Senin, 10 Mei 2010

STRUKTUR DAN FUNGSI MIOFILAMEN


BAB I
PENDAHULUAN

Jaringan otot merupakan jaringan yang mampu melangsungkan kerja mekanik dengan jalan kontraksi dan relaksasi sel atau serabutnya. Sel otot memiliki struktur filamen dalam sitoplasma, bentuk selnya memanjang agar dapat melangsungkan perubahan sel menjadi pendek. Di balik mekanisme otot yang secara eksplisit hanya merupakan gerak mekanik itu, terjadilah beberapa proses kimiawi dasar yang berseri demi kelangsungan kontraksi otot. Dalam makalah ini, dengan tujuan akhir pada penjelasan lengkap tentang proses di balik kontraksi otot, akan dibahas dahulu mengenai zat-zat kimia penyusun filamen-filamen tebal dan tipis yaitu aktin dan miosin.
Sistem otot adalah sistem tubuh yang memiliki fungsi untuk alat gerak, menyimpan glikogen dan menentukan postur tubuh. Terdiri atas otot polos, otot jantung dan otot rangka. Otot polos adalah salah satu otot yang mempunyai bentuk yang polos dan bergelondong. Cara kerjanya tidak disadari (tidak sesuai kehendak) / invontary, memiliki satu nukleus yang terletak di tengah sel. Otot ini biasanya terdapat pada saluran pencernaan seperti:lambung dan usus. Otot Lurik (otot rangka)
Otot rangka merupakan jenis otot yang melekat pada seluruh rangka, cara kerjanya disadari (sesuai kehendak), bentuknya memanjang dengan banyak lurik-lurik, memiliki nukleus banyak yang terletak di tepi sel. Contoh otot pada lengan. Otot jantung hanya terdapat pada jantung. Otot ini merupakan otot paling istimewa karena memiliki bentuk yang hampir sama dengan otot lurik, yakni mempunyai lurik-lurik tapi bedanya dengan otot lurik yaitu bahwa otot lirik memiliki satu atau dua nukleus yang terletak di tengah/tepi sel. Dan otot jantung adalah satu-satunya otot yang memiliki percabangan yang disebut duskus interkalaris. Otot ini juga memiliki kesamaan dengan otot polos dalam hal cara kerjanya yakni involuntary (tidak disadari).
 Jaringan otot merupakan kumpulan dari sel sel yang serabut otot. Selama perkembangan embrionik, serabut otot dibentuk melalui peleburan ekor dengan ekor dari banyak sel menjadi struktur yang seperti pipa. Di dalam sel serabut otot ini terdapat unit kontaksi berupa protein yang trerdiri atas miofibril-miofibril. Miofibril ini merupakan kumpulan dari lapis tebal (miosin) dan lapis tipis (aktin).    
BAB II
PEMBAHASAN

A.     Struktur Otot
Daging sebenarnya adalah kumpulan dari otot-otot. Otot merupakan jaringan terbanyak yang menyusun tubuh manusia, pada awal kelahiran mencapai 25% dari massa tubuh, lebih dari 40% ketika remaja, dan 30% ketika dewasa/tua. Sel-sel khusus jaringan otot memiliki bangunan khusus yang dikaitkan dengan aktivitas kontraksi. Berdasarkan bentuk serta bangunannya, sel sel otot disebut serabut otot (myofiber). Tetapi serabut otot berbeda dengan denga serabut jaringan ikat, karena serabut jaringan ikat bersifat ekstra seluler, berbeda dengan sel. Jaringan otot secara langsung mampu menghasilkan gerakan. Sel-sel jaringan lain dapat pula bergerak, tetapi gerakannya kurang terintegrasi. Hanya kumpulan sel-sel yang mampu menciptakan gerakan kuat melalui progres kontraksi dengan gerakan searah dilaksanakn oleh otot.
Otot merupakan jaringan yang terdiri atas kumpulan sel-sel serabut otot. Selama perkembangan embrionik, serabut otot dinbentuk melalui peleburan ekor dengan ekor dari banyak sel menjadi struktur yang seperti pipa. Hal ini yang menyebabkan mengapa serabut otot memiliki struktur yang panjang dan memiliki banyak inti. Pada sel otot ini terdiri atas membran sel yang disebut dengan sarkolemna, sitoplasma sel yang disebut denngan sarkoplasma, serta banyak organel sel seperti mitokondria dan nucleus. Sarkolemna dicirikan dengan banyaknya invaginasi seperti lubang yang meluas ke dalam sarkoplasma pada sudut kanan  sepanjang aksis sel. Di dalam sarkoplasma terdapat glikogen, ATP, phosphocreatine, dan enzim-enzim glikolisis.
Dalam sel serabut otot ini terdapat unit kontraksil yanng disebut dengan miofibril. Perluasan sarkoplasma mengadakan hubungan dengan miofibril ini. Ketika myofibril diamati dengan mikroskop elektron, ditemukan adanya pita terang dan pita gelap. Pita-pita ini kemudian disebut pita A (anisotrop atau gelap) dan pita I (isotrop atau terang). Pada pita A terdapat daerah yang tanpa filamen aktin, sehingga terlihat kurang padat daripada bagian pita A yang lain, daerah ini disebut dengan zone H. Pita I terbagi menjadi dua bagian oleh garis Z yang tebal dan gelap. Sarkomer merupakan daerah antara dua garis Z dan berulang sepanjang serabut otot pada jarak 1500 – 2300 nm tergantung bagian yang berkontraksi. Sarkomer merupakan satuan fungsional otot.
Pada myofibril terlihat bahwa tiap bagian tersusun atas  myofilament, yang terdiri atas thick filament (filamen tebal) dan thin filament (filamen tipis). Filamen tebal berdiameter 16 nm, terdiri atas pita A, yang tersusun atas protein myosin. Filamen tipis berdiameter sekitar 7nm, terbentang antara  pita I dan sebagian pita A tetapi tidak sampai pada pita H. filamen ini tersusun atas protein aktin, tropomiosin, dan troponin. Pada potongan melintang terlihat bahwa filamen tersusun dalam ulangan pola geometrik. Filamen-filamen yang tebal mempunyai jarak yang sama satu dengan yang lainnya dan masing-masing dikelilingi oleh enam filamen tipis dalam susunan heksagonal.
Berikut merupakan penjelasan mengenai beberapa protein dalam filamen otot :
1.      Miosin
Protein otot ini tersusun atas monomer miosin yang merupakan protein fibrosa yang terdiri atas bagian kepala dan ekor. Miosin merupkan famili protein dengan sekitar sepuluh anggota yang sudah teridentifikasi. Miosin yang dibicarakan pada bab ini adalah miosin II, kecuali jika dinyatakan yang lain. Miosin I merupakan jenis monomerik yang terikat pada membran sel. Jenis ini berfungsi sebagai penghubung antara mikrofilamen dan membran sel pada lokasi tertentu. Miosin turut menyusun 55% protein otot berdasarkan berat dan membentuk filamen tebal. Miosin merupakan molekul heksamer asimetrik dengan massa molekul sekitar 460 kDa. Miosin mempunyai ekor fibrosa yang terdiri atas dua buah heliks yang saling terpilin. M,asing-masing heliks tersebut memiliki bagian kaput globuler yang terikat pada salah satu ujung. Molekul heksamer terdiri atas satu rantai berat (H, heavy-chain) dengan massa molekul sekitas 200 kDa dan dua pasang rantai ringan (L, light-chain) yang masing-masing dengan berat molekul 20 kDa. Rantai L memiliki perbedaan, yang satu disebut rantai L esensial dan yang lain rantai L regulator. Miosin otot skeletal mengikat aktin untuk membentuk aktinomiosin (aktin-miosin). Dan aktivitas ATP-ase intrinsiknya meningkat secara nyata dalam kompleks ini. Bentuk isoformis miosin terdapat dan memiliki banyak variasi dalam situasi anatomi, fisiologi serta patologi yang berbeda.
2.      Aktin
Aktin merupakan komponen utama penyusun filamen tipis. Aktin merupakan protein eukariotik yang umum, banyak jumlahnya, dan mudah ditemukan. Aktin didapati dalam wujud monomer-monomer bilobal globular dengan 375 macam asam amino (43kd) yang disebut G-aktin (globular (G) aktin), yang secara normal mengikat satu molekul ATP untuk tiap-tiap monomer. G-aktin itu nantinya akan berpolimerisasi nonkovalen untuk membentuk fiber-fiber yang disebut F-aktin (filamentous (F) aktin). Polimerisasi ini merupakan suatu proses yang menghidrolisis ATP menjadi ADP dengan ADP yang nantinya terikat pada unit monomer F-aktin. Sebagai hasilnya, F-aktin akan membentuk sumbu rantai utama dari filamen tipis. Serabut F-aktin dengan tebal 6-7 nm mempunyai struktur berulang setiap 35,5 nm.
Pada filamen aktin, setiap monomer berotasi 166o, oleh karena itu terlihat sebagai bentuk dobel helix. Karena semua monomer aktin diketahui mempunyai arah yang sama, maka filamen aktin mempunyai polaritas yang berbeda dan pada bagian ujung (disebut ujung plus (+) dan ujung minus (-)) polaritasnya dapat dibedakan  satu sama lain.
Kedua ujung filamen aktin mempunyai kecepatan pertumbuhan yang berbeda, dimana penambahan monomer pada ujung “fast-growing” (ujung plus) 5-10 kali lebih cepat daripada ujung “slow-growing” (ujung minus). Perbedaan kecepatan pertumbuhan ini digambarkan pada perbedaan konsentrasi monomer aktin yang tajam dalam penambahan monomer di kedua ujung filamen. ATP-aktin berikatan dengan ujung plus dan kemudian terjadi hidrolisis ADP. Karena ADP-aktin terpisah dari filamen lebih cepat daripada ATP-aktin, perbedaan konsentrasi monomer aktin yang tajam ini akan lebih banyak terjadi penambahan ke ujung minus daripada ujung plus dari filamen aktin. Keadaan ini disebut treadmilling. Treadmilling terjadi pada perbedaan konsentrasi monomer aktin yang tajam pada ujung plus dan minus. Pada kondisi ini, terjadi pemisahan monomer (berikatan dengan ADP) dari ujung minus, dan diseimbangkan dengan penambahan monomer (berikatan dengan ATP) pada ujung plus. Di dalam sel, “actin-binding protein” meregulasi pembentukan dan pemisahan dari filamen aktin.
3.      Titin
Titin membentuk sistem filamen ketiga yang mungkin terjadi dengan membiarkan otot mengerut balik ke bentuk semula setelah diregangkan. Sistem ini menjangkau garis M dari garis Z dengan panjang filamen yang tunggal lebih dari 1 mm. Sebagian molekul tersebut saling bertumpuk dengan pita A (tempat aktin dan miosin tumpang tindih) dan sebagian lagi saling bertumpuk dengan pita I (terutama aktin).
Titin merupakan protein terbesar yang diketahui, yaitu bentuk isoformis protein jantung yang tersusun dari 26.926 asam amino dengan massa molekul sebesar 2993 kDa. Titin terlibat dalam perakitan otot dengan bertindak sebagai cetakan untuk insersi protein pita A tambahan lainnya. Titin juga terlibat dalam pengaturan tegangan saat istirahat.
Regio sentral dari titin mengandung ulangan PEVK (Pro, Glu, Val, Lys) dan domain imunoglobulin yang terangkai secara tandem. Keduanya ini dapat bekerja secara paralel seperti dua buah pegas yang tersusun secara seri.
4.      Tropomiosin
Dalam otot lurik, ada dua jenis protein lainnya yang dianggap sebagai protein minor jika dilihat dari massanya, namun memiliki makna yang penting jika dilihat dari fungsinya, protein tersebut adalah tropomiosin dan troponin. Tropomiosin merupakan molekul fibrosa yang terdiri atas dua buah rantai, alfa dan beta tropomiosin, yang terletak melekat pada F-aktin dalam alur antar filamen. Tropomiosin memiliki berat mlolekul 64.000 dalton dan merupakan perpanjangan molekul dari 40 nm dari dua sub unit alfa helic. Rentang tropomiosin adalah tujuh monomer aktin. Di akhir dari molekul tropomiosin ini ditemukan multi-sub unit protein troponin. Tiga komponen dari kompleks ini memiliki kemampuan untuk merespon naik turunnya konsentrasi Ca2+ dengan mengatur sedikitnya tropomiosin untuk mengikuti monomer F-aktin untuk mempengaruhi persilangan penyebrangan miosin dan menginisiasi proses sliding. Tropomiosin terdapat dalam semua struktur muskuler dan struktur mirip otot. Tropomiosin diperkirakan terletak diatas molekul aktin pada keadaan istirahat dan menghambat pengikatan jembatan silang miosin suatu tempat diaktin. Bila konsentrasi kalsium intrasel meningkat maka akan berikatan dengan troponin sehingga terjadi pergesaran posisi troponin pada molekul tropomiosin yang menyebabkan pergeseran posisi tropomiosin terhadap aktin. Hal ini menyebabkan terbukanya tempat aktif  untuk mengikat miosin sehingga terjadi pengikatan miosin dengan tempat aktif aktin dan ATPase miosin diaktifkan dan ATP diuraikan untuk menghasilkan energi sehingga jembatan silang terayun. Spsbils jembatan silang terayun maka filamen-filamen bergeser satu sama lain yang menyebabkan  otot berkontraksi
5.      Troponin
Troponin  merupakan serat protein tipis berbentuk filamen dari serat otot yang memegang peranan dalam kontraksi otot bersama dengan aktin dan tropomiosin. Ada tiga tipe Troponin yaitu I, T dan C yang terdapat pada segala jenis otot dan terlibat dalam kontraksi otot. Sedangkan untuk otot jantung terdapat Troponin I dan T dimana keduanya ini dapat dijadikan sebagai penanda apabila terjadinya kerusakan otot jantung yang selanjutnya dikenal dengan cTnI dan cTnT. Troponin  C (Calsium) merupakan tempat penambatan kalsium. Troponin I (inhibitor) merupakan inhibitor atau penghalang terjadinya kontraksi, berada dekat dengan tropomiosin ketika relaksasi otot. Troponin T (tropomiosin) merupakan troponin yang berhubungan dengan tropomiosin ketika terjadi kontraksi otot.


6.      Nebulin
Nebulin merupakan proteion raksasa yang membentang dari garis Z di sepanjang sebuah filamen aktin. Dan mungkin mengendalikan panjang filanen tipis. Protein ini terutama terbentuk dari sejumlah unit berulang dengan 35 asam amino yang merupakan domain pengikat aktin.
B.     Jenis Otot
Terdapat 3 jenis otot yang ditemukan pada vertebrata, yaitu otot rangka, otot jantung dan otot polos. Bila diteliti di bawah mikroskop, pada otot jantung dan otot rangka terlihat adanya garis-garis dan disebut otot lurik, sedang otot polos tidak ditemukan adanya garis-garis atau pun garisnya sangat halus, oleh karena itu disebut otot polos.
1.      Otot Polos
Satuan/serabut otot polos umumnya disebut “sel”, karena memenuhi kreteria sel. Bentuknya seperti kincir (spindle-shaped) dengan ujung runcing atau bercabang. Ukurannya bervariasi, ukuran terbesar pada uterus pada masa pregnansi 12x600µm, dan yang terkecil ditemukan pada arteri-arteri keci 1x10µm. Intinya 1 (satu) dan berbentuk lonjong dengan ujung tumpul. Pada otot polos yang sedang berkontraksi bentuk inti sering bergelombang.
Secara mikroskopis inti otot polos agak sulit dibedakan dengan fibroblast, tapi bila diperhatikan dengan teliti keduanya jelas berbeda. Inti otot polos memiliki ujung tumpul dan mengambil warna sedikit pucat, sedangkan fibroblast intinya agak runcing dan mengambil warna lebih kuat.
Berikut Histologi dari otot polos :
Otot polos memiliki bagian-bagian sebagai berikut :
a.    Membran Plasma:
Membran plasma pada otot sering disebut sarkolema (Sarcolemma). Dengan mikroskop cahaya kurang jelas, tetapi dengan mikroskop elektron tampak sebagai selaput ganda (double membrane), masing-masing:
                                   i.     Selaput luar, tebalnya berkisar antara 25-30 Angstrom. Ruang intermedier, kira-kira 25 Angstrom
                                  ii.     Selaput dalam, tebalnya 25-30 Angstrom.
Pada daerah hubungan posisi antara otot polos, selaput luar tampak menyatu. Hubungan ini dianggap lebih serasi dari pada hubungan antar sel dengan desmosoma. Hubungan ini berperanan memperlancar transmisi impuls untuk kontraksi dari satu otot ke otot yang lainnya. Pendapat lain mengatakan bahwa tenaga yang terjadi pada waktu kontaksi dapat dipindahkan ke lain alat tubuh melalui serabut kolagen atau elastis.
b.    Sitoplasma
Sering disebut sarkoplasma (Sarcoplasma). Sarkoplasma bersifat eosinofilik, mengandung :
                                   i.     Organoid, antara lain : mitokondria yang mengitari inti, reticulum endoplasma, apparatus golgi, miofibril, dan sentriol.
                                 ii.     Paraplasma, seperti glikogen, lipofusin.

Yang menarik perhatian adalah myofibril karena peranannya dalam kontraksi. Miofibril pada otot polos sangat halus, dengan pewarnaan H.E. sulit dilihat. Dengan mikroskop elektron tampak miofilamen Miosin berdiameter 5 mµ, dan Aktin 3 mµ. Sarkoplasma di dekat inti bebas dari filament dan di bagian tepi banyak pinocytic vesicle . Filamen tersebut berakhir di daerah pekat sarkolema. Filamen aktin dan myosin juga terdapat pada pada otot polos, berkontraksi dengan adanya adenosine trifosfat. Susunan filament aktin dan myosin pada otot polos belum jelas, berbeda dengan otot skelet.
c.    Inti
Berbentuk lonjong memanjang dengan ujung tumpul, bergelombang pada saat terjadi kontraksi.
Susunan Otot Polos
:Pada organ tubuh lazimnya berkelompok membentuk lamina muskularis (lambung, usus, uterus), tunika media (pembuluh darah), muskularis mukosa (usus), Tetapi dapat pula soliter (sendiri) misalnya pada villi usus halus, stroma kelenjar kelamin jantan.
Hubungan antar otot polos ditunjang oleh endomisium (Endomysium), yang mengandung serabut kolagen dan retikuler yang cukup halus dan jarang terdapat sel-sel jaringan ikat di dalamnya. Dengan pewarnaan khusus misalnya PAS serabut retikuler tampak jelas, bahkan membungkus/mengitari otot polos. Hubungan antar otot polos dengan penyatuan selaput luar disebut Nexus , melalui hubungan inilah impuls dapat berpindah dengan cepat.
Pemisahan masing-masing sel (serabut) otot polos dilakukan dengan menggunakan asam nitrat. Asam nitrat ini berfungsi melakukan maserasi endomesium.
Otot polos terdapat pada:
                              i.     Alat jeroan berupa lamina muskularis dan muskularis mukosa, misalnya usus, lambung dan esophagus
                             ii.     Saluran pernapasan, misalnya bronchus, broncheolus, dan trachea
                           iii.     Dinding pembuluh darah, membentuk tunika media
                           iv.     Saluran urogenital, misalnya pelvis renalis, vesika urinaria, ureter, duktus deferens, epididimis dll.
                            v.     Kulit : muskulus arektorpili
                           vi.     Mata : muskulus siliaris, muskulus konstriktor dan dilatator pupile.
Fungsi dari otot polos adalah sebagai berikut :
Kontraksi ritmis pada peristaltik dapat mendorong makanan ke arah belakang. Kontraksi otot polos yang tidak terkoordinasi dan tersendiri membangkitkan gejala kejang (Spasmus).
Secara embriologik otot polos berkembang dari mesenkhim atau mesoderm, kecuali pada iris (mata) dan kelenjar keringat berasal dari ektoderm. Perkembangan dimulai dari mioblas yang selanjutnya membelah secara mitosis yang menghasilkan otot polos.
2.      Otot Lurik
Satuan otot kerangka (skelet) umumnya disebut “serabut” (fibers) dan bukan sel. Bentuk serabut silindris dan memiliki banyak inti sel yang terletak di tepi, berbatasan dengan sarkolema. Pada manusia panjang serabut berkisar antara 3-4 cm, sedangkan pada hewan dapat mencapai 12 cm. Diameter berkisar antara 10-150µ. Bentuk panjang dan diameter serabut otot kerangka tergantung pada beberapa faktor, antara lain:
a.       Jenis hewan (spesies)
b.      Keadaan gizi (state of nutrition)
c.       Umur, jenis kelamin dan cara kerja hewan yang bersangkutan.
Berikut bangun histologi otot lurik :
a.         Sarkolema
Pengamatan dengan mokroskop cahaya tampak sebagai selaput tipis dan tembus cahaya (transparan), tetapi dengan mikroskop elektron tampak adanya selaput ganda (double membran), yakni selaput luar setebal 40 Angstrom, ruang antara setebal 20 Angstrom, dan selaput dalam setebal 40 Angstrom
Selaput luar mirip membran basal epitel yang dibalut serabut retikuler. Selaput dalam (plasmalemma) terdiri dari dua lapis protein yang ditengahnya diisi lemak (lipid). Secara umum sarkolema bersifat transparan, kenyal dan resisten terhadap asam dan alkali. Serabut-serabut otot kerangka yang bergabung membentuk berkas serabut otot primer disebut fasikulus, yang dibalut oleh jaringan ikat kolagen pekat (endomisium). Ada 5 sel utama yang dijumpai dalam fasikulus yaitu: serabut otot, sel endotel, perisit, fibroblast dan miosatelit.
b.      Sarkoplasma
Sarkoplasma (Cytoplasmic matrix) mengandung:
                                   i.     Organoida, antara lain mitokondria (sarcosomes), ribosom, apparatus golgi, myofibril, retikulum endoplasma
                                 ii.     Paraplasma, antara lain lipid, glikogen, dan myoglobin.
Selain itu terdapat pula enzim sitokrom oksidatif. Mitokondria terdapat berbatasan dengan sarkolema dan dekat inti di antara myofibril. Sarkoplasmik retikulum bersifat agranuler (Smooth ER.), karena ribosom pada otot kerangka terdapat bebas dari matriks. Sisterna pada sarkolasmik retikulum terjalin pararel dengan myofibril, yang pada interval tertentu membentuk pertemuan dengan jalinan transversal, disebut triade. Penelitian pada otot salamander (Amblistoma punctatum), triade ini terdapat mengitari garis Z (Zwischenschreibe). Pada hewan lain dan manusia tiap sarkomer memiliki dua triade di daerah pertemuan garis A (anisotrop) dan garis I (isotrop). Organoida ini berfungsi menyalurkan impuls dari permukaan otot kerangka ke dalam serabut yang lebih dalam letaknya.
c.       Myofibril
Dengan mikroskop cahaya myofibril tampak memiliki bagian cerah (cakram I) dan gelap (caktam A), bila menggunakan pewarnaan hematoksilin besi (Heidenheia). Inilah yang memberikan aspek bergaris melintang baik pada otot kerangka maupun otot jantung.
Pada satu serabut otot kerangka terdapat ribuan myofibril, sedangkan tiap myofibril memiliki ratusan myofilamen yang bersifat submikroskopis.
Myofilamen terdiri dari 2 macam yaitu:
1.      Filament Miosin
Sering disebut filament kasar (coarse filaments), berdiameter 100 Angstrom dan panjangnya 1,5 µ. Filamen ini membentuk daerah A atau cakram A. Filamen ini tersusun pararel dan berenang bebas dalam matriks. Bagian tengah agak tebal dari bagian tepi. Fungsi dari myosin adalah sebagai enzim katalisator yang berperanan memecah ATP menjadi ADP + energi, dan energi ini digunakan untuk kontraksi.
2.      Filamen Aktin
Panjangnya 1µ dan diameternya 50 Angstrom, terpancang antara 2 garis Z. Bagian tengahnya langsing dan elastis. Filamen ini membentuk cakram I, meskipun sebagian masuk ke dalam cakram A. Aktin dan myosin tersusun sejajar dengan sumbu memanjang serabut otot skelet.
Pada sediaan histologi yang baik selain cakram I dan A, tampak pula garis Z dan H bahkan garis M.
a.    Garis Z (Zwischenschreibe) atau intermediate disc berupa garis tipis dan gelap yang membagi cakram I sama rata. Daerah antara dua garis Z disebut “sarkomer” yang panjangnya sekitar 1,5µ.
b.    Garis H (Helleschreibe)
Terdapat dalam cakram A. Merupakan bagian agak cerah di kanan-kiri garis M, yang bebas dari unsur aktin.
c.    Garis M (Mittelschreibe)
Terdapat di tengah-tengah cakram A, suatu garis yang disusun oleh bagian tengah filamen myosin yang menebal.
Jadi dalam 1 sarkomer terdapat garis-garis Z-I-A-H-M-H-A-I-Z (tepatnya interval antara 2 garis Z, 1 pita A, dan ½ dari 2 garis I).
3.      Inti
Dalam satu serabut otot kerangka terdapat banyak inti, dapat ratusan. Pada mamalia bentuk inti memanjang, terletak langsung di bawah sarkolema pada otot pucat, sedangkan pada otot merah letaknya lebih dalam lagi.
Secara umum pada mamalia posisi inti di tepi, tetapi pada insekta dan vertebrata tingkat rendah posisi inti terletak di tengah, seperti halnya otot jantung..
Susunan Otot Lurik :
Susunan serabut otot kerangka dalam membentuk muskulus ditunjang oleh jaringan ikat. Tiap serabur dikelilingi oleh endomisium, suatu jaringan ikat halus dengan serabut retikuler dan kapiler. Sejumlah serabut otot dibungkus oleh jaringan ikat pekat dengan banyak serabut kolagen disebut fasikulus , sedangkan pembungkusnya disebut perimisium. Di luar perimisium diisi oleh jaringan ikat longgar yang memberikan kelonggaran bagi vasikulus untuk bergerak. Beberapa fasikulus bergabung membentuk muskulus dan dibalut oleh jaringan ikat pekat disebut epimisium, sedangkan fasia terdapat disekitarnya.
Sebelum otot bertaut pada bungkul tulang baik pada origo dan lebih-lebih pada insersio, terdapat tendon. Di daerah peralihan antara otot dan tendon endomisium, perimisium berangsur-angsur menebal untuk kemudian membentuk serabut tendon. Pada daerah peralihan ini terdapat tendon spindle yang memiliki ujung saraf.

C.     Kontraksi dan Relaksasi Otot
Filamen aktin biasanya berhubungan dengan myosin yang mana bertanggung jawab untuk berbagai pergerakan sel. Myosin adalah prototipe dari penggerak molekuler - sebuah protein yang mengubah energi kimia dalam bentuk ATP menjadi energi gerak yang menghasilkan kekuatan dan pergerakan. Kebanyakan pergerakan umumnya adalah kontraksi otot yang memberi model untuk memahami interaksi aktin dan myosin dan aktivitas penggerak dari molekul myosin. Bagaimanapun juga, interaksi aktin dan myosin tidak hanya bertanggung jawab pada kontraksi otot tetapi juga untuk berbagai pergerakan sel non otot termasuk pembelahan sel. Sehingga interaksi diataranya memerankan peran yang penting di biologi sel. Lebih jauh, sitoskeleton aktin bertanggung jawab untuk pergerakan lambat sel menyeberangi permukaan yang terlihat digerakkan secara langsung oleh polimerisasi aktin dengan baik oleh intreaksi aktin - myosin.
1.    Pendahuluan
Sel otot merupakan sel yang terspesialisasi untuk satu tugas, kontraksi dan spesialisasi ini berada dalam struktur dan fungsi yang membentuk otot, prototipe untuk mempelajari pergerakan pada tingkat sel dan molekuler. Terdapat 3 jenis otot pada vertebrata yaitu : otot rangka yang berperan untuk semua pergerakan yang sadar. Otot jantung yang memompa darah dari jantung serta otot polos yang berperan untuk pergerakan yang tak sadar dari organ seperti lambung, intestine, uterus dan pembuluh darah. Pada otot rangka dan jantung elemen kontraktil sitoskeleton terdapat pada susunan teratur yang memunculkan pola karakteristik dari garis yang berseling. Berikut adalah karakterisasi struktur pada otot rangka :
Otot rangka diikat oleh serabut otot yang merupakan sel tunggal yang besar yang dibentuk dari penggabungan banyak sel tunggal selama perkembangannya. Kebanyakan pada sitoplasma terdiri dari myofibril yang merupakan serabut silindris dari 2 tipe filamen : filamen tebal myosin (d = 15 nm) dan filamen tipis aktin (d = 7 nm). Setiap myofibril diatur sebagai ikatan unit kontraktil yang disebut sarkomer yang berperan pada kenampakan garis dari otot rangka dan jantung.
Sarkomer terdiri dari beberapa daerah yang dapat terlihat secara jelas menggunakan mikroskop elektron. Ujung tiap sarkomer disebut garis Z. Di dalam tiap sarkomer, daerah gelap (disebut daerah A karena mereka anisotropik ketika dilihat dengan cahaya terpolarisasi) berseling dengan daerah terang (disebut daerah I karena isotropik). Daerah-daerah ini berhubungan dengan kehadiran atau ketidakhadiran filamen myosin. Daerah I hanya terdiri dari filamen yang tipis : aktin. Sedangkan daerah A terdiri dari filamen yang tebal : myosin. Filamen myosin dan aktin tumpang tindih di daerah tepi dari daerah A, sedangkan daerah tengah (disebut zona H) hanya terdiri dari myosin. Filamen aktin diikat pada ujung positifnya pada garis Z yang termasuk penghubung protein α-actinin. Filamen myosin terjangkar pada garis M di bagian tengah sarkomer.
Penambahan 2 protein (titin dan nebulin) juga berkontribusi pada struktur sarkomer dan stabilitasnya. Titin adalah protein yang besar dan molekul titin tunggal memanjang dari garis M sampai garis Z. Molekul titin yang panjang diduga menyerupai pegas yang menjaga filamen myosin tetap berada di pusat sarkomer dan memelihara tegangan yang membuat otot akan menyentak jika terlalu panjang. Filamen nebulin berhubungan dengan aktin dan diduga untuk meregulasi kumpulan filamen aktin dengan bertindak sebgai pembatas yang menentukan panjangnya.
2.    Mekanisme Kontraksi Otot
Dasar untuk mengetahui kontraksi otot adalah Model Pergeseran Filamen yang pertama kali dikemukakan tahun 1954 oleh Andrew Huxley dan Ralph Niederge dan oleh Hugh Huxley dan Jean Hanson. Selama kontraksi otot, setiap sarkomer memendek, menyebabkan garis Z menutup bersama. Tidak ada perubahan pada ukuran daerah A tetapi daerah I dan zona H hampir tidak terlihat. Perubahan ini diterangkan oleh filamen aktin dan myosin yang bergeser melewati satu sama lain, sehingga filamen aktin berpindah menuju daerah A dan zona H. Kontraksi otot dengan demikian akibat dari interaksi diantara filamen aktin dan myosin yang menghasilkan pergerakan yang relatif satu sama lain. Dasar molekuler untuk interaksi ini adalah ikatan myosin ke filamen aktin menyebabkan myosin berfungsi sebagai penggerak pergeseran filamen.
Tipe myosin yang terdapat pada otot (myosin II) adalah jenis protein yang besar (sekitar 500 kd) yang terdiri dari dua rantai berat yang identik dan dua pasang rantai ringan. Setiap ikatan gelap terdiri atas gugus kepala globuler dan ujung α-heliks yang panjang. Ujung α-heliks dari dua rantai berat yang kembar di sekitar satu sama lain di dalam struktur gulungan untuk membentuk dimer dan dua rantai ringan yang terhubung dengan bagian leher tiap gugus kepala untuk membentuk molekul myosin yang komplet.
Filamen tebal otot terdiri dari beberapa ribu molekul myosin yang berhubungan dalam pergiliran pararel disusun oleh interaksi diantara ujung-ujungnya. Kepala globuler myosin mengikat aktin membentuk jembatan diantara filamen tebal dan tipis. Ini penting dicatat bahwa orientasi molekul myosin pada filamen tipis berkebalikan pada garis M sarkomer. Polaritas filamen aktin sama berkebalikan pada garis M sehingga orientasi filamen aktin dan myosin adalah sama pada kedua bagian sarkomer. Aktivitas penggerak myosin memindahkan gugus kepalanya sepanjang filamen aktin pada arah ujung positif. Pergerakan ini mengegeser filamen aktin dari kedua sisi sarkomer terhadap garis M, memendekkan sarkomer dan menyebabkan kontraksi otot. Penambahan ikatan aktin, kepala myosin mengikat dan kemudian menghidrolisis ATP yang menyediakan energi untuk menggerakkan pergeseran filamen. Pengubahan energi kimia untuk pegerakan ditengahi oleh perubahan bentuk myosin akibat pengikatan ATP. Model ini secara luas diterima bahwa hidrolisis ATP mengakibatkan siklus yang berulang pada interaksi diantara kepala myosin dan aktin. Selama tiap siklus, perubahan bentuk pada myosin mengakibtkan pergerakan kepala myosin sepanjang filamen aktin.
Walaupun mekanisme molekuler masih belum sepenuhnya diketahui, model yang diterima secara luas untuk menjelaskan fungsi myosin diturunkan dari penelitian in vitro tentang pergerakan myosin di sepanjang filamen aktin (oleh James Spudich dan Michael Sheetz) dan dari determinasi struktur 3 dimensi myosin (oleh Ivan Rayment dan koleganya). Siklus dimulai dari myosin (tanpa adanya ATP) yang berikatan dengan aktin. Pengikatan ATP memisahkan kompleks myosin-aktin dan hidrolisis ATP kemudian menyebabkan perubahan bentuk di myosin. Perubahan ini mempengaruhi daerah leher myosin yang terikat pada ikatan terang yang bertindak sebagai lengan pengungkit untuk memindahkan kepala myosin sekitar 5 nm. Produk hidrolisis meninggalkan ikatan pada kepala myosin yang disebut “posisi teracung”. Kepala myosin kemudian mengikat kembali filamen aktin pada posisi baru, menyebabakan pelepasan ADP + Pi yang menggerakkannya.
Kejadian biokimiawi yang penting dalam mekanisme kontraksi dan relaksasi otot dapat digambarkan dalam 5 tahap yakni sebagai berikut :
a.    Dalam fase relaksasi pada kontraksi otot, kepala S1 myosin menghidrolisis ATP menjadi ADP dan Pi, namun kedua produk ini tetap terikat. Kompleks ADP-Pi- myosin telah mendapatkan energi dan berada dalam bentuk yang dikatakan sebagai bentuk energi tinggi.
b.    Kalau kontraksi otot distimulasi maka aktin akan dapat terjangkau dan kepala myosin akan menemukannya, mengikatnya serta membentuk kompleks aktin-myosin-ADP-Pi.
c.    Pembentukan kompleks ini meningkatkan Pi yang akan memulai cetusan kekuatan. Peristiwa ini diikuti oleh pelepasan ADP dan disertai dengan perubahan bentuk yang besar pada kepala myosin dalam sekitar hubungannya dengan bagian ekornya yang akan menarik aktin sekitar 10 nm ke arah bagian pusat sarkomer. Kejadian ini disebut cetusan kekuatan (power stroke). Myosin kini berada dalam keadaan berenergi rendah yang ditunjukkan dengan kompleks aktin-myosin.
d.    Molekul ATP yang lain terikat pada kepala S1 dengan membentuk kompleks aktin-myosin-ATP.
e.    Kompleks aktin-ATP mempunyai afinitas yang rendah terhadap aktin dan dengan demikian aktin akan dilepaskan. Tahap terakhir ini merupakan kunci dalam relaksasi dan bergantung pada pengikatan ATP dengan kompleks aktin-myosin. Jadi, hidrolisis ATP digunakan untuk menggerakkan siklus tersebut dengan cara cetusan kekuatan yang sebenarnya berupa perubahan bentuk kepala S1 yang terjadi setelah pelepasan ADP.
Kontraksi otot rangka digerakkan oleh impuls syaraf yang merangsang pelepasan Ca2+ dari retikulum sarkoplasmik (jaringan khusus membran internal yang mirip dengan retikulum endoplasma yang menyimpan ion Ca2+ dengan konsentrasi yang tinggi). Ketika impuls syaraf mencapai ujung syaraf yang berhubungan dengan sel otot, maka rangsang itu akan menggerakkan vesikel sinap yang berisi neurotransmitter dalam hal ini Asetilcholin.
 Vesikel sinap akan menempel pada membran prasinap untuk selanjutnya membuka dan melepaskan neurotransmitter di celah sinap. Asetilcholin akan menempel pada reseptor postsinap sehingga rmenyebabkan reseptor terbuka dan ion-ion yang berada di daerah celah sinap akan masuk. Sarkolemma pun akan mengalami depolarisasi yaitu suatu keadaan dimana bagian luar dari sel otot akan bermuatan negatif dan bagian dalam akan bermuatan positif. Depolarisasi ini mengakibatkan adanya potensial aksi yang menjalar dengan cepat menuju pelipatan membran, T tubules, yang memanjang ke dalam membran plasma di sekitar myofibril. Potensial aksi akan memberi sinyal pada kanal Ca2+ di retikulum sarkoplasmik untuk membuka sehingga ion-ion Ca2+ akan berpindah dari retikulum sarkoplasmik menuju sitoplasma sel otot (sarkoplasma).
Pelepasan Ca2+ dari retikulum sarkoplasmik meningkatkan konsentrasi Ca2+ di sitosol kira-kira dari 10-7 menjadi 10-5 M. Berikut kerja retikulum sarkoplasma mengatur kadar ion Ca2+ intraselular dalam otot rangka :
Dalam sarkoplasma otot yang tengah istirahat, kontraksi ion Ca2+ adalah 10-7-10-8 mol/L. Keadaan istirahat tercapai karena ion Ca2+ dipompakan ke dalam retikulum sarkoplasma lewat kerja sistem pengangkutan aktif yang dinamakan Ca2+ ATPase yang memulai relaksasi. Retikulum sarkoplasma merupakan jalinan kantong membran yang halus. Di dalam tretikulum sarkoplasma, ion Ca2+ terikat pada protein pengikat Ca2+ yang spesifik yang disebut kalsekuestrin. Sarkomer dikelilingi oleh membran yang dapat tereksitasi (sistem tubulus T) yang tersusun dari saluran transversal (T) yang berhubungan erat dengan retikulum sarkoplasma.
Ketika membran sarkomer tereksitasi oleh impuls syaraf, sinyal yang ditimbulkan disalurkan ke dalam sistem tubulus T dan saluran pelepasan ion Ca2+ dalam retikulum sarkoplasma di sekitarnya akan membuka dengan cepat serta melepaskan ion Ca2+ ke dalam sarkoplasma dari retikulum sarkoplasma. Konsentrasi ion Ca2+ dalam sarkoplasma meningkat dengan cepat hingga 10-5 mol/L. Tempat pengikatan Ca2+ pada TpC dalam filamen tipis dengan cepat diduduki oleh Ca2+. Kompleks TpC- 4 Ca2+ berinteraksi dengan TpI dan TpT untuk mengubah interaksinya dengan tropomyosin ini. Jadi, tropomyosin ini hanya keluar dari jalannya atau mengubah bentuk F aktin sehingga kepala myosin ADP-Pi dapat berinteraksi dengan F aktin untuk mengawali siklus kontraksi.
Peningkatan konsentrasi ion Ca2+ memberi sinyal kontraksi otot melalui gerakan prekursor protein yang terikat pada filamen aktin : tropomyosin dan troponin. Tropomyosin adalah protein serabut yang terikat di sepanjang alur filamen aktin. Pada otot lurik, tiap molekul tropomyosin terikat pada troponin yang merupakan komplek 3 polipeptida: troponin C (mengikat Ca2+), troponin I (inhibitor), dan troponin T (mengikat tropomyosin). Ketika konsentrasi Ca2+ rendah, kompleks troponin dengan tropomyosin menghalangi kontraksi aktin dan myosin sehingga otot tidak berkontraksi. Pada konsentrasi ion Ca2+ tinggi, Ca2+ terikat pada troponin C menggeser posisi kompleks dengan mengganti posisi inhibisi dan mengakibatkan proses kontraksi terjadi.
3.      Mekanisme Relaksasi Otot.
Komplek troponin tampak unik pada otot lurik dan terdiri atas 3 polipeptida. Troponin pada otot lurik terdiri atas troponin T (TpT), troponin I (TpI) dan troponin C (TpC). Mekanisme pengaturan konsentrasi Ca2+ pada otot lurik dan otot jantung berdasarkan aktin yang bekerja. Pada otot lurik tidak terdapat control kontraksi kecuali system tropomiosin-troponin terdapat bersama-sama dengan filament aktin dan myosin.
TpI mencegah pengikatan kepala myosin dengan tapak pelekat F-aktin melalui perubahan bentuk F-aktin via molekul tropomiosin ke dalam posisi yang melintangi langsung tapak pengikatan kepala myosin pada F-aktin. Kedua cara tersebut mencegah pengaktifan enzim ATPase myosin yang diperantarai pengikatan kepala myosin pada Faktin. Dengan cara demikian TpI menghalangi siklus kontraksi tahap 2. Peristiwa ini menjelaskan keadaan terhambat yang ditemukan pada otot lurik pada keadaan relaksasi. Relaksasi terjadi apabila :
a.       Penghentian rangsangan saraf membiarkan sarkolema sel untuk menghidupkan kembali polaritas dan menerima kembali permeabilitasnya. Bila membrane terpolarisasi lagi, ion yang masuk ke sarkoplas secara aktif diangkut kembali ke dalam gelembung reticulum sarkoplasmik sehingga konsentrasi Ca2+ dalam sarkoplasma menurun hingga di bawah 10 mol/L. Pengangkutan Ca2+ sebagai akibat pelepasannya kembali Ca2+ ke reticulum sarkoplasma oleh ATPase.
b.       TpC•4 Ca2+ kehilangan Ca2+, troponin lewat interaksinya dengan tropomiosin menghambat interaksi dengan kepala myosin F-aktin selanjutnya
c.       Dengan adanya ATP kepala myosin terlepas dari F-aktin. Dengan demikian, ion Ca2+ mengendalikan kontraksi otot   lewat mekanisme alosentrik yang diperantarai di dalam otot TpC, TpI, TpT, tropomiosin dan F-aktin.
Penurunan konsentrasi ATP dalam sarkoplasma mempunyai 2 efek utama yaitu pompa Ca2+ di reticulum sarkoplasma berhenti mempertahankan konsentrasi Ca2+ yang rendah di dalam sarkoplasma sehingga interaksi antara myosin dengan F-aktin akan ditingkatkan. Serta pelepasan kepala myosin dari Faktin akan bergantung pada ATP tidak dapat terjadi dan kontraktur akan terbentuk.
4.      Ion Ca2+ Memerankan Peranan Sentral Dalam Pengaturan Kontraksi Otot.
a.    Pengaturan berdasarkan aktin (terdapat dalam otot lurik)
Pengaturan berdasarkan aktin terdapat pada otot rangka serta jantung vertebrata yang memiliki corak yang sama, lurik. Satu-satunya faktor yang potensial untuk membatasi proses pengaturan dalam siklus kontraksi otot kemungkinan adalah ATP. Sistem otot rangka dihambat pada saat istirahat; penghambatan ini dihilangkan untuk mengaktifkan kontraksi. Faktor penghambat otot lurik adalah sistem troponin yang terikat dengan tropomyosin dan F aktin dalam filamen tipis. Dalam otot lurik tidak terdapat kontrol kontraksi kecuali sistem troponin-tropomyosin terdapat bersama-sama dengan filamen aktin dan myosin. Tropomyosin terletak di sepanjang alur F aktin dan 3 buah kompleks troponin yaitu TpT, TpC, dan TpI. TpI mencegah ikatan kepala myosin dengan tempat pelekatan F aktin melalui perubahan bentuk F aktin via molekul tropomyosin atau hanya melalui pengguliran tropomyosin ke dalam posisi yang merintangi langsung tempat melekatnya kepala myosin pada F aktin. Kedua cara tersebut mencegah pengaktifan enzim ATPase myosin yang terjadi dengan perantaraan pengikatan kepala myosin pada F aktin. Dengan cara demikian, sistem TpI menghalangi siklus kontraksi.
b.    Pengaturan berdasarkan myosin (terdapat dalam otot polos)
Otot polos mempunyai struktur molekuler yang serupa dengan struktur molekuler otot lurik kendati sarkomernya tidak segaris. Otot polos mengandung molekul α-aktinin dan tropomyosin sebagaiman halnya otot lurik. Otot polos tidak memiliki sistem troponin dan rantai ringan myosin otot polos berbeda dengan otot lurik. Sekalipun begitu, kontraksi otot polos juga diatur oleh ion Ca2+. Berikut mekanisme kontraksi pada otot polos:
                                 i.      Fosforilasi rantai tipis-p myosin memulai kontraksi otot polos
Myosin otot polos mengandung rantai ringan-p yang mencegah pengikatan kepala myosin pada F aktin. Rantai tipis-p harus mengalami fosforilasi dahulu sebelum memungkinkan pengaktifan myosinATPase oleh F aktin. Kemudian aktivitas ATPase akan menyebabkan hidrolisis ATP. Fosfat pada rantai ringan myosin dapat membentuk khelasi dengfan ion Ca2+ yang terikat pada kompleks tropomyosin-TpC-aktin sehingga terjadi peningkatan kecepatan pembentukan jembatan silang antara kepala myosin dengan aktin. Fosforilasi rantai ringan-p memulai siklus kontraksi pelekatan-pelepasan pada otot polos.
                                ii.      Enzim kinase rantai myosin diaktifkan oleh kalmodulin 4 Ca2+ dan kemudian melakukan fosforilasi rantai tipis-p.
Sarkoplasma otot polos mengandung enzim kinase rantai ringan myosin yang bergantung kalsium. Aktivasi ion Ca2+ pada enzim kinase rantai ringan memerlukan pengikatan kalmodulin Ca2+. Enzim kinase rantai ringan yang diaktifkan oleh kalmodulin 4 Ca2+ melakukan fosforilasi rantai ringan-p yang kemudian akan berhenti menghambat interaksi myosin-F aktin. Siklus kontraksi kemudian dimulai.

BAB III
KESIMPULAN

1.      Struktutr otot terdiri atas berkas-berkas serabut otot, berkas serabut otot ini terdiri atas sel-sel otot. Di dalam setiap sel otot terdiri atas sarkolemna, sarkoplasma, dan miofibril. Miofibril memliliki struktur gelap (anisotrop/A) dan strukur terang (isotrop/I). Dalam pola gelap dan terang tersebut terdapat miofilamen yang terdiri atas filamen tipis dan filamen tebal. Filamen tipis merupakan aktin sedangkan filamen tebal merupakan mioisin. Aktin dan miosin merupakan protein sel otot yang bertanggung jawab atas kontraksi otot, selain aktin dan miosin, terdapat pula beberapa protein otot yang mempunyai peran penting dalam kontraksi otot, yaitu titin, tropomiosin, dan troponin.
2.    Tahapan dalam kontraksi :
1.      Pelepasan impuls dari neuron motorik
2.      Pelepasan asetilkolin pada motor endplate
3.      Peningkatan asetilkolin pada reseptor nikotiniki asetilkolin
4.      Peningkatan hantaran Na+ dari K+ dalam membrane endplate.
5.      Produksi potensial endplate.
6.      Produksi potensial aksi dalam komtraksi otot
7.      Penyebaran depolarisasi kea rah dalam di sepanjang tubulus T
8.      Pelepasan ion Ca2+ dari sisterna terminalis reticulum sarkoplasma dan difusi dalam filament yang tebal dan tipis
9.      Pengikatan Ca2+ pada troponin C yang merupakan tempat pengikatan myosin pada aktin
10.  Pembentukan ikatan silang pada aktin dan myosin dan peluncuran filament tipis pada filament tebal sehingga terjadi pemendekan
Tahapan dalam relaksasi:
1.      Ca2+ dipompa balik ke dalam reticulum sarkoplasma
2.      Pelepasan Ca2+ dari troponin
3.      Penghentian interaksi antara aktin dan myosin

DAFTAR PUSTAKA


Cooper, Geofrey and Robert E. Hausman. 2004. The Cell A Molecular Approach, 3th edition. USA : Sinauer Associates, Inc.
Dellmann, H. Dieter. 1989. Buku Teks Histologi Veteriner. Jakarta: UI Press.
Karp, Gerald. 1984. Cell Biology, 2nd ed, McGraw-Hill Book Co., New York
Lodish et al. 1998. Molecular Cell Biology, 3rd ed, Scientific American Books, W. H. Freeman and Co., New York
Murray, Robert K. 1999. Biokimia Harper. Jakarta : Penerbit Buku Kedokteran EGC
Suryani, Yoni. 2004. Biologi Sel dan Molekuler. Yogyakarta: Penerbit JICA
Wolfe, S.L. 1993. Molecular And Cellular Biology. Wadswordh Publising Company Melmont, California.



Tidak ada komentar:

Poskan Komentar

Tulis Komentar !!!