BIOKIMIA MATAdr. Gunawan Purnomo - bag. BiokimiaLensa Tercelup 1 sisi oleh humor aqueous dan didukung pada sisi lain oleh humor vitreous tidak dibekali darah, tapi secara metabolik aktif. mendapatkan nutrisi dari, dan mengeluarkan buangan kehumor aqueous.terdiri dari air dan protein. terdapat juga albuminoid2, enzim, dan protein membran yang disintesis di 1 lapisan epitel disekeliling sudut lensa.

PROTEIN & INTEGRITAS STRUKTURAL LENSAProtein2 lensa sensitif terhadap perubahan2 oksidasi reduksi, osmolaritas, kenaikan konsentrasi metabolit yang berlebihan, dan irradiasi UV. Integritas struktural lensa dipertahankan oleh : - keseimbangan osmotik oleh Na+ / K+ - ATPase- keseimbangan status redoks oleh glutathion reduktase- untuk pertumbuhan dan pemeliharaan oleh protein dan proses metabolik lainnya.Enersi untuk proses2 tsb. dari metabolisme glukosa ; 85% dari glikolisis, 10% dari jalur pentose fosfat, 3% dari TCA, ini oleh sel2 yang lokasinya di-perifer.

PROTEIN2 LENSA MATA

Crystallin -, -, adalah small heart shock proteins(sHSP) atau pengawal (chaperone) yang berfungsi membantu mempertahan-kan protein2 lensa dalam keadaan aslinya, tidak teragregasi. Ekspresi tertinggi kristalin2 tersebut ada di-lensa mata, tapi juga muncul di-jaringan lain (seperti skeletal & otot jantung), dimana mereka terlibat dalam pembentukan filamen. Mutasi dalam kristalin, jadi, 1 individual predisposisi tidak hanya terbentuk katarak , tapi juga kemungkinan kelemahan otot dan gagal jantung.Kebutuhan fisik yang paling penting dari protein2 lensa ini adalah dipertahankannya kondisi kristal yang jernih tidak keruh.

LENSA MATA dan perubahan JARAK FOKALDaerah sentral lensa, nukleus atau inti, t.d sel2 yang ada sejak lahir. Lensa tumbuh dari tepi, dan pada manusia ia bertambah berat dan tebal dengan tambahnya umur dan menjadi kurang elastis. Ini menuju ke- kehilangan penglihatan dekat, 1 kondisi normal yang disebut presbyopia . Rata2 , lensa akan meningkat 3 X ukurannya, dan 1,5 X tebalnya, dari lahir sampai umur 80.

METABOLISME LENSA MATA

KATARAK LENSA MATAKatarak Senilis Perubahan pada susunan arsitektur kristalin lensa dan protein2 lensa lain yang berhubung usia, dan karena perubahan2 pemecahan molekul protein yang mulai dari ujung C-, deamidasi dan rasemisasi residu aspartyl .Katarak diabetik karena :- aldose reduktase & dehydrogenase osmolaritas lensa - Bila kadar gula lensa tinggi sorbitol ( aldose reduktase ) fruktose ( polyol dehydrogenase ) .Pada lensa manusia, rasio aktivitas 2 enzim ini lebih menguntungkan akumulasi Sorbitol, karena ia tidak dipakai jalur metabolisme lain dan difusi keluar lensa agak lambat

KATARAK LENSA MATA Akumulasi sorbitol osmolaritas lensa organisasi struktural kristalin kecepatan agregasi & denaturasi protein daerah lensa yang sinar-nya ter-pencar2 katarak .

Keadaan normal : -Pembentukan sorbitol tidak masalah,-Km aldose reduktase untuk glukose 200 mM sorbitol yang terbentuk sangat sedikit.

Pada penderita Diabetik :Kadar glukose dalam darah aktivitas enzim aldose reduktase

BIOKIMIA PENGLIHATAN Lensa mata menfokuskan sinar ke re-tina , yg t.d lapisan2 neuron. Sel batang neuron fotosensoriyg utama , untuk resolusi tinggi & visus malam. 109 per retina.Sel krucutada 3 subtype,

SIKLUS VISUAL & vitamin A

Vitamin A : komponen dari pigmen visual sel batang & krucut Rhodopsin : pigmen visual sel ba tang di-retina, t.d 11-cis retinal yang terikat protein Opsin. SINAR ( photon) Rhodopsin suatu seri isomerisasi fotokimia pemutihan pigmen visual All trans retinal + Opsin. Proses tersebut mimicu 1 impuls saraf n. Opticus otakRegenerasi Rhodopsin :all trans retinal isomerisasi 11-cis rertinal + Opsin RhodopsinReaksi yang serupa berlaku di-sel krucut untuk visus warna.

Struktur kristal Rhodopsin sapiRhodopsin ( ~ 40 kDa) berisi 7 heliks- transmembran. 1 mo- lekul 11-cis retinal melekat melalui 1 basa Schiff yg. ter-protonasi ke-gugus -amino Lys296 heliks VII dgn. Lokasi diantara 2 bidang mem-bran, lebar membran yg. terbe- nam = panjang heliksnya(biru)Sisi intrasel membran memotong heliks VIII.Pita ( panah biru ).Struktur hijau (sisi intrasel) 2 gugus palmotoyl orientasi gugus hidro-fobiknya dapat interaksi dgn. Gugus hidrofobik membran.Karbohidrat ( struktur bola & batang dibawah ekstrasel ,warna biru ) .Heptaneol & nonylglucoside ( struktur kuning, dekat permukaan hidro-fobik protein )

11-cis retinal & Rhodopsin dari - Karoten

Fotoaktivasi Rhodopsin Metarhodopsin II ( R* ) Perubahan potensial listrik sel fotoreseptor butuh wak-tu ratusan msec untuk dari 30mV 35 mV. Pd wak-tu itu kejadian2 biokimia muncul.Isomerisasi 11-cis retinal hanya butuh picosec Rhodopsin mengalami perubahan konformasi utk mengakomodasi perubah-an 11-cis all trans retinal.Perubahan2 ini adalah bertahap , dgn species tertentu sangat pendek umurnya.

Cascade of Biochemical reactions involved in visual cycle

Kaskade siklus biokimia pada Siklus Visual ( I )Ada 3 siklus biokimia yang interkoneksi pada perubahan enersi sinar impuls sarafSiklus2 ini menerangkan reaksi2 dari - rhodopsin- transducin- fosfodiesteraseHasil bersihnya adalah hiper polarisasi membran plasma dari -30mV -35 mV.mempertahankan potensial steady-state membran plasma -30mV adalah fungsi penting seri reaksi ini,pada nilai ini saluran Na+dari sel foto reseptor adalah ligand-berpintudan suatu fraksi darinya yg ber-tanggung jawab untuk influks Na+ dipertahankan pada state terbuka.

Reaksi2 biokimia pada proses penglihatan ( 2 )Ligand yg menjaga saluran Na+ terbuka adalah cGMP, yg mengi-katnya dengan cara tergantung konsentrasi & kinetika dinamis.Kejadian2 biokimia kadar cGMP dalam sel batang & sel krucut juga mempengaruhi:- jumlah saluran Na+ yang buka potensial membran- kadar Na+ didalam sel.Rhodopsin aktif ( R* = metarhodopsin II )membentuk 1 kompleks dengan Transducin ( 1 protein-G trimerik yang klasik dan berfungsi sebagai protein sensori yang penting ) R*-T,, perubahan konformasi GDP yang terikat GTP subunit- (T) disosiasi dari subunit -,- T mengaktifkan fosfodiesterase (PDE) , ini menghidrolisis cGMP 5-GMP.C cGMP saluran Na+ yang terbuka influks Na+ potensial membaran > negatif ( > hiperpolarisasi ) .

Kaskade reaksi2 biokimia pd. Siklus Visual ( 3 )Diagram pd. Gambar slide 13 :ada 2 saluran Na+ pada membran plasma ( 1 ) ada cGMP yg terikat , dan terbuka salurannya.( 2 ) tak ada cGMP yg terikat , dan tertutup.Dengan mekanisme ini, C Na+ dalam sel langsung berhubungan dgn. C cGMP , jadi, juga potensial membran.PDE didalam sel batang - 1 protein heterotetramerik - t.d subunit katalitik & , dan 2 subunit pengatur - . (T-GTP + PDE- ) kompleks dissosiasi dimerik PDE-,.T mempunyai aktifitas GTPase,menghidrolisis GTP GDP + Pi dissosiasi T dari PDE reasosiasi dengan subunit , + menghambat aktivitas PDE.Pada sel krucut : reaksi2 sama, hanya subunit katalitik PDE t.d 2 , bukan & .

Kaskade reaksi2 Biokimia pd. Siklus Visual ( 4 ) C cGMP diatur oleh Ca++ intraselMalam hari, Ca++ sel batang ( saluran Na ) Ca++ 500nM, pada kadar ini, aktifitas Guanylate Cyclase rendah.Bila saluran Na ditutup masuknya Ca dihambat. keluarnya tidak berubah( oleh Na/Ca K exchanger )Ca++ intrasel aktivasi Guanylate cyclase cGMP(dari GTP) Penghentian Siklus Visual , yang berperan : resintesis cGMP, hidrolisis GTP dari kompleks T GTP, inak-tivasi dari R* ( rhodopsin yang telah diaktifkan ). R* difosforilasi oleh rhodopsin kinase R*-Pi mengikat arrestin ( protein sitosolik) kompleks ini tidak dapat berinteraksi lama dgn transducin Kinetika pengikatan arrestin ke- R*-Pi invivo cukup cepat untuk menghentikan siklus I kaskade reaksi biokimia ini.Bila rhodopsin telah diregenerasi, siklus dapat terjadi lagi oleh foton cahaya

Hiperpolarisasi sel batang yg. diinduksi Sinar

Kompleks Rhodopsin - protein G Transducin Rhodopsin : ( merah)7 heliks transmembran terbenam dlm. Disk membran segmen luar batang, ujung- COO pd sitosol , Ujung -amino didalam disk. 11-cis retinal : ( biru )Residu2 Ser & Thr dekat ujung -COO adalah substrat untuk fos-forilasi yg. merupakan bagian me-kanisme desensitisasi rhodopsin.

Lengkung sitosol yg. Interaksi dgn Protein-G transducin : ( oranye )Subunit transducin ( hijau ).Rhodopsin di-palmitoylasi pada ujung COO.Subunit- & transducin mempunyai lipid yg melekat, yg membantu menjangkarkannya di-membran.

Spektrum absorpsi Rhodopsin & 3 reseptor sel krucut Mekanisme sinar me-rangsang sel krucut serupa dgn. batang.Ada 3 type sel krucut : bergantung isi pig-men visual biru, hijau, atau merah Bila 11-cis retinal beri-katan dgn protein vi-sual yg berbeda, resi-du asam amino pd area lokal sekitar basa yg terprotonasi & sis-tem ikatan yg ter-konjugasi mempenga-ruhi tingkat enersi & memberi spektrum absorpsi yg maxima yg berbeda untuk tiap pigmen warna

Gen pigmen visual & buta warna Gen2 yg menyandi pigmen visual telah dipetakan ke-kromosom2 spesifik. Gen rhodopsin terletak di-kromosom 3 , gen pigmen biru di-kromosom 7, pigmen merah & hijau di- kromosom X. Visus warna terjadi dgn sel krucut memakai protein fotoreseptor ( opsin ) utk mendeteksi sinar dari regio spektrum yg berbeda. Per-bedaan opsin2 tsb menempatkan chromophore, 11-cis retinal, dlm lingkungan yg berbeda, dgn hasilnya 3 fotoreseptor mempunyai spektrum absorpsi yg berbeda.Mata manusia membedakan warna & corak dgn mengintegrasikan hasil dari 3 jenis sel krucut, yg masing2 berisi 1 dari 3 fotoreseptor.Buta warna seperti tidak mampu membedakan merah & biru, secara genetik diturunkan pada manusia. Jenisnya tergantung jenis mutasi opsin .Dichromat-merah ( fotoreseptor merah - ,hanya dapat lihat 2 warna )Dichromat hijau ( kehilangan fotoreseptor hijau ) Red/green-anomalous trichromat fotoreseptor merah/hijau ada, tapi rangkaian asam aminonya berubah spektrum absorpsi berubah visus warna abnormal ( tergantung pigmen yg kena )

Manfaat vitamin A & mikronutrient dalam kesehatan Mata karoten : sebagai antioksidan , pada tensi 02 yang rendah dalam tubuh manusia, ia bekerja sangat efektif meng-