Download - tugas puasa
-
7/22/2019 tugas puasa
1/15
METABOLISME TUBUH PADA SAAT BERPUASA
Oleh:
Siti Nur Avida 101810301010
Tia Lestari 101810301012
Agita Raka Pratiwi 101810301013
Rizki Izza Naftalin 101810301016
Kamaludin Husna H. 101810301017
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS JEMBER
2013
-
7/22/2019 tugas puasa
2/15
METABOLISME TUBUH PADA SAAT BERPUASA
1. Metabolisme pada saat sahurSetelah sahur makanan yang kita makan dalam bentuk molekul kompleks seperti
karbohidrat polisakarida, protein, dan lemak akan didegradasi di saluran cerna (lambung)
menjadi molekul sederhana seperti glukosa, asam amino, asam lemak, dan gliserol.Molekul
sederhana ini akan diabsorbsi oleh usus masuk ke saluran darahdan melalui saluran darah
ditranspor ke hati, otot, jaringan adiposa (khusus lipid triasilgliserol) serta jaringan lainnya
yang membutuhkan. Selanjutnya glukosa, asam amino, asam lemak, dan gliserol didegradasi
lagi di dalam sel hati kemudian dibawa ke jantung untuk didistribusikan ke seluruh sel tubuh
melalui aliran darah dan dimanfaatkan sebagai sumber energi dan bahan baku untuk sintesismakromolekul yang dibutuhkan.Absorbsi makanan ini berlangsung antara tiga sampai enam
jam, tergantung jumlah dan kandungan makanan yang dikonsumsi saat sahur. Bersahur
dengan jenis makanan yang kompleks (polisakarida) dan berenergi tinggi dari sumber
karbohidrat (nasi, roti, madu) serta banyak mengandung serat (sayur dan buah) akan
memperlambat pengosongan lambung sehingga masa absorbsi lebih lama/rasa lapar lebih
lambat.
Setelah mengonsumsi makanan di waktu sahur, kadar glukosa, lemak, dan asam amino
dalam darah akan meningkat. Kondisi ini direspons oleh otak (sistem saraf pusat) dengan
mengirim sinyal ke sel beta-pulau langerhans pankreas untuk memproduksi hormon insulin
(hormon anabolik) dan menghambat pembentukan hormon glukagon. Insulin kemudian
dibawa aliran darah ke sel/organ target (terutama otot dan hati) yang memiliki reseptor
terhadap insulin. Hormon insulin inilah yang nantinya berperan dalam proses degradasi
glukosa dalam sel.
Interaksi insulin dan reseptornya mengakibatkan glukosa darah dapat masuk ke dalam
sel melalui transpor glukosa (GLUT) sehingga glukosa dalam darah dari proses absorbsi
terangkut dan dapat dimanfaatkan oleh sel. Ada beberapa tahapan dalam proses sekresi
insulin, setelah adanya rangsangan oleh molekul glukosa.
1. Tahap pertama adalah proses glukosa melewati membrane sel. Untuk dapat melewatimembrane sel beta dibutuhkan bantuan Glucose transporter(GLUT).Glucose transporter
(GLUT)adalah senyawa asam amino yang terdapat di dalam berbagai sel yang berperan
dalam proses metabolism glukosa. Fungsinya sebagai kendaraan pengangkut glukosa
masukdari luar ke dalam sel jaringan tubuh. Glucose transporter2 (GLUT 2)yang terdapat
-
7/22/2019 tugas puasa
3/15
dalam sel beta misalnya, diperlukan dalam proses masuknya glukosa dari dalam darah,
melewati membran, ke dalam sel. Proses ini penting bagi tahapan selanjutnya yakni
molekul glukosa akan mengalami proses glikolisis dan fosforilasi di dalam sel dan
kemudian membebaskan molekul ATP.
2. Molekul ATP yang terbentuk, dibutuhkan untuk tahap selanjutnya yakni prosesmengaktifkan penutupan K channel pada membran sel. Penutupan ini berakibat
terhambatnya pengeluaran ion K dari dalam sel yang menyebabkan terjadi nya tahap
depolarisasi membrane sel, yang diikuti kemudian oleh tahap pembukaan Ca channel.
Keadaan inilah yang memungkinkan masuknya ion Ca sehingga menyebabkan
peningkatan kadar ion Ca intrasel.
3.Suasana ini dibutuhkan bagi proses sekresi insulin melalui mekanisme yang cukup rumitdan belum seutuhnya dapat dijelaskan. Hormon insulin yang dihasilkan selanjutnya
dialirkan melalui pembuluh darah ke organ atau jaringan target.Terjadinya aktivasi
penutupan K channel tidak hanya disebabkan oleh rangsangan ATP hasil proses
fosforilasi glukosa intrasel, tapi juga dipengaruhi oleh beberapa faktor lain termasuk obat-
obatan.
Mekanisme kerja insulin dapat dijelaskan sebagai berikut. Mekanisme ini diawali ketika
konsentrasi glukosa intrasel yang sangat rendah bila dibandingkan dengan ekstrasel.
Glukosa ekstrasel akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi yang difasilitasi dan
diperantarai oleh pengangkut glukosa.
GLUT1: terdapat dimana-mana,pengangkut utama di dalam otak
GLUT2:terdapat di hati
GLUT4:terletak di jaringan adiposa,otot jantung dan otot skeletal
-
7/22/2019 tugas puasa
4/15
Gambar 12. Mekanisme Kerja Insulin
1. Proses ini dimulai ketika insulin berikatan dengan reseptor yang ada padamembranseltarget (IRS-1). Reseptor insulin yang sudah terfosforilasi melakukan reaksi
fosforilasi terhadap substrat reseptor insulin ( IRS -1).IRS-1 yang terfosforilasi akan
terikat dengan domain SH2 pada sejumlah protein yang terlibat langsung.
2. Ikatan insulin dengan reseptor akan memberikan sinyal bagi pengangkut glukosa untukkeluar dari depo tintra sel menuju membran sel. Kemudian pengangkut glukosa akan
berikatan dengan membran dan akhirnya terjadi difusi / menyatu dengan membran
plasma.
3. Terjadi transpot glukosa ekstrasel ke dalam sel.4. Insulin memisahkan diri dari reseptornya.5. Pengangkut glukosa kembali masuk ke dalam depot intrasel, menjauhi membrane6. Akhir dari proses ini kadar glukosa dalam darah menjadi menurun karena telah masuk
ke dalam sel.
Glukosa selanjutnya dioksidasi melalui proses glikolisis dan menjadi energi dan
disimpan dalam bentuk glikogen (glikogenesis) sebagai cadangan energi, terutama di sel-sel
otot (digunakan oleh otot saja) dan hati (cadangan glukosa untuk semua organ) melalui
proses glikogenesis.Berikut penjelasan mengenai glikogenesis:
Berikut penjelasan mengenai glikogenesis:
a. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadijuga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase
sedangkan di hati oleh glukokinase.
b. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuankatalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi
dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang
intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat.
c. Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untukmembentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim
UDPGlc pirofosforilase.
d. Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akanmenarik reaksi kearah kanan persamaan reaksi.
-
7/22/2019 tugas puasa
5/15
e. Atom C1 pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidikdengan atom C4 pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan
uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen
yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai
reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang
dikenal sebagai glikogenin.
-
7/22/2019 tugas puasa
6/15
Keadaan ini terjadi sampai pagi hari menjelang siang.Bersamaan dengan itu juga terjadi
sintesis protein dan lipid yang kemudian disimpan sebagai cadangan makanan di dalam
tubuh.Fase berikutnyaadalah masa setelah penyerapan seluruh makanan dalam saluran cerna
hingga masuk waktu berbuka puasa.
2. Mekanisme pada saat menjalankan puasa ( tidak makan selama14 jam)Setelah terjadi proses penyerapan seluruh makanan dan disimpan dalam cadangan
makanan di dalam tubuh, selanjutnya kadar gula dalam darah menjadi menurun (proses
menahan makan atau berpuasa berlangsung). Kadar glukosa ini menurun hingga 80-100
mg/dL dalam dua jam setelah makan. Dikarenakan energi yang dibutuhkan oleh tubuh
dipasok dari cadangan makanan (glikogen dan triasil gliserol) oleh karenanya ketika tidak adalagi makanan yang diabsorbsi usus tubuh menjadi terasa lemas, lapar dan mengantuk yang
terjadi menjelang siang. Rendahnya kadar glukosa darah akibat berakhirnya fase absorbsi.
untuk menjaga agar tubuh dapat tetap menjalankan aktivitas, energi dihasilkan dari
perombakan cadangan makanan yang tersimpan dari hasil proses penyerapan makanan. Rasa
lapar pada saat puasa akan direspons oleh otak yang memang mengandalkan pasokan energi
dari glukosa. Otak mengirimkan sinyal ke pankreas untuk memproduksi hormon glukagon
dan menghentikan pelepasan insulin sehingga memacu perombakan makromolekul.
-
7/22/2019 tugas puasa
7/15
Setelah beberapa jam tanpa makan, hati merupakan sumber utama penghaasil glukosa untuk
otak. Glikogen hati rusak, dan glukosa 1-fosafat dihasilkan dan di ubah menjadi glukosa 6-
fosfat, lalu kemudian menjadi glukosa bebas yang dilepaskan ke dalam aliran darah. Asam
amino hasil degradasi protein dan gliserol dari pemecahan TAG di jaringan adiposa
digunakan untuk glukoneogenesis. Hati menggunakan asam lemak sebagai bahan bakar
utamanya. Ketika terjadi kelebihan asetil-KoA, akan diubah menjadi keton tubuh untuk
diekspor ke jaringan lain sebagai bahan bakar.
Berikut penjelasan mengenai proses sekresi glukagon sehingga nantinya terjadi proses
glikogenolisis, glukoneogenesis, dan pembuatan badan keton untuk meningkatkan kadar
glukosa dalam darah:
1. GlikogenolisisDalam beberapa jam setelah makan makanan yang mengandung karbohidrat yang
tinggi, kadar glukagon mulai meningkat diakibatkan oleh menurunnya kadar glukosa dalam
darah yang mengaktifkan sistem saraf pusat sehingga mengirimkan sinyal kepada pankreas
untuk menghasilkan hormon glukagon. Glukagon berikatan dengan reseptor dipermukaan sel
dan mengaktifkan adenilat siklase di hati. Hal ini menyebabkan kadar cAMP di dalam sel hati
meningkat.
cAMP kemudian mengaktifkan
protein kinase A, yang kemudian
melakukan proses fosforilasi dan
inaktifasi glikogen sintase.
Sehingga sintesis glikogen
terhenti. Pada saat yang sama,
protein kinase A merangsang
penguraian glikogen melalui
mekanisme 2-langkah. Protein
kinase A memfosforilasi dan
mengaktifkan enzim fosforilasi
kinase. Enzim ini kemudian
melakukan fosforilasi dan
mengaktifkan enzim glikogen
-
7/22/2019 tugas puasa
8/15
fosforilase. Enzim ini kemudian mengkatalisis proses fosforilasi glikogen menghasilkan
glukosa 1-fosfat, yang kemudian diubah menjadi glukosa 6-fosfat. Selanjutnya terjadi proses
defosforilasi glukosa 6-fosfat oleh glukosa 6-fosfatase menghasilkan glukosa bebas, yang
kemudian masuk kedalam saluran darah dan mengaktifkan sekresi insulin kembali sehingga
terjadi degradasi glukosa menghasilkan energi.
2. GlukoneogenesisEmpat jam setelah makan, hati mengsekresikan glukosa ke dalam darah tidak saja melalui
proses glikogenolisis tetapi juga melalui proses glukoneogenesis. Perubahan hormon
menyebabkan jaringan perifer mengeluarkan prekursor yang menyediakan karbon untuk
proses glukoneogenesis, khususnya laktat, asam aminodan gliserol.
Mekanisme ini menyebabkan enzim glikolititk (piruvat
kinase, fosfofruktokinase-1, dan glukokinase) menjadi
tidak aktif selama puasa dan mendorong aliran karbon
menjadi glukosa melalui proses glukoneogenesis.
Berikut penjelasan terjadinya proses glukoneogenesis:
Piruvat (berasal dari laktat dan alanin serta hasildegradasi makromolekul) diubah melalui jalur
glukoneogenik menjadi fosfoenolpiruvat (PEP).
Fosfoenolpiruvat tidak diubah kembali menjadi piruvat
karena fosforilasi yang dirangsang oleh glukagon menyebabkan piruvat kinase
menjadi tidak aktif. Sehingga terjadi proses perubahan fosfoenolpiruvat menjadi
glukosa 1,6-bisfosfat.
Fruktosa 1,6-bisfosfat kemudian diubahmenjadi fruktosa 6-fosfat oleh enzimbisfosfatase. Selanjutnya fruktosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat. Dan
-
7/22/2019 tugas puasa
9/15
diakhiri oleh proses perubahan glukosa 6-fosfat menjadi glukosa bebas, yang
kemudian masuk kedalam saluran darah dan mengaktifkan sekresi insulin kembali
sehingga terjadi degradasi glukosa menghasilkan energi. Berikut reaksi-reaksi yang
terjadi selama proses glukoneogenesis terjadi :
Glukoneogenesis dimulai di mitokondria dengan pembentukan oksalo asetat olehkarboksilasi dari piruvat. Reaksi ini juga memerlukan satu molekul ATP dan
dikatalisis oleh karboksilase piruvat . Enzim ini dirangsang oleh tingginya tingkat
asetil-KoA (diproduksi di -oksidasi dalam hati) dan dihambat oleh tingginya tingkat
ADP.
Oksaloasetat yang berkurang ke malat menggunakan NADH, langkah yangdiperlukan untuk transportasi keluar dari mitokondria.
Malate yang teroksidasi ke oksaloasetat menggunakan NAD + dalam sitosol, di manalangkah-langkah yang tersisa dari glukoneogenesis berlangsung.
Oksaloasetat yang dekarboksilasi dan kemudian terfosforilasi untuk membentukphosphoenolpyruvate menggunakan enzim carboxykinase phosphoenolpyruvate.
Sebuah molekul GTP dihidrolisis dengan PDB selama reaksi ini.
Langkah berikutnya dalam reaksi adalah sama dengan glikolisis terbalik. Namun,fruktosa-1 ,6-bisphosphatase mengkonversi fruktosa-1,6-bisphosphate untuk fruktosa
6-fosfat, menggunakan satu molekul air dan melepaskan satu fosfat. Ini juga
merupakan tingkat-membatasi langkah glukoneogenesis.
C
C
CH2
O O
OPO32
C
C
CH3
O O
O
ATP ADP+ Pi C
CH2
C
C
O
O O
O
O
HCO3
GTP GDP
CO2
pyruvate oxaloacetate PEP
Pyruvate Carboxylase PEP Carboxykinase
fructose-6-phosphate fructose-1,6-bisphosphate
Phosphofructokinase
CH2OPO32
OH
CH2OH
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1 CH2OPO32
OH
CH2OPO32
H
OH H
H HO
O
6
5
4 3
2
1
ATP ADP
Pi H2O
Fructose-1,6-biosphosphatase
-
7/22/2019 tugas puasa
10/15
Glukosa-6-fosfat yang terbentuk dari fruktosa 6-fosfat oleh phosphoglucoisomerase.Glukosa-6-fosfat dapat digunakan dalam jalur metabolic lain atau dephosphorylated
menjadi glukosa bebas. Sedangkan glukosa gratis dengan mudah dapat berdifusi
masuk dan keluar dari sel, bentuk terfosforilasi (glukosa-6-fosfat), terkunci dalam sel
suatu mekanisme yang kadar glukosa intraseluler dikendalikan oleh sel-sel.
Reaksi akhir glukoneogenesis, pembentukan glukosa, terjadi dalam lumen darireticulum endoplasma, di mana glukosa-6-fosfat dihidrolisis oleh glukosa-6 fosfatase-
untuk menghasilkan glukosa.
3. Pembentukan badan ketonPada glukosa dalam darah rendah, dan memicu pelepasan epinefrin atau
glukagon.Kedua hormon meninggalkan aliran darah dan mengikat molekul reseptor yang
ditemuidi dalam membran adipocyte atau sel lemak.Hal ini menyebabkan adenilat siklase
melalui protein G mengubah ATP menjadi cAMP.cAMP kemudian mengaktifkan protein
kinase. Protein kinase aktif mengaktifkantriasilgliserol lipase (Hormone-sensitive lipase)
melalui forforilasi.Protein kinase aktif juga mengkatalisis fosforilasi molekul perilipin pada
permukaanbutiran lemak (lipid droplet) sehinggatriasilgliserol lipase dapat mengakses
permukaanbutiran lemak.Selanjutnya triasilgliserol diuraikan menjadi asam lemak bebas dan
H O
OH
H
OHH
OH
CH2OH
H
OH
HH O
OH
H
OHH
OH
CH2OPO32
H
OH
H
H2O1
6
5
4
3 2
+ Pi
glucose-6-phosphate glucose
Glucose-6-phosphatase
-
7/22/2019 tugas puasa
11/15
gliserol oleh triasilgliserol lipase.Molekul asam lemak yang dihasilkan dilepaskan dari
adipocyte dan diikat oleh proteinserum albumin dalam darah untuk diangkut melalui
pembuluh darah menuju myocyte (selotot) jika dibutuhkan. Jumlah asam lemak yang
dilepaskan oleh jaringan adiposa initergantung pada aktivitas triasilgliserol lipase. Asam
lemak tersebut dilepaskan dari albumin dan masuk ke myocyte melalui transportkhusus.Di
myocyte asam lemak mengalami -oksidasi yang menghasilkan CO2 dan energi ATP.
Asetoasetat dapat masuk ke dalam sel secara langsung atau dapat diproduksi di dalam
sel melalui oksidasi -hidroksibutirat. Reaksi ini menghasilkan NADH dan membentuk ATP
melalui fosforilasi oksidatif. Pengaktifan asetoasetat terjadi dalam mitokondria dan dikatalisis
oleh suksinil KoA. KoA dipindahkan dipindahkan dari suksinil KoA, suatu zat antara siklus
trikarboksilat, menjadi asetoasetat. Walaupun menghasilkan badan keton, hati tidak
menggunakan badan keton karena enzim tiotransfarase tidak terdapat dalam jumlah yang
memadai. -Ketotiolase, enzim yang juga berperan dalam oksidasi-, mengkatalisis
pemutusan asetoasetil KoA. Satu molekul asetoasetil KoA menghasilkan 2 molekul asetil
KoA yang kemudian masuk dalam siklus asam trikarboksilat.
Secara keseluruhan, asam lemak yang dibebaskan dari triasilgliserol jaringan adiposa
berfungsi sebagai bahan bakar utama tubuh selama berpuasa. Asam lemak dioksidasi
sempurna menjadi CO2 dan H2O oleh sebagian jaringan. Hati mengoksidasi asam lemak,
mengubah sebagian besar asetil KoAmenjadi badan keton yang kemudian dikirim ke jaringan
lain melalui darah. Dalam jaringan ini, energi yang tersisa digunakan untuk menghasilkan
ATP pada waktu badan keton dioksidasi menjadi CO2dan H2O.
-
7/22/2019 tugas puasa
12/15
Proses degradasi ini menghasilkan laktat digunakan untuk proses glukoneogenesis dan
glikogenolisis.
Berikut hubungan hasil degradasi lipid dan protein dalam proses produksi glukosa yang
dirangsang oleh hormon glukagon:
-
7/22/2019 tugas puasa
13/15
-
7/22/2019 tugas puasa
14/15
Jadi di dalam tubuh di otot, protein yang tersimpan di degradasi menjadi prekursor untuk
menghasilkan glukosa, bersamaan dengan hal ini lipid pada jaringan adiposa juga mengalami
degradasi menghasilkan asam lemak dan gliserol. Gliserol ini nantinya akan diubah menjadi
glukosa dan menghasilkan energi, sedangkan asam lemak digunakan sebagai bahan prekursor
dalam pembentukan badan keton yang nantinya menghasilkan energi. Total dari energi yang
dihasilkan inilah yang nantinya digunakan oleh tubuh untuk mempertahankan keadaan tubuh
untuk dapat menjalankan aktivitas selama menjalankan puasa hingga mencapai waktu
berbuka puasa.
3. Mekanisme pada saat berbuka puasaPada saat berbuka puasa, tubuh kembali menginput energi dari makanan yang
dimakan. Karbohidrat dari sumber makanan manis yang biasa dikonsumsi saat berbuka
puasa segera di glikolisis dengan bantuan hormon insulin yang membongkar glukosa
agar dapat dengan cepat diserap oleh sel. Sehingga kebutuhan kadar gula darah yang
menurun drastis selama puasa dapat terpenuhi. Sehingga sangat dianjurkan ketika
berbuka puasa memakan makanan yang manis atau tinggi glukosa.
-
7/22/2019 tugas puasa
15/15
Setelah keseimbangan kadar gula normal, baru terjadi penyimpanan glikogen dalam
hati sebagai cadangan karbohidrat dalam tubuh. Sehingga energi yang dimiliki tubuh
cukup untuk melakukan aktivitas selanjutnya. Sedangkan untuk cadangan protein dan
lemak yang sudah diurai, juga kembali diserap dari nutrisi makanan yang dimakan
selama berbuka puasa. Penyerapan ini berlangsung secara bertahap juga. Seperti pada
proses katabolisme, proses anabolisme juga berlangsung secara bertahap, sehingga saat
berbuka puasa dianjurkan untuk makan secukupnya, tetapi harus cukup nutrisinya.