MAKALAH GLIKOGENESIS, GLIKONEOGENESIS DAN GLUKONEOGENESIS

        GLIKOGENESIS, GLIKONEOGENESIS

                                                        DAN GLUKONEOGENESIS

Tujuan dari glikolisis, glikogenolisis, dan siklus asam sitrat adalah untuk menghemat

energi sebagai ATP dari katabolisme karbohidrat. Jika sel memilikipersediaan yang cukup ATP, maka jalur dan siklus terhambat. Dalam kondisi ATP berlebih, hati akan mencoba untuk mengkonversi berbagai kelebihan molekul menjadiglukosa dan / atau glikogen. Glikolisis menghasilkan dua senyawa karbohidrat beratomtiga 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 tahapkedua gliseraldehida3-fosfat diubah menjadi 3- fosfogliserol fosfat (reaksi penyimpananenergi).

I.GLIKOGENESIS

Glikogenesis adalah lintasan metabolisme yang mengkonversi glukosa menjadi glikogen untuk disimpan didalam hati. Lintasan ini diaktivasi di dalam hati, oleh hormoninsulin sebagai respon terhadap rasio gula darah yang meningkat, misalnya karenakandungan 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 insulinmempromosikan konversi glukosa menjadi glikogen untuk disimpan di hati dan sel-selotot.Dalam sintesis glikogen, satu ATP diperlukan per glukosa dimasukkan ke dalamstruktur polimer bercabang glikogen. sebenarnya, glukosa-6-fosfat adalah senyawa lintas jalan. Glukosa-6-fosfat disintesis secara langsung dari glukosa atau sebagai produk akhirdari glukoneogenesis.

II. GLIKOGENOLISIS

Dalam glikogenolisis,glikogenyang tersimpan dalam hati dan otot, pertamadikonversi menjadi glukosa-1-fosfat dan kemudian menjadi glukosa-6-fosfat. Duahormon yang mengendalikan glikogenolisis adalah peptida, glukagon dari pankreas danepinefrin dari kelenjar adrenal.Glukagon dilepaskan dari pankreas dalam menanggapi glukosa darah rendah danepinefrin dilepaskan sebagai respons terhadap ancaman atau stres. Kedua hormon

bertindak atas enzim glikogen fosforilase untuk merangsang untuk memulaiglikogenolisis dan menghambat sintetase glikogen (glikogenesis berhenti).Glikogen adalah struktur polimer bercabang yang mengandung glukosa sebagaimonomer dasar. Pertama molekul glukosa individu dihidrolisa dari rantai, diikuti denganpenambahan gugus fosfat pada C-1. Pada langkah selanjutnya fosfat tersebut akandipindahkan ke posisi C-6 untuk memberikan glukosa 6-fosfat, suatu senyawapersimpangan jalan.Glukosa-6-fosfat adalah langkah pertama dari jalur glikolisis glikogen jika adalahsumber karbohidrat dan energi yang lebih lanjut diperlukan. Jika energi tidak segeradiperlukan, glukosa-6-fosfat diubah menjadi glukosa untuk distribusi di berbagai darah kesel-sel seperti sel-sel otak.Glikogenolisis berlangsung dengan jalur yang berlainan. Dengan adanya enzimfosforilase, fosfat anorganik melepaskan sisa glukose non mereduksi ujung dalam satupersatu untuk menghasilkan D-glukose fosfat 1-fosfat. Proses glikogenolisis merupakanproses pemecahan glikogen yang berlangsung lewat jalan yang berbeda, tergantung padaproses yang mempengaruhinya. Molekul glikogen menjadi lebih kecil atau lebih besar,tetapi jarang apabila ada molekul tersebut dipecah secara sempurna. Meskipun padahewan, glikogen tidak pernah kosong sama sekali. Inti glikogen tetap ada untuk bertindak sebagai aseptor bagi glikogen baru yang akan disintesis bila diperoleh cukup persediaankarbohidrat. 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 menjadiglukosa. Upaya untuk mempertahankan glukosa dalam konsentrasi yang memadai didalam darah sangat penting bagi beberapa jaringan tertentu, glukosa merupakan bahanbakar yang wajib tersedia, misalnya otak dan eritrosit (Murray et al., 2000).Proses dimulai dengan molekul glukosa dan diakhiri dengan terbentuknya asamlaktat. Serangkaian reaksi-reaksi dalam proses glikolisis tersebut dinamakan jalurEmbeden-Meyerhof. Reaksi-reaksi yang berlangsung pada proses glikolisis dapat dibagi dalam dua fase. Pada fase pertama glukosa diubah menjadi triosafosfat dengan prosesfosforilasi. Fase kedua dimulai dari proses oksidasi triosafosfat hingga terbentuk asamlaktat. Perbedaan antara kedua fase ini terletak pada aspek energi yang berkaitan denganreaksi-reaksi dalam kedua fase tersebut (Poedjiadi, 1994).Terdapat tiga jalur penting yang dapat dilalui piruvat setelah glikolisis. Padaorganisme aerobik, glikolisis menyusun hanya tahap pertama dari keseluruhan degradasiaerobik glukosa menjadi CO2 dan H2O. Piruvat yang terbentuk kemudian dioksidasidengan melepaskan gugus karboksilnya sebagai CO2, untuk membentuk gugus asetilpada asetil koenzim A. Lalu gugus asetil dioksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2Ooleh siklus asam sitrat, dengan melibatkan molekul oksigen. Lintas inilah yang dilaluipiruvat pada hewan aerobik sel dan tumbuhan(Leehninger, 1991).Glukosa dimetabolisasi menjadi piruvat dan laktat di dalam semua sel mamaliamelalui lintasan glikolisis. Glukosa merupakan substrat yang unik karena glikolisis bisaterjadi dalam keadaan tanpa oksigen (anaerob), ketika produk akhir glukosa tersebutberupa laktat. Meskipun demikian, jaringan yang dapat menggunakan oksigen (aerob)mampu memetabolisasi piruvat menjadi asetil koenzim A, yang dapat memasuki siklusasam sitrat untuk menjalani proses oksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2O denganmelepasan energi bebas dalam bentuk ATP, pada proses fosforilasi oksidatif (Murray etal., 2000).

III.GLUKONEOGENESIS

Glukoneogenesis adalah proses sintesis glukosa dari non-karbohidrat sumber.Titik awal glukoneogenesis adalah asam piruvat, meskipun asam oksaloasetat dan fosfatdihidroksiaseton juga menyediakan titik masuk. Asam laktat, beberapa asam amino dariprotein dan gliserol dari lemak dapat diubah menjadi glukosa.Pada dasarnya glukoneogenesis adalah sintesis glukosa dari senyawa bukankarbohidrat, misalnya asam laktat dan beberapa asam amino. Proses glukoneogenesisberlangsung terutama dalam hati. Asam laktat yang terjadi pada proses glikolisis dapatdibawa oleh darah ke hati. Di sini asam laktat diubah menjadi glukosa kembali melaluiserangkaian 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 darikatabolisme asam amino. Laktat yang dihasilkan dalam sel darah merah dan otot dalamkeadaan anaerobik juga dapat berperan sebagai substrat untuk glukoneogenesis.Glukoneogenesis mempunyai banyak enzim yang sama dengan glikolisis, tetapi demialasan termodinamika dan pengaturan, glukoneogenesis bukan kebalikan dari prosesglikolisis karena ada tiga tahap reaksi dalam glikolisis yang tidak reversibel, artinyadiperlukan 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 + ATPEnzim glikolitik yang terdiri dari glukokinase, fosfofruktokinase, dan piruvatkinase mengkatalisis reaksi yang ireversibel sehingga tidak dapat digunakan untuk sintesis glukosa. Dengan adanya tiga tahap reaksi yang tidak reversibel tersebut, makaproses glukoneogenesis berlangsung melalui tahap reaksi lain. Reaksi tahap pertamaglukoneogenesis merupakan suatu reaksi kompleks yang melibatkan beberapa enzim danorganel sel (mitokondrion), yang diperlukan untuk mengubah piruvat menjadi malatsebelum terbentuk fosfoenolpiruvat.Tiga reaksi pengganti yang pertama mengubah piruvat menjadi fosfoenolpiruvat(PEP), jadi membalik reaksi yang dikatalisis oleh piruvat kinase. Perubahan ini dilakukandalam 4 langkah. Pertama, piruvat mitokondria mengalami dekarboksilasi membentuk oksaloasetat. Reaksi ini memerlukan ATP (adenosin trifosfat) dan dikatalisis oleh piruvatkarboksilase. Seperti banyak enzim lainnya yang melakukan reaksi fiksasi CO2, padareaksi ini memerlukan biotin untuk aktivitasnya. Oksaloasetat direduksi menjadi malatoleh malat dehidrogenase mitokondria. Pada reaksi ini, glukoneogenesis secara singkatmengalami overlap (tumpang tindih) dengan siklus asam sitrat. Malat meninggalkan mitokondria dan dalam sitoplasma dioksidasi membentuk kembali oksaloasetat.Kemudian oksaloasetat sitoplasma mengalami dekarboksilasi membentuk PEP padareaksi yang tidak memerlukan GTP (guanosin trifosfat) yang dikatalisis oleh PEP karboksikinase.Reaksi pengganti kedua dan ketiga dikatalisis oleh fosfatase. Fruktosa-1,6-bisfosfatasemengubah fruktosa-1,6-bisfosfat menjadi fruktosa-6-fosfat, jadi membalik reaksi yangdikatalisis oleh fosfofruktokinase. Glukosa-6-fosfatase yang ditemukan pada permulaanmetabolisme glikogen, mengkatalisis reaksi terakhir glukoneogenesis dan mengubahglukosa-6-fosfat menjadi glukosa bebas.Dengan penggantian reaksi-reaksi pada glikolisis yang secara termodinamikaireversibel, glukoneogenesis secara termodinamika seluruhnya menguntungkan dandiubah dari lintasan yang menghasilkan energi menjadi lintasan yang memerlukan energi.Dua fosfat berenergi tinggi digunakan untuk mengubah piruvat menjadi PEP. ATPtambahan digunakan untuk melakukan fosforilasi 3-fosfogliserat menjadi 1,3-bisfosfogliserat. Diperlukan satu NADH pada perubahan 1,3-bisfosfogliserat menjadigliseraldehida-3-fosfat. Karena 2 molekul piruvat digunakan pada sintesis satu glukosa,maka setiap molekul glukosa yang disintesis dalam glukoneogenesis, sel memerlukan 6ATP dan 2 NADH. Glikolisis dan glukoneogenesis tidak dapat bekerja pada saat yangsama. Oleh karena itu, ATP dan NADH yang diperlukan pada glukoneogenesis harusberasal 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. Inisebagai akibat struktur siklus asam sitrat. Asam lemak yang paling banyak pada manusiayaitu asam lemak dengan jumlah atom karbon genap didegradasi oleh enzim -oksidasimenjadi asetil-KoA. Asetil KoA menyumbangkan fragmen 2-karbon ke siklus asam sitrat,tetapi pada permulaan siklus 2 karbon hilang sebagai CO2. Jadi, metabolisme asetil KoAtidak mengakibatkan peningkatan jumlah oksaloasetat yang tersedia untuk glukoneogenesis. Bila oksaloasetat dihilangkan dari siklus dan tidak diganti, kapasitaspembentukan ATP dari sel akan segera membahayakan. Siklus asam sitrat tidak terganggu selama glukoneogenesis karena oksaloasetat dibentuk dari piruvat melaluireaksi piruvat karboksilase.Kebanyakan atom karbon yang digunakan pada sintesis glukosa disediakan olehkatabolisme asam amino. Beberapa asam amino yang umum ditemukan mengalamidegradasi menjadi piruvat. Oleh karena itu masuk ke proses glukoneogenesis melaluireaksi piruvat karboksilase. Asam amino lainnya diubah menjadi zat antara 4 atau 5 karbon dari siklus asam sitrat sehingga dapat membantu meningkatkan kandunganoksaloasetat dan malat mitokondria. Dari 20 asam amino yang sering ditemukan dalamprotein, 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 glukosamelalui glikolisis sehingga harus ada suatu sistem pengaturan yang mencegah agar kedualintasan ini bekerja serentak.Sistem pengaturan juga harus menjamin bahwa aktivitasmetabolik hati sesuai dengan status gizi tubuh yaitu pembentukan glukosa selama puasadan menggunakan glukosa saat glukosa banyak. Aktivitas glukoneogenesis dan glikolisisdiatur secara terkoordinasi dengan cara perubahan jumlah relatif glukagon dan insulindalam sirkulasi.Bila kadar glukosa dan insulin darah turun, asam lemak dimobilisasi daricadangan jaringan adipose dan aktivitas -oksidasi dalam hati meningkat. Hal inimengakibatkan peningkatan konsentrasi asam lemak dan asetil-KoA dalam hati. Karenaasam amino secara serentak dimobilisasi dari otot, maka juga terjadi peningkatan kadarasam amino terutama alanin. Asam amino hati diubah menjadi piruvat dan substrat lainglukoneogenesis. Peningkatan kadar asam lemak, alanin, dan asetil-KoA semuanyamemegang peranan mengarahkan substrat masuk ke glukoneogenesis dan mencegahpenggunaannya oleh siklus asam sitrat. Asetil-KoA secara alosterik mengaktifkan piruvatkarboksilase dan menghambat piruvat dehidrogenase. Oleh karena itu, menjamin bahwapiruvat akan diubah menjadi oksaloasetat. Piruvat kinase dihambat oleh asam lemak danalanin, jadi menghambat pemecahan PEP yang baru terbentuk menjadi piruvat.Pengaturan hormonal fosfofruktokinase dan fruktosa-1,6-bisfosfatase diperantaraioleh senyawa yang baru ditemukan yaitu fruktosa 2,6-bisfosfat. Pembentukan danpemecahan senyawa pengatur ini dikatalisis oleh enzim-enzim yang diatur oleh fosforilasidan defosforilasi. Perubahan konsentrasi fruktosa-2,6-bisfosfat sejajar dengan perubahanuntuk glukosa dan insulin yaitu konsentrasinya meningkat bila glukosa banyak danberkurang bila glukosa langka. Fruktosa-2,6- bisfosfat secara alosterik mengaktifkanfosfofruktokinase 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 danpenghambatan yang sederajat pada glikolisis dan pengaktifan glukoneogenesis.

kunyuk-pippo