BAB VI Biokimia Kulit dan Jaringan Penunjang

Integrasi Biokimia dalam Modul Kedokteran (Endah Wulandari & Laifa Annisa Hendarmin) pg. 131

BAB VI Biokimia

Kulit dan Jaringan Penunjang


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


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.


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 N-terminal 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 Kolagen Elastin

Tulang 88 - Tendo 86 4,4

Kulit 71 0,6

Kornea 68,1 -

Kartilago 46-63 - Ligamen 17 74,8

Aorta 12-24 28-32

Hepar 3,9 -

Elastin, di dalam jaringan ikat elastin bersama-sama dengan kolagen. Elastin berwarna

kuning membentu protein flouresensi. Sub unit dasar fibril elastin adalah tropoelastin dengan


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


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


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 O-glikosidik. Struktur heteropolimer mukopolisakarida adalah kondroitin sulfat : Nasetil Sulfat dan asam D-glukoronat berselang-seling.


Gambar 6.5 Jenis-jenis mukopolisakarida

Proteoglikan

Gambar 6.6 Proteoglikan

Glikosaminoglikan (mukopolisakarida) memiliki protein proteoglikan, terdiri dari unit-7 unit disakarida glikosaminoglikan yaitu :

1. Asam hialuronat (asam glukoronat – N-asetil glukosamin)n pada kulit, ovum, sendi, permukaan sel, serta tidak mengandung sulfat


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


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 kelainan ‘Inborn Error” mukopolisakaridoses, mukolipidoses terjadi kelainan gen.


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)


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 O2

--. 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


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

BAB VI Biokimia Kulit dan Jaringan Penunjang

Documents

Transcript of BAB VI Biokimia Kulit dan Jaringan Penunjang