METABOLISME GLIKOGEN Glukosa disimpan sebagai polisakarida intraseluler yaitu pati dan glikogen. Glikogen merupakan polisakarida yang penting pada bakteri , protista , jamur dan hewan hewan . Partikel glikogen besar dapat dengan mudah dilihat di dalam sitoplasma organisme ini . Sebagian besar
glikogen
dalam
vertebrata
ditemukan
di
otot
dan
sel-sel
hati.
(Robert.H.Horton.2004:368)
Sintesi s glikog en B ila jumlah glukosa yang diperol eh dari makana n terlalu berlebi h, maka glukosa Lintasan glikogenesis dan glikogenolisis (dipetik dari: Murray dkk. Biokimia Harper)
akan disimpa
n dengan jalan diubah menjadi glikogen dalam hati dan jaringan otot. Proses sintesis glikogen dari glukosa ini disebut glikogenesis. Glikogen dalam hati dapat pula dibentuk dari asam laktat yang dihasilkan pada proses glikolisis. (Anna Poedjiadi.2007:259)
Glikogenesis memerlukan kerja dari dua enzim yaitu glikogen sintase dan enzim pembuat cabang glikogen. Glikogen sintase
bereaksi dengan UDP-glukosa untuk
menghasilkan hanya satu ik atan atan α-1,4 α-1,4 homopolisakarida, yang serupa dengan amilosa. Pencabangan dari rantai polisakarida disebabkan oleh kerjanya enzim penyebab pencabangan glikogen, yang bekerja sama dengan glikogen sintetase. ( David S. Page.1997:381) Sintesis glikogen terjadi setelah makan, ketika kadar gula darah darah tinggi.
(sintesis Glikogen)
Reaksi yang terjadi pada proses glikogenesis :
1. Sintesis glukosa 1-fosfat. Glukosa-6-fosfat secara langsung diubah menjadi glukosa-1 fosfat oleh enzim fosfoglukomutase. Fosfoglukomutase adalah sebuah enzim yang mengandung gugus fosforil yang melekat pada residu serin reaktif :
Gugus fosoforil pada enzim berpindah ke glukosa-6-fosfat, menghasilkan glukosa-1,6 bifosfat. Pembentukan glukosa-1-fosfat menyebabkan gugus fosforil terikat pada residu serin. 2. Sintesis UDP-glukosa. Pembentukan ikatan glikosidik merupakan proses endergonik. Sintesis gula nukleotida adalah reaksi umum umum yang diawali dengan perpindahan gula gula dan proses polimerisasi. Uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa) lebih reaktif daripada glukosa
dan lebih cocok pada sisi aktif enzim yang mengkatalisis reaksi perpindahan (disebut (dis ebut sebagai perpindahan gugus glycosyl). Karena UDP-glukosa mengandung dua ikatan fosforil,
molekulnya
memiliki
energy
yang
tinggi .
Pembentukan
UDP-glukosa
terjadi pada kondisi AG ° mendekati nol, dan juga merupakan reaksi reversible yang dikatalisis oleh UDP- glukosa pyrophosphorylase:
Akan tetapi reaksi ini tidak terjadi secara sempurna, karena pirofosfat (PPj) dapat terhidrolisis oleh pirofosfatase disertai pelepasan energy bebas
Glukosa 6 - fosfat fosfat mengikat fosfoenzim , dan menghasilkan glukosa 1,6- bifosfat sebagai enzim. Perubahan C - 6 fosfat menjadi enzim menghasilkan glukosa 1 – fosfat. fosfat. Kemudian Glukosa 1 - fosfat diaktifkan oleh pembentukan UDP - glukosa pada langkah kedua sintesis glikogen . Dalam reaksi ini kelompok UMP dari UTP ditransfer ke fosfat pada C 1
dengan
pelepasan
pirofosfat. Enzim pirofosfat.
yang
mengkatalisis
reaksi
ini
disebut
pyrophosphorylase pyrophosphorylase glukosa UDP yang terdapat pada sebagian besar spesies eukariotik. Aktivasi glukosa membutuhkan energi dalam bentuk UTP UTP,, energi yang disimpan dalam UDP
-
glukosa
dapat
digunakan
dalam
berbagai
reaksi
biosintesis. biosintesis.
(Robert.H.Horton.2004:369) 3. Pembentukan glikogen dari UDP-glukosa membutuhkan dua enzim :
a. Glikogen sintase, yang mengkatalisis perpindahan gugus glukosil dari UDP-glukosa ke ujung nonpereduksi glikogen
G AMBAR ( GAMBAR : glikogen sintase memutus rantai ester ester pada UDP- glukosa glukosa membentuk ikatan α(1,4)
glikosidik antara glukosa dengan rantai rantai gliogen)
b. amilo-α(1,4à1,6) amilo-α(1,4à1,6)-glukosil -glukosil transferase (enzim bercabang), yang membentuk rantai α(1,6) pada cabang molekul (seperti gambar dibawah )
( GAMBAR : enzim branching mengatur sintesis rantai rantai α(1,6) pada glikogen )
Degradasi Glikogen Residu glukosa dari pati dan glikogen dikeluarkan dari polimer penyimpanan dengan bantuan enzim yaitu polisakarida fosoforilase : pati fosforilase ( pada tanaman ) dan glikogen fosforilase ( dalam organisme lain ). Enzim ini mengkatalisasi pembuangan residu glukosa dari ujung nonreducing pati atau glikogen. Seperti namanya , enzim mengkatalisis
fosforolisis - pembelahan ikatan melalui transfer gugus ke atom oksigen fosfat . Berbeda dengan hidrolisis hidrolisis (transfer air ), fosforolisis menghasilkan ester fosfat. Reaksi fosforolisis dikatalisis oleh glikogen glikogen fosforilase ditunjukkan pada Gambar. Fosfat piridoksal ( PLP PLP ) adalah kelompok prostetik pada sisi aktif enzim . Kelompok fosfat PLP menyampaikan proton ke substrat fosfat untuk membantu membelah ikatan scissile C-O pada glikogen. Glikogen fosforilase mengkatalisis reaksi yang luar biasa karena hanya menggunakan glikogen dan fosfat anorganik sebagai substrat dalam reaksi yang menghasilkan
senyawa
dengan
relative
energi
tinggi
,
glukosa
1 – fosfat.
(Robert.H.Horton.2012:370)
Degradasi glikogen membutuhkan dua reaksi berikut: 1. Penghapusan glukosa dari ujung glikogen nonreducing . Menggunakan fosfat anorganik
(Pj), glikogen fosforilase memutus rantai (α 1,4) untuk menghasilkan glukosa-1-fosfat. glukosa -1-fosfat. Glikogen fosforilase berhenti bekerja ketika telah memutus empat resiud glukosa dari titik cabang (Seperti gambar di bawah). (Sebuah molekul glikogen yang telah terdegradasi ke titik cabang disebut dekstrin batas.)
fosforil ase mengkatalisis pemutusan residu glukosa dari ujung GAMBAR: Glikogen fosforilase nonpereduksi pada rantia glikogen) Amylo- α(l, 6)-glucosidase, 6)-glucosidase, yang 2. Hidrolisis α(l, 6) glikosidik pada ti cabang glikogen. Amylo-α(l, juga disebut debranching enzim, memutus cabang α (l, ( l, 6) dengan memindahkan tiga atau empat residu glukosa terluar yang melekat pada cabang ke ujung nonpereduksi terdekat,
dan kemudiaan memutus memutus residu glukosa tunggal tunggal sehingga menghasilkan glukosa glukosa bebas. ( seperti gambar di bawah)
( GAMBAR :cabang pada glikogen diputus oleh debranching enzim (amylo- α(l,6) :cabang α(l,6)G AMBAR glucosidase)
(KETERANGAN GAMBAR : glikogen fosforilase mengkatalisasi fosforolisis pada rantai glikogen, demgam cara memutus
empat residu dari cabang α-(1à6) α -(1à6) dan
menghasilakn satu molekul glukosa 1-fosfat untuk setiap residu glukosa yang bergerak. Degradasi melibatkan dua aktifitas dari enzim glikogen debranching. Aktifitas 4-α 4- αglukanotransferase mengkatalisis perpindahan trimer dari cabang batas dektrin ke ujung molekul glikogen bebas. Amilo-1,6-glukosidase mengkatalisis pelepasan hidrolitik dan menghasilkan α-(1à6)residu α-(1à6)residu glucose yang berhubungan. Kesimpulan terdapat 3 energi dalam bentuk UTP yang dibutuhkan untuk mengubah Glikogen menjadi Glukosa: a. Karena UDP-glukosa mengandung dua ikatan fosforil, molekulnya memiliki energy yang tinggi = UTP b. Aktivasi glukosa membutuhkan membutuhkan energi dalam bentuk UTP, UTP, energi yang disimpan dalam UDP - glukosa dapat digunakan dalam berbagai reaksi biosintesis
c. Glikogen fosforilase mengkatalisis reaksi yang luar biasa karena hanya menggunakan glikogen
dan
fosfat
anorganik
sebagai
substrat
dalam
reaksi
yang
menghasilkan senyawa dengan relative energi tinggi , glukosa 1 – 1 – fosfat fosfat = UTP d. Untuk smpai pada tahap transfer elekron akan dihasilkan 39 ATP untuk 1 molekul glikogen. Proses
Produk Energi
Metabolik
Tinggi
Glikogen – Glikogen – Glikolisis Asam
ATP dari Fosforilasi
Subtotal ATP
Oksidatif
3 ATP
-
3 Anaerobik
2 NADH
6
9 aerobik
2 NADH
6
15
2 GTP
-
17
6 NADH
18
35
2 FADH
4
piruvat
menjadi asetil CoA Siklus
Kerbs-
Transfer Elektron
39 (1 molekul glikogen)
BIBLIOGRAPHY
Horton, Robert H , and et all.2012. Principle all.2012. Principle of Biochemistry Fifth Edition.United Edition.United Stated of America : Pearson. Page,David,S.1997. Prinsip-Prinsip Prinsip-Prinsip Biokimia.Jakarta:Erlangga. Biokimia.Jakarta:Erlangga. Poedjiadi,Anna.2007. Dasar-dasar Dasar-dasar Biokimia.Jakarta: Biokimia.Jakarta: UI Press.
Glikolisis Glikolisis adalah katabolisme glukosa yang berlangsung di dalam sitosol semua sel, menjadi: 1. asam piruvat, pada suasana aerob (tersedia oksigen) 2. asam laktat, pada suasana anaerob (tidak tersedia oksigen) 3. oksigen)
Lintasan detail glikolisis (dipetik dari: Murray Murray dkk. Biokimia Harper)
Secara rinci, tahap-tahap dalam lintasan glikolisis adalah sebagai berikut (pada setiap tahap, lihat dan hubungkan dengan Gambar Lintasan detail metabolisme karbohidrat): karbohidrat): 1.
Glukosa mengalami fosforilasi menjadi glukosa-6 fosfat dengan dikatalisir oleh enzim heksokinase atau glukokinase pada sel parenkim hati dan sel Pulau Langerhans pancreas. ATP
diperlukan sebagai donor fosfat dan bereaksi sebagai sebagai kompleks Mg-ATP. Mg -ATP. Satu fosfat berenergi tinggi digunakan, sehingga hasilnya adalah ADP. (-1P) Mg2+ Glukosa + ATP 2.
glukosa 6-fosfat + ADP
Glukosa 6-fosfat diubah menjadi Fruktosa 6-fosfat dengan bantuan enzim fosfoheksosa isomerase. Enzim ini hanya bekerja pada anomer -glukosa 6-fosfat.
-D-glukosa 6-fosfat -D-fruktosa 6-fosfat
3.
Fruktosa
6-fosfat
diubah
menjadi
Fruktosa
1,6-bifosfat
dengan
bantuan
enzim
fosfofruktokinase. ATP menjadi donor fosfat, sehingga hasilnya adalah ADP.(-1P)
4.
-D-fruktosa 6-fosfat + ATP D-fruktosa 1,6-bifosfat
Fruktosa 1,6-bifosfat dipecah menjadi gliserahdehid 3-fosfat dan dihidroksi aseton fosfat .
Reaksi ini dikatalisir oleh enzim aldolase (fruktosa 1,6-bifosfat aldolase). D-fruktosa 1,6-bifosfat D-gliseraldehid 3-fosfat + dihidroksiaseton dihidroksiaseton fosfat 5.
Gliseraldehid 3-fosfat dapat berubah menjadi dihidroksi aseton fosfat dan sebaliknya (reaksi
interkonversi). Reaksi bolak-balik ini mendapatkan mendapatkan katalisator enzim fosfotriosa isomerase . D-gliseraldehid D-gliseraldehid 3-fosfat dihidroksiaseton fosfat 6.
Gliseraldehid 3-fosfat dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat dengan bantuan enzim gliseraldehid 3-fosfat dehidrogenase. Dihidroksi aseton fosfat bisa diubah menjadi
gliseraldehid 3-fosfat maka juga dioksidasi menjadi 1,3-bifosfogliserat. D-gliseraldehid D-gliseraldehid 3-fosfat + NAD+ + Pi 1,3-bifosfogliserat + NADH + H+ Atom-atom hidrogen yang dikeluarkan dari proses oksidasi ini dipindahkan kepada NAD+ yang terikat pada enzim. Pada rantai respirasi mitokondria akan dihasilkan tiga fosfat berenergi tinggi. (+3P) Catatan: Karena fr uktosa dipecah dipecah menjadi Gli ser aldehi uktosa 1,6-bif 1,6-bif osfat osfat yang memil memil iki 6 atom atom C aldehi d 3-fosfat 3-fosfat , dengan demikian dan dihidroksi aseton fosfat yang masing-masing memiliki 3 atom C terbentuk 2 molekul gula yang masing-masing beratom C tiga (triosa). Jika molekul dihidroksiaseton fosfat juga berubah menjadi 1,3-bifosfogliserat, maka dari 1 molekul glukosa pada bagian awal, sampai sampai dengan tahap ini akan akan menghasilkan menghasilkan 2 x 3P = 6P. (+6P)
7.
Pada 1,3 bifosfogliserat , fosfat posisi 1 bereaksi dengan ADP menjadi ATP dibantu enzim fosfogliserat kinase . Senyawa sisa yang dihasilkan adalah 3-fosfogliserat.
1,3-bifosfogliserat 1,3-bifosfogliserat + ADP 3-fosfogliserat + ATP Catatan: Karena ada dua molekul 1,3-bifosfogliserat, 1,3-bifosfogliserat, maka energi yang dihasilkan adalah 2 x 1P = 2P. (+2P)
3-fosfogliserat diubah menjadi 2-fosfogliserat dengan bantuan enzim fosfogliserat mutase .
8.
3-fosfogliserat 2-fosfogliserat 9.
2-fosfogliserat diubah menjadi fosfoenol piruvat (PEP) dengan bantuan enzim enolase. 2+
2+
Enolase dihambat oleh fluoride . Enzim ini bergantung pada Mg atau Mn .
2-fosfogliserat fosfoenol piruvat + H2O 10.
Fosfat pada PEP bereaksi bereaksi dengan ADP menjadi ATP dengan bantuan enzim piruvat kinase . Enol piruvat yang terbentuk dikonversi spontan menjadi keto piruvat.
Fosfoenol piruvat + ADP piruvat + ATP Catatan: Karena ada 2 molekul PEP maka terbentuk 2 molekul enol piruvat sehingga total hasil energi pada tahap ini adalah 2 x 1P = 2P. (+2P) Jika tak tersedia oksigen (anaerob), tak terjadi reoksidasi NADH melalui pemindahan unsur
11.
ekuivalen pereduksi. Piruvat akan direduksi oleh NADH menjadi laktat dengan bantuan enzim laktat dehidrogenase.
Piruvat + NADH + H+ L(+)-Laktat + NAD+ Dalam keadaan aerob, piruvat masuk mitokondria, lalu dikonversi menjadi asetil-KoA, selanjutnya dioksidasi dalam siklus asam sitrat menjadi CO2. Kesimpulan: Pada glikolisis aerob, energi yang dihasilkan terinci sebagai berikut:
-
hasil tingkat substrat
:+ 4P
-
hasil oksidasi respirasi
:+ 6P
- jumlah -
:+10P
dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P + 8P
Pada glikolisis anaerob, energi yang dihasilkan t erinci sebagai berikut:
-
hasil tingkat substrat
:+ 4P
-
hasil oksidasi respirasi
:+ 0P
- jumlah -
:+ 4P
dikurangi untuk aktifasi glukosa dan fruktosa 6P : - 2P + 2P
Horton, Robert H , and et all.2012. Principle all.2012. Principle of Biochemistry Fifth Edition.United Edition.United Stated of America : Pearson. Page,David,S.1997. Prinsip-Prinsip Prinsip-Prinsip Biokimia.Jakarta:Erlangga. Biokimia.Jakarta:Erlangga. Poedjiadi,Anna.2007. Dasar-dasar Dasar-dasar Biokimia.Jakarta: Biokimia.Jakarta: UI Press.
