Mekanisme Kerja Otot, Proses Biokimia Otot

Mekanisme Kontraksi Otot

1.      Jika otot lurik berkontraksi, maka pita I menyempit dan zona H dapat hilang karena garis Z saling mendekat

2.      Pada waktu istirahat, tak ada interaksi antar filament karena tempat aktif pada filament aktin di mana kepala myosin itu dapat terikat diblokir oleh tropomiosin

3.      Saat serabut otot dirangsang, pada sarkolema terjadi perubahan-perubahan yang menyebabkan dihilangkannya blockade tadi

4.      Pada waktu istirahat, plasmalema memiliki muatan listrik yang disebut potensial rehat yang disebabkan oleh konsentrasi ion Na + yang tinggi di luar

5.      Jika impuls saraf sampai pada ujung neuron atau keeping akhir mototr, neurotransmitter akan dilepaskan oleh ujung neuron sehingga menyebabkan perubahan permeabilitas sarkolema sedemikian rupa sehingga Na+ mengalir dengan cepat ke dalam sehingga terjadilah aksi potensial

6.      Aksi potensial merambat dan menyebar dengan cepat melalui sarkolema dan jauh ke dalam serabut tempat sarkolema terlipat sebagai tubulus melintang yang kebanyakan terletak di dekat garis Z

7.      Ion Ca 2+ yang terletak di dalam kantung simpanan sarkolema, yaitu sisterna kemudian dilepaskan dan bersenyawa denga troponin dan mengubah konfigurasinya sehingga tropomiosin ditarik masuk ke tempat aktif pada aktin. Sekarang kepala myosin mengikat diri pada tempat itu

8.      ATP dipecah dan energi yang terlepas meluruskan dan memberi muatan kepada kepala miosin dan menyebabkan kepala itu melepaskan diri dari tempat aktin, dimana kepala pada waktu itu berada dan mengoikatkan diri pada pada aktin yang berdekatan

9.      Kepala-kepala yang melepaskan dan mengikatkan diri ini bekerja sebagai roda bergigi yang menarik filamen aktin makin jauh ke dalam sarkomer . Selama hal ini berlangsung, pompa kalsium memompa ion Ca2+ yang bebas kembali ke dalam sistema sarkoplasma dan enzim asetilkolinase menguraikan asetilkolin pada keping akhir motor

10.  Jika stimulasi otot tidak diteruskan, kadar kalsium menjadi begitu rendah sehingga tropomiosin bergerak lagi ke tempat aktif pada filamen aktin dan memblokirnya sehingga kontraksi berhenti

11.  ATP digunakan untuk memberi muatan kepala aktin miosin dan untuk melepaskannya dari tempat aktin sebelum daur pengikatan, penarikan, dan pelepasan berikkutnya, serta untuk menjalankan pompa kelsium

12.  Energi digunakan untuk melepaskan kepala miosin dan memindahkan ion Ca2+ yang bebas

13.  Otot yang tidak mempunyai sumber ATP akan tetap berkontraksi. Kita mengenalnya sebagai kekejangan otot, atau setelah meninggal sebagai rigor mortis

14.  Pengikatan dan pelepasan tiap kepala myosin menggunakan 1 molekul ATP. Jika persediaan ATP habis terpakai maka ATP disintesis lagi dari ADP dengan pemindahan satu gugus fosfat dari keratin fosfat

15.  Kebutuhan energi yang kurang karena kurangnya oksigen dipenuhi dari reaksi glikolisis anaerobic glikogen.

16.  Dalam reaksi tersebut, karena asam piruvat tak dapat masuk ke dalam daur asam sitrat, maka asam piruvat diubah menjadi asam laktat yang kemudian keluar dari sel.

17.  jika oksigen tersedia lagi, sebagian besar asam laktat akan diubah menjadi glukosa (terutama dalam hati) yang akan dikembalikan ke dalam serabut-serabut otot dan menjadi glikogen otot ( Claude, 1999 ).

SUMBER ENERGI UNTUK KONTRAKSI

Karena ATP yang tersimpan dalam otot biasanya akan habis setelah sepuluh kali kontraksi maka ATP harus dibentuk kembali untuk kelangsungan aktivitas otot melalui sumber energi lain.

1.      keratin fosfat (CP)

senyawa berenergi tinggi lainnya merupakan sumber energi yang langsung tersedia untuk memperbaharui ATP dari ADP (CP+ADP→ATP+keratin)

a.       CP memungkinkan kontraksi otot tetap berlangsung saat ATP tambahan dibentuk melalui metabolisme glukosa secara anaerob dan aerob.

b.      CP menyediakan energi untuk sekitar seratus kontraksi dan harus disintesis ulang dengan cara memproduksi lebih banyak ATP 9 ATP+keratin→ADP+CP)

c.       ATP tambahan terbentuk dari metabolisme glukosa dan asam lemak melalui reaksi aerob dan anaerob.

2.      reaksi anaerob (jalur glikolisis)

a.       otot dapat berkontraksi secara singkat tanpa memakai oksigen dengan menggunakan ATP yang dihasilkan melalui glikolisis anaerob. Langkah pertama dengan respirasi seluler

b.      glikolisis berlangsung dalam sarkoplasma, tidak memerlukan oksigen dan melibatkan pengubahan satu molekul glukosa menjdai dua molekul asam piruvat

c.       glikolisis anaerob berlangsung cepat tetapi tidak efisien karena hanya menghasilkan dua molekul ATP per molekul glukosa. Glikolisis dapat memenuhi kebutuhan ATP untuk kontraksi otot dalam waktu singkat jika persendian oksigen tidak mencukupi.

d.      Pembentukan asam laktat dalam glikolisis anaerob

i.                                                                        Tanpa oksigen, asam piruvat diubah menjadi asam laktat

ii.                                                                        Jika aktivitas yang dilakukan sedang dan singkat, persendian oksigen yang adekuat akan menghalangi akumulasi asam laktat

iii.                                                                        Asam laktat berdifusi ke luar dari otot dan dibawa ke hati untuk disintesis ulang jadi glukosa.

3.      reaksi aerob (memakai oksigen)

a.       saat aktivitas berlangsung, asam piruvat yang terbentuk melalui glikolisis anaerob mengalir ke mitokondria untuk masuk ke siklus asam sitrat (trikarboksilat) untuk oksidasi

b.      jika ada oksigen glukosa terurai dengan sempurna menjadi karbondioksida, air dan energi (ATP)

c.       reaksi aerob berlangsung lambat tetapi efesien, menghasilkan energi sampai 36 mol ATP per mol glukosa

4.      oksigen debt

saat terjadi aktivitas berat yang singkat, penguraian ATP berlangsung dengan singkat sehingga penyimpanan energi anaerob menjadi cepat habis. Sistem respiratorik dan pembuluh darah tidak dapat menghantarkan cukup oksigen ke otot untuk membentuk ATP melalui reaksi aerob.

a.       Asam laktat berakumulasi mengubah pH dan menyebabkan keletihan serta nyeri otot

b.      Oksigen ekstra yang harus dihirup setelah aktivitas berat disebut oksigen debt

c.       Volume oksigen yang dihirup tetap berada diatas volume normal sampai semua asam laktat dikeluarkan, baik dioksidasi menjadi asam piruvat dalam otot atau disintesis ulang menjadi glukosa dalam hati ( Ethel, 1994 ).

ASAM LAKTAT

Sewaktu otot bekerja berlebihan, maka akan terjadi pelepasan kalsium yang meregulasi kontraksi dan aktivitas metabolik. Selama itu pula akan terjadi peningkatan konsentrasi kalsium dan kemudian  kalsium ini men-turns on otot sehingga otot akan berada dalam kondisi tegang (kontraksi) terus menerus serta mengakibatkan kelelahan otot dan jaringan tubuh.

Di samping itu, kebutuhan otot akan oksigen juga meningkat 70 kali di atas normal (istirahat). Kebutuhan yang cepat dan panjangnya kelelahan otot akan meningkatkan aliran darah lokal, begitu pula densitas pembuluh darah pada otot yang bersangkutan akan meningkat. Sebagai akibatnya, aktivitas otot ini membutuhkan suplai oksigen, nutrisi dan hormon-hormon dalam jumlah yang lebih banyak. Kondisi seperti ini juga menyebabkan tubuh tidak dapat mengusir produksi panas dan produk metabolik lain seperti asam laktat.

Pemuaian dan peningkatan kapiler terjadi karena stres dinding pembuluh darah, sehingga aliran dan tekanan darah akan meningkat pula ( Anonim D, 2009 ).

Akumulasi asam laktat selama kerja fisik berat merupakan suatu proses pertahanan tubuh berupa oksidasi asam laktat yang dibuat konstan. Bila ambang batas ini terlewati, maka akan terjadi proses glikolisis aerob. Semua ini dilakukan oleh tubuh sebagai upaya menyimpan energi karena asam laktat dapat dipecah kembali bila terdapat cukup oksigen yang bisa diperoleh bila kita cukup beristirahat. Pemecahan asam laktat tersebut dapat dipakai kembali oleh tubuh menjadi sumber energi baru. Jadi asam laktat sebenarnya bukanlah produk buangan, tetapi merupakan mekanisme tubuh untuk mempertahankan diri terhadap stres karena kerja berat. Pada saat istirahat, oksigen secara perlahan tapi pasti akan tercukupi dan  asam laktat akan digunakan sebagai sumber energi kembali. Timbunan asam laktat menurunkan pH otot sehingga kapasitas serat otot menurun, menimbulkan rasa lelah.  Asam laktat dibawa ke liver, dan diubah kembali menjadi asam piruvat jika oksigen telah cukup kembali. Pada respirasi anaerob hanya dihasilkan 2 ATP (per 1  molekul glukosa) ( Anonim D, 2009 ).

Glikolisis merupakan salah satu bentuk metabolisme energi yang dapat berjalan secara anaerobik tanpa kehadiran oksigen. Proses metabolisme energi ini mengunakan simpanan glukosa yang sebagian besar akan diperoleh dari glikogen otot atau juga dari glukosa yang terdapat di dalam aliran darah untuk menghasilkan ATP. Inti dari proses glikolisis yang terjadi di dalam sitoplasma sel ini adalah mengubah molekul glukosa menjadi asam piruvat dimana proses ini juga akan disertai dengan membentukan ATP.

Jumlah ATP yang dapat dihasilkan oleh proses glikolisis ini akan berbeda bergantung berdasarkan asal molekul glukosa. Jika molekul glukosa berasal dari dalam darah maka 2 buah ATP akan dihasilkan namun jika molekul glukosa berasal dari glikogen otot maka sebanyak 3 buah ATP akan dapat dihasilkan. Mokelul asam piruvat yang terbentuk dari proses glikolisis ini dapat mengalami proses metabolisme lanjut baik secara aerobik maupun secara anaerobik bergantung terhadap ketersediaan oksigen di dalam tubuh. Pada saat berolahraga dengan intensitas rendah dimana ketersediaan oksigen di dalam tubuh cukup besar, molekul asam piruvat yang terbentuk ini dapat diubah menjadi CO dan H O di dalam mitokondria sel. Dan jika ketersediaan oksigen terbatas di dalam tubuh atau saat pembentukan asam piruvat terjadi secara cepat seperti saat melakukan sprint, maka asam piruvat tersebut akan terkonversi menjadi asam laktat ( Anonim C, 2009 ).

Glikogen merupakan “pati hewani”, terbentuk dari ikatan 1000 molekul, larut  di dalam air (pati nabati tidak larut dalam air) dan bila bereaksi dengan iodium akan  menghasilkan warna merah. Glikogen terdapat pada otot hewan, manusia dan ikan.  Pada waktu hewan disembelih, terjadi kekejangan (rigor mortis) dan kemudian  glikogen dipecah menjadi asam laktat selama post mortum. Glikogen disimpan di dalam hati dan otot sebagai cadangan energi, yang  sewaktu-waktu dapat diubah kembali menjadi glukosa bila dibutuhkan.  Sumber : banyak terdapat pada kecambah, serealia, susu, syrup jagung (26% )

Melalui suatu deretan proses-proses kimiawi, glukosa dan glikogen diubah menjadi asam pyruvat. Asam pyruvat ini merupakan zat antara yang sangat penting  dalam metabolisme karbohidrat. Asam  pyruvat dapat segera diolah lebih lanjut  dalam suatu proses pada “lingkaran Krebs”. Dalam proses siklis ini dihasilkan CO2 dan H2O dan terlepas enersi dalam bentuk persenyawaan yang mengandung tenaga  kimia yang besar yaitu ATP (Adenosin Triphosphate). ATP ini mudah sekali  melepaskan enersinya sambi}berubah

menjadi ADP (Adenosin Diphos phate).  Sebagian dari asam piruvat dapat diubah menjadi ” asam laktat “. Asam laktat ini  dapat keluar dari sel-sel jaringan dan memasuki aliran darah menuju ke hepar.  Di dalam hepar asam laktat diubah kembali menjadi asam pyruvat dan  selanjutnya menjadi glikogen, dengan demikian akan menghasilkan enersi. Hal ini hanya terdapat di dalam hepar, tidak dapat berlangsung di dalam otot,  meskipun di dalam otot terdapat juga glikogen. Sumber glikogen hanya berasal dari  glukosa dalam darah. Metabolisme karbohidrat selain di pengaruhi oleh enzim-enzim,  juga diatur oleh hormon-hormon tertentu. Hormon Insulin yang dihasilkan oleh “pulau-pulau Langerhans” dalam pankreas sangat memegang perananan penting.  Insulin akan mempercepat oksidasi glukosa di dalam jaringan, merangsang  perubahan glukosa menjadi glikogen di dalam sel-sel hepar maupun otot. Hal ini  terjadi apabila kadar glukosa di dalam darah meninggi. Sebaliknya apabila kadar  glukosa darah menurun, glikogen hati dimobilisasikan sehingga kadar glukosa darah akan menaik kembali. Insulin juga merangsang glukoneogenesis, yaitumengubah  lemak atau protein menjadi glukosa (HUTAGALUNG, 2009 ).