METABOLISME

I. PENDAHULUAN

Asam lemak merupakan sekelompok senyawa hidrokarbon yang berantai panjang dengan gugus karboksilat pada ujungnya. Asam lemak memiliki empat peranan utama. Pertama, asam lemak merupakan unit penyusun fosfolipid dan glikolipid. Molekul-molekul amfipatik ini merupakan komponen penting bagi membran biologi.Kedua, banyak protein dimodifikasi oleh ikatan kovalen asam lemak, yang menempatkan protein-protein tersebut ke lokasi-lokasinya pada membran . 
 Ketiga, asam lemak merupakan molekul bahan bakar. Asam lemak disimpan dalam bentuk triasilgliserol, yang merupakan ester gliserol yang tidak bermuatan. Triasilgliserol disebut juga lemak netral atau trigliserida. Keempat, derivat asam lemak berperan sebagai hormon dan cakra intrasel. 
Di dalam jaringan hati berbagai hewan mamalia terdapat kemungkinan untuk mengubah kelebihan asetil koenzim-A yang merupakan hasil perombakan asam lemak , menjadi asetoasetat dan β-hidroksibutirat. Kedua asam ini yang disebut senyawa keton diangkut melalui aliran darah ke jaringan tepi, yang kemudian dioksidasi melalui mekanisme daur Krebs menjadi CO2 + H2O.













II. METABOLISME

Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh karena itu sel dapat menjalankan aktivitas hidup, di antaranya metabolisme.Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup/sel. Metabolisme disebut juga reaksi enzimatis, karena metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim.Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi 2, yaitu: 

1. Anabolisme 
 Anabolisme yaitu proses pembentukan molekul yang kompleks dengan menggunakan energi tinggi.
Contoh : fotosintesis (asimilasi C)
 energi cahaya
6 CO2 + 6 H2O ———————————> C6H1206 + 6 02
klorofil glukosa
(energi kimia)
 Pada kloroplas terjadi transformasi energi, yaitu dari energi cahaya sebagai energi kinetik berubah menjadi energi kimia sebagai energi potensial, berupa ikatan senyawa organik pada glukosa. Dengan bantuan enzim-enzim, proses tersebut berlangsung cepat dan efisien. Bila dalam suatu reaksi memerlukan energi dalam bentuk panas reaksinya disebut reaksi endoterm. 

2. Katabolisme 
 Katabolisme yaitu proses penguraian zat untuk membebaskan energi kimia yang tersimpan dalam senyawa organik tersebut.
Contoh:
 enzim
C6H12O6 + 6 O2 ———————————> 6 CO2 + 6 H2O + 686 KKal.
energi kimia

Saat molekul terurai menjadi molekul yang lebih kecil terjadi pelepasan energi sehingga terbentuk energi panas. Bila pada suatu reaksi dilepaskan energi, reaksinya disebut reaksi eksoterm.

Molekul Yang Terlibat Dalam Metabolisme 
1. ENZIM 
2. Enzim merupakan biokatalisator / katalisator organik yang dihasilkan oleh sel. Struktur enzim terdiri dari:
• Apoenzim, yaitu bagian enzim yang tersusun dari protein, yang akan
 rusak bila suhu terlampau panas.
• Gugus Prostetik (Kofaktor), yaitu bagian enzim yang tidak tersusun
 dari protein, tetapi dari ion-ion logam atau molekul-molekul organik
 yang disebut KOENZIM. Molekul gugus prostetik lebih kecil dan tahan panas , ion-ion logam yang menjadi kofaktor berperan sebagai stabilisator agar enzim tetap aktif. Koenzim yang terkenal pada rantai pengangkutan elektron (respirasi sel), yaitu: NAD (NikotinamidAdenin Dinukleotida), FAD (Flavin Adenin Dinukleotida), 
Sifat-sifat enzim 
1. Biokatalisator, mempercepat jalannya reaksi tanpa ikut bereaksi.
2. Thermolabil; mudah rusak, bila dipanasi lebih dari suhu 60º C, karena
enzim tersusun dari protein yang mempunyai sifat thermolabil.
3. Merupakan senyawa protein sehingga sifat protein tetap melekat
padaenzim.
4. Dibutuhkan dalam jumlah sedikit, sebagai biokatalisator, reaksinya
sangat cepat dan dapat digunakan berulang-ulang.
5. Bekerjanya ada yang di dalam sel (endoenzim) dan di luar sel
(ektoenzim), contoh ektoenzim: amilase,maltase.
6. Umumnya enzim bekerja mengkatalisis reaksi satu arah, meskipun ada
juga yang mengkatalisis reaksi dua arah, contoh : lipase, meng-
katalisis pembentukan dan penguraian lemak. 

 lipase
Lemak + H2O ———————————> Asam lemak + Gliserol
7. Bekerjanya spesifik ; enzim bersifat spesifik, karena bagian yang aktif
(permukaan tempat melekatnya substrat) hanya setangkup dengan
permukaan substrat tertentu.
8. Umumnya enzim tak dapat bekerja tanpa adanya suatu zat non
protein tambahan yang disebut kofaktor. 

2. ATP (Adenosin Tri Phosphat) 
 Molekul ATP adalah molekul berenergi tinggi. Merupakan ikatan tiga molekulfosfat dengan senyawa Adenosin. Ikatan kimianya labil, mudah melepaskan gugus fosfatnya meskipun digolongkan sebagai molekul berenergi tinggi. 

Sintesis Lemak 
 Lemak dapat disintesis dari karbohidrat dan protein, karena dalam metabolisme, ketiga zat tersebut bertemu di dalam daur Krebs. Sebagian besar pertemuannya berlangsung melalui pintu gerbang utama siklus (daur) Krebs, yaitu Asetil Ko-enzim A. Akibatnya ketiga macam senyawa tadi dapat saling mengisi sebagai bahan pembentuk semua zat tersebut. Lemak dapat dibentuk dari protein dan karbohidrat, karbohidrat dapat dibentuk dari lemak dan protein dan seterusnya. 

1. Sintesis Lemak dari Karbohidrat  
Glukosa diurai menjadi piruvat ———> gliserol.
Glukosa diubah ———> gula fosfat ———> asetilKo-A ———> asam lemak.
Gliserol + asam lemak ———> lemak.

2. Sintesis Lemak dari Protein 
Protein————————>Asam Amino
 protease
 Sebelum terbentuk lemak asam amino mengalami deaminasi lebih dahulu, setelah itu memasuki daur Krebs. Banyak jenis asam amino yang langsung ke asam piravat ———> Asetil Ko-A.
 Asam amino Serin, Alanin, Valin, Leusin, Isoleusin dapat terurai menjadi Asam pirovat, selanjutnya asam piruvat ——> gliserol ——> fosfogliseroldehid Fosfogliseraldehid dengan asam lemak akan mengalami esterifikasi membentuk lemak. Lemak berperan sebagai sumber tenaga (kalori) cadangan 

Sintesis Protein 
 Sintesis protein yang berlangsung di dalam sel, melibatkan DNA, RNA dan Ribosom. Penggabungan molekul-molekul asam amino dalam jumlah besar akan membentuk molekul polipeptida. Pada dasarnya protein adalah suatu polipeptida.
 Setiap sel dari organisme mampu untuk mensintesis protein-protein tertentu yang sesuai dengan keperluannya. Sintesis protein dalam sel dapat terjadi karena pada inti sel terdapat suatu zat (substansi) yang berperan penting sebagai "pengatur sintesis protein". Substansi-substansi tersebut adalah DNA dan RNA.

Metabolisme Zat Gizi pangan
 Makanan yang dikonsumsi pertama-tama berfungsi sebagai sumber energi yang diperlukan tubuh untuk mempertahankan kehidupan dan melaksanakan aktivitas lainnya. Hanya tiga macam zat gizi yang berfungsi sebagai sumber energi bagi tubuh, yaitu karbohidrat (pati, gula), protein, dan lemak. Di dalam tubuh, karbohidrat (pati, gula), protein (asam-asam amino) dan lemak (asam-asam lemak), akan dioksidasi di dalam sel dengan bantuan enzim, ko-enzim (misalnya vitamin) dan hormon. Prosesnya memerlukan oksigen dan hasil yang diperoleh berupa karbon dioksida, air, dan energi (ATP dan panas).
 Energi yang terkandung dalam suatu makanan tergantung dari jumlah karbohidrat, protein, dan lemak yang terdapat; dan dapat ditentukan dengan menggunakan alat yang disebut sebagai Bomb Calorimeter.. Nilai energi yang dihitung dengan menggunakan Bomb Calorimeter harus dikoreksi dengan dua faktor, yaitu: daya cerna, dan kehilangan dalam metabolisme. Energi metabolisme seorang subjek yang diukur pada kondisi istirahat, baik fisik maupun mental dan mempunyai suhu tubuh yang normal disebut sebagai metabolisme basal.
 Metabolisme basal dipengaruhi oleh banyak faktor, antara lain: ukuran tubuh, umur, jenis kelamin, komposisi tubuh, iklim, SDA makanan, gizi buruk dan kelaparan, tidur, demam, aktivitas fisik, ketakutan dan gugup. Pengaruh stimulasi karbohidrat, lemak, dan protein yang dikonsumsi terhadap energi metabolisme tersebut sebagai specific dynamic action (SDA) makanan. Protein mempunyai SDA yang tertinggi (sekitar 30%), sedangkan karbohidrat dan lemak masing-masing mempunyai SDA sekitar 6 dan 4%. Sedangkan makanan yang mengandung campuran karbohidrat, lemak, dan protein mempunyai SDA sekitar 8%.
 Menurut Krebs, dua faktor utama bertanggung jawab terhadap tingginya SDA protein, yaitu: Energi yang diperlukan untuk reaksi deaminasi asam-asam amino diperoleh dari hasil oksidasi metabolit lain, dan Energi yang diperlukan untuk sintesis urea (produk metabolisme protein) juga diperoleh dari hasil oksidasi metabolit yang terdapat dalam jaringan. 

Zat Gizi Makromolekul 
 Fungsi utama karbohidrat (pati, gula) adalah sebagai sumber energi. Fungsi ini tidak unik hanya untuk karbohidrat karena protein dan lemak dapat juga digunakan sebagai sumber energi, tetapi karbohidrat merupakan sumber energi yang paling murah. Meskipun karbohidrat sebagai sumber energi dapat digantikan oleh protein atau lemak, suatu gejala yang tidak diinginkan akan timbul apabila karbohidrat tidak terdapat dalam makanan yang dikonsumsi. Terdapat kehilangan sejumlah besar natrium dan air dari tubuh, yang biasanya diikuti oleh kehilangan kalium dari sel-sel.
 Pada saat yang sama, tubuh tidak mampu lagi menahan pemecahan protein tubuh. Hal yang lebih gawat adalah bahwa penggunaan lemak sebagai sumber energi terblokir pada pertengahan proses sehingga menyebabkan terakumulasinya produk antara (intermediate) metabolisme lemak yang dikenal sebagai “senyawa keton”. Orang-orang yang menderita hal ini disebut menderita “ketosis”, yang biasanya mempunyai gejala kelelahan, dehidrasi, dan kehilangan energi.
Peranan lemak dalam makanan, yang pertama adalah sebagai sumber energi. Lemak yang dari tanaman maupun hewan, baik di dalam bentuk cair maupun padat, memberikan lebih dari dua kali lebih banyak energi dibandingkan dengan karbohidrat dan protein. Lemak dalam makanan berperan sebagai pelarut dan pembawa (carrier) vitamin-vitamin larut lemak (A, D, E dan K). Lemak sebanyak paling sedikit 10% dari total energi yang dikonsumsi tampaknya diperlukan untuk penyerapan provitamin A, misalnya dari wortel, pepaya, dan lain-lain. Semua hal yang mempengaruhi penyerapan atau penggunaan lemak, misalnya kerusakan saluran empedu atau ketengikan pada lemak, akan mengurangi availabilitas vitamin-vitamin tersebut.
 Lemak dalam makanan juga berfungsi untuk meningkatkan palatabilitas (rasa enak, lezat). Sebagian besar senyawa atau zat yang bertanggung jawab terhadap flavor makanan bersifat larut dalam lemak. Peranan lemak di dalam tubuh adalah sebagai persediaan energi, yang disimpan dalam jaringan adiposa. Deposit lemak di bawah kulit (lemak subkutan) berfungsi sebagai insulasi bagi tubuh, terhadap perubahan suhu lingkungan. 
 Suatu lapisan tertentu lemak diperlukan untuk mencegah hilangnya panas dari tubuh, tetapi apabila terlalu tebal akan menyebabkan sulitnya pengeluaran panas dari tubuh pada waktu cuaca panas sehingga mengakibatkan keadaan yang kurang menyenangkan. Selain itu, lapisan lemak subkutan yang terlalu tebal akan nampak kurang baik. 
 Lemak yang terdapat di sekeliling alat-alat tubuh yang vital, seperti ginjal dan jantung, berfungsi menahan organ tersebut dan menjaganya dari shock fisik. Lemak di bagian ini akan paling akhir digunakan bila terjadi kekurangan konsumsi energi
 
III. OKSIDASI ASAM LEMAK

Pembentukan asil koenzim A
 Asam lemak bebas yang terdapat dalam sel berasal dari penyerapan asam lemak yang terdapat dalam cairan ekstra seluler (dalam usus halus), atau hidrolisis Trigliserida yang ada dalam sel (bagian sitosol sel).

 Asam lemak yang biasa dipakai sebagai sumber energi adalah asam lemak berantai panjang dengan jumlah atom Karbon (C) 16 atau 18. Perubahan asam lemak menjadi asil koA di dalam sitosol sel hepar, terjadi pada 3 tempat yaitu :membrane peroksisom, reticulum endoplasma, dan membrane luar mitokondria. Peroksisom mengubah gugus asil sebagai bahan bakar untuk pembentukan hidrogen peroksida (H2O2). Dalam retikulum endoplasma, asil KoA akan dibentuk menjadi komponen struktural berupa trigliserida yang akan disimpan. Sedangkan dalam mitokondria, gugus asil akan digunakan untuk bahan bakar dalam fosforilasi oksidatif. Gugus asil KoA sebenarnya tidak dapat berpindah dari bagian sitosol sel memasuki bagian matriks mitokondria. Oleh karenanya harus ada cara lain untuk melintasi membran mitokondria

Hepar Darah Jaringan ekstrahepatik

















Gambar: Pembentukan, penggunaan, dan ekskresi badan keton dari asam lemak bebas
 
IV. 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

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.
 
Oksidasi karbon β menjadi keton
















DAFTAR PUSTAKA

http://massofa.wordpress.com/2008/09/24/metabolisme-zat-gizi/
www.mustafaaltinisik.org.uk/89-1-18.pdf 
Wirahadikusumah, M. 1985. Biokimia Metabolisme Energi, Karbohidrat, dan lipid . ITB, Bandung.