Hubungan Antara Ca2+ Dengan Kontraksi dan Protein Kontraktil

Peningkatan Ca2+ intraseluler akan memicu kontraksi otot. Basis structural kontraksi adalah pergerakan relatif dari molekul thick and thin filaments pada aparatus kontraktil. Walaupun pergerakan ini serupa pada semua jaringan otot, namun beberapa gambaran dan regulasinya adalah spesifik pada sel otot polos, seperti halnya miometrium. Pada otot polos, gambaran sarcomere arrangement yang secara ekstensif terlihat pada otot bergaris, nampak hanya dalam skala kecil.
Kontribusi intermdiate filaments pada cytosceletal network nampaknya untuk mempertahankan stabilitas integritas structural dari “mini sarcomere” intraseluler. Thin

filaments menyusup kedalam suatu pita padat yang berhubungan dengan cytosceletal network, memudahkan pembangkitan tenaga pada setiap arah dalam sel. Otot polos pada umumnya menjaga suatu “high force” dengan kebutuhan energi yang relatif kecil, dan menunjukkan pemendekan yang lebih besar dibandingkan otot bergaris.

Myosin merupakan protein thick filaments dari aparatus kontraktil intraseluler. Myosin otot polos merupakan suatu protein hexamer yang terdiri dari 2 heavy chain subunits (200kD) dan 2 pasang protein, masing-masing 20 kD dan 17 kD light chain.(gambar 4). Setiap heavy chain mempunyai suatu kepala globuler yang berisi actin binding sites dan adenosine triphosphate (ATP) hydrolysis activity (ATP-ase). Suatu neck region yang menghubungkan globuler head kepada setiap molekul myosin lain, yang terdiri dari suatu long α-helical tail yang berinteraksi dengan tail dari heavy chain subunit. Multiple myosin molecules berinteraksi melalui suatu α-helical tail dalam suatu coiled coil rod, membentuk thick filament darimana globuler head menonjol. Thin filament disusun oleh actin terpolimerisasi menjadi suatu double helical strand, dan suatu asociate protein. Ketika myosin head berinteraksi dengan actin, aktivitas ATP-ase pada myosin head akan terkativasi. Energi yang dibangkitkan sebagai hasil hidrolisis dikonservasi sebagai conformational energy yang

memungkinkan myosin head bergerak pada neck region, merubah posisi relatif dari thick dan thin filaments. Myosin head kemudian terlepas dan dapat melekat kembali pada sisi yang lain pada actin filament apabila kembali mengalami reaktivasi.

Interaksi actin myosin diregulasi oleh Ca2+. Pada miometrium, seperti juga otot polos yang lain, efek dari Ca2+ dimediasi oleh suatu Ca2+ binding protein calmodulin (CaM).(fig 6.3)Kompleks Ca2+ -CaM berikatan dan meningkatkan aktivitas dari myosin light chain kinase (MLCK) dengan suatu mekanisme yang menurunkan aliran outo-inhibitory region dari kinase tersebut. MLCK

memfosforilasi myosin 20-kD light chain pada suatu residu serine yang spesifik didekat terminal N. Fosforilasi myosin berhubungan dengan suatu peningkatan aktivitas acto-myosin ATP-ase dan memfasilitasi interaksi actin-myosin dengan meningkatkan fleksibilitas dari head/neck region.
Sejumlah protein lain, mungkin ikut serta dalam regulasi pada level actin filament, seperti halnya tropomyosin, caldesmon dan calponin. Tropomyosin dan caldesmon meningkatkan ikatan actin terhadap myosin dan ikatan actin-myosin terhadap Ca2+-CaM. Interaksi dengan Ca2+ -CaM mengurangi efek caldesmon dan calponin terhadap interaksi actin-myosin. Keduanya, caldesmondan calponin menghambat aktivitas acto-myosin-ATP-ase; hambatan ini akan berbalik oleh kompleks Ca2+ -CaM

atau oleh fosforilasi suatu Ca2+-sensitive kinase. Jadi, protein-protein ini melengkapi suatu arti regulasi interaksi actin-myosin dan aktivitas associated ATP-ase dan berimplikasi pada regulasi dari cross bridge cycling.

Pada miometrium manusia, peningkatan tension adalah berhubungan dengan suatu peningkatan Ca2+ dan fosforilasi myosin light cahian. Peningkatan Ca2+ mendahului fosforilasi myosin light chain dan fosforilasi maksimal terjadi sebelum tenaga maksimal tercapai. Untuk jumlah yang sama dari tenaga yang dibangkitkan, fosforilasi yang terjadi lebih sedikit pada miometrium pada kehamilan akhir, dibandingkan dengan miometrium tanpa kehamilan. Ratio stress/ light chain phosphorilation adalah 2,2 kali lebih besar pada miometrium wanita hamil. Sampai saat ini, basis fisiologis terjadinya fenomena ini, dimana terjadi peningkatan efisiensi seperti diatas belum jelas diketahui.

Meskipun jumlah actin dan myosin meningkat persel selama kehamilan, tidak terdapat peningkatan pergram jaringan atau per-miligram protein, dan tidak ada perbedaan pada aktivitas spesifik dari myosin light chain kinase atau phosphatase yang melepaskan gugus fosfat. Menariknya miometrium domba hamil juga mampu menghasilkan tenaga yang lebih besar per-stimulus tanpa perbedaan pada fosforilasi myosin light chain, dibandingkan dengan miometrium tidak hamil, meskipun didapatkan peningkatan isi dari myosin dan actin pergram berat basah jaringan miometrium.

Meskipun regulasi fosforilasi myosin oleh Ca2+ mempunyai efek utama pada kontraksi otot polos, mekanisme yang lain juga penting, sebagai contoh adalah tension increases pada miometrium, dan otot polos yang lain, dapat terjadi sebagai respon terhadap signal eksternal tanpa suatu perubahan membrane potential atau perubahan level Ca2+. Sensitisasi Ca2+, sebagai contoh, dengan suatu peningkatan ratio tenaga/Ca2+ sebagai respon terhadap bahan contractant, mungkin melibatkan peran dari intracellular signaling pathways yang meregulasi aktivitas phosphatases.

Mekanisme multiple yang berperan pada proses relaksasi meliputi, pengurangan Ca2+, inhibisi MLCK, aktivasi phosphatases dan perubahan membrane potential. Pada miometrium manusia siklus kontraksi/ relaksasi spontan, berhubungan dengan proses fosforilasi/ defosforilasi dari myosin light chain dan perubahan aktivitas MLCK.

Selama suatu stretch induced contraction pada miometrium manusia, tenaga dan fosforilasi light chain menurun, sedangkan Ca2+ tetap meningkat secara bermakna. Peningkatan Ca2+ menghasilkan suatu aktivasi dari Ca2+ -CaM –dependent kinase II, enzim yang memfosforilasi MLCK, menghasilkan penurunan aktivitas MLCK dan

menghasilkan penurunan afinitas dari Ca2+ -CaM. Jadi, fosforilasi dari MLCK akan menurunkan sensitivitas Ca2+ (desensitisasi) dari fosforilasi myosin light chain.
Phosphatase memainkan peran penting dalam menentukan sensitivitas dari contractile apparatus terhadap stimuli dan perubahan Ca2+. Sejumlah phosphatase aktif melepaskan gugus phosphate dari myosin light chain, dari MLCK, dari calponin, dan dari caldesmon. Phosphatase dapat diregulasi oleh efek langsung pada catalytic subunit-nya atau efek pada targeting atau regulating subunit-nya

Posted in: