Katabolisme Heme, Metabolisme Porfirin, dan Porfiria (dr. Hairuddin, M.Kes)

Katabolisme Heme Katablisme Heme Menghasilkan Bilirubin Dalam keadaan normal, umur eritrosit sekitar 120 hari. Seh ingga, sekitar 100-200 juta eritrosit dihancurkan setiap jammya. Dalam 1 hari lebih kurang 6 gram hemoglobin (untuk berat badan 70 kg) dihancurkan. Proses degradasi ini terjadi di jaringan retikulo endothelial (limpa, hati, dan sumsum tulang), yaitu pada bagian mikrosom dari sel retikulo endothelial. Hemoglobin dipecah menjadi heme dan globin. Bagian protein globin diuraikan menjadi asam amino-asam amino pembentuknya kemudian digunakan kembali. Besi akan dilepaskan dari heme kemudian memasuki depot besi yang juga dapat dipakai kembali. Sedangkan porfirinnya akan dikatabolisme dan menghasikan bilirubin. Proses pertama dari katabolisme heme dilakukan oleh kompleks enzim heme oksigenase. Pada saat mencapai heme oksigenase besi umumn ya sudah teroksidasi menjadi bentuk feri membentuk hemin. Hemin kemudian direduksi dengan NADPH, besi feri dirubah kembali menjadi fero. Dengan bantuan NADPH kembali, oksigen ditambahkan pada jembatan a metenil (antara cincin pirol I dan II) membentuk gugus gu gus hidroksil, besi fero teroksidasi kembali menjadi feri. Heme oksigenase dapat diinduksi oleh substrat. Selanjutnya, dengan penambahan oksigen lagi ion feri dibebaskan serta terbentuk karbon mo noksida dan biliverdin IXa yang berwarna be rwarna hijau. Pada reaksi ini heme bertindak sebagai katalisator. Pada burung dan amfibia, diekskresi  biliverdin IXa. Sedangkan pada mamalia, dengan bantuan enzim biliverdin reduktase, terjadi reduksi jembatan metenil antara cincin pirol III dan IV menjadi gugus metilen, membentuk  bilirubin IXa yang berwarna kuning. Satu gram hemoglobin diperkirakan menghasilkan 35 mg  bilirubin. Perubahan heme menjadi bilirubin secara in vivo dapat diamati pada warna ungu hematom yang perlahan-lahan beirubah menjadi bilirubin yang berwarna kuning. Metabolisme Bilirubin di Hati

Metabolisme bilirubin dalam hati dibagi menjadi 3 proses: 1. Pengambilan (uptake) bilirubin oleh sel hati 2. Konjugasi bilirubin 3. Sekresi bilirubin ke dalam empedu Pengambilan Bilirubin oleh Hati Bilirubin hanya sedikit larut dalam plasma dan terikat den gan protein, terutama albumin. Beberapa senyawa seperti antibiotika dan obat-obatan bersaing dengan bilirubin untuk mengadakan ikatan dengan albumin. Sehingga, dapat mempunyai pengaruh klinis. Dalam hati,  bilirubin dilepaskan dari albumin dan diambil pada permukaan sinusoid dari hepatosit melalui suatu sistem transport berfasilitas (carrier-mediated saturable system) yang saturasinya sangat  besar. Sehingga, dalam keadaan patologis pun transport tersebut tidak dipengaruhi. Kemungkinan pada tahap ini bukan merupakan proses rate limiting. Konjugasi Bilirubin Dalam hati, bilirubin mengalami konjugsi menjadi bentuk yang lebih polar sehingga lebih mudah diekskresi ke dalam empedu dengan penambahan 2 molekul asam glukoronat. Proses ini dikatalisis oleh enzim diglukoronil transferase dan menghasilkan bilirubin diglukoronida. Enzim tersebut terutama terletak dalam retikulum endoplasma halus dan men ggunakan UDP-asam

glukoronat sebagai donor glukoronil. Aktivitas UDP-glukoronil transferase dapat diinduksi oleh sejumlah obat misalnya fenobarbital. Sekresi Bilirubin yang sudah terkonjugasi akan disekresi kedalam empedu melalui mekanisme  pangangkutan yang aktif dan mungkin bertindak sebagai rate limiting enzyme metabolisme  bilirubin. Sekeresi bilirubin juga dapat diinduksi dengan obat-obatan yang dapat menginduksi konjugasi bilirubin. Sistem konjugasi dan sekresi bilirubin berlaku sebagai unit fungsional yang terkoordinasi. Metabolisme Bilirubin di Usus Setelah mencapai ileum terminalis dan usus besar bilirubin terkonjugasi akan dilepaskan glukoronidanya oleh enzim bakteri yang spesifik (b-glukoronidase). Dengan bantuan flora usus  bilirubin selanjutnya dirubah menjadi urobilinogen. Urobilinogen tidak berwarna, sebagian kecil akan diabsorpsi dan diekskresikan kembali lewat hati, mengalami siklus urobilinogen enterohepatik. Sebagian besar urobilinogen dirubah oleh flora normal colon menjadi urobilin atau sterkobilin yang berwarna kuning dan diekskresikan melalui feces. Warna feces yang berubah menjaadi lebih gelap ketika dibiarkan udara disebabkan oksidasi urobilinogen yang tersisa menjadi urobilin.

METABOLISME PORFIRIN 1. Pendahuluan 1.1 Batasan Porfirin adalah senyawa siklik yang dibentuk dari gabungan empat cincin pirol melalui jembatan metenil (-CH=). Sifat khas porfirin adalah pembentukan kompleks deng an ion-ion logam (metaloporfirin) yang terikat pada atom nitrogen cincin-cincin pirol. Seba gai contoh misalnya heme yang merupakan porfirin besi dan klorofil, merupakan porfirin magnesium. Di alam, metaloporfirin terkonjugasi dengan protein membentuk senyawa-senyawa penting dalam proses biologi, antara lain: (1) Hemoglobin, merupakan po rfirin besi yang terikat pada  protein globin dan mempunyai fungsi penting pada mekanisme transport oksigen dalam darah;(2) Mioglobin, merupakan pigmen pernafasan yang terdapat dalam sel-sel otot; (3) Sitokrom, berperan sebagai pemindah elektron (electron transfer) pada proses oksidasi reduksi. 1.2 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 isoelektriknya berkisar pada pH 3-4, sehingga pada pH trersebut porfirin mudah diendapkan dalam larutan air. Berbagai jenis porfirinogen tidak berwarna, sedan gkan berbagai jenis porfirin  berwarna. Porfirin dan derivat-derivatnya mempunyai spektrum absorbsi yang khas pada daerah yang dapat dilihat dan pada daerah ultraviolet. Larutan porfirin dalam HCl 5% mempunyai pita absorbsi pada 400 nm yang disebut pita Soret. Porfirin dalam asam mineral kuat atau pelarut organik dan kemudian disianari sinar ultraviolet akan memancarkan fluoresensi merah yang kuat. Sifat fluoresensi ini sangat khas sehingga sering dipakai untuk mendeteksi porfirin bebas den gan jumlah yang sedikit. Sifat absorbsi dan fluoresensi yang khas dari porfirin disebabkan oleh ikatan rangkap yang menyatukan cincin  pirol. Ikatan rangkap ini tidak ada pada porfirinogen sehingga tidak menunjukkan sifat-sifat tersebut. Jika porfirinogen mengalami oksidasi dengan melepaskan 6 atom H akan terbentuk  porfirin yang mempunyai ikatan rangkap. 2. Biosintesis Heme 2.1 Tahap-tahap Biosintesis Heme Biosintesis heme dapat terjadi pada sebagian besar jaringan kecuali eritrosit dewasa yang tidak mempunyai mitokondria. Sekitar 85% sintesis heme terjadi pada sel-sel prekursor eritoid di sumsum tulang dan sebagian besar sisanya di sel hepar. Biosintesis heme dapat dibagi menjadi 2 tahap, yaitu: (1) Sintesis porfirin; (2) Sintesis heme. Biosintesis heme dimulai di mitokondria melalui reaksi kondensasi antara suksinil-KoA yang  berasal dari siklus asam sitrat dan asam amino glisin. Reaksi ini memerlukan piridoksal fosfat untuk mengaktivasi glisin, diduga piridoksal bereaksi dengan glisin membentuk basa Shiff, di mana karbon alfa glisin dapat bergabung dengan karbon karbosil suksinat membentuk α-aminoβ-ketoadipat yang dengan cepat mengalami dekarboksilasi membentuk d-amino levulinat (ALA/AmLev). Rangkaian reaksi ini dikatalisis oleh AmLev sintase/sintetase yang merupakan enzim pengendali laju reaksi pada biosintesis porfirin. AmLev yang terbentuk kemudian keluar ke sitosol. Di sitosol 2 molekul AmLev dengan  perantaraan enzim AmLev dehidratase/dehidrase membentuk porfobilinogen yang merupakan  prazat pertama pirol. AmLev dehidratase merupakan enzim yang mengandung seng dan sensitif terhadap inhibisi oleh timbal Empat porfobilinogen selanjutnya mengadakan kondensasi membentuk tetrapirol linier yaitu hidroksi metil bilana yang dikatalisis oleh enzim uroporfirinogen I sintase (porfobilinogen

deaminase). Hidroksi metil bilana selanjutnya mengalami siklisasi spontan membentuk uroporfirinogen I yang simetris atau diubah menjadi uroporfirinogen III yang asimetris dan membutuhkan enzim tambahan yaitu uroporfirinogen III kosintase Pada kondisi normal hampir selalu terbentuk uroporfirinogen III. Uroporfirinogen III selanjutnya mengalami dekarboksilasi, semua gugus asetatny (A) menjadi gugus metil (M) membentuk koproporfirinogen III. Reaksi ini dikatalisis oleh enzim uroporfirinogen dekarboksilase. Enzim ini juga mampu mengubah uroporfirinogen I menjadi koproporfirinogen I. Selanjutnya, koproporfirinogen III masuk ke dalam mitokon dria serta mengalami dekarboksilasi dan oksidasi, gugus propionat (P) pada cincin I dan II berubah menjadi vini (V). Reaksi ini dikatalisis oleh koproporfirinogen oksidase dan membentuk protoporfirinogen IX. Enzim tersebut hanya bisa bekerja pada koproporfirinogen III, sehingga protoporfirinogen I umumnya tidak terbentuk. Protoporfirinogen IX selanjutnya mengalami oksidasi oleh enz im  protoporfirinogen oksidase membentuk protoporfirin IX. Protoporfirin IX yang dihasilkan akan mengalami proses penyatuan dengan Fe++ melalui suatu reaksi yang dikatalisis oleh heme sintase atau ferokelatase membentuk heme. 2.2 Pengendalian Biosintesis Heme Enzim yang bertindak sebagai regulator biosintesis heme adalah AmLev sintase. Heme yang mungkin bekerja melalui molekul aporepresor menghamb at sintesis AmLev sintase, dalam hal ini kemungkinan terjadi feed back negative. Obat yang metabolismenya menggunakan hemoprotein spesifik di hati (sitokrom-P450) menyebabkan konsentrasi heme intra seluler menurun. Hal ini menyebabkan represi terhadap AmLev sintase menurun. Aktivitas AmLev sintase meningkat sehingga sintesis heme juga meningkat. Pemberian glukosa dan hematin dapat mencegah pembentukan AmLev sintase sehingga menurunkan sintesis heme.

Pofiria Abnormalitas biosintesis heme menimbulkan gangguan yang dikenal dengan porfiria. Pada  porfiria terjadi peningkatan ekskresi porfirin atau prazat porfirin. Kelainan ini jarang terjadi. Porfiria dibagi dalam 2 golongan besar yaitu : (1) Porfiria herediter; (2) Porfiria didapat (acquired porphyria). Organ atau sel yang p aling banyak terkena pada porfiria umumnya merupakan organ atau sel yang aktif menyintesis heme seperti sumsum tulang dan hati. Oleh karena itu porfiria juga sering diklasifikasikan berdasarkan organ atau sel yang terkena yaitu  porfiria eritropoetik dan hepatik. 1. Porfiria Herediter a. Acute Intermittent Porphyria Merupakan penyakit yang diturunkan secara autosomal dominan dan biasanya menjadi nyata setelah usia pubertas. Pada penderita ini aktivitas enzim uroporfirinogen I menurun sehingga sintesis AmLev sintase meningkat. Akibatnya terjadi akumulasi AmLev dan po rfobilinogen di  jaringan dan cairan tubuh yang kemudian diekskresi melalui urine. Kedua bahan ini tak berwarna tetapi jika terkena sinar/udara porfobilinogen akan me njadi porfirin yang berwarna, sehingga urine penderita menjadi berwarna gelap jika terkena sinar/udara. Akumulasi AmLev dan porfobilinogen menimbulkan efek toksik pada syaraf abdomen dan SSP, sehingga menimbulkan gejala klinis nyeri perut, muntah-muntah, dan gangguan neuropsikiatri. Kemungkina AmLev juga dapat menghambat enzim ATP-ase di jaringan syaraf atau mungkin AmLev diambil jaringan otak sehingga melumpuhkan hantaran impuls syaraf. Penderita ini tak mengalami kepekaan yang abnormal terhadap cahaya pada kulitnya. Serangan akut sering terjadi sebagai akibat dari pemberian o bat-obatan seperti barbiturat, hormon estrogen dan steroid yang dalam proses metabolismenya memerlukan heme (sitokrom-P450). Pemakaian heme mengakibatkan konsentrasinya menurun sehingga hambatan terhadap AmLev sintase menurun akibatnya aktivitas AmLev sintase meningkat, produk si AmLev dan porfobilinogen  juga meningkat, terjadilah serangan akut. b. Congenital Erytropoetic Porphyria Merupakan penyakit autosomal resesif. Disini terjadi ketidakseimbangan antara aktifitas uroporfirinogen I sintase dan uroporfirinogen III kosintase, dimana terdapat kekurangan uroporfirinogen III kosintase, sehingga pembentukan derivat yang simetris lebih besar da ri yang asimetris. Karena koproporfirinogen oksidase tidak dapat bekerja pada koproporfirinogen I (bentuk yang simetris) mengakibatkan terjadinya akumulasi koproporfirinogen I dan prazat prazat sebelumnya. Penderita ini mengekskresi uroporfirinogen I dan koproporfirinogen I dalam urine yang segera dioksidasi menjadi uroporfirin I dan koproporfirin I yang berwarna merah. Dengan sinar UV gigi  penderita memberikan fluoresensi merah, sedangkan kulitnya menunjukkan fotosensitifitas yang  berlebihan dan kerapuhan yang menyolok. Porfirinogen akan mengalami oksidasi menjadi porfirin. Derivat porfirin yang bersesuaian ak an  bereaksi terhadap cahaya tampak dengan panjang gelombang 400 nm. P ajanan cahaya ini menyebabkan porfirin terangsang dan bereaksi dengan oksigen molekuler sehingga terbentuk radikal oksigen. Karena reaktifitasnya radikal oksigen yang terbentuk dapat menyerang berbagai komponen sel termasuk lisosom. Lisosom yang rusak mengeluarkan enzim pengurai yang mengakibatkan kerusakan dan kecacatan pada kulit. Hal inilah yang mendasari terjadinya fotosensitifitas berlebihan yang mengakibatkan penderitanya menyukai ke giatan di malam hari.

Kenyataan ini, ditambah dengan gangguan neuropsikiatri yang terjadi menimbulkan spekulasi  bahwa prototipe manusia srigala adalah penderita porfiria. Pemberian β karoten dan tabir surya dapat mengurangi fotosensitifitas. β karoten bekerja dengan cara menetralisir radikal oksigen (bertindak sebagai antioksidan) sedangkan tabir surya dapat menyaring/mengurangi paparan cahaya tampak. c. Coproporphyria Merupakan penyakit yang diturunkan secara autosomal dominan. Gangguan terjadi akibat kekurangan enzim koproporfirinogen oksidase yang mengkatalisis perubahan koproporfirinogen III menjadi protoporfirinogen IX. Koproporfirinogen III yang berlebihan akan diekskresi melalui urine dan feces yang segera dioksidasi menjadi koproporfirin yang berwarna merah. Disini terjadi hambatan pembentukan heme terutama dalam keadaan stres, sehingga menyebabkan derepresi AmLev sintase, akibatnya terjadi penumpukan AmLev, porfobilinogen dan intermediet-intermediet heme proksimal terjadinya hambatan. Pada penderita ini terjadi  penumpukan AmLev dan porfobilinogen dan sedikit gejala foto sensitifitas oleh karena terjadi kelebihan koproporfirinogen dan uroporfirinogen. Pemberian infus hematinakan memberikan  perbaikan terhadap penderita. d. Porfiria Varigata (Variegate Porphyria) Merupakan penyakit yang diturunkan secara autosomal dominan. Gangguan terjadi akibat hambatan parsial perubahan protoporfirinogen menjadi heme dan tampaknya yang  bertanggungjawab adalah 2 enzim dalam mitokondria yaitu protoporfirinogen oksidase dan ferokelatase. Kultur sel fibroblas kulit dari penderita ini menunjukkan han ya 50% dari batas normal enzim protoporfirinogen oksidase. Penderita menunjukkan defisiensi heme yang relatif  pada keadaan stres dan terjadi derepresi dari AmLev sintase. Pada penderita ini diekskresi AmLev, porfobilinogen, uroporfirin, koproporfirin didalam urine dan uroporfirin, koproporfirin dan protoporfirin dalam fecesnya. Penderita menunjukkan fotosensitifitas pada kulitnya. e. Porphyria Cutanea Tarda Merupakan penyakit yang diturunkan secara autosomal dominan tetapi baru muncul terutama  bila terjadi kerusakan hati. penyakit ini merupakan jenis porfiria yang paling sering dijumpai. Biasanya berhubungan dengan beberapa kerusakan hati terutama oleh karena terlampau banyak alkohol atau besi. Penyebab gangguan metabolisme sebenarnya belum diketahui dengan jelas, tetapi mungkin disebabkan defisiensi parsial enzim uroporfirinogen dekarboksilase.Urine  penderita mengandung uroporfirin I dan III yang meningkat tetapi jarang dijumpai peningkatan ekskresi AmLev dan porfobilinogen dalam urine. Di dalam hati terdapat banyak porfirin sehingga menunjukkan fluoresensi yang kuat. Manifestasi klinis utama pada penderita ini adalah fotosensitifitas pada kulitnya. f. Erythropoetic Protoporphyria Disebabkan defisiensi parsial dari aktifitas enzim ferokelatase yang herediter dominan pada mitokondria semua jaringan. Gejala klinis sering berhubungan d engan urtikaria akut oleh sinar matahari. Protoporfirin IX meningkat didalam eritrosit, plasma dan feces, sedangkan kulit da n retikulosit menunjukkan fluoresensi merah. 2. Porfiria (di dapat) Akuisita Disebabkan oleh zat-zat yang toksik seperti heksaklorobenzen, timbal, garam logam berat dan

obat-obatan seperti griseofulvin. Logam berat menghambat beberapa enzim yang berperanan  pada sintesis heme termasuk AmLev dehidratase, uroporfirinogen sintase dan ferokelatase. Timbal dapat terikat pada gugus SH ferokelatase dan AmLev dehidratase sehingga ak tifitasnya terganggu.