BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Glikogen merupakan simpanan karbohidrat dalam bentuk glukosa di dalam tubuh yang berfungsi sebagai salah satu sumber energi. Terbentuk dari mokekul glukosa yang saling mengikat dan membentuk molekul yang lebih kompleks, simpanan glikogen memilik fungsi sebagai sumber energi tidak hanya bagi kerja otot namun juga merupakan sumber energi bagi sistem pusat syaraf dan otak. Di dalam tubuh, jaringan otot dan hati merupakan dua kompartemen utama yang digunakan oleh tubuh untuk menyimpan glikogen. Pada jaringan otot,glikogen akan memberikan kontribusi sekitar 1% dari total massa otot sedangkan di dalam hati glikogen akan memberikan kontribusi sekitar 8-10% dari total massa hati. Walaupun memiliki persentase yang lebih kecil namun secara total jaringan otot memiliki jumlah glikogen 2 kali lebih besar di bandingkan dengan glikogen hati.Di dalam sel hati, glikogen ditemukan dalam granulaberukuran besar yang terdiri atas granula yang disusun oleh beberapa juta molekul glikogen dengan percabangan yang banyak sekali.Di dalam granula-granula yang sangat padat tersebut juga terdapat berbagai enzim yang berfungsi untuk sintesis dan degradasi glikogen.Pada jaringan otot, glukosa yang tersimpan dalam bentuk glikogen dapat digunakan secara langsung oleh otot tersebut untuk menghasilkan energi. Begitu juga dengan hati yang dapat mengeluarkan glukosa apabila dibutuhkan untuk memproduksi energi di dalam tubuh. Selain itu glikogen hati juga mempunyai peranan yang penting dalam menjaga kesehatan tubuh yaitu berfungsi untuk menjaga level glukosa darah.Glukosa pada tubuh organisme umumnya tidak disimpan dalam bentukmonomer. Di dalam sel hati, jumlah glikogen yang disimpan setara dengan glukosa dengankonsentrasi0,4 M. Konsentrasi sebenarnya dari glikogen yang tidak larut dan sedikit berkontribusi padaosmolaritassitosoladalah sebanyak 0.01 M. Bila pada sitosol terdapatglukosa sebanyak 0.4 M maka akan terjadi peningkatan osmolaritas yang berakibat pada masuknyaairke dalam sel untuk menyeimbangkan konsentrasi. Hal tersebut dapat berujung pada pecahnya sel. Selain itu, bila konsentrasi glukosaintraselularadalah 0.4 M sedangkan konsentrasieksternalpadadarahmamaliahanya 5mM maka pertukaranenergi-bebasyang dibutuhkan menjadi sangat besar.

BAB II Metabolisme Glikogen

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 -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.

2.1 Struktur GlikogenGlikogen bentuk penyimpanan glukosa adalah polisakarida glukosa bercabang yang terdiri dari rantai-rantai unit glukosil yang disatukan oleh ikatan -1,4 dengan cabang -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 1,4 dan 1,6 glikosida

2.2 Fungsi Glikogen pada Otot Rangka dan HatiGlikogen 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.

2.3 Pembentukan dan Penguraian GlikogenSintesis 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 GlikogenSintesis glikogen memerlukan pembentukan ikatan -1,4-glikosidat untuk menyatukan residu-residu glikosil dalam suatu rantai yang panjang dan pembentukan cabang -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 -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 -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 -1,4. Satu residu yang tersisa dicabang 1,6 dihidrolisis oleh amilo 1,6-glukosidase dari enzim pemutus cabang yang menghasilkan glukosa bebas.

2.4 Pengaturan Metabolisme Glikogena. Pengaturan Metabolisme Glikogen di HatiGlikogen 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.b. Pengaturan Metabolisme Glikogen di OtotPengaturan pembentukan dan penguraian glikogen di otot rangka berbeda dengan yang berlangsung di hati pada beberapa hal penting yaitu :a. Glukagon tidak mempunyai efek terhadap otot, sehingga kadar glikogen dalam otot tidak berubah-ubah mengikuti keadaan puasa/makanb. AMP adalah aktivator alosterik bagi isozim glikogen fosforilase otot, tetapi bukan bagi glikogen fosforilase hati.c. Efek Ca2+ pada otot terutama disebabkan oleh pelepasan Ca2+ dari retikulum sarkoplasma setelah perangsang saraf dan bukan disebabkan oleh ambilan yang dirangsang oleh epinefrind. Glukosa bukan merupakan aktivator fisiologis glikogen sintase di otote. 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.2.5 Metabolisme Glikogen Pada HewanDalam berbagai organisme, kelebihan glukosa dikonversi dalam bentuk-bentuk polimer untuk penyimpanan glikogen pada vertebrata dan banyak mikroorganisme lainnya, seperti pada pati dalam tanaman. Pada vertebrata, glikogen ditemukan terutama di hati dan otot rangka, yang mewakili hingga 10% dari berat hati dan 1% sampai 2% dari berat otot. Jika sebagian besar glukosa ini dilarutkan dalam sitosol dari hepatosit, konsentrasinya akan menjadi sekitar 0,4 M, cukup untuk mendominasi sifat osmotik sel. Glikogen disimpan di dalam otot dan hati dalam bentuk yang besar. Di dalam partikel unsur terdapat enzim yang metabolize glycogen, seperti halnya enzim pengatur. Glycogen phosphorylase mengkatalisasi perpecahan phosphorolytic pada akhir rantai glikogen, yang memproduksi glukosa 1-phosphate. Transfer enzim dari cabang ke rantai utama dan melepaskan residu pada ( 1 6) cabang glukosa yang bebas. Phosphoglucomutase interconverts glukosa 1-fosfat dan glukosa 6-fosfat. Glukosa 6-fosfat dapat memasukkan glikolisis atau, dalam hati, dapat dikonversi ke glukosa bebas dengan glukosa 6-fosfatase dalam retikulum endoplasma, kemudian dilepaskan untuk mengisi glukosa darah. Gula nukleotida UDP-glukosa menyumbangkan residu glukosa yang tidak direduksi ke dalam glikogen, dalam reaksi yang dikatalisasi oleh glikogen synthase. Sebuah enzim percabangan terpisah menghasilkan ( 1 6) yang berkaitan pada titik-titik cabang.

2.6 Koordinasi Regulasi Glikolisis Dan Glikogenesis Glikogen adalah molekul polisakarida yang tersimpan 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. Banyak penelitian telah dilakukan pada glikogen dan perannya dalam tubuh,sejak itu glikogen diakui sebagai bagian penting dari sistem penyimpanan energi tubuh.Glikolisis adalah serangkaian reaksibiokimia di mana glukosadioksidasi menjadi molekulasam piruvat. Glikolisis adalah salah satu proses metabolisme yang paling universal dan terjadi (dengan berbagai variasi) di banyak jenis sel dalam hampir seluruh bentuk organisme. Proses glikolisis sendiri menghasilkan lebih sedikit energi per molekul glukosa dibandingkan dengan oksidasi aerobik yang sempurna. Energi yang dihasilkan disimpan dalam senyawa organik berupa adenosine triphosphate atau yang lebih umum dikenal dengan istilah ATP dan NADH.

A. GlikogenesisGlikogenesis adalah poses pembentukan glikogen dari glukosa sedangkan glikogenolisis adalah proses penguraian glikogen menjadi glukosa.Fermentasi adalah Penguraian Glukosa menjadi Senyawa antara ( asam laktat , alkohol) karena penguraian glukosa dalam suasana Anaerob. Respirasi adalah sebutan penguraian Glukosa menjadi CO2 dan H2O dalam suasana Aerob.Pada metabolisme karbohidrat pada manusia dan hewan secara umum, setelah melalui dinding usus halus sebagian besar monosakarida dibawa oleh aliran darah ke hati.Di dalam hati, monosakarida mengalami sintesis menghasilkan glikogen, oksidasi menjadi CO2 dan H2O atau dilepaskan untuk dibawa dengan aliran darah kebagian tubuh yang memerlukannya. Sebagian lain monosakarida dibawa langsung ke sel jaringan organ tertentu dan mengalami proses metabolisme lebih lanjut. Karena pengaruh berbagai faktor dan hormon insulinyang dihasilkan oleh kelenjar pankreas, maka hati dapat mengatur kadar glukosa dalam darah. Bila kadar glukosa dalam darah meningkat sebagai akibat naiknya proses pencernaan dan penyerapan karbohidrat, sintesis glikogen dari glukosa oleh hati akan naik. Sebaliknya bila kadar glukosa menurun, misalnya akibat latihan olahraga, glikogern diuraikan menjadi glukosa yang selanjutnya mengalami proses katabolisme menghasilkan energi (dalam bentuk energi kimia, ATP) yang dibutuhkan oleh kegiatan olahraga tersebut. Kadar glukosa dalam darah merupakan faktor yang sangat penting untuk kelancaran kerja tubuh. Kadar normal glukosa dalam darah adalah 70-90 mg/100 ml. Keadaan dimana kadar glukosa berada di bawah 70mg/100ml disebut hipoglisemia, sedangkan diatas 90mg/100ml disebut hiperglisemia. Hipoglisemia yang ekstrem dapat menghasilkan suatu rentetan reaksi goncangan yang ditunjukkan oleh gejala gemetarnya otot, perasaan lemah badan dan pucatnya warna kulit. Hipoglisemia yang serius dapat menyebabkan kehilangan kesadaran sebagai akibat kekurangan glukosa dalam otak yang diperlukan untuk pembentukan energi, sehingga pada akhirnya dapat menyebabkan kematian.Kadar glukosa yang tinggi merangsang pembentukan glikogen dari glukosa, sintesis asam lemak dan kolesterol dari glukosa. Kadar glukosa antara 140 dan 170 mg/100 ml disebut kadar ambang ginjal, karena pada kadar ini glukosa diekskresi dalam kemih melalui ginjal.Gejala ini disebut glukosuria yaitu keadaan ketidakmampuan ginjal untuk menyerap kembali glukosa yang telah mengalami filtrasi melalui sel tubuh. Kadar glukosa dalam darah diatur oleh beberapa hormon. Insulin dihasilkan oleh kelenjar pankreas menurunkan kadar glukosa dengan menaikkan pembentukan glikogen dari glukosa. Adrenalin (epineprin) yang juga dihasilkan oleh pankreas, dan glukagon berperan dalam menaikkan kadar glukosa dalam darah. Semua faktor ini bekerjasama secara terkoordinasi mempertahankan kadar glukosa tetap normal untuk menunjang berlangsungnya proses metabolisme secara optimum.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.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.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 sukrosa.

B. Glikogenolisis Tahap pertama penguraian glikogen adalah pembentukan glukosa 1-fosfat. Berbeda dengan reaksi pembentukan glikogen. Reaksi ini tidak melibatkan UDP-glukosa, dan enzimnya adalah glikogen fosforilase. Selanjutnya glukosa 1-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh enzim yang sama seperti pada reaksi kebalikannya (glikogenesis) yaitu fosfoglukomutase.Tahap reaksi berikutnya adalah pembentukan glukosa dari glukosa 6-fosfat. Berbeda dengan reaksi kebalikannya dengan glukokinase, dalam reaksi ini enzim lain, glukosa 6-fosfatase, melepaskan gugus fosfat sehigga terbentuk glukosa. Reaksi ini tidak menghasilkan ATP dari ADP dan fosfat.Glukosa yang terbentuk inilah nantinya akan digunakan oleh sel untuk respirasi sehingga menghasilkan energy , yang energy itu terekam / tersimpan dalam bentuk ATP.Berikut reaksi pembentukan glukosa sebelum diserap oleh dinding usus :

Proses pembentukan glikogen ringkasnya sebagai berikut : 1. Tahap pertama adalah pembentukan glukosa-6-fosfat dari glukosa, dengan bantuan enzim glukokinase dan mendapat tambahan energi dari ATP dan fosfat.2. Glukosa-6-fosfat dengan enzim glukomutase menjadi glukosa-1-fosfat.3. Glukosa-1-fosfat bereaksi dengan UTP (Uridin Tri Phospat) dikatalisis oleh uridil transferase menghasilkan uridin difosfat glukosa (UDP-glukosa) dan pirofosfat (PPi).4. Tahap terakhir terjadi kondensasi antara UDP-glukosa dengan glukosa nomor satu dalam rantai glikogen primer menghasilkan rantai glikogen baru dengan tambahan satu unit glukosa.

BAB IIIPENUTUP

3.1 KesimpulanGlikogen merupakan molekul polisakarida yang tersimpan di dalam sel-sel hewan bersama dengan air dan digunakan sebagai sumber energi. 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%.

DAFTAR PUSTAKA

Lehninger. Principles of Biochemistry. 4th Edition. Mark, Dawn B, Allan D. Mark, Collen M. Smith. 2000. Biokimia Kedokteran Dasar Jakarta: EGCMurray, Robert K, Daryl K. Granner, Peter A Mayers, Victor W. Rodwell. Biokimia Harper.Jakarta: EGC

1