Regulasi Metabolisme Glikogen

Sintesis Glikogen (Glikogenesis)

Jika kita memiliki glukosa melampaui kebutuhan energi, maka kelebihan glukosa yang ada akan disimpan dalam bentuk glikogen. Proses anabolisme ini dinamakan glikogenesis. Jadi, glikogenesis adalah proses anabolisme glikogen dari glukosa terutama terjadi di hati dan otot yang bertujuan untuk menambah simpanan glikogen dalam tubuh sebagai cadangan makanan jangka pendek (Howell, 1978).

Pembentukan glikogen (glikogenesis) terjadi hampir dalam semua jaringan, tapi yang pal-ing banyak adalah dalam hepar dan dalam otot.Setelah seseorang diberi diet tinggi karbo-hidrat (hidrat arang), kemudian heparnya dianalisis , maka akan didapatkan kurang lebih 6% berat basah terdiri dari glikogen. Namun 12 sampai 18 jam kemudian, hampir semua gliko-gen habis terpakai. Dalam otot kandungan glikogen jarang melebihi satu persen, tapi untuk menghabiskan glikogen tersebut agak sulit, yaitu misalnya dengan olah raga berat dan lama (Howell, 1978).

Rangkaian proses terjadinya glikogenesis digambarkan sebagai berikut:
1. Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa 6-fosfat (reaksi yang lazim terjadi juga pada lintasan glikolisis). Di otot reaksi ini dikatalisir oleh heksokinase sedangkan di hati oleh glukokinase.

ATP + D-glukosa → D-glukosa 6- fosfat + ADP

2. Glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat dalam reaksi dengan bantuan katalisator enzim fosfoglukomutase. Enzim itu sendiri akan mengalami fosforilasi dan gugus fosfo akan mengambil bagian di dalam reaksi reversible yang intermediatnya adalah glukosa 1,6-bifosfat( glukosa 1,6-bisfosfat bertindak sebagai koenzim).

Glukosa 6-fosfat → Glukosa 1- fosfat
Enz-P + Glukosa 1-fosfat→ Enz + Glukosa 1,6-bifosfat →Enz-P + Glukosa 6-fosfat

3. Selanjutnya sampai pada reaksi kunci di dalam biosintesis glikogen yaitu reaksi yang tidak terlibat di dalam pemecahan glikogen. glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim uridin difosfat glukosa pirofosforilase (UDPG pirofosforilase) meng-katalisis pembentukan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa).

UTP + Glukosa 1-fosfat → UDP-glukosa + Ppi (Lehninger, 1993)

Proses Pemecahan Glikogen (Glikogenolisis)

Penguraian (degradasi) merupakan tahap yang dikatali¬sasi oleh enzim fosforilase dengan membatasi kecepatan dalam glikogenolisis.Jika glukosa dari diet tidak dapat mencukupi kebutuhan, maka glikogen harus dipecah untuk mendapatkan glukosa sebagai sumber energi. Proses ini dinamakan glikogenolisis. Jadi, glikogenolisis adalah proses katabolisme glikogen menjadi glukosa yang terjadi di hati sedangkan pada otot menjadi asam piruvat dan asam laktat (Lehninger. 1993).

Pemecahan glikogen dalam hepar dan otot berbeda dengan enzim yang terdapat dalam pen-cernaan. Enzim glikogen fosforilase akan melepaskan unit glukosa dari rantai cabang gliko-gen yang tidak bisa direduksi.

Glikogenolisis seakan-akan kebalikan dari glikogenesis, akan tetapi sebenarnya tidak demikian, proses ini memiliki lintasan terpisah. Untuk memutuskan ikatan glukosa satu demi satu dari glikogen diperlukan enzim fosforilase. Enzim ini 4 glikogen untukspesifik untuk proses fosforolisis rangkaian 1 menghasilkan glukosa 1-fosfat. Residu glukosil terminal pada rantai paling luar molekul glikogen dibuang secara berurutan sampai kurang 6.lebih ada 4 buah residu glukosa yang tersisa pada tiap sisi cabang 1.

(C6)n ( glikogen) + Pi → 4 (C6)n-1 (glikogen) + Glukosa 1-fosfat (Howell, 1978)

Glukan transferase dibutuhkan sebagai katalisator pemindahan unit trisakarida 6dari satu cabang ke cabang lainnya sehingga membuat titik cabang 1 6 memerlukan kerja enzim enzim pemutusterpajang. Hidrolisis ikatan 1 cabang (debranching enzyme) yang spesifik. Dengan pemutusan cabang tersebut, maka kerja enzim fosforilase selanjutnya dapat berlangsung.

Enzim ini hanya memecah ikatan α-1-4 glikosidik, dan berhenti pada empat residu dari titik cabang. Enzim amilo (α 1,4)(α 1,4) glukan transferase, memindah tiga unit glukosa yang terikat pada rantai cabang (yang tinggal empat) pada rantai yang lain membentuk “rantai” lurus. Selanjutnya enzim glikogen fosforilase.akan memecah ikatan α-1,4 sampai 4 unit glukosa dari titik cabang, demikian seterusnya( Lehninger, 1993)

Debranching enzim (amilo 1,6-glukosidase) memecah ikatan glukosidik 1,6 dan menghasilkan glukosa. Dalam otot glukosa yang dihasilkan tidak cukup banyak untuk dieksport keluar sel, kemungkinan dipakai oleh sel otot itu sendiri.

Glukosa 1-fosfat yang terlepas diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim fosfoglukomu-tase. Senyawa ini bisa masuk jalur glikolisis atau jalur lainnya. Di hepar, ginjal dan epitel usus halus glukosa 6-fosfatase yang spesifik memecah ikatan ester dan melepaskan glukosa ke peredaran darah. Enzim ini tidak didapatkan dalam otot(lehninger, 1993).

untuk lebih lengkapnya silakan download disini

Artikel Terkait:
Glikogen dan Kelainan-kelainan Penimbunan Glikogen

Read more »

Color Atlas of Biochemistry 2nd Ed. J.Koolman, K.H.Roehm Thieme 2005

Ebook ini berisi tentang segala sesuatu mengenai makromolekul yang penting bagi tubuh seperti Karbohidrat, Protein, Lipid dan lain-lainnya. Ebook ini juga berisi tentang metabolisme dari makromolekul tersebut dan bagaimana regulasinya di dalam tubuh. Selain itu ebook ini dilengkapi juga dengan bahasan yang menarik seperti Molecular Genetics, Organelles, dsb.

Silakan download Ebook ini disini

Read more »

Glikogen dan Kelainan-kelainan Penimbunan Glikogen

Glikogen merupakan bentuk simpanan karbohidrat yang utama di dalam tubuh dan analog dengan amilum pada tumbuhan.Unsur ini terutama terdapat didalam hati (sampai 6%), otot jarang melampaui jumlah 1%. Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati sangat berhubungan dengan simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya pada saat di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras habis. Tetapi glikogen otot hanya terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama.Seperti pati, glikogen merupakan polimer a-D-glukosa yang bercabang (Murry, 2006).

Struktur dari Glikogen (source: wikipedia)

Glikogen otot berfungsi untuk menjadi sumber heksosa yang tersedia bagi proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Glikogen hepar sebagian besar berhubungan dengan sim¬panan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahan¬kan kadarglukosa darah, khususnya pada saat-saat sebelum sarapan. Setelah 12-18 jam puasa, hatnpir seluruh simpanan glikogen dalam hepar mengalami deplesi, sedangkan gliko¬gen otot baru mengalami deplesi yang berarti setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama. Penyakit simpanan glikogen (glycogen storage disease) merupakan kelompok kelainan bawaan yang ditandai oleh gangguan mobilisasi glikogen dan penumpukan bentuk-bentuk glikogen abnormal, sehingga mengakibatkan kelemahan otot dan bahkan kematian penderitanya (Sharon, 1980).

Kelainan-kelainan penimbunan glikogen

Istilah “penyakit simpanan glikogen (glycogen storage diseases)” merupakan istilah generik yang dimaksudkan un¬tuk menjelaskan suatu kelompok kelainan bawaan yang di¬tandai oleh penumpukan glikogen dengan jumlah atau jenis yang abnormal di dalam jaringan tubuh. Defisiensi enzim adenil kinase dan protein kinase yang bergantung¬ cAMP juga pernah dilaporkan. Beberapa kelainan yang di¬jelaskan berhasil ditolong dengan transplantasi hepar.

Kelainan penimbunan glikogen "glycogen storage disease" adalah suatu penyakit yang diturunkan. Ada beberapa tipe:
a) Tipe I glikogenosis ( von Gierke's disease )
Dalam sel-sel hepar dan "renal convulated tubules" penuh dengan glikogen. Secara me-tabolik glikogen ini tidak bisa dipakai. Terbukti dengan terjadinya hipoglisemia pada penderita ini. Ketosis dan heperlipemia terjadi pada penderita ini, yang merupakan suatu tanda adanya kekurangan karbohidrat. Dalam hepar, ginjal dan usus halus aktivitas glu-kosa-6 fosfatase sedikit sekali atau tidak ada pada penderita ini.

b) Tipe II ( Pompe's disease )
Merupakan kelainan yang menyebabkan kematian. Terjadi kekurangan enzim lisosom α-1��4 dan 1��6-glukosidase (asid maltase). Adapun fungsi kedua enzim tersebut adalah memecah glikogen. Sebagai akibatnya adalah terjadi penimbunan glikogen dalam li-sosom.

c) Tipe III ( limit dextrinosis: Forbes' or Cori's disease ).
Enzim "debranching" tidak ada pada penderita ini. Limit dekstrin tertimbun dalam sel-sel jaringan.

d) Tipe IV ( amylopectinosis,Anderson's disease )
Pada tipe ini enzim "branching" tidak ada, hingga terdapat akumulasi polisakarida den-gan sedikit titik-titik cabang. Kematian biasanya terjadi pada tahun pertama karena kega-galan jantung atau kegagalan hepar. 19

e) Tipe V glikogenosis ( myophosphorylase deficiency glycogenosis: McArdle's syn-drome)
Fosforilase otot tidak ada. Penderita dengan tipe ini tidak tahan olahraga. Meskipun kadar glikogen dalam otot tinggi (2,5-4,1%) namun sedikit sekali atau tidak terukur adanya asam laktat dalam darahnya.

f) Tipe VI glikogenosis ( Hers' s disease ).
Dalam hepar kekurangan enzim fosforilase. Terjadi penimbunan glikogen dalam hepar. Ada tendensi mengalami hipoglikemi.

g) Tipe VII glikogenosis ( Tarui's disease )
Fosfofrukto kinase dalam otot dan eritrosit menurun. Bisa mengalami anemi hemolitik.

h) Tipe VIII. glikokenosis.
Dalam hepar kekurangan enzim fosforilase kinase. Gejala mirip tipe VI (Howell, 1978).

DAFTAR PUSTAKA
Howell, R.R,. : “The Glycogen storage Diseasses,” pp. 160- 181 in J.B. Stanbury, J.B. Wyngarden, and D.S. Freserickson (eds.), The Metabilic Basis of Inherited Disease, 4th ed, McGraw-Hill, New York, 1978.
Murry R.M., Granner D.K., and Rodwell V.W.: Harper's Biochemistry. Twenty-seventhEditions. Appleton & Lance. Englewood Cliffs. New Jersey. USA. 2006. pp 132 - 144, 151- 186.
Sharon, N.: “Carbohydrates,” Sci. Am., 243: 90- 116, November (1980).

Artikel Terkait:
Regulasi Metabolisme Glikogen

Read more »

Regulasi Metabolisme Glukosa

Agar kebutuhan tiap-tiap sel, tiap-tiap organ bahkan kebutuhan seluruh tubuh terpenuhi, dalam bermacam2 kondisi nutrisi maupun dalam keadaan patologis, maka jalur metabolik harus ada di bawah kontrol yang terkoordinasi.Istilah yang diberikan dalam regulasi metabolik ini dinamakan "caloric homeostasis".

Homeostasis kalorik meliputi menjaga kebutuhan "fuel" ataupun mengadakan "fuel" baru yang bisa menggantikan "fuel" yang asli.Sebagai contoh, homeostasis kalorik ini menjaga kebutuhan tubuh (terutama otak) akan glukosa; kadar glukosa dalam darah dijaga agar "konstan". Jalur yang dilewati proses anabolik (sintesis) berbeda dengan jalur katabolik (degradasi). Kadang-kadang kedua jalur tersebut memakai beberapa enzim yang sama. Jalur anabolik dan jalur katabolik masing-masing di bawah kontrol enzim regulatornya sendiri. Namun kedua jalur itu terkoordinasi dalam suatu sistim, sehingga efek stimulasi yang terjadi pada anabolik pada waktu yang sama mempunyai efek inhibisi pada jalur katabolik (ingat metabolisme glikogen). Energi yang diperlukan dalam proses anabolik diperoleh dari reaksi pemecahan ATP, dan secara keseluruhan merupakan reaksi satu arah dan "irriversible". Akibatnya biarpun kadar substratnya kecil proses anabolik masih bisa terjadi. Energi yang diperlukan dalam proses anabolik diperoleh dari reaksi pemecahan ATP, dan secara keseluruhan merupakan reaksi satu arah dan "irriversible". Akibatnya biarpun kadar substratnya kecil proses anabolik masih bisa terjadi.

Secara umum regulasi metabolisme glukosa dipengaruhi oleh faktor :

• Hormon
• Metabolit
• Enzim

PENGARUH METABOLISME OLEH ENZIM

Pada keadaan kelaparan, enzim-enzim utama dari glikolisis, HMP shunt dan glikogenesis aktifitasnya menurun, sebaliknya aktifitas enzim-enzim utama dari glukoneogenesis dan glikogenolisis meningkat. Diharapkan mahasiswa meninjau kembali jalur-jalur karbohidrat terutama enzim kunci, enzim-enzim yang dipengaruhi oleh keadaan nutrisi (dalam hal ini kadar substrat).

• Pengaruh glukosa 6-fosfat
• Pengaruh fruktosa 1,6-bisfosfat.
• Pengaruh macam-macam kofaktor ( ATP, AMP, cAMP dll )
• Enzim-enzim kunci pada tiap-tiap jalur
• Hubungan jalur satu dengan lainnya (senyawa tertentu dari satu jalur mempengaruhi jalur yang lain).

PENGARUH METABOLISME OLEH HORMON

• Keadaan kadar glukosa darah menurun akan merangsang sekresi hormon glukagon
• Keadaan kadar glukosa darah meningkat akan merangsang sekresi hormon insulin
• Keadaan darurat akan merangsang sekresi hormon adrenalin

PENGARUH METABOLISME OLEH METABOLIT

Konsentrasi tinggi dari ATP dan sitrat menghambat glikolisis dengan cara regulasi allosterik fosfofruktokinase. ATP juga menghambat piruvat kinase. Acetyl-Coa, suatu inhibitor piruvat kinase, memiliki efek yagn serupa. Semua dari metabolit tersebut meningkat dari degradasi glukosa (hambatan feedback). AMP dan ADP, sinyal atau tanda untuk kekurangan ATP, mengaktivasi penguraian glikogen dan menghambat glukoneogenesis.

untuk lebih lengkapnya silakan download disini

Read more »

Glukoneogenesis

Glukoneogenesis merupakan istilah yang digunakan untuk mencakup semua mekanisme dan lintasan yang bertanggung jawab untuk mengubah senyawa nonkarbohidrat menjadi glukosa atau glikogen. Subtrat utama bagi glukoneogenesis adalah asam amino glukogenik, laktat, gliserol dan propionat. Hati dan ginjal merupakan jaringan utama yang terlibat, Karena kedua organ tersebut mengandung komplemen enzim-enzim yang diperlukan.

Glukoneogenesis memenuhi kebutuhan tubuh akan glukosa pada saat karbohidrat tidak tersedia dalam jumlah yang cukup di dalam makanan. Pasokan glukosa yang terus menerus diperlukan sebagai sumber energi, khususnya bagi sistem syaraf dan eritrosit. Kegagalan pada Glukoneogenesis biasanya berakibat fatal. Kadar glukosa darah di bawah nilai yang kritis akan menimbulkan disfungsi otak yang dapat mengakibatkan koma dan kematian. Glukosa juga dibutuhkan di dalam jaringan adiposa sebagai sumber gliserida-gliserol, dan mungkin mempunyai peran di dalam mempertahankan kadar intermediat pada siklus asam sitrat dibanyak jaringan tubuh. Bahkan dalam keadaan lemak memasok sebagian besar kebutuhan kalori bagi organisme tersebut, selalu terdapat kebutuhan basal tertentu aaakan glukosa. Glukosa merupakan satu-satunya bahan bakar yang yang memasok energi bagi otot rangka pada keadaan anaerob. Unsur ini merupakan prekursor gula susu (laktosa) di kelenjar payudara dan secara aktif diambil oleh janin. Selain itu, mekanisme glukoneogenik dipakai untuk membersihkan berbagai produk metabolisme jaringan lainnya dari darah, missal laktat yang dihasilkan oleh otot dan eritrosit, dan gliserol yang secara terus-menerus diproduksi oleh jaringan adipose. Propionat, yaitu asam lemak glukogenik utama yang dihasilkan dalam proses digesti karbohidrat oleh hewan pemamah biak, merupakan substrat penting untuk Glukoneogenesis di dalam tubuh spesies ini.

Substrat untuk glukoneogenesis adalah :

1. Asam laktat yang berasal dari otot, sel darah merah, medulla dari glandula supra-renalis,retina dan sumsum tulang
2. Gliserol, yang berasal dari jaringan lemak
3. Asam propionat, yang dihasilkan dalam proses pencernaan pada hewan memamah biak.
4. Asam amino glikogenik 21

Gambar Proses Glukoneogenesis

Perubahan asam laktat menjadi glukosa

Asam laktat di dalam sitoplasma diubah menjadi asam piruvat, kemudian asam piruvat masuk kedalam mitokhondria dan diubah menjadi oksaloasetat. Karena oksaloasetat tidak da-pat melewati membran mitokhondria, maka diubah dulu menjadi malat. Di sitoplasma malat diubah kembali menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat kemudian diubah menjadi fosfoenol-piruvat yang selanjutnya berjalan ke arah kebalikan jalur Embden-Meyerhof dan akhirnya akan menjadi glukosa.

Gambar perubahan asam laktat menjadi glukosa

untuk lebih lengkapnya silakan download disini

Read more »