glikogenesis dan glikogenolisis

Glikogenesis

            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.

            Glikogenesis merupakan polimer glukosa sangat bercabang di sitoplasma sel salam ikatan 1,4 gilosidik dengan 1,6 glikosidik titik cabangnya dcan dapat diubah jadi glukosa serta mempertahankan glukosa darah (dalam keadaan puasa) = 12- 18 jam puasa.

            Glikogen hati dapat dibentuk dari Asam laktat. (siklus Cori). Konsentrasi glukosa darah normal = 80 – 120 mg / 100 ml.(3-7 mmol/L). Setelah makan glukosa darah naik hingga 120- 130 mg /100 ml turun menjadi normal. Dalam keadaan puasa glukosa darah 60 – 70 mg / 100 ml.(hipoglikemik < kadar normal > hiperglikemik. Hiperglikemik (melewati ambang ginjal 170 atau 180 mg glukosuria). Gulosa darah turun dibawah 1,5 mmol / L otak fungsi otak terganggu koma kematian

            Sintesis glikogen memerlukan energi (ATP) berupa UTP (Uridin Tripospat) sumber yang lebih cepat.Diawali pembentukan Glukosa 6 pospat(G6P) dari glukosa dikatalis enzim heksokinase / glukokinase (bersifat irreversibel) Selanjutnya gugus P C6 dimutasi intramolekul ke C1 G1P dengan katalis. enzim fosfoglukomutase (bersifat reversibel) = mengalami isomerasi UDP-Glukosa digabungkan dengan glikogen induk (minimal 4 unit) glikosidik (katalis enzim glikogen sintase) Cabang polimer glukosa (6-7 unit) dipindah lebih dalam α 1,6 glikosidik (katalis branching enzyme)

Pengaturan Metabolisme Glikogen Hormon insulin dan Hormon Glukagon (tergantung dengan kadar glukosa darah) Glukosa darah tinggi insulin –Glikogen sintase Glukosa darah rendah Glukagon Glikogen fosforilase C-AMP memerantarai efek Glukogen dalam sel = Second messenger (glukagon, hormon lain) C-AMP = aktivator allosterik dari “c-APM dependent-protein kinase (protein kinase mengatur aktivasi oleh Fosforilasi dan defosforilasi Enzym Fosfodiasterase mendegradasi c-AMP AMP (bukan aktivator protein kinase) Kafei dan teofilin(the, kopi) menghambat enzym fosfodiasterase (memperpanjang efek hormon c-AMP
Glikogenesis dan Glikogenlisis Hati Pembentukan dipengaruhi oleh insulin (sma dengan di hati) Glikogenlisis dipengaruhi oleh Epineprin dan Ca Otot kontraksi konsentarsi Ca meningkat peningkatan penangkapan Ca oleh Glikogenesis dan Glikogenlisis Hati protein (Calmodulin) Forsofrilasi kinase Glikogen fosfolisae (Glikogen G-1P) Hormon epineprin (medula renalis) mekanisme spt hormon glucagon.

Glikogenolisis

Glikogenolisis berlangsung dengan jalur yang berlainan. Dengan adanya enzim fosforilase, fosfat anorganik melepaskan sisa glukose non mereduksi ujung dalam satu persatu untuk menghasilkan D-glukose fosfat 1-fosfat. Proses glikogenolisis merupakan proses pemecahan glikogen yang berlangsung lewat jalan yang berbeda, tergantung pada proses yang mempengaruhinya. Molekul glikogen menjadi lebih kecil atau lebih besar, tetapi jarang apabila ada molekul tersebut dipecah secara sempurna. Meskipun pada hewan, glikogen tidak pernah kosong sama sekali. Inti glikogen tetap ada untuk bertindak sebagai aseptor bagi glikogen baru yang akan disintesis bila diperoleh cukup persediaan karbohidrat. Sekitar 85% D-glukose 1-fosfat, sedang 15% dalam bentuk glukose bebas (Montgomery et al., 1983).

Proses pada saat makan, hati dapat menarik simpanan glikogennya untuk memulihkan glukosa di dalam darah (glikogenolisis) atau dengan bekerja bersama ginjal, mengkonversi metabolit non karbohidrat seperti laktat, gliserol dan asam amino menjadi glukosa. Upaya untuk mempertahankan glukosa dalam konsentrasi yang memadai di dalam darah sangat penting bagi beberapa jaringan tertentu, glukosa merupakan bahan bakar yang wajib tersedia, misalnya otak dan eritrosit (Murray et al., 2000).

Proses dimulai dengan molekul glukosa dan diakhiri dengan terbentuknya asam laktat. Serangkaian reaksi-reaksi dalam proses glikolisis tersebut dinamakan jalur Embeden-Meyerhof. Reaksi-reaksi yang berlangsung pada proses glikolisis dapat dibagi dalam dua fase. Pada fase pertama glukosa diubah menjadi triosafosfat dengan proses fosforilasi. Fase kedua dimulai dari proses oksidasi triosafosfat hingga terbentuk asam laktat. Perbedaan antara kedua fase ini terletak pada aspek energi yang berkaitan dengan reaksi-reaksi dalam kedua fase tersebut (Poedjiadi, 1994).

Terdapat tiga jalur penting yang dapat dilalui piruvat setelah glikolisis. Pada organisme aerobik, glikolisis menyusun hanya tahap pertama dari keseluruhan degradasi aerobik glukosa menjadi CO2 dan H2O. Piruvat yang terbentuk kemudian dioksidasi dengan melepaskan gugus karboksilnya sebagai CO2, untuk membentuk gugus asetil pada asetil koenzim A. Lalu gugus asetil dioksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2O oleh siklus asam sitrat, dengan melibatkan molekul oksigen. Lintas inilah yang dilalui piruvat pada hewan aerobik sel dan tumbuhan (Leehninger, 1991).

Glukosa dimetabolisasi menjadi piruvat dan laktat di dalam semua sel mamalia melalui lintasan glikolisis. Glukosa merupakan substrat yang unik karena glikolisis bisa terjadi dalam keadaan tanpa oksigen (anaerob), ketika produk akhir glukosa tersebut berupa laktat. Meskipun demikian, jaringan yang dapat menggunakan oksigen (aerob) mampu memetabolisasi piruvat menjadi asetil koenzim A, yang dapat memasuki siklus asam sitrat untuk menjalani proses oksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2O dengan melepasan energi bebas dalam bentuk ATP, pada proses fosforilasi oksidatif (Murray et al., 2000).

karbohidrat

Karbohidrat adalah senyawa organik terdiri dari unsur karbon, hidrogen, dan oksigen. contoh; glukosa C6H12O6, sukrosa C12H22O11, sellulosa (C6H10O5)n. Rumus umum karbohidrat Cn(H2O)n. Karbohidrat juga dapat diartikan polihidroksi aldehid (aldose) atau polihidroksi keton (ketose) dan turunannya atau senyawa yang bila dihidrolisa akan menghasilkan salah satu atau kedua komponen diatas. Karbohidrat berasal dari bahasa Jerman, yaitu “Kohlenhydrate” dan dari bahasa Perancis, yaitu “Hydrate de Carbon”. Penamaan ini didasarkan atas komposisi unsur karbon yang mengikat hidrogen dan oksigen dalam perbandingan yang selalu sama seperti pada molekul air yaitu perbandingan 2 : 1. Karena komposisi yang demikian, senyawa ini pernah disangka sebagai hidrat karbon, tetapi sejak 1880, senyawa tersebut bukan hidrat dari karbon.

Nama lain dari karbohidrat adalah sakarida, berasal dari bahasa Arab "sakkar" artinya gula. Karbohidrat sederhana mempunyai rasa manis sehingga dikaitkan dengan gula. Melihat struktur molekulnya, karbohidrat lebih tepat didefinisikan sebagai suatu polihidroksialdehid atau polihidroksiketon. Contoh glukosa; adalah suatu polihidroksi aldehid karena mempunyai satu gugus aldehid da 5 gugus hidroksil (OH). Karbohidrat memegang peranan penting dalam sistem biologi khususnya dalam respirasi. Karbohidrat dihasilkan oleh proses fotosintesa di dalam tanaman-tanaman berdaun hijau. Karbohidrat dapat dioksida menjadi energi, misalnya glukosa dalam sel jaringan manusia dan binatang. Fermentasi karbohidrat oleh kamir atau mikroba lain dapat menghasilkan CO2, alkohol, asam organik dan zat-zat organik lainnya. Karbohidrat merupakan sumber energi bagi aktivitas kehidupan manusia disamping protein dan lemak. Membekalkan tenaga bagi aktiviti harian seperti gerakkan, pertumbuhan dan lain-lain aktiviti sel di dalam badan.

Membekalkan tenaga haba untuk memastikan suhu badan manusia kekal pada 36.9° C.Sebagai makanan simpanan dalam haiwan dan tumbuhan Di Indonesia kira-kira 80 – 90% kebutuhan energi berasal dari karbohidrat, karena bahan makanan pokok yang biasa dimakan sebagian besar mengandung komponen karbohidrat seperti beras, jagung, sagu dan lain-lain. Sedangkan di Amerika sumber energi berasal dari karbohidrat 46%, lemak 42% dan protein 12%.

Dalam bahan-bahan pangan nabati, karbohidrat merupakan komponen yang relatif tinggi kadarnya. Beberapa zat yang termasuk golongan karbohidrat adalah gula, dekstrin, pati, selulosa, hemiselulosa, pektin, gum dan beberapa karbohidrat yang lain. Unsur-unsur yang membentuk karbohidrat hanya terdiri dari karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O), kadang-kadang juga nitrogen (N). Pentosa dan hektosa merupakan contoh karbohidrat sederhana, misalnya arabinosa, glukosa, fruktosa, galaktosa dan sebagainya.

B. Pencernaan Karbohidrat

Agar karbohidrat dapat dipergunakan untuk keperluan tubuh maka, karbohidrat harus dipecah menjadi senyawa yang sederhana sehingga dapat melewati dinding usus kemudian masuk ke sirkulasi darah. Monosakharida adalah karbohidrat sederhana yang secar normal bisa melewati dinding usus. Proses pemecahan karbohidrat kompleks menjadi sederhana disebut proses pencernaan karbohidrat. Di dalam mulut, makanan bercampur dengan amylase yang akan mengubah starch/pati menjadi dekstrin. Umumnya hanya sebagian kecil yang dapat dicerna. Sebelum makanan bereaksi asam dengan adanya HCL yang diproduksi lambung, pati akan diubah sedapat-dapatnya menjadi disakharida. Di dalam lambung tidak ada pemecahan pati, kemudian dari lambung makanan masuk ke usus, media yang sedikit basa adalah penting untuk bekerjanya “starch splitting enzym” yang disekresikan oleh kelenjar dinding usus. Pancreatic amylase memecah pati menjadi disakharida. Perubahan akhir pemecahan sukrosa > fruktosa + glukosa dilakukan oleh enzim intestinal sukrase. Maltosa > glukosa + glukosa dilakukan oleh enzim intestinal maltase. Laktosa > galaktosa + glukosa dilakukan oleh enzim intestinal laktase.

Fosforilasi glukosa

Segera setelah masuk ke dalam sel. Glukosa bergabung dengan satu radikal fosfat. Fosforilasi ditingkatkan terutama oleh enzim glukokinase di dalam hati dan dan oleh heksokinase di dalam sebagian besar sel yang lain. Fosforilasi glukosa hampir seluruhnya ireversibel kecuali di sel hati, sel epitel tubulus ginjal, dan sel epitel usus .

Penyimpanan Glikogen di Hati dan Otot

Setelah di absorbsi di dalam sel, glukosa dapat segera dipakai untuk melepaskan energi ke sel atau dapat disimpan dalam bentuk glikogen, yang merupakan polimer besar glukosa.

Semua sel tubuh mempunyai kemampuan untuk menyimpan paling sedikit beberapa glikogen, tetapi sel-sel tertentu dapat menyimpan dalam jumlah yang besar,terutama sel hati yang dapat menyimpan glikogen sebanyak 5-8 persen dari beratnya, dan sel-sel otot yang mampu menyimpan glikogen sebanyak 1-3 persen. Molekul glikogen dapat dipolimerisasi dan polimernya bisa mencapai hampir semua berat molekul, dengan berat molekul rata-rata 5 juta atau lebih besar.

Konversi dari monosakarida menjadi senyawa presipitat dengan berat molekul tinggi (glikogen) memungkinkan tersimpannya karbohidrat dalam jumlah yang besar tanpa mengubah tekanan osmotik cairan intrasel secara bermakna. Konsentrasi yang tinggi dari dari monosakarida yang mudah larut dengan berat molekul rendah akan sangat mengganggu hubungan osmotik antara cairan intrasel dan ekstrasel.

Glikogenesis – Proses pembentukan Glikogen

Reaksi kimia untuk glikogenesis diperlihatkan pada gambar dibawah. Dari gambar ini, dapat dilihat bahwa glukosa -6-fosfat dapat diubah menjadi glukosa-1-fosfat ; yang kemudian diubah menjadi uridin.difosfat glukosa, yang ahirnya diubah menjadi glikogen. Beberapa enzim khusus dibutuhkan untuk menyebabkan perubahan-perubahan ini, dan setiap monosakarida yang dapat diubah menjadi glukosa dapat masuk ke dalam reaksi tersebut. Senyawa tertentu yang lebih kecil meliputi asam laktat, gliserol,asam pirufat, dan beberapa asam aminodeaminasi, dapat juga diubah menjadi glukosa atau senyawa yang hamper serupa dan kemudian diubah menjadi glikogen.

Pemindahan Glikogen yang disimpan – Glikogenolisis

Glikogenolisis berarti pemecahan glikogen yang disimpan sel untuk membentuk kembali glukosa di dalam sel. Glukosa kemudian dapat digunakan untuk menyediakan energi. Glikogenolisis tidak dapat terjadi pembalikan reaksi kimia yang sama yang dipakai untuk membentuk glikogen, sebagai gantinya, setiap molekul glukosa yang berurutan pada masing-masing cabang polimer glikogen dilepaskan melalui proses fosforilasi yang dikatalisis oleh enzim fosforilase.

            Pada keadaan istirahat fosforilase terdapat dalam bentuk tidak aktif, sehingga glikogen tetap dapat disimpan.  Bila pembentukan glukosa dari glikogen diperlikan kembali, fosforilase harus diaktifkan terlebih dahulu. Hal ini dapat dicapai dalam babarapa cara, meliputi dua cara berikut ini.

Aktivasi Fosforilase oleh Epinefrin atau oleh Glukagon.

Dua hormon, epinefrin dan glucagon, dapat mengaktifkan fosforilase dan dengan demikian menimbulkan glikogenolisis secara cepat. Pengaruh pertama dari masing-masing hormone ini adalah peningkatan pembentukan siklik AMP di dalam sel, yang kemudian memicu suatu rangkaian reaksi kimia yang mengaktifkan fosforilase.

            Epinefrin dilepaskan oleh medulla adrenal ketika sestim syaraf simpatis dirangsang. Oleh karena itu, salah satu fungsi syaraf simpatis adalah meningkatkan penyediaan glukosa untuk metabolism energy yang cepat.

            Glucagon adalah hormone yang disekresi oleh sel alfa pancreas apabila kadar gula darah turun sangat rendah. Glucagon merangsang pembentukan siklik AMP terutama di sel hati.

Pelepasan Energi dari Molekul Glukosa Melalui jalur Glikolisis

            Karena oksidasi lengkap dari satu gram molekul glukosa melepaskan energy sebasar 688.000 kalori dan hanya 12.000 kalori yang dibutuhkan untuk membentuk satu gram molekul ATP, banyak energy yang akan terbuang percuma apabila glukosa hendak di dekomposisi sekaligus menjadi air dasn karbondoksida sewaktu membentuk hanya satu molekul ATP.

Glikolisis dan Pembentukan Asam piruvat

            Sejauh ini, cara terpenting untuk melepaskan energy dari molekul glukosa dimulai dari proses glikolisis produk ahir glikolisis selanjutnya dioksidasi untuk menghasilkan energy. Glikolisis berarti memecahkan molekul glukosa untuk membentuk dua molekul asam piruvat.

Pembentukan ATP Selama Glikolisis

            Walaupun terdapat banyak reaksi kimia dalam proses rangkaian glikolisis, hanya sebagian kecil energy bebas dalam molekul dalam glukosa yang dibebaskan di sebagian besar langkah. Akan tetapi, diantar a tahap 1,3-asam difosfologi serat dan 3-asam fosfogliserat dan sekali lagi diantara tahap asam fosfoenolfirufat dan asam piruvat, jumlah energy yang dibebaskan lebih dari 12.000 kalori per mol, yaitu jumlah yang dibutuhkan untuk membentuk ATP, dan reaksi digandakan sedemikian rupa hingga terbentuk ATP. Jadi, terdapat total 4 molekul ATP yang sudah dibentuk dari setiap molekul fruktosa 1,6-difosfat yang diuraikan menjadi asam piruvat.

Konversi asam piruvat menjadi asetil koenzim A

            Tahap berikut dalam degradasi glukosa adalah konversi dua tahap dari dua molekul asam piruvat yang dihasilkan menjadi dua molekul asetil koenzim A (asetil-KoA).