OTOT MENGUBAH ENERGI KIMIA MENJADI ENERGI MEKANIS

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.                  DUA TIPE SERABUT OTOT

            Struktur otot rangka bebenjtuk lurik. Otot ini ada dua tipe yaitu otot merah dan otot putih, keduanya ini mempunbai struktur yang berbeda. 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).

Slide + online

MIOFIBRIL

Miofibril disusun oleh 2 macam filamen yang sejajar dan memanjng;

1.      Filamen tebal (pita A) diameter 16 nm, mengandung protein miosin.

2.      Filament tipis (pita I) mengandung protein aktin (terutama, tropomiosin, dan troponim

·         Sel otot berbentuk hexogonal, filament tipis (hexogonal) mengelilingi filament tebal.

·         Pada kontraksi panjang, filament tebal dan tipis tidak berubah, daerah I dan H menjadi sempit.

MIOSIN

Miosin adalah suatu famili protein, dengan paling sedikit 12 kelas yang telah berhasil diidentifikasi dalam genom manuisia. Miosin yang menyusun myofibril sel otot adalah tipe miosin 2. Terdiri dari 55% berat protein otot, molekulnya hexamer, dan masa molekulnya 460 kDa. Miosin terdiri dari ; 2 rantai berat (heavy chain=H), 4 rantai ringan (light chain=L) dan 2 kepala globuler ( S1).

AKTIN

Aktin merupakan 25% berat protein otot, memebentuk globuler G-aktin. Monumer G-aktin (43kDa; G, globular) membentuk 25% protein otot berdasarkan berat. G-aktin mengalami polimerisasi secara nonkovalen untuk mebenetuk filamen helix-ganda tak-larut yang disebut F-aktin. Serabut F-aktin memiliki tebal 6-7 nm an memiliki puncak atau struktur berulang setiap 35,5 nm.

Harper + slide

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 Ca^2+, 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.

harper

BEBERAPA MEKANISME MEMULIHKAN  SIMPANAN ATP DI OTOT

ATP yang di buuhkan sebagai sumber energi konstan untuk sikluk kontraksi-relaksasi dapat dihasilkan

1.      melalui glikolisis, dengan menggunakan glukosa darah atau glikogen otot,

2.      melalui fosforilasi oksidatif

3.      dari kreatin fosfat

4.      dari 2 molekul ADP dalam reaksi yang di katalisis oleh adenilil kinase

jumlah ATP di otot rangka hanya cukup untuk menghasilkan energi untuk kontraksi beberapa detik sehingga ATP harus terus menerus di perbaharui dari salah satu atau lebih sumber di atas, bergantung pada kondisi metabolik. Seperti di bahas kemudian, terdapat paling sedikit dua jenis serabut yang berbeda di otot rangka, satu terutama aktif dalam kondisi aerob dan yang dalam kondisi anaerob; jelaslah, keduanya menggunakan masing-masing sumber energi di atas dengan derarjat yang berbeda.

OTOT RANGKA MENGANDUNG BANYAK GLIKOGEN

Sarkoplasma otot rangka mengandung banyak glikogen yang terdapat pada glanula yang terletak dekat pita I. Pembebasan glukosa dari glikogen bergantung pada glikogen fosfolirase otot spesifik, yang dapt diaktifkan oleh Ca²⁺ , epinefrin,dan AMP. Untuk menghasilkan glukosa 6-fosfat untuk glikolisis di otot rangka, glikogen fosfolirase b harus di aktifkan menjadi fosfolirase oleh fosfolirase b kinase. Ca²⁺ meningkatkan pengaktivan fosfolirase b kinase, juga melalui fosfolirase. Oleh karena itu, Ca²⁺ memicu kontraksi dan mengaktifkan jalur untuk menghasilkan energi yang di perlukan. Hormon epinefrin juga mengaktifkan glikogenolisis di otot. AMP yang di hasikan oleh penguraian ADP ketika otot berkontraksi, juga dapat mengaktifkan fosfolirase b tanpa menyebabkan fosfolirase. Pada penyakit McArdle, salh satu penyakit penimbunan glikogen, glikogen fosfolirase b otot berada dalam keadaan inaktif

KREATIN FOSFAT MERUPAKAN CADANGAN ENERGI UTAMA DI OTOT

Kreatin fosfat mencegah deplesi cepat ATP dengan cara menyediakan fosfat berenergi tinggi yang dapat di gunakan untuk membentuk kembali ATP dari ADP. Kreatin fosfat di bentuk dari ATP dan kreatin pada saat otot beristrahat dan kebutuhan akan ATP tidak terlalu besar. Enzim yang mengkatalisis fosforilasi kreatin adalah kreatin kinase (CK), suatu enzim spesifik-otot yang secara klinis bermanfaat uuntuk mendeteksi penyakit otot akut atau kronik.

harper