BIOKIMIA RESPIRASIBIOKIMIA RESPIRASI

Dr. Fransiska Lanni, MSFakultas Ilmu Kesehatan

Universitas Respati Yogyakarta

A. Aspek Biokimia RespirasiB. Transport O2 dan CO2

C. Protein Pengikat Oksigen (Hb, Mb, Cyt)D. Efektor HbE. Peran Respirasi dalam System Buffer

Sub Topik Bahasan

Kompetensi Matari kuliah : Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa diharapkan mampu 1. memahami konsep biokimiawi respirasi 2. menyebut dan mendiskripsikan mekanisme pernapasan 3. menyebut dan mendiskripsikan Protein pengikat Oksigen 4. menyebut dan mendiskripsikan effektor Hb 5. menerangkan peran respirasi dalam system buffer darah

Respirasi Respirasi ::Pertukaran gas OPertukaran gas O22 dari atmosfer dengan dari atmosfer dengan COCO22 sebagai hasil samping sebagai hasil samping metabolisme dalam tubuhmetabolisme dalam tubuh

Tujuan RespirasiTujuan Respirasi Memperoleh OMemperoleh O22 untuk metabolisme seluler (fosforilasi oksidatif) untuk metabolisme seluler (fosforilasi oksidatif)

untuk pembentukan energi selular (ATP).untuk pembentukan energi selular (ATP). Mengeluarkan COMengeluarkan CO22 sebagai hasil samping metabolisme. sebagai hasil samping metabolisme. Regulasi pH darah Regulasi pH darah CO CO22 bila bereaksi dengan H bila bereaksi dengan H22O akan menjadi asam O akan menjadi asam

yang berperan dalam keseimbangan asam basa cairan tubuhyang berperan dalam keseimbangan asam basa cairan tubuh

Komposisi udara pernapasan

-Persentase komposisi gas bervariasi untuk tiap tahapan respirasi

Mekanisme Pertukaran Gas - O2 dari udara masuk paru jantung darah arteri jaringan terjadi respirasi selular (metabolisme) - CO2 sisa metabolisme dari jaringan darah vena jantung paru expirasi

Protein Pengikat O2 1. Hemoglobin (Hb) mengikat O2 dari paru jaringan 2. Myoglobin (Mb) mengikat O2 di otot 3. Cytochrome mengikat O2 dalam mitokondria dalam transport elektron

A. Hemoglobin :- Protein fungsional pigment yg menyebabkan warna merah pada eritrosit- Terdiri dari senyawa “ Heme” dan Protein “Globin” - Berfungsi sebagai pengikat O2 dan CO2 dalam erytrosit- Total BM ± 64.500 Dalton- Jumlah kira-kira 280 juta molekul/erytrosit

1. Heme - terdiri dari Cincin porfirin yang mengandung ion Fe2+ , - berfungsi sebagai pengikat Oksigen - Setiap heme mampu

mengikat 1 molekul O2 2. Protein Globin - Terdiri dari 4 rantai polypeptida (α2β2):

* 2 rantai alpha (α) dgn 141 Asam amino & 2 rantai beta (β) dgn 146 Asam Amino

* Kesamaan komposisi AA rantai α dan β globin < 50% - Setiap rantai terikat dengan gugus prostetik heme dengan atom 1 besi ditengahnya - berfungsi untuk menstabilkan konformasi heme dalam pengikatan O2

Jenis Hemoglobin - Hb Fetal (Hb F) mayoritas Prenatal (disintesis hati & limpa) - Hb Adult (Hb A) mayoritas Postnatal dewasa (disintesis oleh Sumsum tulang merah)

Komposisi hemoglobin Dewasa: * 97,0% adalah Hb A1(α2β2) * 2,5% adalah HbA2 (α2δ2 ) * 0,5% lainnya adalah hemoglobin F (α2γ2) - jumlah besi hanya 0,35% dari berat protein keseluruhan

B. Myoglobin (Mb)- Mengikat dan menyimpan O2 di dalam sel otot MbO2

- Memberi warna merah pada otot, semakin tinggi kadar Mb maka otot makin merah- terdiri - satu rantai globin -α dengan 153 Asam amino - 1 molekul heme 1 atom besi warna merah otot - bentuk besi adalah Fe2+ (Fero) affinitas oksigen lebih tinggi dibandingkan dengan Hb sehingga mampu merebut O2 dalam kapiler (HbO2) ke jaringan (jika teroksidasi menjadi Fe3+ Methemoglobin tidak dapat mengikat O2)- Myoglobin dapat menyimpan oksigen dalam otot dan baru melepas O2 pada saat respirasi selular tinggi (di mitokondria) selama latihan (exercise)- Pada saat istirahat Myoglobin akan mengikat O2 kembali

C. Cytochrome C - protein transport elektron di membran mitokondria - Siklus Krebs (fosforilase oksidatif) - terjadi di mitokondria - menbutuhkan O2 transport electron - Protein pengangkut O2 ke dalam mitokondria Cytocrome -C

1. Pada paru - O2 dari Alveolus berdifusi ke kapiler darah; * 2-3 % terlarut dalam plasma * 97-98% berdifusi ke erytrosit terikat dengan Hb Hb O2

diangkut dalam sirkulasi (darah) oleh hemoglobin (Hb) - ikatan Hb dengan O2 bersifat reversibel - Setiap molekul Hb maksimal mampu mengikat 4 molekul O2 oxyhemoglobin

Hb + 4O2  ⇔      Hb.4O2 sering ditulis HbO8

2. Pada Jaringan Perifer - HbO2 dalam eritrosit terurai kembali menjadi Hb+ dan O2

- O2 dalam eritrosit dan plasma darah berdiffusi ke dalam sel jaringan - Pada sel otot O2 akan diikat Myglobin (Mb), setiap molekul Mb hanya mampu mengikat 1 molekul

oksigen menjadi

Mb + O2 MbO2

- Selanjutnya Oksigen masuk ke mitokondria diikat oleh Cytochrome-C sebagai aseptor ion H+ dalam oxidasi NADH dan FADH

Transport O2

- M- Menggambarkan enggambarkan prilaku prilaku Hb atau Mb mengikat dan melepas Hb atau Mb mengikat dan melepas O O22

- Semakin jenuh Hb terhadap oksigen maka afinitas makin tinggi- Semakin jenuh Hb terhadap oksigen maka afinitas makin tinggi - Hb mampu maksimal mengikat 4 O- Hb mampu maksimal mengikat 4 O2 2 jenuh (HbO jenuh (HbO88) ) - Mengikat O- Mengikat O22 asosiasi asosiasi Melepas OMelepas O2 2 dissosiasi dissosiasi

- -

Kurva Saturasi Oksigen

Transport CO2

- Kebalikan dengan Transport O2

Transport CO2

1. CO2 berasal dari metabolisme selular berdifusi dari sel ke pembuluh darah Kapiler ;

- 7% terlarut dalam plasam dalam bentuk CO2

- 93% berdifusi dalam Plasma; * 23% berikatan dengan Hb membentuk HbCO2

* 70% diubah menjadi H2CO3 oleh enzim carbonic anhydrase (CA) - selanjutnya H2CO3 akan terurai menjadi ion H+ dan HCO3

-

- H+ akan digunakan dalam sistem buffer, - ion HCO3

- akan keluar dari eritrosit bersamaan dengan masuknya ion Cl-; peristiwa pertukaran ion ini disebut “Chloride shift”

Faktor yang berpengaruh pada Afinitas Hb

- Ketika Hb terikat dengan O2 disebut Oxyhemoglobin Relaxed (R)- Jika Hb tidak mengikat O2 disebut Deoxyhemoglobin Tense (T)- Jika Fe2+ teroksidasi menjadi Fe3+ maka Hb tidak dapat mengikat O2 Methemoglobin- CO dan NO mempunyai affinitas Fe2+ lebih tinggi dari dengan O2, sehingga dapat menggantikan kedudukan O2 dalam Hb bersifat toksik

- Carbon monoxida (Carbon monoxida (COCO)) terikat secara kompetitif pada situs terikat secara kompetitif pada situs pengikatan Opengikatan O22 dan COdan CO22

- Afinitas Hb terhadap CO = 200x Afinitas Hb terhadap CO = 200x lebih besar dibandingkan dengan lebih besar dibandingkan dengan OO22

sukar lepas sukar lepas irreversibel irreversibel- Afinitas hemAfinitas hemee (tanpa globin ) terhadap CO = 25.000 x O (tanpa globin ) terhadap CO = 25.000 x O22 - Jika ada CO maka Hb tidak dapat mengikat OJika ada CO maka Hb tidak dapat mengikat O22 dan CO dan CO22

- - Batas toleransi tubuh sangat Batas toleransi tubuh sangat rendah rendah ((≤≤ 1% situs pengikatan O 1% situs pengikatan O22 ditempati CO) ditempati CO)--

Ikatan Hb dengan COIkatan Hb dengan CO

Ikatan Hb dengan CN (Sianida)Ikatan Hb dengan CN (Sianida)- CN CN dapat terikat secara idapat terikat secara irrreversibel reversibel dengan Hb dengan Hb Hb Hb-CN-CN- CN bersifat kompetitif dengan OCN bersifat kompetitif dengan O22, sehingga Hb tidak bisa mengikat O, sehingga Hb tidak bisa mengikat O22

- Dengan - Dengan metHbmetHb, , CNCN-- akan membentuk Cy akan membentuk CyanmetHb (tidak dapat anmetHb (tidak dapat direduksi)direduksi)- PPengikatan Hb denganengikatan Hb dengan CN CN-- dalam waktu singkat dalam waktu singkat - - mengganggu transpor Omengganggu transpor O22 ke selke sel - menghambat aktivitas Cytochrome Oksidase - menghambat aktivitas Cytochrome Oksidase respirasi oksidatif respirasi oksidatif tergangguterganggu

- Jika Jika FeFe2+2+ teroksidasi m teroksidasi menenjjaaddii Fe Fe3+3+, , maka Hb maka Hb ttiiddaak dk daappaat mengikat Ot mengikat O22 maka harus selalu direduksi menjadi Femaka harus selalu direduksi menjadi Fe2+2+ dengan bantuan enzim dengan bantuan enzim MetHb-ReductaseMetHb-Reductase

- - Penyebab terbentuknya MetHb:Penyebab terbentuknya MetHb: 1. 1. SSenyawa sulfonamidaenyawa sulfonamida (-S(=O) (-S(=O)22-NH-NH22,, obat golongan Sulfa)obat golongan Sulfa) DDpt mengoksidasi Fept mengoksidasi Fe2+2+ →→ Fe Fe3+3+

2. K2. Kelainan herediter HbM (elainan herediter HbM (AA HAA Histidin F8istidin F8 diganti diganti AA TyAA Tyrosin)rosin) 3. M3. Menurunnya aktivitas enzenurunnya aktivitas enzim im metHbmetHb reduktasereduktase yyanang g berperan untuk me berperan untuk mereduksireduksi FeFe3+3+ →→ Fe Fe2+2+

MMethemoglobin (MetHb)ethemoglobin (MetHb)

- Komponen Komponen yang berpengaruh pada kapasitas afinitas Hb terhadap O yang berpengaruh pada kapasitas afinitas Hb terhadap O22

Terdiri dari Terdiri dari * * efektor positifefektor positif - meningkatkan affinitas Hb terhadap Oksigen- meningkatkan affinitas Hb terhadap Oksigen - menggeser kurva saturasi ke kiri- menggeser kurva saturasi ke kiri ex : - Oksigen (di Paru-Paru)ex : - Oksigen (di Paru-Paru)

* * efektor negatif efektor negatif - menurunkan affinitas Hb terhadap Oksigen - menurunkan affinitas Hb terhadap Oksigen oksigen mudah lepas oksigen mudah lepas (jaringan)(jaringan) - menggeser kurva saturasi ke kanan- menggeser kurva saturasi ke kanan ex. - Enzim 2,3-biphosphogliserat (2-3-BPG)ex. - Enzim 2,3-biphosphogliserat (2-3-BPG) - H- H++

- CO- CO22

Efektor Hb Efektor Hb

Efektor NegatifEfektor Negatif1.1. Enzim Enzim 2,3- 2,3- BisphosphoglyseratBisphosphoglyserat (2,3-BPG) (2,3-BPG) - terdapat di dalam erytrosit- terdapat di dalam erytrosit - berperan dalam proses glykolisis dlm sitopalsma - berperan dalam proses glykolisis dlm sitopalsma

- menurunkan affinitas Hb terhadap O- menurunkan affinitas Hb terhadap O22

* * PaPaddaa Hb Hb FFetaletal (Hb F) kadar enzim (Hb F) kadar enzim 2,3-BPG 2,3-BPG rendahrendah afinitas afinitas HbFHbF terhterhaaddaap Op O2 2 meningkat meningkat * * PadaPada tempat yg tempat yg tinggitinggi, , konsentrasi:konsentrasi: HbHb, , 2,3-BPG2,3-BPG dan dan eritrosit eritrosit meningkat meningkat ssehinggaehingga af afffinitas Hbinitas Hb terhterhaaddaap Op O2 2 menurunmenurun terjadi terjadi pelepasan Opelepasan O22 keke jaringan jaringan

2. 2. IIon Hydrogenon Hydrogen - jika ion H+ meningkat - jika ion H+ meningkat pH darah menurun pH darah menurun - affinitas Hb terhadap - affinitas Hb terhadap OO2 2 menurunmenurun efek Bohr efek Bohr

3. I3. Ikatan kovalen dengan katan kovalen dengan COCO2 2

- - CO CO22 hhaassiil metabolisme di jaringan l metabolisme di jaringan didalam eritrosit sebagian akan didalam eritrosit sebagian akan terikat dengan Hb terikat dengan Hb carbaminohemoglobin ( carbaminohemoglobin (HbHbCOCO22))

Efektor Negatif……….lanjutanEfektor Negatif……….lanjutan

Peran Respirasi dalam Buffer DarahPeran Respirasi dalam Buffer Darah

System Buffer darah terdiri dari : 1. Protein plasma 2. Buffer hemoglobin 3. Bikarbonat 4. Buffer fosfat

Keseimbangan Asam-Basa Darah

• Agar reaksi kimia dapat berjalan lancar pH darah harus dipertahankan dalam kisaran 7.35 -7.45 * Berada diluar kisaran ini dapat mengancam jiwa, karena metabolisme /reaksi biokimiawi terganggu • Untuk mempertahankan kisaran pH tersebut maka berperan - system buffer (beraksi dlm beberapa detik) - respirasi (beraksi dlm 1-3 menit) - ginjal (beraksi dlm jam sampai hari)* Jika pH darah berada di bawah 7, 35 (acidemia) acidosis di atas 7, 45 (alkalidemia) alkalosis

Korelasi antara Kadar (Tekanan) CO2 dgn pH

Homeostatis (pH 7,35-7,45) pada P CO2 40-45 mm Hg

Acidosis (pH < 7,35) jika P CO2 > 40-45 mm Hg (ex hipoventilasi) Alkalosis (pH > 7,45 jika P CO2 < 40-45 mm Hg (ex hyperventilasi)

Gangguan Keseimbangan Asam Basa (1)

Alkalosis dan Acidosis Respiratory - Agar pH darah tetap dalam kisaran 7,35-7,45 maka Tubuh harus mempertahankan ratio HCO3

-/H2CO3 20 :1 - Jika pola napas terganggu maka dapat terjadi : Alkalosis respiratory - disebabkan oleh hyperventilasi - jumlah CO2 dalam plasma menurun PCO2 menurun pH naik - tindakan : pemberian CO2 atau udara habis napas

Acidosis respiratory - disebabkan hypoventilasi - jumlah CO2 dalam plasma meningkat PCO2 meningkat pH turun tindakan : pemberian HCO3

- via intravena

Peran Respirasi dalam System Buffer Darah Peran Respirasi dalam System Buffer Darah - H2CO3 terbentuk atas bantuan enzim karbonat anhidrase, yang dapat terurai menjadi

H2CO3 → H+ + HCO3-

- pH darah 7,35 – 7,45 (± 7,4) → ratio HCO3- / CO2 = 20 : 1

- pH < 7,35 acidosis respiratorik * hypoventilasi PCO2 meningkat pH menurun

- pH > 7,45 alkalosis respiratorik * hyperventilasi PCO2 menurun, pH meningkat

Kompensasi Acidosis

- Dalam keadaan acidosis maka laju dan kedalaman nafas ditingkatkan (hyperventilasi)- Jumlah CO2 yang dikeluarkan dari napas meningkat, maka PCO2 turun dari normal pH akan meningkat- Ginjal akan membuang ion H+ melalui urin pH meningkat- Bikarbonat akan terbentuk menaikkan pH- Acidosis terkompensasi dan pH adarh terkoreksi

Kompensasi Alkalosis

-Dalam keadaan alkalosis maka laju dan kedalaman nafas menurun (hypoventilasi)-Jumlah CO2 yang dikeluarkan dari napas menurun, maka PCO2 meningkat pH akan menurun- Ginjal akan membuang bikarnonat (HCO3

-) pH menurun- Alkalosis terkompensasi pH terkoreksi

TERIMA KASIH