GLIKOGENESIS

GLIKOGENESIS

A.    PENGERTIAN

Glikogenesis adalah proses anabolic pembentukan glikogen untuk simpanan glukosa saat kadar gula darah menjadi tinggi seperti setelah makan,glikogenesis terjadi terutama dalam sel-sel hati dan sel-sel otak rangka, tetapi tidak terjadi dalam sel-sel otak yang sangat bergantung pada pada persendian konstan gula darah untuk energy. (Ethel Sloane, 2003)

Glikogenesis adalah sintesis protein dari glukosa, seperti yang di temukan pada otot, tempat glukosa di simpan sebagai glikogen.

Glikogenesis adalah proses pembentukan glikogen dari glukosa kemudian disimpan dalam hati dan otot. 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%. Akan tetapi karena massa otot jauh lebih besar daripada hati, maka besarnya simpanan glikogen di otot bisa mencapai tiga sampai empat kali lebih banyak.

Gambar 2.1 pengertian glikogenesis menurut kamus besar

B.     STRUKTUR GLIKOGEN

Glikogen  bentuk penyimpanan glukosa adalah polisakarida glukosa bercabang yang terdiri dari rantai-rantai unit glukosil yang disatukan oleh ikatan α-1,4 dengan cabang α-1,6 di setiap 8-10 residu.

Dalam molekul dengan struktur bercabang –cabang lebat ini, hanya satu residu glukosil yang memiliki sebuah karbon anomerik yang tidak terkait ke residu glukosa lainnya. Karbon anomerik di awal rantai melekat ke protein glikogenin. Ujung lain pada rantai itu disebut ujung nonpereduksi. Struktur yang bercabang-cabang ini memungkinkan penguraian dan sintesis glikogen secara cepat karena enzim dapat bekerja pada beberapa rantai sekaligus dari ujung-ujung nonpereduksi.

Glikogen terdapat dalam jaringan sebagai polimer berberat molekul sangat besar (10⁷-10⁸⁾ yang bersatu dalam partikel glikogen. Enzim yang berperan dalam sintesis dan penguraian glikogen dan sebagai enzim pengatur, terikat ke permukaan partikel glikogen.

Gambar 2.2 Ikatan α 1,4 dan α 1,6 glikosida

  Fungsi Glikogen pada Otot Rangka dan Hati

Glikogen terurai terutama menjadi glukosa 1-fosfat yang kemudian diubah menjadi glukosa 6-fosfat. Di otot rangka dan jenis sel lain, glukosa 6-fosfat masuk ke dalam jalur glikolitik. Glikogen adalah sumber bahan bakar yang sangat penting untuk otot rangka saat kebutuhan akan ATP meningkat dan saat glukosa 6-fosfat digunakan secara cepat dalam glikolisis anaerobik.

Di hati berlainan dengan di otot rangka dan jaringan lainnya. Glikogen hati merupakan sumber glukosa yang pertama dan segera untuk mempertahankan kadar glukosa darah. Di hati, glukosa 6-fosfat yang dihasilkan dari penguraian glikogen dihidolisis menjadi glukosa oleh glukosa 6-fosfatase, suatu enzim yang hanya terdapat di hati dan ginjal. Dengan demikian, penguraian glikogen merupakan sumber glukosa darah yang dimobilisasi dengan cepat pada waktu glukosa dalam makanan berkurang atau pada waktu olahraga dimana terjadi peningkatan penggunaan glukosa oleh otot.

Glikogen otot adalah sumber heksosa untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Sedangkan glikogen hati adalah simpanan sumber heksosa untuk dikirim keluar guna mempertahankan kadar glukosa darah, khususnya di antara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir semua simpanan glikogen hati terkuras. Tetapi glikogen otot hanya terkuras setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama

C.     TUJUAN GLIKOGENESIS

Proses glikogenesisterjadi jika kita membutuhkan energi, misalnya untuk berpikir, mencerna makanan, bekerja dan sebagainya. Jika jumlah glukosa melampaui kebutuhan, maka dirangkai menjadi glikogen untuk menambah simpanan glikogen dalam tubuh sebagai cadangan makanan jangka pendek melalui proses glikogenesis.

Jika kadar glukosa darah meningkat (hiperglikemia) glukosa akan di ubah dan di simpan sebagai sebagai glikogen atau lemak, glikogenesis (produksi glikogen) terjadi terutama dalam sel otot dan hati. Glikogenesis akan menurunkan kadar glukosa darah dan proses ini di stimulasi oleh insulin yang disekresi dari pangkreas.

D.    PROSES PEMECAHAN GLIKOGEN (GLIKOGENESIS)

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 b ertindak sebagai koenzim).

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

3.      Selanjutnya glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin trifosfat (UTP) untuk membentuk uridin difosfat glukosa (UDPGlc). Reaksi ini dikatalisir oleh enzim UDPGlc pirofosforilase.

UTP + Glukosa 1-fosfat «UDPGlc + PP_i

Gambar 2.3 Uridin difosfat glukosa (UDPGlc) (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

Gambar 2.4 Lintasan glikogenesis dan glikogenolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

4.      Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kea rah kanan persamaan reaksi

5.      Atom C₁ pada glukosa yang diaktifkan oleh UDPGlc membentuk ikatan glikosidik dengan atom C₄ pada residu glukosa terminal glikogen, sehingga membebaskan uridin difosfat. Reaksi ini dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya (disebut glikogen primer) harus ada untuk memulai reaksi ini. Glikogen primer selanjutnya dapat terbentuk pada primer protein yang dikenal sebagai glikogenin.

UDPGlc + (C6)_n àUDP + (C6)_n+1

                             Glikogen       Glikogen

Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 1à4 untuk membentuk rantai pendek yang diaktifkan oleh glikogen sintase. Pada otot rangka glikogenin tetap melekat pada pusat molekul glikogen, sedangkan di hati terdapat jumlah molekul glikogen yang melebihi jumlah molekul glikogenin.

6.      Setelah rantai dari glikogen primer diperpanjang dengan penambahan glukosa tersebut hingga mencapai minimal 11 residu glukosa, maka enzim pembentuk cabang memindahkan bagian dari rantai 1à4 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 1à6 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut. Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1àglukosil dan pembentukan cabang selanjutnya. Setelah jumlah residu terminal yang non reduktif bertambah, jumlah total tapak reaktif dalam molekul akan meningkat sehingga akan mempercepat glikogenesis maupun glikogenolisis.

Tahap-tahap perangkaian glukosa demi glukosa digambarkan pada bagan berikut.

Gambar 2.5 Biosintesis glikogen (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)

Tampak bahwa setiap penambahan 1 glukosa pada glikogen dikatalisir oleh enzim glikogen sintase. Sekelompok glukosa dalam rangkaian linier dapat putus dari glikogen induknya dan berpindah tempat untuk membentuk cabang. Enzim yang berperan dalam tahap ini adalah enzim pembentuk cabang (branching enzyme).

• Glukosa 6-fosfat dan glukosa 1-fosfat merupakan senyawa antara dalam proses glikogenesis atau pembentukan glikogen dari glukosa.
• Proses kebalikannya, penguraian glikogen menjadi glukosa yang disebut glikogenolisis juga melibatkan terjadinya kedua senyawa antara tersebut tetapi dengan jalur yang berbeda seperti digambarkan pada Gambar dibawah.
• Senyawa antara UDP-glukosa (Glukosa Uridin Difosfat) terjadi pada jalur pembentukan tetapi tidak pada jalur penguraian glikogen. Demikian pula enzim yang berperan dalam kedua jalur tersebut juga berbeda. 

• Gugus fosfat dan energi yang diperlukan dalam reaksi pembentukan glukosa 6-fosfat dsari glukosa diberikan oleh ATP yang berperan sebagai senyawa kimia berenergi tinggi.
• Sedang enzim yang mengkatalisnya adalah glukokinase. Selanjutnya, dengan fosfoglukomutase, glukosa 6-fosfat mengalami reaksi isomerasi menjadi glukosa 1-fosfat. 

 Gambar 2.7 Pembentukan Uridin Di Phosphat Glucosa

• Glukosa 1-fosfat bereaksi dengan uridin tri fosfat (UTP) dikatalis oleh glukosa 1-fosfat uridil transferase menghasilkan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa)dan pirofosfat (PPi).

• Mekanisme reaksi glikogenesis juga merupakan jalur metabolisme umum untuk biosintesis disakarida dan polisakarida.
• Dalam berbagai tumbuhan seperti tanaman tebu, disakarida sukrosa dihasilkan dari glukosa dan fruktosa melalui mekanisme biosintesis tersebut.
• Dalam hal ini UDP-glukosa abereaksi dengan fruktosa 6-fosfat, dikatalis oleh sukrosa fosfat sintase, membentuk sukrosa 6-fosfat yang kemudian dengan enzim sukrosa fosfatase dihidrolisis menjadi sukros.