Perubahan Fungsi Reseptor Hormon Insulin

Muhammad Haziq Hashim

102011434

Mahasiswa Fakultas Kedokteran Ukrida 2011

Kampus II Ukrida, Jalan Arjuna Utara No. 6, Jakarta

11510

muhammadhaziq@gmail.com

PENDAHULUAN

Diabetes Mellitus

Diabetes mellitus (DM) atau penyakit kencing manis merupakan suatu penyakit

menahun yang ditandai dengan kadar glukosa darah (gula darah) melebihi nilai

normal yaitu kadar gula darah sewaktu sama atau lebih dari 200mg/dl, dan kadar gula

puasa di atas atau sama dengan 126mg/dl. Diagnosis khas DM pada umumnya adalah

bahwa terdapat keluhan khas DM, yaitu poliuria (banyak kencing), polidipsia (banyak

minum), polifagia (banyak makan), dan penurunan berat badan yang tidak jelas

sebabnya, dan keluhan lainnya kesemutan, gatal, mata kabur, impotensia pada pria,

priorities vulva pada wanita.

Diabetes melitus adalah suatu penyakit gangguan kesehatan di mana kadar gula dalam

darah seseorang menjadi tinggi karena gula dalam darah tidak dapat digunakan oleh

tubuh. Diabetes Mellitus / DM dikenal juga dengan sebutan penyakit gula darah atau

kencing manis yang mempunyai jumpah penderita yang cukup banyak di Indonesia

juga di seluruh dunia. Pada orang yang sehat karbohidrat dalam makanan yang

dimakan akan diubah menjadi glokosa yang akan didistribusikan ke seluruh sel tubuh

untuk dijadikan energi dengan bantuan insulin. Pada orang yang menderita kencing

manis, glukosa sulit masuk ke dalam sel karena sedikit atau tidak adanya zat insulin

dalam tubuh. Akibatnya kadar glukosa dalam darah menjadi tinggi yang nantinya

dapat memberikan efek samping yang bersifat negatif atau merugikan.

1

Diabetes bukan 100% penyakit turunan. Diabetes melistus bisa disebakan riwayat

keturunan maupun disebabkan oleh gaya hidup yang buruk. Setiap orang bisa terkena

penyakit kencing manis baik tua maupun muda. Waspada bagi anda yang memiliki

orang tua yang merupakan pengidap diabetes, karena anda akan juga memiliki bakat

gula darah jika tidak menjalankan gaya hidup yang baik. Resiko terkena diabetes

dapat dikurangi dengan mengatur pola makan.

Dengan itu, dalam makalah ini, akan membincangkan tentang perubahan gen reseptor

hormon insulin yang seterusnya bisa menyebabkan penyakin diabetes mellitus ini

terjadi. Peubahan reseptor ini banyak terkait dengan proses yang terjadi pada DNA

untuk membuat rangkaian protein.

DNA

Asam deoksiribonukleat, lebih dikenal dengan DNA (bahasa Inggris:

deoxyribonucleic acid), adalah sejenis asam nukleat yang tergolong biomolekul utama

penyusun berat kering setiap organisme. Di dalam sel, DNA umumnya terletak di

dalam inti sel.1

Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi

genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku

umum bagi setiap organisme. Di antara perkecualian yang menonjol adalah beberapa

jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human

Immunodeficiency Virus).1

Sejarah

DNA pertama kali berhasil dimurnikan pada tahun 1868 oleh ilmuwan Swiss

Friedrich Miescher di Tubingen, Jerman, yang menamainya nuclein berdasarkan

lokasinya di dalam inti sel. Namun demikian, penelitian terhadap peranan DNA di

dalam sel baru dimulai pada awal abad 20, bersamaan dengan ditemukannya postulat

genetika Mendel. DNA dan protein dianggap dua molekul yang paling

memungkinkan sebagai pembawa sifat genetis berdasarkan teori tersebut.1

2

Dua eksperimen pada dekade 40-an membuktikan fungsi DNA sebagai materi

genetik. Dalam penelitian oleh Avery dan rekan-rekannya, ekstrak dari sel bakteri

yang satu gagal men-transform sel bakteri lainnya kecuali jika DNA dalam ekstrak

dibiarkan utuh. Eksperimen Hershey dan Chase membuktikan hal yang sama dengan

menggunakan pencari jejak radioaktif (radioactive tracers).1

Misteri yang belum terpecahkan ketika itu adalah: bagaimanakah struktur

DNA sehingga ia mampu bertugas sebagai materi genetik? Persoalan ini dijawab oleh

Francis Crick dan koleganya James Watson berdasarkan hasil difraksi sinar-x DNA

oleh Maurice Wilkins dan Rosalind Franklin. Crick, Watson, dan Wilkins

mendapatkan hadiah Nobel Kedokteran pada 1962 atas penemuan ini. Franklin,

karena sudah wafat pada waktu itu, tidak dapat dianugerahi hadiah ini.1

Struktur

DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga komponen utama, yaitu gugus

fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen.

Sebuah unit monomer DNA yang terdiri dari ketiga komponen tersebut

dinamakan nukleotida, sehingga DNA tergolong sebagai polinukleotida.

Rangka utama untai DNA terdiri dari gugus fosfat dan gula yang berselang-

seling. Gula pada DNA adalah gula pentosa (berkarbon lima), yaitu 2-

deoksiribosa.

Dua gugus gula terhubung dengan fosfat melalui ikatan fosfodiester antara

atom karbon ketiga pada cincin satu gula dan atom karbon kelima pada gula

lainnya.

Salah satu perbedaan utama DNA dan RNA adalah gula penyusunnya; gula

RNA adalah ribosa.

DNA terdiri atas dua untai yang berpilin membentuk struktur heliks ganda.

Pada struktur heliks ganda, orientasi rantai nukleotida pada satu untai

berlawanan dengan orientasi nukleotida untai lainnya. Hal ini disebut sebagai

antiparalel.

Masing-masing untai terdiri dari rangka utama, sebagai struktur utama, dan

basa nitrogen, yang berinteraksi dengan untai DNA satunya pada heliks.

Kedua untai pada heliks ganda DNA disatukan oleh ikatan hidrogen antara

basa-basa yang terdapat pada kedua untai tersebut. Empat basa yang

3

ditemukan pada DNA adalah adenin (dilambangkan A), sitosin (C, dari

cytosine), guanin (G), dan timin (T). Adenin berikatan hidrogen dengan timin,

sedangkan guanin berikatan dengan sitosin.

Fungsi DNA dalam teknologi

DNA dalam forensik

Ilmuwan forensik dapat menggunakan DNA yang terletak dalam darah,

semen, kulit, liur atau rambut yang tersisa di tempat kejadian kejahatan untuk

mengidentifikasi kemungkinan tersangka, sebuah proses yang disebut fingerprinting

genetika atau pemrofilan DNA (DNA profiling). Dalam pemrofilan DNA panjang

relatif dari bagian DNA yang berulang seperti short tandem repeats dan minisatelit,

dibandingkan. Pemrofilan DNA dikembangkan pada 1984 oleh genetikawan Inggris

Alec Jeffreys dari Universitas Leicester, dan pertama kali digunakan untuk mendakwa

Colin Pitchfork pada 1988 dalam kasus pembunuhan Enderby di Leicestershire,

Inggris. Banyak yurisdiksi membutuhkan terdakwa dari kejahatan tertentu untuk

menyediakan sebuah contoh DNA untuk dimasukkan ke dalam database komputer.

Hal ini telah membantu investigator menyelesaikan kasus lama di mana pelanggar

tidak diketahui dan hanya contoh DNA yang diperoleh dari tempat kejadian (terutama

dalam kasus perkosaan antar orang tak dikenal). Metode ini adalah salah satu teknik

paling terpercaya untuk mengidentifikasi seorang pelaku kejahatan, tetapi tidak selalu

sempurna, misalnya bila tidak ada DNA yang dapat diperoleh, atau bila tempat

kejadian terkontaminasi oleh DNA dari banyak orang.1

DNA dalam komputasi

DNA memainkan peran penting dalam ilmu komputer, baik sebagai masalah

riset dan sebagai sebuah cara komputasi.

Riset dalam algoritma pencarian string, yang menemukan kejadian dari urutan

huruf di dalam urutan huruf yang lebih besar, dimotivasi sebagian oleh riset DNA,

dimana algoritma ini digunakan untuk mencari urutan tertentu dari nukleotida dalam

sebuah urutan yang besar. Dalam aplikasi lainnya seperti editor text, bahkan algoritma

sederhana untuk maslah ini biasanya mencukupi, tetapi urutan DNA menyebabkan

4

algoritma-algoritma ini untuk menunjukkan sifat kasus-mendekati-terburuk

dikarenakan jumlah kecil dari karakter yang berbeda.1

Teori database juga telah dipengaruhi oleh riset DNA, yang memiliki masalah

khusus untuk menaruh dan memanipulasi urutan DNA. Database yang dikhususkan

untuk riset DNA disebut database genomik, dam harus menangani sejumlah tantangan

teknis yang unik yang dihubungkan dengan operasi pembandingan kira-kira,

pembandingan urutan, mencari pola yang berulang, dan pencarian homologi.1

RNA

Asam ribonukleat (ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan

genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok

(central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang

dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein.1

Struktur

Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang

tersusun dari sejumlah nukleotida. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu

gugus gula ribosa, dan satu gugus basa nitrogen (basa N). Polimer tersusun dari ikatan

berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus gula ribosa

dari nukleotida yang lain.1

Perbedaan RNA dengan DNA terletak pada satu gugus hidroksil tambahan

pada cincin gula ribosa (sehingga dinamakan ribosa). Basa nitrogen pada RNA sama

dengan DNA, kecuali basa timin pada DNA diganti dengan urasil pada RNA. Jadi

tetap ada empat pilihan: adenin, guanin, sitosin, atau urasil untuk suatu nukleotida.1

Selain itu, bentuk konformasi RNA tidak berupa pilin ganda sebagaimana

DNA, tetapi bervariasi sesuai dengan tipe dan fungsinya.

5

Jenis-jenis

RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA

berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA). Genetika molekular

klasik mengajarkan adanya tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein:1

1. RNA-pengantar (messenger-RNA, mRNA)

2. RNA-ribosom (ribosomal-RNA, rRNA)

3. RNA-transfer (transfer-RNA, tRNA)

Fungsi RNA

Pada sekelompok virus (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan

genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada

organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya

masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk

menghasilkan virus-virus baru.1

Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai

perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku

untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode

urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun

dalam bentuk 'triplet', tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap

kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang

menyusun protein. Lihat ekspresi genetik untuk keterangan lebih lanjut.1

Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung

atas teori 'dunia RNA', yang menyatakan bahwa pada awal proses evolusi, RNA

merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.1

Sintesis DNA

Protein adalah biomolekul yang sangat penting bagi kehidupan. Seperti sebuah

bata yang menyusun rumah, seperti itulah protein bagi tubuh manusia. Protein adalah

‘batu bata penyusun kehidupan’. Molekul-molekul ini berperan dalam banyak reaksi

kimia kehidupan sebagai enzim, hormon, dan bahan dasar.8

6

Molekul DNA disintesis oleh DNA polymerase dari deoxyribonucleoside

trifosfat (DNTP). Reaksi kimia mirip dengan sintesis RNA untai. Kedua DNA dan

RNA polymerase dapat memperpanjang untai asam nukleat hanya dalam arah 5’ ke

3’. Namun, dua untai pada molekul DNA antiparalel. Oleh karena itu, hanya satu

untai (strand terkemuka) dapat disintesis terus menerus oleh DNA polymerase. Untai

lain (lagging strand) disintesis segmen oleh segmen.2

Gambar menunjukkan, sintesis DNA di mana, teradapat leading strand dan lagging

strand.2

Junaidi W, Mekanaisme Replikasi : March 7 2010

Selama replikasi DNA, pemasangan basa untai-untai DNA yang ada bertindak

sebagai cetakan untuk untai komplementer yang baru. Replikasi DNA

semikonservatif yaitu di mana molekul induk membuka gulungannya dan setiap untai

kemudian berfungsi sebagai cetakan untuk sintesis setengah molekul yang baru

sesuai dengan aturan-aturan pemasangan basa.2-8

7

Konsep dasar replikasi DNA adalah :2

1. Sebelum memulakan replikasi, molekul induk mempunyai dua untai

DNA komplementer.

2. Langkah pertama dalam replikasi adalah pemisahan kedua untai DNA

3. Setiap untai yang lama berfungsi sebagai cetakan yang menentukan

urutan nukleotida terpasang untai komplementer yang baru yang sesuai.

4. Nukleotida baru tersebut disambung satu sama lain untuk membentuk

tulang belakang gula fosfat dari untaian yang baru

Gambar menunjukkan, proses replikasi DNA di mana pemasangan basa untai DNA

yang komplementer dengan untai yang baru3

http://www.angelfire.com/scifi/anarkimia/Biologia/REPLICACIONDNA.htm

Transkripsi

Transkripsi adalah sintesis RNA yang diarahkan oleh DNA. Sintesis RNA pada

cetakan DNA dikatalis oleh enzim RNA polymerase. Sintesis ini mengikuti aturan

pemasangan basa yang sama seperti replikasi DNA, terkecuali bahawa pada RNA,

Urasil menggantikan Thymine. Promoter urutan nukleotida spesifik pada bagian

start suatu gen, memberi sinyal untuk menginisiasi sintesis RNA. Faktro transkripsi

(protein) membantu RNA polimerasi eukariotik mengenali urutan promotor.

8

Transkripsi terus berlangsung hingga urutan RNA tertentu memberi sinyal

terminiasi.4

Molekul mRNA eukariotik diproses sebelum meninggalkan nucleus dengan

modifikasi hujungnya dan dengan penyambungan RNA. Ujung 5’ menerima tutup

nukleotida termodifikasi, sementara hujung 3’ menerima ekor poli (A). Sebagian

besar gen eukarioti memiliki intron, daerah bukan pengkode yang berselang seling di

daerah pengkode, ekson. Dalam penyambungan RNA, intron dikeluarkan dan ekson

bergabung. Penyambungan RNA ini dikatalis oleh ribunukleoprotein nucleus kecil

(snRNP), yang beroperasi di dalam susunan yang lebih besar disebut spliosom.

Molekul RNA katalik disebut Ribozim. Pencampuradukan ekson melalui

rekombinasi dapat saja memberikan sumbangan pada evolusi keragaman protein.4

Pada awal proses, DNA akan diterjemahkan terlebih dahulu menjadi suatu untaian

molekul yang disebut mRNA dalam proses yang disebut transkripsi. Proses

penerjemahan ini terjadi di dalam nukleus sel retikulosit. mRNA di sini berfungsi

seperti tukang pos yang membawa informasi yang telah diterjemahkan. Selanjutnya,

mRNA akan keluar dari nukleus menuju sitoplasma sel.

Translasi

Translasi adalah sintesis polipeptida yang diatur oleh RNA. Saat molekul

mRNA meluncur melalui ribosom, kodon-kodon ditranslasi satu per satu menjadi

asam-asam amino. Interpreternya adalah molekul tRNA. Setelah mengambil asam

amino spesifik, tRNA berjajar dengan bantuan triplet antikodonnya di kodon

komplementer pada mRNA. Pelekatan asam amino pada spesifik pada bagian tRNA

tertentu merupakan proses yang digerakan ATP yang dikatalis enzim sintetase tRNA-

aminosil. Translasi terdiri dari 3 tahap yaitu :

a. Aktivasi-berupa penambahan asam amino pada tRNA.4

b. Inisiasi dan elongasi

Setelah sampai di ribosom, mRNA akan menempel pada subunit kecil ribosom (30 S)

lewat ujung 5′. Pada saat yang bersamaan, tRNA menempel pada subunit besar

ribosom (50 S). Proses tersebut akan menyebabkan asam amino Metionin dengan

9

kodon AUG menjadi asam amino pertama yang menempel pada ribosom. Asam

amino metionin merupakan asam amino yang selalu pertama kali menempel pada

ribosom saat sintesis protein. Hal tersebut berkaitan dengan adanya kondon start, yaitu

AUG (Metioinin), yang merupakan kode untuk proses perangkaian asam amino

(sintesis protein sebenarnya) dimulai. Jadi, ribosom menerima mRNA dan kode

informasi yang dibawanya dan akan langsung menggabungkan bahan-bahan yang

diperlukan untuk membuat globin. Kode informasi yang dibawa mRNA adalah 8

semacam resep pembuatan globin dan yang akan membuatnya adalah ribosom. 5

Setelah proses inisiasi selesai, proses selanjutnya adalah penerjemahan kodon triplet

dan penempelan asam amino sehingga membentuk rantai. Penerjemahan kode ini

akan diikuti pengikatan asam amino sesuai kodon oleh tRNA yang kemudian dibawa

ke kompleks ribosom dan digabungkan dengan asam amino yang sudah ada

sebelumnya. Proses tersebut akan berlangsung sampai munculnya kodon terminasi.

c. Terminasi (Sintesis berhenti)

Proses elongasi akan diakhiri saat terbacanya rangkaian kodon UAA, UAG, atau

UGA. Kodon-kodon tersebut bukan pengkode asam amino, merupakan kodon yang

memerintahkan untuk penghentian sintesis protein. Faktor pelepas akan menempel

pada ribosom setelah pembacaan kodon stop. Faktor pelepas tersebut menyebabkan

terlepasnya mRNA dari ribosom, selanjutnya diikuti dengan pemisahan subunit besar

dan kecil ribosom. http://alamanda745756.blogspot.com/2010/11/transkripsi-rna.html

Setiap ribosom terdiri dari dua sub

unit yang terbuat dari protein dan

RNA ribosom (rRNA). Ribosom

memiliki tempat pengikatan untuk

mRNA : tempat P dan A yang

mengikat tRNA yang bersebelahan

begitu asam amino dihubungkan dalam

rantai polipeptida yang sedang

tumbuh : dan tempat E untuk pelepasan

tRNA.

10

Jadi protein yang dihasilkan oleh ribosom masih belum sempurna karena

masih berupa gabungan bahan-bahan mentah. protein yang berada di sitoplasma ini

akan dikirim ke bagian lain sel yang disebut Badan Golgi. Di Badan Golgi, globin

akan mengalami penyempurnaan dan pembentukan menjadi struktur protein yang

utuh. Ratusan buah molekul protein akan tersebar di dalam sel. Empat buah molekul

protein dari dua jenis yang berbeda akan bergabung dan dengan tambahan atom besi

menjadi molekul protein yang lebih besar dan sesuai dengan fungsinya. 5-6

TEST DNA

DNA atau DeoxyriboNucleic Acid merupakan asam nukleat yang menyimpan

semua informasi tentang genetika. DNA inilah yang menentukan jenis rambut, warna

kulit dan sifat-sifat khusus dari manusia. DNA ini akan menjadi cetak biru (blue print)

ciri khas manusia yang dapat diturunkan kepada generasi selanjutnya. Sehingga dalam

tubuh seorang anak komposisi DNA nya sama dengan tipe DNA yang diturunkan dari

orang tuanya. Sedangkan tes DNA adalah metode untuk mengidentifikasi fragmen-

fragmen dari DNA itu sendiri. Atau secara sederhananya adalah metode untuk

mengidentifikasi, menghimpun dan menginventarisir file-file khas karakter tubuh.

Tes DNA umumnya digunakan untuk 2 tujuan yaitu (1) tujuan pribadi seperti

penentuan perwalian anak atau penentuan orang tua dari anak dan (2) tujuan hukum,

yang meliputi masalah forensik seperti identifikasi korban yang telah hancur,

sehingga untuk mengenali identitasnya diperlukan pencocokan antara DNA korban

dengan terduga keluarga korban ataupun untuk pembuktian kejahatan semisal dalam

kasus pemerkosaan atau pembunuhan. Hampir semua sampel biologis tubuh dapat

digunakan untuk sampel tes DNA, tetapi yang sering digunakan adalah darah, rambut,

usapan mulut pada pipi bagian dalam (buccal swab), dan kuku. Untuk kasus-kasus

forensik, sperma, daging, tulang, kulit, air liur atau sampel biologis apa saja yang

ditemukan di tempat kejadian perkara (TKP) dapat dijadikan sampel tes DNA.

INSULIN

Insulin adalah suatu polipetida yang mengandung dua rantai asam amino yang

dihubungkan oleh jembatan disulfida. Terdapat perbedaan kecil dalam komposisi

asam amino molekul dari satu spesies ke spesies lain. Perbedaan ini biasanya tidak

11

cukup besar untuk dapat mempengaruhi aktivitas biologik suatu insulin pada spesies

heterolog tetapi cukup besar untuk menyebabkan insulin bersifat antigenik. Bila

insulin dari sati spesies disuntikkan dalam jangka lama pada spesies lain, akan

terbenntuk antibodi antiinsulin yang menghambat insulin yang disuntikkan. Hampir

semua penderita yang pernah mendapat suntikan insulin sapi komersial selama lebih

dari 2 bulan membentuk antibodi terhadap insulin sapi, tetapi titernya biasanya

rendah. Insulin babi berbeda dengan insulin manusia hanya pada satu residu asam

amino dan memiliki antigenisitas yang rendah. Insulin manusia yang dihasilkan dalam

bakteri oleh teknologi DNA rekombinan sekarang digunakan secara luas untuk

menghindari semua masalah akibat pembentukan antibodi.7

Insulin dibentuk di retikulum endoplasma sel B. Insulin kemudian dipindahkan ke

aparatus golgi, tempat ia mengalami pengemasan dalam granula berlapis membran.

Granula ini bergerak ke membran plasma melalui suatu proses yang melibatkan

mikrotubulus, dan isi granula dikeluarkan melalui eksositosis. Insulin kemudian

melintasi lamina basalin sel B serta kapiler dan endotel kapiler yang berpori untuk

mencapai aliran darah. 7

Seperti hormon polipeptida dan protein serupa lainnya yang masuk ke dalam

retikulum endoplasma, insulin disintesis sebagai bagian dari praprohormon yang

berukuran besar. Pada manusia, gen untuk insulin terletak di lengan pendek

kromosom. Gen ini memiliki dua intron dan tiga ekson.8

Praproinsulin memiliki peptida sinyal 23 asam amino yang dikeluarkan sewaktu

molekul ini memasuki retikulum endoplasma. Molekul sisanya kemudian melipat,

kemudia membentuk ikatan disulfida sehingga akhirnya terbentuk proinsulin. Segmen

peptida yang menghubungkan rantai A dan B, connecting peptide, mempermudah

malipatnya molekul dan kemudian terlepas dari granula sebelum sekresi. Dua protease

berperan dalam pengolahan proinsulin; proinsulin sejauh ini diketahui tidak memiliki

aktivitas biologik. Dalam keadaan normal, 90-97% produk yang dilepaskan dari sel B

adalah disertai peptida C dalam jumlah ekimolar. Sisanya sebagian besar adalah

proinsulin. Peptida C dapat diukur dengan radioimmunoassay, dengan kadarnya

merupakan indeks fungsi sel B pada penderita yang mendapat insulin eksogen.8

Kerja Insulin

12

Kerja insulin dimulai dengan terikatnya insulin pada reseptor yang terdapat pada

permukaan dari membran sel sasaran. Banyak sel tubuh tampaknya memiliki reseptor

insulin permukaan sel yang spesifik. Pada sel lemak, hati, dan otot, ikatan insulin pada

reseptor-reseptor ini dikaitkan dengan respon biologik jaringan-jaringan ini terhadap

hormon. Reseptor-reseptor ini mengikat insulin dengan cepat, dengan spesifisitas

tinggi dan afinitas yang cukup tinggi untuk mengikat jumlah pikomolar.7

Baru-baru ini dibuktikan bahwa reseptor insulin adalah glikoprotein-

glikoprotein membran yang terdiri dari dua subunit,suatu subunit alfa yang besar,

yang lemuas ekstraselular dan terlibat dalam proses pengikatan molekul insulin, dan

beta yang lebih kecil (BM 90.000) yang dominan di dalam sitoplasma dan

mengandung suatu kinase yang akan menjadi teraktivasi pada pangikatan insulin

dengan akibat fosforilasi dari subunit beta itu sendiri. Sesudah insulin berikatan

dengan reseptornya, sejumlah kompleks insulin reseptor akan mengalami proses

internalisasi. Akan tetapi masih tetap kontroversial apakah kompleks insulin reseptor

akan mengalami internalisasi ini berperan atas kerja insulin lanjut ataukah mereka

membatasi kerja insulin lanjut dengan memanjakan insulin pada lisosom pemangsa

intraselular.7

Dua model telah diajukan untuk menjelaskan kerja insulin. Yang pertama

melibatkan serangkaian proses fosforilasi yang berawal dari daerah kinase teraktivasi

yang akan merangsang protein-protein intraselular, termasuk glucose transporter 4,

transferin, reseptor protein densitas rendah, dan reseptor faktor pertumbuhan II mirip

insulin (IGF-II) untuk berpindah ke permukaan sel. Jika protein-protein yang pada

masa pasca absorpsi ini tersebar intraseluler berpindah ke permukaan sel pada saat

pemberian makan, maka mereka akan mempermudah transpor zat-zat gizi ke dalam

jaringan-jaringan sasaran insulin, dan dapat membantu pertumbuhan dengan cara

memungkinkan akses IGF-II dalam sirkulasi pada reseptor permukaan sel.8

Dengan model ini, maka cacat genetik distal dari reseptor insulin dapat berakibat

resistensi insulin “post reseptor”, cacat yang mungkin terjadi antara lain kelainan

enzim yang bertanggunga jawab untuk fosforilasi dari protein glucose transporter,

mutasi dari glucose transporter itu sendiri, atau kelainan dalam pemrosesan sendiri.8

Lebih jauh, kelainan dari enzim-enzim fosfatase mungkin bertanggung jawab atas

keterlambatan pemulihan normal reseptor insulin ke lokus membran permukaanya,

13

berakibat sebagai resistensi terhadap kerja insulin selanjutnya. Model kedua

memerlukan hidrolisis dari suatu glikolipid membran oleh aktivitas fosfolipase C

yang diransang oleh insulin. “Second messenger” potensial misalnya inositol

monofosfat, glukosamin, dan diasilgliserol dapat memperantarai reseptor respons

intraselular terhadap insulin, di mana diasilgliserol memudahkan fosforilasi

intraselular dengan mengaktifkan protein kinase C.8

Insulin yang dikeluarkan oleh sel beta tadi dapat diibaratkan sebagai anak kunci yang

dapat membuka pintu masuknya glukosa dalam sel, untuk kemudian di dalam sel

glukosa itu dimetabolisme menjadi tenaga. Bila insulin tidak aktif glukosa tidak dapat

masuk sel dengan akibat glukosa akan tetap berada di dalam pembuluh darah yang

artinya kadarnya di dalam darah meningkat. Dalam keadaan seperti itu badan akan

jadi lemah tidak ada sumber energi dalam sel. Inilah yang terjadi pada DM tipe 1 atau

IDDM. Pada DM tipe 2 atau NIDDM jumlah insulin normal, malah mungkin lebih

banyak tetapi jumlah reseptor insulin yang terdapat pada permukaan sel yang kurang.

Reseptor insulin ini dapat diibaratkan sebagai lubang-lubang kunci pintu masuk ke

dalam sel.7

Pada keadaan tadi jumlah lubang kuncinya yang kurang, hingga meskipun anak

kuncinya banyak (insulin), tetapi karena lubang kuncinya (reseptor) kurang, maka

glukosa yang masuk sel akan sedikit, sehingga akan kekurangan bahan bakar dan

glukosa di dalam pembuluh darah meningkat. Dengan demikian keadaan ini sama

dengan DM tipe 1. Perbedaannya dengan DM tipe 2 di samping kadar glukosa tinggi,

juga kadar insulin tinggi atau normal. Keadaan ini disebut resistensi insulin.

Penyebab resistensi insulin pada DM tipe 2 sebenarnya tidak terlalu jelas, tetapi

faktor-faktor di bawah ini banyak berperan:

Obesitas terutama yang bersifat sentral

Diet tinggi lemak dan rendah karbohidrat

Kurang gerak badan

14

Faktor keturunan

Pada DM tipe 2 jumlah sel beta berkurang 50%-60% dari normal. Jumlah sel alfa

meningkat. Yang mencolok adalah peningkatan jumlah jaringan amiloid pada sel beta

yang disebut amilin. Baik pada DM tipe 1 maupun tipe 2 kadar glukosa darah jelas

meningkat dan bila kadar itu melewati batas ambang ginjal, glukosa itu akan keluar

melalui urin.8

Reseptor Insulin

Reseptor insulin dijumpai di berbagai jenis sel dalam tubuh, termasuk sel-sel yang

ambilan glukosanya tidak ditingkatkan oleh insulin. Reseptor tersebut, yang memiliki

berat molekul sekitar 340.000, adalah suatu tetramer yang terdiri dari dua subunit

glikoprotein 2α dan 2β. Kesemuanya disintesis pada satu mRNA dan kemudian

mengalami pemisahan secara proteolitis lalu berikatan satu sama lain dengan ikatan

disulfida. Gen untuk reseptor insulin memiliki 22 ekson dan terletak di kromosom 19.

Subunit α insulin dan terletak ekstrasel, sementara subunit β melintasi membran.

Ujung intrasel subunit β memiliki aktivitas tirosin kinase. Subunit α dan β mengalami

glikosilasi, dengan residu gula meluas ke dalam cairan interstisium.9

Pengikatan insulin mencetuskan aktivitas tirosin kinase subunit β, menyebabkan

otofosforilasi subunit β pada residu tirosin. Otofosforilasi, yang penting bagi efek

biologik insulin, memicu fosforolasi sebagian protein sitoplasma dan defosforilasi

pada protein lainnya, umumnya pada residu serin dan treonin. Sewaktu berikatan

dengan reseptornya, insulin menggumpal dalam bercak-bercak dan dimasukkan ke

dalam sel melalui proses endositosis yang diperantai reseptor. Akhirnya, kompleks

insulin reseptor masuk ke dalam lisosom, tempat reseptor diperkirakan terurai atau

didaur ulang. Waktu paruh reseptor insulin adalah sekitar 7 jam.9

Jumlah atau afinitas reseptor insulin, atau keduanya, dipengaruhi oleh insulin dan

hormon lain, olahraga, makanan, dan faktor lain. Pajanan ke insulin dalam jumlah

yang meningkat akan menurunkan konsentrasi reseptor, dan pajanan ke insulin dalam

jumlah yang menurun akan meningkatkan afinitas reseptor. Jumlah reseptor per sel

meningkat pada kelaparan dan menurun pada obesitas dan akromegali. Afinitas

reseptor meningkat pada insufisiensi adrenal dan menurun oleh kelebihan

glukokortikoid.9

15

Kelainan Insulin

Kelainan reseptor insulin dalam jumlah, afinitas, atau keduanya akan berpengaruh

terhadap kerja insulin. “Down Regulation” adalah suatu fenomena di mana jumlah

reseptor insulin menjadi berkurang sebagai respons terhadap kadar insulin dalam

sirkulasi yang meninggi kronik, agaknya karena meningkatnya proses degradasi

insulin intraselular. Sebaliknya jika kadar insulin rendah, maka ikatan reseptor akan

mengalami peningkatan. Kondisi-kondisi ini disertai kadar insulin tinggi dengan

ikatan yang rendah pada reseptor termasuk obesitas, asupan karbohidrat yang tinggi,

dan insulinisasi eksogen kronik yang berlebihan. Kondisi-kondisi ini disertai kadar

insulin rendah dan ikatan pada reseptor yang tinggi termasuk latihan fisik dan puasa.

Akhirnya kortisol dalam jumlah berlebih akan mengurangi kemampuan insulin untuk

terikat pada reseptornya. Belum jelas apakah kejadian ini merupakan suatu efek

langsung dari hormon sendiri, ataukah terjadinya melalui kadar insulin yang

meningkat.9

Insulin Mutan

Kendati keberadaan gangguan ini sudah disadari sejak 12 tahun terakhir, hanya

delapan keluarga yang berhasil diidentifikasi memiliki insulin dalam bentuk abnormal

dalam sirkulasi. Pada tiga dari keluarga-keluarga ini, terjadi gangguan pada

pemisahan molekul proinsulin; pada lima keluarga lainnya dilaporkan kelainan dari

molekul insulin itu sendiri.

Analisis gen insulin, insulin dalam sirkulasi, dan gambaran klinis dari anggota

keluarga dari kasus-kasus ini menunjukkan bahwa individu-individu dengan insulin

mutan bersifat heterozigot untuk cacat ini, di mana baik molekul insulin normal dan

abnormal keduanya diekspresikan sederajat. Namun demikian, karena ikatan insulin

abnormal pada reseptor buruk, maka aktifitas biologiknya sangat rendah dan akan

berakumulasi di dalam darah melampaui kadar insulin normal. Laju ekskresi dari

insulin mutan yang menurun menyebabkan hiperinsulinemia sesudah puasa malam

hari dan suatu rasio molar peptida C subnormal terhadap insulin imunoreaktif.

Diabetes melitus dapat atau tidak terjadi bersama insulin mutan, bergatung pada kadar

dan bioaktivitas dari insulin normal dan abnormal dalam sirkulasi, dan pada respons

jaringan perifer terhadap insulin.9

16

Proses fungsi insulin

Mutasi Genetik

Mutasi adalah perubahan yang terjadi pada bahan genetik (DNA maupun

RNA), baik pada taraf urutan gen (disebut mutasi titik) maupun pada taraf kromosom.

Mutasi pada tingkat kromosomal biasanya disebut aberasi. Mutasi pada gen dapat

mengarah pada munculnya alel baru dan menjadi dasar bagi kalangan pendukung

evolusi mengenai munculnya variasi-variasi baru pada spesies. Perubahan pada

sekuens basa DNA akan menyebabkan perubahan pada protein yang dikode oleh gen.

Contohnya, bila gen yang mengkode suatu enzim mengalami mutasi, maka enzim

yang dikode oleh gen mutan tersebut akan menjadi inaktif atau berkurang

keaktifannya akibat perubahan sekuens asam amino. Namun mutasi dapat pula

menjadi menguntungkan bila enzim yang berubah oleh gen mutan tersebut justru

meningkat aktivitasnya dan menguntungkan bagi sel.10 Mayoritas merupakan mutasi

tidak nyata atau mutasi netral (silent mutation). Silent mutation merupakan perubahan

sekuens basa yang tidak menyebabkan perubahan aktivitas pada produk yang dikode

oleh gen. Silent mutation umumnya muncul akibat satu nukleotida diganti oleh

nukleotida lain, terutama pada lokasi basa ketiga pada triplet kodon mRNA. Bila

17

perubahan satu basa nukleotida ini tidak mengubah asam amino, maka fungsi dari

protein tidak berubah. Bila asam amino yang dikode berubah, fungsi protein dapat

tidak terganggu bila asam amino yang berubah tersebut bukan merupakan bagian vital

dari protein, atau secara kimia sangat mirip dengan asam amino aslinya.10

TACAACGTCACCATT

Untai sense mRNA

AUGUUGCAGUGGUAA

Metionin-fenilalanin-glisin-triptofan

Silent Mutation

TACAAgTCACCATT

Untai sense mRNA

AUGUUcCAGUGGUAA

Metionin-fenilalanin-glisin-triptofan

1. Mutasi gen

Pasangan basa nitrogen pada DNA, antara timin dan adenine atau antara

guanine dan sitosin dihubungkan oleh ikatan hydrogen yang lemah. Atom-atom

hydrogen dapat berpindah dari satu posisi ke posisi lain pada purin atau

pirimidin. Perubahan kimia sedemikian disebut perubahan tautomer. Misalnya

secara tidak normal, adenine berpasangan dengan sitosin dan timin dengan

guanine. Peristiwa perubahan genetic seperti ini disebut mutasi gen karena hanya

terjadi di dalam gen. Mutasi gen disebut juga dengan mutasi titik (point

mutation). Mutasi gen dapat terjadi karena substitusi basa N. Macam macam

mutasi gen antara lain:10

1. Mutasi tak bermakna (nonsense mutation) : tejadi perubahan kodon (triplet) dari kode

basa N asam amino tetapi tidak mengakibatkan kesalahan pembentukan protein,

18

misalnya UUU diganti UUS yang sama-sama kode dari fenilalamin.

2. Mutasi ganda tiga (triplet mutation) : terjadi karena adanya penambahan atau

pengurangan tiga basa secara bersama-sama.

3. Mutasi bingkai (frameshift mutation) : terjadi karena adanya penambahan sekaligus

pengurangan satu atau beberapa pasangan basa secara bersama-sama.

Mutasi titik (point mutation) merupakan mutasi yang melibatkan

penggantian satu pasang basa (substitusi basa), di mana satu basa pada satu sekuens

DNA diganti dengan basa yang berbeda. Bila DNA direplikasi maka hasilnya adalah

substitusi pasangan basa.10,11

Contoh mutasi titik

AGCGT GGCGT

TCGCA CCGCA

Mutasi ini dapat menyebabkan beberapa hal tergantung dari letak mutasinya pada gen.

Bila penggantian basa berlangsung di dalam gen yang mengkode protein, maka

mRNA yang ditranskripsi dari gen akan membawa basa yang salah. Bila mRNA

tersebut ditranslasi menjadi protein, maka kesalahan basa tersebut dapat menyebabkan

tidak terjadinya pembentukan protein, atau terbentuknya protein abnormal, atau

terbentuknya kodon nonsense (kodon STOP) yang menghentikan sintesis lengkap

protein fungsional, dikenal sebagai nonsense mutation.10,11

Terbentuknya asam amino yang berbeda dari normal pada sintesis asam amino akibat

kesalahan basa pada mutasi titik disebut dengan missense mutation. Misalnya sickle-

cell anemia (anemia sel sabit), merupakan penyakit akibat missense mutation tunggal

pada basa pengkode protein hemoglobin. Protein hemoglobin tersusun atas 147 asam

amino. Pada asam amino ke-6, adenine digantikan dengan timin. Perubahan ini

menyebabkan perubahan asam amino glutamate menjadi valin, sehingga mengubah

bentuk molekul hemoglobin pada kondisi kadar oksigen rendah, dan menyebabkan sel

19

darah merah menjadi berbentuk bulan sabit. Bentuk bulan sabit menyulitkan transport

sel darah merah melalui pembuluh darah kapiler.10,11

Contoh missense mutation

TACAACGTCACCATT

Untai sense mRNA

AUGUUGCAGUGGUAA

Metionin-fenilalanin-glisin-triptofan

TACAACtTCACCATT

AUGUUGaAGUGGUAA

Metionin-fenilalanin-lisin- triptofan

Mutasi pasangan basa dapat juga menyebabkan perubahan pada DNA yang

disebut dengan frameshift mutation. Mutasi ini berupa delesi (pemotongan) atau

insersi (penyisipan) satu atau beberapa pasang nukleotida pada DNA dan

menyebabkan terjadinya pergeseran pembacaan kerangka sandi (reading frameshift),

sehingga akan menyebabkan perubahan asam amino. Contoh kasus frameshift

mutation adalah penyakit Huntungton (Huntungton disease), suatu penyakit saraf

yang disebabkan oleh adanya penyisipan basa tambahan pada DNA.10

Mutasi penggantian (substitusi) basa dan mutasi frameshift dapat terjadi

secara spontan akibat kesalahan pada replikasi DNA. Mutasi spontan ini umumnya

muncul tanpa pengaruh dari bahan – bahan penyebab mutasi (bahan mutagenic atau

mutagen) seperti halnya senyawa kimia atau factor pengaruh radiasi.10

Jenis mutasi yang lain adalah mutasi supresor, mutasi yang dapat meniadakan mutasi

yang terjadi sebelumnya sehingga menjadi normal kembali. Mutasi ini disebut juga

mutasi balik (reversed mutation) dan menghasilkan revertan, yaitu gen yang

mengalami mutasi balik dan menjadi normal kembali. contoh mutasi gen adalah

20

reaksi asam nitrit dengan adenin menjadi zat hipoxanthine. Zat ini akan menempati

tempat adenin asli dan berpasangan dengan sitosin, bukan lagi dengan timin.10

Terapi Gen

Gen terapi adalah penyisipan gen ke individu sel dan jaringan untuk mengobati

penyakit, seperti penyakit keturunan di mana alel mutan yang merugikan diganti

dengan yang fungsional. Meskipun teknologi masih dalam masa kanak-kanak, telah

digunakan dengan beberapa keberhasilan. Terobosan ilmiah terus bergerak Terapi gen

menuju obat utama.12

Ilmuwan pertama mengambil langkah logis mencoba untuk memperkenalkan

gen langsung ke sel-sel manusia, yang berfokus pada penyakit yang disebabkan oleh

cacat gen tunggal, seperti cystic fibrosis, hemofilia, muscular dystrophy dan anemia

sel sabit. Namun, hal ini telah terbukti lebih sulit daripada memodifikasi bakteri,

terutama karena dari masalah-masalah yang terlibat dalam membawa besar bagian

dari DNA dan mengantarkan mereka ke tempat yang benar tentang genome relatif

besar. Hari ini, kebanyakan gen terapi studi ditujukan kanker dan penyakit kelainan

keturunan yang terkait dengan cacat genetik. Terapi antisense yang tidak terlalu ketat

bentuk terapi gen, tetapi adalah terapi yang terkait, diperantarai secara genetis.12

Terapi gen yang menggunakan vektor adenovirus: gen baru disuntikkan ke

dalam vektor adenovirus, yang digunakan untuk memperkenalkan DNA diubah ke

dalam sel manusia. Jika perawatan berhasil, gen baru akan membuat protein

fungsional.Biologi manusia gen terapi tetap kompleks dan membutuhkan banyak

teknik lebih lanjut pengembangan. Banyak penyakit dan link genetik yang ketat

mereka perlu dipahami lebih sepenuhnya sebelum Terapi gen dapat digunakan dengan

tepat. Perdebatan kebijakan publik seputar penggunaan mungkin rekayasa genetika

materi dalam subjek manusia telah sama-sama kompleks. Peserta utama dalam

perdebatan berasal dari bidang biologi, pemerintah, hukum, Kedokteran, filsafat,

politik, dan agama, masing-masing membawa pandangan yang berbeda untuk diskusi.

Ada berbagai metode yang berbeda untuk mengganti atau memperbaiki gen yang

ditargetkan pada terapi gen.12

• Gen normal dapat dimasukkan ke lokasi spesifik dalam genom untuk menggantikan

21

gen berfungsi. Pendekatan ini paling umum.

• Gen yang abnormal dapat ditukarkan dengan gen normal melalui rekombinasi

homolog.

• Gen yang abnormal dapat diperbaiki melalui selektif mutasi yang terbalik, yang

kembali gen untuk fungsi normal.

• Peraturan (gelar yang gen diaktifkan atau dinonaktifkan) gen tertentu bisa diubah.'' '

• Gelendong transfer digunakan untuk menggantikan seluruh mitokondria yang

membawa cacat DNA mitokondria

Gambar menunjukkan bagaimana terapi gen digunakan.12

US National Library of Medicine, What is gene therapy. http://www.news-

medical.net/health/What-is-Gene-Therapy-(Indonesian).aspx

Penutup

Perubahan gen reseptor ataupun protein yang lain terjadi disebabkan oleh mutasi gen

sama ada kerana faktor internal mahupun faktor eksternal. Bagi faktor internal,

mutasi terjadi dan menyebabkan perubahan kepada kode amino asid sebagai basa

penyusun kepada protein. Kesilapan semasa mengkode amino asid boleh terjadi

dengan sendirinya.

22

Untuk memperbaiki kesilapan tersebut, terapi gen digunakan.Untuk protein yang

berubah kode nya, akan terjadi perubahan fungsi juga. Seperti mana perubahan gen

reseptor insulin, akan menyebabkan fungsi reseptro insulin menurun.

Daftar Pustaka

1. DNA, http://ocw.utah.edu/biology/principles-of-biology/lectures/lecture2-c

(cited 2008)

2. Junaidi W, Mekanisme Replikasi DNA, march 7, 2010

3. http://www.angelfire.com/scifi/anarkimia/Biologia/REPLICACIONDNA.htm

4. Medicinesia, Transkripsi dan translasi DNA, cited June 14 2011. Available

at

http://www.medicinesia.com/kedokteran-dasar/sel-dan-biomolekuler/transkri

psi-dan-translasi-dna/

5. Perhimpunan Hematologi dan Transfusi Darah Indonesia, Thalasemia.

Diunduh dari http://www.phtdi.org/content/view/15/. 29 Januari 2011

6. Cahyani I. The Language of God in Human Body : How Biology Supports the

Belief of God. Seminar ‘Nature and Scripture’. Surabaya, March 26, 2009

7. Saltiel A.R,Pessin J.E. Mechanism of insulin action.Accili A, editors.New

York :Landes Bioscience;2009.p.23-33

8. Ashcroft F.M, Stephen J.H. Insulin and molecular biology to pathology.

Oxford University Press;2008.p.41-9

9. Teuschev A. Insulin: A voice for choice. Davis L, editors. Switzerland;

2009.p.32-8

10. Miradi E, Tipe gen mutasi. Diunduh dari:

http://www.elvinmiradi.com/topik/jenis+mutasi+gen.html. 29 Januari 2011

11. Granner DK, Weil A. Sintesis protein dan kode genetik. Murray RK, Granner

DK, Rodwell VW. Dalam: Biokimia Harper. Jakarta; Penerbit Buku

Kedokteran ECG 2009: h376-91

12. US National Library of Medicine, What is gene therapy. http://www.news-

medical.net/health/What-is-Gene-Therapy-(Indonesian).aspx

23