Struktur dan fungsi Glikogen — sejarah, gangguan, Biosintesis

Glikogen adalah polisakarida cadangan energi yang terdiri dari rantai glukosa bercabang; Glikogen tidak larut dalam air, sehingga membentuk dispersi koloid. Glikogen berlimpah di hati dan pada tingkat yang lebih rendah di otot.

Strukturnya menyerupai pati amilopektin, meskipun jauh lebih bercabang. Glikogen terdiri dari beberapa rantai yang mengandung 12 hingga 18 unit glukosa yang dihubungkan oleh ikatan glikosidik α-1,4; salah satu ujung rantai ini dihubungkan ke rantai berikutnya oleh ikatan α-1,6-glikosidik, seperti pada amilopektin.

Molekul glikogen tunggal dapat mengandung lebih dari 120.000 monomer glukosa.

Pentingnya glikogen menjadi molekul bercabang adalah:

  • Percabangan meningkatkan kelarutannya.
  • Percabangan memungkinkan berlimpahnya residu glukosa yang tidak mereduksi yang akan menjadi titik yang dikenali oleh enzim glikogen sintase dan glikogen fosforilase, yaitu percabangan memfasilitasi kecepatan sintesis dan degradasi glikogen.

Glikogen adalah cadangan energi polisakarida pada hewan, dan disimpan dalam hati (10% massa hati) dan pada otot (1% massa otot) dalam vertebrata. Selain itu, sejumlah kecil glikogen dapat ditemukan di sel glial otak tertentu.

Berkat kapasitas penyimpanan glikogen, perubahan tekanan osmotik yang dapat menyebabkan glukosa bebas di dalam sel dan di media ekstraseluler diminimalkan.

Ketika organisme atau sel membutuhkan pasokan energi darurat, seperti dalam kasus ketegangan atau kewaspadaan, glikogen terurai lagi menjadi glukosa, yang tersedia untuk metabolisme energi.

Di hati, konversi glukosa yang disimpan sebagai glikogen menjadi glukosa bebas dalam darah diatur oleh hormon glukagon dan insulin. Glikogen hati adalah sumber utama glukosa darah, terutama di antara waktu makan. Glikogen yang terkandung dalam otot memasok energi untuk proses kontraksi otot.

Glikogen disimpan di dalam vakuola dalam sitoplasma sel yang menggunakannya untuk glikolisis. Vakuola ini mengandung enzim yang diperlukan untuk hidrolisis glikogen menjadi glukosa.

Sejarah Glikogen

Adalah dokter dan fisiolog Perancis Claude Bernard yang berutang gagasan pertama tentang fungsi glikogenik hati dan kemudian, pada tahap kedua, isolasi glikogen. Penemuan ini pada tahun 1856 menandai terobosan yang signifikan dengan konsepsi nutrisi sebelumnya.

Diperkirakan hanya tanaman yang bisa menghasilkan gula, yang kemudian didegradasi oleh hewan di tempat yang masih belum ditentukan, yang menurut Lavoisier adalah paru-paru. Mencari tempat degradasi itu, ketika Bernard memverifikasi keberadaan gula di saluran keluar hati (di vena hepatik) dan ketidakhadirannya di pintu masuk (di vena portal).

Pada hewan yang diberi makan daging secara eksklusif, keberadaan gula tetap ada saat keluarnya hati. Metode pengujian yang ia gunakan tidak memungkinkannya untuk menemukan gula di bawah 0,8-1 g per liter, dan karenanya dalam vena portal, yang membawanya untuk memberikan interpretasi yang berlebihan tentang pengalamannya.

Sudah lama diyakini bahwa dia salah, dan bahwa hati hanya menyimpan gula dalam bentuk glikogen, sebelum menemukan bahwa glukoneogenesis sebenarnya merupakan faktor kunci dalam pembentukan glikogen hati.

Glikogen ditemukan oleh Claude Bernard. Eksperimen menunjukkan bahwa hati mengandung zat yang dapat menyebabkan kekurangan gula melalui “fermentasi” di hati. Pada 1857 ia menggambarkan isolasi zat yang disebut “zat manis”. Setelah ditemukannya glikogen di hati, A. Sanson menemukan bahwa jaringan otot juga mengandung glikogen. Rumus empiris untuk glukogen (C6H10O5) n didirikan pada tahun 1858 oleh Kekule.

Apa itu Glikogen

Glikogen adalah polisakarida yang merupakan bentuk penyimpanan glukosa dalam tubuh manusia. Glukosa merupakan biomolekul penting yang menyediakan energi untuk sel-sel di seluruh tubuh manusia secara keseluruhan. Manusia memperoleh glukosa yang berasal dari makanan yang mereka makan. Ketika mereka kehabisan glukosa, glikogen dapat dimanfaatkan sebagai sumber glukosa.

Pada manusia, glikogen yang disimpan dan diproduksi oleh hepatosit dalam hati. Glikogen juga merupakan Glukon yaitu terdiri dari unit D-glukosa secara eksklusif. Ini adalah sumber karbohidrat yang dicadangkan untuk hewan dan juga tumbuhan. Mari kita lihat struktur dan fungsi Glikogen.

Struktur glikogen

Struktur glikogen mirip dengan amilopektin. Satu-satunya pengecualian adalah glikogen sangat bercabang. Dalam molekul glikogen, percabangan terjadi lebih sering, hampir setiap enam unit glukosa. Ini adalah alasan mengapa glikogen berperilaku berbeda terhadap amilopektin. Ini adalah alasan mengapa molekul glikogen memiliki berat molekul yang sangat tinggi. Ukurannya juga tidak kompak, itu adalah molekul besar. Eksperimen hidrolisis akan menunjukkan bahwa dalam molekul glikogen, satu kelompok ujung terjadi setelah setiap sepuluh hingga dua belas unit glukosa.

glikogen
glikogen

Fungsi Glikogen

Glikogen melakukan beberapa fungsi yang sangat penting pada tumbuhan dan hewan. Glikogen dapat melakukan fungsi-fungsi ini karena struktur dan formasinya yang unik.

Sekarang seperti yang Anda ketahui, glukosa ditemukan di membran sel sel tumbuhan dan hewan. Molekul glukosa ini sangat kecil dan kompak. Mereka dapat dengan mudah berdifusi keluar dari membran sel. Tetapi glikogen adalah molekul yang besar dan kompleks, sehingga tidak akan berdifusi keluar dari membran sel. Oleh karena itu merupakan fungsi penting glikogen, penyimpanan glukosa dalam sel.

Jika sejumlah besar sel glukosa ada di dalam sel, tekanan osmotik dalam sel akan sangat tinggi. Ini dapat menyebabkan membran sel pecah. Tetapi jika glukosa bergabung menjadi satu molekul besar glikogen, masalahnya tidak terjadi.

Seperti disebutkan sebelumnya glikogen adalah cadangan glukosa untuk sel-sel tubuh kita. Jika konsentrasi glukosa rendah, enzim yang ada dalam sel dapat dengan mudah menghidrolisis kelompok akhir glikogen untuk membuat glukosa. Proses ini menjadi mudah karena struktur glikogen.

Kebalikan dari hal di atas juga benar. Jika konsentrasi glukosa tinggi, enzim dapat menempel molekul glukosa untuk membentuk glikogen.

Meskipun asam lemak jauh lebih berenergi daripada glikogen, glikogen tetap menjadi bentuk senyawa penyimpanan energi yang disukai pada hewan. Glukosa yang berlebihan disimpan dalam butiran glikogen, terutama di sel-sel hati, otot, dan jaringan adiposa. Glikogen bukanlah osmotik, sedangkan glukosa adalah osmotik. Jadi jika kelebihan glukosa tidak disimpan sebagai glikogen, hal itu dapat mengganggu tekanan osmotik dan akhirnya menyebabkan kerusakan atau kematian sel.

Glikogen adalah sumber glukosa yang dapat diakses. Glikogen memasok sel otot dan lemak dengan glukosa yang dapat dimetabolisme secara lokal. Karena sel-sel ini kekurangan enzim glukosa-6-fosfatase, glukosa digunakan secara internal dan tidak dibagi dengan sel-sel lain.

Sebaliknya, sel-sel hati memiliki glukosa-6-fosfatase yang melakukan defosforilasi glukosa yang ditangkap dan dengan demikian dapat memungkinkan mobilisasi glukosa dari sel-sel hati. Jika tidak ada cukup sirkulasi glukosa dalam aliran darah, pankreas mengeluarkan glukagon, yang merangsang sel-sel hati untuk glikogen dan melepaskan glukosa bebas ke dalam aliran darah.

Oleh karena itu, glikogen membantu menjaga kadar gula darah normal. Mirip dengan “bank”, tubuh dapat “menyimpan” glukosa tambahan dan dengan demikian “mengekstraksi” glukosa ketika energi dibutuhkan. Glukosa adalah bahan bakar penting. Ini adalah sumber energi utama yang disukai oleh otak. Selain itu, tidak seperti asam lemak, glukosa juga dapat memasok energi ketika ada aktivitas anaerob (kekurangan oksigen).

Pengertian Glikogen

Glikogen adalah polisakarida yang terbentuk dari kelebihan glukosa dalam tubuh. Molekul glukosa tunggal dapat membentuk asam glikosidik untuk menghasilkan makromolekul yang lebih besar. Ketika kita mengkonsumsi gula dalam bentuk molekul tunggal atau dalam bentuk pati, kita memutuskan hubungan ini untuk melepaskan glukosa dan monosakarida, yang diperlukan untuk produksi ATP.

Dengan peningkatan kebutuhan energi secara signifikan, kelebihan glukosa disimpan sebagai glikogen di hati dan sel otot untuk digunakan di masa depan.

Konversi glukosa ini menjadi glikogen yang dikontrol secara hormon. Insulin yang dilepaskan dari pankreas, secara khusus mengontrol konversi glukosa menjadi glikogen untuk menurunkan gula darah. Proses sebaliknya juga dikendalikan oleh hormon. Ketika tubuh membutuhkan lebih banyak gula, glukagon yang juga diproduksi di pankreas, mengontrol konversi glikogen menjadi glukosa yang disimpan sehingga dapat digunakan untuk kebutuhan ATP. Proses ini disebut glukoneogenesis.

Karakteristik glikogen

Pada hewan, glikogen adalah salah satu bentuk utama penyimpanan energi (trigliserida atau lemak tubuh). Mirip dengan pati, glikogen adalah karbohidrat kompleks yang menyimpan kelebihan glukosa. Kadang-kadang disebut “kekuatan hewan”. Hal ini karena komponen amilopektin pati tanaman memiliki komposisi dan struktur yang mirip dengan komponen glikogen polisakarida. Perbedaannya adalah percabangan luas glikogen di setiap unit glukosa 8-12.

Unit glukosa dihubungkan oleh ikatan α-glikosidik (1 hingga 4) dan rantai bentuk. Cabang-cabang terhubung ke rantai glukosa oleh ikatan α-glikosidik (1-6). Ikatan α-glukosa membentuk polimer heliks terbuka (berbeda dengan ikatan glukosa yang menghasilkan filamen yang hampir lurus membentuk fibril struktural seperti pada selulosa).

Di bawah mikroskop, glikogen memiliki tanda zodiak yang khas atau tanda bintang. Ini terjadi sebagai butiran dalam sel sitosol. Diameter bervariasi antara 10 hingga 40 nm. Pada inti butiran glikogen adalah glikogenin, enzim yang mengkatalisis konversi glukosa menjadi glikogen dan bertindak sebagai primer.

Peran Glikogen

Tubuh dapat menyimpan energi dalam berbagai bentuk. Salah satu bentuk energi yang disimpan adalah lemak dan glikogen adalah bentuk lainnya. Asam lemak memiliki energi yang lebih tinggi, tetapi glukosa adalah sumber energi yang lebih disukai untuk otak dan glukosa juga dapat memasok energi ke sel tanpa oksigen misalnya selama latihan anaerob. Oleh karena itu glikogen berguna untuk menyediakan sumber glukosa bagi tubuh.

Penyimpanan Glikogen 

Dalam tubuh yang sehat, pankreas merespons kadar gula darah yang lebih tinggi, seperti makanan dengan melepaskan insulin yang menurunkan gula darah dengan menstimulasi hati dan otot untuk mengambil glukosa dari darah dan menyimpannya sebagai glikogen.

Orang dengan diabetes tidak membuat cukup insulin sendiri atau insulin tidak cukup efektif. Akibatnya, pankreas tidak merespon secara efektif untuk meningkatkan gula darah.

Pelepasan Glikogen

Glikogen dapat dilepaskan dari hati karena beberapa alasan, yaitu sebagai berikut:

  1. Menanggapi situasi saat stres
  2. Saat bangun (proses ini disebut fenomena fajar)
  3. Respons terhadap gula darah rendah
  4. Untuk membantu pencernaan.

Dalam situasi ini, ketika tubuh merasakan tambahan glukosa yang diperlukan dalam darah, pankreas melepaskan hormon glukagon yang memicu konversi glikogen menjadi glukosa yang dilepaskan ke dalam aliran darah.

Glikogen di Otot

Sel-sel otot kekurangan enzim glukosa-6-fosfatase, yang merupakan suatu enzim yang dapat digunakan sel-sel hati untuk mengekspor glukosa ke darah. Oleh karena itu, glikogen yang disimpan dalam sel otot digunakan secara internal dan tidak bersama. Sel-sel lain yang mengandung sedikit glikogen juga menggunakannya secara lokal.

Glikogen dalam sel otot yang bertindak sebagai sumber glukosa langsung tersedia untuk ledakan aktivitas seperti lari cepat 100 m. Ketika kebutuhan energi sel melebihi suplai oksigen terbatas, ATP (yang “mata uang energi” dari sel) dihasilkan sebagian oleh glikolisis glukosa anaerob dari glikogen otot.

Glikolisis adalah jalur di mana glukosa dapat dipecah dalam piruvat tanpa adanya oksigen. Meskipun oksidasi lengkap glukosa di hadapan oksigen (fosforilasi oksidatif) yang menghasilkan sekitar 18 kali jumlah ATP, glikolisis terjadi sekitar 100 kali lebih cepat daripada pernapasan aerobik.

Selama periode energi yang singkat dan intens, energi harus menghasilkan jumlah ATP maksimum untuk kontraksi otot dalam waktu sesingkat mungkin. Namun, periode aktivitas yang lebih lama membutuhkan setidaknya penggunaan sebagian ATP yang berasal dari fosforilasi oksidatif.

Gangguan glikogen 

Penyakit yang paling umum di mana metabolisme glikogen menjadi abnormal adalah diabetes, di mana glikogen hati dapat menumpuk secara normal atau menipis karena jumlah insulin yang tidak normal. Memulihkan metabolisme glukosa normal biasanya juga menormalkan metabolisme glikogen.

Pada hipoglikemia yang disebabkan oleh kelebihan insulin, kadar glikogen hati tinggi tetapi kadar insulin tinggi mencegah glikogenolisis yang harus mempertahankan kadar gula darah normal. Glukagon adalah pengobatan umum untuk jenis hipoglikemia ini.

Berbagai gangguan metabolisme bawaan disebabkan oleh kurangnya enzim yang diperlukan untuk sintesis atau pemecahan glikogen. Ini secara kolektif dikenal sebagai penyakit penyimpanan glikogen.

Biosintesis glikogen

Sintesis glikogen dari glukosa disebut glikogenogenesis dan terjadi berkat enzim glikogen sintase. Menambahkan molekul glukosa ke glikogen mengkonsumsi dua ikatan energi tinggi: satu dari ATP dan yang lainnya dari UTP.

Sintesis glikogen terjadi dalam beberapa langkah:

Pertama, glukosa diubah menjadi glukosa-6-fosfat, membuang-buang molekul ATP.

glukosa + ATP → glukosa-6-P + ADP

Glukosa-6-fosfat kemudian ditransformasikan menjadi glukosa-1-fosfat

glukosa-6-P ← → glukosa-1-P

Glukosa-1-fosfat diubah menjadi UDP-glukosa, dengan biaya dari UTP.

glukosa-1-P + UTP → UDP-glukosa + PPi

Glikogen sintase (yang bersifat antagonis terhadap glikogen fosforilase), yang tidak menyia-nyiakan ATP, menyatukan UDP-glukosa untuk membentuk glikogen, melalui ikatan alfa 1-4, melepaskan UDP nukleotida (untuk digunakan kembali).

(glukosa) n + UDP-glukosa → (glukosa) n + 1 + UDP

Enzim percabangan glikogen bertanggung jawab untuk bercabang rantai dengan memperkenalkan ikatan alfa 1-6 glikosidik.

Karena glikogen sintase memerlukan rantai yang sudah ada sebelumnya untuk memulai aksinya, ada enzim lain yang bertugas mengkatalisasi awal sintesis glikogen: glikogenin, yang mampu menciptakan ikatan kovalen pada kelompok residu hidroksil (-OH). tirosin (Tyr) dari molekulnya sendiri dan memperbaiki glukosa pertama dalam rantai; Segera setelah itu, glikogen sintase dapat bertindak dan setelah 10-12 residu glukosa ditambahkan, glikogenin tidak lagi penting, memisahkan dan menyisakan ruang untuk konsekuensi berikut.

Glikogenolisis

Karena struktur glikogen yang sangat bercabang, ini memungkinkan molekul glukosa untuk diperoleh saat dibutuhkan. Enzim glikogen fosforilase menghilangkan glukosa dari satu cabang glikogen sampai ia meninggalkan 4 molekul glukosa di cabang, glukantransferase mengambil tiga dari glukosa ini dan memindahkannya ke cabang utama, dan akhirnya, enzim debranching menghilangkan kelebihan molekul glukosa di reaksinya.

Enzim glikogenolisis

Dua enzim berpartisipasi dalam glikogenolisis:

Glikogen fosforilase, yang mengkatalisis fosfololisis atau pembelahan fosfololitik ikatan alfa 1-4 glikosidik, yang terdiri dari pemisahan sekuensial residu glukosa dari ujung yang tidak mereduksi, menurut reaksi:

(glukosa) n + Pi3 ← → (glukosa) n-1 + glukosa-1-P

Reaksi ini sangat menguntungkan bagi sel, dibandingkan dengan reaksi hidrolisis.

Enzim pencabutan glikogen. Glikogen fosforilase tidak dapat memotong ikatan alfa-glikosidik menjadi alfa (1-6). Enzim penukar glikogen memiliki dua aktivitas: alfa (1-4) glukosil transferasik yang mentransfer setiap unit trisakarida ke ujung yang tidak mereduksi, dan menghilangkan percabangan dengan alfa 1-6 ikatan glikosidik:

glukosa-6-P + H2O2 → glukosa + Pi

Latihan penipisan dan resistensi glikogen

Atlet jarak jauh, seperti pelari maraton, pemain ski lintas negara, dan pengendara sepeda, sering mengalami penipisan glikogen, di mana hampir semua simpanan glikogen atlet habis setelah lama pengerahan tenaga, di mana mereka tidak memiliki konsumsi energi yang cukup.

Penipisan glikogen dapat diintervensi dengan tiga cara yang mungkin. Yang pertama terjadi selama latihan, di mana karbohidrat dengan tingkat tertinggi untuk konversi glukosa darah (indeks glikemik tinggi) dicerna terus menerus. Hasil terbaik dari strategi ini menggantikan sekitar 35% glukosa yang dikonsumsi dengan detak jantung di atas 80%.

Yang kedua terjadi melalui adaptasi terhadap pelatihan resistensi dan rejimen khusus (misalnya, puasa sebelum pelatihan resistensi intensitas rendah); di mana tubuh dapat mengkondisikan serat tipe I otot untuk meningkat, baik efisiensi penggunaan bahan bakar2 3 maupun kapasitas beban kerja untuk meningkatkan persentase asam lemak yang digunakan sebagai bahan bakar dan menggunakan karbohidrat dalam jumlah sedang dari dari semua sumber.

Akhirnya dan ketiga, ada konsumsi sejumlah besar karbohidrat setelah simpanan glikogen habis; ini sebagai hasil dari olahraga atau diet.

Tubuh dapat meningkatkan kapasitas penyimpanan glikogen intramuskuler, 4 proses ini dikenal sebagai pemuatan karbohidrat. Secara umum, indeks glikemik dari sumber karbohidrat tidak masalah, karena sensitivitas insulin otot meningkat sebagai akibat dari penipisan glikogen sementara.

Mengalami utang glikogen, atlet sering mengalami kelelahan ekstrem, sampai tidak mampu menggerakkan tubuh mereka. Sebagai contoh, pengendara sepeda profesional terbaik di dunia biasanya menyelesaikan tiga tahap pertama ketika mereka mencapai batas penipisan glikogen setelah menyelesaikan lomba tahap 4-5 jam. Karbohidrat dan kafein ini dicerna setelah latihan intensif, di mana glikogen mengisi kembali lebih cepat.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *