“PROSES GLUKONEOGENESIS”

       Proses sintesis glukosa dari prekursor bukan karbohidrat, yang terjadi  terutama di hati pada keadaan puasa dinamakan glukoneogenesis.  Pada  keadaan kelaparan yang ekstrim, korteks ginjal juga dapat membentuk  glukosa yang akan digunakan oleh medula ginjal dan sebagian glukosa akan  masuk ke dalam aliran darah. Diawali dengan piruvat, sebagian besar  langkah pada glukoneogenesis adalah hanya kebalikan dari reaksi pada  glikolisis dan menggunakan enzim yang sama. Aliran karbon adalah dalam  arah yang berlawanan (Murray R. K. et al., 2003).

Terdapat tiga urutan reaksi pada glukoneogenesis yang berbeda dengan  langkah padanan pada glikolisis. Ketiganya melibatkan perubahan piruvat  menjadi fosfoenolpiruvat (PEP)  dan reaksi yang mengeluarkan  fosfat dari  fruktosa 1,6-bifosfat untuk membentuk fruktosa 6-fosfat dan dari glukosa 6- fosfat untuk membentuk glukosa. Selama glukoneogenesis, serangkaian  enzim mengkatalis perubahan piruvat menjadi fosfoenolpiruvat. Reaksi yang mengeluarkan fosfat dari fruktosa 1,6 bifosfat dan dari glukosa 6-fosfat  masing-masing menggunakan enzim yang berbeda dengan enzim padanan pada glikolisis. Selama glukoneogenesis, fosfat dikeluarkan oleh fosfatase  yang membebaskan Pi. Prekursor glukoneogenesis adalah asam amino,  laktat, dan gliserol. Reaksi glukoneogenesis menghasilkan ATP (King M. W., 2010).

1. Pembentukan Zat Antara Glukoneogenik dari Sumber Karbon

A.   Laktat, asam amino, dan gliserol

Piruvat dibentuk di hati dari prekursor glukoneogenik. Laktat dehidrogenase mengoksidasi laktat menjadi piruvat dan menghasilkan  NADH. Asam amino seperti alanin dan serin dapat membentuk piruvat. Sebagian asam amino membentuk zat antara siklus trikarboksilat yang dapat masuk ke dalam jalur glukoneogenik (Diwan J. J., 2007).

B.    Propionat

Propionat, asam lemak dengan jumlah atom karbon ganjil, yang terutama diperoleh dari sayuran dalam makanan, menghasilkan propionil KoA. Propinil KoA diubah menjadi metilmalonil KoA, yang mengalami penyusunan ulang menbentuk suksinil KoA, suatu zat  antara 4-karbon pada siklus asam trikarboksilat yang dapat digunakan  untuk glukoneogenesis.  Oksidasi-β  asam  lemak  menghasilkan  asetil KoA. Asetil KoA tidak membentuk piruvat, asetil KoA akan masuk ke dalam siklus  asam trikarboksilat dan diubah menjadi malat. Untuk setiap 2 karbon pada asetil KoA yang diubah menjadi malat, dibebaskan 2 karbon sebagai karbon dioksida : satu dalam reaksi yang dikatalis oleh isositrat dehidrogenase dan yang lain dalam reaksi yang dikatalis oleh α-ketoglutarat dehidrogenase (Diwan J. J., 2007)

2. Jalur glukoneogenesis

Piruvat mengalami karboksilasi oleh piruvat karboksilase membentuk  oksaloasetat. Enzim ini memerlukan biotin, adalah katalisasi anaplerotik pada siklus asam trikarboksilat. Pada glukoneogenesis, reaksi ini melengkapi lagi oksaloasetat yang digunakan untuk sintesis glukosa. Karbon dioksida yang dibebaskan oleh fosfoenolpiruvat karboksikinase (PEPCK)  ditambahkan ke piruvat untuk membentuk oksaloasetat. Oksaloasetat akan mengalami dekarboksilasi oleh fosfoenolpiruvat karboksikinase menghasilkan fosfoenolpiruvat. Untuk reaksi ini, GTP merupakan sumber energi serta sumber gugus fosfat fosfoenolpiruvat. Enzim-enzim yang mengkatalisis kedua langkah ini terletak di dua kompartemen yang berbeda. Piruvat karboksilase dijumpai di mitokondria manakala fosfoenolpiruvat karboksikinase terletak di sitosol atau mitokondria (Diwan J. J., 2007). 

Oksaloasetat tidak mudah menembus membran mitokondria maka dapat diubah menjadi malat atau aspartat. Perubahan oksaloasetat menjadi malat memerlukan NADH. Fosfoenolpiruvat, malat, dan aspartat dapat dipindahkan ke dalam sitosol. Setelah menembus membran mitokondria dan masuk ke dalam sitosol, terjadi perubahan kembali malat kepada  oksaloasetat membebaskan NADH dan perubahan aspartat kepada oksaloasetat. Di sitosol, oksaloasetat diubah kembali menjadi fosfoenolpiruvat oleh fosfoenolpiruvat karboksikinase sitosol. Langkah glukoneogenesis selanjutnya berlangsung di dalam sitosol. Fosfoenolpiruvat membentuk gliseraldehida 3-fosfat, berkondensasi untuk membentuk fruktosa 1,6-bifosfat. Enzim fruktosa 1,6-bifosfotase membebaskan fosfat inorganik dari fruktosa 1,6-bifosfat untuk membentuk fruktosa 6-fosfat. Dalam reaksi glukoneogenik berikutnya, fruktosa 6-fosfat diubah menjadi glukosa 6-fosfat oleh isomerase (Diwan J. J.., 2007). 

Glukosa 6-fosfatase memutuskan Pi dari glukosa 6-fosfat, dan membebaskan glukosa bebas untuk masuk ke dalam darah. Glukosa 6-fosfatase terletak di membran retikulum endoplasma. Glukosa 6-fosfatase digunakan tidak saja pada glukoneogenesis, tetapi juga menghasilkan glukosa darah dari pemecahan glikogen hati (Murray R. K. et al., 2003).

Glukoneogenesis berlangsung selama puasa, juga dapat dirangsang olahraga yang lama, diet tinggi protein, dan keadaan stres. Faktor yang mendorong secara keseluruhan aliran karbon dari piruvat ke glukosa meliputi ketersediaan substrat dan perubahan aktivitas atau jumlah enzim kunci tertentu pada glukoneogenesis (Cranmer H. et al., 2009).

Selama reaksi glukoneogenik, terjadi penguraian 6 mol ikatan fosfat berenergi tinggi. Diperlukan dua mol piruvat untuk sintesis 1 mol glukosa. Sewaktu 2 mol piruvat mengalami karboksilasi oleh piruvat karboksilase, terjadi hidrolisis 2 mol ATP. Fosfoenolpiruvat karboksikinase memerlukan 2 mol GTP untuk mengubah 2 mol oksaloasetat menjadi 2 mol fosfoenolpiruvat. Digunakan tambahan 2 mol ATP untuk melakukan 2 mol fosforilasi 3-fosfogliserat yang membentuk 2 mol 1,3-bifosfogliserat. Diperlukan juga energi dalam bentuk ekuivalen  reduksi (NADH) untuk  perubahan 1,3-bifosfogliserat menjadi gliseraldehida 3-fosfat. Pada keadaan puasa, energi yang diperlukan untuk glukoneogenesis diperoleh dari oksidasi-β asam lemak (Murray R. K. et al., 2003).

Substrat untuk glukoneogenesis adalah :                     

Ø  Asam laktat yang berasal dari otot, sel darah merah, medulla dari glandula supra-renalis,retina dan sumsum tulang

Ø  Gliserol, yang berasal dari jaringan lemak

Ø  Asam propionat, yang dihasilkan dalam proses pencernaan pada hewan memamah biak.