Jaringan yang berbeda memiliki profil metabolisme khusus yang mencerminkan fungsi uniknya. Memahami metabolisme spesifik jaringan sangat penting untuk memahami bagaimana penyakit metabolisme memengaruhi organ tertentu dan bagaimana jalur metabolisme dikoordinasikan di seluruh tubuh.
Hati
Hati adalah pusat metabolisme utama, memproses, menyimpan, dan mendistribusikan nutrisi. Hepatosit memiliki perlengkapan enzim metabolisme yang lengkap dan dapat melakukan pemanfaatan dan produksi glukosa. Hati mengekspresikan glukokinase daripada heksokinase, yang memiliki Km lebih tinggi untuk glukosa dan tidak dihambat oleh glukosa-6-fosfat. Hal ini memungkinkan hati memfosforilasi glukosa hanya ketika glukosa darah meningkat, mencegah siklus sia-sia antara penyerapan glukosa dan produksi glukosa.
Hati adalah tempat utama glukoneogenesis, sintesis urea, ketogenesis, dan produksi lipoprotein. Hati memiliki kapasitas tinggi untuk oksidasi asam lemak dan dapat menggunakan asam amino sebagai substrat glukoneogenik. Zonasi hati menciptakan spesialisasi metabolisme di seluruh lobulus, dengan hepatosit periportal lebih aktif dalam glukoneogenesis dan sintesis urea, sementara hepatosit perivena lebih aktif dalam glikolisis dan lipogenesis.
Otot Rangka
Otot rangka adalah jaringan terbesar berdasarkan massa dan menyumbang sebagian besar pengeluaran energi. Serat otot diklasifikasikan sebagai tipe I, serat oksidatif lambat yang terutama mengandalkan oksidasi asam lemak dan memiliki kepadatan mitokondria tinggi, dan tipe II, serat glikolitik cepat yang lebih mengandalkan glikolisis dan memiliki kepadatan mitokondria lebih rendah. Sebagian besar otot manusia mengandung campuran tipe serat.
Saat istirahat, otot terutama menggunakan asam lemak. Selama olahraga sedang, penyerapan glukosa meningkat melalui translokasi GLUT4 yang dimediasi AMPK, dan glukosa serta asam lemak digunakan. Selama olahraga intens, glikolisis mendominasi, menghasilkan laktat. Otot memiliki cadangan glikogen yang besar, sekitar 300 hingga 400 gram total, yang menyediakan glukosa untuk glikolisis tanpa memerlukan glukosa darah. Selama pemulihan, glikogen otot diisi kembali melalui penyerapan glukosa yang bergantung pada insulin.
Jaringan Adiposa
Jaringan adiposa terdiri dari tipe putih dan coklat. Jaringan adiposa putih menyimpan triasilgliserol dan melepaskan asam lemak selama puasa. Jaringan ini mengekspresikan lipase sensitif hormon dan lipase trigliserida adiposa, yang diaktifkan oleh katekolamin dan dihambat oleh insulin. Jaringan adiposa juga berfungsi sebagai organ endokrin, mengeluarkan adipokin termasuk leptin, adiponektin, dan resistin yang mengatur nafsu makan, sensitivitas insulin, dan peradangan.
Jaringan adiposa coklat dikhususkan untuk termogenesis melalui protein pencerai 1, yang menghilangkan gradien proton mitokondria sebagai panas daripada menghasilkan ATP. Jaringan adiposa coklat melimpah pada bayi dan terdapat pada orang dewasa pada tingkat yang signifikan secara metabolisme, terutama di daerah supraklavikular dan paravertebral. Paparan dingin mengaktifkan jaringan adiposa coklat melalui stimulasi simpatis, meningkatkan pengeluaran energi.
Jantung
Jantung adalah organ aerobik obligat dengan kebutuhan energi tinggi, mengonsumsi sekitar 6 kilogram ATP setiap hari. Tidak seperti otot rangka, jantung mempertahankan aktivitas kontraktil terus-menerus dan tidak dapat mengandalkan metabolisme anaerobik. Jantung terutama menggunakan asam lemak, yang memasok 60 hingga 90% kebutuhan energinya. Sisa energi berasal dari glukosa, laktat, dan badan keton dalam proporsi yang bervariasi tergantung pada ketersediaan substrat.
Jantung mengekspresikan isoform unik laktat dehidrogenase, LDH1, yang dihambat oleh kadar piruvat tinggi. Ini mendukung konversi laktat menjadi piruvat, memungkinkan jantung menggunakan laktat sirkulasi sebagai bahan bakar. Fleksibilitas metabolisme jantung memungkinkannya beralih antar substrat, tetapi dalam kondisi seperti gagal jantung, infleksibilitas metabolisme berkembang dengan penurunan oksidasi asam lemak dan peningkatan pemanfaatan glukosa.
Otak
Otak memiliki laju metabolisme tertinggi dari organ mana pun, mengonsumsi sekitar 20% oksigen tubuh meskipun hanya mewakili 2% berat badan. Dalam kondisi makan normal, otak menggunakan glukosa hampir secara eksklusif. Glukosa diangkut melintasi sawar darah-otak oleh GLUT1 dan diambil oleh neuron melalui GLUT3, yang memiliki Km rendah memastikan penyerapan glukosa bahkan ketika glukosa darah rendah.
Selama puasa berkepanjangan, otak beradaptasi untuk menggunakan badan keton, terutama beta-hidroksibutirat dan asetoasetat. Badan keton memasuki otak melalui transporter monokarboksilat dan diubah menjadi asetil-KoA untuk produksi energi. Setelah sekitar 3 hari puasa, badan keton memasok sekitar 30% energi otak, meningkat menjadi 70% setelah beberapa minggu kelaparan. Adaptasi ini mengurangi kebutuhan glukoneogenesis dari protein otot.
Sel Darah Merah
Eritrosit tidak memiliki mitokondria dan sepenuhnya bergantung pada glikolisis anaerobik untuk produksi ATP. Mereka memetabolisme glukosa menjadi laktat dengan laju sekitar 40 gram glukosa setiap hari. Sel darah merah juga menggunakan jalur pentosa fosfat untuk menghasilkan NADPH guna mempertahankan glutathione tereduksi dan melindungi dari kerusakan oksidatif.
