Biokimia Muskuloskeletal. Dr. Mohamad Sadikin DSc

1

Biokimia

Muskuloskeletal

2

Sistem Muskuloskeletal

 Sistem yang melaksanakan 2 fungsi yang

berhub erat 1 & lain : 1 Gerak (lokomosi)

2 Penunjang / pendukung

 Untuk melaksanakan gerak diperlukan :

a.Perintah untuk gerak b.Energi untuk gerak

3

 Pendukung :

- Gerak ∼pemindahan sesuatu

- → sesuatu yg berupa beban → hrs didukung

 2 organ pendukung :

- Tulang (pasif)

- Otot (aktif)

• Tulang sbg pendukung pasif : kaku

• Supaya tubuh dapat digerakkan tlg hrs dpt

berubah posisi satu sama lain → sistem sambungan 2 tlg (sendi)

4

 Selain itu, supaya gerak dapat

berlangsung harus ada :

# Sistem sinyal untuk bergerak # Sistem pasok energi :

- Transportasi O₂ sampai ke sel

5

Pendukung beban

 Pendukung beban pasif = tulang  Fungsi :

1.Mendukung beban tubuh 2.Menahan berbagai gaya : a.Tekanan :

a.1.vertikal (searah sumbu tulang)

a.2.horizontal (tegak lurus sumbu tulang) b.Tarikan

6

 Pendukung beban tubuh → tergambar

dalam susunan kimia tulang : # Senyawa anorganik

# Senyawa organik

# Senyawa anorganik :

- Terpenting dalam tulang : Ca₃(PO₄)₂ - Kristal yang sangat keras

- Contoh : pada gigi (∀ tulang & ⊄ tulang),

Ca₃(PO₄)₂ + air kristal tersusun rapi dalam silinder heksagonal (hidroksiapatit)

7

 Fungsi lain Ca dalam tulang : cadangan Ca++ unt seluruh tbh (Ca++ diperlukan dalam bbg fgs vital)

 → Ca++ tulang bukan deposit yang statis, ttp dinamis

 → Kalsium tlg selalu diendapkan & pada

saat yang sama dilarutkan kembali

 → terjadi depotisasi & resorpsi kalsium

setiap saat

 Dilaksanakan o/ sel osteoblas

(depotisasi) & osteoklas, berasal dari monosit darah (resorpsi)

8

 Keseimbangan ini memungkinkan

terjadinya penggubahan (remodelling) tulang

 Karena proses dinamis, dikendalikan oleh hormon (paratiroid, kalsitonin &

kalsitriol)

 Juga dikendalikan oleh pH tubuh

 Logam berat (Pb, Hg, Cd) dan As dapat

menggantikan Ca dalam tulang

 Struk. kristal ∆, fgs.pendukung tergg

 Depotisasi & resorpsi merusak sel terkait  Ggan keseimbangan → osteoporosis

9

# Senyawa organik tulang terdiri atas : - Glikosaminoglikan (G.A.G)

- Protein, terutama kolagen - G.A.G :

 heteropolisakarida dengan unit berulang

turunan asetil atau sulfat dari heksosa →

polianion

 Struktur polimer berupa heliks atau gelombang

 Sangat higroskopis

 kedua sifat fisikokimia ini (polianion & higroskopis) → sifat peredam kejut

10

 Kolagen :

- Protein terbanyak & tersebar luas di bbg organ

- Dikenal > 10 jenis

- 2 aa khas kolagen : OH-lisin & OH-prolin - Kedua aa ini tidak mempunyai kodon

dalam gen

- Kedua aa ini, t.u OH-prolin ada secara periodik dalam kolagen

- → struktur heliks khas bagi kolagen :

heliks 3 sepilin (triple helix) : ke 3 rantai

11

 Str kolagen → menahan regangan /

tarikan & menahan puntiran / torsi

 Sintesis kolagen sangat memerlukan O₂ &

juga memerlukan vitamin C

 G.A.G & kolagen tlg disintesis oleh 2 jenis

sel yang ∆ :

 G.A.G disintesis oleh sel tulang (osteoblas

/ osteosit)

 Kolagen disintesis oleh fibroblas

 Imbangan matriks anorganik & organik

12

 Sistem sambungan 2 tulang :

# Dapat bergerak satu sama lain → sendi (articulatio)

# Tidak dapat bergerak / sedikit sekali :

- Jahitan (sutura) : antar tulang tempurung kepala, praktis tidak bergerak

- Gomphosis : hubungan gigi dengan tulang rahang. Sangat sedikit bergerak # Sendi :

- Memungkinkan pendukung beban pasif (tlg) bergerak.

13

 2 tlg penyusun sendi tdk kontak lgsg  Ada suatu interface, terdiri atas :

# Rawan sendi di kedua permukaan tlg

berhadapan

# Kantung sendi (bursa articularis) di antara kedua rawan sendi

→ Rawan sendi :

- Bagian ujung dari kedua tlg

- Tda substansi rawan : kondroitin sulfat

(g.a.g), sedikit protein & sedikit Ca++

14

→ Kantung sendi : - Berisi cairan sendi

- Dalam cairan sendi terlarut glikosamino glikan, terutama asam hialuraonat

- O.k sifat fisikokimia G.A.G ini, cairan sendi

→ pergerakan tulang halus tnp gesekan # Bbg proses patologis (trauma, infeksi,

degenerasi, otoimun, penuaan) dpt serang rawan atau kantung sendi

− → _{radang sendi (artritis), kerusakan}

interface → kontak antar rawan

15

 Pendukung beban aktif : otot lurik rangka  2 macam otot :

# Otot polos # Otot lurik:

1.Otot lurik jantung 2. Oto lurik rangka → Otot polos :

- untuk → suatu tonus tertentu yg diperlukan

- Tidak mendukung beban

16

 Otot lurik jantung :

- Untuk kerja cepat & sinambung

- Memikul beban berupa mengalirkan darah, melawan tekanan jaringan & tahanan pembuluh darah

- Secara anatomi & fisiologi molekuler = otot rangka

- Tampilan histologi agak ∆, ∼ fungsi jantung sbg pompa

 Otot rangka :

- Untuk kerja cepat & mgkn u/ wkt lama (m.

17

 Ikut memikul beban tubuh / sebagian

tubuh secara aktif

 Kedua fgs ini diwujudkan dlm btk unit

anatomi-fungsional terkecil dari otot lurik, yaitu sarkomer

 Secara biokimia tersusun dari beberapa

jenis protein & Ca++

 Seluruh proses ini memerlukan energi  → perlu kemampuan u/ kaitkan proses

perolehan energi dengan proses mekanik

 → kemampuan transduksi energi kimia→

18

 Kemampuan memperoleh energi : suatu

ATPase

 Pd saat yg sama, mol tsb alami perubahan

3 D (konformasi)

 O.k interaksi dg mol prot jenis lain →

dampak mekanik

 ∴ mol tsb suatu mekanoenzim : miosin  Dampak mekanik disbbkan o/ kedudukan

miosin terhdp aktin : proses peluncuran (sliding)→ miosin meluncur terhdp aktin

 ∴ str aktin hrs memanjang bagai rel tmpt

19

 Miosin :

- Str tda 2 bag terpolarisasi secara struktural & fungsional

- Tangkai : heliks-α yang panjang,

tersusun // satu & lain dlm berkas → fgs pendukung

- Kepala : suatu ATPase, alami perubahan konformasi & posisi terhdp aktin

- Sbg suatu ATPase, perlu Mg++

 Aktin :

- Juga suatu ATPase (∴ perlu Mg++)

- Hidrolisis ATP,e didpt dipk u/ polimerisasi

20

 Peristiwa kontraksi diatur juga oleh

troponin & Ca++ (bekerja berlawanan)

 Troponin :

- Suatu protein

- Istirahat : halangi interaksi ikatan H antara kepala miosin & unit monomer aktin

- Impuls dari saraf → sarkoplasma retikulum terbuka→ Ca++ keluar

 Ca++ msk sarkomer, menggeser troponin

- Aktin diakses kepala miosin

- Ok perubahan 3 D, kepala miosin tergeser - → kontraksi

21

Dukungan Energi

 Kontraksi otot u/ gerak & u/ dukung tubuh

perlu energi (aktin & miosin : ATPase)

 Energi dlm bentuk ATP

 ATP disintesis pada metabolisme nutrien,

yaitu KH & TAG

 Metabolisme KH 2 tahap : anaerob (= glikolisis) & aerob (=daur asam sitrat

dari Krebs, DASK)

22

 Di dalam otot tersedia sejumlah tertentu yang cukup besar glikogen, polimer cadangan glukosa

 U/ peroleh ATP dlm Σ besar ,

metabolisme hrs aerob (glikolisis + rantai

pernafasan + DASK atau oksidasi-β + rantai pernafasan + DASK)

 U/ itu :

- Mitokondria hrs ada dlm Σ banyak - Tata letak mitokondria hrs tepat.

Mitokondria hrs disusun mengelilingi sarkomer

23

 Bagaimana memastikan Omitokondria otot dalam Σ cukup ?2 sampai ke → Σ Hb harus cukup

→ Perfusi otot harus baik sekali

- → O₂ akan dilepaskan di sel (termsk miosit / sel otot) dlm Σ yang cukup besar

 O₂ yang dilepaskan Hb, apakah difusi dmk

saja ke dlm sel, termsk miosit ?

- Bila ya, mestinya terbentuk gelembung udara

- Kelarutan O₂ dlm sitoplasma miosit secara fisik juga akan rendah

24

 Semuanya ini tidak cocok dengan

kenyataan

 ∴ harus ada suatu cara yang menjamin

msknya O₂ dalam Σ besar, sesuai dg keperluan otot

 Satu-satunya kemungkinan, mengikat O₂

secara kimia, seperti dlm SDM

 Ikatan O₂ dengan substansi tsb hrs > kuat

dp dengan Hb (afinitas subst tsb terhdp O₂ hrs > dp afinitas Hb terhdp O₂)

 Pd kenyataannya, dalam otot ada mioglobin (Mb)

25

 Sifat fisikokimia Mb :

- Protein monomer, BM ± = BM monomer penyusun Hb

- Mengandung 1 gugus hem

- → berwarna merah. Makin aerobik

aktivitas suatu otot, makin banyak Mb,

makin merah warna otot tsb, bahkan dapat sampai merah kehitaman

- Afinitas terhdp O₂ > Hb , dinyatakan dalam

pO₂50.

- Spt Hb, jg dihambat CN- dan CO.Oksidasi Fe2+→Fe3+(metMb) jg hmbt fgs ikat O

26

 Pengolahan cadangan glikogen :

 Otot dpt sintesis & degradasi glikogen  Hsl degradasi glikogen ialah G-6-P

 Langsung dipakai u/ glikolisis intra otot  Gangguan pada katabolisme glikogen →

gangguan fgs otot : ybs cepat lelah

 Pada penyakit genetik : penyakit

penumpukan glikogen (glikogen storage

disease)

 Ada beberapa jenis. Yang berhubungan

dengan otot ialah jenis V, penyakit Mc

27

Kendali Humoral pada Sistem

Muskuloskeletal

 Kendali humoral dijalankan oleh senyawa

spesifik yang terlarut dalam cairan tubuh

 Berupa hormon dan metabolit khusus

yang berpengaruh thdp metabolisme

 Hormon yang berpengaruh terhadap tlg,

otot & saraf : hormon pengatur ionisasi Ca

 → hormon paratiroid & kalsitonin  Mengatur ionisasi Ca dalam serum &

28

 Ca tulang ⇄ pl as ma

 Plasma (total 9-11 mg/dL): 3fraksi

1.Terikat albumin (55%)

2.Tidak terionisasi (dicekal asam di / trikarboksilat, sitrat)

3.Ca++

 Fr aks i 1 : f r aks i nondi f f us i bl e  Fr aks i 2 & 3 : f r aks i

di f us s i bl e, s ebagi an bes ar Ca++

 Ada kes ei mbangan Ca

nondi f f us i bl e ⇄ Ca++

29

 Secara keseluruhan : Ca tulang ⇄

Ca-pr ot ei nat ⇄ Ca++.

 Penggal per t ama di pengar uhi

hor mon, t er ut ama par at i r oi d & kal s i t oni n, penggal kedua j uga ol eh per ubahan pH

 Ggan 2 f akt or i ni → ggan

i oni s as i → ggan

kondukt i bi l i t as s ar af → kej ang t et ani . Hi pof gs j uga →

os t eopor os i s & f r akt ur .

 Par at i r oi d pengar uhi os t eokl as ,

kal s i t oni n pd os t eobl as

 Hor mon l ai n : kal s i t r i ol

( vi t ami n D₃) , mengat ur

penyer apan Ca++ & f os f at di us us & di gi nj al

30

 Ca tulang juga dipengaruhi o/ hormon

steroid, t.u hormon seks (estrogen & testosteron).

 Matriks tlg (protein) & protein otot

dipengaruhi kortisol → proteolisis

 Sebaliknya, sintesis protein otot dirgsg o/

testosteron

 Pemecahan glikogen otot meningkat di

bwh pengaruh adrenalin

 Pengantaran impuls saraf, termsk yg ke

otot berada di bwh kendali hormon / mediator (neuromediator)