BIOKIMIA TULANG
Tulang adalah jaringan ikat padat yang terdiri atas:
· Zat anorganik (mineral)
· Zat organik (matriks tulang)
· Zat anorganik berupa kristal
· Hidroksapatit yaiut Ca 10 (PO4)6(OH)2
· Na +
· Mg 2+
· Co3 2- (karbonat)
· F- (fluorida)
Hidroksiapatit merupakan faktor yang menentukan kekuatan tulang 99% Ca2+ dalam tubuh terhadap dalam tulang. Zat organik pada tulang berupa protein 90-96% adalah kolagen tipe T. Kolagen tipe T dan protein lainnya merupakan bagian kecil pada matriks. Tulang selalu berada dalam keadaan ‘ dinamic equilibrum” atau peristiwa tugor ganti. Peristiwa ini terlaksana karena ada 2 jenis sel, yaitu;
Ø Osteoklas: reabsorbsi tulang ( demineralisasi) dan menghancurkan matriks baru
Ø Osteoblas: deposisi tulang (mineralisasi) & sintesis matriks baru.
BIOKIMIA OTOT
I. OTOT MENGUBAH ENERGI KIMIA MENJADI ENERGI MEKANIS
Otot adalah transducer (mesin) biokimia utama yang mengubah energi potensial (kimiawi) menjadi energi kinetik (mekanis). Otot, jaringan tunggal terbesar di tubuh manusia membentuk sekitar 25% massa tubuh saat lahir, lebih dari 40% pada orang dewasa muda dan sedikit lebih kecil 30% pada usia lanjut.
Otot lurik terdiri dari sel-sel serabut otot multinukleus yang di kelilingi oleh membran plasma yang dapat tereksitasi oleh listrik,yaitu sarkolema. Sel serabut individual yang panjangnya dapat menyamai panjang keseluruhan otot, mengandung berkas banyak miofibril yang tersusun sejajar yang terbenam dalam cairan intrasel yang di sebut sarkoplasma. Di dalam cairan ini terdapat glikogen,senyawa berenergi tinggi, ATP dan fosfokreatin, serta enzim-enzim glikolilsis.
Miofibril otot rangka mengandung filamen tebal dan tipis. Filamen tebal mengandung miosin. Filamin tipis mengandung aktin, tropomiosin, dan kompleks troponin (troponin T,I, dan C). Model jembata-silang filamen geser adalah dasar dari pandangan terkini tentang kontraksi otot. Dasar dari model-model ini adalah bahwa filamen-filamen yang saling tumpang tindih bergeser satu sama lain sewaktu otot berkontraksi dan jembatan silang antara miosin dan aktin menghasilkan dan mempertahankan ketegangan otot.
II. AKTIN DAN MIOSIN MERUPAKAN PROTEIN UTAMA OTOT
Monomer G aktin membentuk 25% protein otot berdasarkan berat. Pada kekuatan ionik fisiologis dan dengan keberadaan Mg2+,G aktin mengalami polimerisasi secara nonkovalen untuk membentuk filamen heliks ganda tak larut yang disebut F aktin. Serabut F aktin memiliki tebal 6-7nm dan memiliki puncak dan struktur berulang setiap 35,5
Miosin adalah suatu famili protein,dengan paling sedikit 12 kelas yang telah berhasil diidentifikasi dalam genom manusia. Miosin I adalah suatu spesies monomer yang berikatan dengan membran sel. Miosin I dapat berfungsi sebagai penghubung antara mikrofilamen dan membran sel di lokasi tertentu. Miosin membentuk 55% protein otot berdasarkan berat dan membentuk filamen tebal. Mision II adalah heksamer asimetris dengan massa molekol sekitar 460kDa.
Miosin merupakan protein otot yang paling besar jumlahnya yang terdiri atas 6 sub-unit; yaitu 2 rantai berat dan 4 rantai ringan. Terdiri atas bagian globular dan bagian fibrosa. Bagian globular mengandung enzim ATPase .
Bagaimana hidrolisis ATP menghasilkan gerakan yang dapat terlihat kasat mata? Kontraksi otot pada hakikatnya terdiri dari perlekatan dan pembebasan siklik kepala S-1 miosin ke filamen F-aktin. Proses ini juga dapat disebut sebagai siklus penyusun dan perombakan jembatan silang. Perlekatan aksin pada miosin juga diikuti perubahan konformasi yang sangat penting di kepala S-1 dan bergantung pada nukleotida mana yang tersedia (ADP atau ATP). Perubahan ini menghasilkan power stroke (kayuhan bertenaga), yang mendorong pergerakan filamen aktin melewati filamen miosin. Energi unutk power stroke pada akhirnay dipasok oleh ATP yang dihidrolisis menjadi ADP dan P1. Namun, kayuhan bertenaga itu sendiri terjadi karena perubahan konformasi di kepala miosim pada saat ADP meninggalkannya.
ATP ATPase ADP + P1 + energi
Selain itu, bagian globular juga dapat berinteraksi dengan aktin. Apabila miosin direaksikan dengan tripsin akan putus menjadi HMM dan LMM. HMM apabila direaksiakan dengan PAPAIN akan putus menjadi HMMS-1 dan HMMS-2. Miosin HMM dan HMMS-1 memiliki aktivitas ATP-ase dan masih dapat berinteraksi dengan aktin.
Apabila terjadi rangsangan, aktin G aktin F. Kemudian tropomiosim dan ketiga troponim berinteraksi dengan aktin F. Interaksi aktin F, trompomiosin dan troponin kemudian berinterksi dengan miosin Ca3+ kontraksi. Di dalam sel otot terdapat organel subsel retikulum sarkoplasmik. Di dalam retikulum sarkoplasmik terdapat protein kalsequestrin. Kalsequestrin merupakan ‘pool’ Ca2+ pada keadaan otot istirahat. Ketika terjadi rangsangan, kalsequestrin melepaskan Ca2+, kemudian Ca2+ diikat oleh troponin C sehingga terjadi kontraksi. Pada relaksasi, Ca2+ kembali diikat oleh kalsequestrin dalam retikulum sarkoplasmik.
Nitrogen oksida adalah regulator otot polos vaskular. Hambatan pembentukannya dari arginin menyebebkan peningkatan mendadak tekanan darah yang menunjukkan bahwa regulasi tekanan darah salah satu dari banyak fungsinya.
III. DUA TIPE SERABUT OTOT
Otot rangka berfungsi dalam kondisi aerob (istirahat) maupun anaerob (misalnya lari cepat), jadi baik glikolisis aerob maupun anaerob bekerja, bergantung pada kondisi. Otot rangka mengandung mioglobulin untuk menyimpan oksigen.
Secara fungsional, otot rangka dibedakan atas dua tipe yaitu; (tipe 1) otot merah/ aerob dan (tipe2) otot putih/ anaerob. Contoh dari otot tipe I adalah pelari maraton dimana sumber energi dari geerakan ototnya adalah glikolisis aerobik, siklis asam sitrat, dan oksidasi asam lemak sangat penting pada fase-fase terakhir. Contoh dari tipe otot II adalah pelari sprint dimana sember energi dari gerakan ototnya adalah ATP, kreatinin kinase dan glikolisis anaerobik. Berikut adalah penjelasan lebih rinci;
Sumber Energi pada Otot Putih
1. ATP ATPase ADP + P1 + energi
ATP dalam otot hanya terdapat untuk kontraksi otot selama 1 detik, kemudian;
2. Kreatinfosfat + ADP kreatin kinase kreatin + ATP
Hal ini hanya berlangsung 4 detik, kemudian;
3. 2 ADP Adenilat Kinase AMP + ATP
4. Glikolisis anaerobik
Glikogen Glikolisis anaerobik 2 laktat +3 ATP
Sumber Energi pada Otot Merah
1. Glikolisis aerobik
Glikogen piruvat CO2 + H2O + 39 ATP
Pada maraton glikogen hepar habis dalam waktu 18 menit
2. Glikogen otot melalui glikolisisaerobik habis dalam waktu 70 menit
3. Oksidasi β asam lemak (tahan sampai 4000 menit).
BIOKIMIA SENDI
Otot melekat pada 2 tulang yang terhubung oleh sendi. Beberapa komponen penunjang tsendi, terdiri atas;
1. Tulang rawan hialin (kartilago hialin) adalah jaringan tulang rawan yang menutupi kedua ujung tulang. Berguna untuk menjaga benturan Terdiri atas substansi rawan ; kondroitin sulfat, sedikit protein, dan sedikit Ca2+. Rawan sendi ini dibuat oleh kondroblast/ kondrosit.
2. Kantung sendi (bursa articularis) di antara kedua rawan sendi.
Kantung ini berisi cairan sendi. Dalam cairan sendi terlarut glikosamino glikan, terutama asam hialuraonat. Oleh karena sifat fisikokimia glikosamino glikan pada cairan sendi ini membuat pergerakan tulang halus tanpa gesekan.
3. Ligamen (ligamentum) adalah jaringan pengikat yang mengikat luar ujung tulang yang saling membentuk persendian. Ligamentum juga berfungsi mencegah dislokasi.
4. Cairan sinovial adalah cairan pelumas pada kapsula sendi
PERAN BERBAGAI ZAT GIZI DAN SUBSTRAT KIMIA LAINNYA DALAM STRUKTUR BIOKIMIA
Energi yang digunakan dalam sistem gerak adalah dalam bentuk ATP (Adenin Trifosfat). Bahan makanan yang berupa karbohidrat, lemak, dan protein yang dioksidasi akan menghasilkan energi, dimana energi tersebut digunakan untuk membentuk sejumlah besar ATP, dan selanjutnya ATP tersebut digunakan sebagai sumber energi bagi banyak fungsi sel. Sehingga ATP merupakan senyawa kimia labil yang terdapat di semua sel, dan semua mekanisme fisiologis yang memerlukan energi untuk kerjanya mendapatkan energi langsung dari ATP.
ATP adalah suatu nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen adenin, gula pentosa ribosa dan tiga rantai fosfat. Dua rantai fosfat yang terakhir dihubungkan dengan bagian sisa molekul oleh ikatan fosfat berenergi tinggi yang sangat labil sehingga dapat dipecah seketika bila dibutuhkan energi untuk meningkatkan reaksi sel lainnya. Enzim-enzim oksidatif yang mengkatalis perubahan Adenosine Diphospate (ADP) menjadi ATP dengan serangkaian reaksi menyebabkan energi yang dikeluarkan dari pengikatan hidrogen dengan oksigen digunakan untuk mengaktifkan ATPase dan mengendalikan reaksi untuk membentuk ATP dalam jumlah besar dari ADP. Bila ATP di urai secara kimia sehingga menjadi ADP akan menghasilkan energi sebesar 8 kkal/mol, dan cukup untuk berlangsungnya hampir semua langkah reaksi kimia dalam tubuh.
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.
Mokelul asam piruvat yang terbentuk dari proses glikolisis ini dapat mengalami proses metabolism 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 CO2 dan H2O 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.
Di dalam proses ini, sebanyak 2 buah molekul ATP dapat dihasilkan apabila sumber glukosa berasal dari glukosa darah dan sebanyak 3 buah molekul ATP dapat dihasilkan apabila glukosaberasal dari glikogen otot. Setelah melalui proses glikolisis, asam piruvat yang di hasilkan ini kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA di dalam mitokondsia. Proses perubahan dari asam piruvat menjadi Asetil-KoA ini akan berjalan dengan ketersediaan oksigen serta akan menghasilkan produk samping berupa NADH yang juga dapat menghasilkan 2-3 molekul ATP. Untuk memenuhi kebutuhan energi bagi sel-sel tubuh, Asetil-KoA hasil konversi asam piruvat ini kemudian akan masuk ke dalam siklus asam-sitrat untuk kemudian diubah menjadi karbon dioksida (CO2), ATP, NADH dan FADH2 melalui tahapan reaksi yang kompleks. Reaksi-reaksi yang terjadi dalam proses yang telah disebutkan dapat dituliskan melalui persamaan reaksi sederhana sebagai berikut:
Asetil-KoA + ADP + Pi + 3 NAD + FAD + 3H2O ---> 2CO2+ CoA + ATP + 3 NADH + 3H + FADH2
Setelah melewati berbagai tahapan proses reaksi di dalam siklus asam sitrat, metabolisme energy dari glukosa kemudian akan dilanjutkan kembali melalui suatu proses reaksi yang disebut sebagai proses fosforilasi oksidatif. Dalam proses ini, molekul NADH dan juga FADH yang dihasilkan dalam siklus asam sitrat akan diubah menjadi molekul ATP dan H2O. Dari 1 molekul NADH akan dapat dihasilkan 3 buah molekul ATP dan dari 1 buah molekul FADH2 akan dapat menghasilkan 2 molekul ATP. Proses metabolisme energi secara aerobik melalui pembakaran glukosa/glikogen secara total akan menghasilkan 38 buah molekul ATP dan juga akan menghasilkan produk samping berupa karbon dioksida (CO2) serta air (H2O). Persamaan reaksi sederhana untuk mengambarkan proses tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :
Glukosa + 6O2 +38 ADP + 38Pi ---> 6 CO2 + 6 H2 O + 38 ATP
Rincian diatas dapat diringkas sebagai berikut;
Glikolisis:
Glukosa ——> 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP
Siklus Krebs
Glukosa ——> 2 asam piruvat 2 NADH 2 ATP
Siklus Krebs
2 asetil piruvat ——> 2 asetil KoA + 2 C02 2 NADH 2 ATP
2 asetil KoA ——> 4 CO2 6 NADH 2 PADH2
Rantai Transport electron respirasi
2 asetil KoA ——> 4 CO2 6 NADH 2 PADH2
Rantai Transport electron respirasi
10 NADH + 502 ——> 10 NAD+ + 10 H20 30 ATP
2 FADH2 + O2 ——> 2 PAD + 2 H20 4 ATP
Total ATP 38
2 FADH2 + O2 ——> 2 PAD + 2 H20 4 ATP
Total ATP 38
Bentuk ATP inilah yang digunakan oleh tubuh dalam menunjang sistem gerak.
REFERENSI
Almatsier, Sunita. 2010. Prinsip Dasar Ilmu Gizi. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama.
Murray, Robert, et al. 2006. Biokimia Herper Ed. 27. Jakarta: EGC.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar