Atoens's Blog

KATA PENGANTAR
Bismillahi Rahmanirrahim
Alhamdulillah, puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan kita Rahmat dan Hidayah-Nya kepada kita umumnya, dan kepada penulis khususnya.
Shalawat beriringkan salam kita panjatkan kepada Nabi Muhammad SAW beserta para sahabatnya. Yang telah membawa kita dari jaman jahiliyyah ke jaman yang terang bendera diterangi oleh ilmu pengetahuan. Sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah ini dengan judul:
Mekanisme dan Mekanika Pergerakan Otot Manusia

Penulis menyadari bahwa penulisan makalah ini masih memiliki kekurangan yang disebabkan oleh keterbatasan kemampuan penulis, dalam hal ini penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat kontruktif dan inofatie dari berbagai pihak demi kesempurnaan makalah ini.
Pada kesempatan ini, penulis sampai kan ucapan terima kasih kepada pembimbing mata kuliah yang telah bersungguh-sungguh membimbing penulis.
Akhirnya penulis memanjat kan do’a kehadirat Allah SWT, semoga kita semua berhasil mencapai apa yang dicita-citakan serta melimpah kan rahmat dan karunia-Nya kepada kita semua. Amin.
BAB I
PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah
Hampir semua jenis makhluk hidup memiliki kemampuan untuk melakukan pergerakan. Fenomena pergerakan ini dapat berupa transport aktif melalui membran, translokasi polimerase DNA sepanjang rantai DNA, dan lain-lain termasuk kontraksi otot. Pada makalah ini, fokus perhatian kita adalah ototlurik (= striated). Di samping itu, otot halus juga dibahas sedikit karena sebagian besar mekanismenyamirip dengan
Mekanisme otot lurik. Untuk dapat menjelaskan mekanisme kontraksi, pertama-tama struktur otot akan dibahas. Di balik mekanisme otot yang secara eksplisit hanya merupakan gerak mekanik itu, terjadilah beberapa proses kimiawi dasar yang berseri demi kelangsunga kontraksi otot. Dalam makalah ini, dengan tujuan akhir pada penjelasan lengkap tentang proses di balik kontraksi otot, akan dibahas dahulu mengenai zat-zat kimia penyusun filamen-filamen tebal dan tipis yaitu aktin dan miosin. Akhirnya, penjelasan tentang model “perahu dayung” sebagai fasilitator pemahaman mekanisme kontraksi otot dapat tercapai.

1.2. Tujuan
1. Untuk mengetahui mekanisme dan mekanika otot manusia beserta struktur otot.
2. Untuk mengetahui proses-proses yang terjadi di balik kontraksi otot.
BAB II
PEMBAHASAN

2. 1. Struktur Otot
A. Struktur Otot Lurik
Otot pengisi atau otot yang menempel pada sebagian besar tulang kita (= skeletal) tampak bergaris-garis atau berlurik-lurik jika dilihat melalui mikroskop. Otot tersebut terdiri dari banyak kumpulan (bundel) serabut paralel panjang dengan diameter penampang 20-100m yang disebut serat otot. Panjang serat otot ini mampu mencapai panjang otot itu sendiri dan merupakan sel-sel berinti jamak (=multinucleated cells). Serat otot sendiri tersusun dari kumpulan-kumpulan paralel seribu miofibril yang berdiameter 1-2m dan memanjang sepanjang sebuah serat otot. Struktur ini dapat dilihat pada gambar 1.
Garis-garis pada otot lurik disebabkan oleh struktur miofibril-miofibril yang salingberkaitan. Pada gambar 2, terlihat bahwa lurik itu merupakan daerah dengan densitas / kepadatan yang silih berganti (antara padat dan renggang) dengan sebutan lurik-lurik A dan lurik-lurik I. Pola-pola itu berepetisi dengan teratur sehingga tiap satu unit pola dinamakan sarkomer. Sarkomer memiliki panjang 2.5 – 3.0 m pada otot yang rileks dan akan memendek saat otot berkontraksi.
Antara sarkomer satu dengan lainnya, terdapatlah lapisan gelap disebut disk Z (=piringan Z). Lurik A terpusat pada daerah terang yang dinamakan daerah H yang pusatnya terletak pada lurik / disk M. Jika kita melihat gambar 2 lebih teliti lagi, maka terdapat sekelompok filamen yang tebal dan filamen tipis. Filamen-filamen tebal dengan diameter 150 Angstrom itu tertata secara paralel heksagonal dalam daerah yang disebut daerah H. Sementara itu filamen-filamen tipis dengandiameter 70 Angstrom memiliki ujung yang terkait langsung dengan disk Z. Daerah yang terlihat gelap pada ujung-ujung daerah A merupakan tempat relasi-relasi antara filamen tebal dan filamen tipis. Relasi-relasi ini berupa cross-bridges (= jembatan-silang) yang berselang secara teratur.

2.1. Struktur Filamen
A. Filamen-filamen tebal tersusun dari Miosin
Filamen-filamen tebal pada vertebrata (makhluk hidup bertulang belakang) hampir sebagian besar tersusun dari sejenis protein yangdisebut Miosin. Molekul miosin terdiri dari enam rantai polipeptida yang disebut rantai berat dan dua pasang
rantai ringan yang berbeda (disebut rantai ringan esensial dan regulatori, ELC dan RLC). Miosin termasuk protein yang khusus karena memiliki sifat berserat (= fibrous) dan globular. Struktur tersebut dapat dilihat padagambar 3. Secara umum, molekul miosin dapat dilihat sebagai segmenberbentuk batang sepanjang 1600 Angstrom dengan dua kepala globular.
Miosin hanya berada dalam wujud molekul-molekul tunggal dengan kekuatan ioniknya yanglemah. Bagaimanapun juga, protein-protein ini berkaitan satu sama lain menjadi struktur yang dapat dilihat pada gambar4. Struktur tersebut ialah struktur dari filamen tebal yang telah dibicarakan sebelumnya. Pada struktur itu, filamen tebal merupakan suatu bentuk yang bipolar dengan kepala-kepala miosin Yang menghadap tiap-tiap ujung filamen dan menyisakan bagian tengah yang tidak memiliki kepala satupun (= bare zone / jalur kosong). Kepala-kepala miosin itulah yang merupakan wujud dari cross-bridges dalam perhubungannya dengan miofibril-miofibril. Sebenarnya, rantai berat miosin berupa sebuah ATPase yang menghidrolisis ATP menjadi ADP dan Pi dalam suatu reaksi yang membuat terjadinya kontraksi otot. Jadi, otot merupakan alat untuk mengubah energi bebas kimia berupa ATP menjadi energy mekanik.
Sementara itu, fungsi rantai ringan miosin diyakini sebagai modulator aktivitas ATPase dari rantai berat yang bersambungan dengannya. Di tahun 1953, Andrew Szent-Gyorgi menunjukkan bahwa miosin yang diberi tripsin secukupnya akan memecah miosin menjadi dua fragmen (Gambar 5) yaitu Meromiosin ringan (LMM) dan Meromiosin berat (HMM). HMM dapat dipecah dengan papain menjadi
dua bagian lagi yaitu dua molekul identik dari subfragmen-1 (S1) dan sebuah subframen-2 (S2) yang berbentuk mirip batang.

B. Filamen-filamen tipis tersusun dari Aktin, Tropomiosin dan Troponin
Komponen penyusun utama filamen tipis ialah Aktin. Aktin merupakan protein eukariotik yang umum, banyak jumlahnya, dan mudah didapati. Aktin didapati dalam wujud monomer-monomer bilobal globular yang disebut G-aktin yang secara normal mengikat satumolekul ATP untuk tiap-tiap monomer. G-aktin itu nantinya akan berpolimerisasi untuk membentuk fiber-fiber yang disebut F-aktin. Polimerisasi ini merupakan suatu proses yangmenghidrolisis ATP menjadi ADP dengan ADP yang nantinya terikat pada unit monomer F-aktin.
Sebagai hasilnya, F-aktin akan membentuk sumbu rantai utama dari filamen tipis dengan struktur yang tergambar pada gambar 6. Tiap-tiap unit monomer F-aktin
mampu mengikat sebuah kepala miosin (S1) yang ada pada filamen tebal. Mikrograf elektron juga menunjukkan bahwa F-aktin merupakan deretan monomer terkait dengan urutan kepala-ekor-kepala. Maka dari itu, F-aktin memiliki wujud yang polar. Semua unit monomer F-aktin memiliki orientasi yang sama dilihat dari sumbu fiber.
Filamen-filamen tipis itu juga memiliki arah yang menjauhi disk Z. Sehinggakumpulan-kumpulan filamen tipis yang menjulur pada kedua sisi disk Z itu
memiliki orientasi yang berlawanan.
Komposisi miosin dan aktin masing-masing sebesar 60-70% dan 20-25% dari protein total pada otot. Sisa protein lainnya berkaitan dengan filamen tipis yakni Tropomiosin dan Troponin. Troponin terdiri dari tiga sub-unit yaitu TnC (protein pengikat ion Ca), TnI (protein yang mengikat aktin), dan TnT (protein yang mengikat tropomiosin). Dari sini, dapat disimpulkan bahwa kompleks tropomiosin – Troponin mangatur kontraksi otot dengan cara mengontrol akses cross-bridges S1 pada posisi-posisi pengikat aktin.

C. Protein minor pada Otot yang mengatur jaringan-jaringan Miofibril
Disk Z merupakan wujud amorf dan mengandung beberapa protein berserat (fibrous). Protein-protein lain itu ialah -aktinin (untuk mengikatkan filamen-filamen tipis pada disk Z), desmin (banyak terdapat pada daerah perifer / tepi disk Z dan berfungsi untuk menjaga keteraturan susunan antar sesame miofibril), vimentin (bersifat sama dengan desmin), titin (merupakan polipeptida dengan massa terbesar, berada sepanjang filamen tebal sampai disk Z, dan berfungsi seperti pegas yang mengatur agar letak filamen tebal tetap di tengah-tengah sarkomer), dan nebulin (berada di sepanjang filamen tipis dan berfungsi untuk mempertahankan panjang filamen).
Sementara itu, disk M yang merupakan hasil penebalan akibat sambungan filamen-filamen tebal itu mengandung C-protein dan M-protein. Peranan kedua protein itu ada pada susunan atau perkaitan antara filamen-filamen tebal padadisk M.

2.2. Mekanisme Kontraksi Otot
Setelah struktur otot dan komponen-komponen penyusunnya ditinjau, mekanisme atau interaksi antar komponen-komponen itu akan dapat menjelaskan proses kontraksi otot.

A. Filamen-filamen tebal dan tipis yang saling bergeser saat proses kontraksi
Menurut fakta, kita telah mengetahui bahwa panjang otot yang terkontraksi akan lebih pendek daripada panjang awalnya saat otot sedang rileks. Pemendekan ini rata-rata sekitar sepertiga panjang awal. Melalui mikrograf elektron, pemendekan ini dapat dilihatsebagai konsekuensi dari pemendekan sarkomer. Sebenarnya, pada saat pemendekan berlangsung, panjang filamen tebal dan tipis tetap dan tak berubah (dengan melihat tetapnya lebar lurik A dan jarak disk Z sampai ujungdaerah H tetangga) namun lurik I dan daerah H mengalami reduksi yang sama besarnya. Berdasar pengamatan ini, Hugh Huxley, Jean Hanson, Andrew Huxley dan R.Niedergerke pada tahun 1954 menyarankan model pergeseran filamen (=filament-sliding). Model ini mengatakan bahwa gaya kontraksi otot itu dihasilkan oleh suatu proses yang membuat beberapa set filamen tebal dan tipis dapat bergeser antar sesamanya.

B. Aktin merangsang Aktivitas ATPase Miosin
Model pergeseran filamen tadi hanya menjelaskan mekanika kontraksinya dan bukan asal-usul gaya kontraktil. Pada tahun 1940, Szent-Gyorgi kembali menunjukkan mekanisme kontraksi. Pencampuran larutan aktin dan miosin untuk membentuk kom-pleks bernama Aktomiosin ternyata disertai oleh peningkatan kekentalan larutan yangcukup besar. Kekentalan ini dapat dikurangi dengan menambahkan ATP ke dalam larutan aktomiosin. Maka dari itu, ATP mengurangi daya tarik atau afinitas miosin terhadap aktin. Selanjutnya, untuk dapat mendapatkan penjelasan lebih tentangperanan ATP dalam proses kontraksi itu, kita memerlukan studi kinetika kimia. Daya kerja ATPase miosin yangterisolasi ialah sebesar 0.05 per
detiknya. Daya kerja sebesar itu ternyata jauh lebih kecil dari daya kerja ATPase miosin yang berada dalam otot yang berkontraksi. Bagaimanapun juga, secara paradoks, adanya aktin (dalam otot) meningkatkan laju hidrolisis ATP miosin menjadi sekitar 10 perdetiknya. Karena aktin menyebabkan peningkatan atau peng-akti-vasian miosin inilah, muncullah sebutan aktin. Selanjutnya, Edwin Taylor mengemukakan sebuah model hidrolisis ATP yang dimediasi / ditengahi oleh aktomiosin.

2.3. Pengaturan untuk Kontraksi Otot
Gerakan otot lurik tentu dibawah komando atau suatu kontrol yang disebut impuls saraf motor.

Ca2+ mengatur Kontraksi Otot dengan proses yang ditengahi oleh Troponin dan Tropomiosin
Sejak tahun 1940, ion Kalsium diyakini turut berperanserta dalam pengaturan kontraksi otot. Kemudian, sebelum 1960, Setsuro Ebashi menunjukkan bahwa pengaruh Ca2+ ditengahi oleh Troponin dan Tropomiosin. Iamenunjukkan aktomiosin yang diekstrak langsungdar otot (sehingga mengandung ikatan dengan troponin dan tropomiosin) berkontraksi karena ATP hanya jika Ca2+ ada pula. Kehadiran troponin dan tropomiosin pada sistem aktomiosin tersebut meningkatkansensitivitas sistem terhadap Ca2+. Di samping itu, subunit dari troponin, TnC, merupakan satu-satunya komponen pengikat Ca2+.

2.4. Otot Halus (Smooth Muscles)
Makhluk hidup vertebrata memiliki dua jenis otot selain otot lurik yaitu otot cardiac (=kardiak; berhubungan dengan jantung) dan otot halus. Otot cardiac ternyata juga berlurik-lurik sehingga mengindikasikan suatu persamaan antara otot cardiac dan otot lurik. Walaupun begitu, otot skeletal (lurik) dan otot cardiac masih memiliki perbedaan antar sesamanya terutama pada metabolismenya. Otot cardiac harus beroperasi secara kontinu sepanjangusia hidup dan lebih banyak tergantung pada metabolisme secara aerobik. Otot cardiac juga secara spontan dirangsang oleh otot jantung itu sendiri disbanding oleh rangsangan saraf eksternal (=rangsangan volunter). Di samping itu, otot halus berperan dalam kontraksi yang lambat, tahan lama, dan tanpa melalui rangsang eksternal seperti pada dinding usus, uterus, pembuluh darah besar. Otot halus disini memiliki sifat yang sedikit berbeda dibanding otot lurik. Otot halus atau sering dikatakan otot polos ini berbentuk seperti spindel, tersusun oleh sel-sel berinti tunggal, dan tidak membentuk miofibril.
Miosin dari otot halus (protein khusus secara genetik) berbeda secara
fungsional daripada miosin otot lurik dalam beberapa hal:
- Aktivitas maksimum ATPase hanya sekitar 10% dari otot lurik
- Berinteraksi dengan aktin hanya saat salah satu rantai ringannya terfosforilasi
- Membentuk filamen-filamen tebal dengan cross-bridges yang tak begitu teratur serta tersebar di seluruh panjangfilamen tebal

Kontraksi Otot Halus dipicu oleh Ca2+
Filamen-filamen tipis otot halus memang mengandung Aktin dan Tropomiosin namun tak seberapa mengandung Troponin. Kontraksi otot halus tetap dipicu oleh Ca2+ karena miosin rantai ringan kinase (=myosin light chain kinase / MLCK) secara enzimatik akan menjadi aktif hanya jika Ca2+ -kalmodulin hadir. MLCK merupakan sebuah enzim yang mem-fosforilasi rantai ringan miosin sehingga
menstimulasi terjadinya kontraksi otot halus.

BAB III
PENUTUP

3.1. Kesimpulan
Sudah tentu bahwa penjelasan mekanisme otot secara kompleks di atas mengubah cara pandang ataupun opini pada otot kita sendiri. Pada mulanya, kita hanya berpendapat secara gamblang dan sederhana bahwa otot mampu memendek dan memanjang jika ada impuls saraf. Lebih jauh dari opini awal itu, mekanisme real pada otot sebenarnya masih kabur bagi kita. Namun setelah mengikuti penjelasan di atas, kita tentu akan berpendapat baru bahwa otot tidaklah sesederhana yang kita pikirkan. Otot lebih daripada model pneumatik seperti yang telah diterapkan pada robot-robot modern. Otot yang dimiliki makhluk hidup sangatlah kompleks dengan ukuran yang begitu mikroskopis. Alangkah kompleks namun indahnya susunan otot, ciptaan alami dari Tuhan.

1.2. Saran
Penulis menyadari bahwa penulisan makalah ini masih memiliki kekurangan yang disebabkan oleh keterbatasan kemampuan penulis, dalam hal ini penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat kontruktif dan inofatie dari berbagai pihak demi kesempurnaan makalah ini.

DAFTAR RUJUKAN

http://home.unpar.ac.id/~integral/Volume%206/Integral%206%20no%202/Adi_Gunawan_M.pdf.

Kimball, J. W. 1992. Biologi. Jakarta: Erlangga.
www.google.com