Metabolisme Lipid

1. Senyawa-senyawa lipid

Terdapat beberapa jenis senyawa-senyawa lipid yaitu:

- Asam lemak, terdiri atas asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh

- Gliserida, terdiri atas gliserida netral dan fosfogliserida

- Lipid kompleks, terdiri atas lipoprotein dan glikolipid

- Non gliserida, terdiri atas sfingolipid, steroid dan malam

a. Asam lemak

Asam lemak merupakan asam monokarboksilat rantai panjang. Adapun rumus umum dari asam lemak adalah: CH3(CH2)nCOOH atau CnH2n+1-COOH. Rentang ukuran dari asam lemak adalah C12 sampai dengan C24. Ada dua macam asam lemak yaitu:

- Asam lemak jenuh (saturated fatty acid)

- Asam lemak ini tidak memiliki ikatan rangkap

- Asam lemak tak jenuh (unsaturated fatty acid)

- Asam lemak ini memiliki satu atau lebih ikatan rangkap

b. Gliserida

1) Gliserida netral (lemak netral)

Gliserida netral adalah ester antara asam lemak dengan gliserol. Fungsi dasar dari gliserida netral adalah sebagai simpanan energi (berupa lemak atau minyak). Setiap gliserol mungkin berikatan dengan 1, 2 atau 3 asam lemak yang tidak harus sama. Jika gliserol berikatan dengan 1 asam lemak disebut monogliserida, jika berikatan dengan 2 asam lemak disebut digliserida dan jika berikatan dengan 3 asam lemak dinamakan trigliserida. Trigliserida merupakan cadangan energi penting dari sumber lipid.

• Lemak

Lemak dan minyak keduanya merupakan trigliserida. Adapun perbedaan sifat secara umum dari keduanya adalah:

- Umumnya diperoleh dari hewan

- Berwujud padat pada suhu ruang

- Tersusun dari asam lemak jenuh

• Minyak

- Umumnya diperoleh dari tumbuhan

- Berwujud cair pada suhu ruang

- Tersusun dari asam lemak tak jenuh

2) Fosfogliserida (fosfolipid)

Lipid dapat mengandung gugus fosfat. Lemak termodifikasi ketika fosfat mengganti salah satu rantai asam lemak. Penggunaan fosfogliserida adalah sebagai komponen penyusun membran sel dan sebagi agen emulsi. Fosfolipid bilayer (lapisan ganda) sebagai penyusun membran sel.

c. Lipid kompleks

Lipid kompleks adalah kombinasi antara lipid dengan molekul lain. Contoh penting dari lipid kompleks adalah lipoprotein dan glikolipid.

Lipoprotein merupakan gabungan antara lipid dengan protein. Gabungan lipid dengan protein (lipoprotein) merupakan contoh dari lipid kompleks.

Kilomikron berfungsi sebagai alat transportasi trigliserid dari usus ke jaringan lain, kecuali ginjal VLDL (very low – density lypoproteins). VLDL mengikat trigliserid di dalam hati dan mengangkutnya menuju jaringan lemak. LDL (low – density lypoproteins). LDL berperan mengangkut kolesterol ke jaringan perifer. HDL (high – density lypoproteins). HDL mengikat kolesterol plasma dan mengangkut kolesterol ke hati.

d. Lipid non gliserida

Lipid jenis ini tidak mengandung gliserol. Jadi asam lemak bergabung dengan molekul-molekul non gliserol. Yang termasuk ke dalam jenis ini adalah sfingolipid, steroid, kolesterol dan malam.

1) Sfingolipid

Sifongolipid adalah fosfolipid yang tidak diturunkan dari lemak. Penggunaan primer dari sfingolipid adalah sebagai penyusun selubung mielin serabut saraf. Pada manusia, 25% dari lipid merupakan sfingolipid.

2) Kolesterol

Kolesterol merupakan bagian dari membran sel Steroid. Kolesterol merupakan jenis lipid yang menyusun membran plasma. Kolesterol juga menjadi bagian dari beberapa hormon. Kolesterol berhubungan dengan pengerasan arteri. Dalam hal ini timbul plaque pada dinding arteri, yang mengakibatkan peningkatan tekanan darah karena arteri menyempit, penurunan kemampuan untuk meregang. Pembentukan gumpalan dapat menyebabkan infark miokard dan stroke.

Beberapa hormon reproduktif merupakan steroid, misalnya testosteron dan progesteron. Progesteron dan testosteron

Steroid lainnya adalah kortison. Hormon ini berhubungan dengan proses metabolisme karbohidrat, penanganan penyakit arthritis rematoid, asthma, gangguan pencernaan dan sebagainya.

3) Kortison (Malam/lilin/waxes)

Malam tidak larut di dalam air dan sulit dihidrolisis. Malam sering digunakan sebagai lapisan pelindung untuk kulit, rambut dan lain-lain. Malam merupakan ester antara asam lemak dengan alkohol rantai panjang. Ester antara asam lemak dengan alkohol membentuk malam.

Lipid yang kita peroleh sebagai sumber energi utamanya adalah dari lipid netral, yaitu trigliserid (ester antara gliserol dengan 3 asam lemak). Secara ringkas, hasil dari pencernaan lipid adalah asam lemak dan gliserol, selain itu ada juga yang masih berupa monogliserid. Karena larut dalam air, gliserol masuk sirkulasi portal (vena porta) menuju hati. Asam-asam lemak rantai pendek juga dapat melalui jalur ini.

2. Pengadaan energi dari lipid

Secara ringkas, hasil akhir dari pemecahan lipid dari makanan adalah asam lemak dan gliserol. Jika sumber energi dari karbohidrat telah mencukupi, maka asam lemak mengalami esterifikasi yaitu membentuk ester dengan gliserol menjadi trigliserida sebagai cadangan energi jangka panjang. Jika sewaktu-waktu tak tersedia sumber energi dari karbohidrat barulah asam lemak dioksidasi, baik asam lemak dari diet maupun jika harus memecah cadangan trigliserida jaringan. Proses pemecahan trigliserida ini dinamakan lipolisis.

Proses oksidasi asam lemak dinamakan oksidasi beta dan menghasilkan asetil KoA. Selanjutnya sebagaimana asetil KoA dari hasil metabolisme karbohidrat dan protein, asetil KoA 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 sebagai trigliserida.

Beberapa lipid non gliserida disintesis dari asetil KoA. Asetil KoA mengalami kolesterogenesis menjadi kolesterol. Selanjutnya kolesterol mengalami steroidogenesis membentuk steroid. Asetil KoA sebagai hasil oksidasi asam lemak juga berpotensi menghasilkan badan-badan keton (aseto asetat, hidroksi butirat dan aseton). Proses ini dinamakan ketogenesis. Badan-badan keton dapat menyebabkan gangguan keseimbangan asam-basa yang dinamakan asidosis metabolik. Keadaan ini dapat menyebabkan kematian.

3. Biosintesa lipid

Biosintesis asam lemak sangat penting, khususunya dalam jaringan hewan, karena mempunyai kemampuan terbatas untuk menyimpan energi dalam bentuk karbohidrat. Proses ini dikatalisis oleh asam lemak synthase, suatu multienzim yang berlokasi di sitoplasma.

a. Biosintesis Asam Lemak Jenuh

Biosintesis asam lemak jenuh dimulai dari acetyl-CoA sebagai starter. Acetyl-CoA ini dapat berasal dari ß-oksidasi asam lemak maupun dari piruvate hasil glikolisis atau degradasi asam amino melalui reaksi pyruvate dehydrogenase. Acetyl-CoA tersebut kemudian ditransport dari mitokondria ke sitoplasma melalui sistem citrate shuttle untuk disintesis menjadi asam lemak. Reduktan NADPH + H+ disuplai dari jalur hexose monophosphate (fosfoglukonat).

Pyruvate hasil katabolisme asam amino atau dari glikolisis glukosa diubah menjadi aecetyl-CoA oleh sistem pyruvate dehydogenase. Gugus acetyl tersebut keluar matriks mitokondria sebagai citrate, masuk ke sitosol untuk sintesis asam lemak. Oxaloacetate direduksi menjadi malate kembali ke matriks mitokondrion dan diubah kembali menjadi malate. Malat di sitosol dioksidasi oleh enzim malat menghasilkan NADPH dan pyruvate. NADPH digunakan untuk reaksi reduksi dalam biosintesis asam lemak sedangkan pyrivate kembali ke matriks mitokondrion.

Asam lemak synthase disusun oleh dua rantai peptida yang identik yang disebut homodimer yang dapat dilihat pada gambar 3.13. Masing-masing dari 2 rantai peptida yang digambarkan sebagai suatu hemispheres tersebut, mengkatalisis 7 bagian reaksi yang berbeda yang dibutuhkan dalam sintesis asam palmitat. Katalisis reaksi multi urutan dengan satu protein mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan beberapa enzim yang terpisah. Keuntungan tersebut antara lain: (1) reaksi-reaksi kompetitif dapat dicegah, (2) reaksi terjadi dalam satu garis koordinasi, dan (3) lebih efisien karena konsentrasi substrat lokal yang tinggi, kehilangan karena difusi rendah.

Enzim kompleks asam lemak synthase bekerja dalam bentuk dimer. Tiap monomernya secara kovalen dapat mengikat substrat sebagai tioester pada bagian gugus –SH. Ada dua gugus –SH yang masing-masing terikat pada residu Cysteine (Cys-SH) pada ß-ketoacyl-ACPSynthase dan 4´-phosphopantetheine (Pan-SH) (Gambar 3.14 (B)). Pan-SH, yang mirip dengan Koenzim A (CoA-SH) (Gambar 3.14 (A)), diikat dalam suatu domain enzim yang disebut acyl-carrier protein (ACP). ACP bekerja seperti tangan yang panjang yang melewatkan substrat dari satu pusat reaksi ke reaksi berikutnya.

b. Biosintesis Asam Lemak Tak Jenuh (Asam monoenoat)

Biosintesis asam lemak tak jenuh yang mempunya ikatan rangkap tunggal (asam monoenoat) dalam jaringan hewan dan tumbuhan berbeda. Dalam jaringan hewan asam palmitat dan asam stearat digunakan sebagau precursor untuk biosintesis asam lemak tak jenuh terutama, asam palmitoleat (C16:1 cis-9) dan asam oleat (C18:1 cis-9). Ikatan rangkap yang terjadi selalu pada posisi 9 dan berbentuk cis.

4. Metabolisme penimbunan triasil gliserol dari jaringan adipose lipid di hati

Triasilgliserol atau trigliserida adalah senyawa lipid utama yang terkandung dalam bahan makanan dan sebagai sumber energi yang penting, khususnya bagi hewan. Sebagian besar triasilgliserol disimpan dalam sel-sel jaringan adiposa, adipocytes. Triasilgliserol secara konstan didegradasi dan diresintesis. Pemrosesan dan distribusi lipid dijelaskan dalam 8 tahap, yaitu:

a. Triasilgliserol yang berasal dari diet makanan tidak larut dalam air. Untuk mengangkutnya menuju usus halus dan agar dapat diakses oleh enzim yang dapat larut di air seperti lipase, triasilgliserol tersebut disolvasi oleh garam empedu seperti kolat dan glikolat membentuk misel.

b. Di usus halus enzim pankreas lipase mendegradasi triasilgliserol menjadi asam lemak dan gliserol. Asam lemak dan gliserol diabsorbsi ke dalam mukosa usus.

c. Di dalam mukosa usus asam lemak dan gliserol disintesis kembali menjadi triasilgliserol

d. Triasilgliserol tersebut kemudian digabungkan dengan kolesterol dari diet makanan dan protein khusus membentuk agregat yang disebut kilomikron.

e. Kilomikron bergerak melalui sistem limfa dan aliran darah ke jaringan-jaringan.

f. Triasilgliserol diputus pada dinding pembuluh darah oleh lipoprotein lipase menjadi asam lemak dan gliserol.

g. Komponen ini kemudian diangkut menuju sel-sel target.

h. Di dalam sel otot (myocyte) asam lemak dioksidasi untuk energi dan di dalam sel adiposa (adipocyte) asam lemak diesterifikasi untuk disimpan sebagai triasilgliserol. Selama olah raga, otot membutuhkan dengan cepat sejumlah energi simpanan. Asam lemak yang disimpan dalam adipocyte dapat dilepaskan dan ditransport ke myocyte oleh serum albumin untuk didegradasi menghasilkan energi. Ada 3 sumber asam lemak untuk metabolisme energi pada hewan, yaitu:

- suplai triasilgliserol dari makanan

- sintesis triasilgliserol dalam hati jika sumber energi internal melimpah

- simpanan triasilgliserol dalam adipocytes.

Untuk proses lipogenesis (sintesis lipid) pada jaringan adiposa, triasilgliserol disuplai dari hati dan usus dalam bentuk lipoprotein, VLDL dan kilomikron. Asam lemak dari lipoprotein dilepaskan oleh lipoprotein lipase yang berlokasi pada permukaan sel-sel endotelial pembuluh kapiler darah. Asam lemak kemudian diubah mejadi triasilgliserol. Proses lipolisis (degradasi lipid) pada jaringan adiposa dikatalisis oleh Hormonesensitive lipase, yang dikontrol oleh hormon, dengan mobilisasi sebagai berikut :

a. Jika glukosa dalam darah rendah, akan memicu pelepasan epinefrin atau glukagon. Kedua hormon meninggalkan aliran darah dan mengikat molekul reseptor yang ditemui di dalam membran adipocyte atau sel lemak.

b. Hal ini menyebabkan adenilat siklase melalui protein G mengubah ATP menjadi cAMP.

c. cAMP kemudian mengaktifkan protein kinase. Protein kinase aktif mengaktifkan triasilgliserol lipase (Hormone-sensitive lipase) melalui forforilasi.

d. Protein kinase aktif juga mengkatalisis fosforilasi molekul perilipin pada permukaan butiran lemak (lipid droplet) sehingga triasilgliserol lipase dapat mengakses permukaan butiran lemak.

e. Selanjutnya triasilgliserol diuraikan menjadi asam lemak bebas dan gliserol oleh triasilgliserol lipase.

f. Molekul asam lemak yang dihasilkan dilepaskan dari adipocyte dan diikat oleh protein serum albumin dalam darah untuk diangkut melalui pembuluh darah menuju myocyte (sel otot) jika dibutuhkan. Jumlah asam lemak yang dilepaskan oleh jaringan adiposa ini tergantung pada aktivitas triasilgliserol lipase. Hanya asam lemak rantai pendek yang dapat larut dalam air, sedangkan asam lemak rantai panjang tidak. Oleh karena itu untuk pengangkutannya asam lemak rantai panjang diikatkan pada serum albumin.

g. Asam lemak tersebut dilepaskan dari albumin dan masuk ke myocyte melalui transport khusus.

h. Di myocyte asam lemak mengalami ß-oksidasi yang menghasilkan CO2 dan energi ATP.

Jaringan menangkap asam lemak dari aliran darah untuk dibangun kembali menjadi lipid atau untuk memperoleh energi dari oksidasinya. Metabolisme asam lemak intensif khususnya di dalam sel hati (hepatocytes). Proses terpenting dari degradasi asam lemak adalah ß-oksidasi yang terjadi di dalam mitokondria. Asam lemak dalam sitoplasma diaktifkan dengan mengikatkannya pada coenzyme A, kemudian dengan sistem transport karnitin masuk ke mitokondria untuk didegradasi menjadi acetyl-CoA melalui proses ß-oksidasi. Residu acetyl hasil dapat dioksidasi lanjut menjadi CO2 melalui TCA dan rantai respirasi dengan menghasilkan ATP. Jika produksi acetyl-CoA melebihi kebutuhan energi sel hepatocyte akan diubah menjadi keton bodi untuk mensuplai energi pada jaringan lain. Hal ini terjadi jika suplai asam lemak dalam plasma darah tinggi, misal dalam kondisi kelaparan atau diabetes mellitus.

Biosintesis asam lemak terjadi di sitoplasma, khususnya di hati, jaringan adiposa, ginjal, paru-paru, dan kelenjar mammae. Pensuplai karbon yang paling penting adalah glukosa. Akan tetapi prekursor asetyl-CoA yang lain seperti asam amino ketogenik dapat digunakan. Mula-mula acetyl-CoA dikarboksilasi menjadi malonil CoA, kemudian dipolimerisasi menjadi asam lemak. Asam lemak selanjutnya diaktivasi dan disintesis menjadi lipid (triasilgliserol) dengan gleserol 3-fosfat. Untuk mensuplai jaringan lain, lipid tersebut dipak ke dalam kompleks lipoprotein (VLDL) oleh hepatocyte dan dilepaskan ke dalam darah.

5. Pencernaan dan penyerapan di usus

Untuk memudahkan pencernaan dan penyerapan lemak, maka proses tersebut dibantu oleh garam empedu yang dihasilkan oleh kelenjar hepar (hati). Garam empedu memiliki efek deterjen, yaitu memecah globulus-globulus lemak besar menjadi emulsi lemak yang lebih kecil (proses emulsifikasi). Pada emulsi tersebut, lemak akan terperangkap di dalam molekul hidrofobik garam empedu, sedangkan molekul hidrofilik garam empedu berada di luar. Dengan demikian lemak menjadi lebih larut dalam air sehingga lebih mudah dicerna dan meningkatkan luas permukaan lemak untuk terpajan dengan enzim lipase.

Setelah lemak (trigliserida) dicerna oleh lipase, maka monogliserida dan asam lemak yang dihasilkan akan diangkut ke permukaan sel dengan bantuan misel (micelle). Misel terdiri dari garam empedu, kolesterol dan lesitin dengan bagian hidrofobik di dalam dan hidrofilik di luar (permukaan). Monogliserida dan asam lemak akan terperangkap di dalam misel dan dibawa menuju membran luminal sel-sel epitel. Setelah itu, monogliserida dan asam lemak akan berdifusi secara pasif ke dalam sel dan disintesis kembali membentuk trigliserida. Trigliserida yang dihasilkan akan dibungkus oleh lipoprotein menjadi butiran kilomikron yang larut dalam air. Kilomikron akan dikeluarkan secara eksositosis ke cairan interstisium di dalam vilus dan masuk ke lakteal pusat (pembuluh limfe) untuk selanjutnya dibawa ke duktus torasikus dan memasuki sistem sirkulasi.

Selain lipase, terdapat enzim lain untuk mencerna lemak golongan nontrigliserida seperti kolesterol ester hidrolase (untuk mencerna kolesterol ester) dan fosfolipase A2 (untuk mencerna fosfolipase). Khusus untuk asam lemak rantai pendek/sedang dapat langsung diserap ke vena porta hepatika tanpa harus dikonversi (seperti trigliserida), hal ini disebabkan oleh sifatnya yang lebih larut dalam air dibandingkan dengan trigliserida.

6. Pengangkutan lipid antar jaringan

a. Kilomikron

Merupakan transport lemak dari mukosa usus ke jaringan. Pemecahan dibantu enzim lipase lipoprotein. kilomikron dipecah menjadi asam lemak dan gliserol. Asam lemak selanjutnya masuk ke otot untuk dimanfaatkan energinya atau disimpan dalam bentuk lemak di jaringan adiposa.

b. VLDL

Merupakan transport lemak dari hati kejaringan. VLDL mengalami pengubahan menjadi LDL. Asam lemak masuk ke otot dan jaringan adiposa sedangkan gliserol dan LDL kembali ke hati.

c. HDL

Merupakan transport fosfolipid da kolesterol ke hati.

METABOLISME PROTEIN DAN ASAM AMINO

1. Pencernaan dan absorpsi protein
a. Pencernaan protein
Proses pencernaan protein yang pertama berlangsung dalam lambung. Di sini pepsin mencernakan protein dengan memutuskan ikatan peptida yang ada di sisi NH2 bebas dari asam-asam amino aromatik (fenilaalanin, tirosin, triptofan), hidrofobik (leusin, isoleusin, metionin) atau dikarboksilat (glutamat dan aspartat). PH optimum ialah 2, sehingga aktifitasnya yang tertinggi ialah di dalam lambung. Enzim ini tidak bekerja lagi bila berada pada pH yang tinggi seperti yang terdapat di dalam usus halus.
Pepsin disekresikan sebagai enzim ogen yang bernama pepsinogen. Pengaktifannya menjadi pepsin dilakukan oleh asam lambung dan secara otokatalisis juga oleh pepsin itu sendiri yang sudah terbentuk. Pada proses pengaktifan ini, dilepaskan 42 asam amino dari ujung NH2 bebas pada molekul \imogen tadi. Peristiwa ini mengubah konformasi dan mengaktifkan protein tersebut.
Oleh karena pH yang rendah dari lambung sangatlah musthak bagi kerja enzim dan pada kenyataannya mampu pula menghidrolisis beberapa ikatan peptida, maka perlu pulalah agaknya diuraikan secara singkat bagaimana pHyang tidak lazim ini dicapat ion H dalam lambung adalah hasil sekresi sel-sel parital. Peristiwa sekresi ini berlangsung dengan melawan gradien, karena konsentrasi H+ di dalam sel ialah sebesar 10-7 M, sedangkan di luar sel lambung sebesar 10-1M. Dengan demikian jelaslah bahwa proses ini memerlukan energi, yang pada kenyataannya didapat dengan cara hidrolisis ATP. Hidrolisis ATP ini dikaitkan dengan pertukaran K+ dengan H+. H+ intrasel berasal dari reaksi yang berkaitan dengan anhidrase karbonat.
Histamin meningkatkan proses sekresi H+ dengan cara meningkatkan konsentrasi cAMP intrasel. Ini pada gilirannya mengaktifkan suatu kinase protein. Melalui suatu jeram reaksi yang mirip dengan yang ditemukan pada metabolisme glikogen, kinase tersebut memfosforilasikan anhidrase karbonat sehingga aktifitasnya pun bertambah. Zat seperti kafein yang menghambat pemecahan cAMP meningkatkan sekresi asam lambung. Hormon gastrin menyebabkan hal yang sama. Enzim ini bekerja dengan cara mengaktifkan enzim histidin dekarboksilase sehingga terbentuklah histamin. Akibatnya, segala peristiwa yang telah diuraikan tadi meningkat dan hasil akhirnya ialah meningkatnya produksi asam lambung.
Selain pepsin, lambung juga mensekresikan enzim rennin, yang mengkoagulasikan susu. Hal ini penting bagi anak kecil karena peristiwa ini mencegah pengosongan lambung yang terlalu cepat. Dengan bantuan kalsium, kasein yang terdapat di dalam susu diubah oleh rennin menjadi parakasein, yang selanjutnya dihidrolisis oleh pepsin. Di dalam usus, protein diolah oleh sejumlah enzim yang disekresikan oleh pancreas, yaitu tripsin, kimotripsin, karboksipeptidase dan elastase. Semua enzim ini disekresikan dalam bentuk zimogen. Enteropeptidase atau enterokinase mampu mengubah tripsinogen menjadi tripsin. Sebaliknya tripsin yang sudah aktif ini akan mengaktifkan enzim-enzim lain yang masih berbentuk zimogen, yaitu kimotripsinogen, prokarboksipeptidase dan poelastase. Tripsin memutus ikatan peptida yang dibentuk oleh asam-asam amino basa. Kimotripsin memutus ikatan peptida yang dibentuk oleh asam amino aromatik, sedangkan elastase selanjutnya bekerja terhadap ikatan peptida yang dibentuk asamamino alifatik. Babungan hasil kerja enzim ini ialah monopeptida, dipeptida dan tripeptida. Selanjtnya yang bekerja ialah enzim karboksipeptidase yang bekerja memutus satu demi satu ikatan peptida yang tersisa pada berbagai peptida tadi, dari sisi gugus karboksil bebas; dan juga enzim aminopeptidase yang bekerja dengan cara yang sama dari sisi gugus amino bebas.
Tripsin, kimotripsin dan elastase mempunyai serin pada situs katalitik masingmasing dan karena itu enzim-enzim ini dikelompokkan dalam robongan protease serin. Selama proses hidrolisis oleh enzim-enzim tersebut berlangsung, ujung karboksil dari suatu asam amino terikat secara kovalen dengan residu serin yang ada di situs katalitik. Bagian lain dari peptida atau protein yang dioleh dibebaskan oleh enzim. Sesudah hidrolisis ester serin tersebut oleh air, reaksipun selesai. Berbagai protease serin dapat dibuat tidak aktif dengan cara mengikatnya secara kovalen dengan diisopropilfluorofosfat.
Secara sederhana pencernaan protein dapat digambarkan :
HCL lambung:
1. Mengaktifkan proenzim
2. Denaturasi protein
3. Ph optimum pepsin akan menghidrolisis protein dalam lambung selanjutnya pencernaan diteruskan dalam usus oleh enzim-enzim endopeptidase lainnya dan enzim-enzim eksopeptidase. Dipeptida dicerna oleh dipeptidase. Asam amino yang terbentuk akan diserap masuk ke dalam darah. Rennin: koagulasi susu pada hewan muda atau bayi.

b. Absorpsi Protein
Protein merupakan suatu bahan yang penting dalam tubuh karena fungsinya yang beragam, terutama sebagai struktural tubuh, katalitik, dan sinyal dalam jaras tubuh. Sumber C dan N dari protein dapat digunakan untuk sintesis protein dan asam amino baru serta rangka karbonnya sebagai senyawa antara dalam metabolisme karbohidrat dan lipid. Gugus NH2 dari asam amino akan masuk ke dalam sintesis urea (ureotelik). Enzim yang digunakan untuk memecah protein (protease/peptidase) disintesis dan disekresi dalam bentuk inaktif yang disebut proenzim atau zimogen.
Absorpsi peptida dalam jumlah besar dapat menyebabkan reaksi imunologik. Hal ini diakibatkan polipeptida yang tidak tercerna akibat defek sel mukosa usus berakibat dapat diserapnya fragmen protein dengan ukuran molekul lebih besar daripada asam amino yang diserap oleh usus ke dalam sirkulasi darah sehingga dapat memicu terbentuknya antibodi. Peptida tersebut diserap melalui jalur paraselular (persorpsi) atau melalui alur yang terdapat diantara sel enterosit.

2. Biosintesa dan asam amino

Semua jaringan memiliki kemampuan untuk men-sintesis asam amino non esensial, melakukan remodeling asam amino, serta mengubah rangka karbon non asam amino menjadi asam amino dan turunan lain yang mengandung nitrogen. Tetapi, hati merupakan tempat utama metabolisme nitrogen. Dalam kondisi surplus diet, nitrogen toksik potensial dari asam amino dikeluarkan melalui transaminasi, deaminasi dan pembentukan urea. Rangka karbon umumnya diubah menjadi karbohidrat melalui jalur glukoneogenesis, atau menjadi asam lemak melalui jalur sintesis asam lemak. Berkaitan dengan hal ini, asam amino dikelompokkan menjadi 3 kategori yaitu asam amino glukogenik, ketogenik serta glukogenik dan ketogenik.
Asam amino glukogenik adalah asam-asam amino yang dapat masuk ke jalur produksi piruvat atau intermediat siklus asam sitrat seperti α-ketoglutarat atau oksaloasetat. Semua asam amino ini merupakan prekursor untuk glukosa melalui jalur glukoneogenesis. Semua asam amino kecuali lisin dan leusin mengandung sifat glukogenik. Lisin dan leusin adalah asam amino yang semata-mata ketogenik, yang hanya dapat masuk ke intermediat asetil KoA atau asetoasetil KoA.
Sekelompok kecil asam amino yaitu isoleusin, fenilalanin, threonin, triptofan, dan tirosin bersifat glukogenik dan ketogenik. Akhirnya, seharusnya kita kenal bahwa ada 3 kemungkinan penggunaan asam amino. Selama keadaan kelaparan pengurangan rangka karbon digunakan untuk menghasilkan energi, dengan proses oksidasi menjadi CO2 dan H2O.
Dari 20 jenis asam amino, ada yang tidak dapat disintesis oleh tubuh kita sehingga harus ada di dalam makanan yang kita makan. Asam amino ini dinamakan asam amino esensial. Selebihnya adalah asam amino yang dapat disintesis dari asam amino lain. Asam amino ini dinamakan asam amino non-esensial.
Asam amino non-esensial Alanine, Asparagine, Aspartate, Cysteine, Glutamate, Glutamine, Glycine, Proline, Serine, Tyrosine
Asam amino esensial Arginine*, Histidine, Isoleucine, Leucine, Lysine, Methionine*, Phenylalanine*, Threonine, Tyrptophan, Valine

Biosintesis glutamat dan aspartat
Glutamat dan aspartat disintesis dari asam α-keto dengan reaksi tranaminasi sederhana. Katalisator reaksi ini adalah enzim glutamat dehidrogenase dan selanjutnya oleh aspartat aminotransferase, AST.

Reaksi biosintesis glutamat
Aspartat juga diturunkan dari asparagin dengan bantuan asparaginase. Peran penting glutamat adalah sebagai donor amino intraseluler utama untuk reaksi transaminasi. Sedangkan aspartat adalah sebagai prekursor ornitin untuk siklus urea.

3. Keseimbangan nitrogen
Sejumlah nitrogen (antara lain urea) dalam urine merupakan indikator jumlah asam amino yang dioksidasi. Jika jumlah nitrogen urine sama dengan jumlah nitrogen protein yang terdapat dalam makanan, maka orang tersebut dalam keadaan keseimbangan nitrogen. Tetapi jika jumlah nitrogen dalam urine melebihi jumlah nitrogen dalam protein makanan maka disebut keseimbangan nitrogen makanan. Contohnya saat kelaparan dan produksi insulin menurun.
a. Mineral
Mineral adalah bahan anoganik, bahan kimia yang didapat makhluk dari alam, yang asalnya ialah dari tanah. Ada yang larut dalam air lalu masuk tubuh lewat air minum atau air yang dipakai untuk mencuci sayur dan memasak. Mineral itu biasanya masuk tubuh dalam bentuk garam, dan lalu digunakan dalam bentuk elektrolit. Elektrolit ialah bentuk ion dari mineral itu, bermuatan listrik positif (+) atau negatif (-) Ada sebagian mineral itu dipakai sel sebagai poros atau inti suatu molekul, ada pula dipakai untuk menghubungkan suatu cabang ke batang suatu molekul. Banyak unsur dalam tanah itu masuk tubuh lewat salur pencernaan begitu saja, tanpa diabsorpsi dinding usus. Lalu keluar lagi bersama tinja. Jika mineral itu masuk tubuh lewat bukan lewat saluran makanan, tetapi lewat saluran napas, itu sering akan melekat dan mengendap di antara sel-sel alveolus. Jika mineral itu melekat pada silia saluran napas akan dicoba kayuhkan lagi ke luar tubuh lewat tekak dan keluar berupa dahak, ingus, atau masuk saluran cerna. Sayang silia hanya terdapat pada ranting tenggorokan, tidak ada pada alveolus (gelembung paru). Alveolus ialah tempat pengikatan oksigen oleh darah lalu diangkut ke semua sel. Ada di antara mineral itu berada dalam debu yang sangat halus atau berupa jelaga dalam asap knalpot kenderaan atau cerobong pabrik, yang dapat terhirup bersama gas pernapasan hingga mencapai alveolus. Karena itu setelah lengket di sana tidak bisa lagi dikeluarkan lewat tekak. sel-sel peronda pun, makrofaga, bekerja keras seperti tukang sapu jalan raya dan taman kota. Makrofag itu bertindak sebagai penyedot debu. Di dalam sitoplasma makrofoga itu banyak terdapat lisosom yang bekerja untuk mencernakan bahan yang disedot. Tetapi sayang makrofoga itu hanya beraninya saja, mereka tak punya enzim untuk mengurai mineral dan jelaga. Maka lisosom di dalam sitoplasma makrofoga itu pun makin lama makin gembung lalu pecah. Makrofaganya sendiri pun mati. Bangkai makrofoga itu dimakan lagi oleh makrofoga lain yang masih hidup. Demikianlah terus berlangsung dalam paru. Mineral yang tidak bisa dicerna dan akan tetap berada dalam relung paru ialah pasir, kapur, dan serat abses. Di antara ketiga mineral itu sesungguhnya Ca (calsium, kalsium, zat kapur) penting sekali bagi tubuh, jika masuk lewat saluran cerna. Tetapi, dalam paru tidak bisa dicernakan atau dibuang. Mineral itu pun menumpuk sehingga pada suatu ketika mengganggu kesehatan (calicosis, silicosis, absbestosis). MINERAL yang masuk tubuh lewat makanan sebagian diabsorpsi oleh dinding usus. dan digunakan untuk berbagai kebutuhan hidup. Mineral yang digunakan oleh tubuh ialah : Fe (ferum, zat besi), Ca (calsium, zat kapur), Na (natrium), K (kalium), Cl (chlor), Mg (magnesium), P (phosphor), fosfor), S (sulfur, belerang), Zn (zink, seng) I (iodium), F (flor), Co (cobalt), dan St (srontium).
Fe: banyak terdapat dalam hati, telur, ikan, lokan, kacang-kacangan, sayur, dan sereal. Dalam lambung bereaksi dengan asam lambung HCL membentuk FeCL2. Sekitar 60 persen Fe yang diabsorpsi usus dipakai untuk membuat hemoglobin (Hb), 20 persen lainnya untuk membuat mioglobin otot, dan dalam enzim pernapasan, dan 20 persen lagi disalurkan kedalam hati, limpa, dan sumsum tulang. Dalam sumsum disimpan sebagai ferretin dan hemosiderin. Fe yang keluar dari penghancuran eritrosit tidak dibuang, tetapi disimpan berupa ferritin dan hemosiderin juga, lalu dipakai lagi ntuk membikin Hb baru. Sel mukosa usus mengandung apoferritin, lalu gabung dengan Fe yang kemudian diabsorpsi menjadi ferritin. Masuk darah, Fe gabung dengan protein darah globulin membentuk transferrin. Yang di absorpsi dari usus sedikit saja, sebagian besar Fe dalam makanan keluar tubuh lagi. Jadi secara biasa sesungguhnya tubuh tidak kekurangan unsur ini. Wanita yang sedang haid banyak Fe keluar tubuh, karena itu ia perlu cukup makanan yang mengandung unsur ini. Makanan sehari-hari yang bervariasi sudah cukup memelihara kesehatan tubuh. Jika defisiensi terjadi anemia atau kurang darah (maksudnya eritrosit). Suplemen unsur ini ialah berupa Fe-sulfat. Sehari-hari unsur ini jika kelebihan keluar lewat tinja, keringat, dan bulu atau rambut yang gugur.
Ca : Masuk tubuh lewat makanan dan minuman, seperti susu, keju, sayur, telur, mentega, kacang-kacangan, wortel, dan jeruk. Banyak pula terkandung dalam air putih biasa. Sulit diabsorpsi dari usus, hanya lebih kurang separuh dari yang dimakan dimanfatkan, selebihnya dibuang lewat tinja. Absorpsi dalam usus kurang jika tubuh kurang vitamin D. Dalam darah terdapat dalam plasma. Sebagian dalam bentuk ion, sebagian gabung dengan protein. Kadar Ca darah dikontrol tetap oleh hormon paratormon yang digetahkan kelenjar anak gondok. Ca kelebihan dalam jaringan dibuang selain lewat tinja, juga lewat kemih. Ca berguna untuk membentuk tulang dan gigi. Peranannya yang sangat penting ialah untuk memelihara kelancaran perangsangan saraf dan kerutan otot. Jika defisiensi tulang dan gigi jadi rapuh atau lunak, Rambatan perangsangan juga terganggu, menyebabkan otot suka semut-semutan lalu kejang-kejang. Pada wanita hamil dan menyusui, jika pasokan dari makanan kurang, tulang jadi lunak dan tipis, karena unsur ini banyak diabsorpsi untuk kebutuhan janin atau bayi. Dalam air susu ibu banyak sekali terkandung unsur ini, yaitu 1 gram per 1.000 ml. Unsur ini juga berperan dalam proses pembekuan darah dan pembekuan susu. Maka jika defisiensi menyebabkan pembekuan jadi lambat. Pada bayi air susu sulit bergumpal, sehingga sulit pula dicernakan.
P : Untuk memegang peran utama dalam membina struktur dan fisiologi tubuh makhluk. ATP, asam nukleat, membran, protein, dan berbagai enzim mengandung P dalam bentuk ikatan fosfat. Untuk melepaskan glukosa dari glikogen sebagai sumber energi dan untuk mengubah glukosa jadi glukogen yanag akan disimpan dalam hati dan otot, perlu gugus fosfat sebagai pelaksana reaksi. Unsur ini diabsorpsi tubuh dari usus berupa ion fosfat. Ion ini ada yang bergabung dengan bahan anorganik ada pula dengan organik. Bahan organik, misalnya, dalam kasein susu, fosfolipida, dan asam nukleat. Sumber P yang penting ialah susu, keju, telur, daging, ikan, sereal, dan sayur. Dalam sereal unsur ini berada dalam asam fitat, tetapi dalam bentuk ini sulit diabsorpsi. Lagi pula asam ini dapat menghalangi diabsorpsi Fe dan Ca. Gandum mengandung enzim fitase, yang merombak asam fitat menjadi inositol dan asam fosfat. Dalam bentuk garam anorganik unsur ini mudah diabsorpsi dari usus. Dalam darah sangat penting, ikut membina eritrosit dan plasma darah. Kelebihan P sebagian besar dibuang lewat kemih, sebagian kecil lewat tinja. P juga bertindak sebagai dapar dalam darah dan cairan tubuh. Kebutuhan sehari-hari meningkat pada wanita hamil dan menyusukan. Enzim fosfatase memecah fosfoglukosa jadi glukosa dan asam fosfat. Dalam tulang rawan penting untuk proses pembentukan tulang. Unsur ini juga perlu memelihara kelancaran fungsi ginjal menyaring ampas metabolisme untuk jadi kemih. Enzim fosfatase juga penting digetah kelenjar prostat ke dalam air mani. Pada darah pasien kanker prostat kadar enzim ini tinggi, karena itu dapat dipakai sebagai diagnosa apakah prostat seorang pria sudah mengangker atau belum. Tulang mengandung sekitar 60 persen garam anorganik P dan 40 persen garam organik, terutama dalam bentuk osein. Selain itu dalam tulang ada berbagai unsur mineral lain, yaitu Ca, Mg, Na, K, Str, dan Fe. Mineral dalam tulang berupa apatit, garam Ca-fosfat, dan kapur (CaCO3). Gigi juga banyak mengandung P. Lapisan email dan dentin mengandung Ca-fosfat berkadar tinggi, tetapi lebih rendah kadar CaCO3 dibanding tulang. Mineral tulang, termasuk garam fosfat, terus menerus mengalami perombakan-penumpukan, sesuai dengan kebutuhan dalam metabolisme tubuh.
Mg: Sebagian besar terkandung dalam tulang. Juga berperan untuk kelancaran pekerjaan berbagai enzim. Banyak terdapat dalam makanan berupa sayur dan buah. Jika sumber dari hewan, banyak terdapat dalam susu, ikan, dan daging.
I: Penting untuk membikin hormon tiroksin yang dihasilkan oleh kelenjar gondok. Sumber terutama ikan laut, kerang, dan agar. Anak, ibu hamil dan sedang menyusukan perlu lebih banyak unsur ini dari pada orang dewasa biasa. Rakyat kita kini diharuskan pemerintah dipasok oleh unsur lewat garam dapur. Jika defisiensi timbul penyakit gondok dan pertumbuhan anak terhambat atau terganggu.
F: Terdapat dalam jaring lunak, tulang dan gigi. Unsur ini banyak terkandung dalam air minum. Jika minum air yang mengandung banyak F berlebihan maka gigi jadi rusak dan berwarna cokelat. Namun jika masuk tubuh secara biasa, artinya dalam kadar normal, unsur ini perlu untuk pertumbuhan dan pemeliharaan gigi.
Na: Biasa didapat tubuh dari makanan laut, dalam senyawa dengan Cl (khlor) berupa garam dapur (NaCl). Orang butuh pasokan garam dapur secara teratur tiap hari, dan ini sudah dirasakan oleh penduduk dunia sejak zaman purba.
K: Bekerja sama dengan Na mengatur keseimbangan kadar air sel, dan bersama Na berguna pula untuk mengatur kelancaran keluar-masuk zat makanan dari/ke dalam sel.
N: Berguna untuk membentuk protein, ATP, dan asam nukleat. Tak ada ketiga unsur ini maka tak terbentuk sel, berarti tak ada kehidupan. Unsur ini banyak terkandung dalam sayur, buah, umbi, dan biji. Biasanya masuk tubuh dalam bentuk nitrat (NO3-). Di udara banyak terkandung unsur ini dalam bentuk N2. Oleh kilat dan petir, dan oleh bantuan bakteri, N2 di udara diubah jadi NO3-, barulah bisa diisap oleh akar tumbuhan, lalu dipakai untuk menyintesa protein, asam nukleat, vitamin, dan beberapa bahan organik lain. Manusia biasa memberi tumbuhan pupuk yang mengandung banyak nitrat yang dibikin di pabrik, disebut pupuk nitrat. Kelebihan atau jika tergabung dalam ampas metabolisme, unsur ini dibuang dalam bentuk amoniak (NH3), asam urat, dan urea.
Co : penting untuk membuat vitamin B12 (cobalamin). Cu perlu untuk pembikinan pigmen Hb. Meski unsur ini tidak ikut membina Hb tetapi untuk pembikinannya unsur ini mutlak harus ada. Darah hewan rendah berwarna biru, karena pigmen pernapasannya mengandung Cu, sebagai ganti Fe pada hewan tinggi yang membuat darah berwarna merah.
Zn : untuk kelancaran produksi mani. Jika kadar unsur ini kurang dalam tubuh satu indikasi keinfertilan seorang pria.
S : banyak bertindak untuk menjembatani berbagai cabang dengan untaian asam-asam amino suatu molekul protein. Molekul imunoglobulin yang berbentuk seperti huruf Y itu, adalah contoh protein yang memiliki jembatan yang dibina atas unsur S.
b. Vitamin
Vitamin (bahasa Inggris: vital amine, vitamin) adalah sekelompok senyawa organik amina berbobot molekul kecil yang memiliki fungsi vital dalam metabolisme setiap organisme, yang tidak dapat dihasilkan oleh tubuh. Nama ini berasal dari gabungan kata bahasa Latin vita yang artinya “hidup” dan amina (amine) yang mengacu pada suatu gugus organik yang memiliki atom nitrogen (N), karena pada awalnya vitamin dianggap demikian. Kelak diketahui bahwa banyak vitamin yang sama sekali tidak memiliki atom N. Dipandang dari sisi enzimologi (ilmu tentang enzim), vitamin adalah kofaktor dalam reaksi kimia yang dikatalisasi oleh enzim. Pada dasarnya, senyawa vitamin ini digunakan tubuh untuk dapat bertumbuh dan berkembang secara normal. Terdapat 13 jenis vitamin yang dibutuhkan oleh tubuh untuk dapat bertumbuh dan berkembang dengan baik. Vitamin tersebut antara lain vitamin A, C, D, E, K, dan B (tiamin, riboflavin, niasin, asam pantotenat, biotin, vitamin B6, vitamin B12, dan folat). Walau memiliki peranan yang sangat penting, tubuh hanya dapat memproduksi vitamin D dan vitamin K dalam bentuk provitamin yang tidak aktif. Oleh karena itu, tubuh memerlukan asupan vitamin yang berasal dari makanan yang kita konsumsi. Buah-buahan dan sayuran terkenal memiliki kandungan vitamin yang tinggi dan hal tersebut sangatlah baik untuk tubuh. Asupan vitamin lain dapat diperoleh melalui suplemen makanan. Vitamin memiliki peranan spesifik di dalam tubuh dan dapat pula memberikan manfaat kesehatan. Bila kadar senyawa ini tidak mencukupi, tubuh dapat mengalami suatu penyakit. Tubuh hanya memerlukan vitamin dalam jumlah sedikit, tetapi jika kebutuhan ini diabaikan maka metabolisme di dalam tubuh kita akan terganggu karena fungsinya tidak dapat digantikan oleh senyawa lain. Gangguan kesehatan ini dikenal dengan istilah avitaminosis. Contohnya adalah bila kita kekurangan vitamin A maka kita akan mengalami kerabunan. Di samping itu, asupan vitamin juga tidak boleh berlebihan karena dapat menyebabkan gangguan metabolisme pada tubuh.
Berbagai vitamin Secara garis besar, vitamin dapat dikelompokkan menjadi 2 kelompok besar, yaitu vitamin yang larut dalam air dan vitamin yang larut dalam lemak. Hanya terdapat 2 vitamin yang larut dalam air, yaitu B dan C, sedangkan vitamin lainnya, yaitu vitamin A, D, E, dan K bersifat larut dalam lemak. Vitamin yang larut dalam lemak akan disimpan di dalam jaringan adiposa (lemak) dan di dalam hati. Vitamin ini kemudian akan dikeluarkan dan diedarkan ke seluruh tubuh saat dibutuhkan. Beberapa jenis vitamin hanya dapat disimpan beberapa hari saja di dalam tubuh, sedangkan jenis vitamin lain dapat bertahan hingga 6 bulan lamanya di dalam tubuh. Vitamin-vitamin ini disimpan dalam jaringan lemak agar sulit diekskresikan sehingga bila dikonsumsi dalam jumlah banyak dapat menimbulkan keracunan yang disebut Hypervitaminosis. Berbeda dengan vitamin yang larut dalam lemak, jenis vitamin larut dalam air hanya dapat disimpan dalam jumlah sedikit dan biasanya akan segera hilang bersama aliran makanan. Saat suatu bahan pangan dicerna oleh tubuh, vitamin yang terlepas akan masuk ke dalam aliran darah dan beredar ke seluruh bagian tubuh. Apabila tidak dibutuhkan, vitamin ini akan segera dibuang tubuh bersama urin. Oleh karena hal inilah, tubuh membutuhkan asupan vitamin larut air secara terus-menerus. Vitamin ini berfungsi sebagai koenzim untuk memperlancar metabolisme.
Vitamin A, yang juga dikenal dengan nama retinol, merupakan vitamin yang berperan dalam pembentukkan indra penglihatan yang baik, terutama di malam hari, dan sebagai salah satu komponen penyusun pigmen mata di retina. Selain itu, vitamin ini juga berperan penting dalam menjaga kesehatan kulit dan imunitas tubuh. Vitamin ini bersifat mudah rusak oleh paparan panas, cahaya matahari, dan udara. Sumber makanan yang banyak mengandung vitamin A, antara lain susu, ikan, sayur-sayuran (terutama yang berwarna hijau dan kuning), dan juga buah-buahan (terutama yang berwarna merah dan kuning, seperti cabai merah, wortel, pisang, dan pepaya). Apabila terjadi defisiensi vitamin A, penderita akan mengalami rabun senja dan katarak. Selain itu, penderita defisiensi vitamin A ini juga dapat mengalami infeksi saluran pernafasan, menurunnya daya tahan tubuh, dan kondisi kulit yang kurang sehat. Kelebihan asupan vitamin A dapat menyebabkan keracunan pada tubuh. Penyakit yang dapat ditimbulkan antara lain pusing-pusing, kerontokan rambut, kulit kering bersisik, dan pingsan. Selain itu, bila sudah dalam kondisi akut, kelebihan vitamin A di dalam tubuh juga dapat menyebabkan kerabunan, terhambatnya pertumbuhan tubuh, pembengkakan hati, dan iritasi kulit. Sayur-sayuran hijau dan kacang-kacangan sebagai sumber vitamin A dan vitamin B yang tinggi.
Secara umum, golongan vitamin B berperan penting dalam metabolisme di dalam tubuh, terutama dalam hal pelepasan energi saat beraktivitas. Hal ini terkait dengan peranannya di dalam tubuh, yaitu sebagai senyawa koenzim yang dapat meningkatkan laju reaksi metabolisme tubuh terhadap berbagai jenis sumber energi. Beberapa jenis vitamin yang tergolong dalam kelompok vitamin B ini juga berperan dalam pembentukan sel darah merah (eritrosit). Sumber utama vitamin B berasal dari susu, gandum, ikan, dan sayur-sayuran hijau.
Vitamin B1, yang dikenal juga dengan nama tiamin, merupakan salah satu jenis vitamin yang memiliki peranan penting dalam menjaga kesehatan kulit dan membantu mengkonversi karbohidrat menjadi energi yang diperlukan tubuh untuk rutinitas sehari-hari. Di samping itu, vitamin B1 juga membantu proses metabolisme protein dan lemak. Bila terjadi defisiensi vitamin B1, kulit akan mengalami berbagai gangguan, seperti kulit kering dan bersisik. Tubuh juga dapat mengalami beri-beri, gangguan saluran pencernaan, jantung, dan sistem saraf. Untuk mencegah hal tersebut, kita perlu banyak mengkonsumsi banyak gandum, nasi, daging, susu, telur, dan tanaman kacang-kacangan. Bahan makanan inilah yang telah terbukti banyak mengandung vitamin B1.
Vitamin B2 (riboflavin) banyak berperan penting dalam metabolisme di tubuh manusia. Di dalam tubuh, vitamin B2 berperan sebagai salah satu kompenen koenzim flavin mononukleotida (flavin mononucleotide, FMN) dan flavin adenine dinukleotida (adenine dinucleotide, FAD). Kedua enzim ini berperan penting dalam regenerasi energi bagi tubuh melalui proses respirasi. Vitamin ini juga berperan dalam pembentukan molekul steroid, sel darah merah, dan glikogen, serta menyokong pertumbuhan berbagai organ tubuh, seperti kulit, rambut, dan kuku. Sumber vitamin B2 banyak ditemukan pada sayur-sayuran segar, kacang kedelai, kuning telur, dan susu. Defisiensinya dapat menyebabkan menurunnya daya tahan tubuh, kulit kering bersisik, mulut kering, bibir pecah-pecah, dan sariawan.
Vitamin B3 juga dikenal dengan istilah niasin. Vitamin ini berperan penting dalam metabolisme karbohidrat untuk menghasilkan energi, metabolisme lemak, dan protein. Di dalam tubuh, vitamin B3 memiliki peranan besar dalam menjaga kadar gula darah, tekanan darah tinggi, penyembuhan migrain, dan vertigo. Berbagai jenis senyawa racun dapat dinetralisir dengan bantuan vitamin ini. Vitamin B3 termasuk salah satu jenis vitamin yang banyak ditemukan pada makanan hewani, seperti ragi, hati, ginjal, daging unggas, dan ikan. Akan tetapi, terdapat beberapa sumber pangan lainnya yang juga mengandung vitamin ini dalam kadar tinggi, antara lain gandum dan kentang manis. Kekurangan vitamin ini dapat menyebabkan tubuh mengalami kekejangan, keram otot, gangguan sistem pencernaan, muntah-muntah, dan mual.
Vitamin B5 (asam pantotenat) banyak terlibat dalam reaksi enzimatik di dalam tubuh. Hal ini menyebabkan vitamin B5 berperan besar dalam berbagai jenis metabolisme, seperti dalam reaksi pemecahan nutrisi makanan, terutama lemak. Peranan lain vitamin ini adalah menjaga komunikasi yang baik antara sistem saraf pusat dan otak dan memproduksi senyawa asam lemak, sterol, neurotransmiter, dan hormon tubuh. Vitamin B5 dapat ditemukan dalam berbagai jenis variasi makanan hewani, mulai dari daging, susu, ginjal, dan hati hingga makanan nabati, seperti sayuran hijau dan kacang hijau. Seperti halnya vitamin B1 dan B2, defisiensi vitamin B5 dapat menyebabkan kulit pecah-pecah dan bersisik. Selain itu, gangguan lain yang akan diderita adalah keram otot serta kesulitan untuk tidur.
Vitamin B6 atau dikenal juga dengan istilah piridoksin, merupakan vitamin yang esensial bagi pertumbuhan tubuh. Vitamin ini berperan sebagai salah satu senyawa koenzim A yang digunakan tubuh untuk menghasilkan energi melalui jalur sintesis asam lemak, seperti spingolipid dan fosfolipid. Selain itu, vitamin ini juga berperan dalam metabolisme nutrisi dan memproduksi antibodi sebagai mekanisme pertahanan tubuh terhadap antigen atau senyawa asing yang berbahaya bagi tubuh. Vitamin ini merupakan salah satu jenis vitamin yang mudah didapatkan karena vitamin ini banyak terdapat di dalam beras, jagung, kacang-kacangan, daging, dan ikan. Kekurangan vitamin dalam jumlah banyak dapat menyebabkan kulit pecah-pecah, keram otot, dan insomnia.
Vitamin B12 atau sianokobalamin merupakan jenis vitamin yang hanya khusus diproduksi oleh hewan dan tidak ditemukan pada tanaman. Oleh karena itu, vegetarian sering kali mengalami gangguan kesehatan tubuh akibat kekurangan vitamin ini. Vitamin ini banyak berperan dalam metabolisme energi di dalam tubuh. Vitamin B12 juga termasuk dalam salah satu jenis vitamin yang berperan dalam pemeliharaan kesehatan sel saraf, pembentukkan molekul DNA dan RNA, pembentukkan platelet darah. Telur, hati, dan daging merupakan sumber makanan yang baik untuk memenuhi kebutuhan vitamin B12. Kekurangan vitamin ini akan menyebabkan anemia (kekurangan darah), mudah lelah lesu, dan iritasi kulit.
Buah jeruk, terkenal atas kandungan vitamin C-nya yang tinggi. Vitamin C (asam askorbat) banyak memberikan manfaat bagi kesehatan tubuh kita. Di dalam tubuh, vitamin C juga berperan sebagai senyawa pembentuk kolagen yang merupakan protein penting penyusun jaringan kulit, sendi, tulang, dan jaringan penyokong lainnya. Vitamin C merupakan senyawa antioksidan alami yang dapat menangkal berbagai radikal bebas dari polusi di sekitar lingkungan kita. Terkait dengan sifatnya yang mampu menangkal radikal bebas, vitamin C dapat membantu menurunkan laju mutasi dalam tubuh sehingga risiko timbulnya berbagai penyakit degenaratif, seperti kanker, dapat diturunkan. Selain itu, vitamin C berperan dalam menjaga bentuk dan struktur dari berbagai jaringan di dalam tubuh, seperti otot. Vitamin ini juga berperan dalam penutupan luka saat terjadi pendarahan dan memberikan perlindungan lebih dari infeksi mikroorganisme patogen. Melalui mekanisme inilah vitamin C berperan dalam menjaga kebugaran tubuh dan membantu mencegah berbagai jenis penyakit. Defisiensi vitamin C juga dapat menyebabkan gusi berdarah dan nyeri pada persendian. Akumulasi vitamin C yang berlebihan di dalam tubuh dapat menyebabkan batu ginjal, gangguan saluran pencernaan, dan rusaknya sel darah merah.
Vitamin D juga merupakan salah satu jenis vitamin yang banyak ditemukan pada makanan hewani, antara lain ikan, telur, susu, serta produk olahannya, seperti keju. Bagian tubuh yang paling banyak dipengaruhi oleh vitamin ini adalah tulang. Vitamin D ini dapat membantu metabolisme kalsium dan mineralisasi tulang. Sel kulit akan segera memproduksi vitamin D saat terkena cahaya matahari (sinar ultraviolet). Bila kadar vitamin D rendah maka tubuh akan mengalami pertumbuhan kaki yang tidak normal, dimana betis kaki akan membentuk huruf O dan X. Di samping itu, gigi akan mudah mengalami kerusakan dan otot pun akan mengalami kekejangan. Penyakit lainnya adalah osteomalasia, yaitu hilangnya unsur kalsium dan fosfor secara berlebihan di dalam tulang. Penyakit ini biasanya ditemukan pada remaja, sedangkan pada manula, penyakit yang dapat ditimbulkan adalah osteoporosis, yaitu kerapuhan tulang akibatnya berkurangnya kepadatan tulang. Kelebihan vitamin D dapat menyebabkan tubuh mengalami diare, berkurangnya berat badan, muntah-muntah, dan dehidrasi berlebihan.
Vitamin E berperan dalam menjaga kesehatan berbagai jaringan di dalam tubuh, mulai dari jaringan kulit, mata, sel darah merah hingga hati. Selain itu, vitamin ini juga dapat melindungi paru-paru manusia dari polusi udara. Nilai kesehatan ini terkait dengan kerja vitamin E di dalam tubuh sebagai senyawa antioksidan alami. Vitamin E banyak ditemukan pada ikan, ayam, kuning telur, ragi, dan minyak tumbuh-tumbuhan. Walaupun hanya dibutuhkan dalam jumlah sedikit, kekurangan vitamin E dapat menyebabkan gangguan kesehatan yang fatal bagi tubuh, antara lain kemandulan baik bagi pria maupun wanita. Selain itu, saraf dan otot akan mengalami gangguan yang berkepanjangan.
Vitamin K banyak berperan dalam pembentukan sistem peredaran darah yang baik dan penutupan luka. Defisiensi vitamin ini akan berakibat pada pendarahan di dalam tubuh dan kesulitan pembekuan darah saat terjadi luka atau pendarahan. Selain itu, vitamin K juga berperan sebagai kofaktor enzim untuk mengkatalis reaksi karboksilasi asam amino asam glutamat. Oleh karena itu, kita perlu banyak mengkonsumsi susu, kuning telur, dan sayuran segar yang merupakan sumber vitamin K yang baik bagi pemenuhan kebutuhan di dalam tubuh.

XENOBIOTIK

1. Kepentingan biomedik
Xenobiotik berasal dari bahasa Yunani: Xenos yang artinya asing. Xenobiotik adalah zat asing yang masuk dalam tubuh manusia. Contoh: obat obatan, insektisida, zat kimia tambahan pada makanan (pemanis, pewarna, pengawet) dan zat karsinogen lainya. Xenobiotik umumnya tidak larut air, sehingga kalau masuk tubuh tidak dapat diekskresi. Untuk dapat diekskresi xenobiotik harus dimetabolisme menjadi zat yang larut, sehingga bisa diekskresi.Organ yang paaling berperan dalam metabolisme xenobiotik adalah hati. Ekskresi xenobiotik melalui empedu dan urine. Pada metabolisme obat, pada obat yang sudah aktif → metabolisme xenobiotik fase 1 berfungsi mengubah obat aktif menjadi inaktif, sedang paa obat yang belum aktif → metabolisme xenobiotik fase 1 berfungsi mengubah obat inaktif menjadi aktif
2. Reaksi konjugasi
Mekanisme detoksifikasi dalam tubuh terdiri dari dua tahap utama yaitu :
Transformasi tahap I, terjadi proses oksidasi yang hasilnya dilanjutkan
Transformasi tahap II, yaitu proses konjugasi
Fungsi utama dari reaksi tahap satu dan dua adalah mengoksidasi senyawa xenobiotik dan melanjutkan dengan reaksi konjugasi untuk membuat senyawa xenobiotik menjadi bersifat polar dan mudah disekresikan melalui urin. Masalah yang dapat timbul adalah dihasilkannya produk oksidasi yang reaktif dan mempunyai afinitas yang tinggi pada DNA dan protein sehingga menyebabkan kerusakan DNA atau protein sel. Konjugasi pada DNA dan protein sel merupakan awal dari proses keracunan kronis yang diketahui dapat termanifestasi dalam bentuk berbagai penyakit degeneratif.
Tranformasi tahap II ini memberikan beberapa jalur konjugasi yang memperantarai racun yang bersifat minyak mudah larut dalam air, sehingga dapat dibuang melalui urin, empedu, tinja dan keringat. Reaksi konjugasi ini termasuk :
a. Konjugasi Glukuronidasi (Glucuronidation Conjugation)
b. Konjugasi Sulfasi (Sulfation Conjugation)
c. Konjugasi Glutation (N-acetyl cysteine, dimana asam amino cysteine dan methionin adalah bahan awal)
d. Konjugasi Acetylasi
e. Konjugasi Metilasi (Methylation Conjugation)
f. Konjugasi Asam Amino (Konjugasi glycine, taurine, glutamine, ornithin dan arginin)
Selama proses detoksifikasi, apabila proses tranformasi tahap I terlalu cepat, tetapi tahap dua terlambat, maka akan kelebihan bahan perantara yang sangat beracun, menyebabkan kerusakan jaringan yang lebih luas, sehingga memerlukan perlindungan antioksidan vitamin A-beta carotene, vitamin C, vitamin E, flavonoid, proantocyanin yang berasal dari tumbuh-tumbuhan..Konjugasi Glukuronidasi (Glucuronidation Conjugation). Konjugasi dengan asam glukuronat ini adalah bentuk transformasi tahap II yang paling umum. Gugusan glukuronat dapat dipindahkan ke beberapa group fungsional termasuk : Alkohol, asam karbosilat, amine, thiols dan beberapa methylene group yang aktif. Proses ini memerlukan enzim UDP-glukuronosyltransferase dan cosubstrat Uridine-5”-diphospho-alpha-glukuronic acid (UDPGA) sebagai sumber asam glukuronat.
a. Konjugasi Sulfasi (Sulfation Conjugation)
Merupakan transformasi tahap II yang menambah gugusan sulfat ke alcohol dan amine, menjadi bentuk sulfate atau sulfonamide, dibantu oleh enzim Sulfotransferase dan cosubstrat 3”-phosphoadenosine-5”-phosphosulphate (PAPS) sebagai sumber group sulfate.
b. Konjugasi Glutation
N-acetyl cysteine, dimana asam amino cysteine dan methionin adalah bahan awal. Sangat penting dalam konjugasi tahap II pada hewan dan tumbuh-tumbuhan. Dibawah pengaruh enzim glutathione S-transferase, glutation dapat bereaksi dengan serangkaian substrat termasuk epoxide, aryl dan alkyl halide dan bahan majemuk elektrofilik lainnya. Glutation S-transferase terdapat pada fraksi sitosol kebanyakan sel dan organ tubuh seperti hati, ginjal, paru, dan usus halus (Commandeur et al., 1995). Glutation (GSH) adalah tripeptida (-L-glutamil-L-sisteinil-glisin) yang memainkan peran utama dalam biotransformasi dan ekskresi xenobiotika dan pertahanan sel terhadap oxidative stress (Josephy, 1997). Glutation S-transferase (GST) merupakan keluarga enzim yang mengkatalisis reaksi konjugasi glutation dengan sejumlah besar xenobiotika elektrofilik endogen maupun eksogen. GST melindungi sel tubuh terhadap serangan senyawa elektrofil yang sering bersifat sitostatik, mutagenik, dan karsinogenik, dengan jalan mengkatalisis reaksi konjugasi antara gugus tiol (-SH) pada glutation (GSH) dengan pusat elektrofilik senyawa elektrofil. Reaksi ini akan menghasilkan produk konjugat glutation yang selanjutnya akan ditranspor ke ginjal dan dimetabolisme lebih lanjut menjadi asam merkapturat (Josephy, 1997).
c. Konjugasi Acetylasi
Tranformasi ini tidak menghasilkan racun-racun yang larut air. Alcohol dan amine dapat diacetylasi dengan acetyl CoA, dibawah pengaruh enzim acetyl transferase.
d. Konjugasi Metilasi (Methylation Conjugation).
Transformasi ini kurang penting dibanding transformasi tahap II lainnya. Pada umumnya hanya dipakai untuk mentranformasi beberapa jenis thiols, phenol dan amines yang dihasilkan dalam tubuh saja dengan perantara S-Adenosyl methionine (SAM) dan dikatalisasi oleh beberapa jenis enzim methyl transferase.
3. Hal-hal yang mempengaruhi reaksi xenobiotik
Aktivitas enzim yang memetabolisme xenobiotik dipengaruhi oleh usia, jenis kelamin, dan faktor lainnya.Tedapat berbagai faktor yang mempengaruhi aktivitas enzim-enzim yang memetabolisme xenobiotik. Aktivitas enzim-enzim ini dapat menunjukkan perbedaan bermakna di antara spesies. Oleh karena itu, contohnya, kemungkinan toksisitas atau karsinogenisitas xenobiotik pada satu spesies tidak sama dengan spesies lainnya. Terdapat perbedaan signifikan dalam aktivitas enzim di antara individu, dan banyak diantaranya disebabkan oleh faktor genetik. Aktivitas sebagai enzim ini bervariasi sesuai usia dan jenis kelamin.
Asupan berbagai xenobiotik, misalnya fenobarbital, PBC, atau hidrokarbon tertentu dapat menyebabkan induksi enzim. Oleh karena itu, dalam mengevaluasi respons biokimiawi terhadap xenobiotik, penting diketahui apakahyang bersangkutan telah terpajan bahan-bahan penginduksi ini. Metabolit xenobiotik tertentu dapat menghambat atau merangsang aktivitas enzim-enzim yang memetabolisme xenobiotik. Hal ini juga dapat memengaruhi dosis obat tertentu yang diberikan kepada pasien. Berbagai penyakit (misalnya Sirosis hati) dapat memengaruhi aktivitas enzim yang memetabolisme obat sehingga kadang-kadang dosis berbagai obat untuk pasien dengan penyakit ini perlu disesuaikan.
4. Respon terhadap xenobiotik

a. Respon metabolisme xenobiotik dapat menguntungkan karena metabolit yang dihasilkan menjadi zat yang polar sehingga dapat diekskresi keluar tubuh
b. Respon metabolisme xenobiotik dapat merugikan karena:
- Berikatan dengan makromolekul dan menyebabkan cidera sel
- Berikatan dengan makromolekul menjadi hapten → merangsang pembentukan antibodi dan menyebakan reaksi hipersensitivitas yang berakibat cidera sel
- Berikatan dengan makromolekul menjadi zat mutan yang menyebakan timbulnya sel kanker
Respon metabolisme xenobiotik dapat menguntungkan karena metabolit yang dihasilkan menjadi zat yang polar sehingga dapat diekskresi keluar tubuh dan mencakup efek farmakologik, toksik, imunologik, dan karsinagenik. Jika xenobiotik tersebut berada dalam bentuk obat, reaksi fase 1 dapat mengubahnya kedalam bentuk aktif atau mungkin mengurangi atau menghilangkan efek obat tersebut, jika xenobiotik itu sudah aktif secara farmakologik tanpa perlu dimetabolisme sebelumnya. Berbagai efek yang ditimbulkan oleh obat merupakan bidang studi farmakologi; di sini penting disadari bahwa obat bekerja terutama melalui mekanisme biokimiawi. Beberapa reaksi obat penting akibat bentuk mutan atau polimorfik enzim atau protein.
Enzim atau protein yang terkena Reaksi atau konsekuensi
Glukosa 6-fosfat
Dehidrogenase (G6PD)
(mutasi) (MIM 305900) Anemia hemolitik setelah menelan obat, misalnya primakuin.
Kanal pengeluaran Ca2+
(Reseptor reanodin) di retikulum sarkoplasma
(mutasi)(MIM 180901) Hipertermia maligna
(MIM 145600) setelah pemberian obat anestesi tertenti (misalnya halatan)
CYP2D6 (Polimorfisme)
(MIM 124030) Melambatnya metabolisme obat tertentu (misalnya debrisakuin) sehingga terjadi penimbunan obat tersebut
CYP2A6 (Polimerfisme)
(MIM 122720) Gangguan metabolisme nikotin, yang melindungi seorang dari kemungkinan menjadi perokok dependen
Yang mencerminkan perbedaan genetik dalam struktur enzim dan protein di antara individu bagian bidang studi yang dikenal debagai farmakogenetika.
Polimorfisme yang mempengaruhi metabolisme obat dapat terjadi pada enzim apapun yang berperan dalam metabolisme obat (termasuk kelompok sitokrom P450), pada transporter dan pada reseptor. Xenobiotik tertentu bersifat sangat toksik bahkan pada kadar rendah (misal sianida). Beberapa xenobiotik lain, termasuk obat , tidak menimbulkan efek toksik jika diberikan dalam jumlah cukup. Walaupun spektrum efek toksik xenobiotik sangat luas, secara garis besar dapat dikelompokkan ke dalam tiga kelompok besar.
Pertama, adalah jejas sel (sitotoksisitas), yang dapat cukup parah sehingga mematikan sel. Terdapat banyak mekanisme yang digunakan oleh xenobiotik untuk mencederai sel salah satu yang dibahas di sini adalah pengikatan secara kovalen spesies reaktif xenobiotik, yang dihasilkan oleh metabolisme pada makromolekul sel. Makromolekul sel sasaran tersebut DNA, RNA, dan protein. Jika makromolekul tempat xenobiotik reaktif terikat ini esensial bagi kelangsungan hidup jangka pendek, misalnya protein atau enzim yang perperan penting dalam suatu fungsi sel, seperti fosforilasi oksidatif atau regulasi permeabilitas membran plasma, efek yang kuat terhadap fungsi sel dapat cepat terlihat.
Kedua, spesies reaktif suatu xenobiotik dapat berikatan dengan protein dan mengubah antigenisitasnya. Xenobiotik ini dikatakan berfungsi sebagai hapten, yi, molekul kecil yang tidak merangsang penbentukan antibodi dengan sendirinya, tetapi akan berikatan dengan antibodi jika telah terbentuk. Antibodi yang terbentuk kemudian dapat merusak sel melalui beberapa mekanisme imunologis yang sangat mengganggu proses biokimiawi normal sel.
Ketiga, reaksi spesies aktif karsinogen kimiawi dengan DNA diperkirakan sangat penting dalam proses karsinogenesis kimiawi. Beberapa bahan kimia (misal benzo[α]piren) perlu diaktifkan oleh monooksigenase di retikulum endoplasma agar menjadi karsinogenik (sehingga disebut karsinogen tak langsung). Karena itu, aktivitas monooksigenase dan enzim-enzim lain yang memetabolisme xenobiotik dapat membantu menentukan apakah senyawa tersebut menjadi karsinogenik atau “terdetoksifikasi”. Bahan kimia lain (misal berbagai bahan pengalkil) dapat bereaksi langsung (karsinogen langsung) dengan DNA tanpa mengalami aktivitas kimiawi di dalam sel.
Enzim epoksida hidrolase menarik perhatian karena enzim ini dapat menimbulkan efek protektif terhadap karsinogen tertentu. Produk kerja monooksigenase tertentu pada beberapa substrat prokarsinogen adalah epoksida yang dapat bersifat sangat reaktif dan mutagenik atau karsinogenik atau keduannya. Epoksida hidrolase seperti sitokrom P450 yang juga terdapat di mambran retikulum endoplasma, bekerja pada senyawa ini dan mengubahnya menjadi dihidrodiol yang jauh kurang reaktif.