BLOK – II

BIOMEDIK /BIOLOGI MOLEKULER

oleh ; dr. Dumasari Hutabarat

MEDAN - 2010

BIOMEDIK/BIOLOGI MOLEKULER

• Definisi ., ilmu yang mempelajari fungsi dan

organisasi jasad hidup ( organisme ) di tinjau dari struktur dan regulasi molekuler atau komponen penyusunan nya

Suatu ilmu yang mempelajari organisasi, aktivasi dan regulasi gen pada aras molekul

Aspek Biologi Kehidupan

Jasad hidup ; Jasad hidup selular Tersusun atas satuan unit

sel Contoh ; jamur, hewan dan manusia . Jasad hidup non selular jasad hidup bersifat

parasit obligat /menunjukkan ciri – ciri hidup jika berada pada jasad hidup yang sesuai .

Contoh ; Virus,bakteri. Berdasarkan satuan dasar hidup , jasad hidup di

bedakan - Jasad hidup bersel tunggal ( unicelular ) - Jasad hidup bersel banyak( multicelular)

Berdasarkan organisasi dan struktur rinci sel , maka jasad hidup selular dibedakan ;

- Prokaryot sederhana ; pembagian ruang belum ada.

- Eukaryot lebih teratur dan pembagian ruang sudah jelas .

Eukaryot dapat dibedakan : - Eukaryot tingkat rendah - Eukaryot tingkat tinggi .

Sel Prokaryot

• Sel sangat sederhana • Struktur utama terdiri dari ;

1. Dinding sel

2.Membran plasma

3. Ribosom

4. Bahan genetik Inti sel tidak mempuinyai pembungkusStruktur DNA ,tidak terikat dengan histon

Sel Eukaryot Organella yang penting ; Mitokhondria untuk

energi selular Retikulum endoplasmik ,terdiri dari ;

- Retikulum endoplasmik kasar ; berfungsi untuk proses sekresi protein dan tempat melekatnya ribosom .

- Retikulum endoplasmik halus ; berfungsi untuk tempat detoksifikasi dan sintesis lemak .

Badan golgi berperan dalam sintesis dan penyortiran protein .Vakuol tempat penyimpanan air .

EUKARYOT dan PROKARYOT

• sel ?

Sel merupakan unit terkecil dari fungsional

suatu jaringan dan organ hidup

Robert Hooke (1635-!703 ) sel ,sebagai satuan dasar minimum suatu jasad hidup yang mampu melakukan perbanyakan diri (self duplication )

Sel adalah suatu satuan yang dinamis ,oleh karena mengalami perubahan

Sel disusun oleh komponen kimiawi utama , yaitu protein ,asam nukleat ,lemak dan polisakarida .

Kenapa belajar mengenai sel ?

Hubungan dengan bidang ilmu lain Dasar dari biologi sel

Doktrin sel

Bahwa semua sel berasl dari sel yang sudah ada sebelumnya dan masing-masing sel mempunyai sistem kehidupan sendiri .

Struktur sel

Komponen : Komponen : LIPID , PROTEIN.ASAM NUKLEAT dan LIPID , PROTEIN.ASAM NUKLEAT dan POLISAKARIDA.POLISAKARIDA.

Terdiri dari :Terdiri dari : SitoplasmaSitoplasma Inti sel ( nukleus )Inti sel ( nukleus ) Membran selMembran sel Selubung inti (nuclear membrane)Selubung inti (nuclear membrane) Retikulum endoplasmikRetikulum endoplasmik MitokondriaMitokondria RibosomRibosom

Apparatus golgiApparatus golgi ( kompleka golgi ) ( kompleka golgi )LisosomLisosom

STRUKTUR SEL

STUKTUR SEL

Sitoplasma Komponen terluar dari sel dan pemisah plasma

membran ( plasmalema ) Membran plasma ,mengandung protein integrin yang

berhubungan dengan filamen sitoskeleton sitoplasma dan molekul ekstra sel

Terdiri dari : matriks ( cytoplasmic matrix ) hyaliplasmic dan berisi {organel ,sitoskeleton dan deposit dari lipid,KH dan pigmen .

Terbagi - ektoplasma perifer,sitoplasma dekat

membran plasma.cairan lebih kental- endoplasma sebelah dalam dari

ektoplasma,cairan lebih encer.

• Molecular Organization of the Cell Membrane

• Cell permeability

• Intracellular ion enviroment

1. 1. Lipid (40%) : - Phospholipid : Lipid (40%) : - Phospholipid : * * Phosphatidylcholine (lecithin) ** Phosphatidylethanolamine (cephalin) - Sphingomyelin- Sphingomyelin - Cholesterol- Cholesterol

2.2. Proteins (55%) : a. Integral proteins Proteins (55%) : a. Integral proteins usually they are insoluble usually they are insoluble in water solutions, are associated with lipidin water solutions, are associated with lipid this proteins may be attached tothis proteins may be attached to oligosaccha

rides rides forming glycoproteins forming glycoproteins

b. Peripheral proteinsb. Peripheral proteins are soluble in aqueous are soluble in aqueous solutions, and are usually free of lipidssolutions, and are usually free of lipids

3. Carbohydrates (5%) → oligosaccharide : - glycoproteins3. Carbohydrates (5%) → oligosaccharide : - glycoproteins - glycolipids- glycolipids - glycocalyx- glycocalyx

Composition of Cell Membrane

Cell_membrane_detailed_diagram.svg (SVG file, nominally 877 × 361 pixels, file size: 476 KB)

■ Two layer of phospholipids molecules self – assemble so that their water soluble (hydrophilic) heads form the surface and interior of the membrane, and the water insoluble (hydrophobic) tails face each other.

Hydrophilic headsHydrophobic tails

Pergerakan materi menembus membran sel

• Prinsip dasar : * TRANSPORT PASIF * TRANSPORT AKTIF• Mekanisme transport pasif ; ● difusi ● dialisis ● osmosis ● difusi terfasilitasi ● filtrasi

Dinding sel

• Bakteri mengandung protein,lemak dan polisakarida

• Berdasarkan komposisi dinding sel nya ,maka bakteri dapat di kelompokkan menjadi bakteri gram positip dan gram negatif .

• Bakteri berkapsul , fungsinya ; sebagai pelindung sel terhadap tekanan osmotik dan mekanik dan memberikan bentuk .

Membran plasma

• Terdiri dari lemak dan protein • Berfungsi sebagai selaput sel , semipermiabel.• Bakteri gramPositif membran plasma

membentuk lipatan Mesosom.• Bagian yang menghadap sitoplasma

mesosom, berasosiasi dengan DNA.

Ribosom

• Terdiri atas protein dan molekul RNA ( ribo nucleeic acid )

• Berfungsi dalam proses translasi ( sintesis protein )

• Prokaryot mempunyai bahan genetik tambahan , disebut plasmid .

• Eukariot sub unit RNA ,di nukleus,di mana proteinnya di buat di sitoplasma inti dan bergabung dengan rRNA.

Ribosom …… sifat basofilik banyak gugus fosfat sebagai

unsur rRNAmRNA poliribosom dan pembawa sandi untuk

urutan asam amino ( aa ) dari protein yang di bawa sel

Poliribosom yang melekat membran pada RE,melalui sub unit besar menerjemah mRNA

Retikulum endoplasma

• Merupakan jalinan saluran dan kantung yang saling beranastomose yang dibentuk oleh membran dan membentuk ryang sisterna (sistem membran )

• Ada 2 : 1. Retikulum endoplasma kasar = RER (rough endoplasmic reticulum )

2.Retikulum endoplama halus = SER (smooth endoplasmic reticulum )

• Retikulum endoplama kasar /RER :Sekresi protein ,cth : sel asini panjkreas

sekresi enzim pencernaan ,fibroblas ( kolagen ),dan sel plasma ( imunoglobulin )

Mempunyai poliribosom ciri dari RER Disusun oleh sisterna gepeng yang menyerupai

kantungFungsi : - memisahkan protein yang tidak

digunakan di sitosol - sintesis fosfolipid,perakitan protein

dan modifikasi proses translasi dari polipeptida yang baru di bentuk .

Retikulum endoplasma halus /SER• Tidak memiliki poliribosom membran halus

• Sisterna tumpukan saluran yang saling berhubungan ,bentuk dan ukuran bervariasi

• Mempunyai kemampuan fungsional khusus,cth :- sel korteks adrenal hormon steroid

Banyak dijumpai di sel hati oksidasi,konjugasi dan metilasi

Sintesis fosfolipid semua membran.Mengandung enzim glukosa- 6-fosfatase.

MITIKONDRIA

mitokondria sebagai butiran-butiran kecil seperti benang dan dapat bergerak aktif serta dapat membelah diri tanpa diikuti oleh pembelahan sel. Pembelahan mitokondrian diperkirakan melalui pembelahan yang sangat sederhana yakni pembelahan Amitosis (Altman ,1980 )

Bentuk bervariasi ,tergantung dari aktivitasnya dan panjangnya 2 – 3 mikron

Mitokondria………..

• Mikroskop 2 lapisan 1. membran luar ( outer membrane )2. membran dalam ( inner membran )

Diantara ke -2 membran cairan dan merupakan tempat terjadi siklus creb

Membran dalam membentuk lipatan – lipatan kearah dalam ( krista ) dan ini tergantung pada aktivitas krista

Membran dalam partikel – partikel dsn tempat berlangsung proses oksidasi – reduksi, posforilasi oksidatif dan pembentukan ATP.

• Membran dalam ion – ion, seperti Ca,P ,Mg yang berguna untuk keseimbangan ion di dalam sel.

• Juga terdapat enzim sitokrom dan flavoprotein yang mengandung ion Fe untuk mengatur respirasi, ( enzim respirasi )

• Koenzim Q dan Oksidatif posforilasi.• Matriks,di jumpai enzim kreb ( Krebcitic acid

cycle enzymes ) ,enzim untuk sintesis protein / lipid dan DNA ,RNA untuk pembelahan sel

MITOKONDRIA

MITOKONDRIA

Apparatus golgi /golgi kompleks

• Bentuk pipih seperti jala• Bagian yang memanjang sakkulus• Letaknya pada semua sel,tidak sama.cth

- kelenjar dekat inti- saraf mengelilingi inti - kel.pankreas tidak tetap

Golgi kompak ( dewasa ) menghadap kutub bebas sel dan melepas butir – butir dan berwarna cerah butir golgi ( golgi granul )/ vakuola golgi atau vesikel pemindah

Butir – butir makin lama makin gelap butir zimogen

Fungsi

• tempat proses sintesis• tempat pemekatan (membentuk struktur

protein) • tempat proses penambahan gugus/senyawa • tempat penyimpanan sementara hasil produk

Apparatus golgi

LISOSOM

• Tempat pencernaan intrasel dan pergantian komponen sel

• Aktifitas ; fagositik ,mis : makrofag ,leukosit dan neotrofil )• mengandung berbagai enzim , terutama :enzim asam

fosfatase , ribonuklease,deoksiribonuklease,protease lipase dan ß-glukoronidase

• Bentuk : bulat,Ø : 0,05 – 0,5µm ,bergranul yang merata• Membran pembungkus enzim litik(lisosom) dari

sitoplasma• Lisosom primer tidak terlibat proses pencernaan • Lisosom sekunder terlibat proses pencernaan

PROTEOSOM

Kompleks protease multipel mencerna protein yang akan di hancurkan dengan melekatkan pada ubiquitin ( protein kecil ,76 asam amino )

Memiliki sebuah partikel inti berbentuk seperti tomg tdd 4 cincin yang saling bertumpukan,di mana setiap ujung partikel inti terdapat sebuah partikel pengatur yang mengandung ATP-ase dan mengandung ubiquitin.

PEROKSISOM ( Badan Mikro )

• Mengatur oksigen di dalam sel ,metabolik ,proses detoksifikasi daalam sel dan pemecahan asam lemak menjadi asetil co-enzimA

SITOSKELETON

• Jaringan kompleks yang tdd : mikrotubulus,filamen aktin ( mikrofilamen) dan filamen intermediat

• Suatu protein dan memberi bentuk pada sel• Berfungsi untuk pergerakan sel.

Mikrotubulus Ditemukan dalam tonjolan sitoplasma silia dan

flagella,fungsinya menyaring cairan dari permukaan sel.

Garis tengah : luar 24 nm,panjang ,bervariasi

• Mirotubule…………

Suatu heterodimer yang terdiri atas molekul tubulin Suatu heterodimer yang terdiri atas molekul tubulin alfa dan beta yang tersusun dari asam amino.alfa dan beta yang tersusun dari asam amino.Interfase ,berperan dalam pembentukan kerangka sel Interfase ,berperan dalam pembentukan kerangka sel mempertahankan bentuk sel mempertahankan bentuk sel

Pada sel saraf (axon) mikrotubulus disebut juga Pada sel saraf (axon) mikrotubulus disebut juga Neurotubulus dengan ukuran sedikit lebih besar dari Neurotubulus dengan ukuran sedikit lebih besar dari pada neurofilamen yang berjalan longitudinalpada neurofilamen yang berjalan longitudinal

Neurotubulus berfungsi untuk pertumbuhan penjuluran sel saraf yang sedang berkembang, begitu pula untuk membantu transport berbagai organel dari perkarion ke tepi.

Filamen aktin ( Mikrofilamen )- aktivitas kontraksi- aktin dan miosin protein otot ,filamen

halus dengan Ø5 – 7 nmSel , dapat tersusn dalam berbagai bentuk :

1. otot rangka mikrofilamen dalam berkas parasikral dan berintegrasi dengan filamen miosin tebal ( 16 nm)

2. korteks sel mikrofilamen membentuk selubung tipis dan berhubungan dengan aktivitas : endositosis, eksositosis dan migrasi sel.

3. berperan dalam menggerakkan komponen sitoplasma

4. berhubungan dengan miosindengan membentuk cincin filamen,konstruksinya menimbulkan pembelahan sel

5, pola yang tidak teratur pada sitoplasma kebanyakan sel

Filamen intermediat

Ukuran sedang ,Ø 10 – 12 nm , Terdiri dari :

- Keratin ,tdd 20 protein dan di jumpai pada epitel ( lapisan epidermis ,kuku ,tanduk dan sisik )

- Vimentin karakteristik dari sel mesenkim ( suatu jaringan embrional ),protein tunggal ( 50 – 58 kDa ) dan dapat berpolimerisasi dengan desmin.

• Filamen intermediat…………………….

- - Desmin ( skeletin ) Desmin ( skeletin ) ditemukan pada otot ditemukan pada otot polos dalam garis Z – pada otot rangka dan otot polos dalam garis Z – pada otot rangka dan otot jantung ( 53 – 55 kDa )jantung ( 53 – 55 kDa )

- Filamen glia ( protein asam fibrilar glia ) - Filamen glia ( protein asam fibrilar glia ) khas untuk astrosit,tidak dijumpai pada neuron khas untuk astrosit,tidak dijumpai pada neuron

- Neurofilamen - Neurofilamen tdd 3 polipeptida , BM tdd 3 polipeptida , BM tinggi ( 68,140 dan 210 kDa ) ,memiliki stuktur kimia tinggi ( 68,140 dan 210 kDa ) ,memiliki stuktur kimia dan peran yang berbeda beda pada fungsi seldan peran yang berbeda beda pada fungsi sel

INTI SEL ( NUKLEUS )

sebagai pusat pengatur aktivitas sel, Bentuk inti umumnya berbentuk mendekati

bulat, tapi pada sel neutrofil (polinuklier) intinya terlihat bergelambir.

Dikelilingi sitoplasma ,yang berfungsi sebagai tempat metabolisme.

Mengandung perangkat molekular untuk replikasi DNA .

Tempat sintesis RNA ada 3 , yaitu : ribisom RNA ( r.RNA ) , messenger RNA (mRNA ) , trnsfer RNA

( tRNA ). Komponen ,selaput inti, kromatin,nukleolus dan

matriks , Sel kanker ,benruk inti sel tidak teratur.

Selaput inti

Dikelilingi oleh 3 unit membran paralel yang di pisah kan oleh celah sempit sisterna polinuklear

Membran lamina fibrosa, suatu protein yang ikut menstabilkan selaput inti ,ttd 3 protein utama : lamina A ,B san C .

Pori – pori inti penggabungan membran luar dan dalam , tidak terbuka dan memperlihatkan kompleks pori – pori ,berbtk segi -8 dan tdd > 100 protein.

Sifat selaput inti ,semipermeabel

Selaput……….Fungsi pori – pori tempat pertukaran zat

antara inti dan sitoplasma ,tempat lewatnya ion dan molekul dengan diameter sampai 9nm tanpa harus menggunakan energi,

Molekul > 9nm energi adenosin trifosfat ( ATP ) melalui 2 tahap :

1 ) protein dengan atau lebih lokasi sinyaln inti terikat pada protein sitoplasma yang spesifik,akan menghasilkan st kompleks,tanpa energi

2 ) protein dengan lokasi sinyal inti di pindah kan ke inti menggunakan energi dari ATP.

KromatinDalam inti ,tidak membelah, pada dasarnya

merupakan suatu kromosom dengan derajat gelungan yang berbeda – beda .

Berdasarkan derajat kondensasi dibedakan 2 jenis kromatin :

1) Heterokromatin : - tampak sebagai granul kasar ( mikr. Elektron ),dengan mikr.cahaya gumpalan basofilik

2) Eukromatin : - tampak sebagai granul halus

kromatin……… Berdasarkan penyebaran 3 daerah :

1) Kromatin tepi: berupa granul-granul di sekitar karioteka interna 2) Lempeng-lempeng kromatin: letaknya tersebar di antara dinding inti dan nukleolus 3) Kromatin pembungkus nukleolus: letaknya mengelilingi nukleolus

Terdiri atas untaian DNA yang terikat pada protein (histon) Unit dasar kromatin nukleosom,tdd : 4 jenis histon yang

pusatnya masing – masing tdd 2 histon

NUKLEOLUS

Nukleolus disebut juga Plasmosum Plasmosum bentuknya bulat berjumlah 1 – 4. Nukleolus kaya akan RNA, DNA, dan protein, merupakan tempat materi genetik (Gen)/DNA. Dengan menggunakan mikroskop elektron , 3

zona :

1) pars Granulosa, 2) pars Fibrosa, dan 3) Pars Kromosomal

• Pars Granulosa dan Pars Fibrosa kaya dengan Ribonukleoprotein yang merupakan prekursor ribosum yang akan dibentuk, sedangkan pars Kromosomal kaya dengan DNA.

• RNA-ribosomal (rRNA) di daerah pars kromosomal diubah dan disimpan sementara di daerah pars Fibrosa dan selanjutnya diteruskan ke pars Granulosa sebelum akhirnya dilepaskan ke dalam sitoplasma

MATRIKS INTI

Komponen yang mengisi ruang antara kromatin dan nukleoli di dalam inti

Terdiri atas protein ,metabolit dan ionLamina fibrosa selaput inti bagian dari matriks

, membentuk kerangka inti membantu pembentukan basa protein ,tempat untai DNA terikat.

Pertumbuhan dan Pembelahan sel

• Pertumbuhan sel, adalah hasil sintesis biokimiawi dari protoplasma

• Terjadi penambahan jumlah protoplasma pada sel.

• Pembelahan sel, sel induk membelah dan masing – masing sel anak menerima satu sel kromosom sel induk

• Pembelahan sel duplikasi memanjang dari kromosom di bagikan ke sel anak .

Pembelahan…………..

Pembelahan sel melalui 3 cara yaitu:Pembelahan Amitosis Pembelahan Mitosis Pembelahan Miosis

Pembelahan Amitosis pembelahan secara langsungPembelahan Mitosis menghasilkan dua sel anak yang sama persis dengan sel induk dan sifat genetiknya juga sama

Mitosis adalah manifestasi nyata dari pembelahan sel yang berperan penting

dalam multiplikasi sel

Mitosis…….. Replikasi DNA Berlangsung secara kontinu , kecepatan

berbeda – beda Kecepatan yang berbeda pada mitosis ,di

pengaruhi oleh : jenis kelamin .jenis organ . Suhu dan faktor fisiologis individu

5 tahap ,tdd : Propase ,Metapase ,Anapase ,Telopase dan Interpase Siklus sel

-

Cyclin – Cyclin Dkinase

Normal cell proliferation is modulated by cell cycle regulation.Normal cell proliferation is modulated by cell cycle regulation.

• TERIMA KASIH