Bahan Ajar Regulasi Metabolisme Dan Organ

5/25/2018 Bahan Ajar Regulasi Metabolisme Dan Organ

Regulasi metabolisme dan sistem organ: 1

REGULASIMETABOLISMEDANSISTIMORGANREGULASIMETABOLISMEDANSISTIMORGAN

Oleh:

INyomanSuarsana

LaboratoriumBiokimiaVeteriner

FakultasKedokteranHewanUniversitasUdayana

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.

TUJUANDAN

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:

imia dari degradasi zat makanan yang kaya1. Untuk memperoleh energi k

energi.

2. Untuk mengubah melekul nutrien menjadi prekusor unit pembangun bagi

makromolekul sel.

3. Untuk menggabungkan unitunit pembangunini menjadi protein, asamnukleat, lipida, polisakarida dan komponen sel lainya.


i gan: 2Regulasi metabolisme dan s stem or

. Me abolisme selalu diatur

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

tahapII, berbagai produk yang terbentuk di dalam tahap I dikumpulkan dan

diubah menjadi sejumlah (lebih kecil) molekulmelekul yang lebih sederhana

yaitu aseitlkoenzim A. Asetil-KoA, 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 b a o r aerup karb n dioksida, ai dan amoni .

LintasAnabolisme, 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

el, seperti protein dan asam nukleat.s

IV.REGULA

SIMETABOLISME.

A t

Sel yang tumbuh secara serempak dapat melangsungkan sintesa

ribuan jenis molekul protein dan asam nukleat dalam proporsi yang tepatyang dibutuhkan untuk menyusun protoplasma hidup yang fungsional yang

khas bagi spesies masingmasing. Jadi reaksireaksi enzimatis pada



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.

.

1.Regulasimetabolismeolehaktivitasenzim.

Pengaturan melalui aktivitas enzim dilakukan melalui kontrol

pengendalian katalisis secara langsung. Regulasi ini dapat dibagi lagi

menjad

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

i:

(a). Substrat kontrol;

(b). Alosterik kontrol atau Feedback inhibition

elalui muatan energi dan(c). Kontrol integrasi m

(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 hasilakhir (endproduct) akan menghambat pembentukan enzim pertama yangmengawali 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.



Penghambatan alosterik ditunjukkan seperti pada gambar sebelumnya oleh

tanda titiktitik yang

berasal dari metabolit penghambat menuju reaksi yang dikatalis oleh enzim

alosterik (E1). Tahap regulasi yang dikatalisis oleh enzim E1 biasanya

bersifa

Gambar 1. Pengaturan lintas katabolik

penghambatan kembali oleh produk akhir

terhadap enzim alosterik

t tidak dapat balik di dalam sel.

e u kontrol umpan balik dibedakan atas :Fe dback control ata1. Simple feedback2. Concerted feedback

k3. Multiple enzim feedbac

. Commulative feedback4

Simplefeedback: contohnya pada biosintesis asam amino isoleusin(oleh E. coli). Sintesis Isoleusin dihambat oleh aktivitas enzim threoninedeaminase (Gambar 2)



Threonine

Alpaketobutiric acid

autohydroxybutiric acid

,dihidroxy, methylvaleric acid

ketomethylvaleric acid

Isoleucine

Gambar 2. Simplefeedbackinhibition

Theronine deaminase

Concertedfeedback. Pada kasus ini enzim pengatur pada suatu cabangpathway memiliki tempat ganda (multiplesite) untuk efektor alosterik yangberbeda yang akan menghambat aktivitas enzim tersebut. Penghambatan

akan terjadi sempurna apabila kedua efektor terdapat pada pathway tersebut.

Gambar 3. Concerted feedback inhibition

Multipleenzimcontrol, Bentuk kontrol dari sistim ini sedikit berbedadari yang lain. Enzim yang ada pada cabang patway tidak hanya satu tetapilebih dari satu bentuk. Masingmasing akan dihambat oleh produk akhir yang

berbeda. Contohnya pada sintesis lysine, methyonine dan isoleucine oleh E.coli.



Gambar 3. Multiple enzym control

Comulativefeedback, Kontrol ini unik dan melibatkan tidak hanya satusenyawa 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. Apabilajumlah efektor terakumulasi secara jenuh, maka akan tejadi penghambatan

secara sempurna. Contohnya terjadi pada enzim glutamine sintetase yang

mengkonversi glutamate menjadi glutamine.

Gambar 4. ComulativefeedbackinhibitionKontrol integrasi melalui muatan energi atau pengendalian yang

berkaitan dengan energi. Skema yang memperlihatkan mekanisme

pengaturan aktivitas muatan energi dapat dilihat pada Gambar 5.


dan sistem organ: 7

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)

Regulasi metabolisme

Gambar 6. Mekanisme Modifikasi enzim



2.Regulasimetabolismemelaluipengaturankonsentrasienzim.

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

represienzimyang 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 peng r ou aian lakt sa.

Represi enzim, represor dari gen yang menghasilkan enzim secara

normal berada dalam keadaan inaktif. Enzim ini diaktivasi oleh hasil akhir

(endproduct).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.RegulasimetabolismeolehHormon.

Mekanisme pengaturan hormon dalam mengatur metabolisme melalui

pengaturan aktivitas enzim ada dua cara. Mekanisme pertama adalah melalui

pengaktifansiklaseadenilat. Tanggapan ini diperantarai lewat suatu sisitimduta kedua yang berlokasi di dalam sel sasaran yaitu sistim adenosinmonofosfat sikliksiklase adenilat. Seperti diharapkan, hormon yang bekerja

dengan cara ini dapat menimbulkan pengaruh dengan cepat. Mekanisme

kedua dalam pengaturan aktivitas enzimatik sel sasaran melibatkaninduksisintesis enzim.


dan sistem organ: 9

Gambar 7. (a). Suatu penginduksi berperan mengaktifkan represor sehinggarepresor tidak terikat pada gen operator dan mencegah sintesis genstruktural. (b). Suatu (ko) represor bergabung dengan aporepresormembentuk represor aktif yang dapat mencegah ekspresi gen struktural

engan cara bergabung pada gen represor. Denagn cara ini sintesa enzimepresibel dikendalikan.

dr

a.Mek Sanisme iklaseadenilat.

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


dan sistem organ: 10

b.Mek ianismeinduks sintesisEnzim

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.SISTIMORGAN

A. MetabolismePadaTingkatOrganTiap organ mempunyai fungsi metabolik khusus. Hampir semua sel

vertebrata dilengkapi dengan enzimenzim yang sesuai untuk mengkatalisisjalur 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.


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

Bagaimana peran masing-masing organ dalam metabolsime energi? Beda

organ, beda fungsi fisiologis dan memiliki regulasi sendiri.


vertebrata. Disini, semua nutrien diolah dan didistribusikan menuju organ

dan jaringan lain.

Regulasi metabolisme dan sistem or

ikogen 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 tetapimenggunakan 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, otakmelangsungkan suatu metabolisme pernafasan yang sangat aktif,

metabolisme tersebut menggunakan 20 persen total oksigen yang digunakan

gan: 11

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 gl


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 la


par

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. MetabolismepadatingkatSelulerSel 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.

LokalisasiIntraselulerProsesMetabolisme. 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 enzimyang berpartispasi di dalam biosintesis fosfolipid terletak di dalam membran


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,

e obagaimana d ngan bi melekul 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. Jikasumbernya diganti dengan laktosa, maka E. coli tidak serta merta dapatmenggunakannya, karena maslah ketersediaan enzim. Jelaskan mekanisme

yang terjadi sehingga E.colidapat memanfaatkan laktosa.

Documents

Bahan Ajar Regulasi Metabolisme Dan Organ