Penjas Asyik: Pembentukan Energi saat Olahraga

Tugas ke 4

Pembentukan Energi Saat Olahraga

Sel dituntut untuk menghasilkan energi untuk mereka gunakan sendiri. Energi tersebut didapat dari hasil ekstraksi energi yang terkandung di dalam ikatan-ikatan kimia pada molekul makanan dengan cara mengombinasikan molekul makanan dengan oksigen di dalam mitokondria sel. Molekul-molekul makanan yang digunakan adalah glukosa dari metabolisme karbohidrat, asam amino dari metabolisme protein, dan asam lemak dan gliserol dari metabolisme lemak.

Proses ketika molekul makanan dikombinasikan dengan oksigen, yang kemudian menghasilkan energi, disebut fosforilasi oksidatif. Proses ini memerlukan beberapa enzim, yang bekerja secara berurutan di dalam mitokondria. Hasil akhirnya adalah pembentukan molekul adenosin trifosfat (ATP) yang kaya energi. ATP tersusun atas basa nitrogen adenosin, gula ribosa, dan tiga molekul fosfat yang terikat menjadi satu. Dua fosfat terakhir diikat oleh suatu ikatan berenergi tinggi, yang apabila diputus akan membebaskan sekitar 7 kkal per mol energi yang dapat digunakan oleh sel.

Fosforilasi Oksidatif Glukosa

Walaupun fosforilasi oksidatif glukosa terjadi di mitokondria, namun harus ada langkah awal dalam penanganan glukosa sebelum fosforilasi oksidatif terjadi. Langkah ini disebut glikolisis dan berlangsung di sitoplasma di luar mitokondria. Proses ini bersifat anaerob, yang berarti bahwa glikolisis terjadi tanpa memerlukan oksigen. Selama glikolisis enzim-enzim sitoplasma mengubah glukosa menjadi asam piruvat. Proses ini memerlukan dua molekul ATP dan menghasilkan empat molekul ATP: hasil dari dua molekul. Pada saat terjadi kekurangan oksigen, glikolisis berperan penting tetapi terbatas dalam menyuplai ATP ke sel.

Apabila tersedia oksigen (aerob), maka molekul asam piruvat akan bergerak ke dalam mitokondria, memasuki siklus asam sitrat atau siklus Krebs dan diubah oleh enzim-enzim yang terdapat di sana menjadi suatu senyawa yang disebut asetil koenzim A (asetil KoA). Proses ini menghasilkan tambahan dua molekul ATP. Asetil KoA kemudian secara enzimatis diubah menjadi karbon dioksida dan hidrogen. Karbon dioksida berdifusi keluar dari mitokondria dan dari sel, yang kemudian diserap oleh darah yang menyuplai sel tersebut, dibawa ke paru paru dan dikeluarkan dari tubuh. Atom hidrogen yang tertinggal di mitokondria memulai proses fosforilasi oksidatif dan selama proses itu, mereka berikatan dengan molekul-molekul oksigen melalui suatu rantai transpor elektron yang terdapat di membran mitokondria. Hasil dari proses ini adalah pembentukan energi dalam jumlah yang sangat besar, dalam bentuk 36 molekul ATP. Olch karena itu dari metabolisme satu buah molekul glukosa, total dibentuk 38 molekul ATP (36 dari fosforilasi oksidatif dan 2 dan glikolisis).

Fosforilasi Oksidatif Asam Lemak Dan Gliserol

Sel juga menggunakan asam lemak bebas dan gliserol dalam fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP. Gliserol adalah sebuah karbohidrat dengan tiga rantai karbon, yang mengalami glikolisis dalam sitoplasma dan masuk ke siklus Krebs sebagai asetil KoA. Asam lemak bebas berdifusi langsung ke dalam mitokondria tempat mereka diubah menjadi asetil KoA oleh berbagai enzim. Asetil KoA kemudian masuk ke siklus Krebs. Penguraian satu molekul lemak menghasilkan 463 molekul ATP. Lemak memiliki berat per mol lima kali lebih besar dibandingkan dengan glukosa. Dengan demikian, per gramnya, metabolisme lemak menghasilkan ATP sekitar tiga kali lebih banyak dibandingkan dengan metabolisme glukosa. Dengan demikian, lemak adalah bentuk penyimpanan energi yang jauh lebih efisien dibandingkan karbohidrat.

Fosforilasi Oksidatif Asam Amino

Asam amino masuk ke dalam mitokondria setelah molekul nitrogen dikeluarkan (deaminasi). Setelah deaminasi, asam amino tersebut masuk ke dalam siklus Krebs di berbagai titik. Sebagian, seperti alanin, masuk sebagai asam piruvat; diikuti oleh yang lain yang masuk sebagai zat antara. Tempat asam-asam amino masuk ke siklus Krebs menentukan berapa banyak atom hidrogen yang mereka

tambahkan ke rantai transpor elektron dan dengan demikian berapa banyak molekul ATP yang disintesis.

Glikolisis Anaerob

Apabila tidak tersedia oksigen, maka asam piruvat yang dihasilkan oleh glikolisis tidak masuk ke siklus Krebs, tetapi berikatan dengan hidrogen dalam sitoplasma untuk membentuk asam laktat. Dua molekul ATP yang terbentuk dari penguraian satu molekul glukosa menjadi asam piruvat disediakan untuk menjaga sel tetap hidup. Meski demikian, penggunaan glukosa ini menjadi sia-sia karena menyebabkan hilangnya 36 molekul ATP yang seharusnya terbentuk apabila asam piruvat memasuki siklus krebs. Proses ini hanya dapat berlangsung singkat sebelum glukosa di deplesi.

Asam laktat yang dihasilkan oleh glikolisis anaerob berdifusi keluar sel dan masuk ke dalam peredaran darah. Hal ini dapat menyebabkan penurunan pH plasma (peningkatan keasaman plasma). Dengan kembalinya oksigen, asam laktat akan diubah kembali menjadi asam piruvat, terutama di hati, dan siklus Krebs akan berjalan kembali.

Pustaka

Buku Saku Patofisiologi Corwin Oleh Elizabeth J. Corwin

Kebutuhan energi pada saat berolahraga dapat dipenuhi melalui sumber-sumber energi yang tersimpan di dalam tubuh yaitu melalui pembakaran karbohidrat, pembakaran lemak, serta kontribusi sekitar 5% melalui pemecahan protein. Diantara ketiganya, simpanan protein bukanlah merupakan sumber energi yang langsung dapat digunakan oleh tubuh dan protein baru akan terpakai jika simpanan karbohidrat ataupun lemak tidak lagi mampu untuk menghasilkan energi yang dibutuhkan oleh tubuh. Penggunaan antara lemak ataupun karbohidrat oleh tubuh sebagai sumber energi untuk dapat mendukung kerja otot akan ditentukan oleh 2 faktor yaitu intensitas serta durasi olahraga yang dilakukan.

Pada olahraga intensitas rendah (ą25 VO max) dengan waktu durasi yang panjang seperti jalan kaki atau lari-lari kecil, pembakaran lemak akan memberikan kontribusi yang lebih besar dibandingkan dengan pembakaran karbohidrat dalam hal produksi energi tubuh. Namun walaupun lemak akan berfungsi sebagai sumber energi utama tubuh dalam olahraga dengan intensitas rendah, ketersediaan karbohidrat tetap akan dibutuhkan oleh tubuh untuk menyempurnakan pembakaran lemak serta untuk mempertahankan level glukosa darah.

Pada olahraga intensitas moderat-tinggi yang bertenaga seperti sprint atau juga pada olahraga beregu seperti sepakbola atau bola basket , pembakaran karbohidrat akan berfungsi sebagai sumber energi utama tubuh dan akan memberikan kontribusi yang lebih besar dibandingkan dengan pembakaran lemak dalam memproduksi energi di dalam tubuh. Kontribusi pembakaran karbohidrat sebagai sumber energi utama tubuh akan meningkat hingga sebesar 100% ketika intensitas olahraga berada pada rentang 70-95% VO max.

Glikogen merupakan simpanan karbohidrat dalam bentuk glukosa di dalam tubuh yang berfungsi sebagai salah satu sumber energi. Terbentuk dari mokekul glukosa yang saling mengikat dan membentuk molekul yang lebih kompleks, simpanan glikogen memilik fungsi sebagai sumber energi tidak hanya bagi kerja otot namun juga merupakan sumber energi bagi sistem pusat syaraf dan otak.

Di dalam tubuh, jaringan otot dan hati merupakan dua kompartemen utama yang digunakan oleh tubuh untuk menyimpan glikogen. Pada jaringan otot,glikogen akan memberikan kontribusi sekitar 1% dari total massa otot sedangkan di dalam hati glikogen akan memberikan kontribusi sekitar 8-10% dari total massa hati. Walaupun memiliki persentase yang lebih kecil namun secara total jaringan otot memiliki jumlah glikogen 2 kali lebih besar di bandingkan dengan glikogen hati.

Pada jaringan otot, glukosa yang tersimpan dalam bentuk glikogen dapat digunakan secara langsung oleh otot tersebut untuk menghasilkan energi. Begitu juga dengan hati yang dapat mengeluarkan glukosa apabila dibutuhkan untuk memproduksi energi di dalam tubuh. Selain itu glikogen hati juga mempunyai peranan yang penting dalam menjaga kesehatan tubuh yaitu berfungsi untuk menjaga level glukosa darah.

Tugas ke 5

Glikogen Loading

Jumlah simpanan glikogen yang terdapat di dalam tubuh merupakan salah satu faktor penentu performa seorang atlet . Atlet yang mengkonsumsi karbohidrat dalam jumlah yang besar dalam sehari-hari akan memilki simpanan glikogen yang relatif lebih besar jika dibandingan dengan atlet yang mengkonsumsi karbohidrat dalam jumlah yang kecil. Dengan simpanan glikogen yang rendah, seorang atlet dalam menjalankan latihan/pertandingannya akan cepat merasa lelah sehingga kemudian mengakibatkan terjadinya penurunan intensitas dan performa olahraga. Hal ini berbeda dengan seorang atlet yang akan memiliki performa dan ketahanan yang lebih baik apabila memiliki simpanan glikogen yang besar.

Perlu juga untuk diketahui bahwa glikogen yang terdapat di dalam otot hanya dapat digunakan untuk keperluan energi di dalam otot tersebut dan tidak dapat dikembalikan ke dalam aliran darah dalam bentuk glukosa apabila terdapat bagian tubuh lain yang membutuhkannya. Hal ini berbeda dengan glikogen yang tersimpan di dalam hati yang dapat dikonversi menjadi glukosa melalui proses glycogenolysis ketika terdapat bagian tubuh lain yang membutuhkan. Walaupun jumlah karbohidrat yang dapat tersimpan sebagai glikogen ini memilikiketerbatasan, namun kapasitas penyimpanannya terutama kapasitas penyimpanan glikogen otot dapat ditingkatkan dengan cara mengurangi konsumsi lemak dan memperbesar konsumsi bahan pangan kaya akan karbarbohidrat seperti roti, kentang, jagung,singkong atau juga pasta. Pengisian tubuh dengan karbohidrat pada masa persiapan ini biasanya dikenal dengan istilah carbohydrate loading dan akan memberikan manfaat terutama bagi atlet yang akan berkompetisi dalam cabang olahraga endurance atau atlet yang akan melakukan latihan/ pertandingan dengan durasi lebih dari 90 menit.

Salah satu faktor yang menjadi penyebab utama penurunan kapasitas perfoma tubuh saat beraktivitas fisik seperti berolahraga selain karena berkurangnya jumlah cairan dari dalam tubuh juga disebabkan oleh berkurangnya jumlah simpanan glukosa (energi) tubuh.

Glukosa merupakan nutrisi karbohidrat terpenting karena mempunyai fungsi utama sebagai penyedia energi bagi berbagai aktivitas fisik tubuh. Berfungsi sebagai ‘bahan bakar’ utama dalam proses metabolisme energi, menjadikan simpanannya di dalam aliran darah (blood glucose), otot dan hati (glikogen) menjadi salah satu faktor penting yang menentukan performa tubuh saat melakukan olahraga intensitas tinggi bertenaga, olahraga ketahanan (endurance) ataupun juga olahraga kombinasi keduanya seperti sepakbola, tenis, bola basket ataupun bulutangkis.

Mengkonsumsi air putih yang telah ditambahkan karbohidrat glukosa terbukti dapat membantu meningkatkan performa olahraga.^1,2 Karena merupakan karbohidrat dengan bentuk molekul yang paling sederhana, glukosa mudah diserap dan dapat cepat menyediakan energi bagi sel-sel tubuh.

Di dalam tubuh konsumsi glukosa dapat menghasilkan laju produksi energi yang besar hingga 1 gram per menit.3 Dan manfaat lebih akan didapatkan apabila glukosa ini dipadukan karbohidrat jenis lain seperti sukrosa atau fruktosa, karena selain akan membantu mempercepat proses penyerapan cairan ke dalam tubuh kombinasi antara glukosa-sukrosa atau glukosa-fruktosa ini juga akan menghasilkan laju produksi energi yang lebih besar di dalam tubuh hingga mencapai 1.3 gram per menit.

Karbohidrat Loading

Karbohidrat merupakan nutrisi sumber energi yang tidak hanya berfungsi untuk mendukung aktivitas fisik seperti berolahraga namun karbohidrat juga merupakan sumber energi utama bagi sitem pusat syaraf termasuk otak. Di dalam tubuh, karbohidrat yang dikonsumsi oleh manusia dapat tersimpan di dalam hati dan otot sebagai simpanan energi dalam bentuk glikogen. Total karbohidrat yang dapat tersimpan di dalam tubuh orang dewasa kurang lebih sebesar 500 gr atau mampu untuk menghasilkan energi sebesar 2000 kkal. Di dalam tubuh manusia, sekitar 80% dari karbohidrat ini akan tersimpan sebagai glikogen di dalam otot, 18-22% akan tersimpan sebagai glikogen di dalam hati dan sisanya akan bersirkulasi di dalam aliran darah dalam bentuk glukosa.

Pada saat berolahraga terutama olahraga dengan intensitas moderat-tinggi, kebutuhan energi bagi tubuh dapat terpenuhi melalui simpanan glikogen, terutama glikogen otot serta melalui simpanan glukosa yang terdapat di dalam aliran darah (blood glucose) dimana ketersediaan glukosa di dalam aliran darah ini dapat dibantu oleh glikogen hati agar levelnya tetap berada pada keadaan normal. Proses pembakaran 1 gram karbohidrat akan menghasilkan energi sebesar 4 kkal. Walaupun nilai ini relatif lebih kecil jika dibandingkan dengan energi hasil pembakaran lemak, namun proses metabolisme energi karbohidrat akan mampu untuk menghasilkan ATP (molekul dasar pembentuk energi) dengan kuantitas yang lebih besar serta dengan laju yang lebih cepat jika dibandingkan dengan pembakaran lemak.