organisasi sel

ORGANISASI SEL

Komposisi sel secara umum

= unsur pembentuk sel, protoplasma terdiri dari:

- air > 70%

- kation inorganik (hidrogen, kalium, natrium, kalsium, magnesium, besi dsb.)

- anion (khlorida, bikarbonat, hidroksil, fosfat, sulfat dsb.)

- molekul organik yang membentuk struktur sel

- sistem enzim, pembawa energi

- molekul besar: lipid, karbohidrat, protein dan asam nukleat

= agar berfungsi efektif, komposisi sel tidak stabil

= meskipun demikian perubahan dinamis selalu tetap (konstan) untuk mempertahankan kondisi internal, bila tidak, terjadi degenerasi

Ukuran sel

= besar 5 – 50 μm

limfosit 6 μm

sel darah merah 7,5 μm

sel kolumnar 20 μm tinggi dan lebar 10 μm

ovum masak 80 μm

megakariosit 200 μm

Motilitas

= gerakan sitoplasma atau organel khusus dari bagian satu ke yang lain (aliran sitoplasmik), meluasnya bagian sel (pseudopodia, pilopodia, mikrovili, gerakan amoeboid, pembelahan sel, gerakan (pukulan) mikrovili.

= gerakan sel juga termasuk pengambilan (uptake) material dari lingkungan (endositosis, fagositosis), gerakan molekul besar keluar (eksositosis, sekresi)

Bentuk sel

= bentuk sel dari luar tergantung:

- interaksi antar sel

- lingkungan eksternal

- struktur internal

= permukaan sel kadang kadang melipat bila ada absorpsi atau transport,

= adanya mikrovili, memperluas permukaan

STRUKTUR SEL

= bagian luar sel, sitoplasma dan bagian dalam nukleus

= didalam sitoplasma terdapat organela, termasuk membran yang membatasi sehingga terbentuk bagian bagian terpisah:

- retikulum endoplasmik

- kompleks Golgi

- lisosomes

- peroxisomes

- mitokhondria dan transportasi

- vesikel untuk sekresi dan penyimpan (gudang)

- sitosol termasuk ribosom

- filamen protein = sitoskeleton

= permukaan sel mempunyai perluasan:

mikrovili, silia, dan flagela, filamen organela (sentriole)

= gerakan internal sitoplasma

= diluar terdapat membran plasma

= di dalam sitoplasma terdapat nukleus dengan khromosom

= di dalam nukleus terdapat nukleolus

PLASMA MEMBRAN

· = plasmalema = membran sel

· tebal 7,5 nm

· terdiri dari 2 lapis lipid dan protein yang sesuai

Membran lipid : fasfolipid, glikolipid + cholesterol

- membungkus sel dan menolong membantu integritas struktur dan fungsi

- berfungsi sebagai membran semipermeabel antara sitoplasma dan lingkungan eksternal

- alat sensoris mengenal sel lain dan makro molekul

- lapisan dalam menghadap sitoplasma, lapisan luar menghadap lingkungan ekstraselular

- menunjukkan struktur trilaminer = unit membran

semipermeabel : à permeabel untuk molekul kecil tetapi impermeabel untuk ion

- ketidak stabilan 2 lapis lipid sangat penting untuk aktivitas selular eksositosis, endositosis, transport membran dan membran biogenesis

$Description: E:\Scan\Scan Plasma membran\1.1.jpg$

Membran protein

a. protein integral

- larut didalam 2 lapis lipid

- terdiri dari asam amino

- termasuk protein transmembran (dalam membran plasma) berfungsi sebagai reseptor membran dan protein transport

- glikoprotein (transmembran protein)

- terikat di permukaan protoplasma

b. protein periferal

- tidak larut dalam 2 lapis lipid

- dipermukaan sitoplasma

karakteristik membran protein

a. rasio lipid dan protein 1 : 1

b. membran protein difus di dua lapis lipid

Glikokaliks

- dikenal sebagai selubung sel

- dikaitkan dengan matriks ekstra selular (lingkungan ekstra selular) à permukaan sel

- merupakan selubung karbohidrat (gula)

- komposisi :

o oligo saccharide dg protein dan glikolipid

o permukaan luar proteoglikan (membran integral protein) diikat dengan glikosaminoglikan

- fungsi

o membantu perlekatan sel dengan matriks ekstraselular

o mengikat antigen dan enzym ke permukaan sel

o fasilitan pengenalan dan interaksi sel ke sel

Membran transport

termasuk : 1) transport satu arah single molekul (molekul tunggal uniport)

2) co-transport à 2 molekul berbeda dalam searah symport) atau

3) berlawanan arah (antiport)

A. Transport pasif

· difusi à tanpa energi

o molekul melewati membran plasma ke konsentrasi rendah

· difusi sederhana à tiga tingkat konsentrasi molekul (O₂, N₂; H₂O, CO₂)

· difusi fasilitasi, à melalui saluran atau protein carier à menunjukkan spesifikasi molekul

$Description: F:\Scan\2011_11_30\1.3.jpg$

B. Transport aktif

- membutuhkan energi untuk transport molekul melawan tingkatan elektrokimia melalui carier

protein

1. Bentuk : pompa Na⁺ - K⁺ , dengan mekanisme

1) 3 Na⁺ dipompa keluar sel

2) 2 K⁺ dibawa masuk ke sel

3) hidrolise ATP oleh Na⁺ - K⁺ ATP ase

4) sisi ikatan K⁺ dibagian ekstra selular carier protein, sisi ikatan Na⁺ di sisi sitoplasma

5) oubain, menghambat transport kedua ion Na⁺ – K⁺ ATP ase

Fungsi :

1. mempertahankan volume sel dalam keadaan konstan, dengan mengurangi konsentrasi ion intraselular dan meningkatkannya. ekstra selular à mengurangi aliran air masuk ke sel.

2. mempertahankan perbedaan potensial melewati membran plasma

2. transportasi glukose

3. mengikut sertakan gerakan simport glukose melewati epitelium (transport transepitelial)

Komunikasi sel

o I syarat molekul, dikeluarkan oleh sel dan berfungsi menghubungkan dengan yang lain

termasuk neurotransmitter à dilepas ke sinaps, hormon endokrin, dibawa darah à ke sel target, hormon parakrin, autokrin

o membran reseptor

- menuju glikoprotein

- terdapat dipermukaan dan mengikat molekul spesifik

$Description: F:\Scan\2011_11_30\1.4.jpg$

NUKLEUS

Termasuk : - dinding nukleus

- nukleolus

- nukleoplasma

- chromatin

· mengandung apparatus genetik, dikenal deoxyribonucleic acid (DNA) chromosom

· sintesis protein didalam sitoplasma melalui :

1. ribosomal ribonucleic acid ( r. RNA)

2. messenger RNA (m. RNA)

3. transport RNA (t. RNA)

disintese dalam nucleus

Dinding nukleus

- mengelilingi materi nukleus dan terdiri dari 2 membran paralel yang dipisah oleh cisterna perinukler

- terdapat lubang-lubang disebut porus

- membran luar

o menghadap ke sitoplasma dan pada beberapa tempat lanjut sebagai rough endoplasmice reticulum (RER)

o dipermukaan sitoplasmik terdapat ribosom, dapat mensintesis protein, yang masuk ke cisterna.

- membran dalam

o menghadap materi nukleus, tetapi dipisah darinya oleh lamina nuclearis

- cisterna perinuclearis

o terletak diantara membran luar dan dalam

o lanjut dengan cisterna dari RER

o dibeberapa tempat terdapat porus nuclearis, yaitu tempat pertukaran molekul antara nukleus dan sitoplasma

o dibentuk oleh fusi membrana luar dan dalam

Nukleolus

- secara aktif mensintese protein - ikut serta dalam r. RNA

- dapat dideteksi saat sel dalam interphase - ikut dalam sintesis r. RNA

- terdiri dari :

a. pusat fibrilar

sebagai area spheris inaktif ribosomal DNA (r. DNA) dikelilingi oleh daerah fibrilar padat

b. daerah fibrilar

- terdiri dari fibril sekeliling dan antara pusat fibriler

- terdiri dari transkriptional aktif r. DNA

- stadium awal pembentukan r. RNA sebagai precursors

c. daerah granular

- mewakili ribosom precursor

Nukleoplasma

- bagian protoplasma dikelilingi oleh selubung nukleus

- terdiri dari matriks macam-macam tipe partikel (partikel nuklear), (matrix nuklear)

Chromatin

- terletak dalam nukleus dalam bentuk-bentuk :

o hetero chromatin

o euchromatin

- bertanggung jawab sintese RNA

Chromosom

- kelihatan selama mitosis dan meiosis saat chromatin terkondensasi

- struktur : terdiri dari chromatin berisi molekul DNA dan protein , yang dibentuk kedalam nukleosom.

$Description: F:\Scan\2011_11_30\2.3.jpg$

- dikenal : karyotipe à jumlah dan morfologi chromosom, karakteristik tiap spesies

haploid à jumlah chromosom dalam sel germinativum (sel gamet)

diploid à jumlah chromosom dalam sel soma

- genome :

= total gene di dalam chromosom

= 22 pasang autosom dan 1 pasang seks chromosom

DNA

- molekul nukleotide dalam rantai panjang

- untuk sintesis RNA

- gene adalah 1 segmen molekul DNA bertanggung jawab dalam pembentukan 1 molekul RNA

RNA

- molekul sama dengan DNA, terdiri deoxyribose dan ribose

- disintese oleh transkripsi DNA

- dikenal : 1) messenger RNA, membawa kode genetik ke sitoplasma untuk sintese protein

2) transfer RNA, mentransfer asam amino ke ribosom à rantai polipeptid

3) ribosomal RNA, macam-macam protein membentuk ribosom,berfungsi untuk sintese protein

$Description: F:\Scan\2011_11_30\2.5.jpg$

SITOPLASMA

· mempunyai komponen cair :sitosol

· komponen yang lain : organel, inklusion, sitoskeleton

· terdapat interaksi fungsional secara dinamis antara organel dalam pengambilan dan pelepasan material oleh sel, sintesis protein dan metabolime (penghancuran) intra selular

Organela aktif

· unit aktif metabolik, dibatasi oleh membran

1. membran plasma

2. Ribosom

- dibedakan kecil dan besar, dibentuk oleh beberapa tipe r. RNA dan macam-macam protein

- dapat bebas atau terikat pada membran rough endoplasmic reticulum (RER) atau membran luar nukleus

- dibedakan sesuai tempat m. RNA diubah menjadi protein

$Description: F:\Scan\2011_11_30\3.1.jpg$

3. Rough endoplasmic reticulum (RER)

- tempat sintese protein nonsitosolik termasuk sekret, membran plasma dan protein lisosom

- mempunyai membran, berlanjut ke membran nukleus luar

- banyak di sel yang menghasilkan protein à disusun pararel

- mempunyai reseptor di membran tempat menempelnya ribosom

4. Smooth endoplasmic reticulum (SER)

- anyaman membran ireguler, ribosom sedikit

- sintese steroid, triglyseride dan cholesterol

- mempunyai fungsi berbeda-beda di sel yang beda, membentuk hormon, detoksifikasi dan kontraksi relaksasi otot.

5. Mitochondria

- berbentuk tongkat

- mempunyai membran dalam dan luar

diantaranya terdapat membran intermediale

- didalam matriks terdapat granula yang mengikat Ca dan Mg

- mengandung enzym untuk siklus Krebs

- mengandung ATP sinthese, enzym untuk pembentukan ATP dan ADP

- mempunyai aparatus genetik terdiri dari DNA, m. RNA, t. RNA dan r. RNA

- menghasilkan ATP oleh oksidasi asam lemak, asam amino, dan glukose

6. Aparatus Golgi

- terdiri dari cisterne (sakulus) à tumpukan

- fungsi : sintese protein didalam RER, perbaikan membran, resikling dan redistribusi

7. Visikel berselubung

- selubung sitoplasma

- ikut serta dalam transportasi protein dari RER ke Golgi

8. Lisosome

- padat, mempunyai membran protein

- mempunyai kekuatan ATP

9. Teroxisome

10. Centriole

11. Inclusion

- akumulasi material tidak aktif dimetabolisir dan keberadaannya sementera

- golongan :

- glikogen

- tetes lemak

- lipofusin (sering disebut pigmen umur)

12. Sitoskeleton

- anyaman struktur dalam sitosol

- fungsi : menjaga bentuk, stabilisasi, perlekatan sel, fasilitasi, endositosis dan eksositosis, memacu motilitas sel

- termasuk :

o mikrotubul : - menjaga bentuk sel

- membantu transportasi makromolekul disitosol

- memacu gerakan silia, flagela dan chromosome

o mikrofilamen

- dikenal sebagai F. aktin

- lebih stabil dibanding mikrotubul

- banyak dibagian perifer sel

- mengikuti proses selular : misal : - transportasi sol-gel

- endositosis, eksositisis

- lokomosi sel bukan otot

$Description: F:\Scan\2011_11_30\3.3.jpg$

Interaksi antara organela

- ikut dalam proses-proses sel yang penting

- mendekati dinamisasi sel

A. pengambilan dan pelepasan material oleh sel

1. endositosis (pengambilan material oleh sel) termasuk :

- pinositosis

- endositosis dengan perantaraan reseptor

- fagositosis

2. eksositosis

- pelepasan material dari sel melalui fusi membran granula sekret dengan membran plasma

- membutuhkan reseptor di granula dan membran plasma

3. resaikel membran

- menjaga permukaan membran plasma, konstan

B. Sintese protein

$Description: F:\Scan\2011_11_30\3.4.jpg$

sintese nonsitosolik protein

$Description: F:\Scan\2011_11_30\3.6.jpg$

- ikut transport peptid ke RER

- modifikasi sesudah salinan (post translational) didalam RER

- transport protein dari RER ke Golgi

- memproses protein didalam Golgi

perubahan protein cis ke protein trans

- memilih protein di trans Golgi network (anyaman trans Golgi)

C. metabolisme intraselular

o dibedakan : nonlisosomal dan lisosomal

$Description: F:\Scan\2011_11_30\3.7.jpg$

SIKLUS SEL

- terdiri dari interphase dan mitosis (fase M)

- berbeda-beda tergantung tipe sel

- dimulai dari sel istirahat (fase Go)

I interphase :

o lebih lama dari fase M

o periode sel dobel dalam ukuran dan DNA

o dibedakan : fase G1, S, dan G2

fase G1 = fase gap sesudah mitosis dalam pertumbuhan sel dan terjadinya sintese protein, berlangsung sampai beberapa hari, saat pemicu protein (triger protein) dibentuk memampukan sel mencapai nilai ambang, diteruskan ke fase S. Bila gagal mencapai nilai ambang à kembali ke sel istirahat (resting cell). masuk Go.

$Description: F:\Scan\2011_11_30\2.6.jpg$

Fase S = fase sintesis terjadi refleksi DNA dan sintesis protein à terjadi duplikasi chromoson, periode duplikasi centriole, terjadi selama 8 – 12 jam.

Fase G2 = fase gap mengikuti fase S dan berkembang ke mitosis, saat sel bersiap-siap membagi diri, sentriole tumbuh matur, kebutuhan energi untuk mitosis disimpan, disintesis RNA dan protein untuk mitosis, berlangsung 2 – 4 jam.

Mitosis

- mengikuti fase G2 à siklus sel sempurna

- pembagian nukleus (karyokinesis) dan sitoplasma (sitokinesis) àmenghasilkan 2 sel anak identik

- berlangsung selama 1 – 3 jam, termasuk : propase, prometaphase, anaphase dan telophase.

prophase

- chromosom mengalami kondensasi, terdiri dari dua chromatid anak terikat satu sama lain pada centromere.

- dinding (batas) nukleolus dan nukleus hilang

a. centrosome terdiri dari centriole

b. centriole migrasi ke pool yang berlawanan membentuk serabut kumparan

prometaphase

- pembentukan kinetochore microtubule

$Description: F:\Scan\2011_11_30\2.7.jpg$

metaphase

- chromosom yang memadat diluruskan di ekuator kumparan mitose

anaphase

- pemisahan chromatide dan anak chromosom pindah ke pool berlawanan

- pemanjangan kumparan

- terjadinya cincin kontraktil à akibat kontraksi actin.

telophase

- pandalaman lekukan à meninggalkan mid body antara sel anak yang baru

- depolimerisasi mikrotubul à penyelesaian sitokinesis dan pembentukan 2 anak identik

- termasuk reformasi selubung nukleus sekeliling chromosom yang mengalami kondensasi

- nukleoli terlihat

Meiosis

- pembelahan sel à jumlah chromosom berkurang à menjadi 4 anak sel haploid

- terjadi di gamet ( spermatozoa dan ovum) à bila terjadi fertilisasi à zygote diploid

- diikuti rekombinisasi gene maternal dan paternal melalui crossing over

- terbagi menjadi : meiosis I dan

meiosis II

$Description: F:\Scan\2011_11_30\2.8.jpg$

meiosis I

- mengikuti interphase,selama duplikasi 46 chromosom

- ada 4 fase : prophase I, metaphase I

anaphase I, telophase I

- dengan hasil akhir masing-masing sel baru mempunyai 23 chromosom

meiosis II

- terjadi setelah meiosis I selesai, tanpa replikasi DNA

- fase sama : prophase II, metaphase II, anaphase II dan telophase II

- lebih cepat di banding mitosis

Perhatian klinis

1. Ratio euchromatin dan helero chromatin

· proliferasi sel yang cepat lebih tinggi di banding sel kurang aktif

2. Aneuploidi

· deviasi jumlah chromosom normal

· dideteksi dengan kariyotiping

· termasuk trisomi (3 chromosom dalam 1 tipe) dan monosomi (tidak adanya 1 anggota dalam 1 pasang chromosom)

a. Down’s sindrom

- dihubungkan dengan ekstra chromosom 21(trisomi 21)

- ditandai : mental retardasi, pendek, malformasi jantung, genital

dan defek yang lain

b. Klinefelter’s syndrom

- aneuploidi di seks chromosom (XXY)

- ditandai : infertilitas, maskulinisasi yang berbeda-beda dan testes kecil

c. Turner’s syndrom

- dihubungkan dengan monosomi seks chromosom (XO)

- di tandai : pendek, steril, abnormalitas yang lain

- umumnya lethal pada kelainan monosomi

3. Transformed cell (perubahan sel)

- kehilangan kemampuan merespond tanda (signal) mengontrol siklus sel à menjadi kanker.

PENGAWASAN GENETIK DARI METABOLISME

Metabolisme = proses kimia yang menandai unsur hidup, berlangsung dengan bantuan suatu zat, disebut enzim

berlangsung karena terjadinya reaksi kimia yang berurutan

diperlukan enzim tertentu sebagai katalisator

terbentuknya dikontrol oleh satu atau beberapa gen

jika gen tidak ada enzim tidak terbentuk

metabolisme tidak terbentuk (tidak mungkin di lanjutkan)

terjadi blok metabolisme

Gen A Gen B Gen C

Enzim A

Enzim B

Enzim C

zat pelopor zat antara I zat antara 2 hasil

Gambar metabolisme diawasi secara genetik

Enzim A dikontrol oleh gen A demikian pula enzim B oleh gen B, enzim C oleh gen C. Bila gen dominan B tidak ada (karena mutasi gen) à enzim B tidak terbentuk, à terjadi blok metabolisme : . Zat antara 2 dan hasil akhir tidak terbentuk

Satu enzim dikontrol oleh satu gen àhipotesa sebuah gen àsebuah enzim

Bila gen mengalami mutasi àterjadi blok metabolisme, hasil akhir “hipotesa sebuah gen mutan sebuah blok metabolisme”

Adanya blok metabolism àkesalahan metabolisme = kesalahan metabolisme bawaan

Sintesa protein

Peranan protein organisasi structural sel

organisasi fungsional sel

enzim + hormon

mengatasi kegiatan :

- metabolisme, - pernafasan

- biosnitese - perkembangbiakan sel

- pertumbuhan

1. Informasi genetic beralih dari asam nukleat ke protein

Tahap I = transkripsi

Tahap II = translasi

Tidak menimbulkan perubahan menimbulkan perubahan dalam kode

dalam kode, karena ADN dan dari urutan nukleotida ke urutan

ARNd = komplementer asam amino

transkripsi translasi

ADN ARN protein

2. Informasi genetic beralih secara memutar (sirkuler)

menterjemahkan membuat membuat

ADN mencetak ARN protein ARN ADN

ADN ARN

ARN protein

Penemuan baru “dogma pusat sebaliknya”

3. Informasi genetik tidak perlu mengikuti urutan

ADN ke ARN protein tetapi juga dapat

ARN ke ADN sehingga bila di gambar

transkripsi

ADN ARN translasi protein

transkripsi sebaliknya

Jadi informasi genetik dapat

ADN ADN (replikasi dari satu generasi ke generasi berikutnya)

ADN ARN protein

transkripsi translasi

ADN ARN protein

transkripsi sebaliknya

1) Asam amino

Protein = polimer asam amino

sintese protein butuh asam amino

mempunyai gugus amino dan karboksil bebas

gugus amino C gugus karboksil

R gugus tambahan

gugus tambahan beda-beda tiap asam amino

Asam-asam amino terangkai oleh peptida protein

Hasil hidrolisa gugus amino dan karboksil

H O H H O H O

I II l I II I II

H2N – C – C – OH + H – N – C – C – OH H2N – C – C – N – C – C – OH

I l I I

R1 H – R2 R1 H – R2 + H2O

Polipeptide = deretan asam-asam amino

2) ADN

Molekul ADN mengandung keterangan genetik à sintese protein dikontrol molekul ADN

3) Asam ribonukleat non – genetik

Ada 3 macam ARN non – genetik :

ARNd, ARNp dan ARNr

aktif dalam proses pembuatan protein

ARNd setelah menerima informasi genetik terus meninggalkan nukleus à menempel pada ribosom

ARNp (pemindah) mengikat asam amino yang terdapat di sitoplasma, membawa ke ARNd yang ada di ribosom.

ARNr memiliki fungsi umum pada sintese protein

4) Ribosom dan enzim

- sebagai pemimpin dalam interaksi yang berhubungan dengan sintese protein

- ribosom mempunyai faktor-faktor yang berfungsi sebagai enzim

- ribosom-ribosom dapat berkelompok = poliribosom atau polisom, dan banyaknya tergantung dari panjang protein yang akan dibuat

Mekanisme sintese protein

- melibatkan 2 peristiwa

a. transkripsi (pemindahan informasi genetik dari ADN ke ARN

b. translasi (pemindahan informasi genetik dari ARN ke protein

a) Transkripsi

- ADN terdapat dalam inti sel (dalam khromosom)

- Protein dalam sitoplasma à ADN tidak mungkin berperan langsung

- Dicetaklah pita tunggal ARN duta (ARNd) dari molekul ADN à proses disebut transkripsi

- Pencetakan dibutuhkan enzim ARN polimerase bergantung ADN disingkat ARN polimerose

- ARNd yang telah selesai dicetak (selesai menerima informasi genetic dari ADN) à meninggalkan ADN melalui pori-pori keluar melalui membran dan menempel pada ribosom didalam sitoplasma

b) Translasi

- Dibedakan beberapa proses

▫