Rabu, 18 Mei 2011

Metabolisme Karbohidrat


Standar Kompetensi  : mahasiswa mampu menjelaskan metabolisme karbohidrat serta enzim yang berperan

Modul 3
GLIKOGENESIS DAN GLIKOGENOLISIS

Glikogen merupakan molekul polisakarida yang tersimpan di dalam sel-sel hewan bersama dengan air dan digunakan sebagai sumber energi. Ketika pecah di dalam tubuh, glikogen diubah menjadi glukosa, sumber energi yang penting bagi hewan. Jenis organisme seperti hewan memperoleh molekul ini dari karbohidrat, memproduksi dalam hati, otot, dan saluran pencernaan selama proses pencernaan. Glikogen kemudian disimpan di dalam jaringan otot dan di hati,. Pada manusia, tubuh kita dapat menyimpan sekitar 2.000 kilokalori glikogen pada waktu tertentu. Ketika pada saat kita makan dan kondisi yang segar, dengan tubuh yang bekerja untuk menjaga kadar stabil sehingga ada pasokan energi.
Glikogen merupakan bentuk simpanan yang utama di dalam tubuh hewan dan analog dengan pati pada tumbuhan. Simpanan glikogen terbanyak terdapat di hati dan otot rangka. Unsur ini terutama terdapat di hati (sampai 6%), otot dan jarang melampaui jumlah 1%. Namun, karena massanya yang jauh lebih besar, jumlah simpanan glikogen dalam otot bisa mencapai 3-4 kali jumlahnya dihati. Seperti pati, glikogen merupakan polimer α-D-glukosa yang bercabang.
Glikogen otot berfungsi sebagai sumber heksosa yang tersedia dengan mudah untuk proses glikolisis di dalam otot itu sendiri. Glikogen hati sangat berhubungan dengan simpanan dan pengiriman heksosa keluar untuk mempertahankan kadar glukosa darah, khususny pada saat- diantara waktu makan. Setelah 12-18 jam puasa, hampir seluruh simpanan glikogen  hati terkuras, sedangkan glikogen otot hanya terkuras secara bermakna setelah seseorang melakukan olahraga yang berat dan lama. Penyakit penyimpanan glikogen merupakan kelompok gangguan yang diwariskan yang ditandai dengan kurangnya mobilisasi glikogen atau deposisi bentuk-bentuk glikogen yang abnormal sehingga mengakibatkan kelemahan otot dan bahkan kematian penderitanya. 

1.    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 1. Ikatan α 1,4 dan α 1,6 glikosida


2.    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.

3.    Pembentukan dan Penguraian Glikogen
Sintesis glikogen berawal dengan fosforilasi glukosa menjadi glukosa 6-fosfat oleh heksokinase atau di hati glukokinase. Glukosa 6-fosfat adalah prekursoruntuk glikolisis, jalur pentosa fosfat dan jalur untuk sintesis gula lainnya. Dalam jalur sintesis glikogen, glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat oleh fosfoglukomutase.
Glikogen dibentuk dari dan diuraikan menjadi glukosa 1-fosfat. Tetapi jalur biosintetik dan degradatif terpisah dan melibatkan enzim yang berbeda. Jalur biosintetik adalah jalur yang memerlukan energi, digunakan fosfat berenergi tinggi dari UTP untuk mengaktifkan residu glukosil menjadi UDP-glukosa. Dalam jalur degradatif, ikatan glikosidat antara residu-residu glikosil dalam glikogen secara sederhana diputuskan oleh penambahan fosfat sehingga dihasilkan glukosa 1-fosfat dan tidak terjadi resintesis UDP-glukosa.
a.      Sintesis Glikogen
Sintesis glikogen memerlukan pembentukan ikatan α-1,4-glikosidat untuk menyatukan residu-residu glikosil dalam suatu rantai yang panjang dan pembentukan cabang α-1,6 disetiap 8-10 residu. Sebagian besar sintesis glikogen yang sudah ada (primer glikogen) dimana ujung pereduksi glikogen melekat ke protein glikogenin. Untuk memperpanjang rantai glikogen, ditambahkan residu glukosil dari UDP-glukosa ke ujung nonpereduksi pada rantai oleh glikogen  sintase. Karbon anomerik masing-masing residu glukosil diikatkan ke hidroksil pada karbon 4 residu glukosil terminal melalui ikatan α-1,4. Setelah panjang rantai mencapai 11 residu, potongan yang terdri dari 6-8 residu diputuskan oleh amilo 4;6-transferasedan dilekatkan kembali ke sebuah unit glukosil melalui ikatan α-1,6. Kedua rantai terus memanjang sampai cukup panjang untuk menghasilkan dua cabang baru. Proses ini berlanjut sehingga dihasilkan molekul yang bercabang lebat. Glikogen sintase, enzim yang melekatkan residu glukosil dalam ikatan 1,4 merupakan pengatur langkah dalam jalur ini. 


b.      Penguraian Glikogen   
Glikogen diuraikan oleh dua enzim glikogen fosforilase dan enzim pemutus cabang. Enzim glikogen fosforilase mulai bekerja diujung rantai dan secara berturut-turut memutuskan residu glukosil dengan menambahkan fosfat ke ikatan glikosidat terminal sehingga terjadi pelepasan glukosa 1-fosfat. Enzim pemutus cabang yang mengkatalisis pengeluaran 4 residu yang terletak paling dekat dengan titik cabang, memiliki dua aktivitas katalik. Enzim ini bekerja sebagai 4;4 transferase 1;6 glukosidase. Sebagai 4;4 transferase, enzim pemutus cabang mula-mula mengeluarkan sebuah unit yang mengandung 3 residu glukosa dan menambahkannya ke ujung rantai yang lebih panjang melalui suatu ikatan α-1,4. Satu residu yang tersisa dicabang 1,6 dihidrolisis oleh amilo 1,6-glukosidase dari enzim pemutus cabang yang menghasilkan glukosa bebas.

4.    Pengaturan Metabolisme Glikogen
  1. Pengaturan Metabolisme Glikogen di Hati
Glikogen hati disintesis selama kita makan makanan yang mengandung karbohidrat saat kadar glukosa darah meningkat, dan diurikan saat kadar glukosa darah menurun. Sewaktu seseorang makan makanan yang mengandung karbohidrat, kadar glukosa darah meningkat, kadar insulin meningkat dan kadar glukagon menurun. Peningkatan kadar glukosa darah dan peningkatan rasio insulin/glukagon menghambat penguraian glikogen dan merangsang sintesis glikogen. Seiring dengan lama waktu setelah makan makanan yang mengandung karbohidrat, kadar insulin menurun dan kadar glukagon meningkat. Turunnya rasio insulin/glukagon menimbulkan hambatan pada jalur biosintetik dan pengaktifan jalur degradatif. Akibatnya, glikogen hati dengan cepat diuraikan menjadi glukosa yang kemudian dibebaskan ke dalam darah.
  1. Pengaturan Metabolisme Glikogen di Otot
Pengaturan pembentukan dan penguraian glikogen di otot rangka berbeda dengan yang berlangsung di hati pada beberapa hal penting yaitu :
1.      Glukagon tidak mempunyai efek terhadap otot, sehingga kadar glikogen dalam otot tidak berubah-ubah mengikuti keadaan puasa/makan
2.      AMP adalah aktivator alosterik bagi isozim glikogen fosforilase otot, tetapi bukan bagi glikogen fosforilase hati.
3.      Efek Ca2+ pada otot terutama disebabkan oleh pelepasan Ca2+ dari retikulum sarkoplasma setelah perangsang saraf dan bukan disebabkan oleh ambilan yang dirangsang oleh epinefrin
4.      Glukosa bukan merupakan aktivator fisiologis glikogen sintase di otot
5.      Glikogen adalah inhibitor umpak-balik yang lebih kuat bagi glikogen sintase otot dibandingkan glikogen sintase hati, sehingga simpanan glikogen per gram berat jaringan otot lebih sedikit. Namun, efek fosforilasi oleh protein kinase A yang dirangsang oleh epinefrin pada penguraian glikogen otot dan pembentukan glikogen serupa dengan yang terjadi pada hati.
DAFTAR PUSTAKA

Mark, Dawn B, Allan D. Mark, Collen M. Smith. 2000. Biokimia Kedokteran Dasar. Jakarta: EGC
Murray, Robert K, Daryl K. Granner, Peter A Mayers, Victor W. Rodwell. Biokimia Harper. Jakarta: EGC
Linder, Maria C.1992. Biokimia Nutrisi dan Metabolisme. Jakarta: Universitas Indonesia (UI-Press)