GLIKOGENESIS 1.PENGERTIAN
Glikogenesis adalah proses anabolic pembentukan glikogen untuk simpanan glukosa saat kadar gula darah menjadi tinggi tinggi seperti setelah makan,glikoge makan,glikogenesis nesis terjadi terutama 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 gula darah untuk energy. (Ethel Sloane, 2003) 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. http://niayulianty.blogspot.com/2012/04/metabolisme-karbohidrat-protein-dan.html Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa berlebih di dalam darah menjadi glikogen dan disimpan di dalam hati dan jaringan otot. Lintasan ini diaktivasi di dalam hati dan otot, oleh hormon insulin sebagai respon terhadap rasio gula darah darah yang yang mening meningkat kat,, misaln misalnya ya karena karena kandun kandungan gan karbohidrat setelah makan makan;; atau atau teraktivasi pada akhir siklus akhir siklus Cori. Cori. Glikogen Glikogen dalam hati juga dibentuk dibentuk dari asam laktat, membutuhk membutuhkan an UDPG yg dibentuk dibentuk dari reaksi reaksi uridin uridinitri itrifos fosfat fat dengan dengan glukos glukosa-1 a-1-P. -P. Siklus Siklus pengub pengubaha ahan n glukos glukosa, a, asam laktat laktat dan glikogen disebut dengan siklus cori. Siklus Cori yang disebut berdasarkan penemunya, Carl Cori dan Gerty Cori, Cori, adalah lintasan metabolisme antara jaringan otot dan hati yang yang memben membentuk tuk siklus siklus.. Asa Asam m lak laktat tat yang disintesis oleh otot pada lintasan glikolisis akan diserap oleh hati dan dikonversi menjadi
glukosa. Sekresi glukosa oleh hati, kemudian diserap oleh otot dan dikonversi kembali menjadi asam laktat. http://id.wikipedia.org/wiki/Glikogenesis.
2.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 (10 7108) yang bersatu dalam partikel glikogen. Enzim yang berperan dalam sintesis dan penguraian glikogen dan sebagai enzim pengatur, terikat ke permukaan partikel glikogen.
Gambar Ikatan α 1,4 dan α 1,6 glikosida
3.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.
Marks Dawn D.2000. Biokimia Kedokteran Dasar : Sebuah Pendekatan Klinis.Jakarta:EGC
4.TUJUAN GLIKOGENESIS
Proses glikogenesis terjadi 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. http://blogmisssimple.blogspot.com/2012/04/v-behaviorurldefaultvmlo.html
5.PROSES PEMECAHAN GLIKOGEN (GLIKOGENESIS) DAN PROSES PERCABANGAN
Tahap-tahap reaksi glikogenesis :
Keterangan tahap-tahap reaksi Glikogenesis (Biosintesis Glikogen): •
Glukosa dikatalisis
mengalami fosforilasi (bereaksi dengan oleh enzim
Heksokinase (jika
gugus fosfat)
reaksi ini
berlangsung di dalam otot), dan
dikatalisis oleh Glukokinase jika proses ini berlangsung di dalam Hepar. •
Glukosa 6-Fosfat akan diubah menjadi glukosa 1-fosfat, reaksi ini dikatalisis oleh enzim Fosfoglukomutase
•
Glukosa 1-fosfat yang terbentuk tersebut selanjutnya akan bereaksi dengan uridin trifosfat untuk membentuk nukleotida aktif yaitu Uridin difosfat glukosa (UDPG) Reaksi ini ndikatalisis oleh enzim UDPG pirofosforilase.
•
Glikogen sintase akan mengkatalisis reaksi pembentukan rantai baru pada gugus molekul glikogen primer dengan cara memutuskan 1 bmolekul glukosa yang dibawa oleh molekul transpoter yaitu UDPG.
•
Demikianlah proses sintesis molekul glikogen di dalam sel hati, sehingga molekul ini akan secara terus menerus bertambah sebagai sumber energi cadangan bagi mahluk hidup.
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 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 Uridin difosfat glukosa (UDPGlc)
4.
Hidrolisis pirofosfat inorganic berikutnya oleh enzim pirofosfatase inorganik akan menarik reaksi kearah 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 difosfa t. 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 → UDP + (C6) n+1 Glikogen
Glikogen
Residu glukosa yang lebih lanjut melekat pada posisi 1
4 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 1→4 (panjang minimal 6 residu glukosa) pada rantai yang berdekatan untuk membentuk rangkaian 1→6 sehingga membuat titik cabang pada molekul tersebut.
Cabang-cabang ini akan tumbuh dengan penambahan lebih lanjut 1→glukosil 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. Enzim sintesis glikogen, akan membentuk ikatan α-1,4 Glikosidik ( rantai lurus ) dari glikogen. Enzim Pencabang ( Branching Enzyme ), membentuk ikatan α-1,6 Glikosidik ( rantai cabang ) dari glikogen molekul glikogen seperti pohon + cabang + rantingnya Tahap-tahap perangkaian glukosa demi glukosa digambarkan pada bagan berikut.
Gambar 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:
•
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. .
Lintasan glikogenesis dan glikogenolisis
6.PENGENDALIAN DAN REGULASI
Molekul glukosa dirakit dalam rantai dengan sintase glikogen, yang harus bertindak pada primer glikogen yang sudah ada sebelumnya atau glycogenin (protein kecil yang membentuk primer).Mekanisme untuk bergabung dengan unit glukosa adalah bahwa glikogen sintase mengikat UDPG, menyebabkan ia terurai menjadi ion oksonium, juga terbentuk dalam glikogenolisis. Ini ion oksonium mudah dapat ditambahkan ke grup 4hidroksil residu glucosyl di ujung 4 dari rantai glikogen. Cabang yang dibuat oleh enzim percabangan (juga dikenal sebagai amylo-α (1:4) -> α (1:6) transglikosilase), yang mentransfer akhir rantai ke bagian sebelumnya melalui α-1: 6 glucosidic bond, membentuk cabang, yang selanjutnya tumbuh dengan penambahan lebih α-1: 4 glucosidic unit.
Glycogenesis menanggapi kontrol hormonal. Salah satu bentuk utama dari kontrol adalah fosforilasi bervariasi sintase glikogen dan glikogen fosforilase.Hal ini diatur oleh enzim di bawah kendali aktivitas hormonal, yang pada gilirannya diatur oleh banyak faktor. Dengan demikian, ada banyak efektor yang mungkin berbeda bila dibandingkan dengan sistem alosterik dari regulation glycogenesis Epinefrin (adrenalin) Glikogen fosforilase diaktifkan oleh fosforilasi, sedangkan glikogen sintase dihambat. Fosforilasa Glikogen diubah dari bentuk b kurang aktif untuk bentuk aktif dengan kinase fosforilasa enzim. Enzim ini yang terakhir ini sendiri diaktifkan oleh protein kinase A dan dinonaktifkan oleh phosphoprotein fosfatase-1. Sebuah protein kinase sendiri diaktifkan oleh hormon adrenalin. Epinefrin mengikat ke protein reseptor yang mengaktifkan adenilat siklase. Enzim yang terakhir menyebabkan pembentukan AMP siklik dari ATP, dua molekul mengikat AMP siklik ke subunit regulasi dari protein kinase A, yang mengaktifkan itu memungkinkan subunit katalitik protein kinase A untuk memisahkan dari perakitan dan untuk memfosforilasi protein lain. Kembali ke fosforilasa glikogen, bentuk yang kurang aktif (b) sendiri bisa diaktifkan tanpa perubahan konformasi. 5'AMP bertindak sebagai aktivator alosterik,
sedangkan
ATP
adalah
inhibitor,
sebagaimana
telah
terlihat
dengan
fosfofruktokinase kontrol, membantu untuk mengubah tingkat fluks dalam menanggapi permintaan energi. Epinefrin tidak hanya mengaktifkan glikogen fosforilase tetapi juga menghambat
sintase
glikogen. Ini
memperkuat
efek
mengaktifkan
glikogen
fosforilase. Penghambatan ini dicapai dengan mekanisme yang sama, sebagai protein kinase A bertindak untuk memfosforilasi enzim, yang menurunkan aktivitas. Ini dikenal sebagai coordinat kontrol timbal balik. Mengacu pada glikolisis untuk informasi lebih lanjut dari peraturan glycogenesis. Insulin Insulin memiliki efek antagonis terhadap adrenalin. Ketika insulin mengikat pada reseptor protein-coupled G, subunit alpha dari PDB pada perubahan protein G untuk GTP dan berdisosiasi dari beta dan gamma hambat subunit. Subunit alpha mengikat pada adenilat adenylyl untuk menghambat aktivitasnya. Akibatnya, cAMP kurang protein kinase kurang A akan diproduksi. Dengan demikian, glikogen sintase, salah satu target protein kinase A, akan
berada
di non-terfosforilasi
bentuk, yang merupakan
bentuk aktif
dari
glikogen
sintase. Sintase glikogen aktif dapat menurunkan tingkat glukosa darah setelah makan
Kalsium ion Kalsium ion atau siklik AMP (cAMP) bertindak sebagai utusan sekunder. Ini adalah contoh dari kontrol negatif. Ion kalsium mengaktifkan kinase fosforilasa. Ini akan mengaktifkan fosforilase glikogen dan menghambat sintase glikogen. http://cellularrespiration.net/glycogenesis/
7.ENZIM-ENZIM YANG BERPERAN
Enzim-enzim metabiolisme glikogen. Enzim Fosforilase b Fosforilase a Fosforilase kinase Protein kinase Protein fosfatase 1 Inhibitor fosfatase protein I Glikogen sintase I Glikogen sintase D Enzim pembentuk cabang Enzim pemutus cabang Oligo- 1,4 → 1,4 glukantransferase α-1,6-Glukosidase
Peranan dalam metabolisme glikogen
Bentuk “inaktif” dari fosforilase a Fosforolisis glikogen terhadap Glu- 1 -P Perubahan fosforilase b ke a Aktivasi fosforilase kinase atau inaktivase glikogen sintase I Hidrolisis golongan fosfat dari glikogen sintase I, fosforilase a, dan fosforilase kinase Menghambat protein fosfatase I Penambahan golongan glikolisil ke glikogen Bentuk “inaktif” dari glikogen sintase I, tergantung pada Glu-6-P Menghambat cabang ke dalam rantai glikogen Menghilangkakn cabang yang menghambat kerja fosforilase a Memindahkaln unit kecil oligosakarida dari dekstrin terbatas yang terfosforilasi Menghilangkan residu 1,6-α-D-glukosil
9.KELAINAN YANG DISEBABKAN OLEH GLIKOGENESIS
Penyakit Simpanan Glikogen (Glycogen Storage Diseases) merupakan Penyakit Bawaan. Istilah “penyakit simpanan glikogen (glycogen storage diseases)” merupakan istilah generik
yang dimaksudkan untuk menjelaskan suatu kelompok kelainan bawaan yang ditandai oleh penumpukan glikogen dengan jumlah atau jenis yang abnormal di dalam jaringan tubuh . Beberapa kelainan yang dijelaskan berhasil ditolong dengan transplantasi hepar: Tipe I Penyakit von Gierke
Defisiensi glukosa-6-fosfatase.Sel-sel hati dan sel-sel tubulus ginjal berisikan glikogen, Hipoglikemia, laktiasidemia, ketosis, hiperlipemia. Tipe II Penyakit Pompe
Defisiensi lisosomal 1Q4- dan 1® 6 glukosidase (asam maltase). Fatal, akumulasi glikogen dalam lisosom pada gagal jantung. Tipe III Limit dextrinosis, penyakit forbes atau cori
Tidak adanya enzim pemutus. Akumulasi polisakarida bercabang yang khas Tipe IV Amilopektinosis, penyakit andersen
Tidak adanya enzim percabangan. Akumulasi polisakarida yang memiliki beberapa titik pencabangan, kematian disebabkan gagal jantung atau hati pada tahun pertama kehidupan Tipe V Defisiensi miofosforilase, sindrom McArdle
Tidak adanya fosforilase otot.Hilangnya toleransi terhadap latihan fisik, otot memiliki kandungan glikogen yang abnormal (2.5-4%). Sedikit atau tidak ada laktat dalam darah setelah latihan fisik. Tipe VI Penyakit herd
Defisiensi fosforilase hati. Kandungan tinggi glikogen dalam hati, kecenderungan menuju hipogelikemia Tipe VII Penyakit tarui
Defisiensi fosfofruktokinase dalam otot dan erittrosit. Seperti tipe V tetapi juga mungkin anemia hemolitik Tipe VIII
Defisiensi forforilase kinase hati, seperti tipe VI Beberapa kelainan yang disebabkan oleh glikogenesis diantaranya yaitu: Nama Penyakit Von Gierke Penyakit pompe Dekstrinosis terbatas Amilopektinosis Penyakit McArdle
Jenis
Jaringan yang terkena
Enzim yang kurang
I
Hati dan ginjal
Glukosa 6-fosfat
II
Hati, jantung otot
III
Hati dan otot
1,4-α-D-Glukosidase(lisosom) D-1,6-Glukosidase atau oligo
IV V VI
Hati Otot Hati
1,4 1,4-glukantransferase Enzim pembentuk cabang Fosforilase Fosforilase
VII
Otot
Fosfofruktokinase
VIII
Hati
Kinasefosforilase
Ixϯ
Hati
Glikogensintase
Penyakit Hers
*Penyakit yang disebutkan dalam enzim ini adalah penyakit yang telah diketahui kekurangan enzimnya.
Ϯ Kekurangan glikogen http://mirfat-rm.blogspot.com/2012/06/glikogenesis.html
REFERENSI : Marks Dawn D.2000. Biokimia Kedokteran Dasar : Sebuah Pendekatan Klinis.Jakarta:EGC http://blogmisssimple.blogspot.com/2012/04/v-behaviorurldefaultvmlo.html
http://cellularrespiration.net/glycogenesis/ http://id.wikipedia.org/wiki/Glikogenesis. http://mirfat-rm.blogspot.com/2012/06/glikogenesis.html http://niayulianty.blogspot.com/2012/04/metabolisme-karbohidrat-protein-dan.html
