Metabolisasi: Jantung Biokimia Kehidupan

I. Definisi Komprehensif dan Peran Sentral Metabolisasi

Metabolisasi, sering disebut sebagai metabolisme, adalah orkestra molekuler yang melibatkan ribuan enzim, ko-faktor, dan jalur biokimia. Intinya, metabolisasi adalah mekanisme tubuh mengubah makanan yang dikonsumsi menjadi energi yang dapat digunakan (ATP) dan membangun blok molekuler yang diperlukan untuk perbaikan, pertumbuhan, dan fungsi seluler. Tanpa proses yang teratur ini, kehidupan dalam bentuk yang kita kenal tidak mungkin terjadi.

1. Energi, Materi, dan Homeostasis

Fungsi utama dari metabolisasi dapat dikategorikan menjadi tiga peran vital:

1. Konversi Energi: Mengubah energi dari makanan (kimiawi) menjadi energi seluler (ATP).
2. Sintesis Makromolekul: Membangun protein, asam nukleat, lipid, dan karbohidrat yang dibutuhkan.
3. Eliminasi Produk Sisa: Menghilangkan senyawa nitrogen yang tidak lagi diperlukan, seperti urea dan amonia, untuk menjaga keseimbangan pH dan toksisitas sel.

Metabolisasi bukan hanya tentang kalori; ini adalah inti dari homeostasis—kemampuan organisme untuk menjaga lingkungan internal yang stabil dan relatif konstan, terlepas dari perubahan kondisi eksternal.

II. Dualitas Metabolisasi: Katabolisme dan Anabolisme

Seluruh proses metabolisasi terbagi menjadi dua kategori besar yang saling bergantung dan diatur secara ketat, memastikan bahwa kebutuhan energi dan pembangunan sel selalu terpenuhi.

1. Katabolisme: Proses Penghancuran dan Pelepasan Energi

Katabolisme melibatkan pemecahan molekul kompleks menjadi unit yang lebih sederhana. Ini adalah fase pelepasan energi. Contoh utama meliputi pemecahan glukosa, asam lemak, dan protein menjadi molekul-molekul kecil seperti piruvat, asetil-KoA, dan akhirnya menjadi karbon dioksida dan air. Energi yang dilepaskan dalam proses ini ditangkap dalam bentuk molekul berenergi tinggi seperti ATP (Adenosin Trifosfat) dan kofaktor tereduksi (NADH dan FADH₂).

Jalur Utama Katabolik:

• Glikolisis: Pemecahan glukosa menjadi piruvat.
• Beta-Oksidasi: Pemecahan rantai asam lemak menjadi asetil-KoA.
• Siklus Asam Sitrat (Krebs): Oksidasi asetil-KoA yang menghasilkan sebagian besar kofaktor tereduksi.
• Rantai Transpor Elektron (RTE): Proses akhir penghasil ATP paling banyak.

2. Anabolisme: Proses Pembangunan dan Konsumsi Energi

Anabolisme adalah kebalikan dari katabolisme. Ini adalah proses biosintetik yang memerlukan input energi (biasanya dari ATP) untuk membangun molekul kompleks dari unit sederhana. Contohnya adalah sintesis protein dari asam amino, sintesis glikogen dari glukosa, atau pembentukan DNA dan RNA.

Jalur Utama Anabolik:

• Glukoneogenesis: Sintesis glukosa dari prekursor non-karbohidrat (seperti laktat atau asam amino).
• Sintesis Protein: Proses translasi dan transkripsi.
• Lipogenesis: Sintesis asam lemak dan trigliserida.
• Sintesis Glikogen: Penyimpanan glukosa di hati dan otot.

III. Metabolisasi Makromolekul Utama

Setiap kelas makromolekul memiliki jalur metabolisasi yang unik dan saling terintegrasi. Ketiga jalur ini bertemu pada satu titik kunci: Asetil-KoA, molekul gerbang menuju Siklus Asam Sitrat.

1. Metabolisasi Karbohidrat: Glukosa sebagai Bahan Bakar Utama

Karbohidrat, terutama glukosa, adalah sumber energi pilihan tubuh. Proses penguraiannya dimulai dari glikolisis, yang terjadi di sitosol sel, dan dilanjutkan di mitokondria.

A. Glikolisis (Jalur Embden-Meyerhof-Parnas)

Glikolisis adalah proses sepuluh langkah yang mengubah satu molekul glukosa (C₆) menjadi dua molekul piruvat (C₃). Ini unik karena dapat berlangsung secara anaerob (tanpa oksigen) atau aerob (dengan oksigen).

1. Fase Persiapan (Membutuhkan ATP): Dua molekul ATP dikonsumsi untuk memfosforilasi glukosa, membentuk glukosa-6-fosfat dan fruktosa-1,6-bifosfat. Enzim kunci di sini adalah heksokinase dan fosfofruktokinase-1 (PFK-1).
2. Fase Hasil (Menghasilkan ATP dan NADH): Fruktosa-1,6-bifosfat dipecah menjadi dua molekul tiga karbon (DHAP dan G3P). Rantai reaksi selanjutnya menghasilkan total empat ATP melalui fosforilasi tingkat substrat, dan dua NADH. Hasil bersih: 2 ATP, 2 NADH, dan 2 Piruvat.

B. Nasib Piruvat

Nasib piruvat sangat bergantung pada ketersediaan oksigen:

• Kondisi Aerob: Piruvat diangkut ke mitokondria dan diubah menjadi Asetil-KoA melalui kompleks piruvat dehidrogenase (PDC). Asetil-KoA ini memasuki Siklus Krebs.
• Kondisi Anaerob (misalnya otot selama latihan intens): Piruvat diubah menjadi laktat oleh enzim laktat dehidrogenase, meregenerasi NAD+ yang penting agar glikolisis dapat terus berjalan.

C. Siklus Asam Sitrat (Krebs Cycle) dan Rantai Transpor Elektron (RTE)

Siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria. Asetil-KoA bergabung dengan oksaloasetat, membentuk sitrat. Dalam delapan langkah selanjutnya, dua atom karbon dilepaskan sebagai CO₂, dan energi ditangkap dalam bentuk 3 NADH, 1 FADH₂, dan 1 GTP (yang setara dengan ATP) per putaran.

NADH dan FADH₂ kemudian memasuki RTE yang berada di membran mitokondria bagian dalam. Melalui serangkaian kompleks protein, elektron ditransfer, memompa proton (H+) ke ruang intermembran, menciptakan gradien elektrokimia. Gradien ini digunakan oleh ATP sintase untuk fosforilasi oksidatif, menghasilkan sekitar 26-28 ATP per molekul glukosa.

2. Metabolisasi Lipid: Efisiensi Energi Tinggi

Lipid (lemak), disimpan terutama sebagai trigliserida, merupakan sumber energi jangka panjang yang sangat padat. Metabolisasinya lebih lambat tetapi menghasilkan energi yang jauh lebih besar daripada karbohidrat.

A. Lipolisis dan Beta-Oksidasi

Penyimpanan trigliserida dipecah menjadi gliserol dan asam lemak melalui lipolisis. Gliserol dapat masuk ke jalur glikolisis. Asam lemak, setelah diaktifkan, diangkut ke mitokondria melalui sistem pengangkut karnitin.

Di dalam mitokondria, asam lemak menjalani Beta-Oksidasi. Dalam setiap siklus beta-oksidasi, dua atom karbon dipotong dari rantai asam lemak, menghasilkan 1 Asetil-KoA, 1 NADH, dan 1 FADH₂. Sebagai contoh, oksidasi asam palmitat (16 karbon) menghasilkan 8 molekul Asetil-KoA, 7 NADH, dan 7 FADH₂, menghasilkan sekitar 108 ATP bersih—jauh melampaui glukosa.

B. Ketogenesis

Ketika tubuh berada dalam kondisi kelaparan berkepanjangan atau diet rendah karbohidrat ekstrem (misalnya, diet ketogenik), cadangan Asetil-KoA yang melimpah dari beta-oksidasi tidak dapat diproses sepenuhnya oleh Siklus Krebs. Asetil-KoA yang berlebihan di hati dialihkan untuk membentuk badan keton (asetoasetat, beta-hidroksibutirat, dan aseton). Badan keton ini dapat digunakan sebagai bahan bakar oleh otak dan otot, berfungsi sebagai "bahan bakar darurat".

3. Metabolisasi Protein: Fungsi Bangunan dan Darurat

Protein utamanya adalah blok bangunan (anabolisme), tetapi dalam kondisi kekurangan energi atau kelaparan, protein dipecah menjadi asam amino (katabolisme) untuk menghasilkan energi.

A. Pemecahan Asam Amino

Asam amino pertama-tama menjalani deaminasi, yaitu pelepasan gugus amino. Gugus amino ini sangat toksik dan harus segera diproses, yang mengarah ke Siklus Urea.

B. Siklus Urea

Siklus Urea, yang terjadi di hati, mengubah amonia (hasil deaminasi) yang sangat beracun menjadi urea yang relatif tidak berbahaya, yang kemudian diekskresikan melalui urin. Proses ini sangat penting untuk mencegah ensefalopati amonia.

C. Nasib Kerangka Karbon

Setelah gugus amino dilepas, kerangka karbon asam amino diklasifikasikan menjadi dua:

• Asam Amino Glukogenik: Kerangka karbon diubah menjadi piruvat atau intermediet Siklus Krebs (seperti oksaloasetat), yang dapat digunakan untuk glukoneogenesis (pembuatan glukosa).
• Asam Amino Ketogenik: Kerangka karbon diubah menjadi Asetil-KoA atau asetoasetil-KoA, yang dapat digunakan untuk sintesis asam lemak atau pembentukan badan keton.

IV. Regulasi Hormonal: Mengendalikan Aliran Metabolisasi

Metabolisasi sangat dinamis dan harus disesuaikan secara instan dengan kebutuhan sel, yang diatur terutama oleh sistem saraf dan, yang lebih penting, sistem endokrin (hormon).

1. Hormon Pankreas: Pengatur Glukosa

A. Insulin (Hormon Anabolik)

Dilepaskan oleh sel beta pankreas sebagai respons terhadap peningkatan kadar glukosa darah (setelah makan). Insulin adalah hormon penyimpanan: mendorong penyerapan glukosa ke dalam sel otot dan adiposa, memicu sintesis glikogen (glikogenesis) di hati, dan merangsang lipogenesis (pembentukan lemak) sambil menghambat lipolisis.

B. Glukagon (Hormon Katabolik)

Dilepaskan oleh sel alfa pankreas sebagai respons terhadap kadar glukosa darah yang rendah. Glukagon bertindak berlawanan dengan insulin, mendorong pemecahan glikogen (glikogenolisis) dan sintesis glukosa baru dari sumber non-karbohidrat (glukoneogenesis) di hati, serta memicu lipolisis.

2. Hormon Stres dan Pertahanan

A. Kortisol (Glukokortikoid)

Dilepaskan dari korteks adrenal, kortisol dikenal sebagai hormon stres. Dalam konteks metabolisasi, kortisol meningkatkan kadar glukosa darah dengan mendorong pemecahan protein otot (katabolisme protein) untuk menyediakan prekursor bagi glukoneogenesis. Kortisol memastikan pasokan energi stabil tersedia saat tubuh berada di bawah tekanan.

B. Epinefrin (Adrenalin)

Dilepaskan selama situasi "lawan atau lari". Epinefrin dengan cepat memobilisasi bahan bakar: meningkatkan glikogenolisis di otot dan hati, serta memicu lipolisis di jaringan adiposa, memastikan glukosa dan asam lemak siap digunakan oleh otot yang bekerja.

3. Hormon Tiroid: Pengatur Laju Dasar

Hormon tiroid (T₃ dan T₄) adalah regulator utama Laju Metabolisasi Basal (BMR). Mereka bertindak pada tingkat seluler dengan meningkatkan jumlah dan aktivitas mitokondria, serta meningkatkan aktivitas Na+/K+-ATPase, yang semuanya meningkatkan konsumsi oksigen dan produksi panas. Hipertiroidisme (kelebihan T₃/T₄) menyebabkan metabolisme cepat, penurunan berat badan, dan intoleransi panas, sementara hipotiroidisme memiliki efek sebaliknya.

V. Laju Metabolisasi dan Kebutuhan Energi

Untuk memahami bagaimana tubuh mengelola kalori, penting untuk membedakan antara berbagai komponen pengeluaran energi total (Total Energy Expenditure, TEE).

1. Laju Metabolisasi Basal (BMR)

BMR adalah jumlah energi minimum yang dibutuhkan untuk mempertahankan fungsi vital saat tubuh dalam keadaan istirahat total, bangun, dan dalam lingkungan termonetral (misalnya, pernapasan, sirkulasi darah, pemeliharaan suhu tubuh). BMR menyumbang sekitar 60–75% dari TEE harian individu dan sangat dipengaruhi oleh massa otot (jaringan yang lebih aktif secara metabolik) dan hormon tiroid.

2. Efek Termis Makanan (Thermic Effect of Food, TEF)

TEF adalah energi yang dihabiskan untuk mencerna, menyerap, mengangkut, memetabolisasi, dan menyimpan nutrisi yang dikonsumsi. TEF biasanya menyumbang sekitar 10% dari TEE. Protein memiliki TEF tertinggi, sementara lemak memiliki TEF terendah.

3. Aktivitas Fisik (NEAT dan EAT)

Ini adalah komponen yang paling variabel. Aktivitas fisik mencakup EAT (Exercise Activity Thermogenesis, olahraga terencana) dan NEAT (Non-Exercise Activity Thermogenesis, aktivitas sehari-hari non-olahraga seperti berjalan, gelisah, atau postur tubuh). Komponen ini dapat berkisar dari hanya 15% pada individu yang sangat tidak aktif hingga 50% pada atlet.

VI. Detail Mendalam: Biokimia Inti Metabolisasi

Metabolisasi melibatkan jalur-jalur yang sangat spesifik dan terperinci. Memahami jalur ini penting untuk mengapresiasi kerumitan regulasi energi seluler.

1. Regulasi Kunci Glikolisis: PFK-1

Enzim Fosfofruktokinase-1 (PFK-1) sering disebut sebagai regulator utama glikolisis. PFK-1 mengkatalisis langkah penentu laju: fosforilasi fruktosa-6-fosfat menjadi fruktosa-1,6-bifosfat.

• Aktivator: PFK-1 distimulasi oleh ADP, AMP, dan yang paling kuat, Fruktosa-2,6-bifosfat (senyawa regulator yang kadarnya diatur oleh hormon insulin dan glukagon).
• Inhibitor: PFK-1 dihambat oleh ATP (sinyal bahwa energi sudah melimpah) dan sitrat (intermediet Siklus Krebs, menunjukkan bahwa prekursor sudah menumpuk).

2. Glukoneogenesis (GNG): Sintesis dari Nol

Glukoneogenesis adalah jalur anabolik yang sangat penting, terutama bagi otak yang sangat bergantung pada glukosa. GNG terjadi terutama di hati (90%) dan ginjal (10%). Karena glikolisis bersifat ireversibel di tiga langkah kuncinya, GNG harus menggunakan empat enzim bypass khusus untuk melewati hambatan termodinamika tersebut:

1. Piruvat Karboksilase: Mengubah piruvat menjadi oksaloasetat.
2. Fosfoenolpiruvat Karboksikinase (PEPCK): Mengubah oksaloasetat menjadi fosfoenolpiruvat.
3. Fruktosa-1,6-bisfosfatase: Memotong langkah yang dikatalisis PFK-1.
4. Glukosa-6-fosfatase: Enzim yang hanya ditemukan di hati dan ginjal, melepaskan glukosa bebas ke dalam darah.

Glukoneogenesis adalah jalur yang boros energi, membutuhkan 6 ATP/GTP untuk mensintesis satu molekul glukosa, yang mencerminkan pentingnya menjaga kadar glukosa darah (glukostat).

3. Siklus Cori dan Siklus Alanin

Dua siklus ini adalah contoh interaksi antar-organ dalam metabolisasi:

• Siklus Cori: Terjadi antara otot (menghasilkan laktat anaerob) dan hati (mengubah laktat kembali menjadi glukosa melalui GNG). Glukosa kemudian dikirim kembali ke otot. Ini menjaga energi selama latihan intensif.
• Siklus Alanin: Terjadi antara otot dan hati. Otot mentransfer gugus amino (dari pemecahan protein) ke piruvat membentuk alanin, yang kemudian dikirim ke hati. Hati melepaskan gugus amino (ke Siklus Urea) dan menggunakan kerangka karbon (piruvat) untuk GNG.

4. Biosintesis Asam Lemak (Lipogenesis)

Ketika energi dan karbohidrat melimpah, Asetil-KoA yang berlebihan dialihkan untuk sintesis asam lemak. Ini terjadi di sitosol (berbeda dari beta-oksidasi yang di mitokondria). Asetil-KoA harus diangkut keluar dari mitokondria sebagai sitrat. Enzim kunci adalah Asetil-KoA Karboksilase, yang mengkatalisis langkah penentu laju sintesis lemak, menghasilkan Malonil-KoA.

VII. Gangguan Metabolisasi: Ketika Jalur Biokimia Gagal

Kelainan genetik atau akuisita dalam metabolisasi dapat menyebabkan penyakit serius karena akumulasi produk toksik atau kekurangan produk vital.

1. Diabetes Mellitus (Tipe 1 dan 2)

Ini adalah gangguan metabolisasi paling umum, dicirikan oleh hiperglikemia (gula darah tinggi) akibat cacat produksi insulin (Tipe 1) atau cacat respons seluler terhadap insulin (Tipe 2, resistensi insulin).

Kegagalan ini mengganggu metabolisasi karbohidrat, lemak, dan protein. Ketika sel tidak dapat mengakses glukosa, tubuh beralih ke katabolisme lemak dan protein secara masif, yang dapat menyebabkan ketoasidosis diabetik (akumulasi badan keton) pada kasus yang parah.

2. Kelainan Metabolisasi Asam Amino

Fenilketonuria (PKU): Kelainan genetik yang ditandai dengan kurangnya enzim fenilalanin hidroksilase. Ketidakmampuan mengubah asam amino fenilalanin menjadi tirosin menyebabkan akumulasi fenilalanin dan metabolitnya yang toksik, menyebabkan kerusakan saraf yang parah jika tidak dideteksi dini dan dikelola melalui diet ketat.

3. Kelainan Metabolisasi Lipid

Hypercholesterolemia Familial: Gangguan genetik yang menyebabkan cacat pada reseptor LDL di hati, menghambat penyerapan kolesterol dari darah. Ini menyebabkan kadar kolesterol yang sangat tinggi sejak usia muda, meningkatkan risiko aterosklerosis dan penyakit jantung.

4. Kelainan Metabolisasi Glikogen (GSDs)

Penyakit Penyimpanan Glikogen (GSD) disebabkan oleh defisiensi enzim yang diperlukan untuk sintesis atau degradasi glikogen. Contohnya adalah Penyakit von Gierke (GSD Tipe I), di mana defisiensi glukosa-6-fosfatase mencegah hati melepaskan glukosa dari glikogen atau GNG, menyebabkan hipoglikemia parah dan hepatomegali.

VIII. Spesialisasi Metabolisasi Organ

Meskipun semua sel melakukan metabolisasi dasar, organ utama memiliki peran metabolisasi yang unik dan terspesialisasi untuk menjaga keseimbangan seluruh tubuh.

1. Hati (Liver): Pusat Pengendali Metabolisme

Hati adalah organ yang paling aktif secara metabolik. Fungsinya meliputi:

• Pengaturan Glukosa Darah: Satu-satunya organ yang dapat melepaskan glukosa bebas ke dalam darah (melalui glikogenolisis dan glukoneogenesis).
• Sintesis Protein Plasma: Membuat albumin, faktor pembekuan, dan lipoprotein.
• Detoksifikasi: Memproses amonia (Siklus Urea), obat-obatan, dan toksin.
• Metabolisme Lipid: Tempat utama sintesis kolesterol, badan keton, dan sebagian besar trigliserida (yang kemudian diekspor sebagai VLDL).

2. Jaringan Adiposa: Penyimpanan dan Hormon

Jaringan adiposa menyimpan energi dalam bentuk trigliserida. Perannya adalah menahan lemak selama periode surplus energi dan melepaskannya selama kelaparan (lipolisis). Selain itu, jaringan adiposa kini diakui sebagai organ endokrin yang mengeluarkan hormon seperti leptin (mengatur rasa kenyang) dan adiponektin (meningkatkan sensitivitas insulin), yang secara langsung memengaruhi metabolisasi organ lain.

3. Otot Rangka: Bahan Bakar Fleksibel

Otot adalah konsumen glukosa terbesar, terutama selama aktivitas. Otot dapat menyimpan glikogen tetapi tidak memiliki enzim glukosa-6-fosfatase, yang berarti glikogen yang tersimpan hanya digunakan untuk kebutuhannya sendiri. Otot adalah situs utama pemecahan asam amino (katabolisme protein) selama kelaparan dan dapat dengan mudah beralih antara glukosa, asam lemak, dan badan keton sebagai bahan bakar, menunjukkan fleksibilitas metabolisasi yang tinggi.

4. Otak: Konsumen Glukosa Eksklusif

Dalam kondisi normal, otak sangat bergantung pada glukosa sebagai satu-satunya bahan bakar. Meskipun massanya hanya 2% dari berat badan, ia menggunakan sekitar 20% dari oksigen dan glukosa total. Ini tidak memiliki kemampuan penyimpanan glikogen yang signifikan. Namun, dalam kondisi kelaparan berkepanjangan (beberapa hari), otak beradaptasi dengan menggunakan badan keton sebagai sumber energi alternatif untuk menghemat cadangan glukosa yang terbatas.

IX. Strategi Optimalisasi Laju Metabolisasi

Memahami metabolisasi memungkinkan individu untuk mengambil langkah sadar dalam memodulasi laju dan efisiensi energi tubuh mereka.

1. Peran Diet dan Komposisi Makronutrien

Komposisi diet memengaruhi metabolisasi melalui tiga cara utama:

• Protein Tinggi: Karena TEF protein lebih tinggi, mengonsumsi protein membutuhkan lebih banyak energi untuk dicerna dan dapat meningkatkan BMR secara marginal. Protein juga penting untuk mempertahankan massa otot, yang merupakan jaringan metabolisasi aktif.
• Asupan Karbohidrat: Karbohidrat kompleks dan berserat membantu menstabilkan kadar insulin, mencegah lonjakan dan penurunan yang mengganggu metabolisasi energi yang seimbang.
• Mikronutrien: Vitamin B (seperti B1, B2, B3, B5) berfungsi sebagai ko-faktor penting dalam Siklus Krebs dan rantai transpor elektron. Yodium sangat penting untuk sintesis hormon tiroid.

2. Latihan Fisik dan Adaptasi Metabolisasi

Latihan fisik adalah stimulan metabolisasi paling kuat:

• Latihan Ketahanan (Aerobik): Meningkatkan efisiensi sistem transpor oksigen dan meningkatkan jumlah serta kepadatan mitokondria di sel otot, yang secara langsung meningkatkan kapasitas oksidasi lemak (beta-oksidasi).
• Latihan Kekuatan: Merangsang hipertrofi otot. Karena otot lebih aktif secara metabolis daripada lemak, peningkatan massa otot meningkatkan BMR bahkan saat istirahat.

3. Pentingnya Tidur dan Jam Sirkadian

Metabolisasi tidak terjadi secara statis; ia tunduk pada ritme sirkadian. Tidur yang tidak memadai dapat mengganggu sinyal hormonal, khususnya meningkatkan kortisol (hormon stres, memicu katabolisme) dan ghrelin (hormon lapar) sambil menurunkan leptin (hormon kenyang). Gangguan tidur kronis dapat menyebabkan resistensi insulin dan disfungsi metabolisasi lemak, menunjukkan bahwa istirahat adalah komponen penting dalam pengaturan metabolisasi.

X. Jalur Regulasi Biokimia Tambahan dan Interaksi Kompleks

Kedalaman proses metabolisasi melampaui jalur primer; terdapat banyak jalur sekunder yang berperan penting dalam fleksibilitas tubuh menghadapi perubahan nutrisi dan lingkungan.

1. Jalur Pentosa Fosfat (PPP)

Jalur ini bercabang dari glikolisis pada glukosa-6-fosfat dan memiliki dua fungsi utama yang sangat penting untuk integritas seluler:

1. Produksi NADPH: NADPH (bentuk tereduksi dari NADP+) sangat penting untuk reaksi biosintesis anabolik (misalnya, sintesis asam lemak dan sterol) dan untuk perlindungan antioksidan. NADPH diperlukan untuk mereduksi glutathione, melindungi sel dari stres oksidatif dan radikal bebas.
2. Produksi Ribosa-5-Fosfat: Prekursor penting yang digunakan dalam sintesis nukleotida, yang merupakan blok bangunan DNA dan RNA.

2. Regulasi oleh Adenosin Monofosfat-Activated Protein Kinase (AMPK)

AMPK bertindak sebagai sensor energi seluler utama. Ketika rasio AMP tinggi (yang berarti ATP rendah, sel "kelaparan"), AMPK diaktifkan. Setelah aktif, AMPK bertindak sebagai saklar metabolis, mematikan jalur anabolik yang boros energi (seperti sintesis asam lemak dan protein) dan menyalakan jalur katabolik yang menghasilkan energi (seperti oksidasi asam lemak dan penyerapan glukosa).

Aktivasi AMPK oleh olahraga atau obat-obatan seperti Metformin adalah mekanisme utama yang digunakan untuk meningkatkan sensitivitas insulin dan memperbaiki disfungsi metabolisme.

3. Metabolisasi Kolesterol dan Lipoprotein

Kolesterol adalah komponen penting membran sel dan prekursor hormon steroid serta garam empedu. Metabolisasinya diatur secara ketat, terutama di hati. Kolesterol diangkut dalam darah melalui lipoprotein:

• Chylomicrons: Mengangkut trigliserida diet dari usus ke jaringan perifer.
• VLDL (Very Low Density Lipoprotein): Mengangkut trigliserida yang disintesis hati ke perifer.
• LDL (Low Density Lipoprotein): Sering disebut "kolesterol jahat," mengangkut kolesterol dari hati ke sel tubuh.
• HDL (High Density Lipoprotein): Sering disebut "kolesterol baik," bertanggung jawab atas transpor balik kolesterol (Reverse Cholesterol Transport), mengambil kolesterol berlebihan dari perifer dan membawanya kembali ke hati untuk diekskresikan.

Keseimbangan antara produksi dan eliminasi lipoprotein ini sangat penting. Kegagalan dalam regulasi, seperti hiperaktivitas enzim HMG-CoA reduktase (enzim penentu laju sintesis kolesterol), dapat menyebabkan peningkatan kolesterol darah.

4. Jalur Sekresi Insulin yang Kompleks

Sekresi insulin sendiri adalah jalur metabolis yang kompleks. Ketika glukosa masuk ke sel beta pankreas, ia dimetabolisme melalui glikolisis dan Siklus Krebs, meningkatkan rasio ATP/ADP. Peningkatan rasio ini menutup saluran kalium sensitif ATP, menyebabkan depolarisasi membran. Depolarisasi membuka saluran kalsium yang bergantung pada tegangan, dan masuknya kalsium memicu fusi vesikel yang mengandung insulin dengan membran plasma, melepaskan insulin ke aliran darah.

Jalur ini menunjukkan betapa eratnya produksi energi (metabolisasi glukosa) terikat pada fungsi endokrin yang vital.