bahan ajar dr. Susila Sastri M.Biomed.

Mekanisme

Kerja

Hormon

Blok 1.4

Hormone Action

• Efek primer pada sel ( ikatan hormon –

reseptor spesifik): hormone–receptor

complex

• H-R complex → effector system → signal

transducing mechanism → biochemical

The DNA sequences of several

Hormon:

Transmembrane Receptors

– Enzyme coupled receptors: Signal activates

an enzyme activity of the receptor itself— tyrosine kinases, phospholipase C.

– G-protein coupled receptors: Signal

activates a G-protein that activates

downstream enzymes—makes second messenger(cAMP or Ca2).

– Ion-channel coupled receptors: Signal

Effector systems

•

Hormone–receptor complex:

meningkatkan

aktivitas

– enzim

– G-protein

–

ion channel

PROTEIN KINASES

1. Transmembrane receptor kinases :

tyrosine kinase

ATP : phosphorylate specific tyrosine enzymatic (amplification step).

2. serine/ threonine protein kinases

ATP to phosphorylate specific serine or threonine.

• phosphorylation cascades :

one kinase phosphorylates another → MAP kinase

kinase kinase. (mitogen-activated protein

kinase that phosphorylates MAP kinase

Hormon:

Membrane-bound phospholipase

• Hydrolisa: phosphatidylinositol bisphosphate (PIP2)

→ dua messenger ,

– inositol trisphosphate (IP3) – diacylglycerol (DAG)

Pengaturan Enzym & protein:

calcium atau calmodulin.

• Adenylyl cyclase

• Ca2+-dependent protein kinases • Ca2+-Mg2+ ATPase

• Ca2+-phospholipid-dependent protein kinase • Cyclic nucleotide phosphodiesterase

• Some cytoskeletal proteins

• Some ion channels (eg, L-type calcium channels) • Nitric oxide synthase

• Phosphorylase kinase

• Phosphoprotein phosphatase 2B

Gomplex activates G-protein

• H-R complex: activates G-protein →

activates a membrane-bound enzyme

(e.g. adenyl cyclase, which converts ATP

Cyclic GMP

• Cyclic GMP: berasal dari GTP dengan

Referensi

• MURRAY, R. K., BENDER, D. A., BOTHAM, K. M., J, P.,

KENNELLY, RODWELL, V. W. & WEIL, P. A. (2009) Harper’s Illustrated Biochemistry, The McGraw-Hill Companies, Inc

• VOET, D., G.VOET, J. & PRATT, C. W. (2008) FUNDAMENTALS OF Biochemistry :LIFE AT THE MOLECULAR LEVEL, John Wiley & Sons, Inc.

Energi

Kontraksi

Otot

Blok 1.3

Protein

 

Otot

 

Rangka

• Myosin

• Actin

– Troponin C

– Troponin I

ATP

 

(adenosine

 

triphosphate)

 

•

Energi

 

kontraksi

 

otot

•

Pompa

 

Calcium

 

ke

 

sarcoplasmic

reticulum

 

pada

 

saat

 

relaksasi

•

Mempertahankan

 

membran

 

Sintesis

 

ATP

 

pada

 

Metabolisme

 

Aerob

•

Phosphocreatine.

•

Glycolysis

dari

Glycogen

 

atau

 

Glucosa.

•

Tricarboxylic

acid

 

cycle

 

(TCA

 

or

 

Krebs

 

cycle).

Metabolisme

 

Otot

 

Rangka

I

•

Kontraksi

 

otot

 

membutuhkan

 

ATP

 

yang

 

banyak

•

Bila

 

tidak

 

terjadi

 

resintesis

 

ATP

 

maka

 

sumber

 

ATP

 

yang

 

ada

 

hanya

 

dapat

 

berkontraksi

 

1

 

detik.

 

A. Energy metabolism in muscle fibers 

• Red fibers (type I fibers): prolonged effort.  Energi berasal dari metabolisme  aerobic

tergantung pada suplay  O2. 

• White fibers (type II fibers: fast, strong  contractions. 

•

Red

 

fiber

ATP

 

:

– fatty acids: β‐oxidation

– tricarboxylic acid cycle

– respiratory chain

•

The

 

red

 

color

 

:

 

monomeric

heme

protein

 

myoglobin,

 

O2

 

cadangan

Anaerob

 

Piruvat  As. Laktat (Otot)

Glycogen

Otot

 

Rangka

•

sarcoplasm

kaya

 

glycogen,

 

pada

granule

 

dekat 

I band

.

•

Pembebasan

glucosa

glycogen

 

(glikogenolisis

 

diatur

 

oleh

muscle

 

glycogen

 

phosphorylase

,

melalui

Ca2+, epinephrine, 

and AMP.

•

Ca2+

 

:

 

memulai

muscle

 

contraction

 

dan

 

Penyakit

 

Gangguan

 

Glikogenolisis

•

McArdle

disease:

 

glycogen

 

storage

 

diseases:

 

Muscle

 

glycogen

 

Phosphocreatine

(

creatine

phosphate

 

/

 

Pcr)

•

Cadangan

 

energi

 

otot

•

Creatine

:

 

sintesis

 

pada

liver

 

(Arg,

 

Gly,

 

Met),

 

dibawa

 

ke

sel

 

otot,

 

posporilasi

 

oleh

creatine

kinase

menjadi

 

creatine

phosphate.

Sintesis

 

Creatine

• Step I : kidneys dan Step II: liver

• Kidney: gugusan guanidino arginine ditransfer ke glycine membentuk guanidino acetate

• Liver: N‐methylation dari guanidino acetate 

terbentuk creatine . 

Sumber

 

ATP

 

pada

 

Olah

 

ragawan

•

Sprinter:

 

Creatine

Phosphate

 

&

 

Anaerobic

 

Glycolysis

:

 

sumber

 

ATP.

 

–

100

‐

m

 

sprint

 

:

 

creatine

phosphate

 

(first

 

4–5

 

seconds)

 

dilanjutkan

anaerobic

 

glycolysis,

 

melalui

glycogen

 

otot

 

Sumber

 

ATP..

•

Marathon

 

Runner

 

:

Oxidative Phosphorylation

–

Sumber

 

utama

 

glukosa

 

:

 

• blood glucose 

• free fatty acids, lipolisis (triacylglycerols

Smooth

 

muscle

• Smooth muscles: blood vessel walls dan  walls  of the intestines tidak seperti serat otot 

rangka

• spindle‐shaped, contractile proteins less 

regular pattern dari striated muscle. 

Smooth..

• Ca2+ (Ca2+‐calmodulin) mengaktifkan  kontraksi  smooth muscle; tidak melalui  troponin tetapi melalui  troponin, tetapi 

protein kinase sehingga mengaktifkan 

myosin’s ATPase activity. 

• Hormones such as epinephrine dan 

Referensi

• MURRAY, R. K., BENDER, D. A., BOTHAM, K.  M., J, P., KENNELLY, RODWELL, V. W. & WEIL,  P. A. (2009) Harper’s Illustrated Biochemistry,  The McGraw‐Hill Companies, Inc

Pengantar

Blok

 

1.5

 

UROGENITAL

Blok 1.5 Koordinator

TUJUAN

 

BLOK

•

Mahasiswa

mampu

menjelaskan

struktur

dan

fungsi

sistem

urogenital,

 

keseimbangan

asam

basa

dan

elektrolit,

 

peranannya

dalam

homeostasis

 

serta

korelasi

klinisnya

AREA

 

KOMPETENSI

• Komunikasi efektif

• Landasan ilmiah ilmu kedokteran

• Pengelolaan informasi

• Mawas diri dan pengembangan diri

• Etika, Moral, Medikolegal dan

professionalisme serta keselamatan pasien

BAGIAN

 

TERINTEGRASI

• Anatomi • Biologi • Histologi • Biokimia • Fisiologi • IPD

• IKA • PK

• Obgyn

Kidney

 

Anatomy

Kidney

 

Histology

Kidney Physiology: Mechanisms of Urine Formation

Biokimia

&

 

Kelainan

Urine

• Komposisi dan kelainan

• BJ, pH 

• Sendimen urin

Ureters

Urinary

 

Bladder

Micturition

Electrolyte,

 

and

 

Acid

‐

Base

 

Balance

The

 

Reproductive

 

System

• Wanita

• Laki‐laki

• Kelainan kongenital]

• Kelainan Klinis

REFERENSI

• Atlas anatomi

• Anatomi Snell

• Atlas Histologi

• Biokimia Harper

• Fisiologi Guyton, Ganonng, Tortora

• Etc?

TUTORIAL

• SKENARIO 1 :

• SKENARIO 2 :  

• SKENARIO 3 :  

• SKENARIO 4 :    

• SKENARIO 5 :  

• SKENARIO 6 :  

Skills

 

Lab

Praktikum

• Anatomi

• Histology

• Biokimia

• Biology

• Clinical phtology

Evaluasi

• Tutorial

• Skills lab

• Ujian akhir Blok

Biokimia

Hormon

Blok 1.4

Hormon

• Hormon: senyawa kimia yang disekresikan oleh specific glands atau cell dan

berperan sebagai chemical messenger

atau signal molecule

Hormones Reproduction

Reproduction Growth &Growth & DevelopmentDevelopment

Maintenance of

internal environment

Energy production,

Energy production,

utilization & storage

utilization & storage

Fungsi Hormon

GAS MOLECULE

Receptor

Receptor: specific membrane protein, dapat mengenal dan berikatan dengan

corresponding ligand molecules, aktiv, dan

transduce signal ke next signaling molecules:

A. Membran

B. Intra Sel

Hormon

-

Receptor

•

highly specificity

•

highly affinity

•

saturation

•

reversible binding

Pengaturan

receptor

• Phosphorylation atau

dephosphorylation dari Receptor

• Phospholipid membran

• Enzyme catalyzed hydrolysis

(1) Recognize the special ligand

(2) Binding to special ligand

(3) Signal transduction

biological effect

Hypothalamus Anterior pituitary Posterior pituitary Thyrotropin ACTH Somatotropin LH FSH Prolactin Vasopressin Oxytocin Thyroid Adrenal Cortex Adrenal Medulla Pancreas Ovary Testis

Struktur

Kimia Hormon

1. Derived from amino acids (Hydrophilic)

Amino acid derivatives thyroxine

Histamine, serotonin, melatonin, and the catecholamines, dopa, dopamine,

norepinephrine, and epinephrine are known as “biogenic amines.”

Tripeptides TRH

Small peptides VP (ADH), somatostatin

Intermediate-size peptides

insulin, parathyroid hormone

Complex polypeptides and glycoproteins

2. lipid precursors

Cholesterol derivatives _{cortisol, testosterone, vitamin D ,}

estradiol

Fatty acid derivatives prostaglandins, leukotrienes

3. Derived from other chemicals (mediator)

Purines adenosine

Klasifikasi: Mekanisme Kerja

• Hormones : bind to intracellular receptors

• Hormones : bind to cell surface receptors

– second messenger : cAMP

– second messenger : cGMP

• second messenger : calcium atau phosphatidylinositols (or both)

• second messenger : a kinase atau

I. Hormones : intracellular receptors

• Androgens

• Calcitriol (1,25[OH]2-D3)

• Estrogens

• Glucocorticoids

• Mineralocorticoids

• Progestins

• Retinoic acid

II. Hormones : cell surface receptors

A. The second messenger is cAMP:

• α2-Adrenergic catecholamines

• β-Adrenergic catecholamines

• Adrenocorticotropic hormone

• Antidiuretic hormone

• Calcitonin

• Chorionic gonadotropin, human

• Corticotropin-releasing hormone

• Follicle-stimulating hormone

• Glucagon

• Lipotropin

• Luteinizing hormone

• Melanocyte-stimulating hormone

• Parathyroid hormone

• Somatostatin

• Thyroid-stimulating hormone

B. The second messenger is cGMP:

• Atrial natriuretic factor

II. Hormones …..

C. The second messenger is calcium or

phosphatidylinositols (or both):

• Acetylcholine (muscarinic)

• α1-Adrenergic catecholamines

• Angiotensin II

• Antidiuretic hormone (vasopressin) • Cholecystokinin • Gastrin • Gonadotropin-releasing hormone • Oxytocin

• Platelet-derived growth factor

• Substance P

• Thyrotropin-releasing hormone

D. The second messenger is a kinase or phosphatase cascade:

• Chorionic somatomammotropin

• Epidermal growth factor

• Erythropoietin

• Fibroblast growth factor

• Growth hormone

• Insulin

• Insulin-like growth factors I and II

• Nerve growth factor

• Platelet-derived growth factor

Referensi

• MURRAY, R. K., BENDER, D. A., BOTHAM, K. M., J, P.,

KENNELLY, RODWELL, V. W. & WEIL, P. A. (2009) Harper’s Illustrated Biochemistry, The McGraw-Hill Companies, Inc

• VOET, D., G.VOET, J. & PRATT, C. W. (2008) FUNDAMENTALS OF Biochemistry :LIFE AT THE MOLECULAR LEVEL, John Wiley & Sons, Inc.

• KOOLMAN, J. & ROEHM, K.-H. (2005) Color Atlas of Biochemistry, New York, Thieme.

Posforilasi Oksidasi – Respirasi Sel

Blok 1.2

Respirasi

Sel

• Reaksi kimia pada sel hidup antara atom

C, H dengan O2 menghasilkan CO2, H2O

dan ENERGI

• C,H : makanan, O2 : udara / air

• Energi berguna: reaksi kimia pada sel

C₆ H₁₂ O₆ + 6O₂ 6CO₂ + 6H₂ O + energy

sugar (glucose)

oxygen carbon dioxide

Pencernaan - Pernapasan – Metabolisme - Respirasi Sel

PULMO ARTERI

VENA

SEL

C6H12O6+ O2

Proses

Pemindahan

Electron

• Biologi oxidasi: Oksidasi senyawa

makromolekul pada sel dengan bantuan

enzim intrasel.

• Transport Electron : Electron dibawa oleh

reduced coenzymes (NADH atau FADH₂)

melalui suatu rantai pada membran dalam

mitokondria atau electron transport chain

Proses…

• Oxidative Phosphorylation: Coupling

elektron (e- ) yang dibawa ke membran

dalam mitokondria dengan O2),

pembentukan ATP (Phosphorylation) .

• Sumber posfat in-organik pada

metabolisme aerob

• Enzim: Oxidoreductase pada respirasi

– oxidase acceptor H : O2

Oksidasi

• Oxidation: pelepasan electron dari subsrat

dan reduksi pada penerima elektron

• Enzim: oxidase, dehydrogenase,

Oksidase

• oxidase : oxygen sebagai hydrogen acceptor

• Produk: H2O atau H2O2 .

• Cytochrome oxidase (cyt a3):

– Hb, mioglobin – Cu

– Comp IV ETC

• Flavoprotein enzymes

Dehidrogenase

• Acceptor e-: NAD dan FAD

• NAD-linked dehydrogenase : satu atom hydrogen

dibebaskan dari substrat sebagai hydrogen dengan two

electrons (hydride ion, H– ₎

– Glikolisis, TCA, B-oksidasi

– succinate dehydrogenase, acyl-CoA dehydrogenase,

and mitochondrial glycerol-3-phosphate dehydrogenase

• Ribovlavin-linked dehydrogenase: dihydrolipoyl dehydrogenase

Hydroperoxidase

• Peroxidase

– Substrat H2O2

– Acceptor :ascorbate, quinone, cytochrome c.

– Milk, leukocytes, platelets, metabolit eicosanoid – Erytrosit : glutathione peroxidase, selenium as a

prosthetic group

• Protector membran lipid dan erytrosit dari oksidasi peroksida

• Catalase

– H2O2 : substrat atau acceptor

Elektron

• Sumber : metabolisme senyawa

makromolekul pada sitoplasma dan

mitokhondria melalui proses oksidasi dan

reduksi (REDOK)

– Glikolisis

– Siklus Krebs

– B-oksidasi asam lemak

• Acceptor elektron :

NAD

+

& FAD

• electron carrier

• nucleotide coenzyme

• nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+)

• flavin adenine dinucleotide (FAD)

• Transfer hydride ion (H- ; a proton with two electrons) • Enzim: Dehidrogenase

FAD + 2 H+ _{+ 2 e}- _FADH2

NAD+ _{+ H}+ _{+ 2 e}- _{NADH + H}+

FAD

H₃C

H₃C N N

N O

O N

CH₂ CH CH CH CH₂ OH OH OH

O P O P O OH O

OH O

CH_{2 O}

OH OH N N NH₂ N N

Sumber

NADH dan

FADH

• Glikolisis aerob : 2 NADH

• Piruvat Acetil CoA: 2NADH

(skeletal muscle & brain)

•(liver, kidney and heart)

Electron Transport chain

(respiratory chain)

• inner mitochondrial membrane

• Empat protein complex (I, II, III, IV).

• Coenzyme (Q) larut dalam lemak dan

protein (cyt c)larut dalam air ( shuttle

between protein complexes)

• Electrons transfer:

Comp I

Comp II

Comp III Comp IV

ETC….

• Complex I dan II menerima electron dari

sumber yang berbeda

– NADH : Comp. I

– FADH2: Comp.II

• Carier e- dari Comp I & II ke Comp III: CoQ (ubiquinon)

– Complex III: Cyt b dan c

– Complex IV:

Complex I

• Menerima e- dari NADH

• NADH–coenzyme Q oxidoreductase

• (FMN)Flavin mononucleotide

– iron–sulfur clusters : [2Fe–2S] dan [4Fe–

4S] clusters

• e- dibawa ke Co Q (ubiquinon)

• Tranlokasi 4 proton (H+) dari matrix ke

Complex II

• succinate–coenzyme Q oxidoreductase

– succinate dehydrogenase

– Membawa e- dari succinat (FADH2) ke Co Q

– Membawa e- dari glycerophosphate shuttle

• Redox Cofactor

– Cytochromes : CybL , CybS

• protoporphyrin IX : Hb dan mioglobin

Complex III

• coenzyme Q–cytochrome c oxidoreductase (cytochrome bc1)

• 2 Cyt.b, 1 cyt.c1 dan 1 [2Fe–2S] cluster

Cytochrome : electron carrier, tdd heme

Heme: cytochrome (a, b, c) perbedaan pada porphyrin ring.

Cytochrome c : small, water-soluble protein.

Cytochrome

N

N N

N

C H ₃ HC

C H ₃

S C H ₂

C H ₃

C H S C H ₂

C H 3

C H ₂ C H ₂ C O O −

C H ₃ H ₃C

C H ₂ C H ₂

−_{O O C}

p r o t e i n

p r o t e i n

Fe

Complex IV

• acceptor ion H adalah O2

• Cytochrome c oxidase

• 4 redok center : cytochrome a, cytochrome

a3, CuB dan CuA

• Ion H intermembrane space masuk ke

matrix :

Inhibitor ETC

• Complex I : Rotenon, Amytal dan Piericidin A

• Complex III : Actimicyn A

• Complex IV: Cyanida, Carbon monoxide

– ion Cyanide berkompetisi dengan O2 untuk berikatan dengan cytochrome c oxidase pada oxygen-binding site.

– ATP synthase : Oligomycin

Pembentukan ATP

• 2 electron (NADH) melewati Complex I, III,

IV menghasilkan 10 proton (H+) pada

intermembran space: enghasilkan 3 ATP

• 2 electron FADH2 melewati complex

II,III,IV menghasilkan 6 proton pada

intermembrane space : 2 ATP

• Energi bebas yang dibutuhkan untuk

sintesis satu ATP: 40-50 kJ/mol

Referensi

• C.TOY, E., WILLIAM E. SEIFERT, J., STROBEL, H. W. & HARMS,

K. P. (2008 ) Case Files™ Biochemistry.

• MURRAY, R. K., BENDER, D. A., BOTHAM, K. M., J, P.,

KENNELLY, RODWELL, V. W. & WEIL, P. A. (2009) Harper’s

Illustrated Biochemistry, The McGraw-Hill Companies, Inc

• VOET, D., G.VOET, J. & PRATT, C. W. (2008) FUNDAMENTALS

OF Biochemistry :LIFE AT THE MOLECULAR LEVEL, John Wiley & Sons, Inc.

• KOOLMAN, J. & ROEHM, K.-H. (2005) Color Atlas of Biochemistry,

New York, Thieme.

• JAIN, J. L., JAIN, S. & JAIN, N. (2005) FUNDAMENTALS OF