MAKROMOLEKUL; PROSES PENCERNAAN MAKROMOLEKUL DAN NUTRIENT SRI WAHYUNI BAGIAN BIOKIMIA PRODI PENDIDIKAN DOKTER FK UNIMAL

MAKROMOLEKUL Dalam sistem biologi, atom-atom yang cenderung membentuk molekul yang lebih besar disebut makromolekul. Makromolekul dapat dibagi atas 4 kelompok yaitu, karbohidrat, lemak, protein dan asam nukleat

i. karbohidrat

KARBOHIDRAT Nama karbohidrat berasal dari komposisi dari unit penyusunnya yaitu karbon (carbo-) dan oksigen (-hydrate). Semua karbohidrat disusun oleh unit dasar yang disebut monosakarida. Polimer mengandung 2-6 monosakarida disebut oligosakarida, dan yang lebih banyak lagi disebut polisakarida.

mONOSAKARIDA Karbohidrat sederhana mempunyai sebuah rantai linear dari 3 atau lebih atom karbon, salah satunya membentuk suatu gugus karbonil melalui sebuah rantai ganda dengan oksigen. Karbohidrat sederhana disebut monosakarida yang mempunyai formula (CH2O)n (n ≥ 3). Suatu monosakarida atau gula sederhana mengandung rantai karbon dengan sejumlah gugus hidroksil (OH) dan salah satu gugus lain dapat berupa gugus aldehid (─CHO) atau satu gugus keton.

monosakarida penting dalam tubuh manusia: Aldopentosa : D-ribosa merupakan komponen dari RNA dan koenzim nukleotida. Pada komponen ini, ribosa berbentuk furanosa. D-glukosa bebas ditemukan dalam jus tumbuhan (“gula anggur”). D-galaktosa merupakan bagian dari diet manusia. D-manosa dan galaktosa ditemukan juga dalam glikolipid dan glikoprotein. Ketopentosa : ester asam fosfor D-ribulosa merupakan hasil antara dalam jalur pentosa fosfat. D-fruktosa terdapat dalam jus buah dan madu. Fruktosa yang terikat ditemukan dalam sukrosa dan polisakarida tumbuhan (inulin). Acetylated amino sugars : N-asetil-D-glukosamin dan N-asetil-D-galaktosamin merupakan komponen dari glikoprotein.

N-acetylneuraminic acid (asam sialat) : komponen khas glikoprotein. D-glucoronic acid dan liduronic acid : penyusun glikoaminoglikan di jaringan ikat. Sorbitol dan manitol tidak memiliki peran penting dalam metabolisme.

Disakarida Disakarida mengandung dua monosakarida yang dihubungkan oleh ikatan O-glikosidik. Laktosa atau gula susu dibentuk antara karbon anomerik (C-1) D-galaktosa dan C-4 D-glukosa.

Polisakarida Oligosakarida Oligosakarida tersusun dari 3-12 monosakarida yang disatukan oleh ikatan glikosida. Pada oligosakarida yang dihubungkan dengan protein (glikoprotein) atau lipid (glikolipid), Oligosakarida bukan merupakan suatu unit pengulangan monosakarida namun terdiri dari barisan monosakarida berbeda yang disambungkan oleh beragam tipe ikatan. Polisakarida Polisakarida mengandung 10-1000 monosakarida yang dikaitkan oleh ikatan glikosida untuk membentuk struktur rantai atau cabang.

Polisakarida yang penting antara lain, yaitu: Dekstran : polimer glukosa yang memiliki percabangan α1→6 dan α1→3; merupakan komponen substitusi plasma darah (plasma expanders) dan bahan makanan. Agarosa : berasal dari algae untuk produksi gel. Agarosa digunakan dalam mikrobiologi untuk media tumbuh kultur. Polisakarida algal juga ditambahkan dalam kosmetik dan makanan kalengan untuk memodifikasi konsistensi produk. Inulin : polimer fruktosa yang digunakan sebagai pengganti zat tepung pada produk diet diabetes dan digunakan sebagai substansi uji bersihan ginjal. Glikogen : simpanan glukosa di hepar dan otot pada manusia.

ii. Lemak/lipid

Lemak/Lipid Lipid : kelompok biomolekul heterogen dan besar yang mudah larut dalam pelarut organik seperti metabol, aseton, kloroform dan benzena Tidak larut atau sukar larut dalam air karena tidak mengandung atom polar seperti O, N, S, and P Klasifikasi : Hydrolyzable lipids Non-hydrolyzable lipids

1. Asam lemak (fatty acids) Asam lemak biasanya rantai alifatik lurus dengan sebuah gugus metil (disebut karbon ω) pada salah satu ujungnya dan sebuah gugus karboksil pada ujung satunya lagi. Asam lemak merupakan komponen dari lemak dan membran lipid dan biasanya teresterifikasi dengan alkohol (gliserol, spingosin, atau kolesterol). Asam lemak dapat juga tidak teresterifikasi dan disebut asam lemak bebas dan memilki sifat ampifilik yang kuat

Asam lemak terdiri dari sebuah rantai hidrokarbon dan gugus asam karboksilik terminal. Asam lemak jenuh memiliki seluruh atom karbon pada rantai yang disaturasi oleh atom hidrogen sehingga rumus umumnya adalah CH3(CH2)nCOOH, dimana n merupakan angka genap. Mono-unsaturated fatty acids memiliki 1 rantai rangkap, sedangkan polyunsaturated fatty acids memiliki 2 atau lebih ikatan rangkap yang dipisahkan oleh sedikitnya satu gugus metilen.

Sifat dari asam lemak tergantung pada panjang rantai dan jumlah ikatan rangkapnya Atom karbon dari asam lemak dihitung dari residu asam karboksilik dan posisi dari ikatan rangkap dapat diuraikan dengan menggunakan angka dari karbon pertama yang terlibat dalam ikatan. Konfigurasi dari ikatan rangkap dari kebanyakan asam lemak tidak jenuh adalah cis artinya dua atom hidrogen dari atom karbon berada pada sisi yang sama dengan ikatan rangkap dan rantai asil di sisi lain.

Secara umum, asam lemak memilIki 4 fungsi biologi utama, yaitu: Digunakan untuk membentuk gliserofosfolipid dan spingolipid yang esensial bagi membran biologi Sejumlah protein secara kovalen dimodifikasi oleh asam lemak Sebagai molekul bahan bakar, disimpan dalam bentuk triasilgliserol dan dapat dirombak kembali untuk menghasilkan energi Derivat asam lemak berperan sebagai hormon (prostaglandin) dan second messenger intraseluler (seperti DAG dan IP3)

2. Asil gliserol

3. Spingolipid Spingolipid banyak dijumpai dalam membran sel saraf dalam otak dan jaringan saraf. Spingolipid tidak memilki glycerol backbone dan dibentuk dari spingosin. Spingosin berasal dari serin dan asam lemak spesifik palmitat. Spingomielin merupakan spingolipid yang terpenting merupakan komponen dari membran sel dan pembungkus mielin saraf.

4. Steroid Mengandung struktur 4-cincin yang disebut inti steroid Kolesterol merupakan prekursor dari steroid pada sel manusia yaitu semua hormon steroid disintesis dengan modifikasi terhadap cincin dan rantai samping C20.

iii. Asam amino & protein

Asam amino berperan sebagai komponen dari peptida dan protein Apabila asam amino disatukan oleh ikatan asam amida, maka akan terbentuk makromolekul linear (peptida). Makromolekul yang mengandung lebih dari 100 residu asam amino disebut sebagai protein (polipeptida). Asam amino yang masuk dalam kode genetik disebut sebagai proteinogenik

Klasifikasinya berdasarkan struktur kimia pada rantai samping dan polaritasnya. Asam amino alifatik (klas I) yaitu glisin, alanin valin, leusin, dan isoleusin. Asam amino ini tidak mengandung heteroatom (N, O dan S) pada rantai sampingnya dan tidak mempunyai sistem cincin. Rantai sampingnya biasanya apolar. Treonin, valin, leusin, dan isoleusin membentuk kelompok asam amino rantai cabang (branched-chain amino acids).

Fungsi protein Membangun dan mempertahankan struktur : Protein struktural bertanggung jawab untuk bentuk dan stabilitas sel dan jaringan. Sebagai contoh molekul kolagen dan histon (histon sebagai protein yang menyusun DNA dalam kromatin). Transpor : Hemoglobin merupakan protein pengangkut dalam eritrosit. Prealbumin transtiretin mengangkut hormone tiroid, protein kanal ion dan protein membran integral lainnya membantu transport ion dan metabolit melewati membran biologis. Proteksi dan pertahanan : Salah satu komponen penting sistem imun adalah immunoglobulin G yang melindungi tubuh dari pathogen dan substansi asing.

Fungsi protein Kontrol dan regulasi : Protein berperan sebagai substansi sinyal (hormon) dan reseptor hormon, hormon peptide kecil insulin juga merupakan protein penting pengatur kadar glukosa darah, dan DNA-binding protein (faktor transkripsi). Katalisis : Enzim merupakan kelompok protein terbesar. Pergerakan : Interaksi aktin-miosin untuk kontraksi otot dan pergerakan sel dan bersama protein lain yaitu tropomiosin mengontrol pergerakan. Penyimpanan : protein otot mengandung simpanan nutrient yang bisa dirombak saat diperlukan.

Proses pencernaan makromolekul dan nutrient

Digesti karbohidrat Di dalam traktus digestivus, polisakarida dan disakarida dari makanan dikonversikan menjadi monosakarida oleh glikosidase Monosakarida yang terbentuk ditranspor melewati sel mukosa usus ke dalam cairan interstisial dan kemudian masuk aliran darah. Karbohidrat yang tidak tercerna akan masuk ke kolon dan difermentasikan oleh bakteri

αlfa-amilase saliva dan pankreas

Disakaridase pada intestinal brush-border membrane Disakarida seperti laktosa dan sukrosa serta produk pencernaan pati lainya diubah menjadi monosakarida oleh glikosidase yang terikat membran di brush-border sel-sel absorbtif Aktivitas glikosidase berbeda ditemukan dalam 4 jenis glikoprotein yaitu glukoamilase, sukrase-maltase kompleks, trehalase, dan laktase-glukosilseramidase

Absorbsi glukosa Absorbsi oleh epitel usus Glukosa ditransport melewati sel-sel absorbtif usus oleh difusi terfasilitasi dan transport terfasilitasi dependen Na+. Glukosa masuk ke dalam sel-sel absorbtif dengan terikat pada protein transport yaitu membrane-spanning proteins yang mengikat molekul glukosa pada satu sisi membran dan melepaskannya pada sisi yang berlawanan. Terdapat dua tipe protein transport glukosa yang terdapat dalam sel-sel absorbtif usus yaitu transporter glukosa dependen ion Na+ dan transporter glukosa terfasilitasi.

protein transport glukosa yang terdapat dalam sel-sel absorbtif usus transporter glukosa terfasilitasi transporter glukosa dependen ion Na+ protein transport glukosa yang terdapat dalam sel-sel absorbtif usus

Beragam tipe transporter glukosa terfasilitasi (GLUT1-GLUT5) ditemukan dalam membran plasma sel. Seluruh jenis protein ini mengandung 12-membrane-spanning domains.

transporter glukosa terfasilitasi

Cont..

TRANSPOR GLUKOSA

ii. Absorbsi Lipid/lemak Lipid dari diet berupa trigliserida, fosfolipid, kolesterol, kolesterol ester dan vitamin larut lemak. Hidrolisis dan absorpsi lipid

Pencernaan (hidrolisis) dari lemak dan minyak dimulai dalam lambung yang dikatalisis oleh enzim lipase gastrik. Enzim ini bertanggung jawab untuk hidrolisis 10-30% trigliserida diet. Lipase pankreas disekresikan dalam cairan pankreas dan berkonjungsi dengan zimogen dan enzim pankreas lainnya. Enzim ini membantu hidrolisis trigliserida menjadi 2-monogliserida (2-asilgliserol). Aktifitas enzim ini distimulasi oleh sebuah protein kecil yang disebut colipase

Saat ini proses masuknya hasil pencernaan lipid telah ditemukan suatu model yang terbaru yaitu mekanisme dependen protein dan difusi dependen protein. Fatty acid translocase (FAT/CD36) berperan penting dalam proses uptake asam lemak rantai panjang dalam usus halus dengan kadar tertinggi ditemukan dalam mukosa usus proksimal.

Pencernaan protein/asam amino

Tahap awal dari asimilasi protein diet meliputi homogenisasi makanan dengan cara dikunyah, denaturasi protein dalam kondisi asam di lambung dan digesti parsial protein oleh pepsin. Adanya protein dan peptida dalam duodenum menstimulasi kolesistokinin masuk aliran darah yang akan memicu pankreas melepas beragam zimogen ke dalam usus halus. Protease diaktifkan oleh kaskade yang diinisiasi oleh enterokinase. Protease ini mengkatalisis hidrolisis lanjut dari protein diet yang menghasilkan campuran yang terdiri dari 50% asam amino bebas dan 50% oligopeptida dari 2-8 asam amino.

Fraksi kecil dari polipeptida yang bersentuhan dengan brush border dari usus halus dihidrolisis oleh enzim terikat membran yang menempel di bagian luar dari enterosit. Peptidase yang paling banyak terdapat di brush border adalah aminopeptidase N yang mengkatalisis hidrolisis asam amino dari N terminus dari polipeptida pendek. Hidrolisis ini diikuti oleh absorpsi asam amino. Fraksi besar polipeptida ditranspor utuh ke dalam enterosit dimana terjadi hidrolisis sempurna asam amino bebas. Protein diet memasuki sirkulasi sebagai asam amino bebas dan juga peptida pendek.

Selamat belajar Semoga sukses...