Aspek Biokimiawi Mata: Metabolisme Dan Penglihatan

Aspek Biokimiawi Mata: Metabolisme dan Penglihatan

Ika Yustisia Departemen Biokimia Fakultas Kedokteran UNHAS November 2018

Tujuan Umum Pembelajaran Setelah mengikuti dan mempelajari materi ini mahasiswa dapat memahami: 1. Metabolisme utama pada mata 2. Fotoreseptor 3. Transduksi visual 4. Penglihatan warna dan dasar molekuler buta warna

Sasaran Pembelajaran Setelah mengikuti dan mempelajari materi ini mahasiswa dapat: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Menjelaskan metabolisme spesifik pada kornea Menjelaskan metabolisme spesifik pada lensa Memahami dasar biokimia katarak Menjelaskan metabolisme spesifik pada retina Menjelaskan sel fotoreseptor rod dan cone Menjelaskan fotoreseptor rhodopsin dan photopsin Menjelaskan metabolisme vitamin A dan retinaldehida Menjelaskan mekanisme transduksi visual Menjelaskan mekanisme penglihatan warna Memahami dasar molekuler buta warna

Pendahuluan • Mata merupakan perpanjangan dari sistem saraf • Seperti halnya jaringan lain pada sistem saraf pusat, bahan bakar metabolik utama mata adalah glukosa • ATP yang dihasilkan dari metabolisme energi pada mata digunakan untuk berbagai tahapan proses penglihatan termasuk mempertahankan kejernihan bagian-bagian mata seperti kornea dan lensa

Metabolisme spesifik pada kornea Metabolisme glukosa yang aktif pada kornea: • 35% glikolisis – Aerob – Anaerob – Laktat yang terbentuk diubah menjadi piruvat – ATP: ATP-driven water pump mengatur kandungan air dalam stroma kornea  menjaga kebeningan kornea

• 65% jalur heksosa monofosfat – Aktivitas HMP tertinggi – NADPH: mereduksi GSSG  2 GSH

Ingat kembali ! ATP GMP GDP GTP

Metabolisme spesifik pada kornea • Epitel kornea bersifat permeabel terhadap oksigen atmosfer • Memudahkan pembentukan senyawa oksigen aktif yang berbahaya bagi jaringan • HMP (NADPH) dan glutation reduktase berperan melindungi kornea dengan cara menetralisir senyawa oksigen aktif

Metabolisme spesifik pada lensa • • • • •

Lensa tidak memiliki suplai darah Memperoleh nutrien dari humor aqueous Komponen utamanya adalah air dan protein Protein utama lensa adalah α-, β-, γ- crystallins Protein-protein lensa disintesis oleh lapisan epitel pada tepi lensa • Fungsi utama protein lensa adalah mempertahankan kejernihan lensa (clear crystallins state)

Metabolisme spesifik pada lensa • Metabolisme energi utama pada lensa adalah metabolisme glukosa – 85% glikolisis anaerobik – 3% siklus asam trikarboksilat – Sisanya masuk dalam jalur heksosa monofosfat

• ATP yang dihasilkan terutama digunakan untuk mempertahankan keseimbangan osmotik melalui Na+/K+ exchanging ATPase

Metabolisme spesifik pada lensa Protein-protein lensa bersifat sensitif terhadap • Perubahan okdidasi-reduksi • Osmolaritas • Peningkatan konsentrasi metabolit • Radiasi UV Metabolisme berperan penting dalam mempertahankan integritas dan kejernihan lensa

Metabolisme spesifik pada lensa

Dasar biokimia katarak Katarak merupakan kekeruhan yang terjadi pada lensa mata Terdapat dua tipe utama katarak: 1. Katarak senil •

Perubahan arsitektur protein-protein lensa terutama crystallin akibat proses penuaan

2.Katarak diabetik •

Hilangnya kontrol osmolaritas lensa akibat peningkatan aktivitas enzim aldosa reduktase dan polyol dehidrogenase

Km 200 mM

Sorbitol cenderung terakumulasi di dalam lensa; meningkatkan osmolaritas lensa, mengganggu struktur crystallin, menyebabkan protein-protein lensa mudah beragregasi dan denaturasi

Metabolisme spesifik pada retina • Retina memiliki kebutuhan yang tinggi akan glukosa • Masih kontroversial: glikolisis aerobik vs glikolisis anaerobik • Lactate shuttle • ATP yang dihasilkan terutama digunakan untuk Na+K+ATPase dan aktivitas enzim yang memerlukan ATP • Energi lebih banyak dibutuhkan dalam keadaan gelap dibandingkan terang

Sel fotoreseptor rod dan cone • Sel fotoreseptor merupakan sel khusus pada retina mata yang bertanggungjawab mengubah cahaya menjadi sinyal yang dikirim ke otak • Dengan adanya fotoreseptor manusia memilliki kemampuan melihat pada malam hari dan melihat warna

Sel fotoreseptor rod dan cone

Sel fotoreseptor rod dan cone • Sel fotoreseptor terbagi atas dua segmen:

• Outer segment – mendeteksi sinyal foton (cahaya) • Inner segment – mengandung nukelus dan organel lain yang diperlukan untuk metabolisme sel

Sel fotoreseptor rod dan cone Karakteristik sel fotoreseptor: Sel batang (rod) – Retina manusia mengandung 109 sel batang – Sangat sensitif terhadap cahaya – Protein fotoreseptornya (rhodopsin) mengabsorpsi maksimal pada panjang gelombang 500 nm – Berperan pada penglihatan dengan cahaya redup dan night vision – Waktu yang diperlukan oleh sel rod merespons cahaya cukup lama

Sel fotoreseptor rod dan cone Karakteristik sel fotoreseptor: Sel kerucut (cone) – Retina manusia mengandung 3 x 106 sel kerucut – Bersifat kurang sensitif – Memiliki tiga protein fotoreseptornya (photopsin; cone opsin) dengan absorpsi maksimal pada panjang gelombang 426, 530, 560 nm – Memediasi penglihatan pada cahaya terang dan daylight vision – Bertanggung jawab pada penglihatan warna

S: blue-sensitive opsin (OPN1SW) M: green-sensitive opsin (OPN1MW) L: red-sensitive opsin (OPN1LW)

Rhodopsin dan photopsin • Rhodopsin dan photopsin merupakan reseptor cahaya (photoreceptor pigment) • Keduanya termasuk ke dalam golongan 7TM receptor

Rhodopsin dan photopsin

• Rhodopsin: opsin + 11-cis-retinaldehida • Photopsin: o Blue pigment – blue opsin + 11-cis-retinaldehida o Green pigment – green opsin + 11-cisretinaldehida o Red pigment – red opsin + 11-cis-retinaldehida

Metabolisme vitamin A dan retinaldehida • Vitamin A memiliki tiga bentuk aktif – All-trans-retinol – All-trans-retinal (retinaldehida) – All-trans-retinoic acid

• Ketiganya disebut sebagai retinoid • Di dalam epitel pigmen retina all-trans-retinol dapat diisomerisasi menjadi menjadi 11-cisretinol dan dioksidasi menjadi 11-cis retinaldehidal, berikatan dengan residu asam amino lisin dari opsin sehingga berperan sebagai gugus prostetik (chromophore)

Metabolisme vitamin A dan retinaldehida Tempat pemutusan β-carotene oleh carotene dioxygenase di intestin

Peran retinaldehida pada siklus penglihatan

Mekanisme transduksi visual

Mekanisme transduksi visual • Terang (cahaya masuk)  cGMP ↓  kanal tertutup  kation masuk ↓  membran hiperpolarisasi  tidak ada neurotransmitter glutamat dilepaskan • Gelap  cGMP ↑  kanal terbuka  kation masuk ↑  depolarisasi  neurotransmitter glutamat dilepaskan

Mekanisme penglihatan warna • Mekanisme penglihatan warna memiliki prinsip yang sama dengan mekanisme penglihatan • Perbedaannya terletak pada peran tiga opsin warna (biru, hijau, dan merah) yang memodulasi penyerapan cahaya pada panjang gelombang yang berbeda – Blue light sensitive opsin mengabsorpsi panjang gelombang pendek (s-type) – Green light-sensitive opsin mengabsorpsi panjang gelombang medium (m-type) – Red light-sensitive mengabsorpsi panjang gelombang panjang (l-type)

Dasar molekuler buta warna

Dasar molekuler buta warna

The various types of color blindness result from different opsin mutations. • Red-dichomat: fotoreseptor merah mutasi  melihat 2 warna dasar (biru dan hijau) • Green-dichromat: fotoreseptor hijau mutasi  biru dan merah

Statistik Nilai Ujian Tahap I Blok Biomedik II Semester Ganjil TA. 2018/ 2019

Soal Tipe I (Hijau) Keren !!! 13% (20)

OK 9% (14) Waspadalah! 55% (86) Semangaaat! 24% (37)

• • • •

Keren ≥ 80 OK 70 – 79 Semangat 56 – 69 Waspada < 56

Soal Tipe II (Pink) Keren !!! 10% (16)

OK 15% (23) Waspadalah! 62% (97) Semangaaat! 13% (21)

• • • •

Keren ≥ 80 OK 70 – 79 Semangat 56 – 69 Waspada < 56