BAB ulit & Jaringan Penunjang
BAB VI
Biokimia
Kulit dan Jaringan Penunjang
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 131
A. BIOKIMIA JARINGAN
Biokimia Jaringan terdiri atas jarigan epitel, jaringan ikat, jaringan otot dan jaringan
syaraf. Jaringan epitel meliputi :
Epidermis kulit yaitu yang terdapat pada stratum korneum, protein utama penyusun terdiri
atas keratin yang mengandungan albumin (sklero protein), sifatnya sukar larut, terdapat
enzim proteolitik, mengandung sistin sebanyak 20% (merupakan asam amino utama ),
lemak, melanin merupakan derivat tirosin serta distimulasi oleh MSH
Rambut, berbentuk α-keratin, dengan kandungan sistin terbanyak, berbentuk spiral yang
dapat membentuk rambut keriting. Pembentukan rambut disebabkan karena adanya
ikatan disulfida yang dapat disambung dan diputuskan
Kuku
Saluran pernafasan dan urinarius
Ada 3 bagian jaringan ikat yaitu terdiri atas bahan dasar (Ground substance), sel khusus
Berupa serat/serabut. Bahan dasar ini yang disebut matriks ekstrseluler, bentuk terdiri atas gel
-air, garam, protein dan glikosaminoglikan .
Matriks ekstraseluler dalam membentuk jaringan ikat terdiri atas :
1. Protein struktural terdiri atas kolagen, elastin dan fibrilin
2. Protein khusus yang terdiri atas fibrilin, fibronektin dan laminin
3. Proteoglikan membentuk rantai panjang disakarida berulang (glikosaminoglikan)
Jaringan ikat terdiri atas dermis kulit, selaput tendon dan otot. Jaringan ikat sebagai
penunjang pembuluh darah dan limfa, tulang, tulang rawan, gigi dan jaringan serat. Peranan
jaringan ikat berfungsi dalam mempertahankan organ tubuh, sebagai barrier dan proses
penyembuhan luka.
Protein Struktural yaitu yang memberikan struktur dan gerak, antara lain : kolagen
dapat menahan tekanan/regangan misal tulang, tendon, tulang rawan. Elastin dapat meregang
dalam 2 arah misalnya ligamen, karet dan dinding pembuluh darah. Keratin bersifat kaku tidak
larut, tidak dapat dicerna misalnya kuku, bulu dan tanduk. fibrolin terdapat pada serat sutra,
sarang laba-laba dan resilin sayap serangga.
Sel khusus terdiri atas sel fibroblast (osteoblas, osteosit, kondrosit dapat menghasilkan
serat kolagen dan glikosaminoglikan. Mast cell membuat dan menyimpan heparin (anti
koagulan guna mencegah pembekuan darah) berkaitan dengan homeostasis vaskuler, sel
retikulo endothelial.
Serat/serabut terdiri atas protein kolagen, sifatnya sukar larut, dapat dicerna namun
lambat oleh pepsin dan HCL. Serat mudah dicerna oleh tripsin setelah pemberian dicerna
pepsin atau pemanasan di atas 40°C. Serat dapat menghasilkan gelatin pada pemanasan
dengan air atau HCL (gelatin ini mudah larut membentuk struktur sekunder yang mudah putus
dari ikatan).
Serat elastin terdiri jaringan kuning ligamentum, aorta, kulit, paru-paru seperti karet
bersifat skleroprotein, tidak larut, dapat dicerna, tidak membentuk gelatin, komposisi terdiri
atas 90% asam amino leusin, isoleusin, glisin, prolin, valin dan 10% asam amino lainnya.
Kondroalbumoid mirip elastin yaitu mem bentuk retikulin dengan struktur mirip kolagen.
Kolagen (1) merupakan bagian dari kulit , tulang, gigi, pembuluh darah tendon, tulang
rawan dan jaringan ikat. Kolagen merupakan protein terbanyak karena lebih 30% protein tubuh
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 132
pada hati, kecuali kolagen lebih sedikit di tendo, berfungsi dalam proses penyembuhan, serta
memiliki komposisi asam amino glisin (33%), prolin (10%), hidroksi proli (10%), hidroksilisin
(1%) dan asam amino lain dalam jumlah sedikit ( tirosin, triptofan, sistin). Komposisi unit
struktural dasar membentuk tropkolagen terbentuk 3 ranti polipeptida yang diselingi rantai α
yang mengandung + 1050 asam amino. Tropkolagen : molekul berbentuk batang, panjang +
300 nm. Tebal 1,5 nm dan BM + 300.000.
Kolagen (2) mempunyai urutan setiap asam amino ke 3 dalam rantai α adalah pada
glisin, 60 % dari rantai α terbentuk dari urutan Glisin-prolin-X (Protein lain) atau Gly-X-Hyp,
40% merupakan berbagai urutan asam amino, dimana setiap asam amino ke3 adalah glisin
dengan sinar X diperlihatkan bahwa tiap rantai, polipeptida tropokolagen merupakan struktur
heliks,
yang berbeda dengan α-heliks. Ketiga unit protein tropokolagen tidak mempunyai
konformasi α-heliks karena mengandung sejumlah, besar residu prolin dan hidroksi prolin
menyebabkan konformasi yang kaku dan berbelok-belok.
Kolagen (3) mempunyai ketiga sulur rantai polipeptida saling melilit dengan ketat
mengelilingi sesamanya. Rantai ini dijembatani pada ikatan hidrogen dan ikatan kovelen.
Tropokolagen helix ganda 3 yang berdekatan juga saling berikatan silang. Kelekatan lilitan helix
ganda tiga tropkolegen dan ikatan silang dapat protein ini tidak dapat meregang. Tropokolagen
juga mengandung beberapa rantai samping karbohidrat yang berikatan dengan hidroksil. Makin
tua pada ikatan silang kovalen yang terbentuk di dalam dan diantara tropokolagen berlebih
menjadikan fibril kolagen lebih kaku dan rapuh, merubah sifat mekanis urat, tulang rawan
menjadi rapuh, kornea mata tidak jernih dan pembuluh darah menebal
Gambar 6.1 Struktur protein kolagen dan struktur α Heliks
Sifat kolagen, dipanaskan dengan asam encer menyebabkan disosiasi menjadi larut, bila
didinginkan serat kembali seperti semula. Penambahan air dalam jumlah banyak transformasi
dari bentuk untaian tidak larut /tidak dapat dicerna membentuk gelatin. Sub-unit kolagen
terdiri atas ß ( BM 2x α) dan δ (BM 3Xα) dan α (polipeptida dasar). Tipe kolagen didasarkan
pada rumus molekul [α1(I)]2 α2, polimer asli dalam bentuk fibril serta didistribusi ke jaringan
kulit, tendo, tulang, gigi, kornea. Sifat khusus sedikit mengandung hidroksilisin, sedikit glikosilasi
hidroksilisin, fibril lebar. Rumus [α1(II)]3 pada tulang rawan, diskus intervertebralis, [α1(III)]3
pada kulit janin, sistem kardiovaskular dan [α1(IV)]3 pada membran dasar.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 133
Sintesis Kolagen
Sintesis pada retikulum endoplasmik akan terjadi penterjemahan dari mRNA atau rantai
α-kolagen, prepro kolagen menjadi peptida sinyal, pre peptida terdiri atas 150 residu pada Nterminal dan 250 residu pada c-terminal. Pemrosesan pasca penerjemahan di dalam lumen
reticulum endoplasmik dari polipeptida preprokolagen rantai α membentik triple heliks.
Pemindahan peptida sinyal dan hidroksilasi residu lisin dan prolin. Ada enzim hidroksilase
prokolagen (lisin hidroksilase, prohidroksil lisin 4 hidroksilase dan prohidroksilisin 3
hidroksilase). Reaksi hidroksilase memerluakan ion Fe2+, asam askorbat, O2 dan
alfaketoglutamat.
Mekanisme sintesis kolagen, hidroksilasi prolin dan lisin, setelah terdapat dalam rantai
polipeptida
selanjutnya berikatan dengan gugus OH, hidroksiprolin dan hidroksilisin
membutuhkan enzim hidroksilase serta memerlukan Fe pada tempat aktif, dioksegenase
dengan bantuan O2, α- ketoglutarat (prolin hidroksilase) dan reduktor askorbat. Penting agar
aktif, OH menempel dirantai C4 pada lisin/prolin setelah asam amino glisin. Pentingnya
hidroksilasi menstabilkan tropokolagen (tripel heliks) dan bila terjadi defisiensi askorbat
kolagen tidak normal, serat lemah menyebabkan mudah luka pada dinding pembuluh darah
rapuh.
Pembentukan kolagen, fibroblast (prokolagen) membentuk tropokolagen (dalam
ekstrsel dengan bantuan protokolagen peptidase). Kolagen distabilkan oleh ikatan silang secara
kovalen intramolekuler dan intermolekuler, semakin tua ikatan silang semakin bertambah
menyebabkan fleksibilitas berkurang. Ikatan silang terjadi antara 2 lisin pada gugus amino
dilepas, saling berikatan.
Tahap pembentukan kolagen dewasa yaitu fibroblast mengalami sintesis polipeptida,
hidroksilasi dan glikosilasi. Selanjutnya mengalami pembentukan triple heliks membentuk
protokolagen, hidrolisis, tropokolagen membentuk serat kolagen dengan ikatan silang serat
kolagen dewasa. Pada proses penuaan ikatan silang bertambah menyebabkan kelenturan
berkurang.
Tabel 6.1 komposisi kolagen dan elastin dalam beberapa jaringan (g/100 g berat kering).
Jaringan
Tulang
Tendo
Kulit
Kornea
Kartilago
Ligamen
Aorta
Hepar
Kolagen
88
86
71
68,1
46-63
17
12-24
3,9
Elastin
4,4
0,6
74,8
28-32
-
Elastin, di dalam jaringan ikat elastin bersama-sama dengan kolagen. Elastin berwarna
kuning membentu protein flouresensi. Sub unit dasar fibril elastin adalah tropoelastin dengan
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 134
BM + 72.000 dan mengandung + 800 residu asam amino. Kaya akan asam amino glisin dan
alanin. Elastin ditemukan ligamen, dinding pembuluh darah, jumlahnya sedikit dalam kulit,
tendon, dan jaringan ikat.
Tropoelastin berbeda dengan tropokolagen, mengandung banyak residu lisin dan sedikit
prolin. Tropoelastin membentuk heliks khusus struktur lain dari pada α heliks kolagen.
Beberapa heliks panjang yang kaya akan residu glisin. Dipisahkan oleh daerah sempit yang
mengandung residu lisin dan alanin. Bagian sulurnya (heliks dapat meregang jika diberi tekanan
dan dapat kembali ke panjang semula. Daerah yang mengandung residu lisin ikut dalam
pembentukan ikatan kovalen. Ada 4 gugus R lisin bersama-sama diubah oleh enzim membentuk
desmosin dan isodesmosin dimana senyawa ini menyatukan rantai tropoelastin menjadi lapisan
yang dapat diregang ke segala arah (secara reversibel). Residu desmosin memiliki struktur
asam amino khusus hanya di jumpai pada elastin. Diturunkan dari gugus R 4 molekul lisin dan
menjembatani rantai polipeptida elastin.
Gambar 6.2 Rantai Desmosin dan Tripoelastin
a. menggabungkan 2 rantai
b.Menggabungakan 3 rantai
c. menggabungkan 4 rantai
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 135
Keratin merupakan protein serat yang memberikan perlindungan eksternal. Keratin
menyusun hampir seluruh berat kering dari rambut, wol, sayap, kuku, cakar, duri, sisik, tanduk,
kuku kuda, kulit penyu. Komposisi asam aminonya khas mengandung residu sistein, semua
protein ini mempunyai susunan ruang yang sama pada rantai polipeptida. Keratin dibuat di
dalam sel epidermis, ada 2 bentuk yaitu α dan ß keratin.
Dari analisis sinar X keratin memperlihatkan bahwa protein ini terdiri dari unit struktur
berulang α-Keratin. Keratin memberikan pola difraksi yang khas. Mempunyai unit struktur yang
berulang + 0,54 nm disepanjang sumbu rambut. Rantai polipeptidanya tidak bersifat terbuka
sepenuhnya, tetapi berputa dan berpilin secara teratur. Rantai polipeptidanya mempunyai
konformasi α-heliks (konformasi ruang). Kendala konformasi ruang rantai polipeptida kekakuan
dan konfigurasi trans ikatan peptide, gaya tolak menolak (tarik menarik) elektrostatik, antara
residu asam amino dengan gugus yang bermuatan, besarnya gugus R yang berdekatan dan
adanya residu prolin.
Konformasi ß-Keratin, merupakan protein sutera dan jaringan laba-laba merupakan
protein yang tidak larut, bersifat fleksibel dan lentur, tidak dapat meregang, secara periodik
struktur berulang pada selang 0,7 nm. Bila diberikan uap panas konformasinya menyebabkan kerangka polipeptida meluas membentuk zigzag dan bukan struktur heliks, tidak terdapat
ikatan hidrogen di dalam rantai. Ikatan hidrogen ada antara rantai ikatan peptide, rantai
polipeptida yang berdekatan dalam konformasi yang lebih melebar. Tidak dijumpai jembatan
sistin, dapat terjadi hanya jika gugus R residu asam amino berukuran realtif kecil yaitu glisin
dan alanin.
Gambar 6.3 Struktur keratin
α-keratin kaya akan asam amino yang cocok bagi struktur dengan α heliks. Komposisi
dan deret asam aminonya sedemikian rupa sehingga membiarkan rantai membentuk α heliks
secara spontan dengan stabilitas yang cukup tinggi melalui banyak ikatan hidrogen antar
rantai. Kaya akan asam amino yang cenderung membentuk α heliks dan mengandung sedikit
asam amino yang tidak sesuai dengan struktur ini contohnya prolin. Kaya akan residu sistin yang
dapat memberikan jembatan disulfida (S-S), bersifat kovalen sangat kuat.
Residu sistin memiliki α-heliks yang berdekatan bersama dan memberikan serat α
keratin kekutan melekat yang besar. α- keratin dari sumber yang berbeda, kandungan sistin
berbeda menyebabkan α keratin yang paling keras dan liat, contoh pada kulit kura-kura, dengan
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 136
kandungan sistin 18%. Tidak larut dalam air pada pH 7 dan suhu tubuh karena banyak gugus R
hidrofobik pada bagian luar fibril α keratin.
Gambar 6.4 Struktur α-Keratin
Peranan Protein Serat/fibrosa antara lain penting dalam anatomi dan fisiologi tubuh,
penyusun 1/3 atau lebih bagian total protein tubuh, menjalankan fungsi pertahanan luar
(Komponen utama lapisan kulit, rambut, kuku dan tanduk), memberikan fungsi penyangga dan
memberi bentuk pada urat, tulang rawan dan lap dalam kulit , serta fungsi utama membangun
struktur yang kuat sebagai penunjang yang diperlukan tubuh agar dapat menjalankan berbagai
fungsi dan mempunyai struktur yang memanjang, terdiri dari rantai polipeptida yang saling
berhubungan erat.
Mukopolisakarida
Mukopolisakarida pada jaringan ikat hewan/manusia penyusun tulang rawan dan
tendon mukopolisakarida (glikosaminoglikan = GAG). Senyawa yang dihasilkan tipis,
kenyal/kental, berupa gel, dalam kondisi keras dan elastis tinggi misalnya asam hyaluronat
terdiri atas molekul N-asetil glukosamin dan asam D-glukoronat berselang seling, terdapat
pada persendian. Unit penghubung mukopolisakarida adalah β 1-4 O-glikosidik dan β 1-3 Oglikosidik. Struktur heteropolimer mukopolisakarida adalah kondroitin sulfat : Nasetil Sulfat dan
asam D-glukoronat berselang-seling.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 137
Gambar 6.5 Jenis-jenis mukopolisakarida
Proteoglikan
Gambar 6.6 Proteoglikan
Glikosaminoglikan (mukopolisakarida) memiliki protein proteoglikan, terdiri dari unit7 unit disakarida glikosaminoglikan yaitu :
1. Asam hialuronat (asam glukoronat – N-asetil glukosamin)n pada kulit, ovum, sendi,
permukaan sel, serta tidak mengandung sulfat
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 138
2. Kondritin 4 sulfat (asam glukoronat – N-asetil galaktosmain 4 sulfat)n
3. Kondroitin 6 sulfat (asam glukoronat – N-asetil galaktosmain 6 sulfat)n ( kedua
kondroitin ini terdapat pada tulang rawan, tulang, kornea, permukaan sel) donor sulfat :
PAPS (3 fosfoadenil 5 Fosfo sulfat) untuk mengaktifkan
4. Dermatan sulfat (Asam iduronat-N.asetil galaktosamin)4, A- iduronat : derivat L-idosa
sintesa :
Epimerase
A-UDP-D-glukoronat
A-UDP-I-Iduronat
terdapat pada kulit , ß-heparin bersifat koagulan lemah
Gambar 6.6 Struktur Glikosaminoglikan
Gambar 6.7 Struktur heparin
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 139
Gambar 6.8 Matriks kartilago
Gambar 6.9 Struktur Glikosaminoglikan pada kartilago tulang hidung
Tabel 6.2 Perbedaan Kolagen dan Elastin
Enzim yang berperan dalam pada katabolisme glikosaminoglikan anatara lain
hialuronidase, ß-glukoronidase, ß-D-asetilheksoaminidase, ß-Galaktosidase, Α-L-Iduronidase,
sulfatase, Α-N-asetil glukosaminidase, heparin sulfaminidase dan Α-glukosamin-n-asetil
transferase. Defisiensi enzim menyebabkan kelai a ‘I bor Error” ukopolisakaridoses,
mukolipidoses terjadi kelainan gen.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 140
Glikosaminoglikan
Glukoasiminoglikan merupakan makromol ekstraseluler membentuk struktur N matrix
jaringan ikat. Semua glukosaminoglikan tanpa gugus karboksil dan terikat pada kolagen (kecuali
yang mempunyai sulfat). Kondroitin sulfat & heparin sulfat akan terikat spesifik pada elastin.
Intima dinding arteri mengandung proteoglikan asam hialuronat, kondroitin Sulfat, dermatam
sulfat dan heparin sulfat.
Heparin dekat pembuluh darah, terikat spesifik pada faktor IX & XI, dapat terikat pada
antitrombin III yang mengaktifkan trombin sehingga meningkatkan aktifitas dan terikat oleh
lipoprotein lipase. Asam hialuronat berperan
pada adhesi sel-sel pada kuman.
Glikosaminoglikan berperan pada regulasi pertumbuhan sel, hubungan sel-sel, melindungi
reseptor permukaan sel, sintesa protein, fungsi intranulear. Glikosaminoglikan berperan pada
pelepasan zat-zat yang disimpan dalam granula sekretorik pada granula kromafin di medulla
adrenal, granulla sekresi prolaktin di hipofise dan granula basofil di mast cell.
Melanin
Melanin merupakan polimer hasil katabolisme tirosin, melanogenesis distimulasi
melanocyte stimulating hormone (MSH). Pembentukannya memerlukan enzim tirosin
hidroksilase dan memerlukan tembaga (Cu). Pada pembentukan eumelanin menangkap radikal
bebas dan menghasilkan peroksida (H2O2). Bentuk feoelamin dan eumelanin berupa
melanoprotein (kompleks protein dan melanosom).
Gambar 6.10 Biosintesis eumelanin dan feomelanin pada sel-sel pigmen (melanosit)
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 141
Albinisme
Albinisme merupakan sindrom klinis hipomelanosis (akibat cacat bawaan) pada sel-sel
pigmen (melanosit) dalam mata dan kulit. Melanin berciri berkurangnya pigmentasi pada kulit
dan mata ada 3 jenis yaitu :
1. Alibino dengan tirosin hidroksilase negatif, tidak mempunyai pigmen visual, folikel rambut:
tidak dapat mengubah tirosin menjadi pigmen
2. Albino dengan tirosin hidroksilase positif, masih mempunyai pigmen tertentu yang terlihat
dan warna rambut kuing hingga coklat terang
3. Albinisme Okuler, kromosom X heterozigot (bukan autosomal resesif) menebabkan
melanosit mengandung makromelanosom pola distribusi pigmen mozaik
Radikal Bebas dan antioksidan
Efek Radikal Bebas yaitu menyerang lipid tak jenuh, protein dan DNA, perubahan
struktur membran sel darah merah, paru-paru dan otak. Fe dalam Hb teroksidasi pada
metabolisme Hb tidak dapat mengangkut O2. Lipid hidroperoksida merupakan inhibitor enzim
tertentu dalam membran dan sel. Pada membran sel darah merah terjadi kerusakan lipid
hidroperoksida pada sel darah merah cepat terdegradasi sehingga dapat menyebabkan
anemia.
Gambar 6.11 Peroksidasi lipid
Mekanisme sel untuk perlindungan melalui enzim superoksida dismutase (SOD) yang
memusnahkan radikal O2--. Di sitosol SOD mengandung logam Cu2+ dan Zn2+ serta di
mitokondria SOD mengandung Mn2+ . Katalase berfungsi memecah H2O2. Glutation peroksidase
mereduksi peroksida. Antioksidan misalnya tokoferol dapat memusnahkan radikal dan
mengurangi keracunan yang diakibatkan oleh O 2--. Reaksi Perlindunngan Sel terhadap radikal
bebas antara lain
2O2 -- + 2H+ → H2O2 + O2 (peroksidase)
H2O2 → 2H2O + O2 (katalase)
H2O2 + 2GSH → GSSG + 2H2O (glutation peroksidase)
Metabolisme superoksida yaitu oksigen dapat berubah menjadi zat yang toksik melalui
pembentukan radikal dan molekul yang sangat reaktif. Anion superoksida (O2--) (dihasilkan
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 142
akibat radiasi, oksidasi xantin mjd asam urat olah xantin oksidase), pembentukan radikal H2O2
dan radikal hidroksil (HO--) (dihasilkan aerobik dh dan SOD)
Gambar 6.12 Sinergistik Vitamin E dan Selenium
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 143
Biokimia
Kulit dan Jaringan Penunjang
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 131
A. BIOKIMIA JARINGAN
Biokimia Jaringan terdiri atas jarigan epitel, jaringan ikat, jaringan otot dan jaringan
syaraf. Jaringan epitel meliputi :
Epidermis kulit yaitu yang terdapat pada stratum korneum, protein utama penyusun terdiri
atas keratin yang mengandungan albumin (sklero protein), sifatnya sukar larut, terdapat
enzim proteolitik, mengandung sistin sebanyak 20% (merupakan asam amino utama ),
lemak, melanin merupakan derivat tirosin serta distimulasi oleh MSH
Rambut, berbentuk α-keratin, dengan kandungan sistin terbanyak, berbentuk spiral yang
dapat membentuk rambut keriting. Pembentukan rambut disebabkan karena adanya
ikatan disulfida yang dapat disambung dan diputuskan
Kuku
Saluran pernafasan dan urinarius
Ada 3 bagian jaringan ikat yaitu terdiri atas bahan dasar (Ground substance), sel khusus
Berupa serat/serabut. Bahan dasar ini yang disebut matriks ekstrseluler, bentuk terdiri atas gel
-air, garam, protein dan glikosaminoglikan .
Matriks ekstraseluler dalam membentuk jaringan ikat terdiri atas :
1. Protein struktural terdiri atas kolagen, elastin dan fibrilin
2. Protein khusus yang terdiri atas fibrilin, fibronektin dan laminin
3. Proteoglikan membentuk rantai panjang disakarida berulang (glikosaminoglikan)
Jaringan ikat terdiri atas dermis kulit, selaput tendon dan otot. Jaringan ikat sebagai
penunjang pembuluh darah dan limfa, tulang, tulang rawan, gigi dan jaringan serat. Peranan
jaringan ikat berfungsi dalam mempertahankan organ tubuh, sebagai barrier dan proses
penyembuhan luka.
Protein Struktural yaitu yang memberikan struktur dan gerak, antara lain : kolagen
dapat menahan tekanan/regangan misal tulang, tendon, tulang rawan. Elastin dapat meregang
dalam 2 arah misalnya ligamen, karet dan dinding pembuluh darah. Keratin bersifat kaku tidak
larut, tidak dapat dicerna misalnya kuku, bulu dan tanduk. fibrolin terdapat pada serat sutra,
sarang laba-laba dan resilin sayap serangga.
Sel khusus terdiri atas sel fibroblast (osteoblas, osteosit, kondrosit dapat menghasilkan
serat kolagen dan glikosaminoglikan. Mast cell membuat dan menyimpan heparin (anti
koagulan guna mencegah pembekuan darah) berkaitan dengan homeostasis vaskuler, sel
retikulo endothelial.
Serat/serabut terdiri atas protein kolagen, sifatnya sukar larut, dapat dicerna namun
lambat oleh pepsin dan HCL. Serat mudah dicerna oleh tripsin setelah pemberian dicerna
pepsin atau pemanasan di atas 40°C. Serat dapat menghasilkan gelatin pada pemanasan
dengan air atau HCL (gelatin ini mudah larut membentuk struktur sekunder yang mudah putus
dari ikatan).
Serat elastin terdiri jaringan kuning ligamentum, aorta, kulit, paru-paru seperti karet
bersifat skleroprotein, tidak larut, dapat dicerna, tidak membentuk gelatin, komposisi terdiri
atas 90% asam amino leusin, isoleusin, glisin, prolin, valin dan 10% asam amino lainnya.
Kondroalbumoid mirip elastin yaitu mem bentuk retikulin dengan struktur mirip kolagen.
Kolagen (1) merupakan bagian dari kulit , tulang, gigi, pembuluh darah tendon, tulang
rawan dan jaringan ikat. Kolagen merupakan protein terbanyak karena lebih 30% protein tubuh
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 132
pada hati, kecuali kolagen lebih sedikit di tendo, berfungsi dalam proses penyembuhan, serta
memiliki komposisi asam amino glisin (33%), prolin (10%), hidroksi proli (10%), hidroksilisin
(1%) dan asam amino lain dalam jumlah sedikit ( tirosin, triptofan, sistin). Komposisi unit
struktural dasar membentuk tropkolagen terbentuk 3 ranti polipeptida yang diselingi rantai α
yang mengandung + 1050 asam amino. Tropkolagen : molekul berbentuk batang, panjang +
300 nm. Tebal 1,5 nm dan BM + 300.000.
Kolagen (2) mempunyai urutan setiap asam amino ke 3 dalam rantai α adalah pada
glisin, 60 % dari rantai α terbentuk dari urutan Glisin-prolin-X (Protein lain) atau Gly-X-Hyp,
40% merupakan berbagai urutan asam amino, dimana setiap asam amino ke3 adalah glisin
dengan sinar X diperlihatkan bahwa tiap rantai, polipeptida tropokolagen merupakan struktur
heliks,
yang berbeda dengan α-heliks. Ketiga unit protein tropokolagen tidak mempunyai
konformasi α-heliks karena mengandung sejumlah, besar residu prolin dan hidroksi prolin
menyebabkan konformasi yang kaku dan berbelok-belok.
Kolagen (3) mempunyai ketiga sulur rantai polipeptida saling melilit dengan ketat
mengelilingi sesamanya. Rantai ini dijembatani pada ikatan hidrogen dan ikatan kovelen.
Tropokolagen helix ganda 3 yang berdekatan juga saling berikatan silang. Kelekatan lilitan helix
ganda tiga tropkolegen dan ikatan silang dapat protein ini tidak dapat meregang. Tropokolagen
juga mengandung beberapa rantai samping karbohidrat yang berikatan dengan hidroksil. Makin
tua pada ikatan silang kovalen yang terbentuk di dalam dan diantara tropokolagen berlebih
menjadikan fibril kolagen lebih kaku dan rapuh, merubah sifat mekanis urat, tulang rawan
menjadi rapuh, kornea mata tidak jernih dan pembuluh darah menebal
Gambar 6.1 Struktur protein kolagen dan struktur α Heliks
Sifat kolagen, dipanaskan dengan asam encer menyebabkan disosiasi menjadi larut, bila
didinginkan serat kembali seperti semula. Penambahan air dalam jumlah banyak transformasi
dari bentuk untaian tidak larut /tidak dapat dicerna membentuk gelatin. Sub-unit kolagen
terdiri atas ß ( BM 2x α) dan δ (BM 3Xα) dan α (polipeptida dasar). Tipe kolagen didasarkan
pada rumus molekul [α1(I)]2 α2, polimer asli dalam bentuk fibril serta didistribusi ke jaringan
kulit, tendo, tulang, gigi, kornea. Sifat khusus sedikit mengandung hidroksilisin, sedikit glikosilasi
hidroksilisin, fibril lebar. Rumus [α1(II)]3 pada tulang rawan, diskus intervertebralis, [α1(III)]3
pada kulit janin, sistem kardiovaskular dan [α1(IV)]3 pada membran dasar.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 133
Sintesis Kolagen
Sintesis pada retikulum endoplasmik akan terjadi penterjemahan dari mRNA atau rantai
α-kolagen, prepro kolagen menjadi peptida sinyal, pre peptida terdiri atas 150 residu pada Nterminal dan 250 residu pada c-terminal. Pemrosesan pasca penerjemahan di dalam lumen
reticulum endoplasmik dari polipeptida preprokolagen rantai α membentik triple heliks.
Pemindahan peptida sinyal dan hidroksilasi residu lisin dan prolin. Ada enzim hidroksilase
prokolagen (lisin hidroksilase, prohidroksil lisin 4 hidroksilase dan prohidroksilisin 3
hidroksilase). Reaksi hidroksilase memerluakan ion Fe2+, asam askorbat, O2 dan
alfaketoglutamat.
Mekanisme sintesis kolagen, hidroksilasi prolin dan lisin, setelah terdapat dalam rantai
polipeptida
selanjutnya berikatan dengan gugus OH, hidroksiprolin dan hidroksilisin
membutuhkan enzim hidroksilase serta memerlukan Fe pada tempat aktif, dioksegenase
dengan bantuan O2, α- ketoglutarat (prolin hidroksilase) dan reduktor askorbat. Penting agar
aktif, OH menempel dirantai C4 pada lisin/prolin setelah asam amino glisin. Pentingnya
hidroksilasi menstabilkan tropokolagen (tripel heliks) dan bila terjadi defisiensi askorbat
kolagen tidak normal, serat lemah menyebabkan mudah luka pada dinding pembuluh darah
rapuh.
Pembentukan kolagen, fibroblast (prokolagen) membentuk tropokolagen (dalam
ekstrsel dengan bantuan protokolagen peptidase). Kolagen distabilkan oleh ikatan silang secara
kovalen intramolekuler dan intermolekuler, semakin tua ikatan silang semakin bertambah
menyebabkan fleksibilitas berkurang. Ikatan silang terjadi antara 2 lisin pada gugus amino
dilepas, saling berikatan.
Tahap pembentukan kolagen dewasa yaitu fibroblast mengalami sintesis polipeptida,
hidroksilasi dan glikosilasi. Selanjutnya mengalami pembentukan triple heliks membentuk
protokolagen, hidrolisis, tropokolagen membentuk serat kolagen dengan ikatan silang serat
kolagen dewasa. Pada proses penuaan ikatan silang bertambah menyebabkan kelenturan
berkurang.
Tabel 6.1 komposisi kolagen dan elastin dalam beberapa jaringan (g/100 g berat kering).
Jaringan
Tulang
Tendo
Kulit
Kornea
Kartilago
Ligamen
Aorta
Hepar
Kolagen
88
86
71
68,1
46-63
17
12-24
3,9
Elastin
4,4
0,6
74,8
28-32
-
Elastin, di dalam jaringan ikat elastin bersama-sama dengan kolagen. Elastin berwarna
kuning membentu protein flouresensi. Sub unit dasar fibril elastin adalah tropoelastin dengan
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 134
BM + 72.000 dan mengandung + 800 residu asam amino. Kaya akan asam amino glisin dan
alanin. Elastin ditemukan ligamen, dinding pembuluh darah, jumlahnya sedikit dalam kulit,
tendon, dan jaringan ikat.
Tropoelastin berbeda dengan tropokolagen, mengandung banyak residu lisin dan sedikit
prolin. Tropoelastin membentuk heliks khusus struktur lain dari pada α heliks kolagen.
Beberapa heliks panjang yang kaya akan residu glisin. Dipisahkan oleh daerah sempit yang
mengandung residu lisin dan alanin. Bagian sulurnya (heliks dapat meregang jika diberi tekanan
dan dapat kembali ke panjang semula. Daerah yang mengandung residu lisin ikut dalam
pembentukan ikatan kovalen. Ada 4 gugus R lisin bersama-sama diubah oleh enzim membentuk
desmosin dan isodesmosin dimana senyawa ini menyatukan rantai tropoelastin menjadi lapisan
yang dapat diregang ke segala arah (secara reversibel). Residu desmosin memiliki struktur
asam amino khusus hanya di jumpai pada elastin. Diturunkan dari gugus R 4 molekul lisin dan
menjembatani rantai polipeptida elastin.
Gambar 6.2 Rantai Desmosin dan Tripoelastin
a. menggabungkan 2 rantai
b.Menggabungakan 3 rantai
c. menggabungkan 4 rantai
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 135
Keratin merupakan protein serat yang memberikan perlindungan eksternal. Keratin
menyusun hampir seluruh berat kering dari rambut, wol, sayap, kuku, cakar, duri, sisik, tanduk,
kuku kuda, kulit penyu. Komposisi asam aminonya khas mengandung residu sistein, semua
protein ini mempunyai susunan ruang yang sama pada rantai polipeptida. Keratin dibuat di
dalam sel epidermis, ada 2 bentuk yaitu α dan ß keratin.
Dari analisis sinar X keratin memperlihatkan bahwa protein ini terdiri dari unit struktur
berulang α-Keratin. Keratin memberikan pola difraksi yang khas. Mempunyai unit struktur yang
berulang + 0,54 nm disepanjang sumbu rambut. Rantai polipeptidanya tidak bersifat terbuka
sepenuhnya, tetapi berputa dan berpilin secara teratur. Rantai polipeptidanya mempunyai
konformasi α-heliks (konformasi ruang). Kendala konformasi ruang rantai polipeptida kekakuan
dan konfigurasi trans ikatan peptide, gaya tolak menolak (tarik menarik) elektrostatik, antara
residu asam amino dengan gugus yang bermuatan, besarnya gugus R yang berdekatan dan
adanya residu prolin.
Konformasi ß-Keratin, merupakan protein sutera dan jaringan laba-laba merupakan
protein yang tidak larut, bersifat fleksibel dan lentur, tidak dapat meregang, secara periodik
struktur berulang pada selang 0,7 nm. Bila diberikan uap panas konformasinya menyebabkan kerangka polipeptida meluas membentuk zigzag dan bukan struktur heliks, tidak terdapat
ikatan hidrogen di dalam rantai. Ikatan hidrogen ada antara rantai ikatan peptide, rantai
polipeptida yang berdekatan dalam konformasi yang lebih melebar. Tidak dijumpai jembatan
sistin, dapat terjadi hanya jika gugus R residu asam amino berukuran realtif kecil yaitu glisin
dan alanin.
Gambar 6.3 Struktur keratin
α-keratin kaya akan asam amino yang cocok bagi struktur dengan α heliks. Komposisi
dan deret asam aminonya sedemikian rupa sehingga membiarkan rantai membentuk α heliks
secara spontan dengan stabilitas yang cukup tinggi melalui banyak ikatan hidrogen antar
rantai. Kaya akan asam amino yang cenderung membentuk α heliks dan mengandung sedikit
asam amino yang tidak sesuai dengan struktur ini contohnya prolin. Kaya akan residu sistin yang
dapat memberikan jembatan disulfida (S-S), bersifat kovalen sangat kuat.
Residu sistin memiliki α-heliks yang berdekatan bersama dan memberikan serat α
keratin kekutan melekat yang besar. α- keratin dari sumber yang berbeda, kandungan sistin
berbeda menyebabkan α keratin yang paling keras dan liat, contoh pada kulit kura-kura, dengan
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 136
kandungan sistin 18%. Tidak larut dalam air pada pH 7 dan suhu tubuh karena banyak gugus R
hidrofobik pada bagian luar fibril α keratin.
Gambar 6.4 Struktur α-Keratin
Peranan Protein Serat/fibrosa antara lain penting dalam anatomi dan fisiologi tubuh,
penyusun 1/3 atau lebih bagian total protein tubuh, menjalankan fungsi pertahanan luar
(Komponen utama lapisan kulit, rambut, kuku dan tanduk), memberikan fungsi penyangga dan
memberi bentuk pada urat, tulang rawan dan lap dalam kulit , serta fungsi utama membangun
struktur yang kuat sebagai penunjang yang diperlukan tubuh agar dapat menjalankan berbagai
fungsi dan mempunyai struktur yang memanjang, terdiri dari rantai polipeptida yang saling
berhubungan erat.
Mukopolisakarida
Mukopolisakarida pada jaringan ikat hewan/manusia penyusun tulang rawan dan
tendon mukopolisakarida (glikosaminoglikan = GAG). Senyawa yang dihasilkan tipis,
kenyal/kental, berupa gel, dalam kondisi keras dan elastis tinggi misalnya asam hyaluronat
terdiri atas molekul N-asetil glukosamin dan asam D-glukoronat berselang seling, terdapat
pada persendian. Unit penghubung mukopolisakarida adalah β 1-4 O-glikosidik dan β 1-3 Oglikosidik. Struktur heteropolimer mukopolisakarida adalah kondroitin sulfat : Nasetil Sulfat dan
asam D-glukoronat berselang-seling.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 137
Gambar 6.5 Jenis-jenis mukopolisakarida
Proteoglikan
Gambar 6.6 Proteoglikan
Glikosaminoglikan (mukopolisakarida) memiliki protein proteoglikan, terdiri dari unit7 unit disakarida glikosaminoglikan yaitu :
1. Asam hialuronat (asam glukoronat – N-asetil glukosamin)n pada kulit, ovum, sendi,
permukaan sel, serta tidak mengandung sulfat
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 138
2. Kondritin 4 sulfat (asam glukoronat – N-asetil galaktosmain 4 sulfat)n
3. Kondroitin 6 sulfat (asam glukoronat – N-asetil galaktosmain 6 sulfat)n ( kedua
kondroitin ini terdapat pada tulang rawan, tulang, kornea, permukaan sel) donor sulfat :
PAPS (3 fosfoadenil 5 Fosfo sulfat) untuk mengaktifkan
4. Dermatan sulfat (Asam iduronat-N.asetil galaktosamin)4, A- iduronat : derivat L-idosa
sintesa :
Epimerase
A-UDP-D-glukoronat
A-UDP-I-Iduronat
terdapat pada kulit , ß-heparin bersifat koagulan lemah
Gambar 6.6 Struktur Glikosaminoglikan
Gambar 6.7 Struktur heparin
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 139
Gambar 6.8 Matriks kartilago
Gambar 6.9 Struktur Glikosaminoglikan pada kartilago tulang hidung
Tabel 6.2 Perbedaan Kolagen dan Elastin
Enzim yang berperan dalam pada katabolisme glikosaminoglikan anatara lain
hialuronidase, ß-glukoronidase, ß-D-asetilheksoaminidase, ß-Galaktosidase, Α-L-Iduronidase,
sulfatase, Α-N-asetil glukosaminidase, heparin sulfaminidase dan Α-glukosamin-n-asetil
transferase. Defisiensi enzim menyebabkan kelai a ‘I bor Error” ukopolisakaridoses,
mukolipidoses terjadi kelainan gen.
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 140
Glikosaminoglikan
Glukoasiminoglikan merupakan makromol ekstraseluler membentuk struktur N matrix
jaringan ikat. Semua glukosaminoglikan tanpa gugus karboksil dan terikat pada kolagen (kecuali
yang mempunyai sulfat). Kondroitin sulfat & heparin sulfat akan terikat spesifik pada elastin.
Intima dinding arteri mengandung proteoglikan asam hialuronat, kondroitin Sulfat, dermatam
sulfat dan heparin sulfat.
Heparin dekat pembuluh darah, terikat spesifik pada faktor IX & XI, dapat terikat pada
antitrombin III yang mengaktifkan trombin sehingga meningkatkan aktifitas dan terikat oleh
lipoprotein lipase. Asam hialuronat berperan
pada adhesi sel-sel pada kuman.
Glikosaminoglikan berperan pada regulasi pertumbuhan sel, hubungan sel-sel, melindungi
reseptor permukaan sel, sintesa protein, fungsi intranulear. Glikosaminoglikan berperan pada
pelepasan zat-zat yang disimpan dalam granula sekretorik pada granula kromafin di medulla
adrenal, granulla sekresi prolaktin di hipofise dan granula basofil di mast cell.
Melanin
Melanin merupakan polimer hasil katabolisme tirosin, melanogenesis distimulasi
melanocyte stimulating hormone (MSH). Pembentukannya memerlukan enzim tirosin
hidroksilase dan memerlukan tembaga (Cu). Pada pembentukan eumelanin menangkap radikal
bebas dan menghasilkan peroksida (H2O2). Bentuk feoelamin dan eumelanin berupa
melanoprotein (kompleks protein dan melanosom).
Gambar 6.10 Biosintesis eumelanin dan feomelanin pada sel-sel pigmen (melanosit)
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 141
Albinisme
Albinisme merupakan sindrom klinis hipomelanosis (akibat cacat bawaan) pada sel-sel
pigmen (melanosit) dalam mata dan kulit. Melanin berciri berkurangnya pigmentasi pada kulit
dan mata ada 3 jenis yaitu :
1. Alibino dengan tirosin hidroksilase negatif, tidak mempunyai pigmen visual, folikel rambut:
tidak dapat mengubah tirosin menjadi pigmen
2. Albino dengan tirosin hidroksilase positif, masih mempunyai pigmen tertentu yang terlihat
dan warna rambut kuing hingga coklat terang
3. Albinisme Okuler, kromosom X heterozigot (bukan autosomal resesif) menebabkan
melanosit mengandung makromelanosom pola distribusi pigmen mozaik
Radikal Bebas dan antioksidan
Efek Radikal Bebas yaitu menyerang lipid tak jenuh, protein dan DNA, perubahan
struktur membran sel darah merah, paru-paru dan otak. Fe dalam Hb teroksidasi pada
metabolisme Hb tidak dapat mengangkut O2. Lipid hidroperoksida merupakan inhibitor enzim
tertentu dalam membran dan sel. Pada membran sel darah merah terjadi kerusakan lipid
hidroperoksida pada sel darah merah cepat terdegradasi sehingga dapat menyebabkan
anemia.
Gambar 6.11 Peroksidasi lipid
Mekanisme sel untuk perlindungan melalui enzim superoksida dismutase (SOD) yang
memusnahkan radikal O2--. Di sitosol SOD mengandung logam Cu2+ dan Zn2+ serta di
mitokondria SOD mengandung Mn2+ . Katalase berfungsi memecah H2O2. Glutation peroksidase
mereduksi peroksida. Antioksidan misalnya tokoferol dapat memusnahkan radikal dan
mengurangi keracunan yang diakibatkan oleh O 2--. Reaksi Perlindunngan Sel terhadap radikal
bebas antara lain
2O2 -- + 2H+ → H2O2 + O2 (peroksidase)
H2O2 → 2H2O + O2 (katalase)
H2O2 + 2GSH → GSSG + 2H2O (glutation peroksidase)
Metabolisme superoksida yaitu oksigen dapat berubah menjadi zat yang toksik melalui
pembentukan radikal dan molekul yang sangat reaktif. Anion superoksida (O2--) (dihasilkan
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 142
akibat radiasi, oksidasi xantin mjd asam urat olah xantin oksidase), pembentukan radikal H2O2
dan radikal hidroksil (HO--) (dihasilkan aerobik dh dan SOD)
Gambar 6.12 Sinergistik Vitamin E dan Selenium
Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin)
pg. 143