Apa yang dimaksud dengan myoglobin dan hemoglobin?

[ajicakra (Cakranala Aji Harjita)]

Myoglobin adalah contoh klasik dari struktur tersier protein sedangkan hemoglobin adalah contoh dari struktur quartener protein. Myoglobin adalah protein pertama yang diketahui struktur tersier lengkapnya. Struktur tersier myoglobin ditentukan dengan kristalografi sinar-X. Myoglobin dan hemoglobin merupakan protein globular. Kedua protein ini melakukan fungsi biologi mengikat molekul oksigen secara selektif dan reversibel. Myoglobin merupakan protein monomer kecil yang memudahkan difusi oksigen pada otot vertebrata. Myoglobin merespon penyediaan oksigen ke jaringan otot reptil, burung dan mamalia. Hemoglobin adalah protein tetramer yang lebih besar yang membawa oksigen dalam darah. Bagaimana orientasi satu rantai dengan rantai lainnya pada hemoglobin? Bagaimana bentuk keseluruhan dari protein fungsional finalnya?

Warna merah berhubungan dengan bentuk teroksigenasi dari myoglobin dan hemoglobin (misalnya warna merah dari darah yang teroksigenasi) disebabkan oleh gugus prostetik heme mengikat oksigen. Hadirnya heme ini pada myoglobin dan hemoglobin dibutuhkan untuk mengikat oksigen. Heme terdiri dari sistem cincin tetrapyrrole (photoporphyrin IX) yang membentuk kompleks dengan besi.

Empat cincin pyrrol dari sistem ini berikatan dengan methene (-CH=) agar porphyrin tidak jenuh terkonjugasi tinggi dan planar. Besi yang terikat dalam keadaan oksidasi ferrous (Fe2+). Ferrous membentuk kompleks dengan 6 ligan, 4 atom nitrogen dari protoporphyrin IX. Cincin porphyrin menyediakan 4 dari 6 ligan yang mengelilingi atom besi.

Myoglobin adalah anggota famili protein yang dinamakan globin. Struktur tersier myoglobin memperlihatkan bahwa pada protein ini terdapat 8 bagian daerah α-helix yang ditandai dengan huruf A sampai H dan tidak mempunyai daerah β-sheet. Bagian α-helix ini dihubungkan oleh loop dan turn. Sekitar 75% residu asam amino pada myoglobin ditemukan di daerah α-helix. Ikatan hidrogen pada backbone polipeptida menstabilkan daerah α - helix, rantai samping asam amino juga terlibat dalam ikatan hidrogen. Rantai samping dari residu asam amino polar mengarah ke luar molekul myoglobin. Pada bagian interior protein mengandung hampir semuanya residu asam amino nonpolar khususnya yang hidrofobik tinggi seperti valin, leusin, isoleusin, penilalanin dan metionin. Dua residu histidin polar (posisi His E7 dan His F8) ditemukan pada interior molekul. Rantai samping residu asam amino ini dilibatkan pada interaksi dengan gugus heme dan pengikatan oksigen. Dengan demikian residu asam amino ini memainkan peran penting pada fungsi molekul myoglobin. Hadirnya gugus heme mempengaruhi konformasi polipeptida. Apoprotein (polipetida tanpa gugus prostetik heme) tidak dilipat erat sebagai molekul yang sempurna.

Pada vertebrata, molekul O2 diikat hemoglobin untuk ditranspor dalam sel darah merah, atau eritrosit. Pada sebuah eritrosit manusia terdapat sekitar 3 x 10^8 molekul hemoglobin. Hemoglobin lebih kompleks dibanding myoglobin karena hemoglobin merupakan protein multisubunit. Hemoglobin merupakan tetramer dari empat subunit polipeptida yaitu dua sub unit α-globin dan dua sub unit β-globin. Dengan demikian struktur keseluruhan hemoglobin ditulis α2β2.

Struktur tersier α-globin, β-globin dari hemoglobin sangat mirip dengan struktur tersier myoglobin. Panjang rantai α - globin adalah 141 residu asam amino, sedangkan rantai β-globin adalah 146 residu asam amino. Sebagai perbandingan panjang rantai myoglobin adalah 153 residu asam amino. Kebanyakan asam amino dari rantai α-globin, rantai β-globin pada hemoglobin dan myoglobin adalah homologous yang berarti bahwa residu asam amino sama pada posisi yang sama. Setiap subunit pada 4 globin dari hemoglobin mengandung gugus protetik heme yang identik seperti yang terdapat pada myoglobin. Oleh sebab itu, struktur tersier dari α-globin, β-globin dari hemoglobin hampir identik dengan myoglobin. Pada hemoglobin, rantai α-globin mempunyai tujuh α-helix dan rantai β-globin mempunyai delapan α-helix. Setiap rantai α berinteraksi secara luas dengan rantai β mengakibatkan hemoglobin seperti sebuah dimer dari subunit αβ. Dengan demikian, setiap molekul hemoglobin memiliki 4 gugus prostetik heme. Gugus heme ini berfungsi untuk mengikat oksigen. Berapa buah molekul oksigen yang dapat diikat oleh setiap molekul hemoglobin?

Myoglobin mempunyai fungsi penyimpan oksigen di dalam otot. Myoglobin harus berikatan kuat dengan oksigen pada tekanan yang sangat rendah. Myoglobin 50% jenuh pada tekanan parsial oksigen 1 torr. Fungsi hemoglobin adalah pembawa oksigen. Hemoglobin harus dapat mengikat oksigen dengan kuat dan melepaskan oksigen dengan mudah tergantung kondisi. Pada paru-paru (di mana hemoglobin harus mengikat oksigen untuk ditransport ke jaringan), tekanan oksigen adalah 100 torr. Pada tekanan ini hemoglobin 100% jenuh dengan oksigen. Pada kapiler dari otot yang aktif, tekanan oksigen adalah 20 torr. Pada keadaan ini hemoglobin kurang 50% jenuh dengan oksigen (hemoglobin 50% jenuh oksigen terjadi pada 26 torr). Dengan kata lain, hemoglobin memberikan oksigen dengan mudah di dalam kapiler, dimana oksigen dibutuh kan besar.

Perubahan struktur selama pengikatan molekul kecil adalah karakteristik dari protein allosterik seperti molekul hemoglobin. Hemoglobin mempunyai bentuk struktur quartener yang berbeda ketika sedang mengikat oksigen (teroksigenasi) dan tidak mengikat oksigen (deoksigenasi). Dua rantai-β lebih rapat satu sama lain pada hemoglobin teroksigenasi dibandingkan pada hemoglobin deoksigenasi. Perubahan ini ditandai pada dua bentuk hemoglobin yang mempunyai struktur kristal yang berbeda. Dengan demikian, hemoglobin mempunyai struktur quartener yang berbeda ketika mengikat oksigen dan tidak mengikat oksigen.

Perubahan struktur quartener hemoglobin dapat menurunkan fungsinya sebagai pengikat molekul oksigen. Hal ini dapat diamati pada hemoglobin sel sabit yang penyakitnya dikenal sebagai anemia sel sabit. Anemia sel sabit adalah penyakit genetik manusia yang pertama kali muncul di daerah tropis Barat dan Afrika tengah. Individu ini menghasikan hemoglobin yang termutasi yang dikenal sebagai hemoglobin sel sabit (Hb S). Nama anemia sel sabit muncul karena sel darah merah seperti “sabit”. Sel “sabit” tidak dapat melewati kapiler kecil, akibatnya merusak banyak organ khususnya tulang dan ginjal yang dapat mengakibatkan kematian.

Hemoglobin sel sabit berbeda dari hemoglobin normal hanya oleh asam amino tunggal. Sebuah valin (asam amino hydrophobik) pada rantai-β dari hemoglobin sel sabit telah menggantikan sebuah asam glutamat (asam amino bermuatan negatif) pada posisi ke-6. Substitusi ini menyebabkan pengikatan molekul hemoglobin S ke molekul hemoglobin S lainnya ketika oxyhemoglobin S melepaskan oksigennya. Molekul berasoasiasi abnormal satu sama lain membentuk agregat fibrous panjang yang merupakan karakteristik hemoglobin S ini. Molekul-molekul ini berikatan seperti jaringan polimer panjang. Hal ini terjadi karena valin cocok masuk ke kantong hidrofobik pada permukaan dari molekul deoxyhemoglobin S kedua.

[Fatimahyasmin]

Hemoglobin adalah protein yang kaya akan zat besi. Ia memiliki afinitas (daya gabung) terhadap oksigen dan dengan oksigen itu membentuk oxihemoglobin di dalam sel darah merah. Dengan melalui fungsi ini maka oksigen di bawa dari paru-paru ke jaringan-jaringan (Evelyn,2000).

Hemoglobin merupakan molekul yang terdiri dari kandungan heme (zat besi) dan rantai polipeptida globin (alfa,beta,gama, dan delta), berada di dalam eritrosit dan bertugas untuk mengangkut oksigen. Kualitas darah ditentukan oleh kadar haemoglobin. Stuktur Hb dinyatakan dengan menyebut jumlah dan jenis rantai globin yang ada. Terdapat 141 molekul asama amino pada rantai alfa, dan 146 mol asam amino pada rantai beta, gama dan delta. Nama Hemoglobin merupakan gabungan dari heme dan globin.

Heme adalah gugus prostetik yang terdiri dari atom besi, sedang globin adalah protein yang dipecah menjadi asam amino. Hemoglobin terdapat dalam sel-sel darah merah dan merupakan pigmen pemberi warna merah sekaligus pembawa oksigen dari paru-paru ke seluruh sel-sel tubuh.Setiap orang harus memiliki sekitar 15 gram hemoglobin per 100 ml darah dan jumlah darah sekitar lima juta sel darah merah per millimeter darah.

Hemoglobin dapat diukur secara kimia dan jumlah Hb/100 ml darah dapat digunakan sebagai indek kapasitas pembawa oksigen pada darah. Kekurangan Hemoglobin menyebabkan terjadinya anemia, yang ditandai dengan gejala kelelahan, sesak napas, pucat dan pusing. Kelebihan Hemoglobin akan menyebabkan terjadinya kekentalan darah jika kadarnya sekitar 18-19 gr/ml. yang dapat mengakibatkan stroke.

Kadar hemoglobin dapat dipengaruhi oleh tersedianya oksigen pada tempat tinggal, misalnya Hb meningkat pada orang yang tinggal di tempat yang tinggi dari permukaan laut. Selain itu, Hb juga dipengaruhi oleh posisi pasien (berdiri, berbaring), variasi diurnal (tertinggi pagi hari) (detikhealt, 2011).

Kadar Hemoglobin

Kadar hemoglobin adalah ukuran pigmen respiratorik dalam butiranbutiran darah merah (Costill,1998). Jumlah hemoglobin dalam darah normal kira-kira 15 gram setiap 100 ml darah dan jumlah ini biasanya disebut “100 persen” (Evelyn,2009). Batas normal nilai hemoglobin untuk seseorang sukar ditentukan karena kadar hemoglobin bervariasi diantara setiap suku bangsa.

Hasil pemeriksaan kadar hemoglobin juga dapat dipengaruhi oleh peralatan pemeriksaan yang dipergunakan. Antara cara sahli yang sederhana dengan cara yang lebih modern dengan alat fotometer tentu akan ada perbedaan hasil yang ditampilkan. Namun demikian WHO telah menetapkan batas kadar hemoglobin normal berdasarkan umur dan jenis kelamin (WHO dalam Arisman,2002).

Struktur Hemoglobin

Hemoglobin adalah metaloprotein pengangkut oksigen yang mengandung besi dalam sel merah dalam darah mamalia dan hewan lainnya. Hemoglobin adalah suatu protein dalam sel darah merah yang mengantarkan oksigen dari paru-paru ke jaringan di seluruh tubuh dan mengambil karbondioksida dari jaringan tersebut dibawa ke paru untuk dibuang ke udara bebas ( Evelyn, 2000 ).

Molekul hemoglobin terdiri dari globin, apoprotein, dan empat gugus heme, suatu molekul organik dengan satu atom besi. Mutasi pada gen protein hemoglobin mengakibatkan suatu golongan penyakit menurun yang disebut hemoglobinopati, di antaranya yang paling sering ditemui adalah anemia sel sabit dan talasemia.

Hemoglobin tersusun dari empat molekul protein (globulin chain) yang terhubung satu sama lain. Hemoglobin normal orang dewasa (HbA) terdiri dari 2 alpha-globulin chains dan 2 beta-globulin chains, sedangkan pada bayi yang masih dalam kandungan atau yang sudah lahir terdiri dari beberapa rantai beta dan molekul hemoglobinnya terbentuk dari 2 rantai alfa dan 2 rantai gama yang dinamakan sebagai HbF.

Pada manusia dewasa, hemoglobin berupa tetramer (mengandung 4 subunit protein), yang terdiri dari masing-masing dua subunit alfa dan beta yang terikat secara nonkovalen. Subunit-subunitnya mirip secara struktural dan berukuran hampir sama. Tiap subunit memiliki berat molekul kurang lebih 16,000 Dalton, sehingga berat molekul total tetramernya menjadi sekitar 64,000 Dalton.

Pusat molekul terdapat cincin heterosiklik yang dikenal dengan porfirin yang menahan satu atom besi; atom besi ini merupakan situs/loka ikatan oksigen. Porfirin yang mengandung besi disebut heme Tiap subunit hemoglobin mengandung satu heme, sehingga secara keseluruhan hemoglobin memiliki kapasitas empat molekul oksigen. Pada molekul heme inilah zat besi melekat dan menghantarkan oksigen serta karbondioksida melalui darah.

Kapasitas hemoglobin untuk mengikat oksigen bergantung pada keberadaan gugus prastitik yang disebut heme. Gugus heme yang menyebabkan darah berwarna merah. Gugus heme terdiri dari komponen anorganik dan pusat atom besi. Komponen organik yang disebut protoporfirin terbentuk dari empat cincin pirol yang dihubungkan oleh jembatan meterna membentuk cincin tetra pirol. Empat gugus mitral dan gugus vinil dan dua sisi rantai propionol terpasang pada cincin ini ( Nelson dan Cox, 2005 ).

Hemoglobin juga berperan penting dalam mempertahankan bentuk sel darah yang bikonkaf, jika terjadi gangguan pada bentuk sel darah ini, maka keluwesan sel darah merah dalam melewati kapiler jadi kurang maksimal. Hal inilah yang menjadi alasan mengapa kekurangan zat besi bisa mengakibatkan anemia. Jika nilainya kurang dari nilai diatas bisa dikatakan anemia, dan apabila nilainya kelebihan akan mengakibatkan polinemis( Evelyn, 2000 ).

Mioglobin (BM 16700, disingkat Mb) merupakan protein pengikat oksigen yang relatif sederhana, ditemukan dalam konsentrasi yang besar pada tulang dan otot jantung, membuat jaringan ini berwarna merah yang berfungsi sebagai penyimpan oksigen dan sebagai pembawa oksigen yang meningkatkan laju transpor oksigen dalam sel otot.

Mamalia yang menyelam seperti ikan paus yang menyelam dalam waktu lama, memiliki mioglobin dalam konsentrasi tinggi dalam ototnya. Protein seperti mioglobin juga banyak ditemukan pada organisme sel tunggal. Mioglobin merupakan polipeptida tunggal dengan 153 residu asam amino dan satu molekul heme.

Komponen protein dari mioglobin yang disebut globin, merupakan rantai polipeptida tunggal yang berisi delapan α-heliks . Sekitar 78% residu asam amino dari protein ditemukan dalam α-heliks ini. Lipatan rantai globin membentuk celah yang hampir terisi gugus heme. Heme bebas [Fe2+] mempunyai afinitas tinggi terhadap O2 dan dioksidasi searah membentuk hematin [Fe3+]. Hematin tidak dapat mengikat O2.

Interaksi nonkovalen antara sisi asam amino rantai dan cincin porfirin nonpolar yang mengandung celah sisi ikat oksigen meningkatkan afinitas heme terhadap O2. Peningkatan afinitas melindungi Fe2+ dari oksidasi dan memungkinkan pengikatan oksigen yang reversibel.

Semua asam amino yang berinteraksi dengan heme nonpolar kecuali dua histidin, yang berikatan langsung dengan atom besi heme dan histidin yang lain menstabilkan sisi ikat oksigen. Ketika oksigen terikat pada heme bebas, aksis dari molekul oksigen posisinya pada sudut ikatan Fe-O, berlawanan dengan hal ini, ketika CO2 berikatan dengan heme bebas Fe, C dan O berada pada garis lurus.

Kedua kasus tersebut mencerminkan geometri orbital hibridisasi masing-masing ligan. Pada mioglobin, His64 (His E7), pada sisi ikat O2heme, terlalu jauh untuk berkoordinasi dengan heme besi, tetapi berinteraksi dengan ligan yang terikat pada heme. Residu ini disebut distal his, yang tidak berefek pada pengikatan oksigen tetapi dapat menghalangi pengikatan linier CO, menjelaskan pengurangan pengikatan CO ke heme( Nelson dan Cox, 2005).

[Farahamelia]

Hemoglobin merupakan pigmen merah pembawa oksigen dalam darah merah. Hemoglobin merupakan protein yang berbentuk molekul bulat dan terdiri atas empat subunit. Tiap subunit mengandung satu gugus heme yang terkonjugasi oleh suatu polipeptida. Heme adalah suatu derivat porfirin yang mengandung besi.

Polipeptida-polipeptida itu secara kolektif disebut sebagai bagian globulin dari molekul hemoglobin. Ada dua pasang polipeptida di setiap molekul hemoglobin (Ganong, 2008). Sintesis hemoglobin dimulai saat proerythroblasts dan berlanjut sampai tahap reticulocyte dari sel darah merah. Ketika reticulocyte meninggalkan sumsum tulang dan masuk ke dalam aliran darah, proses pembentukan hemoglobin terus berlanjut hingga sel darah merah menjadi dewasa. Rendahnya oksigen dalam darah menyebabkan peningkatan produksi hemoglobin dan eritrosit (Guyton dan Hall, 2010).

Pembentukan hemoglobin membutuhkan beberapa nutrien seperti protein, terutama glisin, dan mineral besi (Adriani et al., 2010). Hemoglobin mengikat oksigen untuk membentuk oksihemoglobin, O2 menempel pada Fe2+ di heme. Afinitas hemoglobin terhadap oksigen dipengaruhi oleh oksigen, pH, suhu, dan konsentrasi 2,3-bifosfogliserat (2,3-BPG) dalam sel darah merah. 2,3 BPG dan H+ akan berkompetisi dengan O2 berkaitan dengan hemoglobin dengan oksigenasi sehingga afinitas hemoglobin terhadap oksigen berkurang dengan bergesernya posisi empat rantai peptida (Ganong, 2008).

Berat molekul hemoglobin berkisar 66.000-69.000. Adanya inti dalam sel darah merah unggas menyebabkan kadar hemoglobinnya menjadi lebih rendah dari mamalia. Menurut Guyton (1997), produksi hemoglobin dipengaruhi oleh kadar besi (Fe) dalam tubuh karena besi merupakan komponen penting dalam pembentukan molekul heme. Besi diangkut oleh transferin ke mitokondria, tempat dimana heme disintesis. Jika tidak terdapat transferin dalam jumlah cukup, maka kegagalan pengangkutan besi menuju eritoblas dapat menyebabkan anemia hipokromik yang berat, yaitu penurunan jumlah eritrosit yang mengandung lebih sedikit hemoglobin. Gangguan dalam pembentukan eritrosit dapat memengaruhi kadar hemoglobin unggas.

Menurut Wardhana et al. (2001), faktor yang memengaruhi kadar hemoglobin adalah umur hewan, spesies, lingkungan, pakan, ada tidaknya kerusakan eritrosit, dan penanganan darah pada saat pemeriksaan. Kadar hemoglobin dipengaruhi oleh kadar oksigen dan jumlah eritrosit, sehingga ada kecenderungan jika jumlah eritrosit rendah, maka kadar hemoglobin akan rendah dan jika oksigen dalam darah rendah, maka tubuh terangsang meningkatkan produksi eritrosit dan hemoglobin (Schalm, 2010).

Wardhana et al. (2001), sintesis hemoglobin berhubungan dengan proses pembentukan eritrosit. Adanya inti dalam eritrosit unggas menyebabkan kadar hemoglobinnya menjadi lebih rendah dari mamalia. Menurut Mangkoewidjojo dan Smith (1988), kadar hemoglobin normal pada ayam berkisar antara 7,3–10,9 g/dl.

Menurut Poedjiadi (1994), kelebihan hemoglobin dari keadaan normal disebut policitaemia. Penyebabnya karena kelebihan olahraga, orang yang tinggal di daerah tinggi. Policitaemia mengakibatkan naiknya viscositas darah, kadang sampai 5 kali lipat kadang sampai memberatkan kerja jantung. Jumlah hemoglobin dalam darah pada hewan ternak normal kira-kira 100 g tiap ml darah, jika jumlah hemoglobin dalam darah berkurang disebut anemia. Penyebab anemia adalah karena kekurangan zat besi (Pearce, 1989).