PORFIRIN
Porfirin adalah suatu senyawa organik yang mengandung empat cincin pirol, suatu cincin segi lima yang terdiri dari empat atom karbon dengan atom nitrogen pada satu sudut. Senyawa ini ditemukan pada sel hidup hewan dan tumbuhan, dengan berbagai macam fungsi biologis. Empat atom nitrogen di tengah molekul porfirin dapat mengikat ion logam seperti magnesium, besi, seng, nikel, kobal, tembaga, dan perak. Tiap-tiap logam yang diikat akan memberikan sifat yang berbeda-beda. Jika logam yang diikat di pusat adalah besi, maka kompleks porfirin disebut ferroporfirin, atau heme.
Empat gugus heme ini dapat bergabung menyusun hemoglobin, molekul dalam sel darah merah yang berfungsi mengikat oksigen. Sementara vitamin B12 mengandung molekul porfirin dengan ion kobal di tengahnya. Pada klorofil yang merupakan molekul penting pada tanaman yang menangkap energi matahari dan memberi warna hijau, molekul porfirin mengikat ion logam pusat magnesium (Mg).
Sifat khas porfirin:
pembentukan kompleks dengan ion-ion logam yang terikat pada atom N cincin-cincin pirol
Contoh: heme = porfirin + Fe2+
(porfirin besi/heme)
klorofil = porfirin + Mg2+
(porfirin magnesium/klorofil)
Di alam, metaloporfirin terkonjugasi dengan protein membentuk senyawa-senyawa antara lain:
1. Hemoglobin (Hb)
-merupakan porfirin besi yang terikat pada protein globin
-fungsi: mengangkut O2 di darah
2. Eritrokruorin
-terdapat pada beberapa invertebrata
-fungsi: hampir sama dengan Hb
3. Mioglobin
-pengangkut O2 di jaringan otot (pigmen pernafasan)
4. Sitokrom
-fungsi: pemindah elektron pada proses redoks
5. Katalase
-heme + protein
-pemecah 2H2O2 menjadi 2H2O + O2
6. Triptofan pirolase
-mengkatalisa oksidasi triptofan menjadi formil kinurenin
Fungsi porfirin:
1. Membentuk senyawa sebagai pengangkutan O2
2. Membentuk senyawa sebagai pengangkutan elektron
3. Membentuk senyawa sebagai enzim enzim tertentu
Perbedaan antara porfirin satu dengan yang lain adalah jenis
senyawa yang mensubstitusinya
STRUKTUR PORFIRIN
Menyingkat rumus porfirin dengan menghilangkan jembatan metenil dan setiap cincin pirol yang diperlihatkan sebagai tanda kurung dengan 8 tanda substituent.
BIOSINTESA HEME
Ada 2 tahap, yaitu:
1. sintesa porfirin
2. sintesa heme
Selama proses metabolisme bahan-bahan di atas, pemakaian heme untuk sintesa sitokrom P 450 meningkat sehingga konsentrasi heme dalam sel menurun yang menyebabkan meningkatnya amlev sintetase Protoporfirin III + Fe2+ heme sintetase heme ferokelatase (di mitokondria). Sintesa heme terjadi dalam sebagian besar jaringan mamalia, kecuali eritrosit dewasa (karena tidak mengandung mitokondria).
Pengendalian biosintesa heme:
Yang pegang peranan adalah amlev sintetase Yang menghambat amlev sintetase:
1. heme
2. apopressor
3. glukosa
4. hematin in vivo
Yang meningkatkan amlev sintetase (karena dimetabolisir di hati dengan menggunakan hemoprotein spesifik, yaitu:
sitokrom P 450 yang dibuat dari heme):
1. insektisida
2. bahan karsinogen
3. obat-obatan (steroid)
4. hormon estrogen
5. besi dalam bentuk chelated
KIMIA PORFIRIN
Porfirin mengandung nitrogen tersier pada 2 cincin pirolen sehingga bersifat basa lemah dan adanya gugus karboksil pada rantai sampingnya menyebabkan juga bersifat asam. Titik isoelektrisnya pada pH 3,0 – 4,0 mudah diendapkan dalam larutan air Yang berwarna adalah porfirin dan derivat-derivatnya yang mempunyai spektrum absorbsi pada daerah yang dapat dilihat dan daerah UV.
Contoh: larutan porfirin dalam HCl 5% mempunyai pita absorbsi pada 400 nm disebut PITA SORET (ciri-ciri penting!) Hematoporfirin mempunyai 2 pita absorbsi yang lebih lemah pada 550 nm dan 592 nm di samping pita soret -dalam pelarut organik, porfirin menunjukkan 4 pita utama seperti pita soret.
-bila dilarutkan dalam asam mineral kuat atau pelarut organik dan kemudian disinari dengan UV akan memancarkan fluoresensi merah yang kuat untuk mendeteksi porfirin bebas dalam jumlah kecil.
HEME DISENTESIS DARI SUKSINIL-KoA & GLISIN
Dua bahan awal sintesis heme adalah suksinil-KoA, yang berasal dari siklus asam sitrat di mitokondria, dan asam amino glisin. Piridoksal fosfat juga diperlukan dalam reaksi sintesis heme untuk “mengaktifkan” glisin. Produk reaksi menggabungkan antara suksinil-KoA dan glisin adalah asam α-amino-β-ketoadipat, yang cepat didekarboksilasi untuk membentuk α-aminolevulinat (ALA).
Rangkaian reaksi ini dikatalisis oleh ALA sintase,yaitu enzim penentu kecepatan biosintesis porfirin dalam hepar mamlia.sintesis ALA terjadi dimittokodria.
Pembentukan Heme Memerlukan Penggabungan Besi dengan Protoporforin
Tahap terakhir sintesis heme adalah penggabungan besi fero dengan protoporfirin dalam suatu reaksi yang dikatalisis oleh ferokelatase(hemesintase),yaitu ezim metrokondria yang lain.
Tiga enzim terakir di jalur ini dan ALA sintase terletak di metrokondri,sedangkan enzim enzim lain terletak di sitosol.baik bentuk dari eridtroid maupun non eritroid(housekeeping)dari keempat enzim pertama ini dapat ditemukan.biosintesis heme terjadi di sebagian besar sel kecuali eritrosid matang yang tidak mengandung mitrokondria.namun,sekitar 85% sintesis heme terjadi di sel prekursor eritroid disumsum tulang dan sebagian besar sisanya di hepatosit.
Porfirin nogen yang dijelaskan diatas tidaklah berwarna dan mengandung 6 atom hydrogen tambahan bila dibandingkan dengan porfirin berwarna padananya.porfirin tereduksi inilah(porfirinogen) dan bukan porfirin padananya dan yang merupakan zat antara sejati dalam biosintesis protoporfiirin dan heme.
ALA Sintase adalah enzim regulatorik kunci dalam biosintesis Biosintesis Heme di Hepar
ALA Sintase terdapat dalam bentuk hepatic (ALAS 1) dan eritroid (ALAS 2). Reaksi penentu kecepatan dalam sintesis heme di hati adalah reaksi yang di katalisis oleh ALAS 1 suatu enzim regulatorik. Hemi juga memengaruhi translasi enzim dan pemindahannya dari sitosol ke mitokondria.
Banyak obat yang jika diberikan kepada manusia dapat menyebabkan peningkatan ALAS 1 secara mencolok. Sebagian besar obat ini metabolism oleh suatu system di hati yang menggunakan hemoprotein spesifik, yaitu sitokrom P450. Selama metabolisme obat-obat tersebut berlangsung pemakaian heme oleh sitokrom P450 sangat meningkat sehingga mengurangi konsentrasi heme intrasel. Penurunan konsentrasi heme intrasel akan memengaruhi derepresi ALAS 1 yang akan dibarengi oleh peningkatan laju sintesis heme untuk memenuhi kebutuhan sel.
Regulasi bentuk eritroid ALAS (ALAS 2) berbeda dari regulasi yang terjadi pada ALAS 1. Contohnya, enzim ini tidak induksi oleh obat yang memengaruhi oleh ALAS 1, dan enzim ini tadak mengalami regulasi umpan balik oleh heme.
PORFIRIN BERWARNA DAN BERFLUORESENSI
Berbagai porfirinogen tersebut tidak berwarna, sedangkan semua porfirin berwarna. Dalam penelitian tentang porfirin atau turunannya, spectrum absorpsi khas yang diperlihatkan masing-masing dalam region spectrum sinar tampak dan ultraviolet sangat bermanfaat. Salah satu contohnya adalah kurva absorpsi untuk suatu larutan porfirin dalam 5 % asam hidroklorida. Jika porfirin yang dilarutkan dalam asam mineral kuat atau dalam pelarut inorganic disinari oleh sinar ultraviolet, Porfirin tersebut akan memancarkan Fluoresensi merah yang kuat. Fluorsensi ini sedemikian khasnya sehingga sering digunakan mendeteksi adanya sejumlah kecil porfirin bebas. Ikatan yang menyatukan cincin – cincin pirol diporfirin merupakan penyebab utama absorpsi dan Fluoresensi khas senyawa golongan ini; ikatan rangkap ini tidak terdapat dalam porfirinogen.
Hal yang menarik sifat fotodinamik porfirin adaalah kemungkinan pemakaiannya dalam terapi kanker jenis tertentu, suatu prosedur yang disebut fototerapi kanker. Tumor sering membentuk lebih banyak porfirin disbanding jaringan normal. Jadi, Hematoporfirin atau senyawa terkait dapat diberikan kepada pasien yang mengidap tumor – tumor tertentu. Kemudian, tumor diberi laser asrgon yang akan menyebabkan eksitasi porfirin dan menimbulkan efek – efek sitotoksik.
Spektrofotometri Digunakan untuk Memeriksa Porfirin & Prekursornya
Koporoporfirin dan Uroporfirin bermanfaat secara klinis karena pada porfiria, Koproporfirin dan Uroporfirin di ekskresikan dalam jumlah besar. Senyawa – senyawa ini jika terdapat di urine atau feses, dapat dipisahkan satu sama lain melalui ekstrasi dengan menggunakan campuran pelarut yang sesuai. Keduanya lalu di identifikasikan dan dapat diukur dengan metode spektrofotometri.
ALA dan PBG dalam urine juga dapat diukur dengan uji kolometri yang sesuai.
PORFIRIA ADALAH PENYAKIT GENETIK METABOLISME HEME
Porfiria adalh sekelompok penyakit yang disebabkan oleh abnormalitas jalur biosentesis heme; penyakit ini dapat bersifat genetic atau didapat. Meskipun tidak prevalen, penyakit ini penting diingat dalam keadaan tertentu. (mis. Sebagai diagnosis banding nyeri abdomen dan pada berbagai kelainan neuropsikiatrik); jika tidak, pasien akan mendapat pengobatan yang tidak tepat.
Fotosensitivitas (lebih senang beraktivitas dimalam hari) dan bentuk tubuh yang aneh (disfigurement) yang diidap oleh sebagian penderita porfiria eritropoietik congenital menimbulkan anggapan bahwa para pasien ini mungkin merupakan suatu prototype werewolf (manusia srigala). Belum ada bukti yang menguatkan anggapan ini.
Biokomia Mendasari Kausa, Diagnosis, & Pengobatan Porfiria
Dilaporkan ada enam tipe porfiria yang terjadi akibat berkurangnya aktivitas enzim-enzim 3 sampai 8. Jadi, pemeriksaan aktivitas satu enzim atau lebih dengan menggunakan sumber yang tepat (mis. Sel darah merah) penting dalam menegakkan diagnosis pasti pada kasus yang dicurigai porfiria. Individu dengan penurunan aktivitas enzim 1 ( ALAS2) mengalami anemia dan bukan porfiria ( Lihatt table 31-2) pasien dengan aktiviitas enzim 2 ( ALA2 HIDRATASE ) yang rendah pernah dilakukan tetapi sangat jarang, kelainan yang timbul disebut porfiria deisien-ALA dehidratase.
Secara umum, porfiria diwariskan melalui autosom dominan dengan pengecualian porfiria eritropoetik congenital yang diwariskan secara resesif sebagian porfiria dapat didiagnosi sebelum kehamilan dengan menggunakan pelacak gen yang sesuai, seperti kebanyakan kelainan bawaan lain gejala dan tanda porfiria timbul akinat adanya defisiensi produk metabolic setelah blob enzimatik akibat penimbunan metabolic sebelum blog enzimatik. Jika kelainan enzim terjadi pada awal jalur reaksi sebelum terjadinya porfirinogen ALA dan PBG akan menumpuk di jaringan dan cairan tubuh secara klinis pasien mengeluh nyeri abdomen dan gejala neuropsikiatrik, dipihak lain blogenzim yang terjadi belakangan dalam jalur reaksi tersebut menyebabkan penimbunan berbagai porfirinogen. Produk-produk oksidasi yaitu turunan porfirin padanannya menyebabakan fotosensitifitas yakni suatu reaksi terhadap sinar tamapk terpancar gelombang sekitar 400nm porfirin jika terpajang dengan sinar berpanjang gelombang ini, diduga akan tereksitasi dan kemudian bereaksi dengan molekul oksigen untuk membentuk radikal oksigen. Radikal oksigen ini merusak lisosom dan organ lain. Lisosom yang rusak akan membebaskan enzim-enzim degradatif dan menyebabkan kerusakan kulit dalam derajat yang berfariasi termasuk pembentukan jaringan parut.
Porfiria dapat diklasifiikasikan berdasarkan organ atau sel yang paling terkena dampaknya.organ atau sel ini biasanya adalah organ atau sel yang menyintesis heme dengan sangat aktif.sumsum tulang membentuk cukup banyak hemoglobin,dan hepar juga aktif dalam menyintesis hemoprotein lain,sitokrom P450.oleh karena itu,salah satu klasifikasi porfiria nenbagi penyakit ini menjadi eritropoietik atau hepatic.
ALASI adalah enzim regulatorik kunci jalur biosintesis heme di hati.sejumlah besar obat(mis.barbiturat,griseofulvin)memici enzim.sebagian besar obat ini melakukannya dengan menginduksi sitokrom P450 yang menggunakan heme sehingga menderepresi (menginduksi) ALASI.pada pasien porfiria,peningkatan aktifitas ALASI menyebabkan peningkatan kadar berbagai precursor heme (sebelum hambatan/blok sintesis) yang berpotensi merugikan. Jadi,konsumsi obat yang dapat memicu sitokrom P450 (yang di sebut sebagai penginduksi mikrosom) dapat memici serangan porfiria.
Diagnosis tipe tertentu porfiria umumnya dapat di tegakkan berdasarkan gambaran klinis dan riwayat keluarga,pemeriksaan fisik,dan pemeriksaan laboratorium yang sesuai.
Timbal berkadar tinggi dapat memengaruhi metabolism heme dengan berikatan pada gugus SH enzim misalnya ferokelatase dan ALA dehidratase. Hal ini memengaruhi metabolism porfirin. Kadar protoporfirin meningkat di sel darah merah,dan kadar ALA dan koproporfirin di urine meningkat.
Diharapkan bahwa di masa mendatang porfiria dapat di tingkat gen. prinsip dasar terapi porfiria adalah simtomatik.
KATABOLISME HEME MENGHASILKAN BILIRUBIN
Jika hemoglobin dihancurkan,globin akan di urai menjadi asam-asam amino pembentuknya yang kemudian dapat di gunakan kembali, dan besi heme memasuki kompartemen besi (juga untuk didaun ulang) bagian porfirin yang bebas-besi juga diuraikan, terutama di sel repikulo endotel hati, limfa dan sumsum tulang. Kata bolisme heme dari semua protein heme tampaknya dilaksanakan difraksi mikrosom sel oleh suatu sistem enzim ko0mplek yang disebut heme oksigenase. Pada saat heme yang berasal dari protein heme mencapai sistem oksigenase, besi tersebut biasanya telah dioksidasi menjadi bentuk feri, yang membentuk hemen. Sistem heme oksigenase adalah sistem yang dapat di induksi oleh substrat. Besi fero kembali dioksidasi menjadi bentuk feri. Dengan penambahan oksigen lain, besi feri dibebaskan dan karbon monoksida dihasilkan serta terbentuk biliverdin dari pemecahan cincin tetrapirol dengan jumlah molar yang setara. Diperkirakan bahwa 1 g hemoglobin menghasilkan 35 mg bilirubin. Pembentukan belerubin harian pada orang dewasa adalah sekitar 250-350 mg yang terutama berasal dari hemoglobin meskipun ada juga yang diperoleh dari eritropoiesis inefektif dan berbagai protein heme lain, misalnya sitokrom P450. Perubahan kimia heme menjadi bilirubin oleh sel retikuloendotel dapat diamati in vivo sebagai warna ungu heme dalam hematom yang secara perlahan berubah menjadi pigmen kuning bilirubin. Bilirubin yang dibentuk di jaringan perifer diangkut ke hati oleh albumin plasma. Metabolisme bilirubin selanjutnya, berlangsung terutama dihati. Metabolism ini dapt dibagi menjadi tiga proses:
- Penyerapan bilirubin oleh sel parenkim hati
- Konjugasi bilirubin dengan glukuronat di retikulum endoplasma
- Sekresi bilirubin terkonjugasi kedalam empedu.
HATI MENYERAP BILIRUBIN
Bilirubin hanya sedikit larut dalam air, tetapi kelarutannya dalam plasma meningkat oleh pembentukan ikatan non kovalen dengan albumin. Sejumlah senyawa, misalnya antibiotik dan obat lain bersaing dengan bilirubin untuk menempati tempat pengikatan berafinitas tinggi di albumin. Jadi dsenyawa – senyawa ini dapat menggeser bilirubin dari albumin dan menimbulkan dampak klinis yang signifikal. Di hati, bilirubin dikeluarkan dari albumin dan diserap pada ,permukaan sinusoid hepatosit oleh suatu sistem yang diperantarai oleh suatu sistem kareier perantara yang dapat jenuh. Sistem transpor terfasilitasi ini memiliki kapasitas yang sangat besar, bahkan pada kondisi patologi sekalipun, sistem ini masih dapat membatasi laju metabolisme bilirubin.
Karena sistem transpor terfasilitasi ini memungkinkan tercapainya keseimbangan antara kedua sisi membran hepatosit, penyerapan netto bilirubin tergantung pada pengeluaran bilirubin melalui jalu-jalur metabolik berikutnya. Setalah masuk kedalam hepatosit, bilirubin berikatan dengan protein sitosol tertentu yang membantu senyawa ini tetap larut sebelum dikonjugasi. Liganding (Anggota famili glutation S-transferase) dan protein Y adalah protein-protein tang berperan. Keduanya juga membantu mencegah aliran balik bilirubin kedalam aliran darah.
Konjugasi Bilirubin dengan Asam Glukuronat Terjadi diHati
Bilirubin bersifat non polar dan akan menetap disel (misalnya terikat pada lipid) jika tidak dibuat llarut air. Hepatosit mengubah bilirubin menjadi bentuk polar yang mudah diekskresikan dalam empedu denga menambahkan molekul asam glukurinat kesenyawa ini. Proses ini disebut konjugasi dan dapat menggunakan molekul polar selain asam glukuronat (misalny sulfat).
Konjugasi bilirubin dikatalisis oleh suatu glukuronosiltranferase yang spesifik. Enzin ini terletak di retikulum endoplasma, menggunakan UDP asm glukuronat sebagai donor glukuronosil, dan disebut sebagai bilirubin UGT. Bilirubin monoglukuronida adalah zat antara dan kemudian diubah menjadi diglukuronoda. Aktifitas bilirubin UGT dapat diinduksi oleh sejumlah obat yang bermanfaat secara klinis, mencakup fenobarbital.
Bilirubin Disekresikan ke Dalam Empedu
Sekresi bilirubin terkonjugasi kedalam empedu terjadi oleh suatu mekanisme transpor aktif yang menetukan laju keseluruhan proses metabolisme bilirubin dihati.
Protein yang berperan adalah MRP-2 (multidrug resistancelike protein) yang juga disebut multispesific oganic anion transporter (MOAT). Protein ini terletak dimembran plasma kanilukulus empedu dan menangani sejumlah anion organik. Protein ini meruoakan anggot famili transporter ATP binding cassette (ABC). Transpor bilirubin terkonjugasi dihati kedalam empedu dapat diinduksi oleh obat-obatan yang juga mampu menginduksi konjugasi bilirubin. Jadi, sistem konjugasi dan ekskresi untuk bilirubin bertindak seperti satuan unit fungsional terpadu.
Biliruin terkonjugasi direduksi manjadi urobilinogen oleh bakteri usus.
Sewaktu bilirubin terkonjugasi mencapai ileum terminal dan usus besar, glukurodina dikeluarkan oleh enzim bakteri khusus (β-glukuronidase), dan pigmen tersebut kemudian direduksi oleh flora feses. Flora feses menjadi sekelompok senyawa tretrapirol tak berwarna yang disebut urobilinogen. Di ileum terminal dan usus besar, sebagian kecil urobilinogen direabsorpsi dan dieksresi ulam melalui hati sehingga membentuk siklus urobilinogen enterohepatik. Pada keadaan abnormal, terutama jika terbentuk pigmen empedu dalam jumlah berlebihan atau terdapat [penyakit hati yang mengganaggu siklus intra hepatik ini, urobilinogen juga dapat diekskresikan ke urine.
Pada keadaan normal, sebagian besar urobilinogen yang tak berwarna dan dibentuk dikolon oleh klorafeses mengalami oksidasi disana menjadi urobilin (senyawa berwarna) dan diekskresikan ditinja. Bbertambah gelapnya tinja ketika terkena udara disebabkan oleh oksidasi urobilin.
HIPERBILIRUBINEMIA MENYEBABKAN IKTERUS
Jika bilirubin darah melebihi 1 mg/dL (17,1 µmol/L), hiperbilirubinemia akan timbul. Hiperbilirubinemia dapat disebabkan oleh pembentukan bilirubin yang melebihi kemampuan hati normal untuk mengekskresikannya, atau disebabkan oleh kegagalan hati (karena rusak) untuk mengekskresikan bilirubin yang diproduksi dalam jumlah normal. Tanpa adanya kerusakan hati, obstruksi saluran ekskresi hati – dengan menghambat ekskresi bilirubin – juga akan menyebabkan hiperbilirubinimenia. Pada semua keadaan ini, bilirubin tertimbun didalam darah, dan jika konsentrasinya mencapai nilai tertentu (sekitar 2-2,5 mg/dL), senyawa ini akan berdifusi kedalam jaringan yang kemudian menjadi kuning. Keadaan ini disebut ikterus atau jaundice.suatu saat van den bergh secara tidak sengaja lupa menambahkan metanol ketika berupaya memeriksa pigmen empedu didalam empedu manusia. Dengan terkejut, pembentukan warna normal terjadi “ secara langsung”. Bentuk bilirubin yang akan bereaksi tanpa penambahan metanol ini kemudian dinamai bilirubin yang “ bereaksi langsung”. Untuk biblirubin yang dapat di ukur hanya setelah penambahan metanol ini, kta menggunakan istilah “ bereaksi tak langsung”. Hiperbilirubinemia dapat diklasifikasikan, bergantung pada jenis bilirubin yang ada diplasma—yi. Tak-terkonjugasi atau terkonjugasi-menjadi hiperbilirubinemia retensi, akibat produksi berlebihan, atau hiperbilirubinemia regurgitasi, akibat refluks kedalam aliran darah karena obstruksi empedu.
