BAB 14 Penginderaan Integrasi biokimia dalam modul kedokteran
BAB XIV
Biokimia Penginderaan
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 256
A. BIOKIMIA MATA
Sumber energi jaringan mata yaitu melalui glikolisis anaerobik, dalam hal ini
menyalurkan/menfokuskan cahaya pada epitel kornea, penghasil ATP aerobik diperoleh dari
mitokondria (walaupun hanya sedikit), glikolisis tetap berlangsung secara anaerobik walau
energi yang dihasilkan rendah. Lensa mata menyalurkan dan menfokuskan cahaya walaupun
hampir tidak ada cahaya. Lensa dapat menyerap glukosa dan melepas laktat pada korpus
vitreosa dan aqueus humor. Asam retinoat vitamin A (bersumber dari lemak hewan/ikan),
dalam bentuk prohormon streroid atau provitamin yang mendorong pertumbuhan dan
diferensiasi normal jaringan epitel, serta bersifat menyerap alkohol pada retinol ester retinil
sehingga dapat dioksidasi menjadi aldehid.
Gambar 14.1. Jaringan Mata
Gambar 14.2. Vitamin A yang memiliki struktur poliisoprenoid dengancincin sikloheksenil
Provitamin dirubah ke dalam bentuk ester retinol, menjadi retinol dan asam retinoat di
hat. Provitamin berasal dari β-karotin dan karotinoid yang sumber berasal dari semua sayuran
dan buah-buahan berwarna terutama berwarna hijau dan seng guna mempertahankan kadar
vitamin A.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 257
Gambar 14.3. Reaksi pembentukan vitamin A
Peranan vitamin A yaitu mempertahankan integritas jaringan epitel, retinal dan retinol
dalam mekanisme penglihatan. Retinoid/karotinoid sebagai antioksidan, retinoat berperan
dalam pertumbuhan dan diferensiasi (sintesis glikoprotein). Asam retinoat bersifat seperti
hormon steroid, reseptor sel (superfamili reseptor steroid-tiroi) yang berikatan elemen DNA
dalam transkripsi membentuk protein menjadi efek vitamin A, berfungsi untuk pertumbuhan,
diferensiasi, reproduksi dan perkembangan janin.
Gambar 14.4. Peranan vitamin A dalam pigmen visual rodopsin
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 258
Gambar 14.5. Peran retinal dalam siklus penglihatan
Metabolisme Fruktosa
Dalam metabolism fruktosa melibatkan fruktokinase & Heksokinase. Fruktokinase
berada di hepar, ginjal, intestenum ( dengan afinitas tinggi terhadap substratnya spesifik)
berfungsi memindahkan fosfat dari ATP, merubah fruktosa menjadi fruktosa-1-P, aktifitasnya
tidak dipengaruhi oleh insulin/puasa sperti glukokinase, dalam hal ini fruktosa darah tidak
terdeteksi dalam penderita DM.
Heksokinase terfosforilasi heksosa, merubah fruktosa akan dihambat oleh glukosa
karena substrat bersifat kompetitif. Fruktosa di metabolisme di jaringan adiposa, otot, terdapat
dicairan plasma seminalis dan cairan amonion. Fruktosa merupakan bahan energi potensial.
Sorbitol tidak mudah berdifusi melalui membran sel akibatnya menumpuk (mioinositol
menurun), hal ini menyebabkan kerusakan osmotik, sebagai inhibitor aldosa reduktase.
Gambar. 14.5. Siklus Sorbitol
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 259
Gambar 14.6. Metabolisme Fruktosa
Fruktosa dan sorbitol terdapat dalam lensa mata, fruktosa dan sorbitol pada lensa mata
bila meningkat menyebabkan katarak diabetes, lintasan sorbitol (poliol), tidak terjadi di hepar
Pembentukan fruktosa berasal dari glukosa, aktivitas reaksi meningkat, bila kadar glukosa
meningkat dalam jaringan tubuh. Pada kondisi DM yang tidak peka terhadap insulin, terhadap
lensa mata, saraf mata dan glomerulus ginjal akan merubah glukosa (reduksi oleh NADPH)
menjadi sorbitol (aldosa reduktase), teroksidasi dengan NAD menjadi fruktosa (Poliol/sorbitol
dehidrogenase). Lintasan konversi ini terdiri atas galaktosa menjadi glukosa di hepar dan
glukosa menjadi laktosa di kelenjar mamae.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 260
Gambar 14.7. Metabolisme Laktosa
Galaktosa diperlukan untuk pembentukan laktosa, glikolipid, proteoglikan dan
glikoprotein. Galaktosa merupakan hasil hidrolisis laktosa/gula susu di intestinum yang
terfosforilasi oleh galaktokinase. Pada hepar selanjutnya diubah menjadi glukosa (konversi
galaktosa menjadi glukosa) oleh epimerase (tes toleransi galaktosa), selanjutnya membentuk
galaktosa-1-Fosfat tranferase secara reversibel.
Fungsi galaktosa sebagai pembentuk laktosa, penyusun glikolipid (serebrosida) dan
pembentuk Proteoglikan serta glikoprotein. Galaktosemia terjadi bila ketidakmampuan
memetabolisasi galaktosa. Defisiensi galaktokinase, uridil transferase utama dan 4-epimerase,
menyebabkan galaktosa meningkat di darah, selanjutnya direduksi oleh aldosa reduktase dalam
mata, poliol (galaktiol) menumpuk menyebabkan katarak. Defisiensi uridil transferase terjadi
penumpukan galaktosa-1-fosfat, menghabiskan fosfat organik di hepar, namun masih dapat
membentuk Urindin Di-fosfat galaktosa dari glukosa melalui epimerase.
Reaksi Glutation Peroksidase
Gambar.14.8. Siklus Pentosa Fosfat
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 261
Pengaruh radikal terhadap mata dapat di atasi dengan adanya peran antioksidan,
melalui pembentukan lintasan pentosa fosfat (eritrosit) yang akan membentuk NADPH,
selanjutnya mereduksi glutation teroksidasi menjsdi glutation tereduksi (dengan bantuan
selenium) oleh glutation peroksidase, kemudian melepas peroksida (H2O2), akibatnya terjadi
penumpukan H2O2, serta dapat memendekkan umur eritrosit, meningkatkan kecepatan
oksidasi Hb membentuk MetHb.
Gambar 14.9. Peranan antioksidan dalam menangkal radikal bebas
Gambar 14.10. Radikal jenis-jenis yang menyebabkan mutasi
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 262
Konsumsi fruktosa dalam jumlah besar menimbulkan metabolik berat. Sukrosa/sirup,
fruktosa (high fructose syrup) pada vena porta hati. Fruktosa lebih cepat, serta mengalami
glikolisis di hepar (dari pada glukosa), karena jalan pintas fruktosa oleh fosfofruktokinase, enzim
ini merupakan pengendalian kecepatan katabolisme glukosa, fruktosa berlimpah disejumlah
lintasan di hepar, akibatnya dapat meningkatkan sintesis asam lemak, esterifikasi asam lemak
dan sekresi VLDL, serta meningkatkan kadar Triasilgliserol dalam serum dan meningkatkan LDL
kolesterol. Penambahan glukosa merangsang sekresi insulin & meningkatkan efek diatas.
Gambar 14.11. Metabolisme Gula-amino
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 263
Mekanisme terjadinya komplikasi pada diabetes mellitus dapat diterangkan melalui
peningkatan aktivitas aldosa reduktase, glikosilasi non enzimatik, pembentukan senyawa
dikarbonil dan strees oksidatif. Peningkatan aktivitas aldosa reduktase, terjadi peningkatan
aktivitas aldosa reduktase, selanjutnya hiperglikemia jaringan serta peningkatan kadar glukosa,
oleh aldosa reduktase, glukosa akan dirubah menjadi sorbitol, meningkatnya kadar sorbitol
didalam sel, akumulasi sorbitol serta meningkatkan osmolaritas didalam sel terjadi perubahan
fisiologi sel, sel dengan kadar sorbitol yang tinggi menunjukan aktivitas penurunan aktivitas
protein kinase C dan Na+, K+ -ATPase membran.
Glikosilasi non enzimatik, glukosa adalah suatu aldehid yang bersifat reaktif yang dapat
bereaksi secara spontan, walaupun lambat dengan protein, melalui proses yang glikosilasi non
enzimatik, protein mengalami modifikasi, gugus aldehid glukosa bereaksi dengan gugus amino
yang terdapat pada suatu protein, membentuk produk glikosilasi yang bersifat reversible
membentuk advanced glycoliation end-product(AGE), akumulasi AGE pada kolagen dapat
menurunkan elastisitas jaringan ikat, perubahan pada pembuluh darah dan membranebasalis.
Pembentukan senyawa dikarbonil
Pembentukan senyawa dikarbonil, monosakarida seperti glukosa, mengalami oksidasi
yang dikatalis oleh Fe dan Cu, membentuk radikal OH, O 2 menjadi H2O2 dan senyawa dikarbonil
toksik bereaksi dengan gugus –NH2 protein membentuk AGE.
Strees oksidatif
timbul bila reactive oxygen species (ROS) melebihi kemampuan
mekanisme seluler, oleh enzim dan vitamin yang bersifat antioksidan, strees oksidatif diabetes
mellitus, disebabkan karena gangguan keseimbangan redoks, akibat perubahan metabolisme
karbohidrat dan lipid, peningkatan reactive oxygen species, akibat glikosilasi/glikoksidasi lipid
dan penurunan kapasitas antioksidan.
Penyebab terjadinya neuropati diabetik, teori sorbitol-osmotik bahwa kerusakan
jaringan saraf disebabkan oleh akumulasi sorbitol intraseluler, yang berasal dari strees
hiperglikemik isotonic pada diabetes, myoinositol akan menetralkan efek ini, namun proses ini
akan menjadi hilang, yang mengakibatkan sintesis phosphatidylinositol menjadi terbatas dan
dibentuk phospatydilinositol generasi ke dua, perubahan aktivitas[Na.sup+]/[K.sup+]ATPase
pada saraf.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 264
Biokimia Penginderaan
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 256
A. BIOKIMIA MATA
Sumber energi jaringan mata yaitu melalui glikolisis anaerobik, dalam hal ini
menyalurkan/menfokuskan cahaya pada epitel kornea, penghasil ATP aerobik diperoleh dari
mitokondria (walaupun hanya sedikit), glikolisis tetap berlangsung secara anaerobik walau
energi yang dihasilkan rendah. Lensa mata menyalurkan dan menfokuskan cahaya walaupun
hampir tidak ada cahaya. Lensa dapat menyerap glukosa dan melepas laktat pada korpus
vitreosa dan aqueus humor. Asam retinoat vitamin A (bersumber dari lemak hewan/ikan),
dalam bentuk prohormon streroid atau provitamin yang mendorong pertumbuhan dan
diferensiasi normal jaringan epitel, serta bersifat menyerap alkohol pada retinol ester retinil
sehingga dapat dioksidasi menjadi aldehid.
Gambar 14.1. Jaringan Mata
Gambar 14.2. Vitamin A yang memiliki struktur poliisoprenoid dengancincin sikloheksenil
Provitamin dirubah ke dalam bentuk ester retinol, menjadi retinol dan asam retinoat di
hat. Provitamin berasal dari β-karotin dan karotinoid yang sumber berasal dari semua sayuran
dan buah-buahan berwarna terutama berwarna hijau dan seng guna mempertahankan kadar
vitamin A.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 257
Gambar 14.3. Reaksi pembentukan vitamin A
Peranan vitamin A yaitu mempertahankan integritas jaringan epitel, retinal dan retinol
dalam mekanisme penglihatan. Retinoid/karotinoid sebagai antioksidan, retinoat berperan
dalam pertumbuhan dan diferensiasi (sintesis glikoprotein). Asam retinoat bersifat seperti
hormon steroid, reseptor sel (superfamili reseptor steroid-tiroi) yang berikatan elemen DNA
dalam transkripsi membentuk protein menjadi efek vitamin A, berfungsi untuk pertumbuhan,
diferensiasi, reproduksi dan perkembangan janin.
Gambar 14.4. Peranan vitamin A dalam pigmen visual rodopsin
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 258
Gambar 14.5. Peran retinal dalam siklus penglihatan
Metabolisme Fruktosa
Dalam metabolism fruktosa melibatkan fruktokinase & Heksokinase. Fruktokinase
berada di hepar, ginjal, intestenum ( dengan afinitas tinggi terhadap substratnya spesifik)
berfungsi memindahkan fosfat dari ATP, merubah fruktosa menjadi fruktosa-1-P, aktifitasnya
tidak dipengaruhi oleh insulin/puasa sperti glukokinase, dalam hal ini fruktosa darah tidak
terdeteksi dalam penderita DM.
Heksokinase terfosforilasi heksosa, merubah fruktosa akan dihambat oleh glukosa
karena substrat bersifat kompetitif. Fruktosa di metabolisme di jaringan adiposa, otot, terdapat
dicairan plasma seminalis dan cairan amonion. Fruktosa merupakan bahan energi potensial.
Sorbitol tidak mudah berdifusi melalui membran sel akibatnya menumpuk (mioinositol
menurun), hal ini menyebabkan kerusakan osmotik, sebagai inhibitor aldosa reduktase.
Gambar. 14.5. Siklus Sorbitol
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 259
Gambar 14.6. Metabolisme Fruktosa
Fruktosa dan sorbitol terdapat dalam lensa mata, fruktosa dan sorbitol pada lensa mata
bila meningkat menyebabkan katarak diabetes, lintasan sorbitol (poliol), tidak terjadi di hepar
Pembentukan fruktosa berasal dari glukosa, aktivitas reaksi meningkat, bila kadar glukosa
meningkat dalam jaringan tubuh. Pada kondisi DM yang tidak peka terhadap insulin, terhadap
lensa mata, saraf mata dan glomerulus ginjal akan merubah glukosa (reduksi oleh NADPH)
menjadi sorbitol (aldosa reduktase), teroksidasi dengan NAD menjadi fruktosa (Poliol/sorbitol
dehidrogenase). Lintasan konversi ini terdiri atas galaktosa menjadi glukosa di hepar dan
glukosa menjadi laktosa di kelenjar mamae.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 260
Gambar 14.7. Metabolisme Laktosa
Galaktosa diperlukan untuk pembentukan laktosa, glikolipid, proteoglikan dan
glikoprotein. Galaktosa merupakan hasil hidrolisis laktosa/gula susu di intestinum yang
terfosforilasi oleh galaktokinase. Pada hepar selanjutnya diubah menjadi glukosa (konversi
galaktosa menjadi glukosa) oleh epimerase (tes toleransi galaktosa), selanjutnya membentuk
galaktosa-1-Fosfat tranferase secara reversibel.
Fungsi galaktosa sebagai pembentuk laktosa, penyusun glikolipid (serebrosida) dan
pembentuk Proteoglikan serta glikoprotein. Galaktosemia terjadi bila ketidakmampuan
memetabolisasi galaktosa. Defisiensi galaktokinase, uridil transferase utama dan 4-epimerase,
menyebabkan galaktosa meningkat di darah, selanjutnya direduksi oleh aldosa reduktase dalam
mata, poliol (galaktiol) menumpuk menyebabkan katarak. Defisiensi uridil transferase terjadi
penumpukan galaktosa-1-fosfat, menghabiskan fosfat organik di hepar, namun masih dapat
membentuk Urindin Di-fosfat galaktosa dari glukosa melalui epimerase.
Reaksi Glutation Peroksidase
Gambar.14.8. Siklus Pentosa Fosfat
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 261
Pengaruh radikal terhadap mata dapat di atasi dengan adanya peran antioksidan,
melalui pembentukan lintasan pentosa fosfat (eritrosit) yang akan membentuk NADPH,
selanjutnya mereduksi glutation teroksidasi menjsdi glutation tereduksi (dengan bantuan
selenium) oleh glutation peroksidase, kemudian melepas peroksida (H2O2), akibatnya terjadi
penumpukan H2O2, serta dapat memendekkan umur eritrosit, meningkatkan kecepatan
oksidasi Hb membentuk MetHb.
Gambar 14.9. Peranan antioksidan dalam menangkal radikal bebas
Gambar 14.10. Radikal jenis-jenis yang menyebabkan mutasi
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 262
Konsumsi fruktosa dalam jumlah besar menimbulkan metabolik berat. Sukrosa/sirup,
fruktosa (high fructose syrup) pada vena porta hati. Fruktosa lebih cepat, serta mengalami
glikolisis di hepar (dari pada glukosa), karena jalan pintas fruktosa oleh fosfofruktokinase, enzim
ini merupakan pengendalian kecepatan katabolisme glukosa, fruktosa berlimpah disejumlah
lintasan di hepar, akibatnya dapat meningkatkan sintesis asam lemak, esterifikasi asam lemak
dan sekresi VLDL, serta meningkatkan kadar Triasilgliserol dalam serum dan meningkatkan LDL
kolesterol. Penambahan glukosa merangsang sekresi insulin & meningkatkan efek diatas.
Gambar 14.11. Metabolisme Gula-amino
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 263
Mekanisme terjadinya komplikasi pada diabetes mellitus dapat diterangkan melalui
peningkatan aktivitas aldosa reduktase, glikosilasi non enzimatik, pembentukan senyawa
dikarbonil dan strees oksidatif. Peningkatan aktivitas aldosa reduktase, terjadi peningkatan
aktivitas aldosa reduktase, selanjutnya hiperglikemia jaringan serta peningkatan kadar glukosa,
oleh aldosa reduktase, glukosa akan dirubah menjadi sorbitol, meningkatnya kadar sorbitol
didalam sel, akumulasi sorbitol serta meningkatkan osmolaritas didalam sel terjadi perubahan
fisiologi sel, sel dengan kadar sorbitol yang tinggi menunjukan aktivitas penurunan aktivitas
protein kinase C dan Na+, K+ -ATPase membran.
Glikosilasi non enzimatik, glukosa adalah suatu aldehid yang bersifat reaktif yang dapat
bereaksi secara spontan, walaupun lambat dengan protein, melalui proses yang glikosilasi non
enzimatik, protein mengalami modifikasi, gugus aldehid glukosa bereaksi dengan gugus amino
yang terdapat pada suatu protein, membentuk produk glikosilasi yang bersifat reversible
membentuk advanced glycoliation end-product(AGE), akumulasi AGE pada kolagen dapat
menurunkan elastisitas jaringan ikat, perubahan pada pembuluh darah dan membranebasalis.
Pembentukan senyawa dikarbonil
Pembentukan senyawa dikarbonil, monosakarida seperti glukosa, mengalami oksidasi
yang dikatalis oleh Fe dan Cu, membentuk radikal OH, O 2 menjadi H2O2 dan senyawa dikarbonil
toksik bereaksi dengan gugus –NH2 protein membentuk AGE.
Strees oksidatif
timbul bila reactive oxygen species (ROS) melebihi kemampuan
mekanisme seluler, oleh enzim dan vitamin yang bersifat antioksidan, strees oksidatif diabetes
mellitus, disebabkan karena gangguan keseimbangan redoks, akibat perubahan metabolisme
karbohidrat dan lipid, peningkatan reactive oxygen species, akibat glikosilasi/glikoksidasi lipid
dan penurunan kapasitas antioksidan.
Penyebab terjadinya neuropati diabetik, teori sorbitol-osmotik bahwa kerusakan
jaringan saraf disebabkan oleh akumulasi sorbitol intraseluler, yang berasal dari strees
hiperglikemik isotonic pada diabetes, myoinositol akan menetralkan efek ini, namun proses ini
akan menjadi hilang, yang mengakibatkan sintesis phosphatidylinositol menjadi terbatas dan
dibentuk phospatydilinositol generasi ke dua, perubahan aktivitas[Na.sup+]/[K.sup+]ATPase
pada saraf.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 264