STRUKTUR MEKANISME KONTRAKSI OTOT

STRUKTUR - KERJA OTOT

Struktur Otot Lurik

Struktur otot lurik adalah sebagai berikut :

1. Empal otot atau ventrikel otot dengan membran pembungkusnya disebut fasia superfasialis tersusun atas banyak berkas otot
2. Berkas otot dengan membran pembungkusnya disebut fasia propria tersusun atas banyak serabut otot atau serat otot atau sel otot
3. Serat otot atau sel otot tersusun atas banyak miofibril

Struktur Sel Otot

Bagian-bagian sel otot adalah :

1. Sarkolema, merupakan membran plasma sel otot
2. Sarkoplasma, merupakan sitoplasma sel otot
3. Retikulum sarkoplasma, merupakan retikulum endoplasma sel otot
4. Nukleus, jumlahnya banyak dan terletak di sepanjang tepi sel otot

Sarkolemma

• Sarkolemma adalah selaput pembungkus otot yang tersusun ganda (double membrane), yakni selaput luar ( 40 angstrom) Ruang antara ( 20 angstrom ) dan Selaput dalam (setebal 40 Angstrom)
• Selaput luar mirip membrane 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.

Sarkoplasma adalah sitoplasma Otot

• Sarkoplasma (Cytoplasmic matrix) mengandung: Organoida, a.l.: mitokondria (sarcosomes) - ribosom- Apparatus golgi - myofibril -Endoplasmik retikulum
• 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.

Struktur Miofibril

Muifibril tersusun atas banyak miofilamen. Miofilamen tersusun atas filamen tipis dan filamen tebal.

1. Filamen tipis tersusun atas tiga protein yaitu aktin, tropomiosin dan troponin. Aktin merupakan protein struktural utam penyusun filamen tipus yang terdiri dari dua untai helix (spiral). Molekul aktin memiliki tempat aktif untuk berikatan dengan jembatan silang miosin. Tropomiosin merupakan protein berbentuk seperti benang yang terletak di sepanjang untai heliks aktin dan menutupi tempat-tempat aktif aktin yang berikatan dengan jembatan silang. Troponin merupakan kompleks protein yang terdiri atas tiga protein yaitu troponin I (mengikat aktin), troponin T (mengikat tropomiosin) dan troponin C mengikat ion kalsium (Ca²⁺)
2. Filamen tebal terdiri dari benang-benang protein miosin. Setiap filamen miosin membentuk sebuah kepala yang menonjol di salah satu ujung. Satu susunan filamen miosin memiliki memiliki kepala-kepala yang menonjol di berbagai tempat di kedua ujung. Kepala-kepala molekul miosin membentuk jembatan silang. Setiap setiap jembatan silang memiliki memiliki dua tempat penting yaitu tempat mengikat aktin dan temat enzim ATPase miosin.

• Di dalam sebuah miofibril, filamen aktin dan miosin sejajar dan tersusun berdampingan.
• Filamen aktin dan miosin saling tumpang tindih tersusun menurut pola tertentu sehingga menghasilkan pandangan garis-garis seran lintang.
• Masing-masig satuan pola berulang yang disebut daerah sarkomer dan setiap sarkomer dipisahkan oleh dua garis Z. Sarkomer merupakan unit fungsional otot ragka karena mampu berkontraksi.
• Garis Z merupakan tempat menempelnya filamen-filamen ak tin.
• Filamen-filamen miosin dengan kepalanya yang menonjol terletak diantara filamen aktin, tidak menempel pada garis Z.
• Daerah terang disebut pita I (isotrop), hanya memiliki filamen tipis (filamen aktin), daerah gelap disebut pita A (anisotrop) memiliki filamen tipis dan tebal (miosin).
• Pita I dibagi dua oleh garis Z dan pita A dibagi dua oleh zona H. Pada zona H hanya terdapat filamen tebal (miosin).

untuk lebih jelas uraian ini perhatikan

• Sekali lagi dengan mikroskop cahaya myofibril tampak memiliki

1. bagian cerah (cakram I)
2. bagian gelap (caktam A),

• Bila menggunakan pewarnaan hematoksilin besi (Heidenheia). Inilah yang memberikan aspek bergaris melintang baik pada otot kerangka maupun otot jantung. Garis melintang ini dapat diamati pada:

1. Otot kerangka yang masih hidup
2. Otot segar tanpa menggunakan pewarnaan
3. Otot setelah mengalami fiksasi dan di warnai

• 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. dan Garis Z (Zwischenschreibe) atau intermediate disc: yang Berupa garis tipis dan gelap yang membagi cakram I sama rata.
• Daerah antara 2 garis Z disebut “sarkomer” yang panjangnya sekitar 1,5µ.

§ Garis H (Helleschreibe):

Terdapat dalam cakram A. Merupakan bagian agak cerah di kanan-kiri garis M, yang bebas dari unsur aktin.

§ 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). OK

Gambar serat otot lurik

Mekanisme kerja oto rangka

Metode pergeseran filamen dijelaskan melalui mekanisme kontraksi pencampuran aktin dan miosin membentuk kompleks akto-miosin yang dipengaruhi oleh ATP. Miosin merupakan produk, dan proses tersebut mempunyai ikatan dengan ATP. Selanjutnya ATP yang terikat dengan miosin terhidrolisis membentuk kompleks miosin ADP-Pi dan akan berikatan dengan aktin. Selanjutnya tahap relaksasi konformasional kompleks aktin, miosin, ADP-pi secara bertahap melepaskan ikatan dengan Pi dan ADP, proses terkait dan terlepasnya aktin menghasilkan gaya fektorial.

Otot akan berkontraksi jika mendapatl rangsangan motorik dari pusat motorik (otak ). Antara otot dan saraf otot dan saraf akan membentuk sambungan yang disebut sinapsis neuromuskulus dimana ujung saraf motorik melekat pada serabut otot. Langkah-langkah kontraksi otot :

1. Jika rangsang sampai pada ujung saraf motorik, maka ujung saraf motorik akan melepaskan neurotransmiter (pemindah rangsang ke sel berikutnya) yang berupa asetil kolin keserabut otot melalui celah sinapsis

2. Asetilkolin menyebabkan retikulum sarkoplasma melepaskan ion Ca²⁺ masuk kedalam sarkoplasma otot

3 Ion Ca²⁺ yang dilepaskan di ikat oleh unit troponin C yang menyebabkan kompleks troponin-miosin secara fisik bergeser kesamping, membuka tempat pengikatan jembatan silang aktin.

4. Dengan terbentuknya tempat pengikatn jembatan silang aktin menyebabkan terbentuknya jembatan silang antara kepala miosin dan filamen aktin dan menyebabkan serabut otot menjadi lebih pendek (zona Z dan H menjadi pendek dan juga sarkomer menjadi lebih pendek) dan otot berkontraksi.

Untuk berkontraksi ini otot memerlukan energi yang berasal dari ATP dan kreatin pospat. Pada saat kontraksi ATP terurai menjadi ADP+posfat+energi dan ADP menjadi AMP+posfat +energi. Pemecahan zat tersebut dalam keadaan anaerob. Energi pembentukan ATP berasal dari pemecahan glikogen atau gula yang dilarutkan menjadi laktasidogen yang kemudian dipecah menjadi asam laktat dan glukosa secara aerob.

Langkah relaksasi otot:

1. Tidak adanya ion kalsium di dalam sarkoplasma. Ion Ca²⁺ dibebaskan oleh unit troponin C. Ion Ca²⁺ dipompa kembali kedalam retikulum sarkoplasma dengan transporatktif

2. Komplek troponin-tropomiosin bergeser kembali keposisinya menutupi tempat pengikatan jembatan silang aktin sehingga aktin dan miosin tidak lagi berikatan di jembatan silang

3. Filamen tipis bergeser kembali keposisi istirahat dan terjadi proses relaksasi.

Penimbunan asam laktat (hasil pemecahan asam piruvat dalam keadaan anaerob) dalam otot menyebabkan kelelahan dan pegal linu, dan jika otot tidak mampu berkontraksi lagi maka akan terjadi kejang otot atau kram. Gangguan pada otot antara lain, tetanus (akibat racun Clostrodium tetani) , kram, dl

Berdasarkan cara kerjanya, otot dibedakan menjadi dua sebagai berikut.

· Otot sinergis, yaitu otot yang saling menduung. Contoh: otot bisep dan otot lengan bawah (pronator) yang terdiri otot pronator kuadratus dan otot pronator teres. Ketiga otot ini sama-sama berkontraksi ke satu arah sehingga lengan bawah dapat diigerakkan memutar.

· Otot antagonis, yaitu otot yang bekerja secara berlawanan. Contoh: mekanisme kerja otot bisep dan trisep dapat membengkokkan dan meluruskan siku

MEKANISME KONTRAKSI OTOT

KONTRAKSI OTOT

• Key Word

Perubahan bentuk dalam rangka mekanisme kontraksi otot sekelet telah lama diselidiki baik dalam keadaan hidup maupun pada yang telah dimatikan. Dari kedua pengamatan tersebut ditarik kesimpulan bahwa pada waktu kontraksi berlangsung otot memendek dan membesar.

Bagaimana proses berlangsungnya pemendekan dapat dijelaskan dengan meneliti struktur serta susunan miofilamen, sebagai hasil penelitian dengan menggunakan mikroskop elektron.

Satuan myofibril yang terkecil disebut sarkomer, yang pada kontraksi sarkomerpun ikut memendek dan memanjang pada waktu relaksasi.

Perubahan ini dirumuskan dengan istilah “sliding-filaments mechanism of contraction” yaitu: pada permulaan kontraksi cakram I mulai menyempit yang selanjutnya lenyap bila serabut otot tersebut berkontraksi kira-kira 50%.

Daerah H dalam cakram A juga ikut lenyap, sebaliknya panjang cakram A praktis tidak mengalami perubahan baik pada waktu kontraksi maupun relaksasi. Hal ini disebabkan karena cakram A hanya memendek sedikit sekali bila sarkomer berkontraksi. Penebalan cakram Z disebabkan berkumpulnya bahan pekat yang kuat mengambil zat warna, yang selanjutnya dikenal sebagai “contraction band”. Pendapat lain mengatakan bahwa cantraction band disebabkan oleh crumpling and folding ujung-ujung filament myosin pada cakram Z.

Hipotesa lain mengungkapkan bahwa kontraksi otot skelet terjadi karena folding and coiling filament aktin, dan bukan secara sliding. Hal ini didasarkan dengan daerah H yang tetap tampak jelas meskipun otot berkontraksi.

Kontraksi otot diprakarsai dengan pelepasan ion kalsium dari sarkoplasmik reticulum. Selanjutnya ion kalsium tersebut merangasang aktivitas adenosin trifosfat (ATP), yang kemudian terjadi hidrolisa molekul ATP menjadi ADP dan pelepasan energi. Energi inilah yang dipakai untuk kontraksi. Ion kalsium yang hanya bekerja sebagai katalisator selanjutnya ditangkap kembali oleh sarkoplasmik reticulum.

Dasar Molekul Kontraksi Otot

• Filamen-filamen aktin terdiri dari suatu protein (BM= 43.000) yang berbentuk bola (globular) dan disebut aktin G.
• Molekul-molekul aktin G ini tersusun seperti untaian mutiara, bersama-sama membentuk suatu filament aktin F (serat), yang membentuk double helix dengan suatu puntiran tiap 36 nm.
• Alur pilinan ganda ini merupakan struktur dasar dari filamen-filamen aktin.

• Protein-protein pengatur tertentu berikatan pada filament-filamen aktin.
• Protein-protein tersebut adalah tropomiosin (bergelung melingkar satu sama lain), merupakan molekul protein dengan panjang 40 nm, terletak dalam alur yang terbentuk antara kedua untaian filamen aktin F.
• Protein lainnya adalah troponin yang terletap pada kedua ujung tropomiosin. Ada 3 sub unit troponi: troponin I, troponin T, dan troponin C.

• Filamen-filamen myosin, terdiri atas protein myosin (BM= 460.000), dan panjang molekulnya 150 nm.
• Dengan menggunakan enzim tripsin molekul-molekul myosin dapat diuraikan dalam 2 subunit: meromiosin ringan (LMM) yang berbentuk batang dengan panjang 85 nm, dan meromiosin berat (HMM).
• Meromiosin berat terdiri atas bagian yang berbentuk batang yang membentang terus ke dalam bagian LMM, dan struktur globular pada bagian ujungnya yaitu kepala myosin.
• Molekul myosin lentur karena kedua sub unit dapat bergerak antara satu dan lainnya.

• Filament-filamen myosin terdiri atas kumpulan padat molekul-molekul myosin dengan bagian yang berbentuk gagang terbentang sejajar dengan sumbu panjang filament.
• Kepala myosin terletak pada ujung dari molekul ynag bersebrangan dengan garis M dan dengan memakai mikroskop elektron terlihat membentuk gambaran seperti jembatan.
• Polarisasi dari filament-filamen myosin dengan kepala-kepala menjauhi garis M diyakini sebagai alasan mengapa proyeksi atau jembatan-jembatan melintang tak terdapat pada bagian tengah pita H, sehingga terbentuk pita H semu (“daerah kosong” dari Huxley)

• Kepala-kepala myosin tersusun dalam suatu spiral sepanjang filament myosin dengan jarak 42 nm tiap putaran spiral.
• Hal ini menghasilkan pembentukan 6 baris kepala myosin pada permukaan filament myosin.

Kejadian-kejadian molekuler selama kontraksi

• Fragmen-fragmen meromiosin berat dapat berikatan dengan salah satu ujungnya pada tempat tertentu pada filament aktin yang terdapat setiap 36 nm.
• Hal ini adalah sama betul dengan preodisitas aktin, dan sekarang diyakini bahwa setiap kepala myosin selama kontraksi arahnya “miring” berkontak dengan filament aktin terdekat.
• Selama kontraksi, filament aktin bergeser lebih jauh dari pada jarak antara 2 kepala myosin yang berturutan.
• Hal ini dapat diterangkan sebagai berikut : setelah terikat pada suatu tempat perlekatan pada filament aktin, setiap kepala myosin “mengangguk” ke arah garis M, sehingga filament aktin tertarik pada jarak tertentu ke arah garis M.
• Segera sesudah itu, kepala myosin dilepaskan dari tempat perlekatan dan kembali ke posisi semula tegak lurus tehadap fragmen meromiosin yang berbentuk batang.
• Pada posisi ini kepala myosin berhubungan dengan tempat perlekatan berikutnya yang terletak sepanjang filament aktin, tidak jauh dari tempat tersebut, setelah itu kepala myosin kembali mengangguk ke arah garis M dan seterusnya.
• Dengan demikian filament aktin tertarik selangkah demi selangkah ke arah garis M. Anggukan-anggukan kepala myosin disebabkan oleh suatu perubahan kekuatan pengikatan antara kepala dan bagian batang molekul meromiosin akibat pengikatan pada filament aktin.

• ATPase yang terdapat pada kepala myosin akan memecah ATP sehingga tersedia energi yang digunakan untuk kontraksi.
• Sebelum kontraksi otot, suatu potensial aksi merambat sepanjang sarkolema dan dari sini diteruskan ke bagian dalam serat melalui tubulus T .
• Potensial aksi dari tubulus-tubulus T menyebabkan perubahan pada potensial membran dalam sisterna terminal reticulum sarkoplasma dan ini menyebabkan pelepasan pada ion-ion Ca dari reticulum ke dalam sarkoplasma seklilingnya (dalam keadaan istirahat sebagian besar Ca dalam serat terpusat pada sisterna terminal reticulum sarkoplasma).
• Ion-ion Ca ini berikatan pada troponin (troponin C) yang mempunyai afinitas sangat kuat terhadap ion-ion Ca ini. Selama keadaan istirahat, kompleks troponin (toponin I)-tropomiosin menghambat tempat perlekatan pada filament aktin untuk kepala-kepala myosin, mungkin secara fisik menutupi kepala-kepala myosin tersebut.
• Melalui pengikatan ion-ion Ca pada molekul troponin, molekul ini diperkirakan berubah bentuk. Dengan demikian hambatan tempat perlekatan pada filament aktin oleh kompleks troponin-tropomiosin ditiadakan.

• Kapala-kepala myosin kemudian dengan segera secara fisik berhubungan dengan tempat-tempat perlekatan aktin dimana mencetuskan pergeseran filament-filamen.
• Kontraksi ini berlangsung terus selama ion-ion Ca dalam sarkoplasma konsentrasinya masih cukup tinggi.
• Akan tetapi dengan memakai pompa Ca aktif di dekat membrane reticulum sarkoplasma ion-ion Ca terus menerus dan secara aktif dipompakan ke dalam sisterna longitudinal reticulum berlangsung kira-kira 20 mili detik, kemudian konsentrasi Ca dalam sarkoplasma menurun sampai tingkat paling rendah (kurang dari 10 M) yang terdapat selama keadaan istirahat.
• Dengan demikian pengikatan ion-ion Ca pada troponin terhenti, dan kompleks troponin-tropomiosin kembali menghambat tempat-tempat perlekatan pada filament aktin,
• jadi serat ini dipertahankan dalam keadaan istirahat.

• Kebutuhan energi untuk transfort aktif ion-ion Ca ke dalam reticulum sarkoplasma tersedia dari pemecahan ATP, dan karena itu kontraksi dan relaksasi keduanya membutuhkan ATP.
• Rangkaian perangsangan/ kontraksi melalui system tubulus T menerangkan mengapa semua myofibril pada serat otot diaktivasi secara serentak dan hampir bersamaan dengan merambatnya potensial aksi pada sarkolema.

Hubungan neuromuscular

• Daerah perlekatan antara ujung suatu serat saraf motorik dengan satu serat otot kerangka disebut lempeng akhir motorik (motor end plate).
• Dengan memakai impregnasi garam-garam logam, dapat diperlihatkan pada sajian mikroskop cahaya bahwa ujung satu serat saraf motorik bercabang-cabang menjadi sejumlah cabang halus yang menuju ke tiap serat otot.
• Setiap cabang membentuk suatu penebalan seperti lempengan kecil yaitu lempeng akhir motoris ini juga dapat terlihat dengan mikroskop cahaya (seperti juga dengan mikroskop elektron) memakai reaksi histokimia untuk menentukan adanya enzim asetilkolinesterase, yang terletak di daerah ini.
• Terdapat suatu cekungan yang di sebut celah sinaptik primer, yang di dalamnya terdapat ujung akson. Di bawah setiap celah sinaptik primer, tampak suatu jajaran cekungan ke dalam serat otot, yang disebut celah sinaptik sekunder.

• Dengan memakai ME, sel-sel Schwann tampak pada permukaan ujung akson.
• Akan tetapi, sel-sel Schwann ini tak ada pada celah sinaptik dimana aksolema (plasmalema akson) dan sarkolema berbatasan satu sama lainnya (meskipun melalui suatu lapisan antara dari glikoprotein).
• Celah sinaptik sekunder membentuk invaginasi sarkolema dari celah sinaptik primer. Dalam aksoplasama tampak sejumlah vesikel dengan diameter 50nm.
• Vesikel-vesikel ini sesuai dengan vesikel sinaptik pada sinaps-sinaps biasa.
• Sarkoplasma mengandung banyak mitokondria dan nucleus tetapi yang lainnya tidak khas.

• Lempeng akhir motoris dapat dianggap sebagai suatu modifikasi sinaps.
• Vesikel sinaptik mengandung asetilkolin yang berfungsi sebagai substansi transmitter selama penghantaran rangsang saraf dari akson ke sarkolema.
• Suatu potensial aksi yang mencapai lempeng akhir menyebabkan pelepasan asetilkolin dari vesikel ke celah sinaps.
• Setelah asetilkolin berdifusi dalam celah sinaps, molekul asetilkolin terikat pada molekul reseptor pada membrane post synaptic (sarkolema), yang menyebabkan pembentukan potensial lempeng akhir dan prambatan selanjutnya dari suatu potensial aksi sepanjang sarkolemma.
• Asetikolin dihidrolisa dalam beberapa mdet. oleh asetilkolinesterase yang terletak di membrane post-sinaptik.

• Serat-serat otot dan tendon keduanya mengandung bahan akhir sensoris yang kompleks yang disebut gelendong otot (muscle spindle) dan tendon organ.
• Keduanya dijabarkan pada bagian badan-badan akhir sensoris.