Mineral

BIOKIMIA

Oleh

Abdul Mu’ti132 308 624

Program Studi Kedokteran UmumUniversitas Mulawarman

Samarinda2007

MINERAL

Mineral memegang peranan penting dalam pemeliharaan fungsi tubuh baik pada

tingkat sel, jaringan, organ dan tubuh secara keseluruhan. Mineral berperan dalam

berbagai tahap metabolisme, terutaa sebagai kofaktor dalam aktivitas enzim.

Keseimbangan ion-ion mineral dalam cairan tubuh diperlukan untuk pengaturan kerja

enzim, pemeliharaan keseimbangan asam-basa, membantu transfer ikatan-ikatan penting

melalui membrane sel serta pemeliharaan kepekaan otot dan saraf terhadap stimulus.

Sebanyak 24 mineral dianggap esensial. Mineral digolongkan sebagai makro-

mineral dan mikro-mineral (trace element). Makro-mineral adalah mineral yang

dibutuhkan tubuh dalam jumlah lebih dari 100 mg sehari, sedangkan mikro-mineral

dibutuhkan kurang dari 100 mg sehari. Jumlah mikro-mineral dalam tubuh kurang dari

15 mg.

Yang termasuk makro-mineral antara lain natrium, klorida, kalium, kalsium,

fosfor, magnesium dan sulfur. Sedangkan mikro-mineral antara lain adalah besi, cuprum,

zinc, mangan, iodium, selenium dan fluorida.

Sumber paling baik mineral adalah makanan hewani, kecuali magnesium yang

lebih banyak terdapat di dalam makanan nabati. Makanan hewani mempunyai

ketersediaan biologik lebih tinggi daripada makanan nabati, serta mengandung bahan

pengikat-mineral yang lebih sedikit.

Absorbsi, Transpor & Ekskresi Mineral

Faktor yang menentukan tingkat absorbsi mineral adalah kebutuhan fisiologis

akan mineral tersebut saat dikonsumsi. Namun selain itu juga dipengaruhi berbagai

faktor lain. Jumlah yang tertera sebagai kandungan mineral setiap makanan, belum tentu

mencerminkan jumlah yang dapat diabsorbsi.

Kebanyakan mineral mempunyai berat molekul dan muatan yang sama, yang

menyebabkan mineral-mineral tersebut saling berkompetisi dalam absorbsi, sekaligus

dalam bioavailabilitas dan metabolismenya. Jumlah mineral yang berlebih dapat

berpengaruh pada absorbsi dan metabolisme mineral lain. Misalnya, kandungan zinc

yang banyak dalam diet dapat menghambat absorbsi cuprum.

Bioavailabilitas mineral juga sangat dipengaruhi senyawa non-mineral dalam

diet. Komponen fiber seperti phytic acid (phytate) dan asam oksalat pada sejumlah

makanan serealia dapat membatasi absorbsi mineral tertentu, dengan membentuk ikatan

kimiawi dan menjadikan mineral tersebut sulit dilepaskan selama proses digesti.

Sejumlah vitamin dapat meningkatkan absorbsi mineral, seperti vitamin C yang

dapat meningkatkan absorbsi besi, demikian juga vitamin D pada absorbsi kalsium,

fosfor dan magnesium.

Sekali diabsorbsi, mineral ditranspor oleh darah dalam bentuk ion bebas atau

terikat protein, mineral dan senyawa lain. Kalsium misalnya, dalam darah terdapat

sebagai ion Ca2+ dan terikat protein darah seperti albumin. Mikro-mineral banyak yang

mempunyai protein pengikat spesifik, dalam proses perjalanannya dari sel enterosit

tempatnya diabsorbsi sampai memasuki sirkulasi darah.

Ekskresi mineral terutama lewat urine. Ketika fungsi ginjal mengalami gangguan

atau kegagalan maka intake mineral harus dibatasi untuk menghindarkan toksisitas

mineral. Beberapa mineral dapat keluar ke saluran cerna lewat cairan empedu dan

selanjutnya keluar bersama feses.

KALSIUM

Kalsium merupakan mineral yang paling banyak terdapat dalam tubuh,

jumlahnya sekitar 1,5-2% berat badan. Tulang dan gigi menyimpan 99% kalsium total

tubuh, sementara hanya 1% yang didistribusi dalam cairan intraselular dan ekstraselular.

Digesti, Absorbsi dan Transpor Kalsium

Kalsium diabsorbsi hanya dalam bentuk terionisasi (Ca2+). Karena dalam

makanan kalsium terdapat sebagai garam tak larut (insoluble), maka ikatan garamnya

harus dilepaskan terlebih dahulu. Kalsium dapat larut dalam waktu 1 jam pada pH asam

di lambung, namun dalam usus halus yang alkali kalsium dapat membentuk kompleks

ikatan lagi sehingga bioavailabilitasnya berkurang.

Terdapat 2 mekanisme transpor yang bertanggung jawab dalam absorbsi kalsium

di sepanjang usus halus. Mekanisme pertama yang berfungsi di duodenum dan proksimal

jejenum adalah calcitriol-dependent calcium transport yang melibatkan calbindin

(calcium-binding protein; CBP). Calcitriol tak lain adalah 1,25-dihidroksikolekalsiferol

atau vitamin D. Absorbsi kalsium yang diinduksi calcitriol ini melibatkan perubahan

komposisi dan topologi lipid membran serta stimulasi sintesis calbindin. Sistem transpor

ini dapat terstimulasi karena ingesti diet yang rendah kalsium (intake <400 mg) atau pada

pertumbuhan, kehamilan dan laktasi dimana kebutuhan kalsium meningkat.

Absorbsi aktif ini terbagi dalam tahap: transpor melewati membran brush border,

perpindahan intraselular, dan ekstrusi melewati membrana basolateral. Transpor lewat

sel usus (enterosit) dapat dilakukan melalui difusi langsung atau transpor aktif yang

membutuhkan protein pengangkut calbindin D9k. Calbindin D9k tidak hanya memfasilitasi

asorbsi brush border tapi juga sebagai protein transpor yang membawa kalsium melintasi

sitopasma ke membrana basalis untuk dikeluarkan ke sirkulasi. Protein pengikat kalsiun

lain seperti calmodulin juga memfasilitasi pengangkutan intraselular kalsium.

Pengeluaran kalsium dari enterosit ke cairan ekstraselular membutuhkan

Ca2+Mg2+ATPase, enzim yang menghidrolisis ATP dan melepaskan energi untuk

pertukaran Ca2+ keluar sel dan Mg2+ masuk. Pompa Ca2+Mg2+ ini tergantung ATP dan

distimulasi oleh vitamin D. Pertukaran kalsium dengan natrium juga bisa terjadi pada

proses ekstrusi di membrana basolateral ini, namun kontribusinya kecil sekali.

Mekanisme kedua absorbsi kalsium berlangsung di sepanjang usus halus, tapi

terutama di jejenum dan ileum. Proses ini berlangsung pasif dan non-saturable. Absorbsi

paraselular pasif berlangsung saat diet konsentrasi kalsium tinggi. Jumlah kalsium yang

diabsorbsi lewat mekanisme paraselular yang nonsaturable ini tergantung pada suplai

kalsium di lumen usus, diatas batas ambang, yang dengan ini peningkatan absorbsi

dimungkinkan dengan meningkatnya intake mineral tersebut. Pengangkutan intraselular

dalam enterosit dan ekstrusinya melewati membrana basolateral berangsung seperti

sebelumnya.

Usus besar juga berperan dalam absorbsi kalsium. Bakteri yang berada di kolon

mampu melepaskan ikatan kalsium dengan serat-serat yang terfermentasi seperti pektin.

Sekitar 4 – 10% kalsium yang dimakan diabsorbsi lewat kolon setiap harinya, yang

jumlahnya dapat lebih tinggi bila absorbsi pada usus halus kurang.

Kalsium ditranspor dalam darah dalam 3 bentuk: sekitar 40% terikat protein

utamanya albumin dan prealbumin, hingga sekitar 10% dalam bentuk kompleks dengan

sulfat, fosfat atau sitrat, dan sekitar 50% ditemukan dalam ion bebas (terionisasi).

Fungsi Kalsium

Kalsium berperan dalam mineralisasi tulang, hampir 99% kalsium total tubuh

terdapat sebagai tulang dan gigi. Sekitar 60 – 66% berat tulang merupakan mineral dan

dari jumlah itu sebagian besar terdiri dari kalsium dan fosfor meskipun juga ada fluorida,

magnesium, natrium, kalium, strontium dan gugus hidroksil.

Pada proses mineralisasi kalsium dan mineral lain berpindah dari darah ke cairan

tulang kemudian terikat pada protein tulang dan substansi dasar. Kalsium pertama-tama

terdapat sebagai Ca2+ dan/atau dalam bentuk kalsium amorf (non-kristal atau miskin

kristalin) yang nantinya terkonversi menjadi senyawa yang lebih mengandung kristalin.

Osteoblast kemungkinan mensekresi sejumlah komponen ke permukaan tulang yang

menyebabkan presipitasi atau deposisi kalsium dan mineral lain. Selanjutnya

berlangsung proses kalsifikasi dan mineralisasi matriks tulang, yang mekanismenya

belum banyak dipahami. Sedangkan osteoklast berfungsi meresorbsi komponen tulang.

Osteoklast mengandung lisosom yang melepaskan senyawa asam, protease, hidrolase

enzim-enzim lain yang mampu memecah ikatan protein dan matriks tulang serta

mengurai kompleks kompleks amorf mineral. Osteoklast berperan penting membantu

kontrol ketat kadar kalsium dalam darah selama intake kalsium yang inadekuat.

Sejumlah kecil (1%) kalsium ditemukan di intraselular di organel-organel sel

maupun di ekstraselular seperti dalam darah, limfe dan cairan tubuh. Dari kalsium yang

terdapat dalam darah, sekitar 50% dalam bentuk terionisasi (Ca2+) merupakan komponen

yang aktif. Artinya fungsi pengaturan jumlah kalsium dilakukan oleh <0,5% dari kalsium

total tubuh. Kalsium non-osseus justru memiliki fungsi esensial dalam sejumlah proses

tubuh seperti konduksi saraf, pembekuan darah, kontraksi otot, regulasi enzim dan

permeabilitas membran.

FOSFOR

Fosfor sekitar 0,8 – 1,2% berat badan. Dari fosfor total tubuh sekitar 85%

terdapat di tulang, 1% di darah dan cairan tubuh, dan sisanya 18% di jaringan lunak.

Dalam tubuh fosfor ditemukan sebagai kompleks dengan senyawa inorganik atau

organik.

Digesti, Absorbsi, Transpor dan Penyimpanan Fosfor

Sebagian besar fosfor diabsorbsi dalam bentuk inorganik. Dari bentuknya yang

berikatan dengan senyawa organik, fosfor dihidrolisis secara enzimatis dalam lumen usus

halus menghasilkan fosfat inorganik.

Fosfat inorganik tersebut diabsorbsi di sepanjang usus halus, utamanya di

duodenum dan jejenum. Antara 50 – 70% fosfor diet yang diabsorbsi, paling tinggi

absorbsinya pada diet hewani dan paling rendah pada makanan yang mengandung

phytate. Fosfor diabsorbsi melalui 2 cara yakni :

a. mekanisme saturable carrier-mediated active transport yang tergantung natrium

dan dapat ditingkatkan dengan keberadaan calcitriol

b. mekanisme difusi yang dipengaruhi konsentrasi

Fosfor diabsorbsi dengan cepat dari lumen usus dan masuk dalam sirkulasi hanya

dalam hitungan 1 jam. Fosfor ditemukan dalam darah dalam bentuk organik dan

inorganik. Sekitar 70% sebagai fosfat organik seperti fosfolipid dalam lipoprotein, 30%

sisanya dalam bentuk senyawa HPO42-, H2PO4- dan PO4

3-. Sejumlah fosfat iorganik terikat

dengan mineral lain seperti kalsium, magnesium atau natrium.

Fosfat yang berada di sirkulasi ekuilibrium dengan fosfat inorganik di tulang dan

di sel, yang dengan ini bentuk fosfat organik dibentuk dalam metabolisme intermediat.

Antara 67-90% fosfor diekskresi dalam bentuk inorganik lewat urine, sedangkan

sisanya 10-33% diekskresi lewat feses.

Fungsi Fosfor

Fosfor memiliki banyak fungsi dalam tubuh, misalnya dalam mineralisasi tulang,

transfer dan penyimpanan energi, pembentukan asam nukleat, komponen struktural

membran sel dan dalam keseimbangan asam-basa.

MAGNESIUM

Kandungan magnesium dalam tubuh sekitar 0,05% berat badan, hampir 55-60%

terdapat di tulang, 20-25% di lunak dan sekitar 1% di cairan ekstrasel.

Absorbsi dan Transpor Magnesium

Absorbsi magnesium berlangsung di sepanjang usus halus, utamanya di

duodenum dan ileum. Sistem transpor yang bertanggung jawab untuk absorbsi

magnesium adalah :

a. saturable carrier-mediated active transport yang bekerja utamanya saat intake

magnesium rendah

b. difusi langsung yang bekerja terutama bila intake tinggi

Kolon juga berperan dalam absorbsi magnesium, khususnya pada penyakit yang

mempengaruhi absorbsinya di usus halus.

Sekitar 40-60% magnesium dapat diabsorbsi pada intake rata-rata. Absorbsinya

menurun hingga 11-35% pada intake sekitar 550-850 mg magnesium, dan menjadi lebih

efisien hingga 75% bila status magnesium tubuh kurang atau intake rendah.

Efluks magnesium keluar sel enterosit diperantarai oleh protein pengangkut yang

natrium-dependent dan energy dependent.

Magnesium di plasma terdapat sebagai ion bebas (50-55%), terikat protein (30%)

dan kompleks dengan sitrat, fosfat, sulfat atau ion lain (13%). Pada magnesium yang

terikat protein terbanyak dalam bentuk terikat albumin dan sisanya dengan globulin.

Konsentrasi magnesium dalam plasma dijaga pada nilai yang konstan antara 1,6 – 2,2

mg/L, melalui mekanisme homeostatik yang lebih banyak tergantung pada faktor

absorbsi gastrointestinal, ekskresi renal dan fluks kation transmembran daripada oleh

kontrol hormonal.

Ekskresi Magnesium

Magnesium sebagian besar diekskresi lewat ginjal. Setelah proses filtrasi, sekitar

65% magnesium akan diabsorbsi kembali di loop Henle dan 20-30% di tubulus

proksimal, sehingga hanya sekitar 5% saja yang diekskresi dalam urine.

Sejumlah magnesium yang terdapat di feses mencerminkan magnesium yang

tidak dapat diabsorbsi dan yang berasal dari magnesium endogen. Sekitar 25-50 mg

setiap harinya magnesium endogen yang diekskresikan lewat feses.

Fungsi Magnesium

Antara 55-60% magnesium dalam tubuh ditemukan di tulang. Magnesium yang

tidak menjadi penyusun tulang dapat ditemukan dalam cairan ekstraselular (1%), di

jaringan lunak utamanya otot (25%) serta pada organ hepar dan ginjal. Dalam struktur

sel, magnesium terikat fosfolipid yang menyusun membran sel dengan menyokong

stabilisasi membran. Magnesium juga terkait dengan sintesis asam nukleat dan protein

enzim, diperlukan pada lebih 300 reaksi enzim berbeda baik sebagai komponen kofaktor

maupun sebagai aktivator allosterik untuk kerja enzim.

Sampai 90% magnesium intraselular berkaitan dengan ATP atau ADP dan

enzim-enzimnya. Berikut berbagai proses dalam tubuh yang membutuhkan peran

magnesium:

1. Glikolisis, sebagai bagian enzim heksokinase dan fosfofruktokinase

2. HMP shunt, berperan pada reaksi transketolase

3. Pembentukan kreatin-fosfat (CP), sebagai bagian enzim kreatin kinase

4. Reaksi β-oksidasi, yang diinisiasi oleh enzim thiokinase (asil KoA sintetase)

5. Kerja alkalin fosfatase dan pirofosfatase

6. Sintesis asam nukleat

7. Sintesis dan degradasi DNA

8. Aktivasi asam amino

9. Sintesis protein (misalnya dalam agregasi ribosom dan pengikatan messenger

RNA pada subunit ribosom)

10. Kemampuan kontraktil jantung dan otot polos

11. Proses koagulasi dan reaktivitas vaskular

12. Pembentukan cAMP melalui kerja adenilat siklase, yang dengan sendirinya juga

berperan dalam memperantarai kerja sejumlah hormon

13. Pegaturan ion channel, khususnya kalium channel.

NATRIUM

Natrium adalah kation utama dalam cairan ekstraselular, sekitar 35-40% natrium

adalam kerangka tubuh. Cairan saluran cerna, cairan empedu dan cairan pancreas

mengandung banyak natrium. Sumber utama natrium adalah garam dapur (NaCl).

Absorbsi, Transpor dan Ekskresi Natrium

Hampir seluruh natrium yang dikonsumsi akan diabsorbsi, terutama di usus

halus. Natrium diabsorbsi secara aktif, selanjutnya dibawa aliran darah ke ginjal untuk

disaring dan dikembalikan lagi ke aliran darah dalam jumlah yang cukup untuk

mempertahankan kadar natrium dalam darah. Kelebihannya dieksresi melalui urine,

sekitar 90-99% dari yang dikonsumsi. Eksresinya diatur oleh hormon aldosteron.

Fungsi Natrium

Sebagai kation utama cairan ekstraselular, natrium menjaga keseimbangan cairan

dalam kompartemen tersebut. Pengaturan tekanan osmosis sebagian besar oleh peran

natrium sehingga cairan tidak keluar dari darah dan masuk ke dalam sel-sel. Natrium

menjaga keseimbangan asam basa dalam tubuh dengan mengimbangi za-zat yang

membentuk asam.

KALIUM

Kalium merupakan kation intraselular yang utama. Kandungan kalium setidaknya

hingga 0,35% berat badan, dan 95%-98% ditemukan berada dalam sel.

Absorbsi dan Transpor Natrium

Mekanisme absorbsi kalium belum banyak diketahui. Dari mekanisme transpor di

usus yang dapat diidentifikasi, lebih dari 90% kalium yang dimakan akan diabsorbsi.

Namun tidak jelas dimana absorbsi itu berlangsung, kemungkinan usus halus dan kolon

masing-masing berperan besar.

Ion K+ dapat diabsorbsi melewati membran sel brush border pada mukosa kolon

dengan bantuan pompa K+/H+-ATPase, yang akan mempertukarkan ion H+ dengan K+

lumen. Dengan mekanisme ini pula ion Cl- disekresi ke dalam lambung dengan bantuan

Cl- channel memanfaatkan ion H+ tadi. Demikian pula K+ memasuki sel lewat membran

apikal channel yang juga berfungsi sebagai jalur sekresi.

Untuk bisa masuk ke dalam sirkulasi darah, K+ diakumulasi dalam sel baru

kemudian berdifusi melintasi membrana basolateral lewat K+ channel.

Fungsi Kalium

Kalium berperan dalam kontraktilitas otot polos, otot skelet dan otot jantung serta

eksitabilitas jaringan saraf. Juga penting dalam mempertahankan keseimbangan pH dan

elektrolit.

KLORIDA

Klorida merupakan anion yang paling banyak jumlahnya pada cairan ektraselular,

dengan kira-kira 88% terdapat di cairan intravaskular dan 12% dalam cairan interselular.

Fungsi klorida terutama dalam menjaga keseimbangan elektrolit. Muatan negatifnya

akan menetralkan muatan positif ion natrium, sehingga selalu didapatkan bersama

natrium. Jumlah klorida total dalam tubuh sebanding dengan jumlah natrium, sekitar

0,15% berat badan.

Absorbsi, Transpor dan Sekresi Klorida

Klorida sebagian besar diabsorbsi sempurna di usus halus. Absorbsi korida

sepenuhnya mengikuti absorbsi natrium untuk menjaga netralitas muatan (electrical

neutrality), namun lewat mekanisme absorbsi yang berbeda. Misalnya pada sistem ko-

transpor Na+-glukosa, maka klorida diabsorbsi secara pasif lewat jalur paraselular atau

jalur tight junction mengikuti absorbsi natrium yang berlangsung secara aktif. Ion Na+

yang diabsorbsi akan membentuk gradien elektrik yang menyediakan energi untuk difusi

masuk ion Cl-.

Sistem ko-transpor elektroneural Na+/Cl- juga berkontribusi dalam perpindahan

klorida ke dalam sel mukosa. Bahkan mekanisme absorbsi Na+ secara elektrogenik juga

berkaitan erat dengan klorida, yang untuk menjaga netralitas elektrik maka absorbsinya

mengikuti natrium yang diabsorbsi pasif lewat transpor paraselular tersebut.

Mekanisme sekresi elektrolit-elektrolit kedalam saluran pencernaa terpusat pada

keberadaan klorida, yang merupakan produk sekresi utama pada lambung dan kelenjar

usus. Mekanisme yang dikenali adalah sekresi Cl- secara elektrogenik. Hanya ion klorida

yang secara aktif disekresi epitel usus dan perpindahannya dapat dikontrol dengan

perubahan potensial elektrik.

Sel akan mengambil korida dari darah melewati membran basolateral melalui

mekanisme ko-transpor Na+/K+/Cl-. Gradien tertentu dipertahankan dengan bantuan

pompa Na+/K+-ATPase, yang menjaga konsentrasi rendah natrium di intraselular.

Sementara itu kalium channel pada membran basolateral membuat kalium berpindah lagi

keluar sel. Sehingga klorida yang terakumulasi dalam sel akan keluar lewat membran

apikal ke lumen usus melalui Cl- channel.

Ekskresi Klorida

Klorida diekskresi melalui 3 rute utama yakni saluran pencernaan, kulit dan

ginjal; sepenuhnya mengikuti rute pengeluaran natrium. Ekskresi lewat saluran

pencernaan sangat kecil, sekitar ~1 s/d 2 mEq/hari, dan sebagian mesar merupakan

klorida yang sebelumnya tidak dapat diabsorbsi. Kehilangan lewat kulit sifatnya esensial

seperti halnya dengan natrium, normalnya dalam jumlah sedikit kecuali pada suhu panas

dan olahraga berat. Rute utama adalah lewat ginjal, yang mekanisme pengaturannya

secara tidak langsung dikendalikan oleh pengaturan natrium.

Fungsi Klorida

Selain perannya sebagai elektrolit utama, klorida memiliki juga fungsi penting

lain. Sintesis cairan lambung memerlukan klorida, yang disekresi bersama proton-proton

dari sel parietal lambung. Klorida dilepaskan sel darah putih selama proses fagositosis

untuk membantu destruksi substansi asing. Klorida juga bekerja sebagai anion penukar

terhadap ion HCO3- pada sel darah merah. Kadang juga berlaku sebagai chloride shift

yang berfungsi dalam transpor balik CO2 ke paru dalam bentuk HCO3-.

IODIUM

Iodium secara khas ditemukan dan berperan dalam bentuk ion iodida (I -). Sekitar 15-20

mg iodida ditemukan dalam tubuh.

Digesti, Absorbsi, Transpor dan Penyimpanan

Iodium (I) diet terdapat dalam bentuk terikat dengan asam amino atau dalam

bentuk ion bebas, utamanya iodat (IO3-) atau iodida (I-). Saat proses digesti, iodat

direduksi menjadi iodida oleh gluthation.

Iodida diabsorbsi dengan cepat dan sempurna di sepanjang saluran cerna bahkan

sejak di lambung, namun sejumlah kecil iodida masih dapat ditemukan dalam feses.

Asam amino teriodinasi dan bentuk organik lain iodida juga diabsorbsi, tapi tidak

seefisien ion iodida. Hormon tiroid tiroksin (T4) dan triidotironin (T3) dapat diabsorbsi

tanpa perubahan, dengan avaialabilitas sekitar 75% sehingga T4 dapat diberikan secara

oral.

Setelah diabsorbsi iodida bebas masuk kedalam darah. Iodida didapatkan di

semua cairan ekstrasel karena bersifat permeable di semua jaringan, tapi terutama

terkonsentrasi di kelenjar tiroid sekitar 70-80% total iodida tubuh. Tiroid menangkap

iodida melalui suatu sistem transpor aktif yang tergantung-natrium untuk mengatasi

gradien iodida yang 40-50 kali lipat konsentrasinya daripada di plasma.

Fungsi Iodium

Fungsi utama iodida adalah untuk sintesis hormon tiroid tiroksin (T4) dan

triiodotironin (T3) kelenjar tiroid. Folikel-folikel tiroid terisi koloid yang merupakan

material proteinaceous. Baik asam amino maupun iodida diperlukan dalam hormon

tiroid.

BESI

Absorbsi Besi

Besi terdapat pada binatang dan tumbuhan sebagai besi heme dan besi non-heme.

Binatang mengandung kedua bentuk tersebut, tetapi tumbuhan hanya mempunyai besi

non-heme.

Efisiensi absorbsi besi heme pada saluran cerna hanya 25-35%, sedangkan besi

non-heme adalah 2-20%. Hal ini menimbulkan pemikiran bahwa kandungan besi tubuh

diatur terutama pada tingkat absorbsi.

Besi diabsorbsi pada duodenum sebagai ion ferro (Fe2+) dan heme. Bentuk ion

melalui mekanisme protein transpor metal transmembran, sedangkan mekanisme

transpor bentuk heme masih belum diketahui. Transfer dari sel mukosa ke kapiler bed

adalah melalui penggabungan ion ferro kepada protein transmembran ferroportin-

hephaesin.

Metabolisme Besi

Kandungan besi dalam tubuh manusia sebagian besar (duapertiga) terdapat dalam

sel darah merah sebagai pigmen hemoglobin pengikat oksigen yang berfungsi membawa

oksigen ke jaringan.

Besi sangat penting dalam transportasi dan keterlibatan oksigen pada berbagai

proses biokimia. Logam ini terdapat dalam tubuh sebagai ferro (Fe2+) atau ferri (Fe3+).

Besi mempunyai afinitas terhadap atom-atom elektronegatif seperti oksigen, nitrogen,

dan sulfur. Atom-atom tersebut menyediakan elektron yang membentuk pengikatan

dengan besi.

Pada kondisi fisiologis, besi terdapat dalam bentuk hemeprotein dan

nonhemeprotein. Tidak ada besi bebas dalam serum, kecuali jika terjadi kelebihan besi.

Yang termasuk hemeprotein antara lain ialah; hemoglobin, myoglobin, katalase,

peroksidase, triptopan pirolase, prostaglandin sintase, guanilat siklase, NO sintase,

mikrosomal dan sitokrom mitokondria. Nonhemeprotein terdiri dari; transferin, feritin,

berbagai enzim redoks dengan kandungan besi pada situs aktifnya, dan protein besi-

sulfur.

Kandungan besi dalam berbagai kompartemen tubuh sangat bervariasi seperti

terlihat pada tabel dibawah ini.

Distribusi besi pada seorang pria dewasa 70-kg (Murray, 2003)

TransferinHemoglobin dalam sel darah merahMyoglobin dan berbagai enzimFeritin dan hemosiderinAbsorpsiKehilangan

3 – 4 mg 2500 mg 300 mg 1000 mg 1 mg/hari 1 mg/hari

Pada wanita dewasa dengan berat badan yang sama, jumlah yang di

simpan lebih kurang (100-400 mg) dan kehilangan lebih besar (1,5-2 mg/hari)

Besi diangkut di dalam darah (sebagai Fe3+) oleh apotransferin yang akan

membentuk komplek menjadi transferin. Untuk itu diperlukan ceruloplasmin (enzim

yang mengandung tembaga) untuk mengoksidasi ion Fe2+ menjadi Fe3+. Sistem

enzimatik ceruloplasmin-transferin mencegah terbentuknya lipid peroksida, sehingga

bila aktifitas ceruloplasmin terganggu, maka Fe3+-transferin akan menurun dan terjadi

akumulasi ion Fe2+ dalam serum.

Kapasitas total darah mengikat besi, yang terutama disebabkan oleh kandungan

transferinnya adalah lebih kurang 300 μg/dl. Kadar besi total normal dalam serum

adalah berkisar antara 50 - 175 μg/dl atau 9 - 31,3 μmol/L.

Kadar transferin serum dapat diukur sebagai Total iron-binding capacity (TIBC).

Kadar TIBC menurun bermakna pada preeklampsia dibanding hamil normal.

Penyimpanan besi terutama adalah dalam hepar, limpa, dan sumsum tulang.

Dalam sel-sel ini, protein apoferitin akan membentuk komplek dengan besi (Fe3+)

sehingga disebut feritin. Dalam keadaan normal feritin intraselular terdapat sebagai

nonglikosilasi yang kaya besi dan 60-80% ferritin serum berbentuk glikosilasi yang

rendah besi. Apabila terjadi absorpsi besi berlebihan, maka kelebihan itu akan disimpan

sebagai hemosiderin yang tidak akan mudah dimobilisasi segera. Feritin serum

meningkat hampir lima kali pada preeklampsia daripada hamil normal.

Pengaturan Penyimpanan Besi Tingkat Molekuler

Pengaturan besi tingkat molekuler dilakukan oleh protein reseptor feritin dan

transferin. Kontrol difasilitasi kemampuan besi untuk mengubah stabilitas mRNA. Hal

ini terjadi melalui kemampuan interaksi/non-interaksi pada protein Iron Responsive

Element-binding Protein (IREP) yang mempengaruhi protein reseptor feritin dan

transferin. Jika kadar besi dalam sel menurun, jumlah protein reseptor transferin akan

meningkat dan feritin menurun. Bila IREP tidak berhubungan dengan besi, maka IREP

tersebut akan mengikat ujung 5’ mRNA reseptor feritin untuk menghambat translasi.

Pada saat yang sama, IREP tanpa besi juga mengikat ujung 3’ mRNA reseptor transferin

untuk mencegah degradasi reseptor transferin. Sebaliknya, jika besi intraselular tinggi,

besi akan mengikat IREP agar tidak berikatan pada mRNA kedua protein.

Normalnya ekskresi besi hanya melalui peristiwa pengelupasan jaringan jika

tidak digunakan lagi, yaitu; sel-sel mukosa epidermis dan gastrointestinal.

CUPRUM

Absorbsi Cuprum

Sumber diet yang baik untuk cuprum meliputi seafood, daging, dan kacang.

Sementara cereal, gula dan susu rendah kandungannya. Cuprum yang larut diabsorbsi di

dalam intestinal dengan efisiensi 40-50%. Beberapa konstituen dapat meningkatkan

bioavailabilitasnya, misalnya intake protein dan intake cuprum yang rendah. Faktor yang

menghambat antara lain adalah insoluble cuprum atau interaksi kompetitif dalam

transportasi cuprum. Zinc dapat menurunkan absorbsi cuprum. Sementara obat-obatan

dan asam askorbat akan menghambat pula.

Distribusi dan Fungsi Cuprum

Cuprum terdistribusi luas dalam jaringan, dimana sebagian besar membentuk

kompleks organik protein yang berfungsi sebagai enzim. Cuprum dalam darah

terdistribusi di eritrosit dan plasma. Di eritrosit, 60% cuprum terdapat sebagai CuZn

Superoksid Dismutase, sedang sisanya 40% terikat pada protein dan asam amino. Total

Cu eritrosit normal adalah 0,9-1,0 ng/ ml PRC.

Dalam plasma, 93% cuprum terikat pada seruloplasmin untuk oksidasi besi

sehingga membentuk transferin. 7% terikat pada albumin dan asam amino serta dapat

bereaksi dengan reseptor protein. Cu plasma atau serum normal berkisar 0,8-1,2 ng/ ml.

Kadar ini lebih tinggi pada wanita dibanding pria dan meningkat hingga tiga kali pada

kehamilan dan pengguna kontrasepsi estrogen.

Fungsi Cu dalam tubuh adalah berdasarkan perannya sebagai penyusun

metaloenzim seperti sitokrom oksidase, superoksid dismutase, monofenol

monooksigenase dan dopamine-b-monooksigenase.

ZINC

Zinc adalah suatu unsur yang metalik dengan nomor-atom 30 dan berat atom

65.37 dalton. Simbol atomnya adalah Zn, termasuk klasifikasi Grup IIB anggota post-

transisi tabel periodik. Karakteristik kimiawi zinc adalah: a) cenderung kehilangan 2

elektronnya dan sebagai kation +2 membentuk garam dengan berbagai tingkat kelarutan

dalam cairan, b) cenderung membentuk ikatan yang relatif stabil dengan ligand

elektromagnit seperti nitrogen, oksigen dan sulfur, dan c) tidak seperti unsur transisi

lainnya, zinc relatif stabil pada ikatan divalent dan tidak mengalami reaksi redoks.

Absorbsi dan Metabolisme Zinc

Mekanisme homeostasis zinc mencakup proses transport intestinal dan oleh

sejumlah tertentu zinc yang mengalami mobilisasi dan pertukaran di jaringan secara

cepat. Dari penelitian berdasarkan parameter kinetik, pengaturan homeostasis zinc

mencakup : 1) absorbsi lewat saluran cerna, 2) eksresi lewat urine, 3) pertukaran

(exchange) dalam sirkulasi darah, 4) pelepasan oleh jaringan otot, dan 5) sekresi ke

dalam saluran cerna.

Saat dicerna zinc akan dilepas dari makanan sebagai ion bebas, kemudian terikat

pada ligand-ligand endogen atau pada material eksogen di lumen usus. Zinc diabsorbsi di

jejunum dan ileum, lewat difusi pasif atau lewat proses aktif yang diperantarai carrier

tertentu.

Di sirkulasi zinc terikat pada sejumlah protein seperti albumin, transferin, alfa-2

makroglobulin dan seruloplasmin. Zinc dalam sirkulasi ini turnover-nya berlangsung

cepat hingga sekitar 150 kali per hari untuk memenuhi kebutuhan jaringan. Sehingga

meskipun kadarnya relatif kecil, namun zinc yang bersirkulasi dalam 24 jam sudah

mencakup kira-kira seperempat hingga sepertiga dari zinc total tubuh yang mengalami

pertukaran (exchange) dengan jaringan.

Zinc diekskresi lewat saluran cerna, kurang lebih 2 – 5 mg/hari dalam sekret

pankreas. Pengeluaran lewat urine sekitar 500 – 800 µg/hari, dan sejumlah kecil juga

karena pelepasan jaringan epitel usus serta oleh deskuamasi kulit.

Fungsi Zinc

Zinc adalah suatu unsur penting dalam ilmu gizi dengan peran biologik yang luas

cakupannya. Zinc memainkan peran katalitis, struktural atau pengatur di lebih dari 200

zinc metalloenzymes yang telah dikenali di sistem biologi.

Zinc berpengaruh terhadap proses-proses spesfik yang mengontrol dan

memfasilitasi ekspresi gena, replikasi DNA, sintesis RNA dan protein; terhadap utilisasi

makanan secara efisien; terhadap metabolisme karbohidrat dan lipid; serta terhadap

proses-proses yang memperantarai metabolisme beberapa vitamin. Secara fisiologis, zinc

penting untuk proses pertumbuhan dan perkembangan, maturasi seksual dan reproduksi,

adaptasi penglihatan gelap, penciuman dan aktivitas gustatory, pelepasan dan

penyimpanan hormon insulin serta untuk berbagai perlengkapan imunitas tubuh.

Kekurangan zinc dapat mengakibatkan keterlambatan pertumbuhan, disfungsi

imun, meningkatnya insidens infeksi, hypogonadism, oligospermia, anorexia, diarrhea,

penurunan berat badan, melambatnya penyembuhan luka, defek neural-tube pada janin,

peningkatan risiko aborsi, alopecia, kelelahan mental dan perubahan kulit (Hotz &

Brown, 2004). Penelitian-penelitian pada binatang coba menunjukkan bukti esensial zinc

untuk konsepsi, perkembangan dan implantasi blastula, organogenesis, pertumbuhan

fetus, survival prenatal, dan untuk kelahiran.

Kekurangan zinc sedang sampai berat sangat lazim di negara berkembang,

sementara risiko kekurangan zinc ringan di negara-negara industri. Beberapa kondisi dan

penyakit yang memudahkan terjadinya kekurangan zinc mncakup penyakit autosomal

resesif dermatitis enteropathica, alkoholik, malabsorption, luka bakar, suplementasi gizi

parenteral tanpa zinc dan obat tertentu, seperti diuretik, penicillamine, sodium valproate

dan ethambutol. Pada kebanyakan usia tua asupan zinc kemungkinan suboptimal dan jika

diikuti dengan penyakit dan pemakaian obat tertentu, dapat mendorong kearah

kekurangan zinc ringan sampai moderat.

Tubuh orang dewasa berisi sekitar 1.5 sampai 2.5 gram dari zinc. Zinc terdapat

dalam semua organ tubuh, jaringan, cairan tubuh dan sekret. Kira-Kira 90% dari total

zinc tubuh ditemukan di tulang dan otot. Lebih dari 95% dari total zinc tubuh terikat

pada protein dalam sel dan membran sel. Plasma berisi hanya 0.1% dari total zinc tubuh.

Kebanyakan dari zinc di darah (75% - 88%) ditemukan pada zinc metalloenzyme

carbonic anhydrase di sel darah merah. Di plasma, kira-kira 18% dari zinc terikat pada

alpha-2-macroglobulin, 80% pada albumin dan 2% pada protein seperti transferrin dan

ceruloplasmin.

Zinc memiliki kontribusi dalam pengaturan fungsi limfosit, berupa kemampuan

pertahanan antioksidan sel terhadap efek merusak radikal-radikal oksigen yang

dihasilkan selama aktivasi imun. Konsentrasi zinc di membran sel penting dalam

menjaga integritas membran melalui ikatan pada gugus thiolat. Pelepasan zinc dari

ikatan dengan thiolat dapat mencegah peroksidasi lipid.

Zinc mengatur ekspresi metallothionein dan metallothionein-like protein dengan

aktivitas antioksidan pada sel limfosit. Nitrit oksida juga menginduksi pelepasan zinc

dari metallothionein saat inflamasi. Pada in vivo, induksi metallothionein merupakan

salah satu mekanisme zinc-induced antioxidant effect yang efektif sebagai peredam

(quencher) radikal bebas. Penelitian in vitro Thornalley dan Vasak (1985) menunjukkan

metallothionein sebagai pengikat radikal hidroksil yang poten.

Bettger dan O’Dell (1989) serta Frederickson (1989) mengemukakan peran zinc

dalam menjaga integritas membran biologik yang menghasilkan proteksi terhadap jejas

oksidatif (oxidative-injury). Ini diduga akibat pengikatan zinc dengan ligand-ligand

membran yang esensial menjaga struktur geometris normal komponen protein dan lipid.

Bray dan Bettger (1990) menyatakan zinc pada in vitro memperlihatkan fungsi

antioksidan melalui interaksi dengan gugus sulfhidril berbagai makromolekul, dengan

menghambat oksidasi dan berkompetisi pada binding-site membran dengan logam lain

seperti Cu dan Fe sehingga menurunkan kemampuan transfer elektron logam-logam

tersebut. Mekanisme antagonisme redox-active, transition metals-catalyzed, site-spesific

reactions menuntun ke teori bahwa zinc berkemampuan mengurangi jejas seluler

(cellular injury) yang memiliki komponen site-spesific oxidative damage, misalnya pada

kerusakan jaringan post-iskemik.

Interaksi zinc dan cuprum dinyatakan bersifat mutual-antagonistik. Penurunan

kadar zinc plasma yang berhubungan secara resiprokal dengan peningkatan kadar

cuprum plasma telah diamati pada berbagai keadaan klinis, termasuk kehamilan. Pada

penelitian binatang coba dengan defisiensi zinc dilaporkan kadar cuprum yang

meningkat. Demikian pula Samman dan Roberts (1988) menunjukkan bahwa perlakuan

zinc pada wanita menyebabkan penurunan signifikan aktivitas ferroksidase plasma

ceruloplasmin.

Sulit menentukan kebutuhan zinc pada berbagai populasi karena banyaknya

faktor diet yang mempengaruhi bioavailabilitas, juga karena faktor lingkungan dan

fisiologis pada kelompok umur yang berbeda. RDA menetapkan konsumsi 15 mg/hari

untuk orang dewasa.

Konsentrasi zinc plasma pada orang normal dilaporkan Withehouse et al. (1982)

sebesar 110,7 ± 14,8 μg/dl (mean ± SD). Kadarnya pada wanita lebih tinggi dibanding

laki-laki; kemungkinan karena efek sex-dependent zinc terhadap status cuprum (Cu).

Bayi yang baru tumbuh, anak-anak dan ibu hamil memerlukan lebih banyak zinc per

kilogramnya daripada orang dewasa biasa.

RINGKASAN