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
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
PENDAHULUAN
Membran Plasma Retikulum Endoplasma
Badan Golgi Lisosom
Mitokondria
Sitoplasma
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
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
MEMBRAN PLASMA
Pertukaran bahan → adanya daerah khusus (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
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
Struktur Sel
Membran Plasma Retikulum Endoplasma
Badan Golgi Lisosom
Mitokondria
Sitoplasma
Klik salah satu dari komponen di atas Sfingomielin Fosfogliserida a b Glikosfingolipid 2 Sterol 3
STRUKTUR MEMBRAN
Membran tersusun dari beberapa unsur :
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
b
Sfingomielin
mempunyai rangka sfingosin (derivat
amino alkohol, mengikat satu asam lemak
dengan ikatan amida → unsur dalam
Merupakan lipid yg mengandung gula, seperti :
- Serebrosida : mengandung ikatan
heksosa tunggal, glukosa atau galaktosa
- Gangliosida : mengandung ikatan gula
yg lebih kompleks
2 GLIKOSFINGOLIPID
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
PROTEIN MEMBRAN
Bersifat amfipatik
Tersisip dalam lapisan bilayer amfipatik fosfolipid
Lebih dari 100 jenis protein, dengan banyak fungsi : enzym, prot.Carrier,
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
MEMBRAN ERITROSIT
Membran eritrosit tersusun atas beberapa komponen :
- protein transmembran band 3 - protein glikoforin
- spektrin - aktin
TRANSPORT MATERI
PADA MEMBRAN
1. Mekanisme pasif
2. Mekanisme aktif
3. End
Windows Explorer
ositosis dan
Eksositosis
Difusi sederhana Difusi difasilitasi
TRANSPORT MATERI
PADA MEMBRAN
1. Mekanisme passive
a. Diffusi sederhana
- Mengikuti gradient elektrokimia
- Diffusi sederhana dipengaruhi oleh : agitasi thermal molekul spesifik,
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
TRANSPORT MATERI
PADA MEMBRAN
2. Mekanisme aktif
- Transport aktif/ pump
- Menjauhi keseimbangan termodinamika, melawan gradien elektrokimia
• 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
3. Endositosis dan Eksositosis
- Transport makromolekol (polisakarida, protein, polinukleotida, dll)
- Menggunakan pembentukan vesikel dari atau dengan membran plasma
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 sel
1. Fase cairan : non selektif, proporsional dengan
konsentrasi.
2. Fase absorptif : selektif, terbatas pada reseptor
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
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
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
Syarat :
1.Ada supply energi
2.Ada cara pengaturan aktivitas 3.Ada hubungan dengan operator
4.Dapat kembali ke keadaan semula
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
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
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
)
PROTEIN OTOT
Berperan pada gerakan tingkat organ
> 20% massa fibril otot
Aktin
: globular (aktin-G), dengan adanya
ion Mg
2+
polimerisasi menjadi aktin-F
Alfa aktinin :pada garis Z , terikat pada
aktin
menstabilkan filamen aktin
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).
PROTEIN OTOT
Aktivitas ATP ase +
→ Miosin m
engikat aktin
- Dengan tripsin
dua fragmen
meromiosin
(LMM dan HMM)
- Heavy meromiosin : larut , terikat pada
aktin-F dengan aktivitas ATP-ase,
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+
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
RELAKSASI
ATP → ADP + Pi
MIOSIN + ADP + Pi
Mempunyai afinitas tinggi untuk berikatan dengan filamen aktin
MIOSIN
MIOSIN
FIL. AKTIN
Caput Miosin berhasil menggapai fil.aktin
Pi terlepas
MIOSIN
FIL. AKTIN
Power Stroke
Caput Miosin menarik fil.aktin
ADP terlepas
MIOSIN
FIL. AKTIN
MIOSIN
FIL. AKTIN
ATP baru masuk
MIOSIN + ATP
Mempunyai afinitas sangat rendah terhadap fil.aktin
Fil.aktin akan terlepas
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
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
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
SITOSKLETON
Struktur 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
Filamen Aktin
Diisolasi dari sel bukan otot
Mengandung residu metilhistidil
Polimerisasi spontan dengan adanya
MgCl
2dan KCl menjadi utas rangkap
(seperti aktin-F otot)
Stress fiber
gambaran mikrofilamen
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
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)
Mikrotubulus
•
Bertanggung jawab untuk gerakan
intrasel
•
Komponen utama silia dan flagella,
akson dan dendrit
•
Pembentukannya dihambat oleh alkaloid
tertentu antara lain : colchicine dan
Filamen Intermediate
Merupakan molekul fibrosa kaput
terminal amino dan ekor terminal karboksil Relatif stabil tidak dibentuk dan diurai secepat mikrotubulus
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
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
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
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
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
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
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
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
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
