Guanidinoacetic acid (GAA) merupakan salah satu bagian dari penyusun guanidine compound (GC). GAA merupakan prekursor kreatin dalam tubuh avertebrata yang dapat digunakan sebagai cadangan energi dalam bentuk ATP (adenosin trifosfat) dalam waktu singkat. Secara umum, setiap hari sebanyak 1,7% kreatin dan fosfokreatin digunakan untuk produksi kreatinin dan dikeluarkan melalui urin. Kreatin yang dibuang dan digunakan tersebut harus selalu digantikan. Kebutuhan kreatin hewan dapat diperoleh melalui pakan (protein) atau melalui sintesis endogenus di dalam tubuh. Penambahan GAA dalam pakan diduga dapat mengefisienkan penggunaan L-arginin dalam tubuh. Efek penambahan GAA lebih terlihat pada organisme yang lebih muda karena organisme yang lebih muda membutuhkan kreatin yang lebih banyak untuk pertumbuhan otot dan selain itu, organisme yang lebih muda memiliki laju regenerasi ATP dari kreatin dan fosfokreatin yang lebih tinggi (Michiels et al. 2012).
GAA umum ditemukan di dalam tubuh manusia dan berperan sebagai prekursor bagi kreatin di hati dan pankreas. Proses perubahan metabolisme GAA secara biologis menjadi kreatin disebabkan oleh penurunan gugus metil dan peningkatan produksi homosistein. Sebanyak 40-75% gugus metil yang digunakan untuk sintesis kreatin melalui reaksi katalisis oleh GAA N-metiltransferase (GAMT). Pemberian pakan yang mengandung GAA akan meningkatkan proses metilasi dan efisien untuk memicu terjadinya hiperhomosisteinemia. Insulin berperan dalam proses metilasi dan metabolisme homosistein. Insulin memberikan efek positif terhadap Glisin N-metiltransferase, yaitu gugus protein yang mengatur suplai dan pemanfaatan gugus metil. Diabetes dipicu oleh metionin sintase, fosfatidiletanol amin N-metiltransferase, dan metilasi DNA juga dikendalikan oleh insulin. Di sisi lain, GAA dapat menstimulasi sekresi insulin dengan efek insulinotropik yang dipicu oleh perubahan elektro-kimia sel β. GAA yang menginduksi insulin akan lebih banyak ditemukan dibandingkan arginin atau kreatin dan kemungkinan tidak hanya ditemukan di sel islet. Hal tersebut menunjukkan adanya potensi GAA dalam memicu sekresi insulin yang dapat memodulasi metabolisme gugus metil dan pada beberapa hal lainnya, dapat berperan dalam menjaga keseimbangan efek GAA dalam meningkatkan proses metilasi (Ostojic 2014).
Ketersediaan GAA yang cukup dalam tubuh ikan dapat memenuhi energi untuk kontraksi otot. Kontraksi otot pada manusia yang terus terjadi menyebabkan pengurasan otot dan pada hewan diduga dapat meningkatkan tekstur daging dan memengaruhi warna daging. Penelitian terkait penambahan GAA dalam pakan untuk meningkatkan kualitas daging, telah dilakukan pada ayam (Michiels et al. 2012). Penambahan GAA dalam pakan dapat meningkatkan jumlah karkas dan meningkatkan kualitas warna daging sehingga warna menjadi lebih cerah. Namun penambahan GAA menyebabkan peningkatan jumlah cairan daging yang hilang saat ditekan (Michiels et al. 2012).
Metabolisme GAA: sintesis dan pemanfaatan
Guanidinoacetic acid (N-[aminoiminomethy]-glycine) merupakan derivat asam amino yang berperan langsung sebagai prekursor kreatin. GAA dibentuk dari arginin dan glisin melalui reaksi yang dikalisis oleh L-arginin: glycine amidinotransferase (AGAT) (Gambar 2). Enzim AGAT banyak ditemukan di ginjal, pankreas dan hati (Ostojic 2015). Biosistensis GAA memiliki tingkat yang terbatas karena enzim AGAT dapat dihambat oleh kreatin saat fase pretranslasi. Sintesis GAA umumnya terjadi di ginjal dan pankreas, dan sedikit di organ hati dan otot.
GAA merupakan prekursor dalam proses biosintesis kreatin (CT) yang dikatalisis oleh enzim S-adenosylmethionine: guanidinoacetate N-methyl-transferase (GAMT) dan GAA membutuhkan transfer gugus metil dari SAM untuk membentuk kreatin dan S-adenosylhomocysteine (SAH) (Ostojic 2015). GAMT mengkatalisis transfer satu gugus metil dari S-adenosylmethionine ke GAA untuk membentuk kreatin dan S-adenosylhomocystein (SAH) yang terjadi di organ hati. Jumlah gugus metil yang digunakan untuk mensintesis kreatin yang dikatalisis oleh GAMT sekitar 40% dari total gugus metil yang diberi label. Berbeda dengan AGAT, kreatin tidak memberikan efek timbal balik (penghambatan) terhadap GAMT. Aktivitas GAMT juga dapat ditemukan di organ lain seperti otot, organ reproduksi, limpa, miokardium dan otak. aktivitas GAMT di otot skeletal diduga berperan penting dalam sintesis seluruh kebutuhan kreatin di jaringan otot. Setelah itu, kreatin akan dirilis ke sirkulasi darah dengan bantuan kreatin transporter (SLC6A8, yaitu ko-transporter kreatin Na+/Cl- di membran sel). S-adenosylhomocysteine (SAH) yang merupakan produk lain dalam sintesis GAA dapat dihidrolisis kembali menjadi homosistein dan adenosin lalu kemudian homosistein akan dikatabolis menjadi sistein, dan dimetilasi kembali menjadi metionin atau dikeluarkan ke sistem sirkulasi. GAA dapat dikeluarkan melalui ginjal (Ostojic 2015).
(Sumber: Tachikawa dan Hosoya 2011)
Gambar 2 Jalur sintesis guanidino compound (GC) di otak.
Proses turnover harian GAA terjadi secara seimbang antara produksi/ pemanfaatan endogenous dan ekskresi ginjal. Pada kondisi sakit, keseimbangan GAA mungkin akan terganggu akibat kelainan proses metabolisme atau akibat kegagalan ginjal. Sebagai contohnya, defisiensi GAMT pada penderita kelainan metabolisme kreatin bawaan, ditandai dengan fenomena kekurangan kreatin dan akumulasi GAA di otak dan cairan tubuh. Kadar GAA yang rendah ditemukan pada penderita gagal ginjal kronis dan penderita diabetes melitus serta penurunan massa otot dan kekuatan otot pada penderita uremic. Pemanfaatan GAA eksogenus dapat bersifat toksik ketika diberikan dengan jumlah GAA suprafisiologis dan pemberian GAA eksogenus ditujukan untuk mempertahankan kadar normal GAA ketika terjadi penurunan kadar saat terjadi gangguan fisiologis (Ostojic 2015).
Kreatin dan kreatin fosfat berperan sebagai buffer ATP di jaringan, menjaga kadar ATP ketika terjadi peningkatan kebutuhan energi yang tidak diiringi dengan sintesis ATP yang mencukupi. Kreatin juga berperan dalam menjaga keseimbangan antara sintesis ATP dan pemanfaatan ATP. Kreatin dapat diperoleh melalui pakan dan/atau disintesis de novo dari arginin, Glisin, dan metionin di dalam tubuh (Gambar 3).
Gugus amidino dari arginin akan ditransfer ke gugus amin glisin, dan menghasilkan ornitin dan asam guanidinoasetik (GAA) yang dikatalisis oleh enzim L-arginin: glisin amidinotransferase (AGAT). GAA dapat dimetilasi pada bagian nitrogen glisin yang dikatalisis oleh S-adenosilmetionin (SAM) sebagai donor metil. Proses tersebut akan menghasilkan kreatin dan s-adenosilhomosistein (SAH) yang dikatalisis oleh enzim guanidinoasetat N-metiltransferase (GAMT).
Kreatin dan kreatin fosfat dibutuhkan karena secara cepat dan langsung akan diubah menjadi kreatinin. Kreatinin merupakan komponen yang dikeluarkan melalui urin. Kehilangan kreatinin setiap hari dapat mencapai 1,7% dari total pool kreatin tubuh atau sekitar 2 g hari-1 pada laki-laki yang memiliki berat 70 kg. Karena pool kreatin harus selalu konstan maka kreatin yang hilang harus digantikan, baik melalui pakan atau sintesis de novo (da Silva et al. 2009). Secara tidak langsung, GAA memberikan respon positif pada tubuh melalui sintesis kreatin yang dapat berperan dalam membantu sel otot untuk menghasilkan energi yang lebih banyak melalui peningkatan kadar fosfokreatin di otot sehingga ATP yang dapat diproduksi meningkat; membantu pencegahan penyakit psikologis, seperti Parkinson, Alzheimer, stroke ischemic, epilepsy, dan kerusakan otak dan spinal melalui pengontrolan kadar dopamin; dan dapat menurunkan kadar gula darah dan mencegah diabetes melalui peningkatan fungsi GLUT4.
Peran GAA dalam Kontraksi Otot
GAA yang dihasilkan dari ginjal melalui sintesis dari arginin dan glisin akan dibawa ke hati kemudian diubah menjadi kreatin dan kreatin fosfat. Kreatin fosfat memiliki residu fosfat yang sama dengan komponen ATP sehingga mudah diubah menjadi ADP. Setelah itu kreatin dan keratin fosfat yang merupakan buffer ATP akan dialirkan melalui pembuluh darah ke otot. Ketika otot mulai mengalami kontraksi, kreatin fosfat akan diubah menjadi ATP dan ketika otot mulai beristirahat, kelebihan ATP dan kreatin akan digunakan untuk mensintesis kreatin fosfat. Proses sintesis bolak-balik kreatin fosfat dan ATP terjadi dengan bantuan enzim kreatin kinase (Koolman dan Roehm 2005) (Gambar 4). Proses kontraksi otot yang terjadi secara terus menerus akan menyebabkan peningkatan konsumsi energi sehingga ketika cadangan energi ATP mulai berkurang, otot akan mengalami kelelahan. Untuk memenuhi kebutuhan energi, glukosa akan difosforilasi secara anerob untuk menghasilkan ATP dan laktat yang dapat digunakan sebagai sumber energi.
Kebutuhan ATP secara mendadak dapat dipenuhi melalui sintesis ATP dari kreatin fosfat dan ADP. Kreatin dan kreatin fosfat yang berlebih akan diubah menjadi kreatinin melalui reaksi nonenzimatik dan akan diekskresikan melalui urin. Pada serat otot putih, ATP diperoleh melalui glikolisis anaerob, yaitu mengubah glukosa menjadi laktat. Kelebihan laktat akan dibawa ke hati melalui saluran darah untuk diubah menjadi glukosa melalui proses glukoneogenesis (Koolman dan Roehm 2005).
Peran GAA dalam Perbaikan Kualitas Daging
Penambahan kreatin dalam pakan lebih terbatas dibandingkan GAA karena stabilitas yang lebih rendah dan biaya yang lebih mahal. Selain itu, GAA diduga memiliki struktur yang lebih sesuai sebagai sumber nutrien pada hewan. Namun, penambahan GAA dapat menyebabkan peningkatan proses metilasi, yang umumnya berasal dari S-adenosylmethionine (SAM) dan menyebabkan akumulasi homosistein di dalam darah dan defisiensi metionin, kolin, asam folat, vitamin B12 atau kombinasi beberapa nutrien tersebut serta meningkatkan radikal bebas di dalam tubuh (Michiels et al. 2012).
Penelitian terkait penambahan GAA dalam pakan untuk meningkatkan kualitas daging, telah dilakukan pada ayam (Michiels et al. 2012). Michiels et al. (2012) menemukan bahwa penambahan GAA dalam pakan sebanyak 1,2 g kg-1 dapat meningkatkan jumlah karkas di bagian dada ayam dan meningkatkan kualitas warna daging sehingga warna menjadi lebih cerah (Michiels et al. 2012). Namun dari segi nutrien, kadar nutrien ayam yang diberi pakan mengandung GAA tidak berbeda nyata dengan perlakuan kontrol. Selain itu, penambahan GAA juga dapat menurunkan kadar pH daging pada kondisi post-mortem dan jumlah cairan yang hilang setelah ditekan (press) dan dimasak lebih tinggi. Penurunan pH daging terjadi akibat penyusun serat otot yang umumnya terdiri dari serat otot fast-twitch (tipe IIB) yang langsung digunakan dalam metabolisme glikolitik. Pada fase post mortem, serat otot tersebut banyak menghasilkan asam laktat sehingga dapat menurunkan pH daging dan kapasitas penampungan air (water-holding capacity) dan menyebabkan penurunan nilai jual (Michiels et al. 2012). Jumlah cairan daging yang banyak hilang saat ditekan akan memberikan efek negatif terhadap kadar nutrien karena dapat menyebabkan penurunan kadar nutrien, terutama yang larut dalam air (Huff-Lonergan 2010).
Peran GAA saat Terjadi Stres
Saat terjadi cekaman, baik berupa kejutan atau stres, jumlah energi yang dibutuhkan untuk menstabilkan fungsi tubuh cukup besar. Kreatin fosfat yang merupakan cadangan energi tinggi yang dapat digunakan dalam waktu singkat akan dimanfaatkan sebagai sumber energi. Kreatin fosfat hanya dapat menopang kebutuhan energi tubuh dalam waktu 5-8 detik (Atalay dan Hanninen 2019). Cekaman dapat menyebabkan peningkatan adrenalin dan kortikosteron. Hal tersebut menyebabkan kebutuhan energi tubuh meningkat sehingga laju metabolisme yang meningkat. Sumber energi yang paling mudah dan cepat untuk digunakan adalah kreatin fosfat dan kreatin yang dapat ditemukan di seluruh otot (95-98% di otot) (Koga et al. 2005). Saat kadar adrenalin meningkat, aktivitas kreatin kinase akan meningkatkan agar kreatin segera diubah menjadi ATP (Pighin et al. 2013). Kadar kortikosteron yang tinggi juga akan memicu pemanfaatan GAA sehingga diubah menjadi kreatin dan menghasilkan energi serta memberikan respon sedatif sehingga kadar kortikosteron akan menurun. Efek sedatif kreatin muncul akibat interaksi antara GAA dan kreatin dengan reseptor GABA A di otak (Koga et al. 2005).
GAA dan Stres oksidatif
GAA yang disintesis dari glisin merupakan substrat untuk nitric oxide synthase (NOS) dan dapat meningkatkan produksi nitric oxide (NO) yang merupakan radikal bebas dan juga mengatur proses metabolisme, meningkatkan kontraksi otot dan meningkatkan pengambilan glukosa di otot skeletal (Zugno et al. 2008). NO yang terbentuk dalam jumlah banyak akan menyebabkan stress nitrooksidatif. NO dapat bereaksi dengan beberapa molekul oksidatif seperti oksigen, ROS, metal transisi, dan tiol sehingga dapat menghasilkan beberapa jenis nitrogen reaktif (RNS). NO yang berinteraksi dengan superoksida akan menghasilkan ONOO- secara cepat sehingga terjadi akumulasi ONOO- dan membentuk NO2•, OH•, NO2+, dan OH- (Soneja et al. 2005).
Penambahan GAA yang tinggi akan menyebabkan terjadinya akumulasi dalam tubuh. Dampak negatif dari proses akumulasi tersebut muncul ketika akumulasi GAA terjadi di dekat atau di sekitar neuron pada foci epileptogenic, nefron di uremic, dan striatum (otak) (Mori et al. 1996; Zugno et al. 2008). Pada tikus, penambahan GAA 50 uM dan 100 uM menyebabkan penurunan enzim superoksida dismutase (SOD) dan total radical-trapping antioxidant potential (TRAP) secara signifikan serta menurunkan kadar glutation. Hal tersebut diduga terjadi akibat adanya potensi GAA untuk meningkatkan stres oksidatif di striatum (Zugno et al. 2008).
GAA dalam Penanganan Kelainan Neural
Gangguan neural dapat disebabkan oleh CT deficiency syndrome (CDS) yang merupakan penyakit bawaan. Hal tersebut menyebabkan keterbelakangan mental, gangguan bicara, epilepsy, gejala ektrapiramidal, dan gejala autis. CDS biasanya ditandai dengan keterbatasan genetik pada enzim AGAT, GAMT dan transporter kreatin (CTR). Kreatin diduga tidak bisa melewati blood-brain barrier (BBB) sehingga suplai kreatin di otak umumnya berasal dari biosintesis kreatin di otak. Gangguan neural akibat CDS lebih banyak disebabkan oleh keterbatasan CTR dibandingkan AGAT dan GAMT. Hal ini dibuktikan dengan pemberian kreatin melalui oral pada pasien yang mengalami defisiensi AGAT dan GAMT dapat memberikan efek positif sedangkan pada pasien yang mengalami defisiensi CRT tidak menunjukkan peningkatan gejala neurologis (Tachikawa dan Hosoya 2011).
Penumpukan GAA di otak dapat menyebabkan komplikasi neurologi seperti epilepsy dan seizures pada pasien yang mengalami defisiensi GAMT. Penumpukan GAA dapat terjadi akibat gangguan transporter (CRT) di otak sehingga. CRT berperan dalam mengatur transpor GAA di otak. Selain CRT, taurine transport (TauT) dan OCT3 juga berperan dalam mengatur kadar GAA di otak melalui mekanisme blood-cerebrospinal fluid barrier (BCSFB) (Tachikawa dan Hosoya 2011) (Gambar 5).
GAA dalam meningkatkan GLUT4
Peran GAA untuk meningkatkan GLUT4 terjadi secara tidak langsung, yaitu melalui sintesis kreatin dan keterbatasan energi saat terjadi kontraksi otot. Ketika berolahraga, akan terjadi perubahan komposisi melalui penurunan kadar lemak dan peningkatan jaringan otot. Perubahan tersebut terjadi dari komponen adiposa ke muscular sehingga meningkatkan pelepasan glukosa tubuh. Namun, perubahan insulin yang distimulasi oleh glukosa hanya terjadi pada kegiatan olahraga aerobik, seperti berlari. Ketika otot berkontakan dengan glukosa yang tinggi selama proses olahraga, akan terjadi perubahan mekanisme dalam tubuh. Perubahan mekanisme tubuh dapat meningkatkan jumlah transporter glukosa dan meningkatkan aktivitas metabolisme enzimatik. Kegiatan olahraga dalam jangka panjang akan meningkatkan kebutuhan glukosa sebagai sumber energi. Pemenuhan glukosa dilakukan melalui peningkatan transport glukosa dari dalam darah untuk diproses lebih lanjut dan menghasilkan energi. Hal ini dibuktikan oleh yang menunjukkan adanya peningkatan konsentrasi protein GLUT-4 di otot pada seorang atlit (Ebeling et al. 1993) (Gambar 6).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar