Gizi Olahraga

bahan kuliah biokimia olahraga s1

Pengaturan Metabolisme Olahraga

Bahan bakar yang berbeda tersedia untuk menghasilkan ATP untuk aktivitas otot selama berolahraga. Glikogen dari otot rangka dan penyimpanan di hati dapat dikonversi menjadi asam laktat atau hampir sepenuhnya teroksidasi menjadi karbon dioksida (CO2), triasilgliserol dalam otot itu sendiri dan asam lemak dari jaringan adiposa dapat dikonversi menjadi CO2 dalam otot yang bekerja, beberapa asam amino bebas dapat dilepaskan di dalam otot itu sendiri dan dari simpanan di usus untuk mempertahankan jumlah produksi ATP yang sangat diperlukan untuk kontraksi otot. Hampir semua reaksi biokimiawi yang terjadi memerlukan satu atau beberapa enzim untuk mengaktifkan konversi substrat menjadi produk yang diharapkan dengan lebih efisien.[1]

Proses latihan pada atlet menyebabkan perubahan dalam profil metabolisme mereka yang sangat tergantung pada jenis dan durasi sesi latihan mereka. Perubahan dalam konsumsi substrat energi dalam glikolisis, lipolisis, katabolisme adenin nukleotida, dan katabolisme asam amino telah dibuktikan sebagai respons metabolik terhadap olahraga.[2]

Reaksi reversibel dan non-reversibel dalam jalur metabolisme bergantung pada enzim spesifik. Enzim alosterik adalah enzim pengatur yang memberikan arah terjadinya reaksi. Enzim pengatur dapat diaktifkan atau dihambat oleh regulator kecil. Siklus substrat yang reversibel antara A dan B dikatalisis oleh dua enzim dengan aliran energi yang berbeda. Kebutuhan produksi ATP untuk kontraksi otot berada di bawah pengendalian oleh enzim pengatur dan jumlah substrat yang tersedia.[1]

Perbaikan reaksi metabolik yang terjadi dalam proses olahraga tergantung pada peningkatan enzim pengatur yang sesuai terutama dalam jalur glikolitik dan oksidatif. Jumlah beberapa enzim spesifik akan meningkat seiring dengan peningkatan latihan untuk meningkatkan aktivitas maksimum jalur metabolisme yang dibutuhkan untuk mencukupi kebutuhan energi.[1]

ATP Sebagai Sumber Energi Sel

Sel Membutuhkan Sumber Energi Bebas

Sel adalah sistem isotermal – mereka berfungsi pada suhu yang pada dasarnya konstan (dan juga berfungsi pada tekanan konstan). Aliran panas bukanlah sumber energi untuk sel, karena panas hanya dapat bekerja ketika melewati zona atau objek pada suhu yang lebih rendah. Energi yang dapat dan harus digunakan sel adalah energi bebas, yang memungkinkan prediksi arah reaksi kimia, posisi ekuilibriumnya yang tepat, dan jumlah kerja yang mereka dapat (secara teori) lakukan pada suhu dan tekanan konstan. Sel heterotrofik memperoleh energi bebas dari molekul zat gizi, dan sel fotosintesis memperolehnya dari radiasi matahari yang diserap. Kedua jenis sel akan mengubah energi bebas ini menjadi ATP dan senyawa kaya energi lainnya yang mampu menyediakan energi untuk aktivitas biologis pada suhu konstan.[3]

Bermacam-macam Aktivitas Biologis Sel

Jenis transformasi metabolik yang terjadi dalam sebuah sel dapat luar biasa banyak. Sebagian besar sel memiliki kapasitas untuk melakukan ribuan reaksi spesifik yang dikatalisis oleh enzim: misalnya, transformasi nutrisi sederhana seperti glukosa menjadi asam amino, nukleotida, atau lipid; ekstraksi energi dari bahan bakar dengan oksidasi; dan polimerisasi subunit monomer menjadi makromolekul. Sebagian besar reaksi dalam sel hidup masuk ke dalam salah satu dari lima kategori umum: (1) reaksi yang membuat atau memutuskan ikatan karbon-karbon; (2) penataan ulang internal, isomerisasi, dan eliminasi; (3) reaksi radikal bebas; (4) transfer gugus kimia tertentu; dan (5) reduksi oksidasi. Perhatikan bahwa lima jenis reaksi tidak saling eksklusif; misalnya, reaksi isomerisasi dapat melibatkan reaksi radikal bebas.[3]

Transfer Gugus Fosforil dan ATP

Sel heterotrofik memperoleh energi bebas dalam bentuk kimia oleh katabolisme molekul nutrisi, dan mereka menggunakan energi itu untuk membuat ATP dari ADP dan Pi. ATP kemudian menyumbangkan sebagian energi kimianya untuk proses endergonik seperti sintesis intermediet metabolik dan makromolekul dari prekursor yang lebih kecil, pengangkutan zat melintasi membran terhadap gradien konsentrasi, dan gerakan mekanis. Sumbangan energi ini dari ATP umumnya melibatkan partisipasi kovalen ATP dalam reaksi yang akan digerakkan, dengan hasil akhirnya berupa ATP dikonversi menjadi ADP dan Pi atau, dalam beberapa reaksi, menjadi AMP dan 2 Pi. Umumnya pelepasan energi oleh ATP melibatkan transfer gugus kimia dengan melibatkan molekul lain, bukan hidrolisis sederhana ATP.[3]

Kebutuhan dan Suplai Energi Otot

ATP Sebagai Sumber Utama Energi Sel Otot

Energi yang diperlukan untuk kontraksi otot disediakan oleh pemecahan ATP tetapi jumlah ATP dalam sel otot hanya cukup untuk memberi daya pada durasi kontraksi yang singkat. Buffering ATP oleh phosphocreatine (PCr), suatu reaksi yang dikatalisis oleh creatine kinase, memperpanjang durasi aktivitas yang dilakukan, tetapi aktivitas yang berkelanjutan tergantung pada regenerasi PCr yang berkelanjutan. Ini dicapai pada kondisi aerob dengan menggunakan ATP yang dihasilkan oleh proses oksidatif dan selama aktivitas intens oleh glikolisis anaerob.[4]

Dasar Struktural ATP Sebagai Sumber Energi

Gagasan bahwa hanya ATP yang dapat menyediakan energi yang diperlukan untuk kontraksi memiliki dasar struktural: proses transduksi energi (pembentukan gaya dan pemompaan ion melintasi membran) melibatkan pengikatan ATP ke situs pengikatan spesifik pada komponen sel yang relevan. Sebagai contoh, kekuatan dihasilkan dalam otot oleh interaksi siklik, masing-masing hanya berlangsung sepersekian detik, antara myosin cross-bridge dan situs pengikatan pada filamen aktin yang berdekatan. Dalam setiap siklus, ATP mengikat kepala globular dari molekul myosin, dihidrolisis, yang memungkinkan myosin untuk berikatan dengan aktin, dan kemudian produk-produk hidrolisis dilepaskan dari molekul myosin ketika ia menjalani fase penghasil gaya dari siklus kontraksi sel otot. Demikian pula, aktivitas pompa ion transmembran membutuhkan ATP untuk terikat ke situs tertentu untuk pengikatan ATP pada molekul pompa. Oleh karena itu, ATP adalah komponen yang wajib ada pada proses pengolahan energi sel otot.[4]

Peran Kreatin Kinase

Tiga proses utama yang membutuhkan ATP dalam otot yang berkontraksi adalah (i) pembentukan kekuatan oleh myosin cross-bridges, (ii) pemompaan Ca2 + ke dalam retikulum sarkoplasma, dan (iii) pemompaan Na + (ke luar) dan K + (ke dalam) melintasi sarcolemma. Selama aktivitas singkat dan intens, tingkat turnover ATP dapat melebihi tingkat regenerasi PCr dari kombinasi pasokan energi oksidatif dan glikolitik, yang menghasilkan penurunan konsentrasi PCr. Reaksi kreatin kinase memainkan peran penting tidak hanya dalam buffering ATP tetapi juga dalam mengkomunikasikan kebutuhan energi dari situs pemecahan ATP ke mitokondria. Dalam peran itu, kreatin kinase bertindak untuk memperlambat dan mengurangi respons mitokondria terhadap perubahan kebutuhan energi.[4]

Tingkat Pemecahan ATP

Faktor-faktor penentu dari tingkat pemecahan ATP pada otot rangka mencakup tipe serat otot, kecepatan kontraksi (atau yang dapat diartikan sebagai beban melawan pemendekan), dan tingkat aktivasi otot. Serat otot fast-twitch menggunakan ATP lebih cepat daripada serat otot slow-twitch. Hal ini berpengaruh pada otot dengan serat campuran pada manusia: tingkat pemecahan ATP sebanding dengan fraksi serat otot fast-twitch. Secara umum, tingkat pemecahan ATP relatif rendah selama kontraksi isometrik, dan lebih besar selama kontraksi di mana otot memendek, dan akan meningkat dengan meningkatnya kecepatan pemendekan. Tingkat pemecahan ATP juga meningkat seiring tingkat aktivasi oleh Ca2+, dan dengan demikian produksi tenaga akan meningkat.[4]

Sistem Pasokan Energi

Secara umum, penjelasan energetika otot biasanya mengacu pada “sistem pasokan energi” yang mencakup empat proses biokimia untuk memasok energi dalam otot yang berkontraksi: (i) pemecahan ATP, (ii) pemecahan PCr, (iii) pembentukan ATP oleh glikolisis anaerob , dan (iv) pembentukan ATP melalui fosforilasi oksidatif. Proses-proses ini sering menyiratkan bahwa mereka semua menyediakan energi untuk kontraksi dan bahwa mereka beroperasi setidaknya secara hampir berurutan, dengan setiap proses berturut-turut mengambil alih ketika proses sebelumnya telah selesai memasok energi.[4]

Faktanya, energi yang digunakan untuk proses seluler hanya dapat disediakan oleh ATP. Dalam kondisi seluler normal, pemecahan ATP yang cepat akan sepenuhnya di-buffer oleh PCr, dan peran dari dua proses lainnya adalah untuk regenerasi PCr. Dalam skema ini, pemecahan ATP menjadi patokan kebutuhan energi seluler dan proses lainnya dapat dianggap sebagai pendukung pasokan energi. Selain itu, semua komponen fungsi pasokan energi dalam cara yang kompleks umumnya tidak terjadi secara berurutan, tetapi sebagian besar simultan.[4]

Latihan ketahanan dapat memperpanjang tingkat maksimum pasokan energi oksidatif. Faktor usia lanjut dan berbagai kondisi patologi sistemik (misalnya penyakit paru dan jantung) dapat membatasi pasokan energi baik melalui proses oksidatif maupun glikolitik.[4]

Peran Makronutrien pada Suplai Energi Otot Rangka

Karbohidrat, lemak, dan protein yang diasup melalui makanan akan dimetabolisme sehingga menghasilkan asetil-KoA yang menjadi salah satu substrat utama dalam siklus asam sitrat dalam mitokondria sehingga menghasilkan 2H. Jalur lain yang menghasilkan hidrogen adalah dari oksidasi beta asam lemak. Molekul hidrogen ini yang selanjutnya akan dipakai dalam rantai pernafasan dalam mitokondria untuk mengubah ADP menjadi ATP. Molekul makronutrien dalam kondisi normal yang bermakna pada suplai energi otot rangka adalah glukosa, asam lemak, gliserol, dan asam amino.[5]

Karbohidrat

Insulin bekerja pada otot rangka untuk meningkatkan penyerapan glukosa. Dalam keadaan cukup makan, sebagian besar glukosa digunakan untuk mensintesis glikogen, yang bertindak sebagai penyimpan glukosa untuk digunakan dalam latihan; “preloading” dengan glukosa digunakan oleh beberapa atlet yang memerlukan stamina jangka panjang untuk meningkatkan simpanan glikogen. Epinefrin merangsang glikogenolisis pada otot rangka, sedangkan glukagon tidak dapat merangsang proses tersebut karena pada otot rangka tidak adanya reseptornya. Otot rangka tidak dapat berkontribusi langsung meningkatkan kadar glukosa darah karena tidak mengandung glukosa-6-fosfatase. Laktat yang diproduksi oleh metabolisme anaerob pada otot rangka akan diantar ke hati, yang menggunakannya untuk mensintesis glukosa, yang kemudian dapat kembali ke otot (siklus Cori).[5]

Lemak

Asam lemak bebas dalam plasma merupakan sumber energi utama, terutama dalam kondisi maraton dan kelaparan yang berkepanjangan. Otot rangka dapat memanfaatkan benda-benda keton selama kelaparan.[5]

Protein

Otot rangka adalah situs utama metabolisme asam amino rantai cabang, yang digunakan sebagai sumber energi. Proteolisis otot yang terjadi selama kelaparan akan memasok asam amino untuk glukoneogenesis. Asam amino utama yang berasal dari otot adalah alanin (diperuntukkan terutama untuk glukoneogenesis di hati dan membentuk bagian dari siklus glukosa-alanin) dan glutamin (diperuntukkan terutama untuk usus dan ginjal). Ca2+ ATPase, kanal pengeluaran Ca2+, dan calsequestrin adalah protein yang terlibat dalam berbagai aspek metabolisme Ca2+ dalam otot.[5]

Peran Mikronutrien dalam Olahraga

Mikronutrien atau zat gizi mikro yang mencakup vitamin dan mineral diperlukan dalam berbagai reaksi yang terlibat dengan olahraga dan aktivitas fisik, termasuk metabolisme energi, karbohidrat, lemak, dan protein, transfer dan pengiriman oksigen, dan perbaikan jaringan. Intensitas, durasi, dan frekuensi olahraga serta tingkat asupan energi dan gizi keseluruhan akan berdampak pada apakah mikronutrien diperlukan dalam jumlah yang lebih banyak atau tidak.[6]

Dalam kebanyakan kasus, jika asupan energi mencukupi, kebutuhan zat gizi mikro atlet mirip dengan individu yang sehat dan cukup aktif; sehingga menggunakan AKG untuk mengevaluasi kebutuhan zat gizinya sudah cukup memadai. Beberapa atlet mungkin memiliki kebutuhan yang lebih besar, sebagai akibat dari kehilangan zat gizi yang berlebih melalui keringat dan urin. Untuk atlet semacam ini, suplementasi mungkin perlu dipertimbangkan secara individual. Suplementasi umumnya juga diperlukan untuk atlet yang membatasi asupan energi, berpartisipasi dalam olahraga dengan aturan pembatasan berat badan, atau memiliki pantangan atau batasan terhadap makanan atau kelompok makanan tertentu.[6]

Beberapa kondisi defisiensi vitamin dan mineral dapat menurunkan performa atlet. Defisiensi paling umum adalah pada zat besi, vitamin D, kalsium, vitamin E, vitamin C, vitamin B12, dan seng, terutama untuk atlet vegetarian.[7]

Vitamin

Vitamin D sangat penting untuk penyerapan kalsium. Membantu mengatur banyak jalur metabolisme dalam menjaga kesehatan tulang, reaksi peradangan, fungsi kekebalan tubuh, dan fungsi otot. Antioksidan memiliki peran penting dalam melindungi membran sel dari kerusakan oksidatif. Vitamin C meningkatkan sintesis kolagen, memfasilitasi penyimpanan glikogen, dan dapat mencegah perubahan oksidatif yang disebabkan oleh olahraga. Vitamin E menghambat penyebaran pembentukan radikal bebas. Vitamin B12 (cobalamin) sangat penting untuk menjaga fungsi sistem saraf, metabolisme homocysteine, dan sintesis DNA.[7]

Mineral

Zat besi adalah komponen kunci dalam transportasi oksigen melalui hemoglobin (darah) dan mioglobin (otot) dalam jalur energi dalam tubuh. Defisiensi zat besi umum ditemukan pada atlet wanita. Penyebabnya antara lain: menstruasi, asupan makanan yang tidak memadai (diet vegan), kehilangan melalui saluran pencernaan, dan kehilangan akibat latihan melalui keringat. Atlet bisa kekurangan zat besi tanpa mengalami anemia. Serum ferritin adalah indikator terbaik dari cadangan zat besi seseorang.[7]

Kalsium penting untuk proses metabolisme, termasuk menjaga kesehatan tulang (dengan vitamin D) dan kontraksi otot, konduksi saraf, dan fungsi pembekuan darah. Asupan kalsium yang rendah dikaitkan dengan gangguan makan dan ketersediaan energi yang rendah, terutama pada remaja dan atlet wanita. Fraktur stres meningkat, dan kepadatan mineral tulang yang rendah dapat terjadi. Atlet vegan memiliki risiko patah tulang yang lebih tinggi karena asupan kalsium yang lebih rendah. Asupan kalsium melalui diet lebih disarankan, meskipun harus tetap memperhatikan peningkatan risiko efek samping, yaitu batu ginjal dan gangguan kardiovaskular.[7]

Seng adalah elemen mineral trace penting dengan berbagai fungsi biologis, antara lain menjaga sistem kekebalan, metabolisme energi, dan proses antioksidan. Gangguan kekebalan dan keterlambatan pertumbuhan dapat timbul sebagai dampak defisiensi seng jangka panjang.[7]

Natrium adalah ion ekstraseluler utama yang berperan dalam transfer air, glukosa darah, pembentukan dan transmisi sinyal saraf listrik, dan kontraksi otot. Kalium adalah ion intraseluler utama yang berperan dalam pengaturan air, dan keseimbangan asam dan elektrolit. Dengan latihan intensif dan peningkatan keringat, asupan natrium tambahan direkomendasikan untuk mencegah kejang. Kelebihan natrium berkorelasi negatif dengan kandungan kalsium. Natrium juga berpartisipasi dalam pengangkutan asam amino, gula, dan kalium.[8]

bahan kuliah biokimia olahraga s1

Sumber:

  1. Poortmans JR, Carpentier A. Metabolic regulation during sport events: factual interpretations and inadequate allegations. Rev Bras Educ Física e Esporte 2013; 27: 493–506.
  2. Al-Khelaifi F, Diboun I, Donati F, et al. A pilot study comparing the metabolic profiles of elite-level athletes from different sporting disciplines. Sport Med – Open 2018; 4: 1–15.
  3. Nelson DL, Cox MM. Lehninger Principles of Biochemistry. 7th ed. New York: Macmillan, 2017.
  4. Barclay CJ. Energy demand and supply in human skeletal muscle. J Muscle Res Cell Motil 2017; 38: 143–155.
  5. Rodwell VW, Bender DA, Botham KM, Kennelly PJ, Weil PA. Harper’s Illustrated Biochemistry. 30th Ed. New York: McGraw-Hill; 2015.
  6. Volpe SL. Micronutrient Requirements for Athletes. Clin Sports Med2007; 26: 119–130.
  7. Piedade SR, Imhoff AB, Clatworthy M, et al. Nutrition and Hydration. Cham: Springer, 2019.
  8. Valenta R, Dorofeeva YA. Sport nutrition: the role of macronutrients and minerals in endurance exercises. Foods Raw Mater 2018; 6: 403–412.
Gizi Olahraga

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Kembali ke Atas