membran sel dan biokimia jaringan -...

Click here to load reader

Post on 30-Apr-2018

228 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • MEMBRAN SEL DAN

    BIOKIMIA JARINGAN

  • Tujuan Instruksional

    Umum

    Mahasiswa FK USU Sem. 2 akan dapat menjelaskan fungsi

    membran dalam sistem transport, absorbsi dan kontraksi di

    sel otot dan sel lainnya.

    Khusus

    Mahasiswa akan dapat :

    1. Menjelaskan struktur, sifat dan fungsi membran sel

    biologis

    2. Menggambarkan struktur membran eritrosit

    3. Menjelaskan fungsi struktur pada membran eritrosit

    4. Menjelaskan sistem transport pada membran

  • 5. Menjelaskan fungsi protein integral dan protein perifer

    pada membran dan hubungannya dengan reseptor

    6. Menjelaskan struktur dan gambaran otot serat lintang

    7. Menjelaskan interaksi miosin, aktin dan ATP dalam

    kontraksi otot

    8. Menginterpretasikan fungsi sistem Troponin dan

    Tropomyosin

    9. Menjelaskan peranan ion Ca2+ dan Creatin fosfat pada

    proses kontraksi otot

    10. Menjelaskan perbedaan sistem kontraksi otot polos dan

    otot serat lintang

    11. Menjelaskan fungsi dan struktur Cytoskelet, Cilia,

    Mikrotubuli dan Mikrofilament dalam kaitannya dengan

    fungsi dan pergerakan sel

    12. Membedakan kelainan yang dijumpai sebagai gangguan

    dalam kontraksi otot

  • PENDAHULUAN

    Membran Plasma

    Retikulum Endoplasma

    Badan Golgi

    Lisosom

    Mitokondria

    Sitoplasma

    Membran

    Nukleus

  • MEMBRAN

    Sifat Membran Biologi :

    1. Struktur lembaran tipis, 6 10 nm

    2. Terdiri dari lipid, protein dan sedikit karbo

    hidrat yang terikat pada lipid/protein

    3. Sebagai larutan dengan dua dimensi yg

    punya kerja timbal balik

    4. Struktur sangat viskus tetapi elastis,

    tertutup, asimetris dengan dua permukaan

    (bilayer)

  • MEMBRAN PLASMA

    Membentuk ruang tertutup di sekeliling

    protoplasma sel individualitas sel

    Permeabilitas yang selektif adanya

    saluran dan pompa ion/ substrat serta

    adanya reseptor spesifik

    sawar/ barrier untuk mempertahankan

    perbedaan komposisi fisiologis ion/ substrat di

    intra dan ekstra sel

  • Model Na+ Channel

  • MEMBRAN PLASMA

    Pertukaran bahan adanya daerah

    khusus (gap junction)

    Model Gap Junction

  • MEMBRAN PLASMA

    Mengadakan internalisasi dan komparte-

    mentalisasi air di dalam tubuh cairan

    intra dan ekstra sel

    Memiliki reseptor utk molekul tertentu yg

    mengatur informasi antar sel dan sekitarnya

    Membran mitokondria sbg tempat proses

    pembentukan energi (energy transducer) yg

    menghasilkan ATP (proses fosforilasi

    oksidatif)

  • MEMBRAN SEL

    Pengertian membran tidak sebatas sebagai struktur yang membatasi/ memisahkan satu sel dengan sel yang lainnya

    Membran juga membentuk ruang/

    kompartemen khusus di dalam sel itu

    sendiri Membran intrasel/ eukariotik

    mitokondria, retikulum endoplasma, badan

    golgi, granula sekresi, lisosom dan

    membran nukleus

  • Struktur Sel

    Membran Plasma

    Retikulum Endoplasma

    Badan Golgi

    Lisosom

    Mitokondria

    Sitoplasma

    Membran

    Nukleus

  • STRUKTUR MEMBRAN

  • Klik salah satu dari komponen di atas

    Sfingomielin

    Fosfogliseridaa

    b

    Glikosfingolipid2

    Sterol3

    STRUKTUR MEMBRAN

    Membran tersusun dari beberapa unsur :

    B PROTEIN

    KARBOHIDRATC

    LIPIDA

    Fosfolipid1

  • Unsur yg paling banyak, punya rangka

    gliserin, mengikat dua asam lemak

    dengan ikatan ester pada C1 dan C2.

    Bisa juga mengikat alkohol terfosforilasi(serin, etanolamin, kolin, inositol).

    a Fosfogliserida

    Klik di sini

  • Klik di sini

    b Sfingomielin

    mempunyai rangka sfingosin (derivat

    amino alkohol, mengikat satu asam lemak

    dengan ikatan amida unsur dalam

    selubung mielin

  • Merupakan lipid yg mengandung gula,

    seperti :

    - Serebrosida : mengandung ikatan

    heksosa tunggal, glukosa

    atau galaktosa

    - Gangliosida : mengandung ikatan gula

    yg lebih kompleks

    2 GLIKOSFINGOLIPID

    Klik di sini

  • 3 STEROL

    Klik di sini

    Sterol yang lazim dijumpai Kolesterol

    - Komponen utama dalam membran

    plasma, sedikit di badan golgi,

    mitokondria dan nukleus.

    - Tersisip diantara fosfolipid, berperan

    dalam menentukan tingkat fluiditas

    membran.

    Lipid membran mempunyai

    bagian hidrofob dan hidrofil

    sifat amfipatik

  • PROTEIN MEMBRAN

    Bersifat amfipatik

    Tersisip dalam lapisan bilayer amfipatik

    fosfolipid

    Lebih dari 100 jenis protein, dengan

    banyak fungsi : enzym, prot.Carrier,

    prot.Struktural, reseptor dsb.

  • PROTEIN MEMBRAN

    Berdasarkan posisi pada membran

    Protein Integral

    Protein Perifer

    1. Prot. Integral : globular,

    amfipatik dengan dua ujung

    hidrofil yang dipisahkan regio

    hidrofob dalam lapisan bilayer

    lipid

    2. Prot. Peripher : terikat lemah

    pada bagian hidrofil

    prot.Integral

  • MEMBRAN ERITROSIT

    Membran eritrosit tersusun atas beberapa

    komponen :

    - protein transmembran band 3

    - protein glikoforin

    - spektrin

    - aktin

    - protein band 4

  • MEMBRAN ERITROSIT

  • Fluidity of the Lipid Bilayer

  • Membrane Disruption by Detergent

  • TRANSPORT MATERI PADA MEMBRAN

    1. Mekanisme pasif

    2. Mekanisme aktif

    3. EndWindows Explorerositosis dan

    Eksositosis

    Difusi sederhana

    Difusi difasilitasi

    Transport aktif/ pump

    ../../../Vanda%20Virgayanti/Application%20Data/Microsoft/Internet%20Explorer/Quick%20Launch/Windows%20Explorer.lnk

  • TRANSPORT MATERI PADA MEMBRAN

    1. Mekanisme passive

    a. Diffusi sederhana

    - Mengikuti gradient elektrokimia

    - Diffusi sederhana dipengaruhi oleh :

    agitasi thermal molekul spesifik,

    gradient konsentrasi, dan kelarutan

    materi tersebut.

  • TRANSPORT MATERI PADA MEMBRAN

    b. Diffusi difasilitasi, memerlukan :

    - Prot. Carrier (dapat jenuh v-max)

    - Tempat ikatan spesifik pada solut

    - Spesifisitas terhadap ion, gula serta asam amino

    - Konstanta pengikatan solut pada sistem

    - Molekul serupa menjadi inhibitor kompetitif

    Diffusi difasilitasi berlangsung dengan mekanisme pingpong

  • TRANSPORT MATERI

    PADA MEMBRAN

    2. Mekanisme aktif

    - Transport aktif/ pump

    - Menjauhi keseimbangan termodinamika,

    melawan gradien elektrokimia

    - Butuh energi (ATP) dan protein carrier

  • Transport aktif primer : Na-K ATP-ase , dll

    Transport aktif sekunder : symport Na-

    glukosa , dll.

    Sistem transport mengatur fungsional

    jumlah dan arah pergerakan molekul :

    - uniport

    - Symport

    - Antiport

    TRANSPORT MATERI

    PADA MEMBRAN

  • TRANSPORT MATERI

    PADA MEMBRAN

    3. Endositosis dan Eksositosis

    - Transport makromolekol (polisakarida,

    protein, polinukleotida, dll)

    - Menggunakan pembentukan vesikel dari

    atau dengan membran plasma

    - Endositosis untuk internalisasi

    - Eksositosis untuk eksternalisasi

  • ENDOSITOSIS

    Proses : invaginasi vesikel fusi

    kemembran organella transfer isi.

    Butuh energi, ca++, dan sistem mikrofilament

    Ada dua type : fagositosis dan pinositosis

    FAGOSITOSIS : untuk sel-sel makrofag dan granulosit.

    PINOSITOSIS : pada semua sel1. Fase cairan : non selektif, proporsional dengan

    konsentrasi.

    2. Fase absorptif : selektif, terbatas pada reseptor tertentu, vesikel terbungkus klatrin

  • EKSOSITOSIS

    Molekul yang dilepas digolongkan dalam:

    1. Molekul yang terikat pada permukaan sel

    2. Molekul yang menjadi bagian dari matriks

    ekstra sel.

    3. Molekul yang diekstra sel menjadi sinyal

    bagi sel lain.

  • MUTASI GEN

    Akondroplasia : mutasi gen pembentuk

    fibroblast

    Fibrosis kistik : mutasi gen pengangkut Cl-

    Penyakit wilson : mutasi gen ATP-ase-Cu

    Sferositosis herediter : mutasi gen spektrin

    Hiperkolesterol familial : mutasi gen reseptorLDL

  • Merupakan jaringan tunggal terbesar

    Bekerja menarik dilawan oleh daya kerja otot lain atau gaya berat

    Macam tipe : skeletal, cardiac, dan smooth muscle.

    - Striated skeletal dan cardiac muscle

    Nonstriated smooth muscle

    - Voluntary skeletal muscle

    Unvoluntary cardiac dan smooth muscle

    Sebagai transducer biokimia merubah energi kimia menjadi energi mekanik

    OTOT

  • Syarat :

    1.Ada supply energi

    2.Ada cara pengaturan aktivitas

    3.Ada hubungan dengan operator

    4.Dapat kembali ke keadaan semula

    OTOT

  • STRUKTUR SECARA MIKROSKOPIS

    Striated muscle

    Terdiri dari sel serabut otot berinti banyak

    Membran plasma sarkolemma

    Sarkoplasma yang kaya creatin fosfat, glikogen,

    ATP dan enzym enzym glikolisis

    Terdapat miofibril tersusun paralel dalam

    sarkoplasma

  • MIOFIBRIL

    Miofibril dengan mikroskop elektron :

    - pita A (gelap) dan pita I (terang )

    - zona H (bahagian tengah pita A) kurang

    padat

    - Garis Z (membagi pita I) sangat padat

    - Sarkomer (regio antara dua garis Z) unit

    fungsional otot

  • MIOFIBRIL

    Secara Biokimia, miofibril pada potongan

    melintang dibentuk dua filamen

    longitudinal :

    - filamen tebal (pita A ; >>> protein

    miosin) membentuk 55 % protein otot

    - filamen tipis (pita I s/d pita A ; >>>

    protein aktin, tropomiosin dan troponin)

    membentuk 25 % protein otot

  • PROTEIN OTOT

    Berperan pada gerakan tingkat organ

    > 20% massa fibril otot

    Aktin : globular (aktin-G), dengan adanyaion Mg2+ polimerisasi menjadi aktin-FAlfa aktinin :pada garis Z , terikat padaaktin menstabilkan filamen aktin

    Tropomiosin : fibrosa , terdiri dari dua rantai yang terikat pada aktin-F

  • PROTEIN OTOT

    Troponin : terdiri dari tiga polipeptida

    terpisah ( TpI, TpC, TpT )

    Miosin : membentuk 55% protein otot

    - Molekul heksamer asimetrik sepasang rantai berat (H-chain) dan dua pasang rantai

    ringan (L-chain).

    - Ekor fibrosa dua heliks yang membelit

    masing-masing dgn caput globuler

  • PROTEIN OTOT

    Aktivitas ATP ase + Miosin mengikat aktin

    - Dengan tripsin dua fragmen

    meromiosin (LMM dan HMM)

    - Heavy meromiosin : larut , terikat pada

    aktin-F dengan aktivitas ATP-ase,

    Dengan papain dua sub fragmen (S1

    dan S2)

  • PROTEIN OTOT

    Titin : dari Z s/d M line membantu relaksasi otot

    Nebulin : sepanjang filamen aktin mengatur pembentukan dan panjang filamen aktin.

    Desmin : melekat pada plasmalemma

    Distrofin : melekat pada plasmalemma

    Kalmodulin :protein pengikat Ca 2+

    Kaldesmon : terikat pada tropomiosin dan aktin otot polos membantu pengikatan miosin pada aktin.

  • FUNGSI MOLEKULER OTOT

    Siklus kontraksi otot : pengikatan dan pelepasan kaput miosin dengan filamen aktin

    Kontraksi : kaput miosin berotasi menjangkau aktin-F pelepasan produk hidrolisa ATP (power stroke) ekor miosin menarik aktin kearah sarkomer filamen aktin melewati filamen miosin sliding filament model

    Molekul ATP baru akan terikat pada kaput miosin aktin-F dilepas relaksasi

    Relaksasi : kaput miosin menghidrolisa ATP ADP + Pi.

  • RELAKSASI

    ATP ADP + Pi

    MIOSIN + ADP + Pi

    Mempunyai afinitas tinggi

    untuk berikatan dengan

    filamen aktin

    MIOSIN

    FIL. AKTIN

  • MIOSIN

    FIL. AKTIN

    Caput Miosin berhasil menggapai fil.aktin

    Pi terlepas

    MIOSIN

    FIL. AKTIN

    Power Stroke

    Caput Miosin menarik fil.aktin

    ADP terlepas

    Kontraksi

  • MIOSIN

    FIL. AKTIN

    MIOSIN

    FIL. AKTIN

    ATP baru masuk

    MIOSIN + ATP

    Mempunyai afinitas sangat

    rendah terhadap fil.aktin

    Fil.aktin akan terlepas

    Relaksasi

  • FUNGSI MOLEKULER OTOT

    Kontraksi pada otot striated

    Eksitasi sarkomer Ca 2+ masuk sarkoplasma (dengan carrier kalsequestrin) tp C . 4 Ca ikatan troponin tropomiosin aktin F berubah active site aktin-F terbuka miosin mengikat aktin kontraksi

  • FUNGSI MOLEKULER OTOT

    Kontraksi pada otot non striated

    - Tidak terdapat sistem troponin

    - Rantai ringan-p miosin otot polos menghambat interaksi miosin-aktin sebelum difosforilasi.

    - Eksitasi sarkomer Ca 2+ masuk sarkoplasma kalmodulin . 4 Ca aktivasi enzym kinase fosforilasi rantai ringan-p miosin mengikat aktin kontraksi

  • METABOLISME ATP OTOT

    ATP dibentuk melalui proses :

    Glikolisis

    Glikogen glikogenolisis glukosa glikolisis asam Piruvat netto 2 ATP

    Fosforilasi oksidatif

    Supply O2 otot terutama dalam mioglobin

    Kreatin fosfat

    Dibentuk saat otot relaksasi ~p + ATP ATP

    Dua molekul ADP

    ADP + ADP ATP + AMP (dengan enzym mioadenilat kinase )

  • SITOSKLETONStruktur filamen intrasel yang tersusun ekstensif

    Melakukan fungsi seluler / kerja mekanis antara lain : membentuk energi, morfogenesis, mitosis, endositosis eksositosis, transport intrasel dll

    Pada sel eukaryotik 3 tipe struktur filamen :

    1. Filamen aktin

    2. Mikrotubulus

    3. Filamen intermediate

  • Filamen Aktin

    Diisolasi dari sel bukan otot

    Mengandung residu metilhistidil

    Polimerisasi spontan dengan adanya

    MgCl2 dan KCl menjadi utas rangkap

    (seperti aktin-F otot)

    Stress fiber gambaran mikrofilamen

    sel aktin yang mencolok dibawah

    membran plasma

  • Filamen Aktin

    Protein-protein khusus yang

    mempengaruhi fungsi aktin :

    1. profilin : menghambat polimerisasi

    2. filamin : pembentukan mikrofilamen

    3. tropomiosin : pembentukan mikrofilamen

    4. aktinin : perlekatan mikrofilamen ke membran, ke substratum dan organella sel

    5. sitokalasin : memecah mikrofilamen dan menghambat polimerisasi

  • Mikrotubulus

    Terdiri dari tabung-tabung di sitoplasma berdiameter 25 nm

    Protein-protein kinesin, dinein, dinamin dan miosin sebagai motor molekuler tidak adanya dinein silia dan flagella tidak bergerak (penyebab kemandulan pria dan penyakit paru obstruktif menahun (COPD)

    Berfungsi pada pembentukan dan kerja spindle mitosis

  • Mikrotubulus

    Bertanggung jawab untuk gerakan intrasel

    Komponen utama silia dan flagella, akson dan dendrit

    Pembentukannya dihambat oleh alkaloid tertentu antara lain : colchicine dan derivatnya, demekolsin (terapi gout arthritis), vinblastin (anti kanker) dan griseofulvin (anti jamur)

  • Filamen Intermediate

    Merupakan molekul fibrosa kaput terminal amino dan ekor terminal karboksil

    Relatif stabil tidak dibentuk dan diurai secepat mikrotubulus

    Penyebarannya : keratin (sel epitel, rambut dan kuku ), desmin (otot), vimentin (sel-sel messenchym), neurofilamen (sel neuron), filamen glia (sel glia)

  • JARINGAN IKAT

    Matriks ekstrasel sebagai jaringan penyangga untuk sel-sel disekitarnya

    Disusun oleh 3 biomolekul utama :

    - protein struktural : kolagen, elastin, fibrilin

    - protein khusus : fibronektin, laminin

    - proteoglikan

    Jaringan ikat yang mengalami spesialisasi : tulang dan kartilago

  • Kollagen

    Salah satu protein struktural yang terdapat dalam matriks ekstrasel (connective tissue)

    Molekul triple heliks (utas tiga) terdiri dari tiga subunit polipeptida yang berhubungan dalam fibril

    Tiap unit polipeptida (rantai alfa) tiap putaran heliksnya mengandung tiga residu (glisin prolin / aa lain hidroksiprolin / aa lain

  • Kollagen

    Disintesa diribosom (pre kolagen)

    retikulum endoplasma (hidroksilasi dan

    glikosilasi membentuk triple heliks)

    apparatus golgi (modifikasi ekstensif menjadi

    kolagen matur) sekresi ke ekstrasel

    (tersusun menjadi serat kolagen)

    Dilisiskan bila kebutuhan asam amino

    meningkat (kelaparan dan proses inflamasi)

  • Kelainan Struktur Kolagen

    Syndroma Ehler Danlos

    - kerusakan kolagen tipe IV, III, VI, VII

    - klinis : hipersensitivitas kulit, fragilitas

    jaringan, peninggian mobilitas sendi

    Syndroma Alport

    - kerusakan kolagen tipe IV membrana

    basalis

    - terangkai kromosom X

    - klinis : haematuria GGK

  • Epidermolisis Bullosa

    - kerusakan kolagen tipe VII

    - klinis : kulit pecah dan lepuh

    Scorbut / Scurvy

    - kerusakan kolagen karena defisiensi ko-

    faktor pada prolil dan lisil hidroksilase (asam

    ascorbut)

    - klinis : perdarahan pada gusi dan sub kutan,

    luka susah sembuh

    Kelainan Struktur Kolagen

  • Elastin

    Struktur yang dapat meregang dan kembali keukuran semula

    Terdapat dalam jumlah besar pada jaringan yang memerlukan keelastisan (paru, pemb.darah, ligamentum)

    Jaringan tiga dimensi yang dibentuk dari polipeptida-polipeptida yang cross linked

    Beberapa rantai samping lisin-nya (dari beberapa elastin) saling berikatan kovalen desmosin cross-linked (sangat elastis)

  • Elastin

    Sangat tidak larut, stabil, didegradasi oleh protease neutrofil elastase

    Pada paru, alveoli terpapar kronis oleh neutrofil elastase yang dilepas dari pengaktifan dan perusakan sel-sel neutrofil kerusakan elastin alveolar emfisema

    Normal, 1 anti tripsin terdapat dalam cairan tubuh menghambat sejumlah kerja protease

    1 anti tripsin disintesa dihati, monosit dan makrofag alveolar

  • Kelainan pada Elastin

    Sindroma Williams : tidak ada gen

    pembentukannya, kelainan perkembangan

    jaringan ikat (stenosis aorta) dan SSP

    Skleroderma : penumpukan elastin pada

    kulit

    Emfisema pulmoner

    Kutis laxa

    Penuaan kulit

  • Beda kolagen dan elastin

    Kolagen Elastin

    Tipe genetis banyak

    Heliks triplet

    Struktur berulang gli-x-y

    Ada proses hidroksilasi

    Mengandung karbohidrat

    Ikatan silang aldol

    Satu tipe genetis

    Gelungan acak

    Tidak ada

    Tidak ada

    Tidak ada

    Ikatan silang desmosin