GLIKOGEN SEBAGAI ENERGI CADANGAN KEDUA

Glikogen polisakarida bercabang banyak dari glukosa yang menyajikan sebagai satu bentuk simpanan energi pada hewan dan jamur. Struktur polisakarida menyatakan bentuk glukosa simpanan utama dalam tubuh.

Pada manusia, glikogen dibuat dan disimpan terutama dalam sel hati dan otot, dan berfungsi sebagai simpanan energi jangka-panjang sekunder (dengan simpanan energi primer sebagai lemak yang dibuat dalam jaringan adipsa). Glikogen otot diubah menjadi glukosa oleh sel-sel otot, dan glikogen hati diubah menjadi glukosa untuk digunakan seluruh tubuh termasuk sistem saraf pusat.

Glikogen adalah analog dari kanji, suatu polimer glukosa pada tanaman, yang memiliki struktur serupa dengan amilopektin (komponen kanji), tetapi bercabang lebih luas dan kompak dibandingkan kanji. Glkoogen dijumpai dalam bentuk granula dalam sitosol/sitoplasma pada banyak jenis sel, dan memainkan peranan penting  dalam siklus glukosa. Glikogen membentuk cadangan energi yang dapat dengan cepat dimobilisasi untuk memenuhi kebutuhan mendadak untuk glukosa, tapi satu yang kurang kompak dibandingkan dengan cadangan energi dari trigliserida (lipid).

Dalam sel hati (hepatosit), glikogen dapat menyusun sampai  8% dari berat segar (100–120 gr pada orang dewasa) segera setelah makan. Hanya glikogen disimpan dalam hati dapat dibuat yang dapat diakses untuk organ lain. Dalam otot, glikogen dijumpai dalam konsentrasi rendah (1-2% dari massa otot). Jumlah glikogen yang disimpan dalam tubuh—terutama dalam otot, hati, dan sel-sel darah merah—kebanyakan bergantung pada latihan fisik, laju metabolik basal, dan kebiasaan makan seperti puasa berselang. Sejumlah kecil glikogen ditemukan dalam ginjal, dan jumlah yang lebih kecil dalam sel glial tertentu di otak dan sel darah putih. Rahim juga menyimpan glikogen selama kehamilan untuk memberi makan embrio.

Struktur Glikogen

Glikogen ialah biopolimer bercabang yang terdiri dari rantai residu glukosa dengan rantai selanjutnya tidak bercabang setiap 10 glukosa atau lebih. Glukosa terikat bersama secara linier dengan ikatan glikosida α(1→4) dari satu glukosa ke glukosa berikutnya. Cabang terkait dengan rantai dari mana mereka tidak bercabang oleh ikatan glikosida α (1 → 6) antara glukosa pertama dari cabang baru dan sebuah glukosa pada rantang rantai induk.

Karena cara glikogen disintesis, setiap granula glikogen pada intinya protein glikogenin.

Fungsi Glikogen

Hati

Sebagai makanan yang mengandung karbohidrat yang dimakan dan dicerna, kadar glukosa darah meningkat, dan pankreas mengeluarkan insulin. Glukosa darah dari vena portal memasuki sel-sel hati (hepatosit). Insulin bekerja pada hepatosit untuk merangsang aksi dari beberapa enzim, termasuk glikogen sintase.

Molekul glukosa ditambahkan ke rantai glikogen selama keduanya insulin dan glukosa tetap berlimpah. Dalam keadaan “postprandial” atau “makan” , hati mengambil dengan lebih banyak glukosa dari darah daripada melepaskannya.

Setelah makanan telah dicerna dan kadar glukosa mulai merosot, sekresi insulin berkurang, dan sintesis glikogen berhenti. Ketika dibutuhkan untuk energi, glikogen diurai dan diubah lagi menjadi glukosa. Glikogen fosforilase merupakan enzim utama yang mengurai glikogen. Untuk 8–12 jam selanjutnya, glukosa berasal dari glikogen merupakan sumber utama glukosa darah yang digunakan oleh tubuh istirahat untuk bahan bakar.

Glukagon, hormon lain yang diproduksi oleh pankreas, dalam banyak hal berfungsi sebagai countersignal terhadap insulin. Menanggapi tingkat insulin berada di atas normal (bila kadar glukosa mulai jatuh di bawah kisaran normal), glukagon disekresi dalam jumlah yang meningkat dan menstimulasi glikogenolisis (pemecahan glikogen) dan glukoneogenesis (pembentukan glukosa dari non-karbohidrat seperti asam lemak).

Otot

Glikogen sel otot tampil untuk berfungsi sebagai sumber cadangan glukosa segera tersedia untuk sel-sel otot. Sel-sel lain yang mengandung sejumlah kecil menggunakannya secara lokal, juga. Seperti sel-sel otot kekurangan glukosa-6-fosfatase, yang diperlukan untuk melewatkan glukosa ke dalam darah, glikogennya mereka menyimpan yang tersedia hanya untuk penggunaan internal dan tidak dibagi dengan sel lain (Hal ini berbeda dengan sel-sel hati, yang, pada permintaan, mudah memecah glikogen yang tersimpan menjadi glukosa dan mengirimkannya melalui aliran darah sebagai bahan bakar untuk otak atau otot). Glikogen juga merupakan zat penyimpanan yang sesuai karena tidak dapat larut dalam air, yang berarti tidak mempengaruhi tekanan osmotik sel.

Sejarah Penemuan

Glikogen ditemukan oleh Claude Bernard. Eksperimen menunjukkan bahwa hati mengandung zat yang dapat menimbulkan kekurangan gula oleh aksi dari “peragian” di hati. Pada 1857, ia menggambarkan isolasi zat yang disebut “zat pembentuk- gula”. Segera setelah penemuan glikogen di hati, A. Sanson menemukan bahwa jaringan otot juga mengandung glikogen. Rumus empiris untuk glukogen (C6H10O5)n ditetapkan oleh Kekule pada tahun 1858.

Metabolisme

Sintesis

Sintesis glikogen, tidak seperti penguraiannya, endergonik—memerlukan masukan energi. Energi untuk sintesis glikogen berasal dari UTP, yang bereaksi dengan glukosa-1-fosfat, membentuk UDP-glukosa, dalam sebuah reaksi yang dikatalisis oleh UDP-glukosa pirofosforilase.

Glikogen disintesis dari monomer UDP-glukosa oleh enzim glikogen sintase, yang pemanjangan secara progresif rantai glikogen dengan (α1→4) glukosa terikat. Karena glikogen sintase hanya dapat memanjangkan satu rantai yang ada, maka protein glikogenin dibutuhkan untuk mengawali sintesis glikogen.

Enzim glikogen-bercabang, amilo (α1 → 4) dengan (α1 → 6) transglikosilase, mengkatalisis transfer fragmen terminal dari enam atau tujuh residu glukosa dari ujung non-reduksi ke gugus hidroksil C-6 dari residu glukosa lebih dalam ke dalam interior molekul glikogen. Enzim percabangan dapat bertindak hanya atas cabang yang memiliki sedikitnya 11 residu, dan enzim ini dapat mentransfer ke rantai glukosa yang sama atau rantai glukosa yang berdekatan.

Penguraian

Glikogen dipecah dari ujung rantai non-reduksi oleh enzim glikogen fosfolilase untuk menghasilkan monomer glukosa-1-fosfat, yang kemudian diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh fosfoglukomutase. Satu enzim khusus penghilang-cabang (debranching enzime) diperlukan untuk menghilangkan cabang  α(1-6) dalam glikogen bercabang dan membentu ulang rantai menjadi polimer linier. Monomer G6P dihasilkan memiliki tiga kemungkinan nasib:

  • G6P dapat berlanjut pada jalur glikolisis dan digunakan sebagai bahan bakar.
  • G6P dapat masuk  ke jalur pentosa fosfat melalui enzim glukosa-6-fosfat dehidrogenase yang menghasilkan  NADPH dan gula 5-karbon.
  • Dalam hati dan ginjal, G6P dapat mengalami defosforilasi kembali menjadi glukosa  oleh enzim glukosa 6-fosfatase. Ini adalah tahap akhir dalam jalur glukoneogenesis.

Relevansi Klinis

Gangguan Metabolisme Glikogen

Penyakit yang paling umum di mana metabolisme glikogen menjadi abnormal adalah diabetes, di mana, karena jumlah  insulin abnormal, glikogen hati dapat berakumulasi secara normal atau habis. Restorasi metabolisme glukosa normal biasanya menormalkan metabolisme glikogen, juga.

Pada hipoglikemia yang disebabkan oleh insulin berlebih, tingkat glikogen hati tinggi, tetapi kadar insulin tinggi mencegah glikogenolisis yang perlu untuk mempertahankan kadar gula darah normal. Glukagon adalah pengobatan biasa untuk jenis hipo-glikemia ini.

Berbagai kesalahan metabolisme bawaan disebabkan oleh kekurangan enzim yang diperlukan untuk sintesis atau penguraian glikogen. Ini secara kolektif disebut sebagai penyakit penyim-panan glikogen.

Kehabisan Glikogen dan Latihan Ketahanan

Atlet jarak-jauh, seperti pelari maraton, pemain ski cross-country, dan pengendara sepeda, sering mengalami penipisan glikogen, di mana hampir semua simpanan glikogen atlet habis setelah jangka waktu yang lama tanpa konsumsi energi yang cukup. Fenomena ini disebut sebagai “memukul dinding” (“hitting the wall“).

Penipisan glikogen dapat dicegah dalam tiga cara yang mungkin. Pertama, selama latihan, karbohidrat dengan tingkat tertinggi dari konversi glukosa darah (indeks glikemik tinggi) dimakan terus menerus. Yang terbaik mungkin hasil dari strategi menggantikan ini sekitar 35% dari glukosa yang dikonsumsi pada denyut jantung di atas sekitar 80% dari maksimum.

Kedua, melalui adaptasi pelatihan ketahanan dan regimen khusus (misalnya berpuasa intensitas rendah melatih daya tahan), tubuh dapat mengkondisikan serat otot tipe I untuk meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar dan kapasitas beban kerja untuk meningkatkan persentase asam lemak yang digunakan sebagai bahan bakar, hemat penggunaan karbohidrat dari semua sumber.

Ketiga, dengan mengkonsumsi sejumlah besar karbohidrat setelah menipisnya cadangan glikogen sebagai hasil dari latihan atau diet, tubuh dapat meningkatkan kapasitas penyimpanan cadangan glikogen dalam otot. [Proses ini dikenal sebagai pengisian karbohidrat. Secara umum, indeks glikemik dari sumber karbohidrat tidak masalah karena sensitivitas insulin otot meningkat sebagai akibat dari penipisan glikogen sementara.

Ketika mengalami kekurangan glikogen, atlet sering mengalami kelelahan ekstrim sampai titik yang sulit untuk bergerak. Sebagai referensi, yang terbaik pebalap sepeda profesional di dunia biasanya akan menyelesaikan 4  sampai 5 jam tahap balapan tepat di batas penipisan glikogen menggunakan tiga strategi pertama.***

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s