Metabolisme Makronutrien

fraulein_ira | Chem-Tox | Thursday 12 July 2012 6:11 pm

Makanan bernutrisi yang kita konsumsi sehari-hari merupakan kebutuhan biologi dasar tubuh sebagai sumber energi. Manusia membutuhkan energi untuk tiga kebutuhan utama: (1) kerja mekanik dalam kontraksi otot dan pergerakan serta pertumbuhan selular lainnya, (2) menjalankan sistem metabolisme dengan baik serta berfungsi dengan benar, dan (3) menjaga ketahanan tubuh agar tidak mudah terkena penyakit. Untuk dapat memenuhi kebutuhan tersebut, maka perlu diterapkan pola makan yang sehat,yakni konsumsi makanan yang mengandung nutrisi yang baik dan seimbang, jumlah kalori sesuai dengan yang diperlukan tubuh untuk menjalankan aktivitasnya serta jadwal makan yang teratur.

sumberkarbohidrat

Pada masyarakat ekonomi menengah ke atas kini terjadi perubahan gaya hidup termasuk pola konsumsi makanan. Perubahan pola hidup yang tidak disertai pengetahuan yang cukup akan pola konsumsi seimbang sering kali menyebabkan orang mengkonsumsi makanan bergula dan berlemak yang berlebih, sehinga dapat berisiko timbulnya obesitas, gangguan fungsi jantung, serta kanker. Oleh karena itu pemahaman akan proses pencernaan dan metabolisme nutrisi makanan serta faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses metabolisme nutrisi sangat penting untuk membantu menerapkan pola konsumsi yang sehat, agar terhindar dari risiko penyakit yang ditimbulkan akibat pola konsumsi yang salah.

APA YANG TERJADI KETIKA KITA MAKAN ?
Proses pencernaan makanan
Sistem pencernaan manusia bertanggung jawab untuk mengkonversi makanan yang dikonsumsi menjadi energi untuk digunakan oleh manusia. Pencernaan dimulai dengan penghancuran makanan di dalam mulut saat makanan dikunyah dengan gigi. Adanya saliva membantu makanan menjadi lunak dan makanan didorong oleh lidah dan kemudian tertelan masuk ke dalam kerongkongan menuju lambung.

Di dalam lambung terdapat enzim dan cairan asam yang bercampur dengan makanan, dan menjadikan makanan berbentuk cairan kental atau pasta yang disebut chyme. Setelah itu, cairan kental campuran makanan tersebut meninggalkan lambung untuk memasuki usus halus, setelah bertahan selama 2 – 4 jam didalam lambung.

Usus halus (duodenum, jejunum, ileum) merupakan tempat dimana sebagian besar proses pencernaan terjadi. Penyerapan protein, karbohidrat, lemak dan sebagian besar vitamin terjadi di dalam usus halus. Protein dipecah oleh enzim protease menjadi dipeptida, tripeptida dan asam-asam amino. Karbohidrat, termasuk polisakarida dan pati dipecah oleh enzim menjadi disakarida sukrosa, laktosa dan maltosa, kemudian akhirnya menjadi glukosa, fruktosa dan galaktosa yang siap untuk diabsorbsi. Lipid (sebagian besar dalam bentuk trilgliserida) dipecah menjadi asam lemak bebas dan monogliserida oleh enzim lipase dan cairan empedu dari hati. Asam lemak bebas dan monogliserida kemudian diserap usus, dan melalui sistem limfatik menuju jantung dan aliran darah. Di bagian duodenum dan jejunum inilah sebagian besar nutrien penting diserap dan memasuki aliran darah. Nutrien yang terserap selanjutnya dibawa menuju hati untuk proses metabolisme menghasilkan energi yang dibutuhkan untuk kerja, pertumbuhan dan ketahanan tubuh. Proses penyerapan dalam usus halus ini berlangsung selama 3 hingga 10 jam.

Setelah proses pencernaan selesai, sisa makanan meninggalkan bagian akhir usus halus (ileum) dengan bantuan serat menuju usus besar (kolon). Di dalam kolon, terjadi penyerapan air kembali, produksi beberapa nutrien oleh bakteri (vitamin K, biotin, vitamin B12), pencernaan serat menjadi asam dan gas, serta penyerapan beberapa mineral seperti kalium dan natrium jika diperlukan. Serat dan sisa makanan yang tidak dapat dicerna diekskresi dalam bentuk feses. Proses di dalam kolon ini membutuhkan waktu sekitar 30 jam.

Selain organ utama pencernaan, yakni mulut, lambung, usus halus dan kolon, organ lain seperti hati, empedu dan pankreas berperan penting terhadap proses pencernaan. Hati merupakan tempat utama terjadinya proses metabolisme dan detoksifikasi zat asing berbahaya, selain itu produksi cairan empedu sebagai pengemulsi lemak agar dapat dicerna oleh usus. Pankreas menghasilkan cairan pankreatik yang terdiri atas enzim (amylase, lipase dan protease) serta bikarbonat, yang membantu menetralisir sekresi yang bersifat asam selama proses pencernaan. Selain itu, pankreas juga berfungsi untuk sekresi hormon insulin dan glukagon, yang membantu mempertahankan kesetimbangan kadar gula darah. Insulin menurunkan kadar glukosa, sebaliknya glukagon meningkatkan kadar gula darah.

Metabolisme
Secara ilmiah, Metabolisme adalah serangkaian reaksi kimia yang terjadi di dalam sel organ tubuh, meliputi proses penguraian dan sintesis molekul kimia yang menghasilkan dan membutuhkan energi serta dikatalisis oleh enzim.

Metabolisme dalam sel terbagi menjadi dua jalur utama, yakni (1) jalur yang mengkonversi senyawa menjadi molekul yang lebih bermanfaat secara biologi dan (2) jalur yang membutuhkan energi agar reaksinya dapat berlangsung.

Jalur yang mengkonversi molekul kompleks menjadi molekul yang lebih sederhana dan menghasilkan energi selular, seperti reaksi penguraian karbohidrat dan lemak, umumnya disebut “katabolisme” (1).

Sumber Energi (karbohidrat, lemak) ——–> CO2 + H2O + Energi (1)

Reaksi-reaksi yang membutuhkan energi, seperti sintesis glukosa, lemak atau DNA, disebut “anabolisme” (2). Energi yang dihasilkan dari proses katabolisme digunakan dalam proses anabolisme untuk menghasilkan struktur yang lebih kompleks dari molekul yang sederhana.

Energi + molekul sederhana ———> molekul kompleks (2)

Beberapa jalur metabolisme dapat bersifat anabolik atau katabolik, tergantung kondisi energi dalam sel, disebut jalur “amfibolik”.

Energi yang digunakan dalam proses metabolisme sel tersimpan dan ditranspor melalui satuan pertukaran energi intraselular yaitu adenosine triphosphate (ATP). Sebagian dari energi bebas (1) yang dihasilkan dari oksidasi makanan ditransformasi kedalam molekul ATP yang bertindak sebagai donor energi bebas dalam sebagian besar proses yang membutuhkan energi, seperti transport aktif, pergerakan atau biosintesis suatu molekul dalam sel. Peran ATP sebagai pembawa energi, terutama dikarenakan gugusan trifosfat yang dimilikinya mengandung dua ikatan fosfoanhidrida yang dapat membebaskan energi bebas dalam jumlah besar ketika ATP dihidrolisis menjadi adenosine diphosphate (ADP) dan orthophosphate (Pi) atau ketika ATP dihidrolisis menjadi adenosine monophosphate (AMP) dan pyrophosphate (PPi).

ATP + H2O ——> ADP + Pi ΔG°′ = – 7,3 kcal mol-1
ATP + H2O ——> AMP + PPi ΔG°′ = – 10,0 kcal mol-1

Makronutrien (karbohidrat, lipid, protein) merupakan sumber energi utama untuk kebutuhan tubuh menjalani fungsinya. Untuk menghasilkan energi, secara umum metabolisme makronutrien terdiri atas tiga tahapan:

Tahap 1, molekul besar dalam makanan dipecah menjadi molekul-molekul yang lebih kecil.
Pada tahapan awal, polisakarida (karbohidrat) dihidrolisis menjadi gula sederhana seperti glukosa, lipid dihidrolisis menjadi gliserol dan asam lemak, dan protein dihidrolisis menjadi asam amino penyusunnya yang berjumlah 20 jenis.

Tahap 2, molekul-molekul kecil yang dihasilkan dari Tahap 1 tersebut diuraikan menjadi unit-unit yang lebih sederhana yang berperan penting dalam metabolisme.
Sebagian besar dari molekul-molekul tersebut, yakni gula, asam lemak, gliserol dan beberapa asam amino, diubah menjadi gugus asetil dari molekul asetil Ko Enzym A (asetil KoA). Sejumlah ATP (energi) dihasilkan dalam tahapan ini, namun jumlahnya sangat sedikit bila dibandingkan dengan jumlah ATP yang dihasilkan dalam Tahap 3.

Tahap 3, ATP diproduksi dari oksidasi sempurna gugus asetil dari asetil KoA.
Tahapan ketiga ini terdiri dari siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif, yang merupakan jalur umum terakhir dalam oksidasi molekul makronutrien sebagai sumber energi. Asetil KoA membawa gugus asetil kedalam siklus asam sitrat [yang juga dikenal sebagai siklus asam trikarboksilat (tricarboxylic acid, TCA) atau siklus Krebs], dimana akan dioksidasi sempurna menjadi CO2. Empat pasang elektron ditransfer (tiga kepada NAD- dan satu kepada FAD) untuk setiap gugus asetil yang dioksidasi. Kemudian, gradien proton dihasilkan sebagai aliran elektron dari bentuk tereduksi zat pembawa tersebut kepada O2, dan gradien ini digunakan untuk mensintesis ATP.

metabol

Metabolisme Gula (Glukosa)

Glukosa merupakan sumber energi yang umum dan penting bagi manusia. Glukosa merupakan satu-satunya sumber energi yang digunakan oleh otak dalam kondisi sedang tidak kelaparan dan satu-satunya sumber energi yang dapat digunakan oleh sel darah merah. Glikolisis,merupakan jalur metabolisme glukosa yang utama. Proses glikolisis mengubah glukosa menjadi piruvat, dan menghasilkan energi. Pada manusia, glikolisis terjadi di sitosol semua sel, dan dapat berlangsung secara aerobik maupun anaerobik.
Jalur metabolisme glikolisis terdiri atas tiga tahapan:
• Tahap 1 : konversi glukosa menjadi fruktosa 1,6-bifosfat
• Tahap 2 : pemecahan fruktosa 1,6-bifosfat mejadi dua buah fragmen senyawa mengandung 3 atom karbon.
• Tahap 3 : produksi ATP saat fragmen tiga karbon dioksidasi menjadi piruvat.

Pada beberapa sel selain di hati dan pankreas, ketersediaan glukosa untuk proses glikolisis (maupun sintesis glikogen dalam otot dan lipogenesis dalam jaringan adiposa) diatur oleh hormon insulin melalui pengendalian transportasinya kedalam sel.

Reaksi transformasi glukosa menjadi piruvat :

Glukosa + 2 Pi + 2 ADP + 2 NAD+ —–> 2 Piruvat + 2 ATP + 2 NADH + 2H+ + 2 H2O

Dua buah molekul ATP dihasilkan dalam proses konversi glukosa menjadi dua molekul piruvat.

Makan terlalu banyak gula menyebabkan kadar gula darah naik (tinggi) dengan cepat. Hal ini pada gilirannya membuat zat gula dalam tubuh masuk ke sistem konservasi (siklus Krebs) yang berarti akan menyimpan lemak ekstra dan membakar sedikit kalori. Metabolisme sangat penting untuk kelanjutan sistem kehidupan organism tubuh, jika sistem ini terganggu/terhambat maka akan mengakibatkan berbagai masalah medis. Diabetes merupakan salah satu gangguan metabolisme utama, hal itu terjadi karena kadar gula darah yang terlalu tinggi. Diabetes tipe 1 disebabkan oleh rendahnya atau tidak adanya produksi insulin yang dibutuhkan untuk membantu keseimbangan gula darah keluar. Diabetes tipe 2, bagaimanapun, adalah disebabkan oleh tubuh tidak dapat menggunakan insulin dengan benar akibat gangguan sistem pankreas. Kedua jenis gangguan metabolisme menghasilkan gejala seperti kelelahan, penglihatan kabur, penurunan berat badan, dan penyembuhan luka lebih lambat. Selain itu, kedua jenis diabetes sering mengakibatkan kelaparan meningkat, haus, dan buang air kecil.

Metabolisme Lemak (Lipid)
Lemak merupakan kelompok senyawa heterogen yang terdiri dari asam lemak, sifat umum lemak yaitu sukar larut dalam air. Fungsi lemak diantaranya merupakan sebagai energy cadangan, pembentukan membran sel, bahan bakar tubuh dan bersama protein sebagai alat transport.

Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan energi jangka panjang. Melalui proses yang dinamakan lipolisis, trigeliserida yang tersimpan ini akan dikonversi menjadi produk akhir sebagai asam lemak (fatty acid) dan gliserol. Pada proses ini, untuk setiap 1 molekul trigeliserida akan terbentuk 3 molekul asam lemak dan 1 molekul gliserol.

Jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi, baik asam lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida. Senyawa yang dihasilkan melalu proses ini kemudian akan mengalami jmetabolisme dengan jalur yang berbeda di dalam tubuh. Gliserol yang terbentuk akan masuk ke dalam siklus metabolisme untuk diubah menjadi glukosa atau juga asam piruvat. Sedangkan asam lemak yang terbentuk akan dipecah menjadi unit unit kecil melalui proses yang dinamakan ß-oksidasi untuk kemudian menghasilkan energi (ATP) di dalam mitokondria sel.

Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. Selanjutnya sebagaimana pada asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil KoA (gambar 1) 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 kembali sebagai trigliserida. Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami kolesterogenesis menjadi kolesterol. Kelebihan trigliderida atau pun kolesterol terutama karena asupan makanan lemak berlebih, dapat mengganggu peredaran darah dan gangguan sistem metabolisme tubuh dan mengakibatkan gangguan kesehatan yakni penyakit tekanan darah tinggi (Stroke).Untuk menjaga kesehatan, maka kadar trigliserida dalam darah diusahakan agar berada pada kisaran nilai di bawah 200.

Metabolisme Asam Amino (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).

Protein merupakan senyawa kimia yang penting dalam sistem biologi. Fungsi protein dalam proses biologi diantaranya sebagai enzim sebagai katalisator biologi, transport, antibodi/ketahanan tubuh dan regulator dalam sistem biologi mahluk hidup serta sebagai sumber energi.

Jalur metabolisme utama dari asam-asam amino terdiri atas tiga tahapan proses, yaitu pertama, proses produksi asam amino dari hasil pencernaan protein dalam nutrisi makanan, Kedua, pengambilan nitrogen dari asam amino. Sedangkan langkah proses ketiga adalah katabolisme asam amino menjadi energi melalui siklus asam serta siklus urea sebagai proses pengolahan hasil sampingan pemecahan asam amino. Dan selanjutnya tahapan proses keempat adalah sintesis protein dari asam-asam amino.

Asam amino tidak dapat disimpan oleh tubuh, jika asam amino yang melebihi kebutuhan biologi tubuh atau ketika terjadi kekurangan dari sumber energi lain (Karbohidrat dan lemak), tubuh akan menggunakan asam amino sebagai sumber energi dengan memetabolisme asam amino menjadi glikogen atau lemak. Jika asam amino yang akan digunakan untuk energi maka kerangka karbon dikonversi ke asetil KoA, yang memasuki siklus Krebs untuk oksidasi, memproduksi ATP (Energi). Tidak seperti karbohidrat dan lipid, asam amino memerlukan pelepasan gugus amin. Gugus amin ini, karena bersifat toksik bagi tubuh kemudian dibuang melalui urin dalam bentuk senyawa ammonia. Proses pelepasan/pembuangan gugus amin dilakukan baik secara tranaminasi maupun secara deaminasi. Setelah mengalami pelepasan gugus amin, asam-asam amino dapat memasuki siklus asam sitrat melalui jalur yang beraneka ragam untuk menghasilkan energi..

2 Comments »

  1. Comment by nekudotayim — July 12, 2012 @ 6:31 pm

    eh apa ini, artikel untuk pelari endurance jarak jauh ya 🙂

  2. Comment by fraulein_ira — July 12, 2012 @ 8:00 pm

    Buat siapa aja yang mau belajar metabolisme tubuh.. hihi..

RSS feed for comments on this post. TrackBack URI

Leave a comment