Download ppt - Kuliah Biokimia Mata 2012

Departemen Biokimia

MASALAH YANG DIHADAPI JARINGAN MATA1. Terpapar pada pO2 dari atmosfir (21 % O2), polutan

& iritan (~ paru)

rentan terhadap kerusakan oksidatif

2. Protein dengan umur panjang (turn-over ) (~ sel darah merah)

kerusakan bersifat akumulatif

3. Risiko mengalami kerusakan akibat paparan

cahaya >> (~ kloroplas pada tanaman)

retina rentan terhadap kerusakan

Jaringan mata – rentan terhadap pembentukan ROS

Jaringan mata dilengkapi dengan kandungan antioksidan enzimatik dan non enzimatik yang >>

Agar cahaya sampai ke retina – kejernihan susunan jaringan mata harus dipertahankan – melalui

tingkat reduksi di dalam jaringan mataosmolaritas lensa – dipertahankan oleh Na+/K+ ATP-

ase – memerlukan ATP – melalui metabolisme energi struktur protein – dalam bentuk alamiah

JALUR METABOLISME DI DALAM JARINGAN MATA

• Glikolisis ( aerob & anaerob)

• HMP shunt

• Jalur poliol

• Daur TCA

sriwidiaaj/biokimiamata/PSPD UNIB

GLIKOLISIS• Jalur utama metabolisme glukosa

• Berlangsung di sitosol semua sel

• Dapat berlangsung pada keadaan aerob maupun anaerob

• Pada keadaan aerob – glukosa diubah menjadi piruvat di sitosol – kemudian piruvat masuk ke dalam mitokondria – dioksidasi menjadi asetil KoA – atom C akan dioksidasi melalui daur TCA menjaadi CO2

• Elektron dari substrat akan dioksidasi melalui rantai transport elektron – menghasilkan H2O + ATP


REAKSI JALUR GLIKOLISIS

Glukosa + ATP glukosa 6-P + ADP

Glukosa 6-P fruktosa 6-P

Fruktosa 6-P + ATP fruktosa 1,6-BP + ADP

Fruktosa 1,6-BP di-OHaseton-P + gliseraldehid 3-P

Gliseraldehid 3-P + Pi + NAD 1,3-bisfosfogliserat + NADH + H+

1,3-bisfosfogliserat + ADP 3-P gliserat + ATP

3-P gliserat 2-P gliserat

2-P gliserat P-enolpiruvat + H2O

P-enol piruvat + ADP piruvat + ATP


GLIKOLISIS AEROBGLIKOLISIS AEROB


Glikolisis anaerobGlikolisis anaerob

• NADH yang terbentuk pada reaksi yang dikatalisis oleh

gliseraldehid 3-P dehidrogenase, di sitosol akan

direoksidasi dengan mereduksi piruvat laktat, yang

dikatalisis oleh piruvat dehidrogenase (LDH)

• Glukosa piruvat + NADH + H+ laktat +

NAD+

• Pada keadaan anaerob – lebih banyak glukosa yang

harus dimetabolisme dibandingkan dengan keadaan

aerob


Glikolisis AnaerobGlikolisis Anaerob


Asetil KoAOksaloasetat

Glukosa

Glukosa 6-PGlikogen

Fruktosa 1,6-BP

Gliseraldehid 3-P

Di-OH aseton- P

1,3-BP Gliserat

3-P Gliserat

piruvat

piruvat

ATP

Fruktosa 6-PATP

NAD+

NADH + H+

ATP

ATP

sitrat

KGfumarat

malat

PDH Mitokondria

SitosolLaktat LDH

GLIKOLISIS

HK

PFK

GPDH

PK

TCA cycle


DAUR TCA – KATABOLISME ASETIL KOA (Daur Krebs)

• Serangkaian reaksi di dalam mitokodria

• Terjadi oksidasi asetil KoA menjadi CO2

• Koenzim bentuk tereduksi (NADH, FADH) – pada waktu mengalami reoksidasi terkait dengan pembentukan ATP – merupakan substrat untuk rantai pernafasan

• Merupakan jalur metabolisme bersama untuk oksidasi aerobik dari KH, lipid dan asam amino

• Juga berperan pada glukoneogenesis, lipogenesis dan interkonversi asam amino


glukosa Asam lemak Asam amino

Asetil KoA

sitrat

isositrat

-ketoglutarae

suksiniKCoAsuksinat

fumarat

malat

oksaloasetat

NAD

2H2H

2H

Fp

KoQ

Sit b

Sit c

Sit aa3

H2O

2H

P

P

P

Fosforilasi oksidatifDaur TCA

O2



HMP shunt (Jalur pentosa fosfat)

• Jalur alternatif untuk oksidasi glukosa

• Fungsi – BUKAN untuk menghasilkan energi – untuk menghasilkan NADPH

• NADPH – reduktor intrasel yang penting


Glukosa G 6-P Ribulosa 5-P

NADP NADPH

G6P DH

Ribulosa 5-P Glukosa 6-P

Transketolase, transaldolase

TPP

HMP SHUNT

Tahap I : Fase Oksidatif

Tahap II : Fase Non oksidatif


JALUR POLIOL

• Terdapat di berbagai jaringan

• Fungsi – belum diketahui pasti

• Aktivitas jalur poliol – berhubungan dengan berbagai komplikasi pada DM – katarak diabetika, neuropati, nefropati


JALUR POLIOL

Glukosa Sorbitol Fruktosa

NADPH + H+ NADP+ NAD+ NADH + H+

Aldosa reduktase Sorbitol dehidrogenase

SENYAWA OKSIGEN REAKTIF ( Reactive oxygen species, ROS)

Senyawa turunan oksigen yang bersifat sangat reaktif

Terbentuk karena sifat O2 yang dapat mengalami reduksi oleh 1 elektron

Ada yang tergolong radikal bebas, ada yang nonradikalRadikal - O2•- ; OH• ; RO2

•, RO•, HO2•, NO•

Radikal - O2•-, OH•, RO2•, RO•, HO2

•, NO•

Nonradikal - HOCl ; H2O2 ; O3 ; singlet oksigen; ONOO-

Nonradikal - HOCl; H2O2; O3 ; singlet oksigen; ONOO-



O2

O2-

H2O2

OH•

H2O

e-, H+

e-, H+

e-, H+

e-, H+

oksigen

Anion superoksida

Hidrogen peroksida

Radikal hidroksil

air

Reduksi oksigen menjadi air

ROS mempunyai sifat fisiologis dan juga destruktif

Fungsi fisologis – bermanfaat untuk membunuh bakteri pada proses fagositosis

Sifat destruktif – karena dapat bereaksi dengan makromolekul di dalam sel – DNA, protein, lipid



Serangan ROS terhadap

• Protein - pro, his, arg, met – rentan terhadap serangan ROS – kerusakan oksidatif protein – fragmentasi, cross linking, agregasi protein – perubahan struktur – perubahan fungsi protein

• Lipid - peroksidasi lipid – struktur lipid terganggu - aldehid hasil degradasi peroksida lipid dapat mengadakan cross linking dengan protein

• DNA - kerusakan DNA – mutasi - keganasan - aldehid hasil degradasi lipid dapat membentuk DNA adduct – kerusakan DNA - keganasan


PROSES PEROKSIDASI LIPIDAkibat serangan ROS terhadap asam lemak tidak jenuh jamak (PUFA) pada membran3 tahap:1. Inisiasi LH + X- L- + XH PUFA 1 radikal radikal lipid nonradikal2. Propagasi L- + O2 LOO- radikal lipid 1 radikal peroksida lipid

LOO- + LH LOOH + L- radikal peroksida PUFA 2 hidroperoksida radikal lipid 2 lipid lipid3. Terminasi L- + LOO- LOOH L- + vit E LH + vit E- vit E- + L- LH + vit Eox


MEKANISME PERTAHANAN TUBUH

TERHADAP ROS

• Antioksidan

• Kompartementalisasi organel subseluler – Fe2+

terikat pada protein – sehingga tidak dapat bereaksi dengan ROS

• Mekanisme repair tubuh terhadap DNA, protein, asam lemak yang mengalami oksidasi


ANTIOKSIDAN

• Enzimatik SOD, katalase, GSH peroksidase, GSH

reduktase

• Senyawa dengan BM rendah GSH, vit C, vit E, karotenoid, flavonoid

• Protein yang meminimalisir oksidan transferin, hemopeksin, haptoglobin,

seruloplasmin

O2- H2O2 OH•

2H2O + O2 H2O

2GSH

GSSG

NADP +

NADPH + H+

SOD Fe 2+ Fe 3+

H2O2

katalaseGSH Px GSH Rx

Reaksi Fenton

ANTIOKSIDAN ENDOGEN

KORNEA(1)• Mata – merupakan perpanjangan jaringan

saraf - metabolisme ~ jaringan saraf – bahan bakar utama adalah glukosa

• Glukosa yang ditangkap oleh kornea – digunakan

- 30 % - untuk glikolisis aerob - 65 % - HMP shunt ( untuk membentuk NADPH)

• Aktivitas HMP shunt di kornea – paling dibandingkan jaringan mamalia lainnya

KORNEA (2)

• Kornea mempunyai aktivitas GSH reduktase

• Epitel kornea – permeabel terhadap O2 atmosfir – diperlukan untuk metabolisme aerob – oleh karena itu kornea rentan terhadap pembentukan senyawa oksigen reaktif (reactive oxygen species, ROS)

• Aktivitas HMP shunt dan GSH reduktase – berperan dalam mempertahankan status redoks dalam kornea – diperlukan untuk menetralisir ROS yang dapat merusak kornea

protein-S-S-protein

protein-SH

G-SHG-SS-G

NADPH NADP+

ROS

HMP shunt

GR

Protein disulfida di reduksi oleh

glutation reduktase

LENSA (1)

• Bagian luar lensa – dilapisi oleh serabut lensa (lens fibers) – yang mensintesis kristalin – protein utama di dalam lensa

• Serabut lensa yang baru mendorong serabut yang lebih lama ke arah pusat lensa – membentuk nukleus lensa

• Organel dalam serabut lensa (nukleus, mitokondria & organel lain) menghilang seiring dengan pematangan serabut lensa

• Lensa bertambah tebal dan berat seiring dengan pertambahan usia dan menjadi kurang elastik

LENSA (2)

• Lensa dibasahi di bagian luar oleh aqueous humor dan di bagian dalam oleh vitreous humor

• Lensa aktif dalam metabolisme – walaupun tidak terdapat pembuluh darah yang mensuplai lensa

Protein lensa -, -, - kristalin• Albuminoid• Enzim• Protein membran

Kristalin

• Merupakan 90 % dari protein bersifat larut dalam lensa

• Merupakan protein berumur panjang – kerusakan kristalin – bersifat kumulatif

• Susunan kristalin – penting untuk mempertahankan kejernihan lensa

• Denaturasi, oksidasi dan agregasi kristalin – menyebabkan kekeruhan lensa

Protein lensa – harus dipertahankan dalam bentuk alamiah, tidak beragregasi

Lensa sangat sensitif terhadap perubahan

• status redoks – dipertahankan oleh GSH reduktase• osmolaritas – dipertahankan oleh Na+/K+- ATPase• iradiasi sinar UV • pe kadar metabolit

Glukosa yang digunakan oleh lensa

• 85 % - untuk pembentukan energi melalui glikolisis

• 10% - untuk HMP shunt

• 3 % - untuk daur TCA (metabolisme aerob) – terutama oleh sel yang terdapat di perifer

KATARAK• Kekeruhan lensa yang disebabkan oleh

perubahan kelarutan dan agregasi protein lensa

• Katarak senilis – perubahan kristalin kristalin – yang disebabkan perubahan usia – akibat deamidasi, rasemisasi terutama residu aspartat dari kristalin

• Katarak diabetika – disebabkan oleh pe osmolaritas di dalam lensa – oleh karena pe aktivitas aldosa reduktase dan poliol dehidrogenase dari jalur poliol

KATARAK DIABETIKA

• DM – terdapat hiperglikemia – kadar glukosa di dalam lensa juga ( karena tidak dipengaruhi oleh insulin) – glukosa diubah menjadi sorbitol oleh aldosa reduktase – dan kemudian oleh sorbitol / poliol dehidrogenase diubah menjadi fruktosa

• Akumulasi sorbitol & fruktosa – menyebabkan pe osmolaritas lensa dan denaturasi protein – terjadi kekeruhan lensa – katarak diabetika

• N – aktivitas aldosa reduktase di dalam lensa tidak signifikan – karena Km untuk glukosa

Lensa juga mengandung metabolit triptofan – dapat mengabsorbsi sinar UV, tetapi bila paparan sinar UV terlalu >> - bersifat sebagai photosensitisizer – membentuk singlet O2 menyebabkan kerusakan dan cross-linking protein lensa

Paparan lama terhadap sinar UV – faktor risiko untuk terjadinya katarak

Isolat protein dari lensa katarak – mengandung produk kerusakan protein oksidatif

Lensa katarak – ditemukan kadar H2O2 , kadar GSH

Glukosa Glukosa 6-P

Sorbitol

Fruktosa

NADPH + H+

NADP+

G 6-P dehidrogenase

NADP+

GSSG

GSH

NAD+

NADH + H+

Poliol dehidrogenase

Interelasi metabolisme di

dalam lensa

VITREOUS HUMOR

• Mengandung asam hialuronat

• Serangan ROS – menyebabkan depolimerisasi asam hialuronat – hilangnya viskositas

RETINA

• Retina merupakan jaringan yang vaskular, tetapi tidak ditemukan pembuluh darah di daerah fovea centralis

• Mitokondria terdapat di sel retina, kerucut (cone) & batang (rod), tetapi tidak ditemukan di bagian segmen luar kerucut dan batang ( di tempat terdapatnya pigmen penglihatan)

RETINA

• Uptake O2 retina - oleh karena keperluan energi yang untuk neurotransmisi, sintesis dan daur ulang molekul yang berperan penting pada penglihatan

• Iskemia singkat – dapat menyebabkan gangguan penglihatan ireversibel

• Uptake O2 - konsekuensi terhadap pembentukan ROS

• Lipid pada sel kerucut dan batang – mengandung >> PUFA (terutama DHA) – rentan terhadap proses peroksidasi lipid

RETINA

• Rodopsin dapat mengalami sensitisasi membentuk singlet O2

• Segmen luar fotoreseptor – mengandung DHA paling dibandingkan jaringan lainnya – paparan terhadap cahaya – dapat menginduksi peroksidasi lipid – membentuk peroksida lipid – dapat merusak protein retina

• Defisiensi Se dan vitamin E – dapat menyebabkan pe kadar PUFA dan akumulasion produk fluroresen dari retinal pigment epithelium (RPE)

Antioksidan enzimatik ditemukan di semua bagian mata

• Glutation peroksidase• Katalase• Glutation S-transferase• Superoksida dismutase (SOD) - CuZnSOD – terdapat di semua bagian mata – sangat rentan terhadap reaksi glikasi (~ pada DM) dan reaksi dengan H2O2

- MnSOD - >> di RPE

Epitel kornea mengandung

• Asam askorbat• GSH• SOD (superoksida dismutase )• Katalase & GSH peroksidase• Feritin - mengkelasi ion Fe - diduga berperan penting dalam melindungi DNA dari sinar UV - paparan sinar UV – menyebabkan translokasi feritin dari sitosol ke nukleus

Bagian luar kornea – dibasahi oleh air mata - mengandung

• >> asam askorbat• asam urat melindungi kornea dari polutan seperti O3, NO2

dan SO2

• laktoferin – mengkelat Fe iritasi mata – produksi air mata >> melindungi

mata dari reaksi radikal yang Fe-dependent

Antioksidan di dalam lensa

• Lensa mengandung GSH - kadar dalam lensa ~ kadar hati

• Kadar GSH paling di dalam epitel lensa, paling di dalam nukleus lensa

• GSH melindungi gugus –SH kristalin – melindungi kristalin dari agregasi – melindungi dari kekeruhan lensa

• Kemampuan lensa untuk mensintesis GSH me dengan bertambahnya usia – faktor predisposisi untuk pembentukan katarak

• Rasio GSH/GSSG di dalam lensa – dipertahankan tetap oleh glutation reduktase yang memerlukan NADPH dari HMP shunt

Segmen luar dari kerucut dan batang dan RPE - >> mengandung -tokoferol

• Defisiensi of -tokoferol pada binatang percobaan – menyebabkan kerusakan sel dan akumulasi lipofusin dalam RPE

• Kadar -tokoferol – sebanding dengan keparahan katarak

• Bayi prematur – biasanya diberi O2 tekanan - dapat menyebabkan ROP (retinopathy of prematurity) – ternyata kadar -tokoferol

Asam askorbat – ditemukan di dalam air mata, kornea, aqueous humor, lensa, vitreous humor dan RPE

• Kornea mengandung asam askorbat dengan konsentrasi paling – penting untuk melindungi kornea dari sinar UV

• Binatang yang aktif pada waktu malam (nocturnal animal) – kadar asam akcorbat dalam mata

Asam askorbat dapat • Mendaur ulang radikal -tokoferol • Berinteraksi dengan GSH• Menangkal singlet O2, O2

-, OH dan ROS lainnya

• Defisiensi asam askorbat dalam diet hewan coba selama berbulan-biulan – pe kadar asam askorbat, GSH dan -tokoferol

• Degradasi asam askorbat dapat diinduksi oleh cahaya – menyebabkan pe the kadar H2O2

• Pada keadaan teroksidasi – asam askorbat dapat mengadakan reaksi glikasi dengan protein, termasuk kristalin

• Studi epidemiologik – menunjukkan bahwa asam askorbat mempunyai manfaat untuk mata