MAKALAH BIOKIMIA GLIKOGENESIS, GLIKOGENOLISIS, GLUKONEOGENESIS
DISUSUN OLEH:
NAMA: WIWIEK ANINDITA AFRILYANTARI NIM: 10029024 SEM/KELAS: IIIA
FAKULTAS KESEHATAN MASYARAKAT UNIVERSITAS AHMAD DAHLAN YOGYAKARTA 2011
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ....................................................................................................... 2 BAB. I. PENDAHULUAN ................................................................................ 3 LATAR BELAKANG .............................................................................. 3 BAB. II. ISI ......................................................................................................... 4 GLIKOGENESIS ..................................................................................... 4 GLIKOGENOLISIS ................................................................................. 4 GLUKONEOGENESIS ........................................................................... 6 BAB. III. PENUTUP ........................................................................................ 11 KESIMPULAN ...................................................................................... 11 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 12
BAB. I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Tujuan dari glikolisis, glikogenolisis, dan siklus asam sitrat adalah untuk menghemat energi sebagai ATP dari katabolisme karbohidrat. Jika sel memiliki persediaan yang cukup ATP, maka jalur dan siklus terhambat. Dalam kondisi ATP berlebih, hati akan mencoba untuk mengkonversi berbagai kelebihan molekul menjadi glukosa dan / atau glikogen. Glikolisis menghasilkan dua senyawa karbohidrat beratom tiga dari satu senyawa beratom enam. Pada proses ini terjadi sintesis ATP dari ADP + Pi. Secara umum proses ini dibagi dalam 2 tahap yakni tahap pertama glukosa diuraikan menjadi gliseraldehida 3-fosfat (proses pemotongan rantai heksosa)dan tahap kedua gliseraldehida3-fosfat diubah menjadi 3- fosfogliserol fosfat (reaksi penyimpanan energi.
BAB. II ISI
I.
GLIKOGENESIS Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi
glikogen untuk disimpan di dalam hati. Lintasan ini diaktivasi di dalam hati, oleh hormon insulin sebagai respon terhadap rasio gula darah yang meningkat, misalnya karena kandungan karbohidrat setelah makan; atau teraktivasi pada akhir siklus Cori. Penyimpangan atau kelainan metabolisme pada lintasan ini disebut glikogenosis. Definisi lain menyatakan bahwa Glikogenesis adalah pembentukan glikogen dari glukosa . Glikogen adalah disintesis tergantung pada permintaan untuk glukosa dan ATP (energi). Jika keduanya hadir dalam jumlah yang relatif tinggi, maka kelebihan insulin mempromosikan konversi glukosa menjadi glikogen untuk disimpan di hati dan sel-sel otot. Dalam sintesis glikogen, satu ATP diperlukan per glukosa dimasukkan ke dalam struktur polimer bercabang glikogen. sebenarnya, glukosa-6-fosfat adalah senyawa lintas jalan. Glukosa-6-fosfat disintesis secara langsung dari glukosa atau sebagai produk akhir dari glukoneogenesis.
II.
GLIKOGENOLISIS Dalam glikogenolisis, glikogen yang tersimpan dalam hati dan otot, pertama
dikonversi menjadi glukosa-1-fosfat dan kemudian menjadi glukosa-6-fosfat. Dua hormon yang mengendalikan glikogenolisis adalah peptida, glukagon dari pankreas dan epinefrin dari kelenjar adrenal. Glukagon dilepaskan dari pankreas dalam menanggapi glukosa darah rendah dan epinefrin dilepaskan sebagai respons terhadap ancaman atau stres. Kedua hormon
bertindak
atas
enzim
glikogen
fosforilase
untuk
merangsang
untuk
memulai
glikogenolisis dan menghambat sintetase glikogen (glikogenesis berhenti). Glikogen adalah struktur polimer bercabang yang mengandung glukosa sebagai monomer dasar. Pertama molekul glukosa individu dihidrolisa dari rantai, diikuti dengan penambahan gugus fosfat pada C-1. Pada langkah selanjutnya fosfat tersebut akan dipindahkan ke posisi C-6 untuk memberikan glukosa 6-fosfat, suatu senyawa persimpangan jalan. Glukosa-6-fosfat adalah langkah pertama dari jalur glikolisis glikogen jika adalah sumber karbohidrat dan energi yang lebih lanjut diperlukan. Jika energi tidak segera diperlukan, glukosa-6-fosfat diubah menjadi glukosa untuk distribusi di berbagai darah ke sel-sel seperti sel-sel otak. 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).
III.
GLUKONEOGENESIS Glukoneogenesis adalah proses sintesis glukosa dari non-karbohidrat sumber.
Titik awal glukoneogenesis adalah asam piruvat, meskipun asam oksaloasetat dan fosfat dihidroksiaseton juga menyediakan titik masuk. Asam laktat, beberapa asam amino dari protein dan gliserol dari lemak dapat diubah menjadi glukosa. Pada dasarnya glukoneogenesis adalah sintesis glukosa dari senyawa bukan karbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesis berlangsung terutama dalam hati. Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapat dibawa oleh darah ke hati. Di sini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melalui serangkaian reaksi dalam suatu proses yaitu glukoneogenesis (pembentukan gula baru). Glukoneogenesis yang dilakukan oleh hati atau ginjal, menyediakan suplai glukosa yang
tetap. Kebanyakan karbon yang digunakan untuk sintesis glukosa akhirnya berasal dari katabolisme asam amino. Laktat yang dihasilkan dalam sel darah merah dan otot dalam keadaan anaerobik juga dapat berperan sebagai substrat untuk glukoneogenesis. Glukoneogenesis mempunyai banyak enzim yang sama dengan glikolisis, tetapi demi alasan termodinamika dan pengaturan, glukoneogenesis bukan kebalikan dari proses glikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak reversibel, artinya diperlukan
enzim
lain
untuk
reaksi
kebalikannya.
glukokinase 1. Glukosa + ATP Glukosa-6-fosfat + ADP fosfofruktokinase. 2. Fruktosa-6-fosfat + ATP fruktosa-1,6-difosfat + ADP piruvatkinase. 3. Fosfenol piruvat + ADP asam piruvat + ATP Enzim glikolitik yang terdiri dari glukokinase, fosfofruktokinase, dan piruvat kinase mengkatalisis reaksi yang ireversibel sehingga tidak dapat digunakan untuk sintesis glukosa. Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversibel tersebut, maka proses glukoneogenesis berlangsung melalui tahap reaksi lain. Reaksi tahap pertama glukoneogenesis merupakan suatu reaksi kompleks yang melibatkan beberapa enzim dan organel sel (mitokondrion), yang diperlukan untuk mengubah piruvat menjadi malat sebelum terbentuk fosfoenolpiruvat. Tiga reaksi pengganti yang pertama mengubah piruvat menjadi fosfoenolpiruvat (PEP), jadi membalik reaksi yang dikatalisis oleh piruvat kinase. Perubahan ini dilakukan dalam 4 langkah. Pertama, piruvat mitokondria mengalami dekarboksilasi membentuk oksaloasetat. Reaksi ini memerlukan ATP (adenosin trifosfat) dan dikatalisis oleh piruvat karboksilase. Seperti banyak enzim lainnya yang melakukan reaksi fiksasi CO2, pada reaksi ini memerlukan biotin untuk aktivitasnya. Oksaloasetat direduksi menjadi malat oleh malat dehidrogenase mitokondria. Pada reaksi ini, glukoneogenesis secara singkat mengalami overlap (tumpang tindih) dengan siklus asam sitrat. Malat meninggalkan mitokondria dan dalam sitoplasma dioksidasi membentuk kembali oksaloasetat. Kemudian oksaloasetat sitoplasma mengalami dekarboksilasi membentuk PEP pada reaksi yang tidak memerlukan GTP (guanosin trifosfat) yang dikatalisis oleh PEP
karboksikinase. Reaksi pengganti kedua dan ketiga dikatalisis oleh fosfatase. Fruktosa-1,6-bisfosfatase mengubah fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi fruktosa-6-fosfat, jadi membalik reaksi yang dikatalisis oleh fosfofruktokinase. Glukosa-6-fosfatase yang ditemukan pada permulaan metabolisme glikogen, mengkatalisis reaksi terakhir glukoneogenesis dan mengubah glukosa-6-fosfat menjadi glukosa bebas. Dengan penggantian reaksi-reaksi pada glikolisis yang secara termodinamika ireversibel, glukoneogenesis secara termodinamika seluruhnya menguntungkan dan diubah dari lintasan yang menghasilkan energi menjadi lintasan yang memerlukan energi. Dua fosfat berenergi tinggi digunakan untuk mengubah piruvat menjadi PEP. ATP tambahan
digunakan
untuk
melakukan
fosforilasi
3-fosfogliserat
menjadi
1,3-
bisfosfogliserat. Diperlukan satu NADH pada perubahan 1,3-bisfosfogliserat menjadi gliseraldehida-3-fosfat. Karena 2 molekul piruvat digunakan pada sintesis satu glukosa, maka setiap molekul glukosa yang disintesis dalam glukoneogenesis, sel memerlukan 6 ATP dan 2 NADH. Glikolisis dan glukoneogenesis tidak dapat bekerja pada saat yang sama. Oleh karena itu, ATP dan NADH yang diperlukan pada glukoneogenesis harus berasal
dari
oksidasi
bahan
bakar
lain,
terutama
asam
lemak.
Walaupun lemak menyediakan sebagian besar energi untuk glukoneogenesis, tetapi lemak hanya menyumbangkan sedikit fraksi atom karbon yang digunakan sebagai substrat. Ini sebagai akibat struktur siklus asam sitrat. Asam lemak yang paling banyak pada manusia yaitu asam lemak dengan jumlah atom karbon genap didegradasi oleh enzim -oksidasi menjadi asetil-KoA. Asetil KoA menyumbangkan fragmen 2-karbon ke siklus asam sitrat, tetapi pada permulaan siklus 2 karbon hilang sebagai CO2. Jadi, metabolisme asetil KoA tidak
mengakibatkan
peningkatan
jumlah
oksaloasetat
yang
tersedia
untuk
glukoneogenesis. Bila oksaloasetat dihilangkan dari siklus dan tidak diganti, kapasitas pembentukan ATP dari sel akan segera membahayakan. Siklus asam sitrat tidak terganggu selama glukoneogenesis karena oksaloasetat dibentuk dari piruvat melalui reaksi piruvat karboksilase. Kebanyakan atom karbon yang digunakan pada sintesis glukosa disediakan oleh katabolisme asam amino. Beberapa asam amino yang umum ditemukan mengalami degradasi menjadi piruvat. Oleh karena itu masuk ke proses glukoneogenesis melalui reaksi piruvat karboksilase. Asam amino lainnya diubah menjadi zat antara 4 atau 5
karbon dari siklus asam sitrat sehingga dapat membantu meningkatkan kandungan oksaloasetat dan malat mitokondria. Dari 20 asam amino yang sering ditemukan dalam protein, hanya leusin dan lisin yang seluruhnya didegradasi menjadi asetil-KoA yang menyebabkan tidak dapat menyediakan substrat untuk glukoneogenesis. Pengaturan Glukoneogenesis Hati dapat membuat glukosa melalui glukoneogenesis dan menggunakan glukosa melalui glikolisis sehingga harus ada suatu sistem pengaturan yang mencegah agar kedua lintasan ini bekerja serentak.Sistem pengaturan juga harus menjamin bahwa aktivitas metabolik hati sesuai dengan status gizi tubuh yaitu pembentukan glukosa selama puasa dan menggunakan glukosa saat glukosa banyak. Aktivitas glukoneogenesis dan glikolisis diatur secara terkoordinasi dengan cara perubahan jumlah relatif glukagon dan insulin dalam sirkulasi. Bila kadar glukosa dan insulin darah turun, asam lemak dimobilisasi dari cadangan jaringan adipose dan aktivitas -oksidasi dalam hati meningkat. Hal ini mengakibatkan peningkatan konsentrasi asam lemak dan asetil-KoA dalam hati. Karena asam amino secara serentak dimobilisasi dari otot, maka juga terjadi peningkatan kadar asam amino terutama alanin. Asam amino hati diubah menjadi piruvat dan substrat lain glukoneogenesis. Peningkatan kadar asam lemak, alanin, dan asetil-KoA semuanya memegang peranan mengarahkan substrat masuk ke glukoneogenesis dan mencegah penggunaannya oleh siklus asam sitrat. Asetil-KoA secara alosterik mengaktifkan piruvat karboksilase dan menghambat piruvat dehidrogenase. Oleh karena itu, menjamin bahwa piruvat akan diubah menjadi oksaloasetat. Piruvat kinase dihambat oleh asam lemak dan alanin, jadi menghambat pemecahan PEP yang baru terbentuk menjadi piruvat. Pengaturan hormonal fosfofruktokinase dan fruktosa-1,6-bisfosfatase diperantarai oleh senyawa yang baru ditemukan yaitu fruktosa 2,6-bisfosfat. Pembentukan dan pemecahan senyawa pengatur ini dikatalisis oleh enzim-enzim yang diatur oleh fosforilasi dan defosforilasi. Perubahan konsentrasi fruktosa-2,6-bisfosfat sejajar dengan perubahan untuk glukosa dan insulin yaitu konsentrasinya meningkat bila glukosa banyak dan berkurang bila glukosa langka. Fruktosa-2,6- bisfosfat secara alosterik mengaktifkan fosfofruktokinase dan menghambat fruktosa 1,6-bisfosfatase. Jadi, bila glukosa banyak maka glikolisis aktif dan glukoneogenesis dihambat. Bila kadar glukosa turun,
peningkaan glukagon mengakibatkan penurunan konsentrasi fruktosa-2,6-bisfosfat dan penghambatan yang sederajat pada glikolisis dan pengaktifan glukoneogenesis.
BAB. III PENUTUP
KESIMPULAN
Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen untuk disimpan di dalam hati. Lintasan ini diaktivasi di dalam hati, oleh hormon insulin sebagai respon terhadap rasio gula darah yang meningkat, misalnya karena kandungan karbohidrat setelah makan; atau teraktivasi pada akhir siklus Cori
Dalam glikogenolisis, glikogen yang tersimpan dalam hati dan otot, pertama dikonversi menjadi glukosa-1-fosfat dan kemudian menjadi glukosa-6-fosfat. Glukosa-6-fosfat adalah langkah pertama dari jalur glikolisis glikogen jika adalah sumber karbohidrat dan energi yang lebih lanjut diperlukan. Jika energi tidak segera diperlukan, glukosa-6-fosfat diubah menjadi glukosa untuk distribusi di berbagai darah ke sel-sel seperti sel-sel otak.
Proses glikogenolisis merupakan proses pemecahan glikogen yang berlangsung lewat jalan yang berbeda, tergantung pada proses yang mempengaruhinya.
Glukoneogenesis adalah proses sintesis glukosa dari non-karbohidrat sumber. Titik awal glukoneogenesis adalah asam piruvat, meskipun asam oksaloasetat dan fosfat dihidroksiaseton juga menyediakan titik masuk. Asam laktat, beberapa asam amino dari protein dan gliserol dari lemak dapat diubah menjadi glukosa.
DAFTAR PUSTAKA Jawetz,M.&Adelberg, 1996, Mikrobiologi Kedokteran,18-19, EGC, Jakarta Lehninger, A.L. 1991. Dasar-dasar Biokimia. Jilid 2. Erlangga. Jakarta Montgomery, R., R.L. Dryer, T.W. Conway and A.A. Spector. 1983. Biokimia. Jilid 1. Gadjah Mada University Press. Yogyakarta. Murray, R.K., D.K. Granner, P.A. Mayes and V.W. Rodwell. 2000. Biokimia Harper. Edisi 25. Buku Kedokteran. EGC. Jakarta. Poedjiadi, A. 1994. Dasar-dasar Biokimia. UI Press. Jakarta. Wirahadikusumah, M.1985.Biokimia:metabolisme energi, karbohidrat, dan lipid. Penerbit ITB, Bandung.
