ASPEK BiokimiaWI Tulang dan Otot
Wiryatun Lestariana Bagian Biokimia Fak. Kedokteran UGM
Biokimia TULANG A. Kimiawi - Kandungan air dalam tulang bervariasi: 14 – 44% - 30 – 35% material organik, ± 25% mrpk. lemak - material organik dalam tulang matriks tulang mgd. kolagen yang dapat diubah menjadi gelatin, glikoprotein (osseomukoid dan osseo-albumoid), sitrat (± 1%)
lanjutan
material anorganik dalam tulang trtm. dalam bentuk garam kalsium fosfat dan karbonat, dlm. jumlah kecil Mg, hidroksida, fluorida dan sulfat - pola garam dalam tulang sama dengan hidroksiapatit yg formulanya: Ca(OH)2.3Ca3(PO4)2 atau Ca10(OH)2(PO4)6 - dalam tulang kadang disubstitusi mineral lain yg. tidak mengganggu, contoh: atom kalsium dan fosfat ditukar oleh karbon, Mg, natrium, dan dan kalium, sedang fourida ditukar hidroksida -
lanjutan
- Komposisi kandungan tulang dapat berubah kemungkinan karena: * meningkatnya umur, * riketsia, * sbg. akibat karena faktor diet atau * akibat perubahan keseimbangan asam basa (asidosis krn. penyakit renal kronis)
Metabolisme • Seperti jaringan tubuh lainnya komponen tulang secara konstan dalam perubahannya dengan plasma • Demineralsisasi tulang terjadi apabila intake mineral untuk pembentukan tulang tidak cukup atau apabila kehilangan yang berlebihan • Kalsium dan fosfor diet mrpk. faktor penting untuk ossifikasi • Vit. D meningkatkan kadar fosfat dan kalsium darah meningkatkan produk kalsiumfosfat yg diendapkan di tulang
lanjutan
• Ternyata vit. D tidak hanya meningkatkan absorbsi mineral tetapi juga bekerja secara lokal di tulang • Pada riketsia dan gangguan tulang lainnya alkali fosfatase meningkat suplai fosfat meningkat • Terapi dengan pemberian vit. D alkali fosfatase aktivitasnya menurun • Hormon paratiroid, tiroid bekerja dengan mengubah absorbsi atau ekskresi kalsium dan fosfor
Biokimia Jaringan
Jaringan otot Jaringan epitel Jaringan ikat Jaringan syaraf
Jaringan otot Pengantar jaringan otot dapat melakukan kerja mekanik krn. adanya elemen kontraktil mengubah energi kimia menjadi energi mekanik elemen kontraktil tdk. terbatas kerja otot, tetapi juga aktivitas silia dan flagella meskipun elemen 2 jenis tsb. tidak sama
lanjutan
Ada 3 tipe otot 1. otot polos 2. otot jantung 3. otot rangka 1. Struktur otot rangka - membran plasma sel otot sarkolema - sebagian besar volume sel otot ditempati elemen kontraktil miofibril - miofibril dikelilingi cairan sarkoplasma
• Sarkoplasma * mengandung glikogen, enzim-enzim glikolisis, ATP, fosfokreatin, elektrolit anorganik, dll. * mudah dipacu listrik * terdiri dari 2 pita (filamen) 1. tebal: protein miosin 2. tipis: protein aktin, tropomiosin, troponin
• Komponen protein sel otot * 20 – 25% protein total otot berupa protein yg terlarut. Sisanya berupa protein filamen miofibril yg tak terlarut * protein utama: miosin, aktin, tropomiosin B * protein minor: α-aktinin, ß-aktinin, troponin
Miosin * protein B.M. tinggi: 470.000 (mol. terbanyak), dengan mol. panjang, assimetris yang mengandung kepala globular * mengandung 2 polipeptida yang identik * rantai polipeptida memiliki 1.800 asam amino merupakan polipeptida tunggal terpanjang * masing-masing polipeptida berstruktur helix alfa (α) * menunjukkan aktivitas ATP-ase yg terdapat pd. bagian kepala molekulnya dengan kemampuan menghidrolisis gugus fosfat akhir ATP, GTP, ITP dan CTP
Lanjutan miosin
* tiap mol. miosin tdpt 2 sisi katalitik, masing- masing pada tiap keping (keping SF1) mengandung gugus sulfhidril katalitik dan penghambatan * ggs. sulfhidril yg. memiliki aktivitas ATP-ase ini diperlukan untuk pengikatan miosin pada aktin * larut dalam larutan garam, tak larut dalam air * dapat dipecah secara enzimatik oleh tripsin komponen meromiosin light (ringan) dan heavy (berat) papain HMMS-1 tripsin HMM
miosin
HMMS-2 LMM
Lanjutan miosin
• HMM aktivitasnya sangat berbeda dengan LMM • miosin polimerisasi dengan aktin aktomiosin • Interaksi aktin dan miosin kekuatan untuk kontraksi otot
Aktin • Ada 2 macam: aktin-G dan aktin-F • Tiap mol. aktin-G mengikat erat satu ion Ca++ (hubungannya dengan peran Ca++ dalam mengawali kontraksi dan dalam aktivitas ATPase • Aktin-G juga mengikat 1 mol. ATP/ADP • Pengikatan ATP oleh aktin-G biasanya diikuti dengan polimerisasinya menjadi aktin-F • Setiap penambahan 1 mol. aktin-G pd rantai aktin-F, mol. ATP ADP + Pi dan ADP terbentuk tetap terikat pada subunit aktin-G dari rantai aktin-F
AKTOMIOSIN • Merupakan kompleks aktin-G dan miosin (1:1) • Tiap filamen aktin-F dpt. mengikat banyak mol. miosin, sebab aktin-F banyak mengandung monomer aktin-G • Kompleks aktomiosin dpt. berdisosiasi kalau ada ATP dan ion Mg++ • Pada waktu disosiasi ATP terhidrolisis • Hidrolisis sempurna: aktin dan miosin bergabung kembali lewat antaraksi gugus sulfhidrilnya
Tropomiosin A dan B • Mempunyai struktur yang mirip dengan ekor panjang molekul miosin • Tropomiosin B larut dalam air dan dijumpai pada semua otot dan merupakan komponen penting filamen tipis zona I • Membentuk kompleks dengan aktin-F • Tropomiosin A tak larut dlm. air paramiosin
Komponen protein minor • Ada beberapa komponen minor * α – aktinin * ß – aktinin * troponin - diantaranya: troponin merupakan komponen filamen I dengan B.M. sekitar 86.000
Troponin • Membentuk kompleks dgn. tropomiosin disebut protein pengistirahat berikatan dengan aktin-F membentuk kompleks: troponin – tropomiosin B – aktin troponin mengikat ion Ca++ dan mrpk. komponen yang berperan mengikat Ca++ dalam kompleks: troponin - tropomiosin A – aktin – miosin • Pada peristiwa kontraksi otot troponin memberi sensitivitas Ca++ untuk ikatan silang filamen aktin dan miosin
Troponin Terdiri dari 3 polipeptda 1. troponin T (TpT) 2. tropnin I (TpI) 3. troponin C (TpC)
lanjutan
• Troponin T (TpT) - terikat pada tropomiosin di samping pada 2 komponen troponin lainnya • Troponin I (TpI) - menghambat interaksi F-aktin-miosin dan juga terikat pada komponen troponin lainnya • Troponin C (TpC) - mrpk polipeptida pengikat kalsium yang secara strutural dan fungsional analog dg kalmodulin protein pengikat kalsium yang penting - empat molekul ion kalsium terikat permolekul TpC
Serabut otot • Ada 2 jenis serabut otot: 1. jenis I (merah) 2. jenis II (putih) Pada hewan rendah • Serabut merah - banyak mitokondria, lipid, mioglobin - memp. kemampuan besar menghasilkan ATP lewat oksidasi - banyak terdapat dalam otot yang bekerja lambat
Lanjutan serabut otot
• Serabut putih - banyak terdapat pada otot yang bekerja cepat - banyak mengandung glikogen, dan retikulum endoplasmik - tidak dapat menyimpan oksigen - bahan bakar utamanya glikogen dan glukosa dimetabolisis lewat glikolisis anaerob asam laktat yg dihasilkan dikeluarkan dimetabolisis di hati glukosa
Pada manusia • Serabut otot: jenis I dan jenis II. - perbedaan hanya terletak pd ukuran, bentuk dan banyaknya mitokondria - serabut yg banyak mgd mioglobin dapat menyimpan oksigen - banyak mengandung mitokondria memiliki kemampuan menghasikan ATP lewat jalur oksidatif
ATP ATP sumber utama tenaga untuk kontraksi otot, tetapi jumlahnya dalam otot hanya sedikit bila dikaitkan dengan tenaga kimia yg diperlukan untuk kontraksi namun jumlah ATP dalam otot tidak menunjukkan penurunan setelah kontraksi
lanjutan
kekurangan tenaga untuk kontraksi dipenuhi oleh senyawa lain: kreatin fosfat kreatin fosfat berguna sbg. cadangan ikatan tenaga tinggi untuk menghasilka ATP, sebab kreatin + ATP ADP + kreatin fosfat reaksi reversibel dgn. enzim kinase kreatin dan transfosforilase ATP-kreatin
kinase kreatin
Kreatin-P
Kreatin Mg++
ADP
ATP transfosforilase ATP-kreatin
lanjutan
Jaringan Ikat Pengantar - fungsi: mendukung dan mengikat sel-sel dalam tubuh - berasal dari sel-sel fibroblas membentuk jaringan fibrosa: tulang rawan, tendo, ligamen, matriks tulang, jaringan yang mengikat pembuluh darah, dan semen dalam sel-sel hati, sel-sel saraf dll. - jaringan pengikat banyak mengandung protein kolagen dan sedikit elastin - gelatin pengaruh panas denaturasi gelatin
Kolagen dan gelatin Kolagen - serabut jaringan pengikat yg sukar larut - 25 – 33% protein tubuh total terdiri atas kolagen, struktur tiga demensinya banyak ditentukan oleh beberapa asam amino saja: * glisin (33%), * prolin * hidroksiprolin (21%) * alanin (11%) - sedang asam-asam amino yg unik dalam kolagen: 3-hidroksiprolin, 4-hidroksiprolin dan 5-hidroksilisin
LANJUTAN KOLAGEN
- disintesis dari tropokolagen yang terdiri dari 3 rantai polipeptida heliks yang satu sama lain diikatkan dng. ikatan hidrogen, membentuk ikatan silang yang ikatannya kovalen dan berguna untuk pembentukkan serabut dan kekuatan mekanik strukturnya Gelatin - hasil denaturasi kolagen - larut dalam air
Elastin
• Protein jaringan ikat yang banyak dijumpai dlm. jaringan elastin tertentu: pembuluh darah besar (aorta), kulit dan paru-paru • Molekulnya berupa suatu struktur membran, warna kuning, sifatnya elastis seperti karet • Susunan kimia spt. kolagen, glisin mrpk. sepertiga asam amino penyusunnya, sedikit hidrokasiprolin bila dibanding kolagen, banyak mengandung as. amino non polar spt. valin (14,1%) elastin tahan terhadap pengaruh kimia • Pd. proses ketuaan, serabut elastin diganti oleh serabut kolagen turunnya elastisitas berbagai jaringan
Mukopolisakarida • Dlm jaringan ikat terkait juga sejumlah polisakarida: as hialuronat, kondroitin, kondroitin sulfat, keratosulfat, dan heparin • Masing-masing polisakarida merupakan unit-unit disakarida yang berulang. Kecuali as hialuronat, yg lain berkonjugasi dengan protein mukopolisakarida (glukosaminoglikan: mengandung hidrat arang kompleks yang ditandai dengan adanya gula amino dan as uronat
Lanjutan polisakarida
• Asam hialuronat * dijumpai dlm. cairan sinovia, cairan bola mata, katup jantung, tali pusat dan kulit * terikat erat dengan kondroitin sulfat diduga berperan dalam pengikatan ion dan dalam pembentukan tulang • Heparin * polisakarida yg. tdp. dlm. sel mencegah penjendalan darah dan memiliki kemampuan untuk mengaktifkan enzim lipase lipoprotein yg. penting dalam mobilisasi asam lemak dari otot depot lemak
