|
|
2009
|
|
|
Luthfie Octa
|
|
PENGARUH LATIHAN AEROBIK TERHADAP
PEMBENTUKAN
ATP – MITOKONDRIA
(Suatu tinjauan
intramolekuler)
|
|
[Type the abstract of the document here. The abstract
is typically a short summary of the contents of the document. Type the abstract
of the document here. The abstract is typically a short summary of the
contents of the document.]
|
PENGARUH LATIHAN AEROBIK TERHADAP
PEMBENTUKAN
ATP – MITOKONDRIA
(Suatu tinjauan
intramolekuler)
A. Pendahuluan
Pada hakekatnya keberhasilan suatu
pembinaan prestasi olahraga untuk menuju ke prestasi puncak tidak akan terlepas
dari sumber keilmuan yang mendukung diantaranya yang penting adalah sport
medicine. Dalam pelaksanaan pelatihan dilapangan , ditemukan berbagai cara
untuk meningkatkan performance atlet. Secara garis besar kemampuan fisik atlet
dapat ditingkatkan secara aerobik. Untuk dapat menampilkan performance yang
baik, atlet harus memiliki cadangan energi yang memadai. Pada dasarnya tubuh
memmpunyai kemampuan untuk homeostasis dan adaptasi terhadap stimulus
(rangsangan) yang diberikan. Bila tubuh membutuhkan energi dalam jumlah yang
melebihi persediaan, maka tubuh akan beradaptasi dengan menambah jumlah
produksi energi sesuai dengan yang diperlukan . Adapun latihan fisik yang
diberikan bertujuan untuk pencapaian penyesuaian biologis agar dapat tampil
secara optimal dalam melaksanakan tugas khusus (Mc Ardle, 1981). Untuk dapat
tampil secara maksimal, maka latihan harus dilakukan secara berulang dan beban
latihan ditingkatkan agar diperoleh peningkatan dan daya tahan otot.
Peningkatan kekuatan dan daya tahan otot akan terberntuk setelah terjadi perubahan fisiologis didalam
otot sebagai akibat dari latihan. Selama ini pendekatan latihan aerobik lebih dikembangkan
dibanding dengan bentuk latihan anaerobik interval, yang bertujuan untuk
merangsang peningkatan jumlah mitokondria sebagai tempat pembuatan energi
tinggi ATP, dalam upaya memenuhi kebutuhan energi yang diperlukan, walaupun
pada dasarnya latihan anaerobik secara langsung dapat mempengaruhi kemampuan
aerobik.
Paradigma yang akan digunakan
adalah fisiologi. Secara konseptual latihan fisik dapat merupakan stressor
terhadap kinerja organ dalam sel khususnya dalam mitokondria. Oleh kareana itu
latihan aerobik yang membutuhkan ATP lebih banyak , mampu merangsang organ sel
khususnya mitokondria utnuk menyediakan ATP lebih banyak pula, dan bila tidak
mencukupi maka akan melakukan replikasi. Berdasarkan uraian diatas, maka dapat
dimunculkan suatu pertanyaan sebagai berikut : Bagaimanakah mekanisme Metabolisme Aerobik dan Apakah
latihan aerobik dapat meningkatkan jumlah jumlah “Pabrik ATP” (mitokondria)
pada otot skelet.
B. Sumber ATP
Kita telah mengetahui bahwa kita harus makan untuk dapat
menyediakan energi yang diperlukan oleh tubuh. Energi pada pemecahan bahan
makanan tersebut diubah menjadi energi kimia
yang berbentuk ATP (Soekarman, 1991). Pada saat kontraksi otot disertai dengan pecahnya
ATP. ATP, setiap saat disebut “tenaga
peredaran” sel, terdapat di serabut otot dan sebagai sumber tenaga mendadak
untuk kegiatan otot (Gb.1). Tiap molekul ATP berisi dua ikatan fosfat energi
tinggi. Ikatan kimia ini menggambarkan suatu pusat energi potensial yang dapat
diubah bentuknya menjadi energi (Pate RR, 1984). Sebelum menguraikan secara
jelas mengenai proses pembentukan ATP – Aerobik atau Metabolisme Aerobik
terlebih dahulu kita lihat secara singkat perlu diketahui keseluruhan Sistim
energi dalam pembentukan ATP. Menurut Soekarman, sistim energi didalam tubuh
kita dapat dibagi menjadi :
1.
Sistim ATP-PC, yang
dapat diumpamakan sebagai bensin super.
2.
Sistim Asam
Laktat, yang dapat diumpamakan sebagai bensin premium
3.
Sistim
Aerobik, yang dapat diumpakan sebagai solar.
.
Kontribusi relatif pada tiap-tap sistem energi untuk aktivitas fisik tertentu
akan tergantung pada energi yang diperlukan. Yang secara langsung berhubungan
dengan intensitas dan lamanya latihan.. Pada tingkat usaha yang maksimal jumlah
ATP yang digunakan otot hanya cukup untuk aktivitas 1 – 2 detik. ATP – PC
adalah untuk aktivitas cepat, usaha maksimal, dan merupakan sumber energi utama
yang dapat menyediakan ATP untuk 5 – 7
detik. System Asam laktat mensuplai ATP untuk waktu yang lebih lama sampai 45
detik. Antara 45 detik dan 2 menit latihan intensif sistem asam laktat masih yang utama tetapi
sistem aerobik meningkat secara bertahap . Setelah 2 menit aktifitas yang
intensif, sistem energi utamanya adalah aerobik.(Advanched Coaching Theory,
2003).
Gb.1 pate238
C. ATP – Aerobik atau Metabolisme
Aerobik
Untuk
memberikan gambaran secara jelas dan lebih mendalam tentang mekanisme
pembentukan ATP secara metabolisme aerobik didalam Mitokondria (“Pabrik ATP”)
pada otot skelet maka akan diuraikan tentang Latihan Aerobik, Anatomi Histologi Mitokondria, dan Proses Metabolisme
Aerobik dalam menghasilkan ATP.
D. Latihan
Aerobik
Latihan Aerobik adalah aktifitas
fisik dengan menggunakan energi dari sistim glikolisis aerobik, latiahan fisik
dapat dilakukan dalam waktu yang yang relatif cukup lama, yaitu lebih dari 3
menit (Fox, 1993). Kemapuan kerja secara aerobik ditentukan oleh kemampuan
kerja jantung dan paru, disamping itu juga ditentukan oleh unsur kemampuan
metabolisme dalam tubuh. Kemampuan melakukan latihan dalam waktu yang lama
tergantung pada besarnya kapasitas sistem kardiovaskuler untuk menghantarkan
oksigen ke otot dan pada penggunaan oksigen oleh otot dalam pembentukan ATP
dengan metabolisme aerobik (Lamb, 1984). Kapasitas kerja aerobik dapat
ditingkatkan melalui bentuk-bentuk latihan dengan beban ringan dan waktu yang
cukup lama (Bompa, 1994). Selain itu\, kemampuan aerobik atlet dikembangkan
berdasarkan sistim energi predominan yang digunakan.
E. Anatomi dan Histologi Mitokondria
Sel tersusun oleh tiga jalan utama
dalam memproduksi sumber energi kimiawi yang vital : (1) ATP diproduksi didalam
sitosol selama rantai reaksi exergonic yang disebut Glycolysis, dimana gula
dikatabolisasi, (2) ATP bisa diproduksi didalam kloroplast pada sel tanaman
tertentu, dengan menggunakan cahaya matahari, (3) ATP dapat diproduksi didalam
mitokondria dengan mengoksidasi berbagai substrat elementer (Sheeler &
Bianchi, 1996). Secara Anatomis mitokondria pada sel otot skelet terletak pada
sitoplasma (mitokondria ditemukan pada semua citoplasm) (Vander A, 2001).
Gb.2, Sheeler 385
Mitokondria dalam bahasa yunani terdiri dari
dua kata, “mito
Tabel I,sheeler,386
Seperti
telah disebutkan sebelumnya bahwa energi yang digunakan adalah berasal dari
makanan. Makanan menentukan pola dasar metabolisme dalam jaringan tubuh.
Seperti halnya manusia harus memproses berbagai produk pencernaan karbohidrat, lipid, dan protein.
Produk-produk ini terutama glukosa, asam lemak serta gliserol, dan asam amino.
Semua produk cerna ini diproses melalui lintasan metabolik masing-masing
menjadi produk umum, yaitu Asetil KoA, yang kemudian menjalani oksidasi lengkap
lewat siklus asam sitrat diperlihatkan pada Gb. 3.
Gb.3,Bioh164
Sebelum
menjelaskan tentang reaksi sistem aerobik, terlebih dahulu akan diperkenalkan
bahan-bahan / zat-zat biokimia yang terlibat didalamnya, antara lain : kelompok
asetil (molekul dan karbon), NAD+,NADH,FAD+, dan FADH2,
NAD+ dan FAD+
membantu sebagai reseptor H+ yang dipecah dari karbohidrat selama
kegiatan glikolisis dan daur Krebs. Lepasnya ion H+ dari
persenyawaannya merupakan salah satu bentuk dari oksidasi. Apabila persenyawaan
itu menerima dan mengikat ion H+, ini disebut direduksi. Jadi NADH
dan FADH2 adalah untuk membawa elektron melalui sistem transport
elektron.
Dengan adanya oksigen, 1 mol
glikogen dipecah secara sempurna menjadi CO2 dan H2O,
mengeluarkan energi yang cukup untuk resintesis 39 mol ATP. Ini merupakan
pengeluaran ATP yang terbesar. Pengeluaran energi memerlukan banyak reaksi dan
sistim enzim, yang keduanya lebih komplek dari sistim anaerobik. Reaksi sistim
oksigen ini terjadi didalam kompartemen subselluler yang dinamakan mitokondia
yang sudah dijelaskan sebelumnya.
Reaksi
sistim aerobik ini , dibagi menjadi tiga seri utama, yaitu :
(1)
Glikolisis Aerobik
(2)
Daur Krebs
(3)
Sistim Transport Elektron
I.
Glikolisis Aerobik
I.1.
Produksi ATP Aerobik dari Karbohidrat
Seperti
kita ketahui apabila suatu aktivitas fisik diteruskan dari 40 – 60 detik ,
oksigen harus disuplai oleh darah ke otot yang sedang bekerja untuk memproduksi
ATP secara aerobik didalam mitokondria otot. Dengan suplai oksigen yang memadai
, penumpukan asam laktat tidak terjadi, dan mitokondria dapat menghasilkan energi dari karbohidrat, lemak atau protein.
(Hairy, 1989). Glukosa dimetabolisasi menjadi piruvat dan laktat dalam semua
sel mamalia melalui lintasan glikolisis. Di bawah kondisi aerobik, piruvat dominan pada hampir semua jaringan dan jalur
ini dikenal dengan glycolisis aerobik (King, 2003). Glukosa merupakan substrat
yang unik karena glikolisis dapat terjadi tanpa oksigen, kalau produk akhir
hanya berupa laktat. Namun demikian jaringan yang dapat menggunakan oksigen
(aerob) mampu memetabolisme piruvat menjadi asetil Ko-A, yang dapat memasuki
siklus asam sitrat untuk menjalani proses oksidasi lengkap menjadi CO2
dan H2O dengan pelepasan energi bebas ATP (Hartono, 1987). Secara skematis
diperlihatkan pada gambar 4.
Secara
sistimatis proses metabolisme aerobik menuerut Sloane adalah sebagai berikut:
1. Glikolisis Aerobik dan Siklus Kreb (Gb. 5)
·
Oksidasi
asam piruvat menjadi asetil-KoA.
Molekul asam piruvat masuk ke mitokondria dan
dioksidasi didalam membaran dalam, atau matriks. Langkah awal mereduksi
3-karbon asam piruvat menjadi 2-karbon asetil yang dikenal sebagai asetil
ko-enzim atau asetil-KoA.
a.
Kelompok karboksilat dipindahkan dari 3 karbon asam
piruvat sebagai karbon diokside dengan keluar sel secara difusi.
b.
Sisa pecahan 2 karbon dioksidasi. Hidrogen yang
berpindah diterima oleh NAD+.
c.
Pecahan yang teroksidasi dan kelompok asetil dikombinasikan dengan KoA
untuk membentuk Asetil-KoA.
·
Formasi
asam sitrat.
KoA membawa 2 karbon kelompok asetil kedalam siklus
asam sitrat, kemudian beraksi dengan 4 karbon asam oksaloasetik untuk membentuk
6-karbon asam sitrat. KoA terbebas untuk berkombinasi dengan kelompok asetil
yang lain dan satu molekul air digunakan dalam sintesa asam sitrat.
·
Asam
isocitrik.
6-karbon asam sitrat diatur kembali, membentuk asam
isocitrik. Isocitrik dioksidasi dan kehilangan 2 elekton hidrogen untuk menjadi
mlolekul kecil hidup yaitu asam oksalosuccinik. Hidrogen diterima oleh NAD
membentuk NADH + H+ (NADH2)
·
Asam alpha
ketoglutarik (alpha-ketoglutarik).
Asam oksalosuccinik kehilangan karbon, yang mana masuk
kedalam hasi produksi pertama dari dua molekul CO2 dalam siklus sisa-sisa
produksi. Lima
·
Succinil Koenzym A.
Pada tahap berikutnya, dimana dikatalisasi oleh
berbagai enzim komplek, asam alpha ketoglutarik mengalami oksidasi
decarboxilatin. Kedua CO2 dilepaskan, NAD direduksi menjadi NADH2,
dan senyawa 4-karbon yang tersisa dihubungkan pada KoA sebagai succinil KoA.
Perlekatannya merupakan ikatan kaya energi yang tidak stabil. Dengan demikian ,
terdapat cukup energi untuk fosforilasi ADP.
·
Asam
Succinik
Energi dalam ikatan succinil-KoA ditransfer menjadi
energi yang kaya ikatan fosfat didalam guanosine trifosfat (GTP) oleh guanosine
difosfat (GDP). Dari GTP, kelompok fosfat energi tinggi ditransfer ke ADP,
membentuk ATP dengan tingkat fosforilasi substrat.
·
Asam
Fumarik (Fumarat)
Asam succinik dioksidasi menjadi asam fumarat, tetapi
sebagai pengganti hidrogen yang melewati NAD, mereka membawa dengan koenzym,
FAD (Flavin adenine dinukliotid), dimana berisi vitamin ribovlavin.
·
Asam Malik
(Malate)
Dengan tambahan air, asam fumarat dikonversi menjadi
asam malate.
·
Asam
Oksaloasetik.
Asam malat kehilangan hidrogen dan dikonversi menjadi
asam aksaloasetat. 2 Hidrogen ditransfer ke NAD, dan asam okslo asetat dapat
mengkombinasi dengan molekul KoA lainnya utnuk memulai siklus kembali.
·
Energi yang
dihasilkan pada siklus asam sitrat.
Untuk setiap molekul glukosa (dua astil KoAs) yang
masuk pasa siklus asam sitrat, dibentuk 2 (dua) tambahan molekul ATP. Total
glikolisis anaerobik dan siklus aerobik
asam sitrat adalah 4 (empat) molekul ATP.
2.
Sistim Transport Elektron
Sistim
transport elektron terdiri dari : transport hidrogen dan fosforilasi
oksidative. Sistim transport elektron terdiri dari suatu rantai penerima
elektron yang terdapat didalam membran dalam mitokondria (gb.4). Transport elektron merupakan perangkai untuk
formasi (fosforilasi) ATP dari ADP, dimana berhubungan pada fosforilasi
oksidatif.
·
Sumber elektron adalah molekul NADH +
H (NADH2) dan FADH2.
Saat hidrogem ditransfer sepanjang molekul penerima, proton hidrogen menjadi terpisah
dari elektronnya dan dilepaskan pada sekitar mediumnya. Elektron ditransfer
bersama penerima elektron dalam rangkaian reaksi oksidasi-reduksi.
·
Penerima elektron dalam rantai tersebut adalan flavin
mononukliotide (FMN), ubiquionone (koenzim Q), rangkaian sitokhrome (sitokhrome
c, b, a, a3). Sitokhrome adalah protein yang dicirikan dengan kelompok heme (besi). Besi berkombinasi
dengan elektron dari atom hidrogen.
a.
Elektron lewat dari sitokhrom ke sitokhrom, kehilangan
energi dalam perjalanan.
b.
Sitikhrom yang terakhir, sitokhrom a3, memberikan dua
elektron pada molekular oksigen. Elektron kombinasi denga proton untuk
membentuk kembali hidrogen dan kesatuan hidrogen dan oksigen menghasilkan air.
·
Model kemiosmotik untuk elektron transport dan sintesa
ATP.
Elektron ditranster spanjang rantai reaksi, Proton yang
terpisah dipompa dari permukaan membran dalam mitokondria (matriks) ke
permukaan luar (sisi sitoplasma). Hasil ini didalam meningkatkan konsentrasi H+
pada sisi sitoplasma dan menyebabkan senyawa kimia elektron (proton) melewati
membran mitokondria. Kekuatan dibangkitkan, dimana kimia dan osmosa
(chemiosmotic), mendorong sintesa ATP.
Gb4.ATP&B,4
Total
Produksi ATP
Dalam procaryotes aerobic, 38 molekul ATP dapat diproduksi
dari oksidasi lengkap molekul glukosa dalam glikolisis, Siklus Kreb, dan rantai
transport elektron. Dalam eucaryotes dihasilkan 36 moloekul ATP dari oksidasi
lengkap molekul glukosa (Tortora, 1994). Sedangkan Sheeler & Bianchi
menyatakan bahwa, oksidasi lengkap molekul glukosa dengan glikkolisis, Siklus
Kreb, dan transport elektron adalah siikutu dengan hasil kasar 38 atau 40 ATP
atau produksi net-nya 36 atau 38 ATP. Perbedaan produksi ATP total tergantung
kumparan yang mana yan digunakan untuk transport H+ dari NADH
kedalam mitokondria. H+ dari kumparan fosfat gliserol diterima oleh
FP dan sebagai hasil langkah
gandengan satu adalah terlewati. Hidrogen dari kumpaarran malate-aspartate
masuk lebih awal pada rantai transport elektron, maka semua dari tiga kumparan
itu digunakan. Hal ini menggambarkan kira-kira 38 % dari total energi tersedia
didalam molekul glukosa (Sloane, 1994).
Gb5,BioH,175
Gb6.bioh,176
.2. Produksi ATP dari Lemak
Simpanan glukose dan
glikogen didalam tubuh sangat terbatas jika dibandingkan dengan lemak. Karena
itu latihan dapat diperpanjang kalau pemecahan karbohidrat menurun secara
otomatis ketika katabolisme lemak dapat menyediakan ATP dalam jumlah yang besar
yang diperlukan untuk latihan berkelanjutan. Penghambatan aktivitas fosforilase
dan fosfofruktokinase dapat menghentikan atau paling tidak memperlambat
glikolisis. Konsentrasi ATP yang relatif tinggi
terhadap ADP dan AMP menghambat foforilase dan fosfofruktokinase.
Tingginya perbandingan ATP dan ADP juga menghambat dehidroginase piruvat.
Dehidroginase piruvat adalah enzim yang memecah asam piruvat menjadi asetil KoA
pada Daur Krebs (Astrand, P.O., 1986).
Menurut
Advanced Coaching Theory bahwa, Ketika energi dibutuhkan oleh tubuh, lemak bisa
juga digunakan. Lemak dapat dikatakan sebagai simpanan energi yang ideal dan
memungkinkan sebagai pensuplai energi, merupkan materi energi yang padat dan
berisi energi dua kali lebih besar dalam gram-nya dibandingkan dengan 1 gram
karbohidrat. Hampir lemak didalam tubuh disimpan didalam sel secara fisik jauh
dari sel otot harus dikonversi kedalam bentuk yang dapat ditransportasikan.
Simpanan lemak dikerahkan oleh hormon dengan mengkonversikan lemak kedalam Free
Fatty Acyd, FFA dimana dapat masuk kedalam darah untuk transportasi kemana
mereka diperlukan. oksidasi free fatty acid terjadi didalam sel otot ketika FFA
bereaksi dengan enzim masuk kedalam mitokndria untuk membentuk Asetil KoA.
Dalam hal ini, proses oksidasi lemak sama dengan oksidasi karbohidrat.. Jalur
Metabolisme lemak sama dengan meetabolisme karbohidrat, dengan Asetil KoA masuk
ke siklus Kreb dan diikuti rantai transport elektron.
Lemak
menyediakan energi yang lebih. Unit Produksi ATP lebih besar per gram-nya
dibanding karbohidrat, tetapi metabolisme oksidative lemak membutuhkan lebih
banyak oksigen dari pada metabolisme karbohidrat Oleh karennannya Total ATP
yang dihasilkan dari metabolisme lemak lebih besar. Metabolisme lemak rata-rata
menghasilkan 5,6 unit ATP per unit oksigen, sedangkan perbandingannya dengan
hasil metabolisme karbohidrat adalah 6,3 unit ATP per unit oksigen. Pengiriman
oksigen oleh sistem transport oksigen terbatas, dan ini menjadikan karbodidrat
menjadi bahan bakar yang digunakan selama latihan dengan intensitas yang lebih
tinggi dengan durasi yang lama. Ketika energi yang dihasilkan dari lemak
jumlahnya besar, peerbandingan kecepatan dalam resintesa ATP adalah lambat dan
ini menjadi batasan lebih jauh dari peran metabolisme lemak selama latihan.
Kapasitas
oksidasi FFA bervariasi antara type serabut otot yang berbeda. Serabut otot dengan
kapasitas oksidasi yang tinggi adalah yang mempunyai kepadatan yang tinggi pada
mitokondria yang besar. Bersamaan dengan darah yang disuplai, seperti serabut
otot Type I dapat menoksidasi FFA lebih baik Serabut otot Type IIb mempunyai
adaptasi yang lebih baik untuk membangkitkan energi dari metabolisme
karbohidrat.
Otot rangka
mempunyai adaptasi yang baik untuk mengatasi keseluruhan berbagai variasi bahan
bakar yang berbeda,dan keberadaan bahan bakar yang digunakan, dapat mengguakan
protein sebagai sumber bahan bakar pada metabolisme aerobik. Didalam situasi
ini, asam amino yang terdiri dari protein dapat dipecah dan dikonversi kedalam
glukosa, atau bahkan secara langsung kedalam piruvat dan atau acetyl KoA, dan
kemudian masuk pada jalur metabilsme oksidatif (Gb. 8)
Energi yang
dihasilkan dari pemecahan lemak inisangat besar, mencapai 135 sampai 145
molekul ATP dari rantai panjang molekul asam lemak (Sloane, 1994).
Gb.7,bioh,166
Pengaruh Latihan terhadap peningkatan
Mitokondria
·
Terdapat dua macam adaptasi dari hasil latihan aerobik
yaitu : mitokondra, (2) adanya peningkatan aktivitas atau konsentrasi enzim
yang terlibat dalam siklus kreb’s dan sistim transport elektron (Fox and
Bowers, 1993).
·
Berkaitan latihan diharapkan tubuh mempu beradaptasi
terhadap beban yang diberikan. Ada
·
Latihan dapat meningkatkan regulasi Central Nervous
System, kapasitas sistim transport oksigen, proses oksidasi dan jumlah Na K pump (Perdesen, 1997). Latihan yang dilakukan
teratur, terarah dan terprogram mempengaruhi bentuk dan fungsi fisiologis otot.
Beberapa perubahan fisiologis yang terjadi antara lain : peningkatan kepadataan
kapiler darah, jumlah serabut syaraf, konsentrasi myoglobin, ukuran dan jumlah
mitokondria (Fox, 1993).
·
Selain terjadi perubahan jumlah dan atau ukuran
mitokondria juga terdapat adanya perubahan yang menyertai besarnya kapasitas
mitokondria yang terlatih utnuk memproduksi ATP sebagai hasil dari tingginya
aktivitas enzim pada siklus Kreb’s, sistim transport elektron, dan sisitim
metabolisme yang lain yang berhubungan dengan produksi ATP.
·
Menurut Journal of physiology menyatakan bahwa,
Protein mitokondria dan adenine nucleotide transclose meningkat setelah latihan
dalam waktu yang lama / daya tahan, menghasilkan peningkatan uncoupled
respiration
Tidak ada komentar:
Posting Komentar