Read REGULASI METABOLISME DAN SISTIM ORGAN text version

REGULASI METABOLISME DAN SISTIM ORGAN

Oleh: I Nyoman Suarsana Laboratorium Biokimia Veteriner

Fakultas Kedokteran Hewan Universitas Udayana I. PENDAHULUAN Metabolisme mencakup semua proses fisika dan kimia yang keseluruhannya akan mempertahankan serta memelihara tubuh sehingga baik badaniah maupun dalam fungsifungsinya memperlihatkan kesehatan yang wajar. Ditinjau dari segi kehidupan seluler maka metabolisme berfungsi memelihara integrasi fungsi dan keutuhan protoplasma serta komponen komponen selaputnya. Metabolisme mencakup anabolisme dan katabolisme yang prosesnya berjalan berlawanan itu terjadi secara bersamasama atau simultan, namun dengan pola, laju serta keteraturan yang teramat cermat. Keseluruhan proses terjadi dan terpelihara secara otomatik berkat adanya regulasi serta kordinasi yang tepat tanpa tara. Secara umum dapat dikatakan bahwa metabolisme diseluruh jaringan tubuh terjadi pada kondisi yang sama atau paling tidak kondisi reaksinya memerlukan persyaratan fisikokimia serta kimia yang tidak banyak berbeda satu dari yang lain. Semua reaksi biokimia dalam jaringan dikatalis oleh enzimenzim yang persyaratan kondisinya adalah kondisi faal tubuh. Persyaratan pH tubuh adalah pH cairan tubuh sekitar 7,4, sedang kondisi osmotiknya adalah kondisi fisiologis dengan nilai osmotik sekitar 7,2 atmosfir. Semua reaksi terjadi pada keadaan isotermal pada suhu tubuh 370C. Secara singkat dapat dikatakan bahwa dengan sistim regulasi dan kontrol, metabolisme di dalam tubuh terjadi dalam keadaan mantap. II. TUJUAN DAN PENGERTIAN METABOLISME Metabolisme adalah aktivitas sel yang amat terkoordinasi, mempunyai tujuan, dan mencakup semua proses fisika dan berbagai kerjasama banyak sistim multienzim. Metabolisme memikili empat fungsi spesifik: 1. Untuk memperoleh energi kimia dari degradasi zat makanan yang kaya energi. 2. Untuk mengubah melekul nutrien menjadi prekusor unit pembangun bagi makromolekul sel. 3. Untuk menggabungkan unitunit pembangunini menjadi protein, asam nukleat, lipida, polisakarida dan komponen sel lainya.

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 1

4. Untuk membentuk dan mendegradasi biomolekul yang diperlukan di dalam fungsi khusus sel. III. LINTAS METABOLISME Terdapat dua fase lintas metabolisme yang mencakup anabolisme dan katabolisme. Lintas Katabolisme, merupakan fase metabolisme yang bersifat menguraikan atau merombak zatzat kompleks menjadi zatzat sederhana sambil menyadap energi yang dihasilkan dalam proses perombakan. Katabolisme menyebabkan molekul organik nutrien seperti karbohidrat, lipida dan protein yang datang dari lingkungan atau dari cadangan makanan sel itu sendiri terurai di dalam reaksireaksi secara bertahap menjadi produk akhir yang lebih kecil dan sederhana seperti asam laktat, CO2 dan amonia. Proses katabolisme diikuti dengan pelepasan energi bebas yang telah disimpan di dalam struktur kompleks molekul organik yang lebih besar tersebut. Marilah kita amati proses katabolisme dengan teliti. Penguraian enzimatik dari maisngmasing nutrien penghasil energi utama pada sel (karbohidrat, lipid dan protein) berlangsung secara bertahap melalui sejumlah reaksi enzimatik yang berurutan. Terdapat tiga tahap utama dalam katabolisme aerobik seperti yang nampak dalam Gambar 1. Pada tahap I, makromolekul sel dipecah menjadi unitunit pembangun utamanya. Pada tahap II, berbagai produk yang terbentuk di dalam tahap I dikumpulkan dan diubah menjadi sejumlah (lebih kecil) molekulmelekul yang lebih sederhana yaitu aseitlkoenzim A. AsetilKoA, karenanya merupakan produk akhir yang bersifat umum dari tahap II katabolisme. Pada tahap III, gugus asetil dari asetilKoA diberikan kedalam siklus asam sirat yaitu lintas akhir yang bersifat umum yang dilalui oleh nutrien penghasil energi, disini terjadi oksidasi dan menghasilkan produk akhir berupa karbon dioksida, air dan amonia. Lintas Anabolisme, atau yang juga disebut biosintesis yaitu fase pembentukan atau sintesis dari molekul pemula atau unit pembangun yang lebih kecil disusun menjadi makromolekul besar yang merupakan komponen sel, seperti protein dan asam nukleat. IV. REGULASI METABOLISME. A. Metabolisme selalu diatur Sel yang tumbuh secara serempak dapat melangsungkan sintesa ribuan jenis molekul protein dan asam nukleat dalam proporsi yang tepat yang dibutuhkan untuk menyusun protoplasma hidup yang fungsional yang khas bagi spesies masingmasing. Jadi reaksireaksi enzimatis pada

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 2

metabolisme diatur secara cermat, sehingga hanya terdapat jumlah yang dibutuhkan dari tiap jenis molekul unit penyusun dan mengelompokan melekulmolekul ini menjadi sejumlah tertentu dari molekul tiaptiap jenis asam nukleat, protein, lipid dan polisakarida. B. Kontrol dan Regulasi Metabolisme Sel makhluk hidup mengatur jalan metabolismenya sedemikian efisien sehingga tidak ada zat antara atau subsatuan yang dibuat berlebihan. Tiap reaksi metabolisme telah diatur dengan memperhatikan reaksireaksi lain dalam sel serta memperhatikan konsentrasi zat makanan di lingkungannya. Bagiamana metabolisme diatur? Regulasi lintas metabolisme dikontrol oleh tiga jenis mekanisme yang berbeda yaitu melalui (1) pengaturan aktivitas Enzim; (2) pengaturan konsentrasi enzim dan . (3) pengaturan Hormon 1. Regulasi metabolisme oleh aktivitas enzim. Pengaturan melalui aktivitas enzim dilakukan melalui kontrol pengendalian katalisis secara langsung. Regulasi ini dapat dibagi lagi menjadi: (a). Substrat kontrol; (b). Alosterik kontrol atau Feedback inhibition (c). Kontrol integrasi melalui muatan energi dan (d). Modifikasi enzim Substrat kontrol, pengendalian langsung mekanisme katalitik dapat terjadi dengan mengubah konsentrasi substrat. Misalnya, bila konsentrasi substrat bertambah maka laju reaksi meningkat sampai tercapai suatu nilai pembatas. Dan bila produk menumpuk, laju reaksi menurun. Alosterik kontrol atau feedback inhibition, pada sistim ini hasil akhir (end product) akan menghambat pembentukan enzim pertama yang mengawali jalur ini bilamana hasil akhir melebihi yang diperlukan sel. Gambar 1. adalah bagan contoh pengaturan metabolisme melalui penghambatan oleh produk akhir terhadap suatu enzim alosterik atau feedback inhibition. Dalam Gambar 1. dapat dijelaskan, huruf J,K,L dan seterusnya menunjukkan senyawa kimia antara pada lintas ini dan E1 E5 menunjukan enzim yang bekerja pada setiap tahap. Enzim pertama pada lintas ini (E1) adalah enzim alosterik. Enzim ini dihambat oleh produk akhir urutan reaksi.

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 3

Penghambatan alosterik ditunjukkan seperti pada gambar sebelumnya oleh tanda titiktitik yang Gambar 1. Pengaturan lintas katabolik penghambatan kembali oleh produk akhir terhadap enzim alosterik berasal dari metabolit penghambat menuju reaksi yang dikatalis oleh enzim alosterik (E1). Tahap regulasi yang dikatalisis oleh enzim E1 biasanya bersifat tidak dapat balik di dalam sel. Feedback control atau kontrol umpan balik dibedakan atas : 1. Simple feedback 2. Concerted feedback 3. Multiple enzim feedback 4. Commulative feedback Simple feedback: contohnya pada biosintesis asam amino isoleusin (oleh E. coli). Sintesis Isoleusin dihambat oleh aktivitas enzim threonine deaminase (Gambar 2)

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 4

Threonine

Theronine deaminase

Alpaketobutiric acid autohydroxybutiric acid ,dihidroxy, methylvaleric acid ketomethylvaleric acid Isoleucine Gambar 2. Simple feedback inhibition Concerted feedback. Pada kasus ini enzim pengatur pada suatu cabang pathway memiliki tempat ganda (multiple site) untuk efektor alosterik yang berbeda yang akan menghambat aktivitas enzim tersebut. Penghambatan akan terjadi sempurna apabila kedua efektor terdapat pada pathway tersebut. Gambar 3. Concerted feedback inhibition Multiple enzim control, Bentuk kontrol dari sistim ini sedikit berbeda dari yang lain. Enzim yang ada pada cabang patway tidak hanya satu tetapi lebih dari satu bentuk. Masingmasing akan dihambat oleh produk akhir yang berbeda. Contohnya pada sintesis lysine, methyonine dan isoleucine oleh E. coli.

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 5

Gambar 3. Multiple enzym control Comulative feedback, Kontrol ini unik dan melibatkan tidak hanya satu senyawa sebagai produk akhir dari suatu pathway. Enzim alosterik memiliki berbagai tempat untuk mengikat senyawa dari produk akhir pathway. Masingmasing efektor mengambil bagian hanya partial inhibition. Apabila jumlah efektor terakumulasi secara jenuh, maka akan tejadi penghambatan secara sempurna. Contohnya terjadi pada enzim glutamine sintetase yang mengkonversi glutamate menjadi glutamine. Gambar 4. Comulative feedback inhibition Kontrol integrasi melalui muatan energi atau pengendalian yang berkaitan dengan energi. Skema yang memperlihatkan mekanisme pengaturan aktivitas muatan energi dapat dilihat pada Gambar 5.

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 6

Gambar 5. Mekanisme pengaturan aktivitas muatan energi Modifikasi enzim, modifikasi enzim merupakan salah satu dasar biokimia yang menyebabkan resistensi ekstrakromosomal. Modifikasi enzim yang merupakan sasaran dalam sel sehingga mikroba tidak sensitif terhadap inhibitor dan tetap melaksanakan fungsi metabolisme secara normal. Dalam hal ini terjadi kompetisi antara inhibitor dengan substrat normal dan afinitas inhibitor harus lebih besar daripada substrat untuk menimbulkan efek terhadap pertumbuhan sel. Sebagi contoh adalah sulfonamida yang merupakan inhibitor pada enzim yang bekerja pada PABA (asam paraaminobenzoat). (Gambar 6) Gambar 6. Mekanisme Modifikasi enzim

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 7

2. Regulasi metabolisme melalui pengaturan konsentrasi enzim. Pada bagian ini, akan dipelajari tingkat pengontrolan yang lain yang dengan cermat harus dibedakan dari apa yang dibahas sebelumnya. Pengontrolan terhadap enzim tejadi pada tingkat gen yaitu Induksi dan represi enzim yang menyebabkan perubahan laju sintesa enzim dan bekerja pada tingkat gen. Fenomena induksi, represor dari gen yang menghasilkan enzim secara normal berada dalam keadan aktif, misalnya penguraian karbohidrat. Represor ini akan diinaktivasi oleh inducer. Sebagai contoh penguraian laktosa memerlukan betagalaktosidase. Pembetukan enzim ini biasanya dihambat, tetapi bila ada laktosa (induser) maka represor diinaktivasi sehingga terjadi induksi dari gen struktural untuk mensintesis enzim yang diperlukan untuk penguraian laktosa. Represi enzim, represor dari gen yang menghasilkan enzim secara normal berada dalam keadaan inaktif. Enzim ini diaktivasi oleh hasil akhir (end product). Gen regulator pada model induksi (Gambar 7a) menghasilkan suatu model represor yang dapat mencegah produksi enzim. Bila ada penginduksi, penginduksi akan berikatan dengan represor membentuk komplek tidak aktif, yang tidak mengganggu transkripsi DNA selanjutnya. Pada model represi (Gambar 7b) gen regulator harus membentuk kompleks dengan molekul lain untuk menghasilkan represi yang menyebabkan terganggunya transkripsi mRNA. Sebagai contoh tanpa korepresor (histidin dalam contoh diatas) sintesis terus berlanjut. 3. Regulasi metabolisme oleh Hormon. Mekanisme pengaturan hormon dalam mengatur metabolisme melalui pengaturan aktivitas enzim ada dua cara. Mekanisme pertama adalah melalui pengaktifan siklase adenilat. Tanggapan ini diperantarai lewat suatu sisitim duta kedua yang berlokasi di dalam sel sasaran yaitu sistim adenosin monofosfat sikliksiklase adenilat. Seperti diharapkan, hormon yang bekerja dengan cara ini dapat menimbulkan pengaruh dengan cepat. Mekanisme kedua dalam pengaturan aktivitas enzimatik sel sasaran melibatkan induksi sintesis enzim.

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 8

Gambar 7. (a). Suatu penginduksi berperan mengaktifkan represor sehingga

represor tidak terikat pada gen operator dan mencegah sintesis gen struktural. (b). Suatu (ko) represor bergabung dengan aporepresor membentuk represor aktif yang dapat mencegah ekspresi gen struktural dengan cara bergabung pada gen represor. Denagn cara ini sintesa enzim represibel dikendalikan. a. Mekanisme Siklase adenilat. Hormon adalah pembawa pesan kimiawi yang diekskresi oleh berbagai kelenjar endokrin dan diangkut oleh darah menuju jaringan atau organ lain, tempat hormon melakukan rangsangan atau hambatan beberapa aktivitas metabolik spesifik. Banyak hormon termasuk insulin, epinefrin, glukogon, TSH, ACTH, prostaglandin dan vasopresin bekerja pada organ sasarannya dengan pemacuan siklase adenilat, enzim yang terdapat pada sel sasaran. Gambar 8. Contoh pengendalian oleh hormon adrenalin. Gambar 8. Regulasi hormon terhadap suatu reaksi enzimatik

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 9

b. Mekanisme induksi sintesis Enzim Mekanisme ini seluruhnya berbeda dengan mekanisme cAMP yang hampir selalu melibatkan aktivasi enzim yang telah ada. Pada umumnya stimulasi sintesis enzim terinduksi hormon ternyata terjadi lewat mekanisme transkripsi. Dalam mekanisme trasnkripsi, spesifisitas hormonal, ditimbulkan oleh reseptor yang ada di dalam sitoplasma sel sasaran. Penggambaran bagan mekanisme umum kerja hormon lewat perekaman dan induksi sintesis protein disajikan dalam Gambar 9. Gambar 9. Bagan mekanisme transkripsi kerja hormon. V. SISTIM ORGAN A. Metabolisme Pada Tingkat Organ Tiap organ mempunyai fungsi metabolik khusus. Hampir semua sel vertebrata dilengkapi dengan enzimenzim yang sesuai untuk mengkatalisis jalur pusat metabolisme, terutama yang menghasilkan energi dalam bentuk ATP, yang dibutuhkan untuk pengganti glikogen dan simpanan lemak organisme dan untuk pemeliharaan protein serta asamasam nukleatnya. Bagaimana peran masing-masing organ dalam metabolsime energi? Beda organ, beda fungsi fisiologis dan memiliki regulasi sendiri. Organ Hati. Hati mengolah dan melaksanakan distribusi nutrien. Setelah diserap diusus semua nutrien, kecuali sebagaian besar triasilgliserol, langsung menuju hati yang merupakan pusat distribusi utama nutrien pada

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 10

vertebrata. Disini, semua nutrien diolah dan didistribusikan menuju organ dan jaringan lain. Organ otot. Otot merupakan konsumen energi yang utama. Mereka menggunakan glukosa yang disuplai dari dirinya sendiri yaitu dari cadangan glikogen dan sumber energi lain yang disuplai dari jaringan lainnya. Sumber enegi antara lain glukosa, glikogen dari hati, asam lemak, dari jaringan adiposa, dan benda keton. Glycolysis adalah jalur yang memproduksi ATP dalam keadaan puasa pada serat otot. Hasilnya adalah asam laktat, asam laktat ini kemudian digunakan oleh jaringan lain, sebagai contoh otot, otot jantung, dan otak, atau diangkut ke hati di mana diubah kembali menjadi glukosa untuk menyediakan energi bagi otot. Otot yang berkontraksi sangat aktif, kecepatan glikolisis sangat tinggi bila dibandingkan dengan siklus Krebs. Sebagian dari piruvat yang dibentuk pada kondisi ini diubah menjadi asam laktat, diangkut ke hati dan dikonversi kembali menjadi glukosa melalui glukoneogenesis. Sebagian lagi dari piruvat yang dibentuk di dalam otot dikonversi menjadi alanine ( proses transaminasi) dan juga diangkut ke hati untuk konversi menjadi glukosa. Otototot kerangka dapat menggunakan gukosa, asamasam lemak bebas dan badan keton sebagai bahan bakar bergantung pada derajat keaktifanya. Asamasam lemak bebas ini dan badan keton dioksidasikan dan diuraikan untuk menghasilkan asetil KoA yang memasuki siklus sitrat untuk dioksidasi menjadi CO2, demikian juga dengan glukosa diuraikan melalui glikolitik menjadi piruvat, kemudian dioksidasikan menjadi asetil KoA oleh siklus sitrat. Glikogen otot dipecah menjadi laktat melalui glikolisis anaerobik menghasilkan 2 ATP per unit glukosa. Penggunaan glukosa darah dan glikogen otot sebagai bahan bakar darurat bagi aktivitas otot ditingkatkan nyata dengan pengeluaran adrenalin yang merangsang pembentukan glukosa darah dari glikogen di dalam hati dan pemecahan glikogen menjadi laktat di dalam jaringan otot. Otak. Otak dicirikan oleh suatu tingkat respirasi yang sangat tinggi. Mereka mempunyai masa sekitar 2% dari total masa tubuh tetapi menggunakan 20% total konsumsi tubuh. Tingkat di mana otak mengalami metabolisme aerobik adalah tidak terikat pada aktivitas syaraf. Glukosa adalah bahan bakar yang utama yang digunakan oleh otak dan ini disediakan oleh hati melalui peredaran darah. Hanya setelah kelaparan yang lama, pekerjaan otak berubah untuk menggunakan benda ketone sebagai bahan bakar. Otak tidak menyimpan bahan bakar cadangan. Metabolisme otak sangat istimewa dalam beberapa segi. Pertama otak mamalia dewasa biasanya hanya menggunakan glukosa sebagai sumber energi. Kedua, otak melangsungkan suatu metabolisme pernafasan yang sangat aktif, metabolisme tersebut menggunakan 20 persen total oksigen yang digunakan

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 11

oleh orang dewasa dalam keadaan istirahat. Meskipun otak tidak menggunakan asamasam lemak bebas secara langsung atau lipida dari darah sebagai bahan bakar, otak dapat menggunakan betahidroksibutirat darah yang dibentuk dari asamasam lemak di dalam hati. Penggunaan beta hidroksibutirat oleh otak pada keadaan lapar juga mencegah penggunaan protein otot yang melalui glukoneogenesis merupakan sumber utama glukosa bagi otak pada keadaan lapar Jaringan adiposa, Jaringan adiposa yang terdiri dari sel lemak (sel adiposit) tersebar luas di dalam tubuh, dibawah kulit. Walaupun jaringan lemak memberikan kesan tidak reaktif, akan tetapi sebenarnya melakukan metabolisme yang sangat aktif. Jaringan adiposa memberikan respon secara cepat tehadap rangsangan metabolik dan rangsangan hormonal yang terjadi di dalam kerja sama aktif diantara hati, otot kerangka dan jantung. B. Metabolisme pada tingkat Seluler Sel dan komponen Biokimianya. Terdapat dua golongan sel: prokariotik dan eukariorik, yang amat berbeda pada ukuran, struktur internal dan susunan genetik serta metaboliknya. Prokariotik yang terdiri dari bakteri dan ganggang biru merupakan sel kecil sederhana yang secara khas tidak mempunyai membran yang mengelilingi senyawa genetiknya. Sel prokariotik tidak memiliki ruang ruang yang dipisah oleh membran internal tetapi terdapat pengelompokan beberapa sistim enzim sampai tingkat tertentu di dalam bakteri. Komponenkomponen sel prokarotik diantaranya ada dinding sel, membran sel, nukleotida, sitosol, ribosom, granula penyimpan dan flagella. Sel eukariotik yang mencakup hewan dan tumbuhan tingkat tinggi selain jamur, protozoa dan ganggang tingkat tinggi, berukuran jauh lebih besar dan lebih kompleks dibandingkan dengan sel prokariotik. Selain pembungkus sel, sel eukariotik memiliki inti sel yang dikelilingi membran yang mengandung beberapa atau banyak kromosom. Sel ini mengandung organel internal seperti membran plasma, lisosom, sitosol, nukleus, nukleolus, komplek Golgi, badan mikro, ribosom, retikulum endoplasma, mitokondria dan granula glikogen. Lokalisasi Intraseluler Proses Metabolisme. Lintas metabolisme di dalam sel diatur dan dipisahpisakan di dalam sel. Setiap organ mengandung lebih dari satu tipe sel dan tiap sel ditandai dengan jumlah satu atau lebih organel. Ciri arsitektur tipe sel tertentu merupakan paralel dengan ciri kapasitas metaboliknya dan jumlah spesifik komponen khusus dan lintasan biokimia khusus. Sebagai contoh pada sel prokariotik, kebanyakan enzim yang berpartispasi di dalam biosintesis fosfolipid terletak di dalam membran

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 12

sel bakteri. Sedang sel eukariotik, enzim yang mengkatalis lintas metabolik seringkali terletak di dalam organel spesifik atau kompartemennya. Tugas: 1. Jelaskan bagaimana kerja sama metabolik di antara otot kerangka dan Hati dalam hal penyediaan glukosa sebagai sumber energi! 2. Jelaskan, mengapa glukosa merupakan sumber energi utama untuk otak, bagaimana dengan biomelekul yang lain! 3.Sehubungan dengan lokalisasi intraseluler, jelaskan mengapa proses metabolisme (biosintesis maupun katabolisme) biomelukul tidak saling bertabrakan! 4. Glukosa merupakan sumber utama energi bagi bakteri E. coli. Jika sumbernya diganti dengan laktosa, maka E. coli tidak serta merta dapat menggunakannya, karena maslah ketersediaan enzim. Jelaskan mekanisme yang terjadi sehingga E. coli dapat memanfaatkan laktosa.

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 13

Information

REGULASI METABOLISME DAN SISTIM ORGAN

13 pages

Report File (DMCA)

Our content is added by our users. We aim to remove reported files within 1 working day. Please use this link to notify us:

Report this file as copyright or inappropriate

318171


You might also be interested in

BETA
REGULASI METABOLISME DAN SISTIM ORGAN