Banyak reaksi biologis yang diketahui melibatkan ion logam.  Terdapat juga  berbagai logam yang dikenal sebagai unsur-unsur esensial, walaupun  perannya dalam organisme hidup masih belum jelas. Bioanorganik, yakni studi fungsi logam dalam sistem biologis dengan menggunakan pengetahuan dan metoda kimia anorganik telah  berkembang dengan pesat akhir-akhir ini. Salah satu zat bioaktif  khas yang mengandung logam:  pembawa electron yaitu, Fe: sitokrom, protein besi-belerang. Cu: pr otein tembaga biru. Sitokrom pada umumnya adalah hemoprotein yang mengandunggugus heme dan berfungsi sebagai pengusung elektron. Sitokrom dapat dijumpai dalam bentukmonomer, seperti cyt.c atau sebagai sub-unit dari kompleks enzim yang merupakan katalisatorreaksi redoks.

Sitokrom pertama kali ditemukan oleh Charles A. MacMunn pada tahun 1886, kemudian diteliti ulang oleh David Keilin pada tahun 1925 yang mengidentifikasi senyawa organik ini pada rantai transpor elektron. Menurut David Keilin, sitokrom memungkinkan terjadi kopling antara reaksioksidasi enzim dehidrogenase pada pengusung hidrogen Wieland,dengan reaksi reduksi enzim oksidase Warburg pada molekul hidrogen tersebut,oleh karena terjadi perpindahan elektron antara kedua reaksi tersebut melalui tiga buah sitokrom yang berturut-turut disebut cyt.b, cyt.c dan cyt.a.

BAB IIISI

A.       PengertianSitokrom merupakan protein pemindah elektron yang mengandung heme sebagai gugus

prostetik. Sitokrom adalah jenis protein pentransfer yang mengandung gugus heme yang atom besinya berisolasi antara Fe 3+ dengan Fe2+. Berbagai sitokrom yang ditemukan didalam rantai respirasi antara lain sitokrom aa3/oksidase, b5, c, sitokrom P450.Sitokrom yang bertahun-tahun lalu dikenal sebagai  sel pigmen yang berisi Fe-porfirin. Sitokrom menggunakan pasangan Fe3 / Fe2 dan biasanya enam koordinat, dengan dua ikatan aksial yang kuat untuk donor asam amino, dan Fe biasanya berputar rendah di kedua negara oksidasi. Hal ini bertentangan dengan ligan mengikat Fe-porfirin protein seperti hemoglobin, untuk situs koordinasi keenam adalah baik kosong atau diduduki oleh molekul H2O.

Cara yang baik untuk dipertimbangkan kemampuan transfer elektron sitokrom dengancepat, orbital d dari Fe (III) dan Fe (II) dalam arti medan ligan oktahedral untuk tumpang tindih T2G antara elektron-kaya, tetapi hampir tidak mengikat melihat orbital (yangconigurations adalah t2g5 dan t2g6 di Fe (III) dan Fe (II)) dan orbital dari porfirin itu.Elektron memasuki atau meninggalkan orbital π dengan tumpang tindih dengan orbital π *antibonding pada sistem cincin. Pengaturan ini menyediakan transfer elektronditingkatkan, karena d-orbital dari atom Fe dapat secara efektif dilakukan untukmemperpanjang tepi dari cincin porfirin, sehingga mengurangi jarak di mana perlu untuk mentransfer elektron antara mitra redoks. 

Pada sitokrom di ruang intramembrane mitokondria, di mana ia memberikan elektronsitokrom oksidase c, enzim yang ada untuk mengurangi O2 H2O pada akhir rantai pernapasan energi.

 

Metionin bukan ligan umum di metalloproteins tetapi karena merupakan donor  netral diharapkan bahwa Fe (II) menstabilkan menjadi Fe (III). Potensial reduksi sitokrom c adalah 0,26 V, di ujung atas nilai untuk sitokrom pada umumnya. Sitokrom berbeda dalam identitas ligan aksial serta struktur ligan porfirin (penunjukan a, b, c, d, ... posisi dari penyerapan maksimum di daerah tampak tapi juga berhubungan dengan variasi substituen pada cincin porfirin). Sitokrom banyak terdapat  terutama pada bagian yang dijepit antara heliks, bis-(histidin) ligan aksial. Dalam sitokrom c, tepi dari cincin porfirin terkena pelarut dan merupakan tempat yang paling mungkin untuk elektron untuk memasuki atau meninggalkan. Interaksi spesifik protein-protein adalah impor-semut untuk memperoleh pengalihan efisien electron dan daerah sekitar tepi bebas dari cincin porfirin pada sitokrom c menyediakan pola beban yang diakui oleh oksidase sitokrom c dan mitra redoks lainnya. Contoh dari hal ini sangat baik dipelajari, yaitu sitokrom c dengan ragi peroksidase sitokrom c. Dibentuk kekuatan pendorong untuk transfer elektron dari salah satu dari dua intermediet katalitik peroksidase untuk menunjukkan penurunan sitokrom c adalah sekitar 0,5. Elektrostatik interaksi, dua protein satu sama lain pada jarak tertentu, yang menguntungkan bagi elektron cepat tunneling antara sitokrom c dan dua pusat redoks pada Dase peroksidase-, kofaktor heme dan tryptophan-191.

Dalam rantai transfer elektron mitokondria menerima electron dari sitokrom c k sitokrom c1 kemudian transfer elektrin ke oksidase sitokrom c.

.B.        Pengertian Heme        Heme adalah kompleks senyawa protoporfirin IX dengan logam besi yang merupakan gugus prostetik berbagai protein seperti hemoglobin, mioglobin, katalase, peroksidase, sitokrom c dan triptophan pirolase. Heme terdiri atas bagian organik dan suatu atom besi. Bagian organik protoporfirin tersusun dari empat cincin pirol. Keempat nya terikat satu sama lain melalui jembatan metenil, membentuk cincin tetrapirol. Empat rantai samping metil, dua rantai samping vinil dan dua rantai samping propionil terikat kecincin tetrapirol tersebut. Atom besi didalam heme mengikat keempat atom nitrogen dipusat cincin protoporfirin. Atom besi dapat berbentuk fero (Fe2+) atau feri (Fe3+) sehingga untuk hemoglobin yang bersangkutan disebut juga sebagai ferohemoglobin dan ferihemoglobin atau methemoglobin. Hanya bila besi dalam bentuk fero, senyawa tersebut dapat mengikat oksigen .Contoh:heme = porfirin + Fe2+ (porfirin besi/heme)C.     Manfaat Sitokrom      Berperan dalam transfer electron. Rantai transpor elektron adalah tahapan terakhir dari reaksi respirasi aerob. Transpor elektron sering disebut juga sistem rantai respirasi atau sistem oksidasi terminal. Transpor elektron berlangsung pada krista (membran dalam) dalam mitokondria. Molekul yang berperan penting dalam reaksi ini adalah NADH dan FADH2, yang dihasilkan pada reaksi glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, dan siklus Krebs. Selain itu, molekul lain yang juga berperan adalah molekul oksigen, koenzim Q (Ubiquinone), sitokrom b, sitokrom c, dan sitokrom a.       Pertama-tama, NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2 melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh sitokrom c juga

menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron. Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen, yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor terakhir elektron. Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini lagi-lagi menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik menjadi ATP. Jadi, secara keseluruhan ada tiga tempat pada transpor elektron yang menghasilkan ATP.      Contoh-contoh sitokrom antara lain sitokrom a, sitokrom b, sitokrom c, sitokrom p450 dan lain-lain. Situs aktif dalam sitokrom P-450 adalah unit heme.besi-protoporfirin (IX) yang kompleks.  Beberapa sifat sitokrom P450 antara lain :

1.      Terlibat dalam metabolisme xenobiotik fase I(50% dari obat-obatan).2.      Terlibat dalam metabolisme senyawa endogen(steroid)3.      Semua sitokrom p450 adalah hemoprotein4.      Merupakan katalisator (mengkatalisasi 60 tipe reaksi 5.      Produk hidoksilasinya lebih larut dalam air daripada substratnya.6.      Pada beberapa keadaan produknya bersifat mutagenic/karsiogenik.7.      Dan lain-lain.

Sedangkan fungsi sitokrom P450 secara normal antara lain:1.      Hidroksilasi /penguraian obat di dalam tubuh.2.      Mengkatalisis reaksi hidroksilasi steroid (mitokondria)3.      Sistem ini ditemukan pada jaringan steroiddogenik ( korteks adrenal, testis, ovarium dan

plasenta ) serta berhubungan dengan biosistesis hormone steroid dan kolesterol 11 beta dan 18, sistemrenal mengkatalisis 1 alfa dan 24 hidroksilasi senyawa 25 hidroksikolekalsiferol.

4.      Menghidroksilasikan zat-zat senobiotik/melindungi tubuh terhadap kerusakan akibat radikal bebas.

Apabila protein sitokrom P450 tidak berfugsi dengan baik ada beberapa hal yang akan terjadi, yaitu:

1.      Gangguan interaksi obat di dalam tubuh.2.      Hiperplasi adrenal bawaan bentuk hipertensif ( beta 11 hidroksilase)3.      Penurunan sistesis kortisol4.      Rakhitis ( 25 hidroksikolekalsiferol)5.      Kekurangan pembentukan aldosteron, tetapi tidak ada gangguan sintesis kortisol dan

hormone kelamin ( 18 )6.      Radikal bebas superoksida dapat menyebabkan keracunan oksigen, 7.      Cidera sel8.      Kanker

BAB IIIPENUTUP

 Kesimpulan            Sitokrom merupakan jenis protein pentransfer yang mengandung gugus heme yang atom besinya berisolasi antara Fe 3+ dengan Fe2+.  Kebanyakan sitokrom terdapat dalam membrane mitokondria dan berfungsi terhadap metabolism tubuh. Selain berperan dalam

transfer electron dalam membrane mitokondria, sitokrom juga memiliki fungsi lain dengan berbagai jenis sitokrom. Misalnya sitokrom P450 sebagai katalisator dan membantu proses hidroksilasi atau penguraian.

Oksidase CC (bahasa Inggris: EC.1.9.3.1, cytochrome c oxidase, CcO, COX) adalah kompleks enzim dengan berkas genetik berjumlah 3 pada mitokondria dengan fungsi transfer elektron,[1] dan 10 buah pada DNA dalam inti sel eukariota.[2] ekspresi genetik pada hepatosit hewan sapi adalah :

5 fosfatidil etanolamina

3 fosfatidil gliserol

2 asam kolat

2 heme A

3 Cu

1 Mg

1 Zn

dengan 2 kanal proton yang terbentang dari matriks mitokondria menuju sitoplasma.[3]

Reaksi redoks yang berlangsung:

reaksi oksidasi:

reaksi reduksi:

Keterangan:

cyt.c adalah sitokrom c

Pada lintasan D, setelah molekul O2 terikat pada situs reduksi yang berupa kompleks Fe2+(a3) dan Cu(B), O2 segera tereduksi menjadi O2

- dan membentuk ikatan hidrogendengan CN- dan gugus OH- Tyr244 hingga memungkinkan O2

- menerima 3 tambahan elektron dari Cu1B+, Fe3+(a3), dan Tyr-OH,[4] di bawah regulasi histidina.

[5] Keempat elektron tersebut berasal dari Fe2+(c).[6] Pasokan ion H+ dibawa oleh kluster 5 molekul air,[7] dari Glu286 di dalam matriks, untuk mereduksi O2 tersebut menjadi H2O. Setelah oksigen selesai tereduksi, kelebihan ion H+ akan dihantarkan ke gugus delta-propionat dari Fe2+(a3).

Sifat hidrofobik gugus delta-propionat dan ikatan hidrogen yang dibentuknya dengan senyawa Asp51 yang terletak pada ruang antarmembran memungkinkan letupan ion H+ dari gugus tersebut sebagai reaksi oksidasi, dengan reaksi reduksi Asp51 menjadi asparagina.[5][8] 4 ion H+ diletupkan dengan daya sebesar 635 meV,[9] untuk 1 molekul O2 pada pHsekitar 8, namun mekanisme peletupan tersebut lenyap pada pH sekitar 10,5.[10]

Sitokrom, pada umumnya adalah hemoprotein yang mengandung gugus heme dan berfungsi sebagai pengusung elektron. Sitokrom dapat dijumpai dalam bentuk monomer, seperti cyt.c atau sebagai sub-unit dari kompleks enzim yang merupakan katalisator reaksi redoks.

Sitokrom pertama kali ditemukan oleh Charles A. MacMunn pada tahun 1886, kemudian diteliti ulang oleh David Keilin pada tahun 1925 yang mengidentifikasi senyawa organikini pada rantai transpor elektron.[1]

Menurut David Keilin, sitokrom memungkinkan terjadi kopling antara reaksi oksidasi enzim dehidrogenase pada pengusung hidrogen Wieland,

dengan reaksi reduksi enzim oksidase Warburg pada molekul hidrogen tersebut,

oleh karena terjadi perpindahan elektron antara kedua reaksi tersebut melalui tiga buah sitokrom yang berturut-turut disebut cyt.b, cyt.c dan cyt.a

Tubuh manusia normal memiliki suatu mekanisme keseimbangan (homeo-stasis) antara pertumbuhan

(proliferasi) dan kematian sel (cell death). Hal ini berguna untuk pertumbuhan normal. Bila salah satu

keseimbangan terganggu akan menyebabkan suatu penyakit, misalnya bila pertumbuhan sel lebih cepat dari

kematian sel maka akan menimbulkan Alzheimer dan penyakit parkison.

Apoptosis adalah kematian sel terprogram dengan tujuan untuk menghilangkan sel yang tidak

diinginkan dan mengurangi jumlah sel yang terlalu banyak, sehingga jumlah sel dalam jaringan organisme

multiseluler dapat dikendalikan. Selain itu apoptosis juga menghilangkan sel yang berbahaya bagi tubuh. Oleh

karena itu, apoptosis memiliki peranan penting untuk perkembangan, homeostasis  jaringan, dan proteksi

terhadap patogen.

Pada  sel  mamalia, saat terjadi rangsangan untuk apoptosis maka akan mengakibatkan terjadinya

peningkatan permeabilitas membran luar mitokondria  yang menyebabkan pelepasan sitokrom-c ke dalam

sitosol. Sitokrom-c berfungsi sebagai apoptosis-inducing factor (AIF) yang menginduksi terjadinya apoptosis

sel.  Sitokrom-c bersama dengan molekul adaptor Apaf-1, memicu dimerisasi dan aktivasi proenzim caspase-9.

Caspase-9 yang aktif, selanjutnya akan mengaktifkan caspase-3. Caspase-3 akan mengaktifkan beberapa target

selular, termasuk inhibitor dari caspase-activated deoxyribonuclease  (ICAD). Akibatnya akan terjadi apoptosis

inti yang ditandai  dengan  kondensasi  kromatin lanjut dan degradasi DNA oligonukleosomal. Jalur apoptosis

yang tergantung pada caspase ini dipengaruhi oleh sistem pengendalian ganda, termasuk anggota keluarga Bcl-

2  yang mempunyai pengaruh anti-apoptotik dengan menghambat pelepasan sitokrom-c, yaitu Bcl-2  dan  Bcl -

X1.  Selain itu ada anggota keluarga Bcl-2 yang  mempunyai pengaruh pro-apoptotik dengan mempermudah

pelepasan sitokrom-c, yaitu Bax dan Bid. Pengendalian apoptosis melalui jalur ini juga dilakukan oleh  IAP

(inhibitors  of apoptosis) dan smac/ DIABLO.

Mekanisme terjadinya apoptosis

Komponen-komponen yang terlibat dalam proses apoptosis, yaitu protein caspase, protein adaptor,

kelompok TNF dan TNF-R, serta kelompok protein Bcl-2. Caspase atau Cystein Aspertyl-specific

Proteasemerupakan enzim yang berperan dalam proses apoptosis. Enzim ini terdiri dari berbagai jenis yang

masing-masing memiliki pern dan fungsinya masing-masing, contohnya yaitu caspase-8 yang berperan dalam

proses apoptosis melalui jalur ekstrinsik dan caspase -9 yang berperan dalam proses apoptosis melalui jalur

intrinsik. Kelompok protein Bcl-2 ada yang berperan sebagai anti-apoptosis (Bcl-2 dan Bcl-XL) dan ada yang

berperan sebagai pro-apoptosis (Bax, Bcl-X5, Bak, dan Bad). Mekanisme aksi dari protein Bcl-2, yaitu

membentuk pori-pori, heterodimerisasi protein pro- & anti-apoptosis, regulasi caspase melalui adaptor, interaksi

dengan protein mitokondria lain, dan oligomerisasi membentuk kanal ion selektif.

1. Sitokrom

Struktur :

Sitokrom a

Sitokrom b Sitokrom c

Atom Pusat : Fe2+

Ligan : phorphyrin

Fungsi sitokrom:

- Berperan penting pada proses transpor elektron.

Pertama-tama NADH dan FADH2 mengalami oksidasi, dan elektron

berenergi tinggi yang berasal dari reaksi oksidasi ini ditransfer ke

koenzim Q. Energi yang dihasilkan ketika NADH dan FADH2

melepaskan elektronnya cukup besar untuk menyatukan ADP dan

fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian koenzim Q dioksidasi oleh

sitokrom b. Selain melepaskan elektron, koenzim Q juga

melepaskan 2 ion H+. Setelah itu sitokrom b dioksidasi oleh sitokrom

c. Energi yang dihasilkan dari proses oksidasi sitokrom b oleh

sitokrom c juga menghasilkan cukup energi untuk menyatukan ADP

dan fosfat anorganik menjadi ATP. Kemudian sitokrom c mereduksi

sitokrom a, dan ini merupakan akhir dari rantai transpor elektron.

Sitokrom a ini kemudian akan dioksidasi oleh sebuah atom oksigen,

yang merupakan zat yang paling elektronegatif dalam rantai tersebut, dan merupakan akseptor

terakhir elektron.

Setelah menerima elektron dari sitokrom a, oksigen ini kemudian bergabung dengan ion H+ yang

dihasilkan dari oksidasi koenzim Q oleh sitokrom b membentuk air (H2O). Oksidasi yang terakhir ini

menghasilkan energi yang cukup besar untuk dapat menyatukan ADP dan gugus fosfat organik

menjadi ATP.

- Mengkatalisis oksidasi senyawa endogen maupun senyawa asing.

- Pada hewan, sitokrom dapat melakukan metabolisasi senyawa asing dengan menghasilkan

metabolit yang reaktif terhadap komponen sel(toksikasi) atau tidak lagi reaktif(detoksikasi).

Kebanyakan metabolisme yang dikatalisis oleh sitokrom bakteri mengawali oksidasi senyawa

rekalsitran sehingga memungkinkan penggunaan senyawa tersebut sebagai sumber karbon.

2. Feritin [Fe(H2O)6]2+

Struktur :

Atom pusat : Fe2+

Ligan : H2O

Fungsi ferritin adalah :

- Menyimpan zat besi dalam bentuk yang aman (non-toxic) dan mengangkutnya ke daerah

yang diperlukan pada tubuh secara terkendali.

Supaya tidak berbahaya bagi tubuh, zat besi dalam konsentrasi tinggi disimpan sebagai ferric

oxide (Fe2O3) dalam keadaan kering di tengah partikel ferritin.

- Dapat mengoksidasi ion besi yang larut air.

- Dapat digunakan sebagai penanda untuk gangguan kelebihan zat besi.

Seperti hemochromatosis, hemosiderosis dan porfiria dimana tingkat feritin pada kondisi abnormal.

Tingkat feritin yang rendah juga dapat menunjukkan defiensi vitamin C dan hypotiroidisme.

- Serum feritin dapat digunakan untuk uji penyakit anemia (kekurangan zat besi).

Tubuh memiliki buffer melawan defisiensi besi (jika darah memiliki sedikit zat besi yang terlalu,

feritin dapat melepaskan lebih) dan, pada tingkat lebih rendah, kelebihan zat besi (jika darah dan

jaringan tubuh memiliki banyak zat besi yang terlalu, feritin dapat membantu untuk menyimpan

kelebihan zat besi) .

- Berperan dalam kegiatan enzim feroksidase dan oksidoreduktase, pengikatan ion besi,

pengikatan ion logam dan logam transisi.

- Mengontrol konsentrasi dan distribusi dari besi.

- Konsentrasi feritin dapat menunjukkan peningkatan respon terhadap stress seperti anoksia.