FUNGSI HEMOGLOBIN

Sel Darah Merah Dikhususkan Untuk Mengangkut Oksigen

Banyaknya darah dalam tubuh kita adalah 5-6 liter, sepertiga diantaranya adalah sel darah merah (eritrosit) yang tersuspensi dalam plasma darah yang kaya protein. Darah harus membawa 600 oksigen dari paru-paru ke jaringan tubuh. Hampir semua oksigen yang di bawa oleh tubuh terikat dan terangkut oleh hemoglobin. Hemoglobin dalam 100mL darah mengikat 20mL oksigen.

Eritrosit berbentuk bikonkaf dan berukuran 6-9μm. Sel ini tidak memiliki organel sel seperti umumnya. Sel ini dibentuk dari retikulosit. Pada proses pematangan retikulosit kehilangan organel selularnya dan membentuk hemoglobin sehingga umur eritrosit kira-kira 120 hari. Setiap 100mL darah yang mengalir melalui jaringan melepaskan kira-kira sepertiga oksigen atau 6,5mL oksigen pada tekanan atmosfir dan suhu tubuh.

Mioglobin dan hemoglobin berbeda dalam kurva pengikatan oksigen

Mioglobin mempunyai daya ikat yang amat tinggi oksigen, mioglobin mempunyai daya ikat yang amat tinggi terhadap oksigen, mioglobin telah 50% jenuh oleh oksigen pada tekanan 1-2mmHg.

Gambar 1 : Kurva kejenuhan oksigen mioglobin dan hemoglobin. Hemoglobin mempunyai daya ikat yang lebih tinggi terhadap oksigen dibandingkan dengan hemoglobin.

Mioglobin mempunyai daya ikat tinggi terhadapoksigen, mioglobin telah 50% jenuh oleh oksigen pada tekanan 1-2 mmHg. Kurva kejenuhan oksigen mioglobin merupakan kurva hiperbola sederhana, sehingga kesetimbangannya :

Mioglobin + O2 = Oksimioglobin

Polipeptida heme pada molekul hemoglobin mengikat suatu oksigen, sub unit tersebut diteruskan informasi pada sub unit selanjutnya. Peristiwa ini disebut dengan interaksi kooperatif tepatnya kooperatif positif. Pengikatan oksigen secara kooperatif tidak terjadi pada mioglobin. Kooperatif positif juga ditandai dengan banyak protein oligomer mempunyai lebih dari satu sisi pengikatan terhadap ligan masing-masing.Sedangkan yang dimaksud dengan kooperatif negative adalah pengikatan satu protein ligan menurunkan kemungkinan terikatnya molekul ligan selanjutnya.

Pengikatan kooperatif oksigen meningkatkan efisiensi hemoglobin sebagai pembawa oksigen

Pada saat darah melalui otot kapiler, oksigen dibebaskan dari hemoglobin yang hampir jenuh ke plasma darah kemudian ke sel otot. Hemoglobin akan membebaskan ± 1/3 oksigen pada saat protein melalui kapiler otot, sehingga saat hemoglobin meninggalkan otot kira-kira oksigen yang jenuh hanya 64%.

Jika hemoglobin diganti dengan mioglobin, hanya 1-2% oksigen terikat yang dibebaskan oleh mioglobin dari tekanan 100mmHg (tekanan oksigen dalam paru-paru) menjadi 26mmHg (tekanan oksigen dalam otot). Maka mioglobin tidak dapat berperan dalam hal ini karena daya ikat oksigennya sangat tinggi sehingga hanya bisa sedikit melepaskan oksigen kedalam jaringan. Begitu sebaliknya dengan hemoglobin yang sangan efektif dalam membebaskan sebagian besar oksigen yang ada dalam jaringan.

Dalam fungsi biologi otot, mioglobin berperan untuk menyimpan oksegen yang diperlukan oleh mitikondria, sebenarnya lebih efektif dari hemoglobin karena daya ikatnya yang kuat pada tekanan oksigen yang rendah sehingga dapat menyimpan oksigen secara efektif.

Hemoglobin juga mengangkut H+ dan CO2

Hemoglobin juga membawa H+ dan CO2 dari jaringan ke paru-paru karena terlibat dalam proses ekskresi. Selain itu, hemoglobin juga memperlancar pengangkutan CO2 dari jaringan menuju paru-paru untuk dihembuskan keluar. Pada saat bahan organik dioksidasi oleh mitokondria, terjadi pembentukan CO2, air dan produk lainnya. Pembentukan zat tersebut mengakibatkan peningkatan H+

karena hidrasi CO2 menghasilkan H2CO3 yang berdisosiasi membentuk H+ dan bikarbonat.

Pengikatan oksigen oleh hemoglobin dipengaruhi oleh H+ dan konsentrasi CO2. Pada pH yang relative rendah dan konsentrasi CO2 yang relative tinggi dalam jaringan periferi mengakibatkan daya ikat hemoglobin terhadap oksigen

menurun karena terikatnya CO2 dan H+. Sedangkan dalam kapiler paru-paru, saat CO2 diekskresikan dan pH darah naik, pengangkutan oksigen menjadi tinggi. Peristiwa seperti ini disebut dengan pengaruh bohr (pengaruh ini akibat dari keseimbangan melibatkan dua ligan lain yang dapat diikat oleh hemoglobin,H+

dan CO2.

Berikut pengaruh [H+] terhadap pengikatan oksigen oleh hemoglobin

HHb+ + O2 HbO2 + H+

Dimana HHb+ adalah bentuk proton dari hemoglobin. Jika hemoglobin mengikat karbondioksida yang bertolak belakang dengan oksigen, CO2 diikat oleh gugus α amino pada tiap ujung amino dari keempat rantai polipeptida hemoglobin n untuk membentuk karbaminohemoglobin. Kapasitas hemoglobin untuk mengkomunikasikan informasi pengikatan ligan dari satu unit polipeptida ke sub unit yang lainnya, molekul hemoglobin dapat terintegrasikan transport O2,CO2 dan H+ oleh sel darah merah.

Oksigenasi Hemoglobin Menyebabkan Suatu Perubahan Di Dalam Konformasi Tiga Dimensinya

Molekul dioksihemoglobin mengalami perubahan konformasi dengan pengikatan terhadap oksigen. Perubahan ini ditandai oleh Kristal deoksihemoglobin tanpa adanya penguraian oksigen jika diberikan oksigen dari atmosfir. Buktinya, ketika dianalisis dengan sinar-x memperlihatkan deoksihemoglobin dan oksihemoglobin berbeda dalam konformasi tiga dimensi.

oksihemoglobin

deoksihemoglobin

Terjadi perubahan kuartener pada posisi deoksihemoglobin yang mengakibatkan molekul oksihemoglobin mempunyai struktur yang kompak, celah diantara pusat molekul menjadi lebih kecil, sehingga heme α menjadi rapat dan heme β menjadi menjauh. Residu yang mengikat H+ pada rantai α dan β juga mengalami perubahan lingkungan dari hidrofilik menjadi hidrofobik. Pergeseran gugus proton tersebut membebaskan H+ sehingga menjadi asam kuat saat hemoglobin mengalami oksigenasi. Jadi perubahan kuartener memiliki dampak jika protein mengalami oksigenasi, daya ikat hemoglobin bertolak belakang bagi oksigen, H+ dan CO2

Jika ada satu atau dua subunit yang mengikat oksigen terjadi perubahan konformasi yang berpengaruh pada pengikatan oksigen. Struktur kuartener mengalami perubahan menjadi bentuk yang mempunyai daya ikat yang tinggi dan daya ikat yang rendah untuk CO2 dan H+. Jika O2 dibebaskan struktur kuartener kembali ke bentuk semula dan H+ dan CO2 menjadi terikat.

IMPLIKASI BIOMEDIS

Mioglobinuria

Setelah mengalami cedera remuk, mioglobin yang dilepas dari serabut otot yang putus akan muncul dalam urin yang menyebabkan urin berwarna merah gelap.

Hemoglobinopati

Mutasi pada residu tertentu yang menentukan dalam hemoglobin membawa konsekuensi yang serius. Nmaun mutasi pada banyak ersidu permukaan yang sudaah terlepas jah dari tempet pengikatan heme tidak akan menimbulkan kelainan klinik.

Anemia sel sabit

Salah satu penyakit keturunan karena kelainan pada hemoglobinnya adalah anemia sel sabit. Penderita penyakit ini ditandai dengan kondisi kritis secara berulang-ulang karena gerakan fisik yang menyebabkan menjadi lemah, pusing, kekurangan udara, degupan jantung dan denyut nadi yang keras. Kandungan hemoglobin pada penderita adalah setangah dari kondisi normal (15-16 g per 100 ml) dapat dikatakan kekurangan darah.

gambar disamping adalah anemia sel sabit

Secara mikroskopik sel darah ini bersifat abnormal (ada yang berbentuk sabit, panjang, dan mata pisau). Faktor utama penyebab kematian penderita ini adalah sel sabit mengalami deoksigenasi yang menyebabkan sel darah menjadi amat rapuh dan mudah pecah sehingga hemoglobin dalam darah menjadi rendah. Apabila kapiler kecil darah dalam organ yang berbeda menjadi tersumbat oleh bentuk sel darah yang abnormal.

Ada anemia yang tidak terlalu parah yaitu sel sabit semu, penderita ini hanya menerima gen hemoglobin dari salah satu orang tuanya. Penderita ini dapat

normal jika menghindari latihan fisik atau tekanan lain terhadap sirkulasi. Hemoglobin dari sel sabit disebut hemoglobin S, dari manusia dewasa disebut hemoglobin A. Jika hemoglobin S mengalami deoksigenasi, hemoglobin ini tidak larut dan membentuk serat seperti pipa. Sedangkan hemoglobin A larut dalam deoksigenasi. Serabut tidak larut dalam hemoglobin S yang mengalami deoksigenasi sehingga sel berbetuk sabit.

Deret Asam Amino Pada Hemoglobin Sel Sabit Mengalami Perubahan

Menurut Linus Pauling dan Harvey itano, rantai polipeptida molekul hemoglobin S tertentu memiliki gugus R yang bermuatan negative yang lebih sedikit dibanding dengan hemoglobin A. lalu Vernon Ingram menemukan cara untuk membedakan hemoglobin S dengan hemoglobin A, yaitu membuat tapak atau peta peptida. Caranya dengan memotong kedua jenis hemoglobin tersebut dengan menggunakan tripsin yang memotong hanya ikatan peptide dengan gugus karboksil dari residu lisin dan arginin. Akibatnya 28 jenis potongan peptide karena terdapat 27 residu arginin dan lisin gabungan rantai α dan β. Campuran dari kedua hemoglobin ditaruh dalam kertas saring yang telah dibasahi oleh larutan buffer kemudian diletakkan pada alat elektroforesis yang menyebabkan kedua rmenempati posisi yang berbeda. Kedua titik ini berbeda hanya pada satu factor : peptide yang berbeda dari hemoglobin S mengandung residu valin sedangkan peptide jenisnya dari hemoglobin normal A mengandung residu asam glutamate.

Hemoglobin S bergerak lebih rendah dibanding dengan hemoglobin A dalam medan listrik karena rantai hemoglobin S bersifat identik dengan kedua rantai hemoglobin A. Posisi residu menyimpang terjadi pada posisi 6 dalam rantai β hemoglobin. Karena valin sendiri tidak memiliki muatan listrik sedangkan asam glutamate memiliki muatan negative pada pH 8, jadi hemoglobin sel sabit memiliki kekurangan dua muatan negative.

Gejala Bentuk Sel Sabit Disebabkan Oleh Kecenderungan Molekul Hemoglobin S Untuk Bergabung Bersama-Sama

Posisi 6 pada rantai β merupakan titik kritis dalam struktur kuartener hemoglobin. Pergantian residu valin menimbulkan kontak hidrofobik untuk berlekatan pada posisi 6 rantai β, yang letaknya di permukaan luar molekul. Tempat inilah yang mengakibatkan molekul deoksihemoglobin S bergabung menjadi satu secara abnormal membentuk gumpalan yang panjang. Hal inilah yang menyebabkan bentuk sabit sel merah.

Protein Yang Mengandung Asam Amino Yang Salah Adalah Akibat Mutasi Gen

Pada penderita anemia sel sabit, gen yang menjadi residu asam glutamate berganti menjadi residu valin. Terdapat 300 jenis mutasi yang satu diantaranya akibat penukaran asam amino α dan β yang dapat diketahui dengan uji elektroforesis dan pemetaan pada penderita kelainan sel darah merah lainnya.

Hemoglobin bukanlah salah satu protein yang dapat diubah secara genetic tetapi ada juga yang ditemukan dalam serat seperti kolagen. Mutasi bukan hanya merubah protei sebagai penyimpangan genetic tetapi dapat juga mengalami perbaikan molekul protein untuk bertahan hidup terhadap lingkungan alaminya. Misalnya pada penduduk afrika yang sebagian besar pembawa penyakit sel sabit, pada gen sel sabit menunjukkan bahwa mereka tidak rentan terhadap penyakit malaria. Karena parasit malaria tidak dapat berkembang dengan baik pada sel sabit.

Dapatkah Penyembuhan Molecular Bagi Hemoglobin Sabit Ditemukan ?

Sebuah penelitian yang sedang dilakukan untuk pengembangan penyembuhan molekuler terhadap anemia sel sabit sedang dilakuakan yaitu dengan obat-obatan atau senyawa yang dapat bereaksi dengan gugus hemoglobin S. Dengan adannya pergantian valin terhadap asam glutamate dalam rantai β dapat menghindari pembentukan sel sabit. Senyawa kimia yang dapat menggantikan yaitu potassium sianat, yang bereaksi dengan gugus amino hemoglobin S yang membentuk senyawa turunan karbonil yang tidak membuat bentuk sabit jika mengalami deoksidasi. Tetapi memiliki efek samping dalam pereaksian ini, yaitu bersifat toksik.