Glikogen adalah polisakarida glukosa yang berfungsi sebagai bentuk penyimpanan energi pada jamur dan hewan. Struktur polisakarida glukosa menunjukkan bentuk penyimpanan utama glukosa dalam tubuh. Glikogen dibuat dan disimpan dalam sel-sel hati dan otot-otot yang terhidrasi dengan empat bagian air.
Glikogen bertindak sebagai penyimpanan energi jangka panjang sekunder. Glikogen otot dengan cepat diubah menjadi glukosa oleh sel-sel otot dan glikogen hati yang diubah menjadi glukosa untuk digunakan di seluruh tubuh yang mencakup sistem saraf pusat.
Ringkasan
- Glikogen memiliki implikasi pada homeostasis glukosa.
- Glikogen sangat terkonsentrasi di hati, meskipun otot rangka mengandung paling banyak glikogen menurut beratnya. Glikogen tidak ada dalam jaringan tanaman.
- Otot rangka tidak dapat melepaskan glikogen ke dalam aliran darah karena kurangnya glukosa-6-fosfatase (G6Pase)
- Glikogen terdiri dari dua ikatan utama, yaitu ikatan glikosidik alfa-1,4 dan alfa-1,6 – ikatan ini masing-masing menimbulkan rantai linier dan titik percabangan.
- Percabangan glikogen sangat penting karena memungkinkan kelarutan dalam air yang meningkat dan bagi beberapa situs untuk memecahnya; ini memungkinkan untuk penggunaan glikogen yang mudah dan cepat ketika dipecah
- Sintesis glikogen dan kerusakan berkorelasi dengan keadaan energi tinggi dan rendah, masing-masing
Insulin dan glukagon adalah hormon peptida yang mengatur regulasi metabolisme glikogen karena masing-masing menandakan keadaan energi tinggi dan rendah.
Pengertian
Glikogen adalah polimer glukosa bercabang luas yang digunakan oleh hewan sebagai cadangan energi. Ini adalah analog dengan pati hewan. Glikogen tidak ada dalam jaringan tanaman. Ini sangat terkonsentrasi di hati, meskipun otot rangka mengandung paling banyak glikogen menurut beratnya. Ia juga ada di tingkat yang lebih rendah di jaringan lain, seperti ginjal, jantung, dan otak.
Residu glukosa dalam glikogen terhubung melalui dua ikatan utama, ikatan glikosidik alfa-1,4 dan alfa-1,6 dalam untaian linier dan pada titik persimpangan, masing-masing. Percabangan adalah aspek penting dari glikogen karena meningkatkan kelarutannya dan memungkinkannya untuk dimetabolisme lebih cepat.
Yang penting, glikogen berfungsi untuk mempertahankan homeostasis glukosa dalam tubuh hewan. Karena itu, metabolismenya diatur terutama oleh insulin dan glukagon dan molekul dalam jalur pensinyalan hilirnya. Insulin dan glukagon masing-masing mempromosikan sintesis dan pemecahan glikogen. Patologi yang menargetkan enzim yang terlibat dalam sintesis glikogen, degradasi, dan / atau regulasi mungkin memiliki efek buruk yang signifikan pada tubuh.
Struktur
Glikogen terdiri dari rantai polimer panjang unit glukosa yang terikat dengan ikatan alfa asetal. Hubungan asetal ini terbentuk oleh kombinasi gugus karbonil dan gugus alkohol. Jika gugus karbonil adalah gugus aldehida i.e (-CHO) dan juga disebut sebagai hemiasetal jika ada gugus ketonik. Jika 2 gugus alkoksi terikat pada atom karbon yang sama, ini mengacu pada gugus asetal.
Glikogen mengacu pada analog pati yang merupakan polimer glukosa yang berfungsi sebagai penyimpanan energi pada tanaman. Ini memiliki struktur yang mirip dengan amilopektin yang merupakan komponen pati, bercabang lebih luas dan kompak daripada pati.
Polimer residu glukosa ini dihubungkan oleh ikatan glikosidik a (1,4) dan a (1,6). Ini ditemukan dalam bentuk butiran di sitoplasma dalam berbagai jenis sel dan memainkan peran penting dalam siklus glukosa. Ini membentuk cadangan energi yang dapat dengan mudah dimobilisasi untuk memenuhi kebutuhan glukosa yang mendadak.
Setiap granula glikogen memiliki intinya glikogen dalam protein karena glikogen disintesis. Dalam otot, glikogen sel hati dan lemak disimpan dalam bentuk terhidrasi. Ini terdiri dari tiga hingga empat bagian air glikogen yang dikaitkan dengan 0,45 milimol kalium untuk per gram glikogen.
Fungsi
- Glikogen hati bertindak sebagai cadangan glukosa yang dilepaskan hepatosit ketika ada kebutuhan untuk mempertahankan kadar gula darah normal. Ada sekitar 40 kkal dalam cairan tubuh sementara glikogen hati dapat menyediakan sekitar 600 kkal setelah malam puasa.
- Glukosa dari simpanan glikogen tetap berada di dalam sel dalam otot rangka dan jantung dan digunakan sebagai sumber energi dari kerja otot.
- Otak termasuk sejumlah kecil glikogen dalam astrosit. Ini terakumulasi selama tidur dan dimobilisasi saat berjalan. Cadangan glikogen juga menjamin tingkat perlindungan moderat terhadap hipoglikemia.
- Ini memiliki peran khusus dalam sel paru-paru tipe II janin janin. Sel-sel ini mulai menumpuk glikogen pada sekitar 26 minggu kehamilan dan kemudian mensintesis surfaktan paru.
Regulasi
Glikogen disintesis atau dipecah tergantung pada kebutuhan tubuh. Ini adalah molekul penting untuk mempertahankan homeostasis glukosa. Dua hormon peptida utama yang terlibat dalam regulasi adalah insulin dan glukagon, yang masing-masing mempromosikan anabolisme dan katabolisme.
Memahami efek luas dari kedua hormon ini penting dalam konteks metabolisme glikogen. Insulin menandakan keadaan energi tinggi; dengan demikian, efek hilirnya mencakup sintesis lipid dan glikogen.
Glukagon menandakan keadaan energi rendah; oleh karena itu, efek hilirnya adalah kebalikan dari aksi insulin. Dengan demikian, peningkatan pelepasan glukagon akan menghasilkan efek hilir dari peningkatan lipolisis dan glikogenolisis untuk memenuhi kebutuhan tubuh.
Secara khusus, efek hilir insulin dan glukagon mengubah aktivitas beberapa enzim yang berlawanan yang terlibat dalam metabolisme glikogen melalui defosforilasi dan fosforilasi. Insulin dikaitkan dengan aktivasi protein fosfatase 1 (PP1) dan Protein Kinase B (PKB).
Glukagon dikaitkan dengan jalur mediasi cAMP yang mengaktifkan Protein Kinase A (PKA). Dalam sintesis glikogen, glikogen sintase adalah enzim utama yang diatur oleh enzim PP1, PKB, dan PKA.
Glikogen sintase memiliki dua bentuk utama, yaitu glikogen sintase dan glikogen sintase b. Mereka adalah bentuk aktif dan tidak aktif, masing-masing. [6] Perbedaan struktural yang signifikan di antara mereka adalah bahwa glikogen sintase b lebih terfosforilasi daripada glikogen sintase a.
Dalam jalur yang dimediasi insulin, PP1 mendefosforilasi glikogen sintase b untuk mengubahnya menjadi glikogen sintase a. PKB dapat mempertahankan bentuk glikogen fosforilase ini dengan menonaktifkan enzim yang dikenal sebagai glikogen sintase kinase 3 (GSK3), [7] yang sebaliknya akan memfosforilasi glikogen sintase a. Dalam jalur yang dimediasi glukagon, PKA memfosforilasi PP1, mencegah PP1 mengaktifkan glikogen sintase b menjadi glikogen sintase a.
Dua bentuk utama glikogen fosforilase adalah glikogen fosforilase a dan b, yang masing-masing merupakan bentuk aktif dan tidak aktif. PKA mengaktifkan glikogen fosforilase kinase, yang selanjutnya memfosforilasi dan mengaktifkan glikogen fosforilase.
Sebaliknya, PP1 mendefosforilasi glikogen fosforilase, mengubahnya menjadi bentuk b. Penting untuk dicatat bahwa isoform hati glikogen fosforilase memerlukan glukosa untuk berikatan dengan situs alosterik agar PP1 dapat mengalami defosforilasi. Dengan demikian, glikogen fosforilase hati biasanya dianggap sebagai “sensor glukosa.”
Ada regulasi metabolisme glikogen yang spesifik untuk otot rangka. Otot glikogen fosforilase kinase meningkatkan aktivitasnya dengan adanya kalsium dalam sitoplasma yang dilepaskan dari retikulum sarkoplasma selama kontraksi otot. Ini mengandung subunit calmodulin, yang memiliki afinitas tinggi terhadap kalsium. Juga, senyawa-senyawa keadaan energi rendah seperti AMP, IMP, dan Pi dikenal sebagai pengatur alosterik positif dari glikogen fosforilase otot rangka.
Pembentukan Glikogen (Glikogenesis)
Sintesis glikogenesis atau glikogen adalah proses multi-langkah yang dimulai dengan konversi glukosa menjadi glukosa-6-fosfat melalui heksokinase atau isoform hati heksokinase yang dikenal sebagai glukokinase. Proses ini merupakan langkah penting karena penambahan gugus fosfat memerangkap glukosa di dalam sel.
G6P kemudian dikonversi menjadi glukosa-1-fosfat (G1P) melalui phosphoglucomutase. G1P dikonversi menjadi glukosa UDP melalui glukosa-1-fosfat uridiltransferase, yang membutuhkan UTP sebagai substrat tambahan. [4] Pada langkah ini, kelompok fosfat glukosa-1-fosfat melakukan serangan nukleofilik pada alpha fosfat UTP, menghasilkan pelepasan pirofosfat (PPi), yang merupakan molekul sangat reaktif yang cepat mengalami hidrolisis. Pelepasan PPi membantu mendorong reaksi ke depan. Glikogen sintase menciptakan ikatan glikosidik alfa-1,4 antara UDP-glukosa dan untaian glikogen yang sedang tumbuh.
Namun, sebelum glikogen sintase bekerja, ia membutuhkan primer glikogen. Glycogenin mensintesis primer awal ini untuk glikogen sintase. Secara singkat, glikogenin bekerja dengan melampirkan molekul UDP-glukosa pada posisi 1C pada gugus hidroksil pada residu tirosin, yang menyebabkan UDP keluar, dan primer kemudian tumbuh hingga 10 hingga 20 residu glukosa lama.
Percabangan selanjutnya terjadi melalui enzim percabangan glikogen, yang memiliki dua aktivitas katalitik, yang meliputi transferase dan alfa-1,6 glikosidase yang membentuk ikatan cabang. Setelah rantai glikogen kira-kira 11 residu glukosa lama, enzim percabangan glikogen mulai menambah cabang. Rata-rata, segmen residu delapan-glukosa transfer dan ditempatkan sebagai cabang untai terdekat. Percabangan ini merupakan komponen penting karena meningkatkan kelarutan dan tempat di mana glukosa dapat diekstraksi dari polimer glikogen.
Pemecahan Glikogen (Glikogenolisis)
Glikogenolisis atau penguraian glikogen terutama membutuhkan glikogen fosforilase dan enzim penghilangan cabang. Glycogen phosphorylase melibatkan masuknya fosfat (Pi) dan PLP (Pyridoxal Phosphate), sebuah kofaktor yang berasal dari Vitamin B6.
Ini akhirnya menghilangkan satu residu glukosa dari glikogen dalam bentuk Glukosa-1-Fosfat. Namun, glikogen fosforilase tidak dapat memecah ikatan alfa-1,4 saat mendekati titik persimpangan; dengan demikian, enzim debranching glikogen mengambil alih empat residu glukosa sebelum mencapai titik persimpangan.
Seperti enzim percabangan, ia memiliki dua sifat katalitik. Dalam hal ini, mereka adalah transferase dan alpha-1,6 glucosidase, yang mentransfer tiga molekul glukosa distal ke rantai proksimal yang lebih lama dan hidrolisis ikatan alpha-1,6 glikosidik, masing-masing.
Hidrolisis ikatan alfa-1,6 glikosidik menghasilkan unit glukosa bukannya Glukosa-1-Fosfat (G1P). Rasio G1P terhadap glukosa yang dihasilkan dari glikogenolisis adalah 10: 1. Setelah ekstraksi G1P dari glikogen, ia dapat dikonversi menjadi glukosa-6-fosfat (G6P) melalui phosphoglucomutase [4], untuk pemanfaatan dalam proses lain seperti glikolisis atau jalur pentosa fosfat (PPP), atau disebut jalur hexose monophosphate (jalur HMP) ). Atau, dapat dikonversi menjadi glukosa.
Untuk melakukannya, harus dipecah melalui glukosa-6-fosfatase, yang ada di membran retikulum endoplasma. Penting untuk menyoroti bahwa otot rangka tidak mengekspresikan glukosa-6-fosfatase (G6Pase). Jadi, otot rangka tidak dapat memecah glikogennya untuk digunakan oleh jaringan lain
Gangguan Glikogen
Ada banyak penyakit penyimpanan glikogen (GSD) yang disebabkan oleh mutasi genetik pada enzim yang terlibat langsung dalam anabolisme dan katabolisme glikogen. Mereka umumnya diwariskan dalam pola resesif autosom dan sering hadir pada anak usia dini. GSD utama dan enzim yang terganggu adalah sebagai berikut:
- Tipe 0: otot glikogen sintase (GYS1) atau glikogen sintase hati (GYS2)
- Tipe Ia (penyakit Von Gierke): glikogen-6-fosfatase, khususnya G6PC (menghilangkan gugus fosfat dari G6P)
- Tipe 1b (penyakit Von Gierke): glikogen-6-fosfatase, khususnya G6PT (mengangkut G6P ke dalam retikulum endoplasma)
- Tipe II (penyakit Pompe): asam alfa-glukosidase (GAA; enzim ini terlokalisasi dalam lisosom)
- Tipe III (penyakit Cori): enzim debranching glikogen
- Tipe IV (penyakit Andersen): enzim bercabang glikogen.
- Tipe V (penyakit McArdle): otot dan jantung glikogen fosforilase
- Tipe VI (Penyakit Miliknya): glikogen fosforilase hati