy bebas.1. Suksinat dimetabolisir lebih lanjut melalui reaksi dehidrogenasi yang diikuti oleh penambahan air dan kemudian dehidrogenasi lebih lanjut yang menghasilkan oksaloasetat.Suksinat + FAD Fumarat + FADH2

2. Siklus UreaSetiap saat makhluk hidup baik manusia maupun binatang mengekskresikan nitrogen dengan pembagian 95% dibuang oleh ginjal dan sisanya sebesar 5% dibuang oleh feses. Jalan utama ekskresei nitrogen adalah sebagi urea yang disintesis dalam hati, dilepas dalam darah dan ditarik oleh ginjal. Terdapat lima tahap reaksi dalam siklus urea. Reaksi pertama adalah sintesis karbomoil fosfat. Kondensasi 1 mol masing-masing ion amonium, karbon dioksida, dan fosfat (yang berasal dari ATP) untuk membentuk karbamoil fosfat dikatalisis oleh karbamoil fosfat sintase, enzim yang terdapat dalam mitokondria hati organisme ureotelik. Dua mol ATP yang dihidrolisis selama reaksi ini menyediakan tenaga penggerak untuk sintesis 2 ikatan kovalen-ikatan amida dan ikatan campuran asam karboksilat-asam fosfat anhidrida dari karbamoil fosfat. Di sampingMg2+ suatu asam dikarboksilat, lebih disukai N-asetilglutamat, dibutuhkan. Peranan tepat Nasetilglutamat tidak diketahui dengan pasti.

Gambar 1.Siklus urea. (www.elmhurst.edu)

Kehadirannya menyebabkan banyak perubahan konformasional (penyesuaian bentuk) dalam struktur karbamoil fosfat sintase yang membuka (expose) gugus sulfidril tertentu, menyembunyikan gugus lainnya, dan mempengaruhi afinitas enzim untuk ATP.

Reaksi kedua adalah sintesis sitrulin. Pemindahan gugus karbamoil dari karbamoil fosfat ke ornitin, membentuk sitrulin + Pi, dikatalisis oleh L-ornitin transkarbamoilase mitokondria hati. Reaksi sangat spesifik untuk ornitin dan keseimbangan cenderung kuat ke sintesis sitrulin.

Reaksi ketiga adalah sintesis argininosuksinat. Dalam reaksi argininosuksinat sintase, aspartat dan sitrulin diikat bersamaan melalui gugus amino aspartat. Reaksi membutuhkan ATP, dan keseimbangan cenderung kuat ke sintesis arginosuksinat.

Reaksi keempat adalah pembelahan argininosuksinat menjadi arginin dan fumarat. Pembelahan reversibel arininosuksinat menjadi arginin + fumarat dikatalisis oleh argininosuksinase, suatu enzim hati dan jaringan ginjal. Reaksi berlangsung melalui mekanisme pembuangan trans. Fumarat yang dibentuk dapat dikonversi menjadi oksaloasetat melalui reaksi fumarase dan melat dehidrogenase dan selanjutnya ditransaminasi untuk membentuk kembali (regenerasi) aspartat.

Reaksi kelima adalah pembelahan arginin menjadi ornitin dan urea. Reaksi ini menyempurnakan siklus urea dan membentuk kembali (regenerasi ornitin), substrat untuk reaksi 2. Pembelahan hidrolitik gugus guanidino dari arginin dikatalisis oleh arginase, yang terdapat dalam hati semua organisme ureotelik. Dalam jumlah yang lebih kecil, arginase juga terdapat dalam jaringan ginjal, otak, kelenjar mamae, jaringan testikuler dan kulit. Arginase hati mamalia diaktifkan olehCo2+atauMn2+ Ornitin dan lisin merupakan penghambat kuat yang bersaing dengan arginin.

Gambar 2. Enzim yang berperan pada siklus urea. (www.ncbi.nlm.nih.gov)

Tahapan secara lengkap siklus urea dapat dilihat pada tabel 1.

Tabel 1. Tahapan reaksi kimia pada siklus urea

Reaksi kimia pada siklus urea

StepReaktanProdukEnzimLokasi

1NH4++ HCO3+ 2ATPcarbamoyl phosphate+ 2ADP+ PiCPS1mitochondria

2carbamoyl phosphate+ornithinecitrulline+ PiOTCmitochondria

3citrulline+aspartate+ATPargininosuccinate+AMP+PPiASScytosol

4argininosuccinateArg+fumarateASLcytosol

5Arg+ H2Oornithine+ureaARG1cytosol

Keterangan :

Pi : Ortofosfat atau fosfat anorganikCPS-1 : enzim carbamoyl phosphate synthetase IOTC : enzim Ornithine transcarbamoylaseASS : enzim argininosuccinate synthetaseASL : enzim argininosuccinate lyaseARG1 : enzim arginase 1

Gambar 3.Siklus urea berlangsung di mitokondria dan sitosol. (guweb2.gonzaga.edu)

Reaksi secara keseluruhan dari siklus urea adalah :

NH3+ CO2+ aspartat + 3 ATP + 2 H2O urea + fumarat + 2 ADP + 2 Pi + AMP + PPi (pirofosfat)

Karena fumarat diperoleh dari menghilangkan NH3 pada aspartat (step 3 dan 4 pada tabel) danPP i + H2O 2 Pi,maka persamaan reaksi kimianya dapat disederhanakan menjadi :

2 NH3+ CO2+ 3 ATP + H2O urea + 2 ADP + 4 Pi + AMP

3. Siklus CoriGlukosa merupakan produk utama yang dibentuk dari hodrolisis karbohidrat kompleks dalam proses pencernaan dan sekalius merupakan bentuk gula yang biasanya terdapat dalam peredaran darah. Kadar glukosa dalam darah berlebih terutama setelah penyerapan makanan (karbohidrat), maka glukosa melalui mekanisme glikogenesis disimpan dalam hati dan otot sebagai glikogen suatu karbohidrat kompleks yang dikenal dengan pati hewan (animal starch). Adapun jumlah glikogen yang dapat tersimpan di dalam hati dan otot masing-masing sekitar 5-8% dan 1-3% dari beratnya.Glukosa secara khusus diperlukan oleh banyak jaringan tubuh tetapi tidak harus tersedia dalam bentuk ini di dalam makanan, karena jenis-jenis karbohidrat lainnya mudah diubah menjadi glukosa, baik selama proses pencernaan (misalnya pati) maupun proses pengolahan selanjutnya di dalam hati (misalnya fruktosa dan galaktosa). Glukosa juga dibentuk dari bagian gliserol lemak dan senyawa glukogenik yang dapat digolongkan ke dalam dua katagori yaitu (1) senyawa yang meliputi konversi netto langsung menjadi glukosa tanpa daur ulang yang berarti, seperti beberapa asam amino serta propionat; (2) senyawa yang merupakan hasil metabolisme parsial glukosa dalam jaringan tertentu yang diangkut ke dalam hepar serta ginjal untuk disintesis kembali menjadi glukosa melalui mekanisme glukoneogenesis, seperti laktat dan alanin Pada keadaan latihan dimana otot dalam keadaan hypoxia, maka akan glikogen diubah menjadi glukosa, selanjutnya glukosa akan diubah laktat. Laktat melalui aliran darah masuk ke hati. Di dalam hati, laktat akan diubah kembali menjadi glukosa. Glukosa kembali masuk ke dalam darah yang selanjutnya akan digunakan di dalam otot. Di dalam otot, glukosa diubah kembali menjadi glikogen. Hal tersebut dikenal dengan siklus asam laktat atau siklus Cori (Gambar 3.)Fungsi utama glukosa adalah menghasilkan energi bagi jaringan tubuh. Cara terpenting untuk pelepasan energi dari molekul glukosa adalah proses glikolisis dan kemudian oksidasi dari produk akhir glikolisis. Pada proses glikolisis yang berlangsung di dalam sarkoplasma dan dikatalisis oleh enzim-enzim protein sarkoplasma terlarut pada masing-masing tahap. Glikogen mula-mula putus menjadi unit-unit glukosa 1-fosfat dan masing-masing unit dibagi menjadi dua fragmen 3-karbon. Produk akhir dari perombakan glukosa adalah asam piruvat.

Gambar 3. Siklus asam laktat atau siklus Cori

Energi yang bermanfaat dari glikolisis adalah 3 ADP dan mengalami fosforilasi kembali untuk menghasilkan 3 ATP, dan 4 ion hidrogen (H+) per molekul glukosa 1-fosfat yang di putus dari glikogen. Pada kondisi anaerobik, ion hidrogen dilepaskan dalam glikolisis, tetapi siklus asam trikarboksilat atau siklus Krebs tidak dapat menggabungkannya dengan oksigen pada kecepatan yang cukup sehingga cenderung berakumulasi dalam otot. Kelebihan ion hidrogen ini, kemudian digunakan untuk mengkonversi asam piruvat menjadi asam laktat. Pada kondisi aerobik, ion-ion tersebut diterima oleh senyawa pembawa H+, nikotinamida adenin dinukleotida bentuk oksidasi (NAD+) dan mentransportasikan H+ ke dalam mitokondria untuk fosforilasi kembali sehingga menghasilkan 4 molekul ATP. Selanjutnya asam piruvat mamasuki siklus Krebs dan dirombak menjadi karbondioksida dan ion hidrogen. Kemudian karbondioksida berdifusi memasuki peredaran darah sebagai hasil sisa, sedangkan ion hidrogen diterima oleh NAD+ untuk membentuk senyawa NADH (NAD dalam bentuk reduksi). Produk-produk perombakan dari asam lemak dan protein, juga memasuki siklus Krebs dan dikonversi menjadi energi.Fosforilasi dalam proses glikolisis dan siklus Krebs terjadi di dalam rantai sitokhrom yaitu gugus besi (Fe) yang mengadung enzim yang berada di dalam mitokondria, bersama-sama dengan enzim siklus Krebs. Dalam rantai sitokhrom, ion hidrogen dari glikolisis dan siklus Krebs ditransportasikan oleh NAD+ dan bergabung dengan molekul oksigen membentuk air. Sejumlah besar energi yang dilepaskan digunakan untuk memfosforilasi kembali ADP, sedangkan sisa energi akan hilang sebagai panas. Setiap pasang ion hidrogen dari siklus Krebs menghasilkan 3 molekul ATP, sedangkan setiap pasang ion hidrogen yang dilepaskan dari proses glikolisis menghasilkan 2 molekul ATP.Setiap molekul glukosa yang dipisahkan dari glikogen dan dibawa melalui seluruh rangkaian rekasi, hasil ATP netto akan diperoleh sebagai berikut : dari glikolisis, diperoleh 3 molekul ATP bersama dengan 4 ion hidrogen yang akan menghasilkan lagi 4 molekul ATP dalam rantai sitokhrom. Pada akhir glikolisis, satu molekul glukosa menghasilkan 2 molekul asam piruvat yang memasuki siklus Krebs, sehingga menghasilkan 20 atom hidrogen (setiap molekul piruvat menghasilkan 10 atom hidrogen), kemudian dikonversi menjadi 30 molekul ATP, dalam rantai sitokhrom. Dengan demikian apabila satu molekul glukosa diderivasi dari glikogen, dirombak menjadi karbondioksida dan air.

D. Metabolisme Asam aminoKira-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). Contoh dari protein turnover, tercantum pada tabel berikut.Contoh protein turnover.ProteinTurnover rate (waktu paruh)

EnzimDi dalam hatiDi dalam plasmaHemoglobinOtotKolagen

7-10 menit10 hari10 hari120 hari180 hari1000 hari

Asam-asam amino juga menyediakan kebutuhan nitrogen untuk:1. Struktur basa nitrogen DNA dan RNA1. Heme dan struktur lain yang serupa seperti mioglobin, hemoglobin, sitokrom, enzim dll.1. Asetilkolin dan neurotransmitter lainnya.1. Hormon dan fosfolipidSelain menyediakan kebutuhan nitrogen, asam-asam amino dapat juga digunakan sebagai sumber energi jika nitrogen dilepas.

Jalur metabolik utama dari asam aminoJalur metabolik utama dari asam-asam amino terdiri atas pertama, produksi asam amino dari pembongkaran protein tubuh, digesti protein diet serta sintesis asam amino di hati. Kedua, pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan ketiga adalah katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.

Jalur-jalur metabolik utama asam amino

Katabolisme asam amino

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. Gugus amin ini kemudian dibuang karena bersifat toksik bagi tubuh.Ada 2 tahap pelepasan gugus amin dari asam amino, yaitu:1. TransaminasiEnzim aminotransferase memindahkan amin kepada -ketoglutarat menghasilkan glutamat atau kepada oksaloasetat menghasilkan aspartat1. Deaminasi oksidatifPelepasan amin dari glutamat menghasilkan ion amonium

Contoh reaksi transaminasi. Perhatikan alanin mengalami transaminasi menjadi glutamat. Pada reaksi ini dibutuhkan enzim alanin aminotransferase.

Glutamat juga dapat memindahkan amin ke rantai karbon lainnya, menghasilkan asam amino baru.

Contoh reaksi deaminasi oksidatif. Perhatikan glutamat mengalami deaminasi menghasilkan amonium (NH4+). Selanjutnya ion amonium masuk ke dalam siklus urea.

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.

Tempat-tempat masuknya asam amino ke dalam sikulus asam sitrat untuk produksi energi

Gugus-gugus amin dilepaskan menjadi ion amonium (NH4+) yang selanjutnya masuk ke dalam siklus urea di 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:1. Dengan peran enzim karbamoil fosfat sintase I, ion amonium bereaksi dengan CO2 menghasilkan karbamoil fosfat. Dalam raksi ini diperlukan energi dari ATP1. Dengan peran enzim ornitin transkarbamoilase, karbamoil fosfat bereaksi dengan L-ornitin menghasilkan L-sitrulin dan gugus fosfat dilepaskan1. Dengan peran enzim argininosuksinat sintase, L-sitrulin bereaksi dengan L-aspartat menghasilkan L-argininosuksinat. Reaksi ini membutuhkan energi dari ATP1. Dengan peran enzim argininosuksinat liase, L-argininosuksinat dipecah menjadi fumarat dan L-arginin1. Dengan peran enzim arginase, penambahan H2O terhadap L-arginin akan menghasilkan L-ornitin dan urea.

Tahapan-tahapan proses yang terjadi di dalam siklus ureaSintesis asam aminoSemua jaringan memiliki kemampuan untuk men-sintesis asam amino non esensial, melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino menjadi asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Tetapi, hati merupakan tempat utama metabolisme nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari asam amino dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea. Rangka karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam amino dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta glukogenik dan ketogenik. Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur produksi piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti -ketoglutarat atau oksaloasetat. Semua asam amino ini merupakan prekursor untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Semua asam amino kecuali lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah asam amino yang semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat asetil KoA atau asetoasetil KoASekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin, triptofan, dan tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya, seharusnya kita kenal bahwa ada 3 kemungkinan penggunaan asam amino. Selama keadaan kelaparan pengurangan rangka karbon digunakan untuk menghasilkan energi, dengan proses oksidasi menjadi CO2 dan H2O.Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino esensial. Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam amino ini dinamakan asam amino non-esensial. Asam amino non-esensialAlanine, Asparagine, Aspartate, Cysteine, Glutamate, Glutamine, Glycine, Proline, Serine, Tyrosine

Asam amino esensial Arginine*, Histidine, Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine*, Phenylalanine*, Threonine, Tyrptophan, Valine

Biosintesis glutamat dan aspartatGlutamat dan aspartat disintesis dari asam -keto dengan reaksi tranaminasi sederhana. Katalisator reaksi ini adalah enzim glutamat dehidrogenase dan selanjutnya oleh aspartat aminotransferase, AST.

Reaksi biosintesis glutamatAspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase. Peran penting glutamat adalah sebagai donor amino intraseluler utama untuk reaksi transaminasi. Sedangkan aspartat adalah sebagai prekursor ornitin untuk siklus urea.Biosintesis alaninAlanin dipindahkan ke sirkulasi oleh berbagai jaringan, tetapi umumnya oleh otot. Alanin dibentuk dari piruvat. Hati mengakumulasi alanin plasma, kebalikan transaminasi yang terjadi di otot dan secara proporsional meningkatkan produksi urea. Alanin dipindahkan dari otot ke hati bersamaan dengan transportasi glukosa dari hati kembali ke otot. Proses ini dinamakan siklus glukosa-alanin. Fitur kunci dari siklus ini adalah bahwa dalam 1 molekul, alanin, jaringan perifer mengekspor piruvat dan amonia ke hati, di mana rangka karbon didaur ulang dan mayoritas nitrogen dieliminir.Ada 2 jalur utama untuk memproduksi alanin otot yaitu:1. Secara langsung melalui degradasi protein1. Melalui transaminasi piruvat dengan bantuan enzim alanin transaminase, ALT (juga dikenal sebagai serum glutamat-piruvat transaminase, SGPT).Glutamat + piruvat -ketoglutarat + alanin

Siklus glukosa-alaninBiosintesis sisteinSulfur untuk sintesis sistein berasal dari metionin. Kondensasi dari ATP dan metionin dikatalisis oleh enzim metionin adenosiltransfrease menghasilkan S-adenosilmetionin (SAM).

Biosintesis S-adenosilmetionin (SAM)SAM merupakan precursor untuk sejumlah reaksi transfer metil (misalnya konversi norepinefrin menjadi epinefrin). Akibat dari tranfer metil adalah perubahan SAM menjadi S-adenosilhomosistein. S-adenosilhomosistein selanjutnya berubah menjadi homosistein dan adenosin dengan bantuan enzim adenosilhomosisteinase. Homosistein dapat diubah kembali menjadi metionin oleh metionin sintase. Reaksi transmetilasi melibatkan SAM sangatlah penting, tetapi dalam kasus ini peran S-adenosilmetionin dalam transmetilasi adalah sekunder untuk produksi homosistein (secara esensial oleh produk dari aktivitas transmetilase). Dalam produksi SAM, semua fosfat dari ATP hilang: 1 sebagai Pi dan 2 sebagai Ppi. Adenosin diubah menjadi metionin bukan AMP.Dalam sintesis sistein, homosistein berkondensasi dengan serin menghasilkan sistationin dengan bantuan enzim sistationase. Selanjutnya dengan bantuan enzim sistationin liase sistationin diubah menjadi sistein dan -ketobutirat. Gabungan dari 2 reaksi terakhir ini dikenal sebagai trans-sulfurasi.

Peran metionin dalam sintesis sistein

Biosintesis tirosin Tirosin diproduksi di dalam sel dengan hidroksilasi fenilalanin. Setengah dari fenilalanin dibutuhkan untuk memproduksi tirosin. Jika diet kita kaya tirosin, hal ini akan mengurangi kebutuhan fenilalanin sampai dengan 50%.Fenilalanin hidroksilase adalah campuran fungsi oksigenase: 1 atom oksigen digabungkan ke air dan lainnya ke gugus hidroksil dari tirosin. Reduktan yang dihasilkan adalah tetrahidrofolat kofaktor tetrahidrobiopterin, yang dipertahankan dalam status tereduksi oleh NADH-dependent enzyme dihydropteridine reductase (DHPR).

Biosintesis tirosin dari fenilalanin

Biosintesis ornitin dan prolinGlutamat adalah prekursor ornitin dan prolin. Dengan glutamat semialdehid menjadi intermediat titik cabang menjadi satu dari 2 produk atau lainnya. Ornitin bukan salah satu dari 20 asam amino yang digunakan untuk sintesis protein. Ornitin memainkan peran signifikan sebagai akseptor karbamoil fosfat dalam siklus urea. Ornitin memiliki peran penting tambahan sebagai prekursor untuk sintesis poliamin. Produksi ornitin dari glutamat penting ketika diet arginin sebagai sumber lain untuk ornitin terbatas.Penggunaan glutamat semialdehid tergantung kepada kondisi seluler. Produksi ornitin dari semialdehid melalui reaksi glutamat-dependen transaminasi. ketika konsentrasi arginin meningkat, ornitin didapatkan dari siklus urea ditambah dari glutamat semialdehid yang menghambat reaksi aminotransferase. Hasilnya adalah akumulasi semialdehid. Semialdehid didaur secara spontan menjadi 1pyrroline-5-carboxylate yang kemudian direduksi menjadi prolin oleh NADPH-dependent reductase.Biosintesis serinJalur utama untuk serin dimulai dari intermediat glikolitik 3-fosfogliserat. NADH-linked dehidrogenase mengubah 3-fosfogliserat menjadi sebuah asam keto yaitu 3-fosfopiruvat, sesuai untuk transaminasi subsekuen. Aktivitas aminotransferase dengan glutamat sebagai donor menghasilkan 3-fosfoserin, yang diubah menjadi serin oleh fosfoserin fosfatase.Biosintesis glisinJalur utama untuk glisin adalah 1 tahap reaksi yang dikatalisis oleh serin hidroksimetiltransferase. Reaksi ini melibatkan transfer gugus hidroksimetil dari serin untuk kofaktor tetrahidrofolat (THF), menghasilkan glisin dan N5, N10-metilen-THF. Biosintesis aspartat, asparagin, glutamat dan glutaminGlutamat disintesis dengan aminasi reduktif -ketoglutarat yang dikatalisis oleh glutamat dehidrogenase yang merupakan reaksi nitrogen-fixing. Glutamat juga dihasilkan oleh reaksi aminotranferase, yang dalam hal ini nitrogen amino diberikan oleh sejumlah asam amino lain. Sehingga, glutamat merupakan kolektor umum nitrogen amino.Aspartat dibentuk dalam reaksi transaminasi yang dikatalisis oleh aspartat transaminase, AST. Reaksi ini menggunakan analog asam -keto aspartat, oksaloasetat, dan glutamat sebagai donor amino. Aspartat juga dapat dibentuk dengan deaminasi asparagin yang dikatalisis oleh asparaginase.Asparagin sintetase dan glutamin sintetase mengkatalisis produksi asparagin dan glutamin dari asam -amino yang sesuai. Glutamin dihasilkan dari glutamat dengan inkorporasi langsung amonia dan ini merupakan reaksi fixing nitrogen lain. Tetapi asparagin terbentuk oleh reaksi amidotransferase.

DAFTAR PUSTAKA

http://biohikmah.blogspot.com/2012/09/siklus-kreb-dan-penjelasan lengkap.htmlhttp://bio-asam-nukleat-1.blogspot.com/http://eemoo.wordpress.com/2009/10/08/menghitung-asupan-kalori/http://id.wikipedia.org/wiki/Lipidhttp://id.wikipedia.org/wiki/Proteinhttp://mengerjakantugas.blogspot.com/2009/04/zat-zat-gizi-yang-dibutuhkan-tubuh.htmlhttp://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/03/pengertian-tahapan-dan-proses-siklus-urea-pada-manusia-dan-hewan.html