Sifat Fisika dan Kimia Sel

serta Cara Menganalisa Sel

Alfredo Bambang

Sistem Organisasi Makhluk Hidup

• Salah satu sifat yang menunjukkan adanya kehidupan adalah mempunyai sistem pengaturan fungsi dan struktur yang terorganiasi

• Sistem organisasi yang paling rendah tingkatannya adalah tingkat molekul dan berturut-turut adalah tingkat seluler, jaringan, organ dan sistem.

• Antara struktur dan fungsi terdapat hubungan erat.

Perkembangan Biologi Sel

Fisika Biologi Genetika Biokimia Fisiologi

1665

1820

1839

1869

1891

1902

1908

1913

1934

Robert Hooke

Robert Brown Miescher

Kossel Wieland and Wargburg

• Didapatkan cara-cara isolasi – Mitokondria

– kloroplas

– Nucleus

– kompleks golgi

– partikel-partikel mitotic

– dan komponen lain dalam sel.

Perkembangan ilmu Sitokimia

• Sel terdiri dari protoplasma dan organel sel

• Sifat fisika protoplasma antara lain: bersifat koloid encer maupun semi gel

• Peristiwa fisika yang umum terjadi dalam sel adalah Imbibisi; penyerapan air (absorpsi) ;Difusi (potensial tinggi ke rendah sampai tercapai Dynamic Equilibrium), Osmosis dan filtrasi

• Zat padat dalam protoplasma tidak akan mengendap, karena gerak endonom / otonom yaitu gerak sitoplasma dan gerak Brown

• Sifat kimia protoplasma: tersusun atas zat anorganik dan zat organik. – pH protoplasma adalah sekitar netral, berkisar 6,8 – 7,2.

– dalam protoplasma terdapat larutan bufer

Organisasi Sel

• Mayor – komponen terbesar sel untuk menyusun molekul

organik, seperti C, H, O, N, S, P.

• Minor – diperlukan sel dalam jumlah sedikit misal:

• Na+, K+, Mg2+, Ca 2+ dan Cl-

• Trace element (unsur renik) – diperlukan sel dalam jumlah amat sedikit seperti

Mn2+, Co2+, Zn2+, Si dan Mo

Unsur Penyusun Sel

• Kovalen – ikatan antara elektron atom-atom unsur berdasarkan

valensinya.

– “Sharing Electron”

• Non Kovalen – ikatan Hidrogen (ikatan antara atom h dan unsur lain yang

mempunyai elektronegativitas tinggi)

– ikatan elektrostatik (ionik) yang dibentuk oleh interaksi unsur berbeda muatan (perbedaan ion)

– ikatan hidrofobik yang dibentuk oleh interaksi molekul yang bersifat hidrofobik

– ikatan Van der walls • ikatan antara molekul sejenis yang berinteraksi karena sangat berdekatan

Ikatan Kimia

Ikatan (Interaksi) Van Der Waals

• zat anorganik seperti air, garam-garam, dan ion-ion, jarang sekali berupa unsur murni

• zat organik yang terdiri atas protein, karbohidrat, lipid, enzim, asam nukleat, dll.

• Bahan/ molekul- molekul tersebut mempunyai komposisi yang bersifat tergantung jenis dan aktivitas sel nya

Bahan Penyusun Sel

• Air

• Pada umumnya sel mengandung sekitar 75%-85% air, kecuali pada tulang dan email gigi yang hanya mempunyai ± 20% air.

• Kandungan air dalam sel bervariasi karena adanya perbedaan aktivitas metabolisme sel dan umur sel.

• Misalnya sel-sel jaringan embrio kadar airnya 90% dan makin tua berkurang.

• Kandungan air dari berbagai organ tergantung dari aktivitas metabolisme nya

Bahan Anorganik Sel

• Pada organ-organ dengan aktivitas metabolisme tinggi seperti otak (86%), ginjal (83%), kelenjar tiroid (82%) dan timus (81%).

• Pada organ dengan aktivitas metabolisme lebih rendah contohnya: pada otot (75%), kulit(72%), kartilago (67%), tendo (68%), tulang dan gigi (20%).

• Di dalam sel air dalam keadaan bebas sekitar 95% yang digunakan untuk proses metabolisme sedangkan yang 5% dalam keadaan terikat membentuk ikatan hidrogen pada protein, asam nukleat, dsb.

Air

• Sebagai pelarut yang baik

• Sebagai pengatur suhu

– Mencegah perubahan drastis karena air mempunyai kalor jenis yang rendah (kalor jenis air = 1 cal/g0C).

• Menjaga keseimbangan elektrolit

– Hal ini berhubungan erat dengan reaksi-reaksi enzimatik, tekanan osmosis sel, dan pengaturan pH (pH air netral)

• Berperan dalam proses hidrolisis dan oksidasi

• Sifat air yang transparan

Fungsi Air

• Garam-garam anorganik mengalami mengalami disosiasi membentuk kation dan anion yang berperan penting dalam: – mengatur dan mempertahankan tekanan osmotik dan

pH dalam sel

– mengatur keseimbangan ion-ion anorganik di dalam sel.

– Jika terjadi peningkatan ion-ion dalam sel maka terjadi tekanan osmotic sehingga terjadi penarikan air.

– Sebagai contoh ion Ca, Na, K harus dalam keadaan keseimbangan yang baik, misalnya untuk mempertahankan denyut jantung.

Garam dan ion

• Senyawa organic dalam sel berfungsi untuk membentuk bagian struktural sel atau organel-organel sel dan bahan aktif atau metabolit yang diperlukan untuk aktivitas metabolisme sel.

• Senyawa organic yang penting dalam sel adalah: karbohidrat , protein, lipid dan asam nukleat.

Senyawa Organik dalam Sel

• Ditinjau dari fungsinya di dalam sel, karbohidrat dapat dibedakan menjadi golongan :

– 1). Karbohidrat cadangan , seperti pati /amilum dan glikogen

– 2). Karbohidrat struktural , yaitu karbohidrat yang membentuk senyawa seperti selulosa & chitin.

– 3). Karbohidrat sumber energi, glukosa

Karbohidrat

Conjugated Carbohydrate. Misal

Glikoprotein antara karbohidrat dan protein; Glukosamin antara karbohidrat dengan aminonitrogen misalnya pada chitine; Heparin antara karbohidrat dan sulfur (untuk antikoagulasi).

• membentuk komponen struktural maupun non-struktural sel.

• Protein yg struktural umumnya berbentuk serat (fibrosa) tak larut dalam air atau larutan garam lainnya misalnya aktin dan miosin pada otot lurik, keratin dan kolagen di jaringan penyambung.

• Protein non-strukturil umumnya berbentuk globular (gelang) dan mudah larut dalam air atau larutan garam lainnya misalnya: enzim, albumin, plasma protein, dll.

Protein

1). Katalisator - misalnya enzim. 2). Regulator - misalnya insulin atau histon. 3). Alat transport - misalnya plasma protein. 4), Pertahanan tubuh/imunitas - antibodi/gama

globulin. 5). Racun - misalnya toksin atau histamin. 6). Motilitas - mialnya flagella. 7). Bahan struktural / penunjang – misal jaringan

kolagen.

Fungsi Protein

• “ conjugated protein “ atau protein majemuk / koenzim.

– Nukleoprotein asam nukleat dalam nukleus (kromosom)

– Lipoprotein lipid, terdapat dalam plasma darah

– Khromoprotein Pigmen, membentuk senyawa hemoglobin oada RBC

– Glikoprotein Karbohidrat yang terdapat pada dinding sel tanaman (selulosa) dan chitin

Senyawa Konjugasi Protein

Teknik Mempelajari Sel

• Isolasi Sel – Fluorescence-Activated Cell Sorter – Laser Capture Microdissection

• Pembiakan Sel – In Vivo vs In Vitro – Biakan Primer dan Biakan Sekunder

• Hibridisasi Sel – Sel hibrid adalah gabungan dua sel berbeda yang dengan

hasil akhir satu inti sel. – Tujuan dibuatnya sel hibrid adalah untuk membentuk

antibodi monoklonal.

• Fraksinasi Sel • Pewarnaan Sel

• Dengan menggunakan berbagai macam mikroskop.

• Diperlukan medium dan suhu yang cocok & konstan – Pewarnaan vital : biru metilen, merah netral, tripan biru semuanya untuk mewarnai sitoplasma

– Janus hijau khusus untuk mewarnai mitokondria.

• Diperlukan biakan sel, biakan jaringan (menyebar keluar), dan biakan organ (perkembangannya di dalam organ).

• Mempelajari sel dalam keadaan hidup tidak banyak yang dapat kita pelajari

Mempelajari Sel Dalam Keadaan Hidup

Methylene Blue Stain Neutral Red Stain

Tryphan Blue Stain Janus Green Stain

• Lebih dahulu dilakukan fiksasi , tujuannya ialah:

– Mematikan jaringan dengan cepat agar struktur jaringan tak berubah.

– Mengeraskan jaringan agar mudah dipotong agar tahan pada larutan hipotonis/hipertonis,

– Membantu diferensiasi optik bagian-bagian sel akan mudah dibedakan jadi larutan fiksasi bersifat mordant . • Berbagai macam fiksatif, antara lain: metanol, etanol, formaldehid (untuk jaringan tipis),

larutan2 Bouin, Zenker, Carnoy, Helly (untuk jaringan yang tebal).

• Fiksasi OsO4 (Osmium tetra oksida) dipakai untuk mempelajari sel dengan mikroskop elektron.

• Pewarnaan biasanya berupa larutan garam (asam, atau basa).

– Zat warna bersifat basa misalnya H e m a t o k s i l in.

– Zat warna bersifat asam misalnya E o s i n

Mempelajari Sel Dalam keadaan mati

HE Staining

• DNA (pewarnaan nukleus) pewarnaan Feulgen yang terdiri dari 2 tahap, yaitu: – Hidrolisis sel dengan HCl 1 N (550 C) RNA sel hancur

tinggal DNA basa purin dilepas gugus aldehid .

– Gugus aldehid + zat warna Schiff berwarna merah

• RNA – Sel diberi enzim DNA-ase DNA sel hancur diwarna

dengan pironin – metil hijau RNA berwarna merah.

• Polisakarida (dengan zat warna PAS/ Periodic Acid Schiff) : – Oksidasi sel polisakarida melepaskan gugus aldehid

– Gugus aldehid + PAS merah / ungu tua akrosom

Pewarnaan Khusus

• Spodografi – Jaringan dibakar sampai menjadi abu, kemudian diperiksa dengan

menggunakan mikroskop lapangan gelap.

• Radio autografi – Cara ini lebih moderen dan sering digunakan di laboratorium

sitokimia, misalnya untuk menentukan waktu sintesis protein, DNA, RNA, waktu pembelahan sel, dll.

• Dalam teknik radio autografi digunaan : – Medium pembiakan, untuk membiakan sel / organ. – Timidin - H3 (radioaktip), untuk menentukan waktu sintesis DNA. – Uridin - H3 radioaktip, untuk menentukan waktu sintesis RNA. – Asam amino - H3, untuk menentukan waktu sintesis protein. – Emulsi (AgBr), berfungsi sebagai kertas film.

Teknik Lainnya

Thank You!!! Selamat Belajar