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 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: -aktinin, -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 ()

* 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 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 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 para-miosin

Komponen protein minor

Ada beberapa komponen minor

* aktinin

* 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 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

ATP

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

lanjutan

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