MYOGLOBIN KOMPLEKS BESI (Fe) DALAM TUBUH
( Samsul Muarip)
A.
PENDAHULUAN
Tubuh manusia mengandung sekitar 2 sampai 4 gram besi. Lebih
dari 65% zat besi ditemukan di dalam hemoglobin dalam darah atau lebih dari 10%
ditemukan di myoglobin, sekitar 1% sampai 5% ditemukan sebagai bagian enzim dan
sisa zat besi ditemukan di dalam darah atau ditempat penyimpanan. Jumlah total
besi ditemukan dalam orang tidak hanya terkait berat badan tetapi juga pengaruh
dari berbagai kondisi psikologi termasuk umur, jenis kelamin kehamilan dan
status tingkat pertumbuhan. Besi merupakan mineral mikro yang paling banyak
terdapat di dalam tubuh manusia yaitu sebanyak 3-5 gram di dalam tubuh manusia
dewasa.
Puluhan tahun yang lalu, setelah usaha keras selama beberapa
dekade, John Kendrew berhasil mengelusidasi struktur dari protein globular
kecil, myoglobin, yang bertanggung jawab pada penyimpanan oksigen pada sel.
Untuk penemuan ini, ia berbagi hadiah Nobel Kimia dengan Max Perutz, yang
melakukan penelitian serupa pada hemoglobin. Namun ada misteri besar yang belum
terpecahkan: Apakah jalur yang diikuti oksigen sewaktu ia bergerak kedalam dan
keluar dari myoglobin?.
Pada 5 Juli 2008, tim interdisiplin yang dipimpin oleh
peneliti dari Virginia Tech mengumumkan, bahwa mereka telah menyediakan solusi
komputasi pada teka-teki tersebut. Alexey Onufriev dari Blacksburg,
Va., asisten profesor ilmu komputer dan fisika pada Virginia Tech, Ia memulai
penelitian myoglobin pada tahun 1997 sebagai peneliti pos doc pada laboratorium
fakultas kimia milik Michael Prisant di Universitas Duke. Kajian ini akan
menjadi yang pertama dimana dinamika molekuler berhasil mengarahkan simulasi
dari migrasi ligan, sewaktu mereka keluar dan masuk kedalam protein pada
temperatur ruang dengan resolusi atomis.
Simulasi tersebut memberikan pencerahan terhadap beberapa
pertanyaan kuno mengenai myoglobin. Mereka menguraikan bahwa migrasi ligan
terjadi pada dua jalur dengan banyak cabang dan ligan bergerak memasuki myoglobin
menggunakan jalur yang sama dengan yang mereka gunakan untuk keluar. Simulasi
menunjukkan bahwa fluktuasi lokal yang berumur pendek bertanggung jawab untuk
membuka dan menutup jalur dinamis tersebut.
Pada makalah ini, kita akan melihat bagaimana bentuk dari myoglobin
secara umum serta setruktur dasar dari molekul miolglobin itu sendiri. Kita
juga akan melihat fungsi myoglobin didalam tubuh makhulk hidup sebagai
penyimpan oksigen serta proses yang terjdi didalamnya. Lalu kita akan
menguraikan tetang dampak dari kekurangan dan kelebihan myoglobin terhadap
tubuh kita.
B.
ISI
1.
Ciri
Molekuler Umum
Myoglobin merupakan
suatu protein pembawa oksigen yang ditemukan dalam otot, dimana myoglobin
bertindak sebagai suatu cadangan oksigen dan mempermudah difusi oksigen melalui
sel. Myoglobin mempunya dua komponen molekuler, suatu rantai polipeptida
tunggal yang mengandung 153 residu asam amino (BM = 17.600) dan suatu gugusan
hem, sutu biomelekul yang mengandung zat besi (Gambar 1).
Gambar
1. a. Suatu gugusan hem yang mengandung protoporfirin IX dan zat besi (Fe) dan
b. Bidang hem Fe (Lehninger)
Bagian organic dari
molekul hem mrupakan suatu forfirin, yang mengandung suatu struktur tetrapirol
(porifirin) yang dibentuk melalui sambungan jembatan-meten antara empat cincin
pirol. Terdapat berbagai tipe struktur porifirin dalam alam. Gugusan hem, atau
porifirin zat besi, dari myoglobin, hemoglobin, dan sebagian besar sitikrom
disebut protoporfirin IX zat besi dank has dengan adanya gugusan penggantinya
(dua propionate, dua vinil, dan empat metal) dan posisinya dalam struktur
tetrapirol. (Kendrew 1983)
Kelat ion logam
protoforpirin, contohnya zat besi, magnesium, dan tembaga, dan yang digunakan
oleh proses metabolism tertentu memerlukan suatu ion logam untuk membentuk
suatu kompleks kelasi yang secara biologi aktif
(gambar 1). Kelat berasal dari kata chele
berarti cakar dari kepiting atau lobster. Suatu biomolekul chelating merupakan
salahsatu yang mengikat ion logam.
(Kendrew 1983)
Hem dari myoglobin
dikenal sebagai gugusan prostetik kareuna merupakan suatu molekul organic
nonprotein yang berkaitan erat dengan struktur polipeptida. Pengikatan dari
atom zat besi denan sutau hem melibatkan empat nitrogen dari cincin pirol
(gambar 1). Zat besi yang terikat dapat membentuk dua ikatan tambahan, satu
pada masing-masing sisi dari bidang hem, disebut posisi kordinasi kelima dan
keenam; pada posisi koordinasi keenam dari zat besi fero dalam myoglobin
mengikat suatu molekul oksigen. (Kendrew 1983)
Gambar
2. Struktur tiga dimensi dari myoglobin (hanya diperlihatkan posisi karbon-α).
Gugus hem ditunjukan dengan warna hitam. (Lehninger, 1991)
Dari model molekul myoglobin
yang tersusun secara tepat berdasarkan data sinar X, dapat ditarik kesimpulan penting linnya:
a. Molekul
myoglobin demikian padat, sehingga pada bagian dalamnya terdapat ruangan hanya
untuk empat molekul air.
b. Semua
kecuali dua gugus polar R dari rantai myoglobin terletak pada permukaan luar
molekul, dan semuanya terhidrasi.
c. Hampir
semua gugus R hidrofobik berada di bagian dalam molekuyl myoglobin, tersembunyi
dari lingkungan air.
d. Pada
masing-masing dari keempat residu prolin terdapat suatu belokan (gugus R dari
prolin yang kaku tidak cocok dengan suatu struktur α-Heliks). Belokan atau
putaran yang lain mengandung residu serin, treonin, dan asparagin yang
merupakan asam amino yang cenderung tidak cocok dengan struktur α-Heliks, jika
asam-asam ini berada pada posisi yang berurutan.
e. Semua
ikatan peptide berada dalam konfigurasi trans pada bidang datar
f. Gugus
heme yang datar berada didalam suatu celah atau kantung, dalam molekul myoglobin.
Atom besi pada pusat heme mempunyai dua ikatan kordinasi yang tegak lurus pada
bidang heme. Salah satu diantaranya berikatan dengan gugus R residu histidin
pada posisi 93, sedangkan ikatan koordinasi yang lain berada pada sisi tempat
pengikatan molekul O2. (Lehninger, 1991)
2.
Struktur
Tersier
Kendrew pertama kali kali memberikan pada duinia ilmiah
struktur berdimensi tiga dari suatu protein globular, dan model myoglobinnya
(gambar 2) memberikan wawasan terkait tidak saja ke dalam struktur tersier yang
ruwet dari protein globular, tetapi juga kedalam makromolekul pembawa oksigen
yang berfungsi secara biologi. Myoglobin, dengan dimensi molekuler 45 x 35
x 25 Ả, merupakan suatu makromolekul
yang sangat padat dengan sedikit ruang kosong dalam interiornya. Cirri
structural kedua yang sebelumnya diajukan untuk protein yang lain terbukti
dalam bentuk globular dari myoglobin. Delapan bagian dari molekul terdapat
dalam konformasi heliks-α bertangan kanan (dirancang dari terminus-N sebagai A
melalui H); segmen heliks ini melibatkan 75% dari residu asam amino total.
Terselip diantara segmen heliks ini adalah lima daerah nonheliks, masing-masing
diidentifikasi melalui dua segmen yang disambungnya, contohnya AB berlokasi
antara heliks bagian A dan B. terdapat juga dua residu nonheliks pada
terminus-N dan lima pada terminus-C, yang sebagai segmen, masing-masing disebut
sebagai NA dan HC. Terdapat delapan terminasi struktur heliks-α, dengan empat
residu prolil dari molekul mencakup empat diantaranya. Semua ikatan peptida
dari rantai polipeptida adalah planar, dengan gugusan karbonil atau amida
sebagai trans satu sama lain. Residu polar dan beberapa residu nonpolar
terletak pada bagaian luar dari molekul. Bagian interior dari myoglobin hanya
mengandung residu nonpolar, kecuali untuk dua residu histidil (dari total 12),
yang interaksi spesifiknya dengan zat besi diperlukan untuk aktivitas biologi (
Kendrew, 1983).
Gambar 3. Sekema pengikatan oksigen
dengan myoglobin dan hubungan ikatan HisF8 dengan atom zat besi dan HisE7 dengan ikatan oksigen
Gugusan hem pangkat
oksigen terletak dekat permukaan molekul dalam suatu celah yang (kecuali residu
histidil yang disebut diatas) memberikan lingkungan nonpolar (Gambar 2). Bidang
hem terletak antara residu histidil F8 (delapan residu dari segmen
heliks F) dan E7, dengan HisF8 terikat pada atom zat besi melalui posisi
kordinasi kelima (gambar 3). HisE7, pada sisi lain dari ini, tidak terikat
secar langsung dengan posisi koordinasi keenam dari zat besi, yang merupakan
tempat pengikatan oksigen. Atom zat besi berjarak sekitar 0,3 Ả dari bidang hem pada sisi HisF8.
Pada saat oksigenasi, atom zat besi turun kedalam bidang hem dan oksigen yang
terikat pada myoglobin distabilisasi melalui ikatan hydrogen ke cincin imidazol
dari HisE7 (gambar 3). Oksigenasi reversible memerlukan atom zat besi dalam
status fero (Fe2+), dan myoglobin dengan atau tanpa oksigen terikat
dengan Fe2+ dari hem yang masing-masing disebut oksimyoglobin dan
deoksimyoglobin. Jika air menempati posisi koordinasi keenam, maka ion fero
dioksidasi dengan cepat menjadi Fe3+, dan menghasilkan ferimyoglobin
atau metmyoglobin yang tidak dapat mengikat oksigen. Dengan demikian, karakter
nonpolar dari hem membantu mencegah molekul air untuk merusak kemampuan membawa
oksigen dari molekul. Pemeliharaan dari status Fe2+ juga
dibantu melalui system enzim yang mengkatalis reduksi dan ion feri (Fe3+à Fe2+)( Kendrew, 1983).
3.
Fungsi
Myoglobin adalah protein yang berukuran kecil (sekitar
17.200 dalton) yang terdapat di otot jantung dan otot rangka. Myoglobin
berfungsi menyimpan dan memindahkan, menerima, dan melepas oksigen dari
hemoglobin dalam sirkulasi ke enzim-enzim respirasi di dalam sel kontraktil.
Ketika terjadi kerusakan pada otot, myoglobin dilepas ke dalam sirkulasi darah (
labkesehatan.blogspot.com 2010).
Myoglobin disaring dari darah oleh ginjal dan diekskresikan
melalui urin. Jika sejumlah besar myoglobin yang dilepaskan ke dalam aliran
darah, seperti setelah trauma parah, myoglobin berlebihan dapat menyebabkan
kerusakan pada ginjal dan akhirnya mengakibatkan kegagalan ginjal. ( labkesehatan.blogspot.com
2010)
Peningkatan myoglobin serum terjadi 2-6 jam setelah terjadi
kerusakan jaringan otot jantung atau otot rangka, mencapai kadar tetinggi dalam
waktu 8-12 jam, dan kembali normal dalam waktu 18-36 jam. Myoglobin urin dapat
dideteksi selama 3-7 hari setelah cedera otot.( labkesehatan.blogspot.com 2010)
Mamalia yang menyelam seperti ikan paus yang menyelam dalam
waktu lama, memiliki myoglobin dalam konsentrasi tinggi dalam ototnya. Protein
seperti myoglobin juga banyak ditemukan pada organisme sel tunggal.(Anonim,
2011)
4.
Mekanisme
O2 Pada Myoglobin
Myoglobin adalah protein yang merupakan penyusun darah yang
berperan mengikat oksigen. Myoglobin tidak cocok sebagai protein pengangkut
oksigen, tetapi efektif sebagai protein penyimpan oksigen. Myoglobin pada
jaringan otot merah mengikat oksigen yang dalam keadaan kekurangan oksigen akan
dilepas sehingga bisa digunakan oleh mitokondria otot untuk sintesis ATP yang
bergantung pada oksigen. Myoglobin yang teroksigenasi, molekulo oksigen
menempati posisi koordinasi keenam dari atom besi dan juga gerakan His F8 serta
residu yang secara kovalen berikatan dengan His F8 ke arah bidang cincin.
Gerakan ini menimbulkan konformasi baru untuk bagian-bagian protein. .(Anonim,
2011)
Ketika O2 berikatan dengan myoglobin, ikatan
antara satu molekul oksigen dengan Fe2+ berada tegak lurus terhadap
bidang heme. Molekul O2 kedua berikatan dengan sudut 121o
terhadap bidang heme dan terarah menjauhi histidin distal. Pengikiatan oksigen
disertai dengan putusnya ikatan garam anatar residu terminal karboksil pada
keseluruhan subunit. Pengikatan O2 selanjutnya dipermudah karena
jumlah ikatan garam yang putus menjadi lebih sedikit. Perubahan ini
mempengaruhi struktur hemoglobin. Satu pasang sub unit α/
mengadakan rotasi terhadap pasangan α/ lain, sehingga menempatlkan tentramer
dan meningkatkan afinitas heme terhadap O2. (Anonim, 2011)
mengadakan rotasi terhadap pasangan α/ lain, sehingga menempatlkan tentramer
dan meningkatkan afinitas heme terhadap O2. (Anonim, 2011)
Saat oksigenasi, atom besi deoksihemoglobin
bergerak ke dalam bidang cincin heme. Gerakan ini diteruskan pada histidin
proximal, yang bergerak menuju bidang cincin dan dan pada residu asam amino
yang melekat pada his F8. Oksigen yang telah terlepas dari hemoglobin menuju ke
jaringan, hemoglobin kemudian mengamgkut CO2 dan proton ke dalam
paru. (Anonim, 2011)
5.
Dampak
Kekurangan dan Kelebihan Myoglobin
a.
Kekurangan
Kehilangan besi sehari-hari oleh laki-laki dewasa kira-kira
antara 0,9 dan 1,0 mg/hari (12-14 mg/Kg/hari). Kehilangan tersebut berlangsung
dari berbagai letak diantaranya pada dinding gastrointersinal (0,6), kulit (0,2-0,3) dan ginjal (0,1). Dari
data tersebut dapat dilihat bahwa kebanyakan kehilangan besi via daerah gastrointestinal
(0,6 mg). dari 0,6 mg, sekitar 0,45 mg sesuai dari kehilangan darah/menit (-1
mL) dan 0,15 mg besi yang lain sesuai kehilangan empedu dan kematian sel
mokusa. Kehilangan pada kulit kira-kira 0,2 sampai 0,3 mg besi berlagsung untuk
kematian permukaan sel dari kulit. Terakhir, kira-kira sangat sedikit, sekitar
0,1 mg, hilang di urin. Kehilangan besi, walaupun mungkin meningkat pada orang
dengan ulkus gastrointensial atau parasit intestinal atau hemorange ditimbulkan
oleh operasi atau luka yang sesuai. ( efotisme.blogspot.com 2011)
Kehilangan besi basal baru digambarkan sedikit (0,7-0,8
mg/hari) pada wanita karena daerah permukaannya lebih kecil. Kehilangan total
premanopause wanita, walaupun diperkirakan kurang lebih 1,3 sampai 1,4 mg/hari
karena kehilangan besi pada saat menstruasi. Rata-rata kehilangan darah selama
siklus menstruasi sekitar 35 mL, dengan batas lebih sekitar 80 mL. Kandungan
besi dalam darah sekitar 0,5 mg/100 mL darah, yang kehilangan hampir 17,5 mg
besi per periode. Ketika dirata-ratakan lebih sebulan, kehilangan besi dalam
menstruasi sekitar 0,5 mg per hari; pada beberapa wanita, kehilangan besi untuk
menstruasi mungkin melebihi 1,4 mg/hari. Ekskresi besi meningkat pada orang
sehat dengan asupan yang melebihi rata-rata konsentrasi besi ferritin pada
kematian sel mokusa sel. ( efotisme.blogspot.com 2011)
Kehilangan besi basal, dengan rata-rata 0,7 sampai 1,0
mg/hari oleh laki-laki dewasa dan wanita pada saat menopause dengan pertambahan
kehilangan besi meningkat dalam memformulasi RDA. Pada tahun 1989 RDA berasumsi
absorpsi besi sekitar 10% dan telah diatur rekomendasinya 10 mg pada laki-laki
dan wanita postmonopouse. RDA untuk besi pada wanita sebelum monepouse diatur
15 mg/hari. Karena kurangnya menstruasi selama kehamilan dan bertambah atau
lebih efisien absorpsi besi yang juga berlangsung saat kehamilan, RDA
menyarankan 30 mg besi/hari wanita hamil. Karena 30 mg besi lebih dari biasanya
yang didapatkan dari diet, supplement yang biasanya digunakan. (efotisme.blogspot.com
2011)
Kekurangan zat besi akan menyebabkan terjadinya anemia gizi
besi yang ditandai dengan gejala pucat, lemah, letih, lesu, penglihatan
berkunang. Pada ibu hamil yang kekurangan zat besi akan mempunyai resiko
melahirkan bayi dengan berat badan rendah serta perdarahan sebelum dan saat
persalinan (efotisme.blogspot.com 2011).
b.
Kelebihan
Peningkatan myoglobin darah berarti bahwa telah terjadi
kerusakan sangat terbaru pada jantung atau jaringan otot rangka. Karena myoglobin
juga ditemukan pada otot rangka, peningkatan kadar dapat terjadi pada pasien
yang mengalami kecelakaan, kejang, operasi, atau penyakit otot, seperti distrofi
otot (labkesehatan.blogspot.com 2010).
Kadar myoglobin biasanya sangat rendah atau tidak terdeteksi
dalam urin. Tingginya kadar myoglobin urin mengindikasikan peningkatan risiko
kerusakan ginjal dan kegagalan. Pengujian tambahan, seperti BUN, kreatinin, dan
urine, dilakukan untuk memantau fungsi ginjal. Peningkatan sekresi myoglobin ke
urin dapat menyebabkan reaksi dipstick positif untuk darah samar karena adanya
aktivitas pseudoperoksidase. ( labkesehatan.blogspot.com 2010)
Peningkatan kadar myoglobin serum dapat dijumpai pada infark
miokard akut (AMI), cedera otot rangka, luka bakar berat, polimiositis, trauma,
prosedur bedah, intoksisitas alkohol akut disertai delirium tremens, gagal
ginjal, stress metabolik. (labkesehatan.blogspot.com 2010)
Myoglobinuria (myoglobin dalam urin) dapat dijumpai pada
kerusakan miokardium akibat AMI, cedera jaringan otot traumatik, iskemia berat,
ketoasidosis diabetik, delirium tremens, infeksi sistemik disertai demam, luka
bakar berat, serta distrofi muskular ( labkesehatan.blogspot.com 2010).
C.
PENUTUP
Dengan adanya penemuan-penemuan tentang myoglobin, kita
akhirnya dapat lebih memahami tentang proses-proses yang terjadi pada myoglobin
dan perannya didalam tubuh makhluk hidup terutama dalam tubuh manusia. Dengan
berkembangnya ilmu pengetahuan, manusia dapat melacak proses yang terjadi pada myoglobin
serta dapat memprediksi hal-hal yang dapat terjadi diakibatkan oleh kekurangan
atau kelebihan myoglobin serta pencegahan terhadapnya.
DAFTAR
PUSTAKA
Anonim,……., Struktur dan Fungsi Hemoglobin dan Myoglobin
http://id.shvoong.com/exact-sciences/1789385-myoglobin-pigmen-daging/#ixzz1n4jd17b0.
22-2-2012 jam 9.52
http://labkesehatan.blogspot.com/2010/11/myoglobin.html . 22-2-2012 jam 5.43
http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/biokimia/peneliti-menggunakan-komputer-super-untuk-menelusuri-jalur-myoglobin/
.22-2-2012 jam 9.51
Kendrew, J. C.,
1963. Myoglobin and the Structure of
Proteins. Science 139:1259
Lehninger, A.L,
1991, Dasar-dasar Biokimia,
Terjemahan: Maggy Thenawidjaja.Penerbit Erlangga, Jakarta
Nelson, D. L.
and Cox, M. M., , Lehninger Principles Of Biochemistry Fourth Edition, e-book
Tidak ada komentar:
Posting Komentar