Bab 1: Gluconeogenesis – Pembentukan Glukosa daripada Bukan Karbohidrat

Gluconeogenesis adalah proses metabolik di mana tubuh menghasilkan glukosa daripada sumber bukan karbohidrat seperti asid amino, laktat, dan gliserol. Proses ini berlaku terutamanya dalam hati dan sebahagian kecil dalam buah pinggang, terutamanya semasa keadaan berpuasa, senaman berat, atau kekurangan karbohidrat dalam diet. Ia memainkan peranan penting dalam memastikan paras glukosa darah kekal stabil, terutamanya bagi organ yang sangat bergantung kepada glukosa seperti otak dan sel darah merah.

Proses Biokimia Gluconeogenesis

Gluconeogenesis berlaku melalui laluan biokimia kompleks yang melibatkan beberapa enzim utama. Ia pada dasarnya adalah kebalikan kepada glikolisis, namun dengan tiga langkah unik yang memerlukan enzim khas kerana langkah-langkah ini tidak boleh diterbalikkan dalam glikolisis:

1. Penukaran Piruvat kepada Fosfoenolpiruvat (PEP)
   • Piruvat ditukar kepada oksaloasetat oleh enzim piruvat karboksilase dalam mitokondria.
   • Oksaloasetat kemudian ditukar kepada PEP oleh enzim fosfoenolpiruvat karboksikinase (PEPCK).
   • Proses ini memerlukan tenaga dalam bentuk ATP dan GTP.
2. Penukaran Fruktosa-1,6-bifosfat kepada Fruktosa-6-fosfat
   • Enzim fruktosa-1,6-bifosfatase menghidrolisis fruktosa-1,6-bifosfat kepada fruktosa-6-fosfat.
   • Ini adalah langkah utama yang mengawal kelajuan keseluruhan gluconeogenesis.
3. Penukaran Glukosa-6-fosfat kepada Glukosa
   • Enzim glukosa-6-fosfatase menukarkan glukosa-6-fosfat kepada glukosa bebas.
   • Glukosa kemudian dilepaskan ke dalam aliran darah untuk digunakan oleh tisu lain.

Sumber Substrat untuk Gluconeogenesis

Tiga sumber utama untuk gluconeogenesis ialah:

• Laktat: Terhasil daripada glikolisis anaerobik dalam otot dan sel darah merah. Laktat diangkut ke hati melalui kitar Cori dan ditukar kembali kepada glukosa.
• Asid Amino Glukogenik: Diperoleh daripada pemecahan protein, terutamanya dalam otot semasa puasa yang panjang.
• Gliserol: Berasal daripada pemecahan trigliserida dalam tisu lemak. Gliserol diubah menjadi dihidroksiaseton fosfat (DHAP), yang boleh memasuki jalur gluconeogenesis.

Kawalan Hormon terhadap Gluconeogenesis

Proses ini dikawal oleh keseimbangan hormon yang mengatur metabolisme glukosa:

• Glukagon: Dirangsang semasa paras glukosa darah rendah. Ia meningkatkan ekspresi enzim seperti PEPCK dan glukosa-6-fosfatase untuk mempercepat proses ini.
• Insulin: Menghalang gluconeogenesis dengan menekan ekspresi enzim glukoneogenik dan meningkatkan penyimpanan glukosa sebagai glikogen.
• Kortisol: Meningkatkan glukoneogenesis dengan merangsang pemecahan protein menjadi asid amino sebagai sumber substrat.
• Adrenalin: Meningkatkan proses ini semasa stres atau senaman berat untuk memastikan bekalan tenaga yang mencukupi.

Keadaan Fisiologi yang Merangsang Gluconeogenesis

• Puasa dan Kelaparan: Apabila simpanan glikogen habis, proses ini menjadi sumber utama glukosa dalam darah.
• Senaman Berat: Otot menghasilkan laktat, yang kemudian diproses oleh hati untuk mengekalkan paras glukosa darah.
• Diet Rendah Karbohidrat: Dalam keadaan rendah karbohidrat, badan bergantung kepada gluconeogenesis untuk menghasilkan glukosa yang mencukupi.
• Tekanan dan Trauma: Hormon stres seperti kortisol dan adrenalin merangsang gluconeogenesis untuk memastikan bekalan tenaga.

Hubungan dengan Penyakit Metabolik

Gluconeogenesis yang tidak terkawal boleh menyumbang kepada penyakit metabolik seperti:

• Diabetes Mellitus: Dalam diabetes jenis 2, proses ini yang berlebihan menyumbang kepada hiperglisemia, kerana hati terus menghasilkan glukosa walaupun insulin hadir.
• Hipoglisemia: Kekurangan gluconeogenesis boleh menyebabkan tahap glukosa darah yang terlalu rendah, mengakibatkan keletihan dan gangguan fungsi otak.
• Sindrom Cushing: Paras kortisol yang tinggi menyebabkan peningkatan proses ini, yang boleh membawa kepada hiperglisemia dan rintangan insulin.

Kajian Saintifik Terkini

Penyelidikan terkini menumpukan kepada bagaimana proses ini dikawal pada peringkat genetik dan bagaimana ia boleh dimodulasi untuk rawatan penyakit metabolik:

• Kajian terhadap RNA bukan pengekod panjang (lncRNA) menunjukkan peranannya dalam kawalan ekspresi enzim gluconeogenik.
• Penyelidikan terhadap ubat seperti metformin menunjukkan kesannya dalam mengurangkan Proses ini melalui pengaktifan protein kinase teraktif AMP (AMPK).
• Kajian tentang hubungan antara proses ini usus dengan kawalan berat badan dan sensitiviti insulin sedang berkembang.

Kesimpulan

Jadual perbandingan antara sumber substrat utama gluconeogenesis, sumbernya dalam badan, dan peranan metaboliknya:

Gluconeogenesis adalah proses penting yang memastikan bekalan glukosa mencukupi dalam keadaan kekurangan karbohidrat. Ia dikawal secara ketat oleh hormon dan bergantung kepada substrat seperti laktat, asid amino, dan gliserol. Walaupun penting untuk keseimbangan tenaga, ketidakseimbangan dalam proses ini boleh membawa kepada penyakit metabolik seperti diabetes. Penyelidikan terkini terus meneroka bagaimana proses ini boleh dioptimumkan untuk kesihatan yang lebih baik.

Sumber Rujukan

1. Wikipedia – Gluconeogenesis : https://en.wikipedia.org/wiki/Gluconeogenesis
2. NCBI Bookshelf – Biochemistry, Gluconeogenesis : https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22445/
3. Frontiers in Endocrinology – Unraveling the Regulation of Hepatic Gluconeogenesis : https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fendo.2019.00697/full
4. Nature Reviews Endocrinology – Regulation of Hepatic Glucose Production in Health and Disease : https://www.nature.com/articles/nrendo.2017.89
5. Diabetologia – Glucagon: Acute Actions on Hepatic Metabolism : https://link.springer.com/article/10.1007/s00125-016-4095-9