biokimia otot & bioenergetika

BIOKIMIA MUSKULOSKLETAL & BIOENERGITIKA

Dr. Fransiska Lanni, MSFakultas Ilmu Kesehatan

Universitas Respati Yogyakarta

System Muskulosletal

- merupakan satu kesatuan dalam menghasilkan gerak - tidak dapat dipisahkan dari sistem neuro-muskuloskletal - untuk menghasilkan gerak dibutuhkan ; * perintah untuk gerak (fungsi syaraf) * energy untuk gerak (metabolisme selular sel otot) * kendali dan pengaturan (selular = syaraf; humoral = hormon)

Muskuloskletal - pendukung gerak melalui * tulang bersifat pasif, kaku, untuk dapat bergerak harus dibantu oleh sendi * gerak otot bersifat aktif melalui kontraksi dan relaksasi; * gerak otot membutuhkan pasokan O2 dan nutrien yang cukup untuk membentuk energy selular (ATP)

Tulang

Fungsi : - mendukung beban tubuh - menahan berbagai gaya ; * vertikal * horizontal * tarikan * puntiran (torsi)

Sebagai pendukung, strukur tulang harus kuat terdiri dari - bahan an-organik - bahan organik Keseimbangan antara matrik organik dan an-organik tulang dipngaruhi oleh -faktor usia - status hormonal

Bahan Organik Tulang

- Glikoaminoglikan (GAG) - Protein terutama kolagen dll

Glikoaminoglikan - heteropolysakarida dengan unit berulang asetil/sulfat dari heksosa polyanion - sangat hygroskopis, struktur polimer helix - sifat poly-anion dan hygroskopis memberikan efek peredam kejut

Kolagen - Protein terbanyak dan tersebar di seluruh bagian tubuh terutama jaringan ikat - ada lebih dari 10 jenis protein kolagen pada manusia, - terdapat 2 asam amino khusus penyusun kolagen = hydroxilysin & hydroxyprolin (keduanya tidak ada kondon dalam gen) - mempunyai struktur khas = triple helix (berpilin 3), ketiga rantai kolagen saling berikatan dgn ikatan hydrogen - struktur demikian dapat menahan renggangan dan puntiran

Sintesis GAG & Kolagen

- Sintesis GAG dan Kolagen dilakukan oleh sel yang berbeda - Sintesis GAG dilakukan oleh sel osteoblast/osteosit sintesis Kolagen dilakukan oleh sel fibroblast - Sintesis kolagen membutuhkan O2 dan Vitamin C - Keseimbangan kedua matriks tulang ditentukan oleh faktor Usia

Vitamin C

Bahan an-organik tulang

* Ca3(PO4)2, senyawa yang sangat keras (tulang & gigi) * bersenyawa dengan air membentuk kristal silindris hexagonal yang disebut hydroxiapatit

Kalsium Tulang

- Berfungsi sebagai Cadangan kalsium untuk seluruh tubuh, yang dibutuhkan dalam berbagai fungsi vital (impuls syaraf, pembekuan darah, ko-enzim dll)- Deposit kalsium dalam tulang bersifat dinamis yang dikontrol oleh hormon calsitonin dan paratiroid- Selain hormon, keseimbangan kalsium juga di pengaruhi oleh pH darah- Logam berat (Pb, Hg, Cd, As) dapat menggantikan posisi Ca tulang merusak fungsi tulang- Gangguan keseimbangan kalsium tulang osteoporosis

Regulasi kadar kalsium darah

- Hormon paratiroid dan kalsitonin pengatur ionisasi Calsium * mengatur ionisasi Ca2+ dalam serum keseimbangan Ca2+ serum-tulang kira-kira 9-10 mg/dL- Vitamin D3 memacuh penyerapan Ca2+ dan fosfat di usus

-Kalsium dalam tubuh terdiri dari 3 Fraksi - terikat albumin (55%) non-diffusible - tidak terionisasi (terikat dalam TCA/siklus krebs) diffusible - Ion Ca2+ bebas

Protein penyusun ototProtein filamen - myosin (filamen tebal) - actin (filamen tipis) - troponin - tropomysin

Protein tambahan - α-actinin - β-actinin - protein C

Protein penyusun otot

Pembentukan Energy Otot

- Kontraksi otot butuh energy dalam bentuk ATP- ATP disintesis sumber energy nutrien * karbohidrat glukosa - sebagian disimpan dalam hati & otot dalam bentuk glykogen - pembentukan ATP > cepat dibandingkan Asam lemak & AA * Lemak (triglyserida) asam lemak - dapat disimpan dalam jaringan adiposa & Otot - dlm keadaan istirahat mensupply > 50% ATP otot, dan berkurang pada otot yang aktif * Protein Asam Amino - peran utama untuk pembentukan protein otot - hanya 5-15% yang digunakan untuk Produksi ATP - mekanisme umum pembentukan energy otot melalui 3 jalur * fosforilasi langsung * Anaerob (Glikolisis) * Aerob (fosforilasi oksidatif)

Jalur I Jalur I Fosforilasi Direct

Slide 6.24Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

- Sel otot mengandung mengandung creatine phosphate (CP) disintesis dari AA Methionin, Arginin dan Glysin

- CP adalah molekul energy tinggi

- Setelah ATP berkurang, ADP siap diubah menjadi ATP

- CP transfers energy (Pi) ke ADP, untuk regenerasi ATP

- Hanya butuh waktu kira-kira 15-20 detik

- Bersifat anaerob

Figure 6.10a

Slide 6.26a

Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

- Reaksi perombakan glukosa tanpa oksigen (anaerob)

- Glucosa dipecah menjadi asam pyruvat untuk membentuk sejumlah 2 ATP

- Asam piruvat diubah menjadi asam laktat jika berlebihan kelelahan otot

- Tidak efisien, menggunakan banyak glukosa, energy yang dihasilkan sedikit

- Namun prosesnya cepat (30-60 detik)

Figure 6.10b

Jalur II Jalur II Glycolisis Anaerobic

Slide 6.25Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings

- Serangkaian jalur metabolisme yang terjadi di mitokondria

- Glucose dipecah menjadi CO2 dan H2O dengan melepas energy (ATP) dalam jumlah besar

- Reaksi berjalan pelan dan butuh ketersediaan oksigen (aerob)

- Sumber energy selain glukosa, dapat berasal dari asam lemak & Asam amino

Figure 6.10c

Jalur III Fosforilasi Jalur III Fosforilasi oksidatifoksidatif

Energy Source Creatine Phosphate

Anaerobic glycolysis

Aerobic respiration

Oxygen Use no no yes

Products 1 ATPcreatine

2 ATPlactic acid

36 ATPCO2, H2O

Duration 15 Seconds 30-60 seconds Hours

Integrasi Metabolisme selular otot

Pembentukan Energy sesuai dengan aktivitas

Pada Aktivitas ringan (istirahat)1. Metabolisme Aerobic (O2) asam lemak dalam darah

2. Glukosa darah sebagian disimpan menjadi glycogen di jaringan otot

Pada Aktivitas sedang1. Pemecahan glycogen menjadi glukosa2. Glycolysis glukosa untuk membentuk ATP dan Piruvat3. Metabolisme Aerobic (O2) asam lemak (aerob) sedikit

(minor)

Pada Aktivitas Tinggi

-Pemecahan glukosa secara an-aerobic (tanpa O2)- pembentukan piruvat asam laktat- Penumpukan asam laktat menyebabkan kelelahan otot

Kelelahan Otot - Terjadi jika otot kehilangan kemampuan untuk kontraksi - Disebabkan oleh: * tidak ada creatine phosphate atau kadar ATP rendah * jumlah oksigen kurang * pH rendah akibat pembentukan asam laktat dari piruvat - terjadi fermentasi Piruvat asam laktat selanjutnya ditimbun dalam jaringan otot sakit, kaku, kelelahan otot - secara alami asam laktat dapat diurai menjadi piruvat glukosa di dalam hati (gkukoneogenesis) butuh oksigen - selanjutnya glukosa menghasilkan energy

Energy Gerak

- Metabolisme Aerob akan menghasilkan energy yang tinggi- Metabolisme aerob butuh oksigen yang cukup, sehingga * jumlah Hb harus cukup * perfusi otot yang baik, sehingga O2 akan dilepas ke sel otot (myosit) dalam jumlah besar- Cara untuk menjaga kebutuhan oksigen otot * dapat mengikat O2 secara kimia, seperti SDM * daya ikat (affinitas) O2 harus lebih kuat dari Hb, sehingga dapat merebut O2 dari Hb Myoglobin (Mb) * Myoglobin dlm otot mempunyai akfinitas O2 lebih besar dari Hb

Mb

TERIMA KASIH