ambar 2.7. Spektrum serap dari porfirin tipe coproporfirin III dan coproporfirin IX
Nama porfirin berasal dari bahasa Yunani porphyra yang berarti ungu. Porfirin merupakan senyawa aromatik makrosiklik spesifik (senyawa dengan gabungan cincin aromatik), yang terdiri atas empat cincin pyrolle yang terikat pada jembatan metan (=CH-) dan membentuk coupled system dari ikatan rangkap (termasuk di dalamnya 18π elektron yang terlokalisasi (4n + 2, dengan n = 4)) (Makarska & Radzki, 2002). Cincin pyrolle membentuk bidang aromatik tertutup, yang berperan sebagai inti dari senyawa porfirin. Cincin datar porfirin dapat mengalami deformasi bila terjadi metalasi (masuknya ion logam menggantikan atom hidrogen pada kelompok imida pyrolle (=NH-).
Penomoran atom pada makrosiklik porfirin, mengikuti aturan Bonnet, yang dikenal sebagai bentuk kanonik dari porfirin. Cara lain dalam melakukan penomoran adalah dengan menentukan substituen dengan huruf α-, β-, dan meso-porfirin. Karakteristik molekul porfirin antara lain adalah sifat spektroskopi yang khas, luminansi (fluoresensi dan fosforesensi), sifat magnetik (para dan diamagnetik, stabilitas termal, fotokonduksi, fotoemisi, dan aktivitas permukaan. Gambar 2.4. menunjukkan struktur molekul porfirin.
Gambar 2.4. Struktur molekul porfirin (Makarska & Radzki, 2002) Beberapa porfirin dan metaloporfirin pada kondisi atmosferik (mendapat pengaruh cahaya, udara dan kelembaban) bersifat tidak stabil. Kontak dengan cahaya akan menyebabkan fotooksidasi dari porfirin yang apabila diikuti dengan proses fisi dari cincin makrosiklik, senyawa kompleksnya menjadi mudah terdemetalasi. Bagian dari cincin porfirin yang terlibat dalam reaksi kimia adalah dua pusat acidic N-H, dua atom =N- dengan pasangan elektron bebas, ikatan etilen tak jenuh –CH=CH– dan elektron π makrosiklik C12H4 (Makarska & Radzki, 2002).
Gambar 2.5 menunjukkan ringkasan biosintesis dari porfirin pada bakteri (Hamblin & Hasan, 2003). 5-aminolevulinic acid (5ALA) adalah prekursor biosintetik dari semua porfirin alam (Grossweiner, 2005). Sintesis porfirin pada sel bakteri dimulai dengan
pembentukan asam 5-ALA secara endogen dengan mereaksikan asam amino glycine dan succinyl-CoA dari lingkaran asam sitrat (Bruce et al., 2009). Dua molekul ALA bergabung menjadi porfobilinogen (PBG) yang mengandung cincin pyrrole. Empat PBG melalui deamilasi bergabung menjadi hydroxymethyl bilane (HMB), yang selanjutnya dihidrolisis menjadi circular tetrapyrrole uroporfirinogen III. Coproporfirin III dengan rumus kimia C36H38N4O8 adalah produk akhir tetrapyrrole dari oksidasi spontan jembatan metilena coproporfirinogen. Molekul ini mengalami modifikasi lebih lanjut sehingga dihasilkan protoporfirin IX dengan rumus kimia C34H34N4O4 (HMD, 2008). Hasil akhir protoporfirin IX dikombinasi dengan besi membentuk heme.
Gambar 2.5. Mekanisme biosintesis porfirin pada bakteri (Hamblin & Hasan, 2003) Struktur kimia Coproporfirin III dan protoporfirin IX ditunjukkan Gambar 2.6.
a. Coproporfirin III b. protoporfirin IX Gambar 2.6. Struktur molekul Coproporfirin III dan protoporfirin IX (HMD, 2008)
Porfirin fotosensitiser bersifat peka terhadap cahaya. Kepekaan terhadap cahaya ini terutama berkaitan dengan panjang gelombang cahaya yang dipaparkan. Kebanyakan porfirin memiliki serapan pada daerah sinar tampak (400 – 700 nm). Gambar 2.7 menunjukkan spektrum serap dari porfirin tipe coproporfirin III dan coproporfirin IX.
Gambar 2.7. Spektrum serap dari porfirin tipe coproporfirin III dan coproporfirin IX (Papageorgiou, 2000)
Spektrum porfirin terdiri atas 2 pita terpisah, muncul pada daerah ultraviolet dekat dan daerah cahaya tampak, yang menyebabkan porfirin kaya warna. Spektrum porfirin terbentuk dari transisi π – π* (teori Gouterman) (Makarska & Radzki, 2002), yang menunjukkan bahwa cincin porfirin merupakan sistem terkopel yang mengikuti hukum aromatik Hückel 4n + 2, sehingga cincin porfirin dikatakan sebagai senyawa 16 polyene siklik pembawa 18π elektron. Pada kasus ini, keadaan dasar makrosiklik berhubungan dengan orbital lengkap dengan μ = 0, ± 1, ..... , ± 4, sedangkan orbital eksitasi terendah dihubungkan dengan transisi dari μ = ± 4 menuju μ = ± 5.
Pada model polyene yang diganggu oleh atom nitrogen dari cincin porfirin menghasilkan dua orbital lengkap a1u dan a2u, yang dikenal sebagai Highest Occupied Molecule Orbital (HOMO), dan dua orbital tak lengkap eg, yang dikenal sebagai Lowest Unoccupied Molecule Orbital (LUMO) (Wainwright, 2009). Spektrum absorpsi porfirin merupakan hasil transisi elektron a1u → eg (terbentuk pita Soret) dan a2u → eg (terbentuk pita Q) (Gambar 2.8).
Gambar 2.8. Transisi π – π* pada porfirin (Makarska & Radzki, 2002)
Porphyrin memiliki 2 intensitas spesifik, yaitu pita soret (Soret Band) sebagai konsekuensi transisi yang diperbolehkan yang berada pada panjang gelombang 401,6983 nm dan Q Band sebagai konsekuensi transisi terlarang yang berada pada panjang gelombang 271,84 nm, 631,2591 nm, 719,8765 nm, dan 929,9591 nm (Makarska & Radzki, 2002). Gambar 2.9. menunjukkan spektrum absorpsi porfirin dengan skema yang menunjukkan orbital heme (model Gouterman) dan transisi yang menyebabkan terbentuknya spektrum tersebut (Bonaficio, 2006).
Gambar 2.9. Spektrum absorpsi porfirin dengan skema yang menunjukkan orbital heme (model Gouterman) dan transisi yang menyebabkan terbentuknya spektrum tersebut (Bonaficio, 2006)
MAKALAH PORFIRIN
DISUSUN OLEH: NOVA TASRIN
10.430.500.16
METABOLISME PORFIRIN DAN PIGMEN EMPEDU I . P E N D A H U L U A N Asam amino merupakan prekursor dari banyak senyawa kompleknitrogen yang penting dalam fungsi fisiologis. Salah satu dari kompleknitrogen tersebut adalah porfirin. P o r f i r i n a d a l a h s u a t u s e n y a w a organik yang mengandung empat cincin pirol, suatu cincin segilima yang terdiri dari empat atom karbon dengan atom nitrogen pada satu sudut. Senyawa ini ditemukan pada sel hidup hewan dan tumbuhan,dengan berbagai macam fungsi biologis. Empat atom nitrogen di tengah molekul porfirin dapat mengikat ion logam seperti magnesium, besi, seng, nikel, kobal, tembaga, dan perak. Tiap-tiap logam yang diikat akan memberikan sifat yang berbeda-beda. Jika logam yang diikat di pusatadalah besi, maka kompleks porfirin disebut ferroporfirinatauheme. Gambar 1 : struktur kimia porfirin denganbesi(Fe++)ditengahnya(HEME)
S e b a g a i g u g u s p r o s t e t i k d a r i b a n y a k p r o t e i n , h e m e m e m b e n t u k sejumlah hemeprotein yang secara terus menerus mengalami proses s i n t e s a d a n d e g r a d a s i . S e b a g a i c o n t o h , e n a m s a m p a i t u j u h g r a m h a e m o g l o b i n d i s i n t e s a s e t i a p h a r i u n t u k m e n g g a n t i k a n h e m e y a n g hilang dalam proses katabolismenya. Pembentukan dan pemecahan k o m p o n e n p o r f i r i n d a r i h a e m o g l o b i n b e r p e r a n d a l a m m e n j a g a keseimbangan nitrogen tubuh.Sejumlah kelainan dapat terjadi selama proses sintesa porfirin dan hasil penguraian senyawa porfirin akan membentuk pigmen empedu yaitu bilirubin. Gangguan dalam metabolisme bilirubin selanjutnya akan memunculkan keadaan klinis yang sering dijumpai yaitu ikterus. Ikterus1
disebabkan adanya kenaikan kadar bilirubin karena sintesanya yangberlebih atau gangguan ekskresinya, biasanya muncul pada sejumlahpenyakit yang berkisar dari anemia hemolitik hingga hepatitis serta kelainan sekresi empedu (gangguan obstruksi). I I . P O R F IR I N Di alam semesta, metaloporfirin terkonjugasi dengan protein m e m b e n t u k s e n y a w a - s e n y a w a antara lain: ( 1 ) Haemoglobin(Hb) :m e r u p a k a n p o r f i r i n b e s i y a n g t e r i k a t p a d a p r o t e i n globin,berfungsi : mengangkut oksigen O2 di darah. ( 2 ) Eritrokruorin :terdapat pada beberapa invertebrate, fungsi: hampir sama dengan Hb (3)Mioglobin :pengangkut O2di jaringan otot (pigmen pernafasan) (4)S i t o k r o m : fungsi: pemindah elektron pada proses redoks. (5)K a t a l a s e : enzim yang merubah 2H2O2menjadi 2H2O + O2 (6)Triptofan pirolase :mengkatalisa oksidasi triptofan menjadiformilkinureninII.1.
II.1 FUNGSI PORFIRIN
Di dalam tubuh manusia, porfirin berfungsi untuk a)Membentuksenyawa sebagai pengangkutan O2 b)Membentuk senyawa sebagai pengangkutan e lectron c)Membentuk senyawa sebagai enzim enzim tertentu I.1.
I.1 BIOSINTESA PORFIRIN & HEME B i o s i n t e s i s h e m e d a p a t t e r j a d i p a d a s e b a g i a n b e s a r j a r i n g a n kecuali eritrosit dewasa yang tidak mempunyai mitokondria. Sekitar 85% sintesis heme terjadi pada sel-sel prekursor eritoid (retikulosit) disumsum tulang dan sisanya terjadi di sel hepar. Sintesa heme dalam hepar akan membentuk s i t o k r o m P 450. Sedangkan sintesa heme dalam retikulosit membentuk haemoglobin (Hb). Biosintesis hemed a p a t d i b a g i m e n j a d i 2 t a h a p , y a i t u : (1) Sintesis porfirin dan (2) Sintesis heme. B i o s i n t e s i s h e m e d i m u l a i d i m i t o k o n d r i a m e l a l u i r e a k s i kondensasi antarasuksinil-KoA(yang berasal dari siklus asam sitrat)dana s a m a m i n o g l i s i n . R e a k s i i n i m e m e r l u k a n p i r i d o k s a l f o s f a t untuk mengaktivasi glisin, diduga piridoksal bereaksi dengan glisinmembentuk basa Shiff, di mana karbon alfa glisin dapat bergabung dengan karbon alfa glisin dapat bergabung dengan karbon karbosil suksinat membentuk α-amino-βketoadipat. yang dengan cepat mengalami dekarboksil asi membentuk δ- aminolevulenat (ALA/AmLev). Rangkaian reaksi ini dikatalisis oleh AmLev sintase yang merupakan enzim pengendali laju reaksi pada biosintesisporfirin.AmLevyang terbentuk kemudian keluar kesitosol. Di sitosol d u a m o l e k u l A m L e v d e n g a n p e r a n t a r a a n e n z i m AmLev dehidratase/dehidrase membentuk porfobilinogen yang merupakan prazat pertama pirol.AmLev dehidratase m e r u p a k a n e n z i m y a n g mengandung seng dan sensitif terhadap inhibisi oleh timbale (Pb)
Gambar 2 (kiri) : reaksi awal kondensasi succinil Co-A dengan glisin (dimitokondria) Gambar 2 (kanan) : reaksi dua molekul ALA menjadi porphobilinogen (disitosol) Empat porfobilinogen selanjutnya mengadakan kondensasi m e m b e n t u k t e t r a p i r o l l i n i e r y a i t u hidroksi-metil-bilanayangd i k a t a l i s i s o l e h e n z i m v u r o p o r f i r i n o g e n I s i n t a s e /porfobilinogendeaminase. H i d r o k s i m e t i l b i l a n a s e l a n j u t n y a m e n g a l a m i s i k l i s a s i spontan membentuk uroporfirinogen I yang simetris atau diubah menjadi uroporfirinogen III yang asimetris dan membutuhkan enzimtambahan yaitu uroporfirinogen III kosintase.Pada kondisi normal hampir selalu terbentuk uroporfirinogen III.Uroporfirinogen III selanjutnya mengalami dekarboksilasi,s e m u a g u g u s a s e t a t n y a ( A ) d i r u b a h m e n j a d i g u g u s m e t i l ( M ) , membentuk koproporfirinogen III. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim uroporfirinogen dekarboksilase. E n z i m i n i j u g a m a m p u m e n g u b a h uroporfirinogen I menjadi koproporfirinogen I.Selanjutnya, koproporfirinogen III m a s u k k e d a l a m mitokondria serta mengalami dekarboksilasi dan oksidasi, gugus propionat (P) pada cincin I dan II berubah menjadi vinil (V).Reaksi ini d i k a t a l i s i s o l e h koproporfirinogenoksidased a n m e m b e n t u k protoporfirinogen IX. E n z i m t e r s e b u t h a n y a b i s a b e k e r j a p a d a koproporfirinogen III, sehingga protoporfirinogen umumnya tidak terbentuk.Protoporfirinogen IX selanjutnya mengalami oksidasi oleh enzim protoporfirinogen oksidase membentuk
protoporfirin IX.Protoporfirin IXyang dihasilkan akan mengalami proses penyatuan denganFe2+m e l a l u i s u a t u r e a k s i y a n g d i k a t a l i s i s o l e h hemesintase/ferokelatase membentukHEME.
1.2 PENGENDALIAN BIOSINTESAHEME E n z i m y a n g m e m e g a n g p e r a n a n p e n t i n g d a l a m r e g u l a t o r b i o s i n t e s a h e m e a d a l a h δ-amino levulenat sintase (Amlev sintase).Substrat yang dapat meningkatkan fungsi Amlev sintase, yaitu obat /b a h a n y a n g m e t a b o l i s m e n y a m e n g g u n a k a n s i t o k r o m - P 450, h a l i n i m e n y e b a b k a n k o n s e n t r a s i h e m e i n t r a s e l u l e r m e n u r u n . H e m e intraseluler yang m e n u r u n m e n y e b a b k a n r e p r e s i t e r h a d a p AmLev sintase m e n u r u n . A k i b a t n y a a k t i v i t a s A m L e v s i n t a s e menjadi meningkat sehingga sintesis heme juga meningkat. Obat dan bahan yang dapat meningkatkan fungsi Amlev sintase tersebut antara lain : 1)insektisida 2)bahan 3 )obat-obatan (steroid) 4 ) h o r m o n e s t r o g e n Sedangkan beberapa hal yang dapat menurunkan kerja dan peranan enzimAmlev sintaseantara lain:
y a n g b e k e r j a m e l a l u i m o l e k u l a p o r e p r e s o r menghambat sintesis A m L e v s i n t a s e , d a l a m h a l i n i kemungkinan terjadi feed back negative 2 ) g l u k o s a d a n h e m a t i n : P e m b e r i a n g l u k o s a d a n h e m a t i n dapat mencegah pembentukan AmLev sintase Sehingga menurunkan sintesis heme. 3 ) h e m i n ( F e 3+) , h e m i n d a l a m e r i t r o s i t m e n g a k t i v a s i s i n t e s a g l o b i n , s e h i n g g a m e n g g a n g g u t r a n s p o r t A m l e v k e mitokondria dan sitoplasma 1 ) h e m e ,
2.4KIMIA PORFIRIN P o r f i r i n m e n g a n d u n g n i t r o g e n t e r s i e r p a d a d u a c i n c i n pirolen sehingga bersifat basa lemah dan adanya gugus karboksilp a d a r a n t a i s a m p i n g n y a m e n y e b a b k a n j u g a b e r s i f a t a s a m . T i t i k isoelektrisnya pada pH 3,0 – 4,0, mudah diendapkan dalam larutan air. Semua porfirin berwarna. Dalam penelitian tentang porfirin atau turunannya, spectrum absorpsinya khas yang diperlihatkan masing-masing dalam region spectrum sinar tampak dan ultraviolet sangat bermanfaat. Salah satu contohnya adalah kurva absorpsi untuk suatu l a r u t a n p o r f i r i n d a l a m 5 % a s a m h i d r o k l o r i d a . J i k a p o r f i r i n y a n g dilarutkan dalam asam mineral kuat atau dalam pelarut inorganic disinari oleh sinar ultraviolet, Porfirin tersebut akan memancarkan Fluoresensi merah yang kuat. Fluoresensi ini sedemikian khasnya sehingga sering digunakan mendeteksi adanya sejumlah kecil porfirinb e b a s . I k a t a n y a n g m e n y a t u k a n c i n c i n – c i n c i n p i r o l d i p o r f i r i n merupakan penyebab utama absorpsi dan fluoresensi khas senyawa golongan ini; ikatan rangkap ini tidak terdapat dalam porfirinogen.Hal yang menarik sifat fotodinamik porfirin adalah kemungkinan p e m a k a i a n n y a d a l a m t e r a p i k a n k e r j e n i s t e r t e n t u , s u a t u p r o s e d u r yang disebut fototerapi kanker. T u m o r s e r i n g m e m b e n t u k l e b i h banyak porfirin dibanding jaringan normal. Jadi, hematoporfirin atau senyawa terkait, dapat diberikan kepada pasien yang mengidap tumor– t u m o r t e r t e n t u . K e m u d i a n , t u m o r diberi laser asrgon yang akan m e n y e b a b k a n e k s i t a s i p o r f i r i n d a n m e n i m b u l k a n e f e k – e f e k sitotoksik.
I.I KELAINAN SINTESA PORFIRIN – HEME
Kelainan sintesa porfirin yang paling dikenal adalah porfiria. Porfiria adalah sekelompok penyakit yang disebabkan o l e h abnormalitas jalur biosentesis heme dan mengakibatkan penumpukandan peningkatan porfirin di jaringan atau di dalam urine. Penyakit inidapat bersifat genetik atau didapat. Meskipun jarang terjadi, penyakitini penting diingat dalam keadaan tertentu. sebagai diagnosis bandingnyeri abdomen dan kelainan neuropsikiatrik.Porfiria dikelompokkan menjadi dua golongan besar yaitu : a.porforia yang herediter (faktor keturunan) 1. Porfiria eritropoetik 2. Porfiria hepatic 3. Protoporfiria (gabungan) b.porfiria yang didapat (acquired) Porfiria eritropoetik , merupakan kelainan kongenital. Terjadi karena ketidak seimbangan enzim kompleks uroporfirinogen sintase dan cosintase. Pada jenis porfiria ini dibentuk uroporfirinogen I, yang t i d a k d i p e r l u k a n d a l a m j u m l a h b e s a r . P o r f i r i a i n i j u g a t e r j a d i penumpukan uroporfirin I, koproporfirin I dan derivat simetris lainnya.Penyakit ini diturunkan secara otosomal resesif dan memunculkan fenomena berupa eritrosit yang berumur pendek, urine pasien merah kecoklatan karena ekskresi uroporfirin I dalam jumlah besar, gigi yang berfluoresensi merah karena deposisi porfirin dan kulit. Porfiria hepatik dibagi menjadi beberapa jenis antara lain: a)Intermitten acute porfiria( IAP ) b)Koproporfiria herediter c)Porfiria variegate d)Porfiria cutanea tarda e)Porfiria toksik Intermitten acute porfiria(IAP)diturunkan secara otosomald o m i n a n , t e r j a d i k a r e n a d e f i s i e n s i p a r t i a l e n z i m uroporfirinogen Isintase akibatnya terjadi peningkatan enzimAmlev sintetase. Gejalak l i n i s : n y e r i p e r u t , m u n t a h , k e l a i n a n c a r d i o v a s k u l e r , g a n g g u a n neuropsikiatri. Pada penyakit ini dijumpai ekskresi porfobilinogen danamlev yang meningkat
menyebabkan urine berwarna gelap.K o p r o p o r f i r i a h e r e d i t e r d i t u r u n k a n s e c a r a a u t o s o m a l dominan, terjadi karena defisien oksidase,o l e h k a r e n a n y a t e r j a d i p e n u m p u k a n k o p r o p o r f i r i n o g e n d a n u r o p o r f i r i n o g e n . G e j a l a k l i n i k : g a n g g u a n f o t o s e n s i t i f i t a s r i n g a n . Terdapat peningkatan ekskresi koproporfirinogen dan menyebabkan urine berwarna merah. Terapi : infuse hematin. Porfiria variegate diturunkan secara otosomal dominan, t e r j a d i karena d e f i s i e n s i e n z i m protoporfirinogen oksidase dan ferokelatase, s e h i n g g a t e r j a d i h a m b a t a n p a r s i a l p e r u b a h a n koproporfirinogen menjadi heme. Gejala : fotosensitivitas pada kulit.Pada urine dan feces didapatkan peningkatan ekskresi hampir seluruhzat-zat antara sintesa heme.Porfiria cutanea tarda diturunkan secara otosomal dominan(tetapi baru muncul jika ada kerusakan hati), terjadi karena defisiensienzim uroporfirinogen dekarboksilase.Terdapat peningkatan ekskresiuroporfirin yang bila terpapar cahaya menyebabkan urine berwarnamerah. Porfiria ini paling sering dijumpai dibanding yang lainnya . gejala yang muncul : fotosensitivitas pada kulit.Porfiria toksik atau akuisita disebabkan oleh obat atau zat toksik seperti griseofulvin, barbiturat, heksachlorobenzene, Pb dan sebagainya. Zat toksik tersebut menghambat beberapa enzim sintesaheme : amlev dehidrase , uroporfirin sintetase dan ferokelatase. P r o t o p o r f i r i a a t a u p r o t o p o r f i r i a g a b u n g a n diturunkan secara autosomal dominan, terjadi karena defisiensi partial enzim ferrokatalase, T e r d a p a t p e n i n g k a t a n e k s k r e s i p r o t o p o r f i r i n d a l a m urine. Gejala klinik : urtikaria akut oleh sinar matahari.G e j a l a p o r f i r i a s e c a r a u m u m d a p a t d i k e l o m p o k k a n m e n j a d i neuro-psikiatri dan gejalafotosensitivitas. B i l a k e l a i n a n e n z i m sintesa heme menyebabkan penumpukan asam amino levulenat danporfobilinogen di sel atau cairan tubuh akan menghambat kerja ATPase d a n m e r a c u n i n e u r o n s e h i n g g a m e n i m b u l k a n g e j a l a - g e j a l a neuropsikiatri. S e d a n g k a n b i l a k e l a i n a n e n z i m s i n t e s a h e m e menyebabkan penumpukan porfirinogen dikulit dan dijaringan lainakan teroksidasi spontan membentuk porfirin yang apabila terpapard e n g a n c a h a y a , p o r f i r i n a k a n b e r e a k s i d e n g a n O 2 molekuler membentuk suatu radikal bebas yang sangat reaktif dan merusak j a r i n g a n a t a u k u l i t d i m a n a p o r f i r i n t e r d e p o s i s i , p e r i s t i w a i n i memunculkan gejala-gejala fotosensitivitas. Terapi yang dapat diberikan untuk porfiria hanyalah bersifat simptomatik karena terapi kausal yang bersifat genetik masih sulit d i k e r j a k a n . B e b e r a p a t i n d a k a n y a n g d i a n j u r k a n , s e p e r t i h i n d a r i preparat atau obat yang merangsang aktifitas sitokrom P 450
anestesia, alkohol, steroid dan lain-lain. Hindari zat-zat toksikpenyebab porfiria. Obat yang bisa digunakan antara lain:1.pemberian z a t - z a t s e p e r t i g l u k o s a d a n h e m a t i n , y a n g m e n e k a n k e r j a Amlev sintaseuntuk menghambat pembentukan pra zat porfirin. 2.Pemberiananti oksidan seperti karoten, vitamin E dan C, juga dapat dianjurkan 3.p e m a k a i a n t a b i r s u r y a g u n a m e n g g u r a n g i p e m a p a r a n t e r h a d a p cahaya. 1
KA T A B OL IS M E
H EM E
3.1 KATABOLISME HEME MENGHASILKAN BILIRUBIN Dalam keadaan fisiologis, masa hidup erytrosit manusia sekitar1 2 0
hari, eritrosit mengalami lisis 1-2×10 8 s e t i a p j a m n y a p a d a seorang dewasa dengan berat badan 70 kg, dimana diperhitungkan haemoglobin yang turut lisis sekitar 6 gr per hari. Sel-sel eritrosit tua dikeluarkan dari sirkulasi dan dihancurkan oleh limpa. Apoprotein darihemoglobin dihidrolisis menjadi komponen asam-asam aminonya. Jikahaemoglobin dihancurkan, besi heme akan memasuki kompartemenb e s i ( u n t u k d i d a u r u l a n g ) , b a g i a n p o r f i r i n y a n g b e b a s - b e s i j u g a diuraikan (terutama di sel repikulo endotel hati, limfa dan sumsumtulang), sedangkan globin akan di urai menjadi asam-asam amino p e m b e n t u k n y a yang kemudian dapat di gunakan kembali. Katabolisme heme dari semua protein heme dilaksanakan di fraksimikrosom sel oleh suatu sistem enzim komplek yang disebut hemeoksigenase. P a d a s a a t h e m e y a n g b e r a s a l d a r i p r o t e i n h e m e mencapai sistem oksigenase, besi tersebut biasanya telah dioksidasimenjadi bentuk feri (Fe3+)(yang membentuk hemin). Sistem hemeoksigenase adalah sistem yang dapat di induksi oleh substrat.Besi feri dengan penambahan oksigen akan dirubah menjadifero(Fe2+).Ferok e m b a l i d i o k s i d a s i m e n j a d i b e n t u k f e r i ( F e 3+). D e n g a n beberapa kali reaksi oksidasi reduksi, terjadi pengeluaran besi feri dan karbon monoksida untuk menghasilkan biliverdin. Biliverdin, suatu pigmen berwarna hijau akan direduksi oleh enzim biliverdin reduktase Yang menggunakan NADPH sehingga rantai metenil menjadi rantaimetilen antara cincin pirol III – IV dan membentuk pigmen berwarnakuning yaitu bilirubin.
Diperkirakan bahwa satu gram hemoglobin menghasilkan 35mg bilirubin. Pembentukan bilirubin harian pada orang dewasa adalahsekitar 250-350 mg yang terutama berasal dari hemoglobin meskipuna d a j u g a y a n g d i p e r o l e h d a r i e r i t r o p o i e s i s i n e f e k t i f d a n b e r b a g a i protein heme lain, misalnya sitokr om P450. Perubahan kimia hememenjadi bilirubin oleh sel retikulo endotel dapat diamati in vivo sebagai warna ungu heme dalam hematom yang secara perlahan berubah menjadi pigmen kuning bilirubin. Bilirubin yang dibentuk di jaringan perifer diangkut ke hati oleh albumin plasma.
Gambar skematis proses katabolisme heme Metabolisme bilirubin selanjutnya, berlangsung terutama dihati.Metabolism ini dapt dibagi menjadi tiga proses, yaitu: 1.Penyerapan bilirubin oleh sel parenkim hati 2.Konjugasi bilirubin dengan glukuronat di r e t i k u l u m endoplasma 3.Sekresi bilirubin terkonjugasi ke dalam empedu
3.2 HATI MENYERAP BILIRUBIN
sifat kimiawi bilirubin sukar larut dalam air. Agar bisa larut,bilirubin ini akan diikat nonkovalen dan d i a n g k u t o l e h a l b u m i n k e hepar. Dalam 100 ml plasma hanya lebih kurang 25 mg bilirubin yangdapat diikat kuat pada albumin. Bilirubin yang melebihi jumlah ini hanya terikat longgar hingga mudah lepas dan berdifusi kejaringan .Kelarutannya dalam plasma meningkat oleh pembentukan ikatan nonkovalen dengan albumin. Sejumlah senyawa, misalnya antibiotik dan o b a t l a i n b e r s a i n g d e n g a n b i l i r u b i n u n t u k m e n e m p a t i t e m p a t pengikatan berafinitas tinggi di albumin. Jadi obat -obat itu d a p a t menggeser bilirubin dari albumin dan menimbulkan dampak klinis yang signifikan. Bilirubin yang sampai dihati akan dilepas dari albumin dan d i a m b i l p a d a p e r m u k a a n s i n u s o i d h e p a t o s i t o l e h s u a t u p r o t e i n pembawa yaitu ligandin . Sistem transport difasilitasi ini mempunyaik a p a s i t a s y a n g s a n g a t b e s a r t e t a p i p e n g g a m b i l a n b i l i r u b i n a k a n t e r g a n t u n g p a d a k e l a n c a r a n p r o s e s y a n g a k a n d i l e w a t i b i l i r u b i n berikutnya. Setelah masuk ke dalam hepatosit, bilirubin berikatandengan protein sitosol tertentu yang membantu senyawa in i tetaplarut sebelum dikonjugasi. Ligandin(anggota familiglutation S-transferase) d a n protein Y adalah protein-protein yang mencegah aliran balik bilirubin kedalam aliran darah
3.3 KONJUGASI BILIRUBIN dengan ASAM GLUKORONAT TERJADI DIRETICULO ENDOTHELIAL SYSTEM (HATI) Bilirubin bersifat non polar dan akan menetap disel (misalnya terikat pada lipid) jika tidak diubah menjadi bentuk larut air (polar).Hepatosit akan mengubah bilirubin menjadi bentuk larut yang mudah disekresikan ke dalam kandung empedu. Pro ses perubahan tersebut melibatkan asam glukoronat yang dikonjugasikan dengan bilirubin,proses ini dikatalisis oleh enzim glukoronosiltransferase, p r o s e s i n i disebut konjugasi.K o n j u g a s i b i l i r u b i n d i k a t a l i s i s o l e h s u a t u glukuronosiltranferase yang spesifik. Enzim ini terletak di reticulum e n d o p l a s m a , m e n g g u n a k a n U D P a s a m g l u k u r o n a t s e b a g a i d o n o r glukuronosil, dan disebut sebagai bilirubin UGT. Aktifitas bilirubinU G T d a p a t d i i n d u k s i o l e h s e j u m l a h o b a t y a n g b e r m a n f a a t s e c a r a klinis, misalnya fenobarbital.H a t i m e n g a n d u n g s e d i k i t n y a d u a i s o f o r m e n z i m glukoroniltransferase y a n g t e r u t a m a t e r d a p a t p a d a r e t i k u l u m e n d o p l a s m a . Reaksi konjugasi ini berlangsung dua tahap, Tahap pertama a k a n membentuk bilirubin monoglukoronida sebagai senyawa antara yang kemudian (tahap kedua) dikonversi menjadi bilirubin diglukoronida yang bersifat larut. 3 . 4 B I L I R U B I N T E R K O N J U G A S I D I S E K R E S I K A N K E D A L A M K A N D U N G EMPEDU
S e k r e s i b i l i r u b i n t e r k o n j u g a s i k e d a l a m e m p e d u t e r j a d i o l e h suatu mekanisme transpor aktif, yang menetukan laju keseluruhan proses metabolisme bilirubin dihati. Dalam keadaan fisiologis, seluruh b i l i r u b i n y a n g d i e k s k r e s i k a n k e k a n d u n g e m p e d u b e r a d a d a l a m bentuk terkonjugasi.Protein yang berperan adalah MRP -2 (multidrug resistancelike protein ) /multispesific oganic anion transporter(MOAT). Protein initerletak di membran plasma kanilukulus empedu dan menangani s e j u m l a h a n i o n organic P r o t e i n i n i m e r u p a k a n a n g g o t a f a m i l i transporter ATP binding cassette(ABC). Transpor bilirubin terkonjugasidi hati ke dalam empedu dapat diinduksi oleh obat-obatan yang jugamampu menginduksi konjugasi bilirubin. Jadi, sistem konjugasi dan e k s k r e s i u n t u k b i l i r u b i n b e r t i n d a k s e p e r t i s a t u a n u n i t f u n g s i o n a l terpadu. 3.5.PEMBENTUKAN UROBILIN Bilirubin terkonjugas terbentuk pigmen empedu yang berlebihan atau terdapat penyakithati yang menganggu siklus intrahepatik ini), urobilinogen juga dapatdiekskresikan ke urine. 3.6.GANGGUAN KATABOLISME HEME (HIPERBILIRUBINEMIA) Hiperbilirubinemiaa d a l a h k e a d a a n d i m a n a k o n s e n t r a s i bilirubin darah melebihi 1 mg/dl. Pada konsentrasi lebih dari 2 mg/dl,hiperbilirubinemia akan menyebabkan gejala ikterik / jaundice. Ikterik/ jaundice adalah keadaan dimana jaringan terutama kulit dan skleramata menjadi kuning akibat deposisi bilirubin yang berdiffusi dari konsentrasinya yang tinggi didalam darah berdasarkan penyebabnya yaitu : 1)hiperbilirubinemia retensi yang disebabkan oleh produksiyang berlebihan, dan 2)hiperbilirubinemia regurgitasi yang disebabkan refluk bilirubin kedalam darah karena adanya obstruksi bilier.Hiperbilirubinemia retensi dapat terjadi pada kasus -kasus hemolisis berat dan gangguan konjugasi. Hati mempunyai kapasita smengkonjugasikan dan mengekskresikan lebih dari 3000 mg bilirubinp e r h a r i n y a , s e d a n g k a n p r o d u k s i n o r m a l b i l i r u b i n h a n y a 3 0 0 m g perhari. Hal ini menunjukkan kapasitas hati yang sangat besar dimana b i l a p e m e c a h a n h e m e m e n i n g k a t , h a t i m a s i h a k a n m a m p u m e n i n g k a t k a n k o n j u g a s i d a n e k s k r e s i b i l i r u b i n l a r u t . A k a n t e t a p i lisisnya eritrosit secara masif (misalnya pada kasus sickle cellanemia,m a l a r i a ) a k a n m e n y e b a b k a n p r o d u k s i b i l i r u b i n l e b i h c e p a t d a r i k e m a m p u a n h a t i m e n g k o n j u g a s i n y a s e h i n g g a a k a n t e r d a p a t peningkatan bilirubin tak larut didalam darah. Peninggian k a d a r bilirubin tak larut dalam darah tidak terdeteksi didalam urine sehingga disebut juga dengan ikterik acholuria.P a d a n e o n a t u s terutama yang lahir prematur epeningkatanb i l i r u b i n t a k l a r u t ( b i l i r u b i n i n d i r e k ) t e r j a d i s e c a r a f i s i o l o g i s d a n sementara, dikarenakan haemolisis cepat dalam proses penggantianhemoglobin fetal ke hemoglobin dewasa dan juga oleh karena heparbelum matur, dimana aktivitas glukoronosil transferasemasih rendah.Apabila peningkatan bilirubin tak larut ini melampaui kemampuanalbumin mengikat kuat, bilirubin akan berdifusi ke basal ganglia pada otak dan menyebabkan enselolopathy toksik yang disebut sebagai kern ikterus B e b e r a p a k e l a i n a n p e n y e b a b hiperbilirubinemia retensidiantaranya seperti:
1.Syndroma Crigler Najjar I yang merupakan konjugasi karena enzimglukoronil transferasetidak aktif,d i t u r u n k a n s e c a r a j a r a n g t e r j a d i d a n konsentrasi bilirubin mencapai lebih dari 20 mg/dl. 2.Syndroma Crigler Najjar II, m e r u p a k a n k a s u s y a n g l e b i h r i n g a n d a r i t i p e i s o f o r m glukoronil transferase II, d i d a p a t i b i l i r u b i n m o n o g l u k o r o n i d a t e r d a p a t 3.Syndroma Gilbert, m e r u p a k a n k e l a i n a n y a n g d i t u r u n k a n s e c a r a autosomal dominan, terjadi bersama-sama dengan penurunanup take b i l i r u b i n o l e h h e p a t o s i t d a n penurunan aktivitas enzym konjugasi.
autosomal resesif, kasus I,karena kerusakan pada dalam getah empedu. terjadi karena hemolisis yang
Hiperbilirubinemia regurgitasipaling sering terjadi karenaterdapatnya obstruksi pada saluran empedu, misalnya karena tumor,b a t u , proses peradangan dan sikatrik. Sumbatan pada duktushepatikus dan d u k t u s k o l e d o k u s a k a n m e n g h a l a n g i m a s u k n y a b i l i r u b i n k e u s u s d a n k e n a i k a n k o n s e n t r a s i n y a p a d a h a t i menyebabkan refluks bilirubin larut (bilirubin direct) ke vena hepatikadan pembuluh limfe. Bentuknya yang larut menyebabkan bilirubin inidapat terdeteksi dalam urine dan disebut sebagai ikterik choluria.Karena terjadinya akibat sumbatan pada saluran empedu disebut jugasebagai ikterus kolestatik . Bilirubin terkonjugasi dapat terikat s e c a r a kovalen pada albumin dan m e m b e n t u k θbilirubin yangm e m i l i k i w a k t u p a r u h y a n g p a n j a n g m e n g a k i b a t k a n g e j a l a i k t e r i k d a p a t berlangsung lebih lama dan masih dijumpai pada masap e m u l i h a n . B e b e r a p a k e l a i n a n l a i n y a n g m e n y e b a b k a n hiperbilirubinemia regurgitasi adalah 1.Syndroma Dubin Johnson ,diturunkan secara autosomal resesif, terjadi karena adanya defekpada sekresi bilirubin terkonjugasi dan estrogen ke sist em empeduyang penyebab pastinya belum diketahui. 2.SyndromaRotor, terjadi karena adanya defek pada transport anionan organiktermasuk bilirubin, dengan gambaran histologi hati normal, penyebab p a s t i n y a j u g a b e l u m d a p a t d i k e t a h u i . Hiperbilirubinemia toksik a d a l a h g a n g g u a n f u n g s i h a t i k a r e n a t o k s i n s e p e r t i c h l o r o f o r m , arsfenamin, asetaminofen, carbon tetrachlorida, virus, jamur dan juga k i b a t c i r h o s i s . K e l a i n a n i n i s e r i n g t e r j a d i b e r s a m a d e n g a n terdapatnya obstruksi. Gangguan konjugasi muncul besama dengan gangguan sekresi bilirubin dan menyebabkan peningkatan kedua jenisbilirubin baik yang larut maupun yang tidak larut. T e r a p i h i p e r b i l i r u b i n e m i a a d a l a h d e n g a n p e m b e r i a n o b a t questran dan Phenobarbital.Questran bekerja mirip dengan enzim glukoronosil transferase,sedangkan phenobarbital bekerja denganmenginduksi proses konjugasi dan sekresi bilirubin. Phenobarbital merupakan preparat yang menolong pada kasus ikterik neonatus tapit i d a k p a d a s i n d r o m a C r i g l e r n a j j a r . S e l a i n d e n g a n o b a t - o b a t a n , hiperbilirubinemia juga bisa diatasi dengan foto terapi ;dengan cahaya dapat merubah bilirubin menjadi lebih polar dan merubahnya m e n j a d i b e b e r a p a i s o m e r y a n g l a r u t dalam air (meskipun tanpa proses konjugasi dengan asam glukoronida) sehingga
d a p a t diekskresikan ke empedu. Terapi ter hadap ikterus yang disebabkan karena obstruksi umumnya ditangani dengan tindakan bedah. Pada hepatitis didapatkan penurunan kadar urobilinogen dalam urine maupun feces, terjadi bilirubinuria dan peningkatan kadar bilirubin darah (baik direk maupun indirek). Pada kasus hemolitik (retensi) yang signifikan meningkat adalah bilirubin indirek, sedangkan pada kasus obstruksi (regurgitasi) yang dominanmeningkat adalah bilirubin direk.
