Integrasi metabolisme menggambarkan bagaimana tubuh mengoordinasikan aktivitas metabolisme berbagai organ untuk mempertahankan homeostasis energi. Hati, otot, jaringan adiposa, dan otak masing-masing memiliki peran metabolisme khusus yang dikoordinasikan melalui sinyal hormonal dan substrat.

Hati sebagai Pusat Metabolisme

Hati menempati posisi sentral dalam metabolisme, menerima nutrisi dari sirkulasi portal dan mendistribusikan bahan bakar ke jaringan lain. Setelah makan, hati mengambil glukosa dan menyimpannya sebagai glikogen. Kelebihan glukosa diubah menjadi asam lemak melalui lipogenesis de novo dan diekspor sebagai trigliserida VLDL. Selama puasa, hati melepaskan glukosa melalui glikogenolisis dan glukoneogenesis, menggunakan laktat, asam amino, dan gliserol sebagai prekursor. Hati juga memproses badan keton dari oksidasi asam lemak untuk diekspor ke jaringan ekstrahepatik.

Jaringan Adiposa

Jaringan adiposa putih menyimpan kelebihan energi sebagai triasilgliserol dan melepaskan asam lemak selama puasa. Dalam keadaan makan, insulin mendorong penyerapan glukosa dan lipogenesis, sambil menghambat lipolisis. Dalam keadaan puasa, insulin rendah dan katekolamin tinggi mengaktifkan lipase sensitif hormon dan lipase trigliserida adiposa, melepaskan asam lemak bebas dan gliserol ke sirkulasi. Asam lemak bebas digunakan oleh otot dan jaringan lain melalui oksidasi asam lemak, sementara gliserol adalah substrat glukoneogenik untuk hati. Jaringan adiposa coklat dikhususkan untuk termogenesis melalui protein pencerai 1, yang menghilangkan gradien proton untuk menghasilkan panas.

Otot Rangka

Otot rangka menyumbang sebagian besar pengeluaran energi. Saat istirahat, otot terutama menggunakan asam lemak. Selama olahraga, otot menggunakan cadangan glikogennya dan mengambil glukosa dari darah. Selama olahraga intens, glikolisis anaerobik menghasilkan laktat, yang dilepaskan ke sirkulasi dan diambil oleh hati untuk glukoneogenesis. Otot juga mengandung kumpulan protein besar yang dapat dimobilisasi selama puasa berkepanjangan, melepaskan asam amino untuk glukoneogenesis.

Otak

Otak memiliki kebutuhan glukosa obligat dalam kondisi normal, mengonsumsi sekitar 120 gram glukosa setiap hari. Otak tidak dapat menggunakan asam lemak karena asam lemak tidak melintasi sawar darah-otak secara efisien. Selama puasa berkepanjangan, otak beradaptasi untuk menggunakan badan keton, yang dapat memasok hingga 70% kebutuhan energinya setelah beberapa minggu kelaparan. Otak memiliki cadangan glikogen yang dapat diabaikan dan bergantung pada pasokan glukosa yang terus-menerus dari sirkulasi.

Keadaan Makan

Setelah makan, glukosa darah meningkat dan insulin disekresikan. Di hati, glukosa difosforilasi oleh glukokinase, yang memiliki Km tinggi dan tidak dihambat oleh glukosa-6-fosfat, memungkinkan penyerapan glukosa berlanjut ketika glukosa darah tinggi. Glukosa disimpan sebagai glikogen atau diubah menjadi asam lemak. Di otot dan jaringan adiposa, insulin merangsang penyerapan glukosa melalui translokasi GLUT4. Asam amino digunakan untuk sintesis protein, dan kelebihan asam amino dideaminasi di hati, dengan kerangka karbon digunakan untuk energi atau produksi glukosa.

Keadaan Puasa

Selama puasa jangka pendek, glikogenolisis mempertahankan glukosa darah. Setelah 12 hingga 24 jam, cadangan glikogen habis dan glukoneogenesis menjadi sumber glukosa utama. Glukagon merangsang proses ini dan mendorong lipolisis. Setelah 2 hingga 3 hari puasa, badan keton menjadi bahan bakar signifikan, memasuki siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif. Setelah puasa berkepanjangan, katabolisme protein dikurangi untuk mempertahankan massa otot, dan badan keton memasok sebagian besar energi otak, mengurangi kebutuhan glukoneogenesis dari asam amino.

Olahraga

Olahraga menempatkan tuntutan unik pada integrasi metabolisme. Selama olahraga sedang, otot menggunakan campuran glukosa dan asam lemak. Seiring meningkatnya intensitas, penggunaan karbohidrat mendominasi. Laktat yang diproduksi oleh otot aktif dilepaskan ke sirkulasi dan diambil oleh hati untuk glukoneogenesis. Selama pemulihan, glikogen otot diisi kembali dari karbohidrat makanan atau dari laktat melalui siklus Cori. Olahraga teratur meningkatkan fleksibilitas metabolisme, yaitu kemampuan untuk beralih antara sumber bahan bakar, dan meningkatkan sensitivitas insulin.