1

1.METABOLISME OTOT

A. Metabolisme Umum

Pemecahan ATP oleh ATPase pada miosin menyediakan energy untuk power stroke (tarikan filament tipis ke posisi dimana diikat). Pengikatan molekul ATP yang baru pada miosin menyebabkan pelepasan jembatan silang dari filament aktin pada akhir power stroke, sebagai bagian dari siklus (ATP ini dipecah bertahap). Transport aktif kalsium ke SR selama relaksasi memerlukan ATP. ATP yang tersedia pasa otot dalam jumlah yang terbatas. Keratin fosfat, merupakan energy simpanan otot, yaitu ATP yang mengandung fosfat berenergi tinggi. Kekurangan kreatin fosfat menyebabkan pemecahan simpanan glikogen menjadi glukosa dan glikolisis. Dalam kondisi aerob, oksidasi fosforilasi terjadi pada mitokontria otot.Perbedaan tipe serabut otot skelet telah digambarkan sebelumnya, pada umunya serabut otot skelet berkontraksi lambat, serabut ekonomis dengan metabolism aerobic dari sumber lipid dan serabut berkecepatan tinggi menggunakan energy karbohidrat hanya jika diperlukan ketika kebutuhan meningkat. Otot polos sangat ekonomis karena mempunyai rasio miosin-aktin yang rendah, aktivitas ATPase rendah dan kecepatan kontraksi rendah. Hal ini cocok untuk otot spinkter dan otot pemeras yang lambat.Otot jantung berkontraksi cukup pelan, tetapi ini digunakan secara terus menerus dan konsumsi energy total cukup tinggi. Hal ini sepenuhnya untuk produksi energy dan mencapai laju metabolism tertinggi (dan ekstraksi oksigen arteri-vena tertinggi) dari beberapa jaringan di dalam tubuh. Mitokondria menunjukkan 30-40% dari massa ventrikel jantung. Laju metabolic yang tinggi ini menyebabkan masalah difusi yang serius di dalam otot jantung. Terdapat densitas kapiler yang tinggi dan sel berukuran kecil, dengan permukaan tinggi untuk rasio volume. Jaringan banyak mengandung mioglobin (untuk transport oksigen) dan keratin fosfat (untuk transport energy). Organ jantung menunjukkan preferensi yang berbeda untuk asam lemak bebas, badan keton dan laktat, tetapi memerlukan insulin untuk efisiensi ambilan dan penggunaan glukosa.

B. Metabolisme Nukleotida

Linear 5 AMP (bukan 35 cyclic AMP) merupakan activator alosterik utama fosforilasi glukosa dan fosfofruktokinase dan juga merupakan precursor immediate untuk hormone adenosine local (vasodilator yang kuat yang dapat meningkatkan aliran darah untuk mempercepat metabolism jaringan). Kosentrasi nukleotida adenine (AMP, ADP, ATP) berhubungan dengan enzim myokinase yang mengkatalis reaksi reversible secara bebas.ATP + AMP = ADP + ADPKeseimbangan myokinase berarti bahwa [AMP] = [ADP]*[ADP]/[ATP]. Konsentrasi ADP sitosolik secara normal sangat rendah, karena secara aktif diambil oleh mitokondria dalam pertukaran ATP. Hal ini membuat 5AMP sangat baik sekali sebagai indicator suplai energy selular yang sangat sensitive pada semua jenis otot, termasuk di dalamnya semua jaringan lainnya.Linear 5 AMP merupakan activator untuk protein kinase yang diaktivasi AMP (AMP-activated protein kinase [AMPK]) yang merangsang ambilan glukosa oleh otot skelet selama aktivitas dan di bawah kondisi stress metbolik. Hal ini tampaknya berperan penting pada diabetes tipe-2. Jangan bingung AMPK denga protein kinase A (yang berespon terhadap 35 cyclic AMP) karena fungsinya sangat berbeda. AMPK melindungi sel dari stress yang menyebabkan kekurangan ATP oleh pemadaman jalur biosintesis yang membutukan ATP, dimana PKA merupakan bagian system second messenger hormonal.Siklus nukleotida purin merupakan gambaran otot skelet yang tidak seperti biasanya yang melayani mengisi siklus Krebs dan zat antara pada glikolisis ketika kebutuhan energy sedang tinggi. AMP dideaminasi untuk menghasilkan inosine monophosphate (IMP) yang dikonversi menjadi adenilsuksinat dan kemudian kembali menjadi AMP. Efek total adalah konversi aspartat yang tergantung AMP menjadi fumarat dan ammonia sewaktu beban kerja mekanik meningkat. Proses dapat diulang karena simpanan aspartat kadang-kadang lebih besar dibanding simpanan zat antara pada siklus Krebs, dan secara konstan diisi dari darah atau simpanan protein otot internal.

C. Metabolisme Asam Amino

Otot skelet merupakan simpanan asam amino utama di dalam tubuh selama periode kelaparan. Jaringan ini didegradasi sesuai kondisi, dan dilepaskan terutama berupa alanin dan glutamine ke dalam darah. Asam amino ini membantu mempertahankan gula darah selama kelaparan/puasa melalui proses glukoneogenesis di hepar, ginjal dan usus. Otot skelet kurang aktif dalam menjalankan siklus urea (siklus Krebs), tetapi dapat melakukan transaminasi hamper semua asam amino dan mendegradasi atom rangka karbonnya sejauh perantara siklus Krebs, seperti siksinil KoA dan fumarat. Kelebihan senyawa antara, dikonversi melalui enzim alosterik malat yang terikat NAD (NAD-linked malic enzyme), menjadi piruvat, yang akan ditransaminasi menghasilkan alanin. Beberapa asam amino seperti serin dideaminasi menjadi piruvat dan ammonia, yang didetoksifikasi menghasilkan glutamine. Dengan jalan ini, kelebihan nitrogen akan dieksport dari otot ke hepar, ginjal dan usus untuk proses selanjutnya.

D. Oksidasi pada otot merah dan glikolisis pada otot putih

Sebagai tambahan pada transfer fosforil seperti yang digambarkan di atas, ATP otot juga dihasilkan oleh glikolisis dan fosforilasi oksidatif. Otot yang tergantung terutama pada fosforilasi oksidatif untuk membentuk ATP memerlukan oksigen yang banyak. Untuk menjamin ketersediaannya, otot dapat menyimpan oksigen sebagai oksimyoglobin. Otot Oksidatif, otot yang mengandung myoglobin berwarna merah karena kandungan myoglobinnya tinggi. Sedangkan otot yang glikolitik, kurang banyak mengandung myoglobin sehinga berwarna putih. Otot ini umumnya mengandung simpanan glikogen yang melimpah dan menghasilkan semua ATPnya berasal dari reaksi glikolisis. Perbedaan fungsional yang utama antara sel otot merah dan putih adalah bahwa serabut yang putih menghasilkan ATP melalui jalur reaksi yang pendek antara substrat (glukosa) dan ATP yang dihasilkan, sedangkan pada otot merah jalur dari substrat (glukosa juga) menjadi ATP disertai banyak tahapan reaksi (Glikolisis, siklus Krebsm dan transport electron) dan memerlukan proses panajng. Sebagai konsekuensinya, otot skelet yang bekerja cepat tersusun dari terutama otot putih glikolitik, sedangkan otot yang bekerja lambat seperti yang berfungsi untuk mempertahamkan tonus otot umunya merupakan otot merah oksidatif.Selama aktivitas otot, pamas akan dihasilkan sebagai prosuk sampingan dari metabolism. Hanya 40% energy yang dilepaskan pada aktivitas otot yang berguna sebagai kerja, sisanya 60% dibuang sebagai panas, kadar panas yang berbahya dicegah dengan cara radiasi/penyebaran panas dari kulit dan berkeringat.

E. Kekuatan Kontraksi Otot

Kekuatan kontraksi dipengaruhi oleh berbagai factor. Jumlah serabut otot yang berkontraksi, semakin banyak serabut motor pada otot, semakin kuat kontraksi. Ukuran relative otot, semakin besar ukurannya, semakin besar kekuatannya. Derajat regangan otot, kontraksi otot yang paling kuat adalah ketika serat otot mencapai 80%-120% dari panjang normal saat istirahat. Factor-faktor yang menentukan kekuatan otot adalah :1. Jumlah persentase unit motot yang berperan dalam kontraksi2. Jumlah relative unit yang tidak sinkron terhadap arah gerakan3. Ukuran unit motorik4. Aliran darah melalui jaringan5. Panjang serabut (myofilament overlap)6. Diameter serabut, jumlah serabut di dalam otot7. Lama aktivitas (tingkat kelelahan)8. Jenis serabut pada otot (serabut merah, putih, intermediate)9. Adanya summation, tetanus dll10. Factor intrinsic (ATPase, densitas jembatan-x)Kecepatan kontraksi ditentukan dengan kecepatan ATPase memecah ATP. Ada dua jenis serabut otot yaitu tipe cepat dan tipe lambat. Jalur pembentukkan ATP ada dua macam yaitu serabut oksidatif (menggunakan jalur aerobic) dan serabut glikolitik (menggunakan glikolisis anaerob). Dari kedua definisi tersebut bias dibedakan 3 jenis otot yaitu:1. Serat oksidatif lambat; berkontraksi pelan, mempunyai aktivitas ATPase myosin yang lambat dan tahan kelelahan.2. Serat oksidatif cepat; berkontraksi cepat, mempunyai ATPase myosin yang cepat dan mempunyai resistensi terhadap kelelahan yang moderate (pertengahan).3. Serat glikolitik cepat; berkontraksi cepat, mempunyai ATPase myosin yang cepat dan mudah lelah.Latihan aerobic menghasilkan peningkatan jumlah kapiler ototm jumlah mitokondria dan sintesis mioglobin. Latihan tahanan/beban (khususnya anaerobic) menghasilkan hipertrofi otot dan peningkatan mitochondria, myofilamen, dan simpanan glikogen. Beban pada otot unutk bekerja mendukung peningkatan kekuatan otot. Otot dapat beradaptasi terhadap peningkatan kebutuhan. Otot harus diberi beban berlebih untuk menghasilkan peningkatan kemampuan selanjutnya.Hubungan kekuatan dan perlakuan berbagai kondisiKekuatan kontraksi dipengaruhi oleh ukuran otot dan susunan otot. Ukuran unit motorik dan perekruitan unit motorik, dan panjang otot saat awal kontraksi. Latihan beban atau hambatan/tahanan (angkat beban), akan merangsang pembesaran sel akibat sintesis miofilamen yang banyak. Latihan daya tahan (senam aerobic) menghasilkan peningkatan mitokondria, glikogen dan densitas kapiler. Atrophy; penurunan ukuran otot. Otot yang tidak digunakan atau digunakan hanya dalam kontraksi lemah dapat mengalami atrophy. Hal ini akibat serabut otot secara progresif memendek, bagian tubuh dibiarkan kontraksi pada posisi berpilin. Hipertrofi terjadi jika kontraksi otot sedikitnya 75% dari tegangan maksimum.2. Sumber Energi Untuk Kontraksi Otot

Proses kontraksi-relaksasi otot mutlak memerlukan energi. Sumber energi otot untuk berkontraksi adalah dalam bentuk "mata uang energi" yaitu Adenosine Tri Phosphate (ATP). ATP adalah suatu senyawa yang jika dihidrolisis akan menghasilkan energi tinggi. Nah energi inilah yang digunakan untuk proses gerakan kontraksi-relaksasi otot. Tidak heran bahwa salah satu peran otot adalah sebagai transducer energi. Otot memiliki peran dalam perubahan energi kimia (potensial) menjadi energi mekanik (gerakan, kinetik)

ATP merupakan "mata uang energi" untuk otot

Hidrolisis ATP akan menghasilkan ADP dan Phosphat dan energi. Energi yang dihasilkan melalui proses kimia ini akan digunakan dalam pergerakan kepala myosin terhadap aktin sehingga ada mekanisme "sliding filament". ATP di dalam otot berada bebas di sitoplasma dan nantinya akan terikat pada kepala myosin. Sumber ATP di otot adalah ATP dalam bentuk bebas, proses hidrolisis kreatin fosfat, proses glikolisis dan proses fosforilasi oksidatif.

Kreatin fosfat merupakan molekul berenergi tinggi

Ketika otot dalam keadaan istirahat, otot membentuk ATP lebih dari yang dibutuhkan untuk metabolisme saat itu. ATP yang berlebih digunakan untuk mensintesis kreatin fosfat, suatu molekul kaya energi yang hanya ditemukan di otot. Enzim kreatin fosfokinase akan mentransfer fosfat energi tinggi dari ATP ke kreatin membentuk kreatin fosfat. Bila dibutuhkan, kreatiin kinase akan kembali mentransfer fosfat energi tinggi kembali ke ADP membentuk ATP. Nah ATP inilah yang akan digunakan untuk energi kontraksi.

Glikolisis tidak membutuhkan oksigen

Proses glikolisis yaitu pembongkaran glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat akan menghasilkan 2 ATP untuk satu molekul glukosa. Proses glikolisis terjadi di sitoplasma sel otot (sarkoplasma) yang membutuhkan enzim-enzim sebagai katalisator reaksi. Proses ini terjadi cepat namun hasil ATP-nya sedikit. Proses ini tidak memerlukan oksigen sehingga bisa terjadi dalam suasana anaerob (tanpa ada oksigen) atau aerob (ada oksigen). Normalnya asam piruvat yang dihasilkan oleh reaksi glikolisis akan memasuki mitokondria untuk menjalani proses selanjutnya yang disebut fosforilasi oksidatif. Bila tidak tersedia cukup oksigen maka jalur anaerobiklah yang akan dominan, asam piruvat tidak masuk ke mitokondria tetapi dimetabolisme menjadi asam laktat.

Fosforilasi Oksidatif

Apabila kadar oksigen cukup maka asam piruvat akan memasuki mitokondria dan akan teroksidasi menghasilkan energi dalam 36 ATP, energi panas, air dan CO2. Walaupun terjadi lebih lambat dari proses glikolisis, tetapi untuk satu molekul glukosa dihasilkan lebih banyak ATP yaitu 36 ATP. Sumber nutrisi untuk reaksi ini tidak hanya dari glukosa namun bisa berasal dari asam amino dan asam lemak.