glikogen adalah penyimpanan karbohidrat dari kebanyakan mamalia. Karbohidrat biasa disebut gula dan ini diklasifikasikan menurut jumlah residu yang disebabkan oleh hidrolisis (monosakarida, disakarida, oligosakarida dan polisakarida).
Monosakarida adalah karbohidrat paling sederhana yang diklasifikasikan menurut jumlah karbon yang terkandung dalam strukturnya. Kemudian ada triosa (3C), tetrosa (4C), pentosa (5C), heksosa (6C), heptosa (7C) dan octosa (8C).
Struktur kimia glikogen yang menunjukkan ikatan glikosidik (Sumber: Glykogen.svg: karya turunan NEUROtiker: Marek M [Domain publik] melalui Wikimedia Commons)
Tergantung pada keberadaan gugus aldehida atau gugus keton, monosakarida ini juga diklasifikasikan sebagai alsin atau ketosa.
Disakarida menimbulkan, dengan hidrolisis, menjadi dua monosakarida sederhana, sedangkan oligosakarida menghasilkan 2 hingga 10 unit monosakarida dan polisakarida menghasilkan lebih dari 10 monosakarida.
Glikogen, dari sudut pandang biokimia, adalah polisakarida yang terdiri dari rantai bercabang dari alsin enam karbon, yaitu heksosa yang dikenal sebagai glukosa. Glikogen dapat direpresentasikan secara grafis sebagai pohon glukosa. Ini juga disebut pati hewan.
Glukosa pada tumbuhan disimpan sebagai pati dan pada hewan sebagai glikogen, yang disimpan terutama di hati dan jaringan otot.
Di hati, glikogen dapat membentuk 10% dari massanya dan 1% dari massa ototnya. Seperti pada pria 70 kg, hati memiliki berat sekitar 1800 g dan otot sekitar 35 kg, jumlah total glikogen otot jauh lebih besar daripada hati.
Indeks artikel
Struktur
molekul berat glikogen bisa mencapai 108 g / mol, yang setara dengan 6 × 105 molekul glukosa. Glikogen terdiri dari beberapa rantai bercabang -D-glukosa. Glukosa (C6H12O6) adalah aldoheksosa yang dapat direpresentasikan dalam bentuk linier atau siklik.
Glikogen memiliki struktur yang sangat bercabang dan kompak dengan rantai 12 sampai 14 residu glukosa dalam bentuk -D-glukosa yang dihubungkan dengan ikatan – (1 → 4) glukosidik. Cabang-cabang rantai dibentuk oleh ikatan – (1 → 6) glukosidik.
Glikogen, seperti pati dalam makanan, menyediakan sebagian besar karbohidrat yang dibutuhkan tubuh. Di usus polisakarida ini dipecah oleh hidrolisis dan kemudian diserap ke dalam aliran darah terutama sebagai glukosa.
Tiga enzim: -amilase, -amilase, dan amilo-α- (1 → 6) -glukosidase bertanggung jawab atas pemecahan glikogen dan pati di usus.
-Amylase secara acak menghidrolisis ikatan – (1 → 4) dari rantai samping glikogen dan pati, dan oleh karena itu disebut endoglikosidase. Ss-amilase adalah eksoglikosidase yang melepaskan dimer -maltosa dengan memutus ikatan – (1 → 4) glikosidik dari ujung rantai terluar tanpa mencapai cabang.
Karena baik -amilase maupun -amilase tidak menurunkan titik cabang, produk akhir dari aksi mereka adalah struktur yang sangat bercabang dari sekitar 35 sampai 40 residu glukosa yang disebut dekstrin perbatasan.
Limit dekstrin akhirnya dihidrolisis pada titik-titik cabang yang memiliki ikatan – (1 → 6) melalui amil-α- (1 → 6) -glukosidase, yang juga dikenal sebagai enzim “debranching”. Rantai yang dilepaskan oleh debranching ini kemudian didegradasi oleh -amilase dan -amilase.
Saat glikogen yang dicerna masuk sebagai glukosa, yang ditemukan di jaringan harus disintesis oleh tubuh dari glukosa.
Perpaduan
Sintesis glikogen disebut glikogenesis dan terjadi terutama di otot dan hati. Glukosa yang masuk ke tubuh dengan makanan masuk ke aliran darah dan dari sana ke dalam sel, di mana ia segera difosforilasi oleh aksi enzim yang disebut glukokinase.
Glukokinase memfosforilasi glukosa pada karbon 6. ATP menyediakan fosfor dan energi untuk reaksi ini. Akibatnya, glukosa 6-fosfat terbentuk dan ADP dilepaskan. Kemudian, glukosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 1-fosfat oleh aksi fosfoglukomutase yang memindahkan fosfor dari posisi 6 ke posisi 1.
Glukosa 1-fosfat diaktifkan untuk sintesis glikogen, yang melibatkan partisipasi satu set tiga enzim lain: UDP-glukosa pirofosforilasi, glikogen sintetase, dan amil- (1,4 → 1,6) -glikosiltransferase.
Glukosa-1-fosfat, bersama dengan uridin trifosfat (UTP, sebuah nukleosida dari uridin trifosfat) dan dengan aksi UDP-Glukosa-pirofosforilasi, membentuk kompleks uridin difosfat-glukosa (UDP Glc). Dalam prosesnya, ion pirofosfat dihidrolisis.
Enzim glikogen sintetase kemudian membentuk ikatan glikosidik antara C1 dari kompleks UDP Glc dan C4 dari residu glukosa terminal glikogen, dan UDP dilepaskan dari kompleks glukosa yang diaktifkan. Agar reaksi ini terjadi, harus ada molekul glikogen yang sudah ada sebelumnya yang disebut “glikogen primordial.”
Glikogen primordial disintesis pada protein primer, glikogenin, yaitu 37 kDa dan diglikosilasi menjadi residu tirosin oleh kompleks UDP Glc. Dari sana, residu -D-Glukosa dihubungkan dengan ikatan 1 → 4 dan rantai kecil terbentuk di mana glikogen sintetase bekerja.
Setelah rantai awal menghubungkan setidaknya 11 residu glukosa, enzim percabangan atau amil- (1,4 → 1,6) -glikosiltransferase mentransfer sepotong rantai 6 atau 7 residu glukosa ke rantai yang berdekatan di posisi 1 → 6, dengan demikian menetapkan titik cabang. Molekul glikogen yang dibangun tumbuh dengan penambahan unit glukosa dengan 1 → 4 ikatan glikosidik dan lebih banyak cabang.
Degradasi
Pemecahan glikogen disebut glikogenolisis, dan ini tidak setara dengan jalur kebalikan dari sintesisnya. Kecepatan jalur ini dibatasi oleh laju reaksi yang dikatalisis oleh glikogen fosforilase.
Glikogen fosforilase bertanggung jawab atas pembelahan (fosforolisis) ikatan 1 → 4 rantai glikogen, melepaskan glukosa 1-fosfat. Aksi enzimatik dimulai pada ujung rantai terluar dan mereka secara berurutan dihapus sampai 4 residu glukosa tetap berada di setiap sisi cabang.
Kemudian enzim lain, – (1 → 4) → – (1 → 4) glukan transferase, mengekspos titik cabang dengan mentransfer unit trisakarida dari satu cabang ke cabang lainnya. Hal ini memungkinkan amil- (1 → 6) -glukosidase (enzim pemecah cabang) untuk menghidrolisis ikatan 1 → 6, menghilangkan cabang yang akan menjalani aksi fosforilase. Aksi gabungan dari enzim-enzim ini akhirnya benar-benar membelah glikogen.
Karena reaksi fosfomutase awal adalah reversibel, glukosa 6-fosfat dapat dibentuk dari residu glukosa 1-fosfat yang dibelah dari glikogen. Di hati dan ginjal, tetapi tidak di otot, terdapat enzim, glukosa-6-fosfatase, yang mampu mendefosforilasi glukosa 6-fosfat dan mengubahnya menjadi glukosa bebas.
Glukosa yang didefosforilasi dapat berdifusi ke dalam darah, dan ini adalah bagaimana glikogenolisis hati tercermin dalam peningkatan nilai glukosa darah (glikemia).
Regulasi sintesis dan degradasi
Dari sintesis
Proses ini dilakukan pada dua enzim mendasar: glikogen sintetase dan glikogen fosforilase, sedemikian rupa sehingga ketika salah satu dari mereka aktif, yang lain dalam keadaan tidak aktif. Regulasi ini mencegah reaksi berlawanan dari sintesis dan degradasi terjadi secara bersamaan.
Bentuk aktif dan tidak aktif dari kedua enzim sangat berbeda, dan interkonversi bentuk aktif dan tidak aktif dari fosforilase dan glikogen sintetase dikontrol secara ketat secara hormonal.
Epinefrin adalah hormon yang dilepaskan dari medula adrenal, dan glukagon adalah hormon lain yang diproduksi di bagian endokrin pankreas. Pankreas endokrin menghasilkan insulin dan glukagon. Ini adalah sel pulau Langerhans yang mensintesis glukagon.
Adrenalin dan glukagon adalah dua hormon yang dilepaskan ketika energi dibutuhkan sebagai respons terhadap penurunan kadar glukosa darah. Hormon-hormon ini merangsang aktivasi glikogen fosforilase dan menghambat glikogen sintetase, sehingga merangsang glikogenolisis dan menghambat glikogenesis.
Sementara adrenalin memberikan aksinya pada otot dan hati, glukagon hanya bekerja pada hati. Hormon-hormon ini mengikat reseptor membran spesifik pada sel target, yang mengaktifkan adenilat siklase.
Aktivasi adenilat siklase memulai kaskade enzimatik yang, di satu sisi, mengaktifkan protein kinase yang bergantung pada cAMP yang menonaktifkan glikogen sintetase dan mengaktifkan glikogen fosforilase melalui fosforilasi (secara langsung dan tidak langsung).
Otot rangka memiliki mekanisme lain dari aktivasi glikogen fosforilase melalui kalsium, yang dilepaskan sebagai akibat dari depolarisasi membran otot pada awal kontraksi.
Degradasi
Kaskade enzimatik yang dijelaskan di atas akhirnya meningkatkan kadar glukosa dan ketika ini mencapai tingkat tertentu, glikogenesis diaktifkan dan glikogenolisis dihambat, juga menghambat pelepasan epinefrin dan glukagon berikutnya.
Glikogenesis diaktifkan melalui aktivasi fosforilase fosfatase, enzim yang mengatur sintesis glikogen melalui berbagai mekanisme, yang melibatkan inaktivasi fosforilase kinase dan fosforilase , yang merupakan penghambat glikogen sintetase.
Insulin mendorong masuknya glukosa ke dalam sel otot, meningkatkan kadar glukosa 6-fosfat, yang merangsang defosforilasi dan aktivasi glikogen sintetase. Dengan demikian sintesis dimulai dan degradasi glikogen dihambat.
Fitur
Glikogen otot merupakan cadangan energi untuk otot yang, seperti cadangan lemak, memungkinkan otot untuk memenuhi fungsinya. Menjadi sumber glukosa, glikogen otot digunakan selama latihan. Cadangan ini meningkat dengan pelatihan fisik.
Di hati, glikogen juga merupakan sumber cadangan penting baik untuk fungsi organ dan untuk memasok glukosa ke seluruh tubuh.
Fungsi glikogen hati ini disebabkan oleh fakta bahwa hati mengandung glukosa 6-fosfatase, suatu enzim yang mampu menghilangkan gugus fosfat dari glukosa 6-fosfat dan mengubahnya menjadi glukosa bebas. Glukosa bebas, tidak seperti glukosa terfosforilasi, dapat berdifusi melalui membran hepatosit (sel hati).
Beginilah cara hati dapat memberikan glukosa ke peredaran dan menjaga kadar glukosa tetap stabil, bahkan dalam kondisi puasa berkepanjangan.
Fungsi ini sangat penting, karena otak diberi nutrisi hampir secara eksklusif oleh glukosa darah, sehingga hipoglikemia yang parah (konsentrasi glukosa yang sangat rendah dalam darah) dapat menyebabkan hilangnya kesadaran.
Penyakit terkait
Penyakit terkait glikogen secara umum disebut “penyakit penyimpanan glikogen.”
Penyakit ini merupakan sekelompok patologi herediter yang ditandai dengan deposit dalam jaringan jumlah atau jenis glikogen yang tidak normal.
Sebagian besar penyakit penyimpanan glikogen disebabkan oleh defisiensi genetik dari salah satu enzim yang terlibat dalam metabolisme glikogen.
Mereka diklasifikasikan menjadi delapan jenis, yang sebagian besar memiliki nama sendiri dan masing-masing disebabkan oleh kekurangan enzim yang berbeda. Beberapa berakibat fatal pada awal kehidupan, sementara yang lain berhubungan dengan kelemahan otot dan defisit selama latihan.
Contoh unggulan
Beberapa penyakit terkait glikogen yang paling menonjol adalah:
– Penyakit Von Gierke atau penyakit penyimpanan glikogen tipe I, disebabkan oleh defisiensi glukosa 6-fosfatase di hati dan ginjal.
Hal ini ditandai dengan pertumbuhan abnormal hati (hepatomegali) karena akumulasi berlebihan glikogen dan hipoglikemia, karena hati tidak mampu memasok glukosa ke peredaran. Pasien dengan kondisi ini mengalami gangguan pertumbuhan.
– Penyakit Pompe atau Tipe II disebabkan oleh defisiensi – (1 → 4) -glukan 6-glikosiltransfer di hati, jantung, dan otot rangka. Penyakit ini, seperti Andersen atau Tipe IV, berakibat fatal sebelum usia dua tahun.
– Penyakit McArdle atau Tipe V menunjukkan defisiensi fosforilase otot dan disertai dengan kelemahan otot, penurunan toleransi latihan, akumulasi glikogen otot yang abnormal dan kekurangan laktat selama latihan.
Referensi
- Bhattacharya, K. (2015). Investigasi dan pengelolaan penyakit penyimpanan glikogen hati. Translasi Pediatri , 4 (3), 240–248.
- Dagli, A., Sentner, C., & Weinstein, D. (2016). Penyakit Penyimpanan Glikogen Tipe III. Ulasan Gen , 1–16.
- Guyton, A., & Hall, J. (2006). Buku Ajar Fisiologi Medis (Edisi ke-11). Elsevier Inc.
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biokimia (edisi ke-3). San Fransisco, California: Pearson.
- Mckiernan, P. (2017). Patobiologi Penyakit Penyimpanan Glikogen Hepatik. Saat ini Pathobiol Rep .
- Murray, R., Bender, D., Botham, K., Kennelly, P., Rodwell, V., & Weil, P. (2009). Biokimia Harper’s Illustrated (edisi ke-28). McGraw-Hill Medis.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Prinsip Biokimia Lehninger . Edisi Omega ( edisi ke-5).
- Rawn, JD (1998). Biokimia . Burlington, Massachusetts: Penerbit Neil Patterson.
- Tarnopolsky, MA (2018). Miopati Terkait dengan Gangguan Metabolisme Glikogen. Neuroterapi .
