ASPEK BiokimiaWI Tulang dan Otot

Wiryatun LestarianaBagian 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 dapatberubah 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 kalsium- fosfat 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 helixalfa (α)

* menunjukkan aktivitas ATP-ase yg terdapat pd. bagian kepala molekulnya dengan kemampuan menghidrolisis gugus fosfat akhir ATP, GTP, ITP dan CTP

Lanjutan miosin

dan heavy (berat)

* 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 inidiperlukan untuk pengikatan miosin pada aktin

* larut dalam larutan garam, tak larut dalam air* dapat dipecah secara enzimatik oleh tripsin

komponen meromiosin light (ringan)

papain HMMS-1tripsin HMM

miosin HMMS-2LMM

Lanjutan miosin

• HMM aktivitasnya sangat berbeda denganLMM

• miosin polimerisasi dengan aktin

aktomiosin

• Interaksi aktin dan miosin kekuatanuntuk 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 ATP- ase

• 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 adaATP 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 denganekor panjang molekul miosin

• Tropomiosin B larut dalam air dandijumpai pada semua otot dan merupakankomponen penting filamen tipis zona I

• Membentuk kompleks dengan aktin-F

• Tropomiosin A tak larut dlm. air para- miosin

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. tropomiosindisebut protein pengistirahat berikatandengan aktin-F membentuk kompleks:

troponin – tropomiosin B – aktintroponin mengikat ion Ca++ dan mrpk. komponenyang berperan mengikat Ca++ dalam kompleks:

troponin - tropomiosin A – aktin – miosin

• Pada peristiwa kontraksi otot troponin

memberi sensitivitas Ca++ untuk ikatan silangfilamen 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 bekerjacepat

- 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 tidakmenunjukkan 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 kolagendan 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

elastin tertentu: pembuluh darah besar (aorta), kulit dan

kuning, sifatnya elastis seperti karet

amino penyusunnya, sedikit hidrokasiprolin bila

polar spt. valin (14,1%) elastin tahan terhadap

kolagen turunnya elastisitas berbagai jaringan

• Protein jaringan ikat yang banyak dijumpai dlm. jaringan

paru-paru• Molekulnya berupa suatu struktur membran, warna

• Susunan kimia spt. kolagen, glisin mrpk. sepertiga asam

dibanding kolagen, banyak mengandung as. amino non

pengaruh kimia• Pd. proses ketuaan, serabut elastin diganti oleh serabut

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