Metabolisme Mineral
- 1. “Metabolisme Mineral” MAKALAH Disusun Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Metabolisme Dosen : Dr. Prima Endang Susiliwati, M.Si Oleh : MUH. EDIHAR (G2L1 15 011) PROGRAM STUDI PASCASARJANA KIMIA UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI 2015
- 2. METABOLISME MINERAL Vitamin dan Mineral merupakan dua hal yang sering kita dengar. Mineral adalah kelompok mikronutrien bagi tubuh. Artinya, zat gizi ini hanya dibutuhkan dalam jumlah kecil untuk mendukung proses tumbuh dan kembangnya tubuh kita. Banyak yang menganggap bahwa vitamin sama dengan mineral. Padahal dalam struktur kimia kedua nutrisi ini memiliki bentuk yang berbeda sekali pun memiliki beberapa fungsi yang hampir sama. Secara umum, mineral terbagi menjadi 2 macam, yaitu makro mineral dan mikro mineral. Makro mineral adalah mineral yang ada di dalam tubuh lebih dari 0.01% dari berat badan dan dibutuhkan oleh tubuh dalam jumlah lebih dari 100 mg/hari seperti Ca (kalsium), P (fosfor), Na (natrium), K (kalium), Cl (klorida), dan S (sulfur). Mineral mikro terdapat dalam tubuh kurang dari 0.01% berat tubuh dan hanya dibutuhkan dalam jumlah kurang dari 100 mg/hari seperti besi (Fe), tembaga (Cu), iodine (I2), zinc (Zn), kobalt (Co), dan Se (selenium). Dalam tubuh mineral akan melaui beberapa proses sebelum di serap oleh tubuh . Salah satu proses dalam tubuh adalah bagaimana mineral dapat melalui atau melewati membran atau yang dikenal dengan transport memberan. Transport memberan sendiri terbagi menjadi dua yaitu transport aktif dan pasif.
- 3. Gambar : Mineral 1. Metabolisme Mineral Mineral, (kecuali K dan Na), membentuk garam dan senyawa lain yang relatif sukar larut, sehingga sukar diabsorpsi. Absorpsi mineral sering memerlukan protein pengemban spesifik (spesific carrier proteins), sintesis protein ini berperan sebagai mekanisme penting untuk mengatur kadar mineral dalam tubuh. Ekskresi sebagian besar mineral melalui ginjal, ada juga disekresi kedalam getah pencernaan, empedu dan hilang dalam feses. Kelainan akibat kekurangan mineral. Kekurangan intake semua mineral esensial dapat menyebabkan sindroma klinik.Bila terjadi difisiensi biasanya sekunder, akibat malabsorpsi, perdarahan, berlebihan (besi), penyakit ginjal(kalsium), atau problem klinis lain. Kelaianan akibat kelebihan mineral. Kelebihan intake dari hampir semua mineral menyebabkan gejala toksik. Sumber dan kebutuhan mineral sehari-hari. Mineral esensial dan unsur runutan ditemukan dalam sebagian besar makanan, terutama biji-bijian utuh, buah,
- 4. sayuran, susu, daging dan ikan. Biasanya dalam makanan hanya dalam jumlah yang sedikit. A. Transport aktif Transpor aktif adalah pergerakan atau pemindahan yang menggunakan energy untuk mengeluarkan dan memasukan ion - ion dan molekul melalui membran sel yang bersifat parmeabel dengan tujuan memelihara keseimbangan molekul kecil di dalam sel. Mineral di dalam tubuh akan mengalami reaksi desosiasi menjadi ion-ion dan molekul kecil untuk melalui memberan sel. Pada transport aktif mineral akan melalui memberan sel seperti halnya ion Natrium (Na+ ), ion kalium (K+ ), dan ion Clorium (Cl- ) melalui pompa Natrium - kalium pada membrane sel. Transpor aktif dipengaruhi oleh muatan listrik di dalam dan di luar sel, dimana muatan listrik ini ditentukan oleh ion natrium (Na+ ), ion kalium (K+ ), dan ion klorin (Cl- ). Keluar masuknya ion Na+ dan K+ diatur oleh pompa natrium - kalium. Transpor aktif dapat berhenti jika sel didinginkan, mengalami keracunan, atau kehabisan energi. Transpor aktif memerlukan molekul pengangkut berupa protein integral pada membran, dimana di dalam molekul ini, terdapat situs pengikatan. Proses transport aktif dimulai dengan pengambilan tiga ion Na+ dari dalam sel dan menempati situs pengikatan pada protein integral. Energi diperlukan untuk mengubah bentuk protein integral pada membran yang sebelumnya membuka kearah dalam sel menjadi membuka kebagian luar sel. Selanjutnya, ion Na+ terlepas dari situs
- 5. pengikatan dan keluar dari protein integral menuju keluar sel. Kemudian dari luar sel, dua ion K+ menempati situs pengikatan di protein integral. Bentuk protein integral berubah, dari sebelumnya membuka kearah luar menjadi membuka kearah dalam sel dan ion kalium dilepaskan kedalam sel. Gambar : Pompa Natrium (Na+ )-Kalium (K+ ) B. Transport pasif Transpor pasif adalah perpindahan molekul atau ion tanpa menggunakan energi sel. Perpindahan molekul tersebut terjadi secara spontan, dari konsentrasi tinggi ke rendah. Jadi, pejalan itu terjadi secara spontan. Contoh transpor pasif adalah difusi, osmosis, dan difusi terfasilitasi. Difusi adalah penyebaran molekul zat dari konsentrasi (kerapatan) tinggi ke konsentrasi rendah tanpa menggunakan energi. Secara spontan, molekul zat dapat berdifusi hingga mencapai kerapatan molekul yang sama dalam satu ruangan. Sebagai contoh, setetes parfum akan menyebar ke seluruh ruangan (difusi gas di dalam
- 6. medium udara). Molekul dari sesendok gula akan menyebar ke seluruh volume air di gelas meskipun tanpa diaduk (difusi zat padat di dalam medium air), hingga kerapatan zat tersebut merata. Osmosis adalah perpindahan ion atau molekul air (dari kerapatan tinggi ke kerapatan rendah dengan melewati satu membran. Osmosis dapat didefinisikan sebagai difusi lewat membran. Pada transport pasif osmosis, di dalam tubuh mineral akan terionisasi menjadi zat-zat elektrolit yang dapat diserap dalam tubuh. Zat-zat yang memiliki sifat elektrolit lemah lebih cepat melewati membran daripada elektrolit kuat. Contoh zat- zat yang dapat melewati membran dari yang paling cepat hingga yang paling lambat antara lain: Na+ , K+ , Cl- , Ca2+ , Mg2- , Fe3+ . Seperti halnya glukosa, transport mineral melalui Transport glukosa melalui glukosa permease dari eritrosit. Mineral masuk ke dalam eritrosit melalui facilitated transport. Laju transport dengan menggunakan glukosa permease adalah 50.000 kali lebih cepat daripada laju transport tanpa glukosa permease. Pada transport pasif difusi mineral melewati membrane melalui saluran yang disebut CHANNEL MEDIATED. CHANNEL-dimediasi DIFUSI difasilitasi dalam saluran dimediasi difasilitasi difusi, zat terlarut bergerak menuruni konsentrasi gradien melintasi bilayer lipid melalui membran channel. Sebagian besar saluran membran saluran ion, protein trans membran integral yang memungkinkan zat atau molekul kecil, anorganik ion yang terlalu hidrofilik untuk menembus nonpolar yang
- 7. interior dari lapisan ganda lipid. Setiap ion dapat menyebar di seluruh membran hanya pada situs tertentu. Gambar : Transport Pasif Difusi Mineral Dalam membran plasma ion yang paling banyak yaitu K+ (ion kalium) atau Cl- (ion klorida) dan ion yang sedikit yaitu Na+ (ion natrium) atau Ca2+ (ion kalsium). Difusi ion melalui saluran umumnya lebih lambat dari difusi gratis melalui lapisan ganda lipid karena saluran menempati sebagian kecil dari total luas permukaan membran daripada lipid. Namun, difasilitasi difusi melalui saluran adalah proses yang sangat cepat yaitu lebih dari juta ion kalium dapat mengalir melalui channel ini. Sebuah channel dikatakan terjaga keteraturannya ketika bagian dari protein saluran bertindak sebagai gerbang, berubah bentuk dalam satu cara untuk membuka pori dan
- 8. cara lain untuk menutupnya. Ion-ion akan keluar masuk dengan seiringnya terbuka dan tertutupnya gerbang tersebut, ini diatur oleh perubahan kimia atau listrik di dalam dan di luar sel. Ketika gerbang saluran terbuka, ion berdifusi ke dalam atau keluar dari sel, menuruni gradien elektrokimia. 2. Kalsium (Ca) Ca diabrospsi duodenum dan jejunum proksimal oleh protein pengikat Ca yang disintesis sebagagi respon terhadap kerja 1,25-dihidroksikolekalsiferol (1,25- dihidroksi vitamin D). Abrospsi dihambat oleh senyawa yang membentuk garam Ca yang tidak larut. Kalsium diekskresi melalui ginjal bila kadarnya diatas 7 mg/100 ml. Sejumlah besar diekskresi melalui usus dan hampir semuanya hilang dalam feses. a. Pengaturan keseimbangan kalsium Untuk mempertahankan kadar kalsium dalam keadaan normal, diperlukan interaksi beberapa proses antara lain : 1. Pemasukan yang berasal dari makanan dan absorpsi saluran cerna 2. Pengeluaran melalui ekskresi urin dan feses 3. Keseimabnan formasi dan resorpsi tulang yang disebut sebagai dinamika tulang (bone turnover) Untuk menjamin keseimbangan proses-proses diatas
- 9. dengan baik diperlukan pengaturan secara hormonal yaitu Hormon paratiroid, Vitamin D dan Kalsitonin 3. Fosfat Fosfat bebas diabsorpsi dalam jejunum bagian tengah dan masuk aliran darah melalui sirkulasi portal. Pengaturan absorpsi fosfat diatur oleh 1 , 25–dihidroksi kolekalsiferol (1,25-dihidroksivitamin D). Fosfat ikut dalam pengaturan derivat aktif vitamin D. Bila kadar fosfat serum rendah, pembentukan 1,25-dihidroksi vitamin D dalam tubulus renalis dirangsang, sehingga terjadi penambahan absorpsi fosfat dari usus. Deposisi fosfat sebagai hidroksiapatit dalam tulang diatur oleh kadar hormon paratiroid. 1,25-dihidroksi vitamin D, memegang peranan yang memungkinkan hormon paratiroid melakukan mobilisasi kalsium dan fosfat dari tulang. Ekskresi fosfat terjadi terutama dalam ginjal. 80 persen – 90 persen fosfat plasma difiltrasi pada glomerulus ginjal. Jumlah fosfat yang diekskresi dalam urin menunjukkan perbedaan antara jumlah yang difiltrasi dan yang direabsorpsi oleh tubulus proximal dan tubulus distal ginjal. 1,25-Dihidroksivitamin D merangsang reabsorpsi fosfat bersama kalsium dalam tubulus proksimal. Hormon paratiroid mengurangi reabsorpsi fosfat oleh tubulus renalis sehingga mengurangi efek 1,25- Dihidroksivitamin D pada ekskresi fosfat. Bila tidak ada efek kuat hormon paratiroid, ginjal mampu memberi respon terhadap 1,25-dihidroksi vitamin D dengan pengambilan semua fosfat yang difiltrasi.
- 10. 4. Natrium Natrium diabsorpsi di usus halus secara aktif (membutuhkan energi), lalu dibawa oleh aliran darah ke ginjal untuk disaring kemudian dikembalikan ke aliran darah dalam jumlah cukup untuk mempertahankan taraf natrium dalam darah. Kelebihan natrium akan dikeluarkan melalui urin yang diatur oleh hormon aldosteron yang dikeluarkan oleh kelenjar adrenal jika kadar natrium darah menurun. Ekskresi natrium terutama dilakukan oleh ginjal. Pengaturan eksresi ini dilakukan untuk mempertahankan homeostasis natrium, yang sangat diperlukan untuk mempertahankan volume cairan tubuh. Pengeluaran natrium juga terjadi lewat pengeluaran keringat dan tinja dalam jumlah kecil. Kekuran natrium dari rute-rute ini dapat mengakibatkan kematian pada kasus berkeringat dan diare yang berlebihan. Ingesti natrium dipengaruhi oleh rasa dan dorongan homeostatis (selera terhadap garam) untuk mempertahankan keseimbangan natrium. Hewan mempunyai dorongan untuk memakan garam yang di picu oleh natrium plasma yang rendah. 5. Magnesium Kejadian metabolik dalam rumen kebanyakan ditentukan dari jumlah konsumsi magnesium. Magnesium diabsorpsi melalui kombinasi transfor aktif dan transfor pasif. Proses utama normalnya adalah transport pasif dan dimulai pada membran apikal mukosa rumen, dimana uptake magnesium diarahkan oleh perbedaan
- 11. potensial negatif yang berbeda. Dan dihambat oleh konsentrasi tinggi potassium dalam rumen. Proses carrier-mediated memungkinkan terjadinya pertukaran ion magnesium dan hidrogen dan tidak sensitif terhadap potassium, menjadi proses dominan pada konsentrasi magnesium luminal yang tinggi. Absorpsi magnesium diselesaikan oleh proses sekunder melalui transport aktif, terletak dalam membran basolateral yang dapat disaturasi dan kontrol kealiran darah. Dalam spesies tertentu, pengaruh utama pada absorpsi magnesium adalah faktor yang dapat berpengaruh pada kelarutan konsentrasi magnesium dalam rumen dan perbedaan potensial negatif diseluruh mukosa rumen. Magnesium sulit difiltrasi di gromerulus dibanding kebanyakan makromineral, tetapi dalam jumlah yang cukup difiltrasi dan lolos dari reabsorpsi tubuler yang dikeluarkan melalui urin. 6. Potassium Penyerapan potassium terutama terjadi di usus halus non ruminansia oleh proses yang tidak teratur. Pada ruminansia penyerapan potassium diabsorpsi secara pasif saat memasuki rumen, selama proses ini terjadi penurunan perbedaan potensial apikal pada permukaan mukosa. Potassium memasuki aliran darah sebagian besar melalui membran basolateral dari mukosa usus. a. Membran Transport Ada mekanisme yang lebih baik untuk mengangkut potassium melintasi membran dibandingkan unsur lainnya, tetapi pada dasarnya mempertahankan
- 12. konsentrasi intraseluler potassium tetap tinggi. Selain itu, potassium juga sebagai pompa ATPase dan co-transporter, terdapat ATPase dari hidrogen/potassium dan enam jenis saluran potassium, masing-masing mempunyai ciri khasnya masing- masing. Penyesuaian short-term untuk pasokan fluktuasi potassium dapat dibuat melalui perubahan fluks potasium kedalam sel, di bawah pengaruh insulin. Selanjutnya diperlukan untuk regulasi yang terletak pada sitotoksitas pada level sirkulasi potassium yang tinggi. 7. Besi (Fe) Ketika besi diabsorbsi dari usus halus menuju ke plasma darah, besi tersebut bergabung dengan apotransferin membentuk transferin, yang selanjutnya diangkut dalam plasma darah. Besi dan apotransferin berikatan secara longgar, sehingga memungkinkan untuk melepaskan partikel besi ke sel jaringan dalam tubuh yang membutuhkan. Absorbsi besi diatur melalui besarnya cadangan besi dalam tubuh. Absorbsi besi rendah jika cadangan besi tinggi, sebaliknya jika cadangan besi rendah absorbsi besi ditingkatkan. Setelah itu, besi dalam tranferin di plasma darah masuk ke dalam sumsum tulang untuk pembentukan eritrosit dan hemoglobin. Besi yang berlebih akan bergabung dengan protein apoferritin, membentuk ferritin dan disimpan dalam sistem retikuloendotelial (RE). Oleh karena apoferritin mempunyai berat molekul besar, 460.000, ferritin bisa mengikat sejumlah besar besi. Besi yang disimpan sebagai ferritin disebut besi cadangan. Ditempat penyimpanan, terdapat besi yang
- 13. disimpan dalam jumlah yang sedikit dan bersifat tidak larut, yang disebut hemosiderin. Bila jumlah besi dalam plasma sangat rendah, besi yang terdapat dipenyimpanan ferritin dilepaskan dengan mudah ke dalam plasma, dan diangkut dalam bentuk transferin dan kembali ke sumsum tulang untuk dibentuk eritrosit. Bila umur eritrosit sudah habis dan sel dihancurkan, maka hemoglobin yang dilepaskan dari sel akan dicerna oleh sistem makrofag-monosit. Disini terjadi pelepasan besi bebas, dan disimpan terutama di tempat penyimpanan ferritin yang akan digunakan untuk kebutuhan pembentukan hemoglobin baru. 8. Zink Seperti halya besi, zink diabsorpsi relatif sedikit. Dari konsumsi zink 4-14 mg/hari, hanya 10-40 %-nya yang diabsorpsi. Absorpsi menurun dengan adanya agen pengikat atau kelat sehingga mineral tersebut tidak terserap. Zink berikatan dengan ligan yang mengandung sulfur, nitrogen atau oksigen. Zink membentuk kompleks dengan fosfat (PO4), klorida (Cl- ) dan karbonat (HCO3). Buffer N-2-hydroxyethyl- pysera-zine-N′-2-ethanesulfonic acid (HEPES) berefek kecil terhadap ikatan zink dengan ligan tersebut. Zink dapat berikatan dengan ligan tersebut dan diekskresikan melalui feces. Pada sistem pencernaan, mineral dicerna di usus halus.
- 14. 9. Tembaga Unsur tembaga yang terdapat dalam makanan melalui saluran pencernaan diserap dan diangkut melalui darah. Segera setelah masuk peredaran darah, unsur tembaga akan berikatan dengan protein albumin. Kemudian diantarkan dan dilepaskan kepada jaringan-jaringan hati dan ginjal lalu berikatan dengan protein membentuk enzim-enzim, terutama enzim seruloplasmin yang mengandung 90 – 94% tembaga dari total kandungan tembaga dalam tubuh. Ekskresi utama unsur ini ialah melalui empedu, sedikit bersama air seni dan dalam jumlah yang relatif kecil bersama keringat dan air susu. Jika terjadi gangguan-gangguan pada rute pembuangan empedu, unsur ini akan diekskresi bersama air seni. 10. Selenium Metabolisme selenium Pemecahan antara absorbsi selenium dan ketersediaan selenium mengakibatkan perbedaan besar dalam post-absorbsi metabolism antara selenomethionin dan sumber lain. Hal ini menimbulkan efek pada retensi selenium, ekskresi dan transfer pada plasenta dan mammary. Jalur terpisah Selenomethionin memeasuki penyimpanan methionine dan proporsi variable menjadi dimana methionine lebih dibutuhkan dibanding selenium, tetapi konversi parsial menjadi selenocystine (seCys) melalui lyase dan adenosilmethionine mungkin terjadi. seCy dapat dimasukkan ke selenoprotein P dalam hati dan dibawa ke plasma,
- 15. dimana diambil dan dimasukkan kedalam salah satu dari banyak fungsional selenophospatsintase dalam jaringan. Selenite dan selenate direduksi menjadi selenide dan dimasukkan ke dalam seleno protein P. dosis oral dan parenteral dari 75 selenomethionine sama- sama di metabolisme setelah melalui hati, clearance aliran darah sangat lambat (paruh waktu dalam plasma 12 hari). Sebagian besar disimpan dalam otot dan selenium dipertahankan dalam hati dan ginjal yang berikatan dengan protein. Sebaliknya, clearance selenocytine atau selenium anorganik terlalu cepat. Masuknya seleniumcytin ke dalam eritrosit cytosolic glutasi peroksidasi(GPX) terjadi pada eritropoiesis dan terjadi lag sebelum hasil GPX dilepaskan pada aliran darah. Selenomethionin, disisi lain dapat dimasukkan kedalam eritrosit sebagai methionin dalam hemoglobin. Beberapa transfer selenium dari selenomethionin ke selenocystine terjadi selama transsilverasi atau transaminasi kecuali dan sampai hal tersebut terjadi, selenomethionin (bukan selenocystine) dipengaruhi oleh pasokan dan kebutuhan methionin. Jika konsumsi kekurangan methionin, suplementasi selenomethionin dengan selenomethionin dapat meningkatkan selenium dalam jaringan selama penurunan aktivitasi GPX pada saat kebutuhan methionin tinggi seperti pada awal laktasi dan masa penyapihan. Pada ruminansia, metabolism selenium akan berlangsung dipengaruhi oleh pengurangan sulfur dan pasokan nitrogen dan faktor lain yang mempengaruhi sintesis mikroba pada rumen.