Upload
ui-ac
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
AP Biology
BIOLOGI SEL KAJIAN MEMBRAN DAN ORGANEL-ORGANEL SEL
Oleh Kelompok 1
Andre Fahriz Perdana Harahap (1406605843) Hassel Angelyn (1406571211) Muhammad Yusuf Arya Ramadhan (1406533421) Nadina Sabila (1406533655) Shaina Tania (1406533661)
Jurusan Teknologi Bioproses Departemen Teknik Kimia – FTUI
2015
AP Biology
OUTLINE Pendahuluan Struktur Membran Sel Dinding Sel Bakteri Dinding Sel Tumbuhan Transportasi pada Membran Sel Organel-Organel Penyusun Sel Sistem Endomembran
AP Biology
Perbandingan Ukuran Organel Sel
human eye, no microscope light microscopes
electron microscopes hummingbirds humans
lipids virus most animal cells and plant cells mitochondria,
chloroplasts most
bacteria small molecules frog egg
proteins
0.1 nm 1 nm 10 nm 100 nm 1 µm 10 µm 100 µm 1 mm 1 cm 0.1 m 1 m 10 m 100 m
AP Biology
Mengamati Organel Sel
a) Light micrograph. A phase-contrast
micro-scope yields high-contrast
images of transparent
specimens, such as cells.
b) Light micrograph. A reflected light micro-scope
captures light reflected from
opaque specimens.
c) Fluorescence micro-graph. The
chlorophyll molecules in these cells emitted red
light (they fluoresced) naturally.
d) A transmission electron
micrograph reveals
fantastically detailed images
of internal structures.
e) A scanning electron micro-graph shows
surface details of cells and
structures. Often, SEMs are
artificially colored to highlight certain
details. Paling baik untuk
mengamati organel sel
AP Biology
Perkembangan Penemuan Membran Plasma
1
3
2
Gortel & Grendel (1925): Lipid Bilayer Membran berupa struktur yang membatasi sel, terdiri atas lipid bergugus polar dan gugus yang bersifat hidrofob (gugus asam lemak. Gugus polar mengarah ke bagian luar bilayer dan gugus asam lemak di bagian tengah bilayer.
Davson & Danielli (1925) Membran merupakan struktur lipid bilayer yang disipi protein globular yang melintasi membran dan terdapat pula protein di permukaan luar dan dalam membran.
Singer & Nicholson (1972) Model fluida mosaik: lipid bilayer berada dalam keadaan fluid dan dapat bergerak lateral dalam daerah membran. Protein terdistribusi secara mosaik.
AP Biology
Komposisi Umum Membran Sel Lipid bilayer: Kerangka struktur membran dan berfungsi
sebagai penghalang “barrier” yang membatasi pergerakan molekul secara acak. Bersifat amfipatik.
Protein: Terdapat tiga jenis, protein integral (amfipatik), protein perifer, dan protein berikatan dengan lipid.
Karbohidrat: Berikatan dengan lipid (glikolipid) atau dengan protein (glikoprotein)
AP Biology
Fluid-Mosaic Model
FLUID- because individual phospholipids and proteins can move side-to-side within the layer, like it’s a liquid.
MOSAIC- because of the pattern produced by the scattered protein molecules when the membrane is viewed from above.
AP Biology
Phospholipids
Fatty acid
Phosphate
Phosphate head hydrophilic
Fatty acid tails hydrophobic
Arranged as a bilayer
Aaaah, one of those
structure–function examples
“repelled by water”
“attracted to water”
Phospholipids bilayer
AP Biology
Phospolipids
13
Make up the cell membrane
Contains 2 fatty acid chains that
are nonpolar
Head is polar & contains a –PO4 group & glycerol
AP Biology
Arranged as a Phospholipid bilayer
polar hydrophilic
heads
nonpolar hydrophobic
tails
polar hydrophilic
heads
Serves as a cellular barrier / border
H2O sugar
lipids
salt
waste
impermeable to polar molecules
AP Biology
Cell membrane defines cell Cell membrane separates living cell from
aqueous environment thin barrier = 8nm thick
Controls traffic in & out of the cell allows some substances to cross more
easily than others hydrophobic (nonpolar) vs. hydrophilic (polar)
AP Biology
Permeability to polar molecules? Membrane becomes semi-permeable via
protein channels specific channels allow specific material
across cell membrane
inside cell
outside cell
sugar aa H2O
salt NH3
AP Biology
Cell membrane is more than lipids… Transmembrane proteins embedded in
phospholipid bilayer create semi-permeabe channels lipid bilayer membrane
protein channels in lipid bilyer membrane
AP Biology 2007-2008
Why are proteins the perfect
molecule to build structures in the cell membrane?
AP Biology
Classes of amino acids What do these amino acids have in common?
polar & hydrophilic
I like the polar ones the best!
AP Biology
Proteins domains anchor molecule
Within membrane nonpolar amino acids
hydrophobic anchors protein
into membrane
On outer surfaces of membrane in fluid polar amino acids
hydrophilic extend into
extracellular fluid & into cytosol
Polar areas of protein
Nonpolar areas of protein
AP Biology
NH2
H+
COOH
Cytoplasm
Retinal chromophore
Nonpolar (hydrophobic) a-helices in the cell membrane H+
Porin monomer
b-pleated sheets
Bacterial outer membrane
proton pump channel in photosynthetic bacteria
aquaporin = water channel in bacteria
function through conformational change = protein changes shape
Examples
H2O
H2O
H+
H+
AP Biology
Many Functions of Membrane Proteins
Outside
Plasma membrane
Inside Transporter Cell surface
receptor Enzyme activity
Cell surface identity marker
Attachment to the cytoskeleton
Cell adhesion
“Antigen”
“Channel”
AP Biology
Membrane Proteins Proteins determine membrane’s specific functions
cell membrane & organelle membranes each have unique collections of proteins
Classes of membrane proteins: peripheral proteins
loosely bound to surface of membrane
ex: cell surface identity marker (antigens)
integral proteins penetrate lipid bilayer, usually across whole membrane transmembrane protein
ex: transport proteins channels, permeases (pumps)
AP Biology
Cell membrane must be more than lipids…
In 1972, S.J. Singer & G. Nicolson proposed that membrane proteins are inserted into the phospholipid bilayer
It’s like a fluid… It’s like a mosaic…
It’s the Fluid Mosaic Model!
AP Biology
Membrane is a collage of proteins & other molecules embedded in the fluid matrix of the lipid bilayer
Extracellular fluid
Cholesterol
Cytoplasm
Glycolipid
Transmembrane proteins
Filaments of cytoskeleton
Peripheral protein
Glycoprotein
Phospholipids
1972, S.J. Singer & G. Nicolson proposed Fluid Mosaic Model
AP Biology
Membrane carbohydrates Play a key role in cell-cell recognition
ability of a cell to distinguish one cell from another antigens
important in organ & tissue development
basis for rejection of foreign cells by immune system
AP Biology
Membrane fat composition varies Fat composition affects flexibility
membrane must be fluid & flexible about as fluid as thick salad oil
% unsaturated fatty acids in phospholipids keep membrane less viscous cold-adapted organisms, like winter wheat
increase % in autumn
cholesterol in membrane
AP Biology
Fungsi Membran Plasma Melindungi dan mempertahankan isi sel Pembatas yang bersifat selektif permeabel:
mencegah pertukaran molekul dari satu sisi ke sisi lainnya, memungkinkan substansi tertentu masuk ke sitoplasma dari lingkungan luar, mencegah masuknya senyawa tertentu ke dalam sitoplasma.
Transduksi energi: terlibat dalam proses perubahan energi ke bentuk energi yang lain
Interaksi interseluler membran plasma mengantarai interaksi antar sel dalam organisme multiseluler
Memberikan respons terhadap rangsangan luar: Tipe sel yang berbeda memiliki molekul reseptorr yang beda
AP Biology
Fungsi Membran Plasma (Cont’d) Perpindahan suatu senyawa terlarut Mendukung aktifitas biokimia yang berlangsung di
dalam sel: Beberapa proses di dalam sel tergantung pada suatu serial reaksi yang dikatalis oleh enzim yang terdapat di dalam membran, produk suatu reaksi akan bertindak sebagai reaktan untuk reaksi selanjutnya. Jika enzim yang berbeda pada membran berada pada susunan yang urut, produk suatu reaksi dapat dilepaskan ke dekat enzim untuk reaksi berikutnya
AP Biology
Dinding Sel Tumbuhan
Dinding sel melindungi sel tumbuhan, mempertahankan bentuknya, dan mencegah penghisapan air berlebihan.
Dinding sel tumbuhan jauh lebih tebal daripada membran plasma, yaitu sekitar 0,1 mikrometer hingga beberapa mikrometer, serta sifatnya lebih rigid (kaku).
Mikrofibril yang terbuat dari selulosa polisakarida tertanam di dalam matriks yang terdiri dari polisakarida lain dan protein, menjadikannya sebagai substansi dasar dinding sel tumbuhan.
AP Biology
Cell Wall Animal cells do not have walls, but plant
cells and many protist and fungal cells do
Primary cell wall A thin, pliable wall formed by secretion of
cellulose into the coating around young plant cells
Secondary cell wall A strong wall composed of lignin, formed in some
plant stems and roots after maturity
AP Biology
Cell Wall
• Cell wall is a protective layer outside the cell membrane that also provides support for the cell's structure
• Cell walls made of cellulose are only found around plant cells and a few other organisms
• Cellulose is a specialized sugar that is classified as a structural carbohydrate and not used for energy
AP Biology
Function of Cell Wall • Keep the shape of the plant • The cell wall acts as a gatekeeper • Provide support and limited plasticity • Prevent loss of water • Protection from insects and pathogens • Filter • Prevent overexpansion caused by too much
water • Allow plants to grow to great heights
AP Biology
Plasmodesmata • There are small holes, calledplasmodesmata, in
the cell walls between plant cells • The cell membranes of neighboring cells are able
to connect through these holes • The connections allow the transfer of nutrients,
waste, and ions (symplastic pathways) • Molecules can also pass through the spaces
within the cell walls, avoiding the cells completely (apoplastic pathways)
AP Biology
Klasifikasi Mekanisme Transport Berdasarkan jumlah molekul yang melintasi membran: - Uniport (transport satu molekul) - Co-transport (transport dua molekul Co transport dibagi dua jenis yaitu symport (dua molekul ditransport ke arah yang sama, misalnya glukosa dan Na+) dan antiport (dua molekul ditransport ke arah berlawanan, misalnya pompa Na dan K) Berdasarkan aliran gradien elektrokimia: - Transport aktif (melawan gradien konsentrasi, butuh energi)
- Transport pasif (tanpa melawan gradien konsentrasi, tanpa energi)
AP Biology
Getting through cell membrane Passive Transport
Simple diffusion diffusion of nonpolar, hydrophobic molecules
lipids HIGH LOW concentration gradient
Facilitated transport diffusion of polar, hydrophilic molecules through a protein channel
HIGH LOW concentration gradient
Active transport diffusion against concentration gradient
LOW HIGH
uses a protein pump requires ATP
ATP
AP Biology
Transport Molekul
Molekul yang dapat melintasi bilayer lipid dengan mudah adalah molekul kecil, larut dalam lipid, hidrofobik, dan nonpolar. (Hidrokarbon, CO2 dan O2)
Molekul yang sangat kecil tapi tidak bermuatan juga mudah melewati membran. (air, urea, gliserol, dan etanol)
Bilayer lipid tidak sangat permeabel terhadap molekul polar tak bermuatan yang lebih besar. (glukosa dan sukrosa)
Bilayer lipid relatif tidak permeabel terhadap ion, sekalipun ion-ion kecil seperti H+, K+, dan Na+.
AP Biology
Diffusion 2nd Law of Thermodynamics
governs biological systems universe tends towards disorder (entropy)
Diffusion movement from HIGH LOW concentration
AP Biology
Simple Diffusion Move from HIGH to LOW concentration
“passive transport” no energy needed
diffusion osmosis
movement of water
AP Biology
Osmosis is just diffusion of water Water is very important to life,
so we talk about water separately Diffusion of water from
HIGH concentration of water to LOW concentration of water across a
semi-permeable membrane
AP Biology
Concentration of water Direction of osmosis is determined by
comparing total solute concentrations Hypertonic - more solute, less water
Hypotonic - less solute, more water
Isotonic - equal solute, equal water
hypotonic hypertonic
water
net movement of water
AP Biology freshwater balanced saltwater
Managing water balance Cell survival depends on balancing
water uptake & loss
AP Biology
Managing water balance Hypotonic
a cell in fresh water high concentration of water around cell
problem: cell gains water, swells & can burst
example: Paramecium ex: water continually enters
Paramecium cell
solution: contractile vacuole pumps water out of cell ATP
plant cells turgid = full cell wall protects from bursting
freshwater
ATP
1
No problem, here
KABOOM!
AP Biology
Managing water balance Hypertonic
a cell in salt water low concentration of water
around cell problem: cell loses water &
can die example: shellfish solution: take up water or
pump out salt
plant cells plasmolysis = wilt can recover
saltwater
2
I will survive!
I’m shrinking, I’m shrinking!
AP Biology
Managing water balance Isotonic
animal cell immersed in mild salt solution
no difference in concentration of water between cell & environment problem: none no net movement of water
flows across membrane equally, in both directions
cell in equilibrium volume of cell is stable
example: blood cells in blood plasma slightly salty IV solution in hospital
balanced
3
I could be better…
That’s perfect!
AP Biology
Aquaporins Water moves rapidly into & out of cells
evidence that there were water channels protein channels allowing flow of water
across cell membrane
1991 | 2003
Peter Agre John Hopkins
Roderick MacKinnon Rockefeller
AP Biology
Facilitated Diffusion Diffusion through protein channels
channels move specific molecules across cell membrane
no energy needed
“The Bouncer”
open channel = fast transport
facilitated = with help
HIGH
LOW
AP Biology
Diffusion across cell membrane Cell membrane is the boundary between
inside & outside… separates cell from its environment
IN food carbohydrates sugars, proteins amino acids lipids salts, O2, H2O
OUT waste ammonia salts CO2 H2O products
cell needs materials in & products or waste out
IN
OUT
Can it be an impenetrable boundary? NO!
AP Biology
How about large molecules? Moving large molecules into & out of cell
through vesicles & vacuoles endocytosis
phagocytosis = “cellular eating” pinocytosis = “cellular drinking”
exocytosis
exocytosis
AP Biology
Endocytosis
phagocytosis
pinocytosis
receptor-mediated endocytosis
fuse with lysosome for digestion
non-specific process
triggered by molecular signal
AP Biology
Active Transport
“The Doorman”
conformational change
Cells may need to move molecules against concentration gradient conformational shape change transports solute
from one side of membrane to other protein “pump” “costs” energy = ATP
ATP
LOW
HIGH
AP Biology
Active Transport
Three ways of driving active transport: (a) Coupled carrier: downhill solute drive uphill solute (b) ATP-driven: ATP hydrolysis to drive uphill solute (c) light-driven: light energy trigger uphill solute
Nukleus
• Nukleus adalah manager dari sel
• Nukleus merupakan organel terbesar dalam sel
• Didalam nukleus terdapat DNA dan ribosom
Letak Nukleus
• Letak nukleus bervariasi antar sel
• Pada umumnya nukleus terletak di tengah atau sedikit ke pinggir
Struktur Nukleus
• Nukleus adalah organel yang paling menonjol dalam sel
• Berdiameter sekitar 5μm
• Dalam into nukleus terdapat nucleolus
• Terdapat membran nukleus yang memisahkan sitoplasma dengan nukleoplasma
Membran Nukleus
• Membran nukleus merupakan membran ganda
• Kedua membran merupakan bilayer lipid dengan protein terkait
• Kedua membran dipisahkan oleh ruangna sekitar 20-40 nm
• Selubung ini dilubangi pori-pori berdiameter 100nm
Membran Nukleus (2)
• Pada bibir setiap pori, membran dalam dan luar menyatu
• Suatu struktur protein yang rumit yang disebut kompleks pori melapisi setiap pori
• Fungsi pori adalah untuk mengatur keluar masuknya makromolekul dan partikel besar tertentu
Membran Nukleus (3)
• Kecuali di pori, sisi dalam membran nukleus dilapisis oleh Lamina Nukleus
• Lamina Nukleus adalah susunan mirip jaring yang terdiri dari filamen protein yang berfungsi untuk mempertahankan bentuk nukleus
• Juga terdapat matriks nukleus yang merupakan suatu kerangka serat yang membentang diseluruh bagian nukleus
Lamina dan Matriks Nukleus
• Lamina nukleus berperan dalam kebanyakan kegiatan sel, seperti replikasi DNA, transkripsi RNA, organisers nuklear dan kromatin, regulasi siklus sel, perkembangan dan diferensiasi sel, migrasi nuklear, dan apoptosis.
• Matriks nukleus berfungsi untuk mempertahankan bentuk dan ukuran nukleus
Nukleolus
• Nukleolus adalah sub domain dari nukleus yang berfungsi utama untuk membentuk komponen -komponen ribosom
• Komponen-komponen ribosom disalurkan ke sitoplasma dan bergabung membentuk ribosom
• Daerah organisasi kromosom nukleolar yang terdiri dari gen pre‐ribosomal ribonucleic acid (rRNA), bertindak sebagai fondasi struktur nucleolar
• Pada spesies tertentu, bisa terdapat lebih dari 1 nukleolus
Kromosom
• DNA diorganisasikan dengan protein membentuk kromatin
• Saat sel bersiap-siap untuk membelah, kromatin kusut yang berbentuk benang akan menggulung menjadi cukup tebal menjadi kromosom
• Untuk setiap spesies memiliki jumlah kromosom yang khas
Autosom & Gonosom
• Autosom adalah kromosom yang terdapat pada sel tubuh
• Gonosom adalah kromosom yang terdapat pada sel reproduksi
• Pada manusi terdapat 44 autosom dan 2 gonosom (X,Y)
Fungsi Nukleus
• Memuat dan menyimpan informasi genetik berupa DNA, yang mentukan bagaimana sel akan berfungsi, dan sebagaimana struktur dasar dari sel.
• Nukleus mengontrol sintesis protein dengan pengiriman perintah dari DNA melalui mRNA
• Nukleus memiliki peran utama untuk mengatur semua aktivitas sel. Nukleus melakukan hal ini dengan mengontrol enzim
Retikulum Endoplasma (RE)
• Retikulum endoplasma merupakan labirin membran yang jumlahnya melebihi setengah dari total membran dalam sel
• Kata Endoplasmik berarti dalam sitoplasma
• Kata Retikulum berasal dari bahasa latin berarti jaringan
Retikulum Endoplasm (2)
• RE terdiri dari jaringan tubula dan gelembung membran yang disebut sisterne (cisternae)
• Membran RE memisahkan sisterne dari sitosol
• RE dibagi menjadi dua, RE halus dan RE kasar
RE Halus
• Berbeda dari RE kasar, RE halus tidak mengandung ribosom
• RE halus terlihat seperti sekelompok tubulus halus, dan lebih tubular dalam bentuk dari RE kasar
Fungsi RE Halus
• Sintesis Lipid
• Metabolisme karbohidrat
• Penawaran obat dan racun
• Pada sel otot RE halus juga berfungsi untuk memompa ion kalsium kedalam ruang rongga sisternal. Saat sel otot dirangsang ion kalsium bergerak kembali kedalam sitosol dan memicu kontraksi
Sintesis Lipid
• RE halus dapat mensintesis steroid, kolestrol dan membran fosfolipid yang berfungsi untuk pembentukan membran
• RE halus juga menghasilkan hormon seks vertebrata dan berbagai hormon steroid yang disekresi oleh kelenjar adrenal
• Sel yang memproduksi hormon tersebut mengandung banyak RE halus
Metabolisme Karbohidrat
• Contoh fungsi ini terdapat pada sel hati
• Sel hati menyimpan karbohidrat dalam bentuk glikogen
• Hasil hidrolisis glikogen, glukosa fosfat dirubah menjadi glukosa dengan bantuan enzim dalam RE halus
• Hidrolisis glikogen menyebabkan pelepasan glukosa dari sel hati yang penting dalam pengaturan gula darah
Fungsi RE Kasar
• Sintesis Protein sekretoris
• Sintesis protein yang disekresikan banyak dhasilkan pada ribosom yang melekat pada RE kasar
• Sintesis protein mulai dengan rantai polipeptida yang tumbuh dari ribosom terikat masuk ke dalam ruang sisternal melalui pori-pori yang dibentuk oleh protein dalam membran
• Saat rantai masuk dalam ruang sisternal, protein baru melipat menjadi konformasi aslinya
• Protein sekretoris yang keluar dari RE dibungkus untuk dalam membran vesikula yang menggelembung mirip tunas, disebut RE transisi
Produksi Membran
• RE kasar juga berfungsi untuk memproduksi membran
• Polipeptida dari ribosom yang akan menjadi protein membran dimasukan kedalam membran RE dan ditahan disana oleh bagian hidrofobik protein
• RE menyusun fosfolipid dari prekusor didalam sitosol
Ribosom
• Ribosom merupakan organel berupa padatan yang tidak bermembran dan berukuran (20 – 25 nm)
• Ribosom tersusun atas rRNA dan protein
• Ribosom ada pada sitoplasma dan terlekat pada retikulum endoplasma
Ribosomes – protein synthesis • Made in nucleolus
• Bound or free
• Two subunits
• Made of RNA
& proteins
Struktur Ribosom
• Pada ribosom diketahui terdapat 3 bagian yang memiliki fungsi tersendiri, yaitu bagian E (exit site), bagian P ( peptidil site), dan bagian A (aminoacyl site).
• P merupakan tempat pengikatan tRNA yang membawa rantai polipeptida yangsedang tumbuh
• situs A merupakan tempat pengikatan tRNA yang membawa asamamino yang akan ditambahkan pada rantai polipeptida
• situs E merupakantempat keluarnya tRNA yang sudah terdeasilisasi
Fungsi Ribosom
• Ribosom berfungsi untuk membuat protein
• Ribosom yang terikat pada RE membuat protein yang dimaksudkan untuk dimasukan ke dalam membran, untuk pembungkusan dalam organel tertentu atau untuk dikirim ke luar sel
Karakteristik Umum Badan Golgi
• Tumpukan piring pipih yang berongga didalamnya dengan tepian
yang menggelembung dan dikelilingi oleh benda-benda bulat
• Organel yang dikaitkan dengan fungsi sekresi sel
• Terdapat hampir di semua sel eukariotik
• Setiap sel hewan memiliki 10 hingga 20 badan Golgi
• Sel tumbuhan memiliki hingga ratusan badan Golgi
• Badan Golgi pada tumbuhan biasanya disebut diktiosom
Berkas kantung
berbentuk cakram yang
bercabang menjadi
serangkaian pembuluh
yang sangat kecil di
ujungnya. Badan golgi
dibangun oleh
membran yang
berbentuk tubulus dan
juga vesikula.
Bagian cis menerima vesikel-vesikel yang pada umumnya
berasal dari Retikulum Endoplasma Kasar
Bagian trans akan melepas vesikel-vesikel untuk
didistribusikan
• Keterangan :
1. Vesikel retikulum endoplasma
2. Vesikel eksositosis
3. Sisterna
4. Membran sel
5. Vesikel sekresi
PEMBENTUKAN APPARATUS GOLGI
Golgi berasal dari vesikula yang dikirim dari RE.
Vesikula ini disebut vesikula transisi
Vesikula transisi yang dikirim dari REbermigrasi
dan lalu melebur dengan membran sisterna yang
ada sedemikian rupa untuk membentuk badan
Golgi dan mewujudkan pertumbuhan organel.
Fungsi Apparatus golgi
Memproses protein dan molekul lain yang akan diekspor
ke luar sel atau ke membran sel.
Glikosilasi
Menyiapkan sekret untuk sekresi sel
Reparasi membran sel
Pembentukan senyawa penyusun dinding sel
Pembentukan akrosom
Lisosom adalah organel yang termasuk dalam sistem endomembran,
produk dari ER kasar dan Golgi apparatus.
Nama lisosom berasal dari dua kata Latin yang berarti badan pemecahan.
Lisosom
Bentuk bola , diameter 500 nm
Mengandung enzim
Fungsi: mencernakan bahan makanan yang masuk ke
dalam baik secara pinositosis atau fagositosis
Pinositosis : makanan yang berupa cairan yang masuk
secara ditelan
Fagositosis : makanan padat yang masuk secara
ditelan
Lisosom primer: berbentuk speris-kasar, tidak mengandung partikulat atau debris membran yang nyata
Lisosom sekunder: lebih besar, bentuk tidak beraturan, hasil dari difusi lisosom primer dengan organel atau vesikel bermembran lainnya. Mengandung membran atau partikel yang akan dicerna
Definisi: Setiap partikel sel dapat diidentifikasi sbg lisosom jika: -Diliputi oleh suatu membran pembatas -Bentuk dan ukuran heterogen -Mengandung 2 atau lebih enzim hidrolase asam -Bersifat enzyme latency
Khusus jaringan hewan
Lisosom mendegradasi bakteri yang telah ditangkap
melalui fagositosis.
Lisosom mendegradasi organel yang telah aus atau
lemah seperti mitokondria.
Lisosom menangani produk-produk yang terlibat pada
endositosis yang dimediasi-reseptor
Sentriol adalah sebuah organel berbentuk
tabung yang biasa ditemukan pada hewan
eukariot.
Terletak di dalam sentriom, dekat nukleus.
Dengan mikroskop elektron
terlihat bahwa
satu sentriol terdiri dari suatu
ikatan kelompok yang berupa
tubuli (tabung) yang halus,
berjumlah 9 kelompok, sedang
masing-masing kelompok
terdiri dari 3 tubuli yang
berupa mikrotubula.
dengan lebar 0,2 μm dan
panjangnya 0,4 μm
Sentrosom adalah organel sel yang berfungsi aktif dalam
pembelahan sel dan hanya terdapat pada sel hewan.
Sentrosom merupakan wilayah yang terdiri atas dua
sentriol (sepasang sentriol).
Sentriol merupakan hasil perkembangan sentrosom. Sentriol berupa
kumpulan mikrotubulus strukturnya berbentuk bintang, yang berperan
sebagai kutub-kutub pembelahan sel secara mitosis/meosis. Dari sentriol
memancar benang-benang gelendong pembelahan sehingga kromosom akan
terjerat pada benang tersebut. Melalui benang gelendong inilah nantinya
tiap-tiap kromosom berjalan menuju kutub masing-masing.
Organel ini aktif saat sel sedang melakukan pembelahan yaitu
dengan menghasilkan benang-benang spindel atau gelendong
yang merupakan protein kontraktil yaitu tubulin. Fungsi tubulin
adalah menarik kromatid menuju kutub pembelahan
PEROKSISOM
• Peroksisom : organel yang
menyerupai kantong berbentuk bulat,
mengandung butiran Kristal dan
diselubungi membrane tunggal.
Terbentuk dan tumbuh melalui
penggabungan protein & lipid didalam
sitosol kemuadian membelah untuk
memperbanyak diri. Mengandung
enzim oksidase dan enzim katalase.
• Fungsi :
1. Penghasil enzim oksidase dan
katalase
2. Memecah enzim asam lemak
3. Menetralisir racun alcohol dan
senyawa berbahaya lainnya.
Tonoplas adalah membran yang mengelilingi vakuola, atau
organel yang terdapat dalam sel tanaman dan jamur.
Tonoplas ini juga dikenal sebagai membran vakuolar.
Tonoplas adalah membran elastis,
dan fungsi utamanya adalah untuk
melindungi vakuola dan mengisolasi
dari zat-zat berbahaya. Membran
tonoplas mengontrol gerakan ion
di dalam dan di sekitar sel. Air
yang mengalir masuk dan keluar
dari vakuola diatur oleh tonoplas
tersebut. Beberapa sel hewan dan
bakteri juga mengandung vakuola
yang terikat oleh membran
vakuolar. Ukuran dan struktur
vakuola bervariasi tergantung pada
sel.
Merupakan suatu saluran terbuka pada dinding sel
tumbuhan untuk memfasilitasi, komunikasi, dan
transportasi bahan-bahan antara sel-sel tanaman.
Fungsi plasmodesmata menghubungkan ruang
sitoplasmik dengan saluran khusus yang
memungkinkan pergerakan antar air, berbagai nutrisi
dan molekul lainnya. Plasmodesmata berada di daerah
dinding sel yang disebut bidang pit primer
• Animal cells - three types
1. tight junctions (seal cells)
2. desmosomes (anchoring)
3. gap junctions (communicating)
Extracellular Spaces – Junctions
Vakuola : organel berbentuk
vasikula besar berisi cairan dan
diselubungi membrane tunggal.
Vakuola ditemukan pada semua sel
tumbuhan, namun sedikit
dijumpai pada sel hewan dan
bakteri, kecuali pada hewan
uniseluler tingkat rendah.
Vakuola yang terdapat pada
organisme bersel 1 dibedakan
menjadi 2 :
1. Vakuola makanan
2. Vakuola kontraktil
Memasukkan air melalui tonoplas agar tegangan turgor sel
tetap baik.
Memberi warna pada buah, bunga, pucuk dan daun
Sebagai lisosom pada sel tumbuhan waktu hidup
Menjadi tempat tumbuhan sisa-sisa metabolisme atau alat
pengeluaran seperti alkaloid, kristal kalsium oksalat, tannin,
dan getah.
Sebagai tempat penyimpanan atau masuknya makanan
seperti sukrosa, protein, garam-garam mineral, dan senyawa
organic lainnya.
Macam-macam vakuola A. Vakuola pada sel hewan
Vakuola kontraktil
Vakuola non kontraktil
Vakuola sekresi atau vakuola Eksositosis
Vakuola litik
Vakuola penyimpan
B. Vakuola pada sel tumbuhan
Vakuola Sentral
Fungsi vakuola pada tumbuhan :
1. Menyimpan gas
2. Menyimpen pigmen daun,
buah dan bunga
3. Menyimpan senyawa beracun
4. Menyerap air
5. Tempat pembangunan
akumulasi produk sampingan
hasil metabilosme yang
berbahaya
Metabolit Primer
Merupakan Fundamental Building Block Kehidupan/Makhluk
Hidup.
Misal karbohidrat, protein, lemak
Tidak penting atau esensial untuk
perkembangan/eksistensi makhluk hidup
Misal terpenoid, alkaloid, flavonoid
Metabolit Sekunder
Metabolit sekunder merupakan senyawa metabolit yang
tidak esensial bagi pertumbuhan organisme dan disintesis
dalam jumlah sedikit namun peranannya sangat vital.
Metabolit sekunder banyak ditemukan dalam bentuk yang
berbeda-beda jenis antara spesies yang satu dan lainnya.
Sedangkan senyawa metabolit primer adalah senyawa yang
dihasilkan oleh makhluk hidup dan bersifat essensial bagi
proses metabolisme selnya dan disintesis secara terus
menerus. Senyawa metabolit sekunder dikelompokkan
menjadi 4 kelompok makromolekul yaitu karbohidrat,
protein, lipid, dan asam nukleat
Perbedaan senyawa metabolit sekunder dan metabolit
primer terletak pada waktu sintesisnya. Senyawa metabolit
sekunder tidak selalu dihasilkan, akan tetapi hanya
disintesis pada saat-saat tertentu saja. Sedangkan senyawa
metabolit primer disintesis setiap saat untuk kelangsungan
hidup tumbuhan.
Fungsi dari metabolit sekunder adalah untuk
mempertahankan diri dari kondisi lingkungan yang kurang
menguntungkan, sebagai contohnya untuk mengatasi hama
dan penyakit, maupun untuk menarik polinator saat
penyerbukan bunga. Sedangkan Fungsi metabolit sekunder
bagi manusia umumnya digunakan sebagai obat bahan
kimia campuran untuk membuat produk bernilai jual.
Mengapa dibentuk metabolit sekunder?
Metabolisme primer akan membentu metabolit primer
Metabolisme sekunder membentuk metabolit sekunder
Metabolit intermediet: reaksi yang terletak antara met
primer dan sekunder dan menghasilkan energi untuk
berlangsungnya suatu reaksi.
Metabolit sekunder merupakan suatu bentuk untuk
survival/pertahanan diri.
Tanaman tidak dapat berpindah tempat. Misal tanaman
pada lahan yang tercemar, agar tetap survive maka akan
membentuk metabolit sekunder.
Uk Misal; pada tanaman tembakau dapat membentuk asam
salisilat sebagai antibodi. Bila tembakau terkena virus maka
produksi asam salisilat akan tinggi dan dalam tembakau
dapat melakukan proses metilasi pada as salisilat menjadi
metil salisilat.
Misal; tanaman membentuk suatu phytoaleksin
Pengertian Umum
• Disebut juga "unit pembangkit tenaga dari suatu sel"
• Ditemukan oleh Kollicker dengan mikroskop cahaya sebagai granula menyerupai benang yang berstruktur bebas yang tidak langsung berhubungan dengan struktur sitoplasma.
• Diambil dari istilah mitokondrion (dalam bahasa Yunani, mito adalah benang, dan chondrion adalah granula)
• Berfungsi sebagai organ respirasi sel, inisiator sinyal sel, metabolisme sel serta kematian sel
• Memproduksi adenin trifosfat (ATP)
Letak dan Jumlah • Letaknya teratur atau acak
• Jumlahnya bergantung kepada kebutuhan energi selnya
• Umumnya ditemukan di dalam sel yang membutuhkan energi dalam jumlah besar, seperti pada otot lurik dan flagel sperma
• Ditemukan lebih sedikit di sel tumbuhan daripada dari sel hewan karena dalam sel tumbuhan sudah terdapat kloroplas
Struktur
Membran luar: pembatas mitokondria dengan sitoplasma. • Sifat: Permeabel bagi sejumlah besar bahan yang mempunyai berat molekul
sampai kira-kira 5000 dalton. • Kandungan: Porin (protein transpor) yang membentuk saluran berukuran relatif
besar pada lapisan ganda lipid membran luar. Adanya porin memungkinkan ion maupun molekul berukuran 5kDa atau kurang, termasuk protein berukuran kecil, untuk tersaring masuk.
Struktur
Membran dalam: Berperan dalam siklus asam trikarboksilat, oksidasi lemak, dan pembentukan energi; merupakan tempat utama pembentukan ATP. Membran dalam membagi organel menjadi dua bagian yaitu matriks dan ruang antar membran. • Sifat: Kurang permeabel dibanding membran luar, terdiri dari 20% lipid dan
80% protein. Luas permukaannya meningkat akibat lipatan-lipatan (krista) sehingga meningkatkan kemampuan memproduksi ATP.
• Kandungan: Protein yang terlibat dalam reaksi fosforilasi oksidatif, ATP sintase (bahan pembentuk ATP pada matriks mitokondria), dan protein transpor (pengatur keluar masuknya metabolit dari matriks melewati membran dalam).
Struktur
Ruang antarmembran: Ruang di antara membran luar dan membran dalam mitokondria; merupakan tempat berlangsungnya siklus krebs, reaksi oksidasi asam amino dan reaksi β-oksidasi asam lemak. • Sifat: Kurang permeabel terhadap berbagai substansi. • Kandungan: 5 kelompok protein integral membran yaitu NADH dehidrogenase,
suksinat dehidrogenase, sitokrom c reduktase, sitokrom c oksidase, dan ATP sintase.
• Struktur: Mengangdung kompleks dari rantai transpor elektron dan kompleks sintase ATP yang permeabel hanya untuk oksigen, karbon dioksida, dan air.
Struktur
Matrix: Matriks adalah ruang di dalam membran dalam. • Kandungan: DNA mitokondria (mtDNA), 60-70% protein
mitokondria, ribosom, ATP, ADP, fosfat inorganik, dan ion-ion seperti magnesium, kalsium, dan kalium.
Mitokondria berdasarkan struktur kristanya
• Krista yang susunannya menyerupai lembaran. Contoh: Krista pada mitokondria dalam sel hati.
• Krista yang susunannya sangat rapat menyerupai tumpukan uang logam. Contoh: Krista pada mitokondria sel ginjal.
• Krista yang susunannya seperti jala yang dibentuk oleh saluran-saluran yang saling beranastomosis. Contoh: Krista pada mitokondria sel saraf.
Sifat-sifat
Mitokondria memiliki beberapa sifat yaitu: 1. Distribusi: Mitokondria dalam sitoplasma pada
umumnya tersebar merata, hanya pada sel tertentu distribusi mitokondria bersifat khusus, contohnya pada sel tubulus renalis dimana mitokondria letaknya dekat dengan lipatan membran, yang diduga berhubungan erat dengan suplai energi untuk transpor aktif.
2. Orientasi: Orientasi mitokondria bergantung pada sifat matriks sitoplasma, sistem vakuolar, dan arah aliran difusi sel. Contoh: Pada leukosit, mitokondria tersusun radiar mengelilingi sentriol.
3. Morfologi: Bentuk umum mitokondria adalah filamen atau granular. Bentuk modifikasi juga mungkin terjadi, contohnya bentuk tongkat, raket, vesikular, cincin atau bulat.
Siklus Hidup Mitokondria
Mitokondria dapat mereplikasi diri seperti sel bakteri. Replikasi terjadi apabila mitokondria telah menjadi terlalu besar sehingga melakukan pemecahan. Proses replikasi mitokondria diawali
dengan replikasi DNA mitokondria. Kemudian terjadi pembelahan di bagian dalam
yang diikuti dengan pembelahan bagian luar, lalu terjadilah pemisahan mitokondria.
• Shape/support
• Cell movement
• Internal transport
• Cell division
Unique to eukaryotic cells - essential to cell survival/function
Cytoskeleton overview
Three types of cytoskeletal elements:
Cytoskeleton Components
• Actin filaments
(microfilaments) • Microtubules • Intermediate
filaments
• Localized at membrane
• Cell movement
Actin filaments
• Muscle fiber contraction
• Pseudopodia • Cytoplasmic streaming (plants)
• Radiate from center
• Internal transport, motile structures
Microtubules
• Inside flagella
• Inside cilia • Make centrioles
Sitoskeleton
Sitoskeleton atau kerangka sel adalah suatu filamen atau serabut yang tersusun atas protein aktin, tubulin, atau vimentin. Sitoskeleton tidak hanya menjadi kerangka sel, tetapi juga memberikan kekuatan mekanik pada sel dan membantu gerakan substansi dari satu bagian sel ke bagian lain. Sitoskeleton dibedakan atas filamen aktin atau mikrofilamen, mikrotubulus, dan filamen intermediet.
Mikrofilamen merupakan rantai ganda protein yang saling melilit dan struktur rantainya tersusun atas bola-bola aktin, oleh sebab itu jenis sitoskeleton ini dikenal sebagai filamen aktin atau serabut aktin. Sifat mikrofilamen adalah fleksibel karena biasanya berbentuk jaring atau gel. Mikrofilamen memiliki fungsi memberi tegangan pada sel, mengubah bentuk sel, kontraksi otot, aliran sitoplasma, perpindahan sel (misalnya psudopodia) dan pembelahan sel. Mikrofilamen merupakan pembentuk silia, flagel, dan sentriol.
Filamen intermediet atau filamen antara adalah rantai molekul protein yang berbentuk untaian yang saling melilit dan struktur rantainya tersusun atas bola-bola vimentin. Filamen intermediet berbentuk serat mirip tali, filamen intermediet memberi kekuatan mekanis pada sel sehingga sel tahan terhadap tekanan dan peregangan yang terjadi pada dinding sel. Filamen ini juga memberi kekuatan pada dinding sel.
Pengertian Plastida adalah organel sel yang bermembran ganda yang hanya ditemukan pada sel tumbuhan dan beberapa alga yang utamanya bertanggung jawab terhadap aktivitas seperti pembuatan energi dan pembuatan makanan serta penyimpanan makanan. Hampir semua plastida mampu melakukan fotosintesis, akan tetapi beberapa spesialisasi plastida tidak mampu berfotosintesis. Terdapat beberapa jenis plastida yaitu kloroplas, kromoplas, amiloplas dan leukoplas. Jenis-jenis plastida ini merupakan turunan dari proplastida yang terdapat dalam sel meristem.
Kloroplas • Mengandung klorofil,
ribosom, enzim yang berperan dalam fiksasi CO2, dan DNA yang tidak memiliki histon
• Bertanggung jawab dalam fotosintesis
• Membran luar yang merupakan turunan dari retikulum endoplasma tersusun atas 30 % protein dan 70 % lemak sementara membran dalam tersusun atas 0% protein dan 40 % lipid (lemak) seperti halnya pada bakteri. (0 % artinya ada tetapi dalam jumlah yang sangat sedikit).
Kloroplas • Dalam satu kloroplas terdapat 20-100
DNA sirkular.
• Grana yang merupakan tumpukan tilakoid (selaput dalam yang membentuk kantong pipih) berjumlah sekitar 40-60 grana untuk setiap sel tumbuhan dan tiap grana mengandung 2-100 keping tilakoid bersusun.
• Dalam plastida khususnya kloroplas mengandung banyak ribosom, oleh karena itu plastida mampu melakukan sintesis asam amino dan protein.
• Mampu melakukan pembentukan RNA dan bersama sama dengan CH-DNA berperan dalam produksi pigmen pigmen dan kloroplas yang baru.
• Letak DNA dan ribosom berada pada stroma.
Kromoplas Kromoplas adalah plastida yang berwarna kuning, oranye atau merah karena adanya pigmen karotenoid. Kromoplas banyak ditemukan di mahkota bunga, buah masak, dan beberapa akar.
Bentuk dan ukuran kromoplas sangat besar. Kromoplas seringkali merupakan turunan dari kloroplas, tetapi dapat berkembang secara langsung dari proplastida. Salah satu fungsi plastida ini adalah untuk menarik serangga serangga untuk membantu penyerbukan. Kromoplas dalam beberapa tumbuhan dapat berdiferensiasi balik menjadi kloroplas, contohnya pada akar wortel).
Leukoplas
Leukoplas adalah plastida yang tidak mengandung pigmen, dan biasanya terdapat di jaringan yang tidak terkena sinar. Leukoplas ditemukan dalam bagian tumbuhan yang tidak melakukan fotosintesis seperti akar. Tergantung pada jenis tumbuhannya dan apa yang dibutuhkannya, platida leukoplas memiliki fungsi utama dalam penyimpanan amilum, lemak (lipid) dan protein. Selain itu plastida leukoplas juga berfungsi dalam sintesis asam amino dan asam lemak.
Leukoplas
Leukoplas terbagi atas tiga jenis plastida
berdasarkan perannya sebagai penyimpan hasil
metabolisme, yaitu amiloplas, proteinoplas
dan elaioplas. Amiloplas adalah plastida
leukoplas yang terbesar dari leukoplas lainnya.
Plastida jenis amiloplas ini bertanggung jawab
terhadap penyimpanan amilum. Selanjutnya
adalah proteinoplas yang merupakan plastida
yang berperan dalam penyimpanan protein dan
utamanya ditemukan dalam biji tumbuhan.
Terakhir, plastida elaioplas merupakan plastida
yang berfungsi dalam menyimpan lemak dan
minyak yang dibutuhkan oleh tumbuhan,
utamanya terdapat dalam biji tumbuhan.
Fotosintesis
• Proses pembuatan molekul makanan berenergi tinggi dari komponen yang lebih sederhana, yang dilakukan oleh tumbuhan autotrof.
• Fotosintesis berasal dari kata foton yang artinya “cahaya” dan sintesis yang artinya “penyusun”
• Fotosintesis juga diartikan dengan proses biokimiawi yang dilakukan oleh tumbuhan untuk menghasilkan energi (nutrisi) dengan memanfaatkan energi cahaya.
• Fungsi utama fotosintesis adalah untuk memproduksi glukosa sebagai sumber energi utama bagi tumbuhan, dengan adanya glukosa akan terbentuk sumber energi lemak dan protein.
AP Biology
BAGIAN VII SISTEM ENDOMEMBRAN
Diambil dari: Plopper, George. Principles of Cell Biology. Chapter 9. The Endomembrane System and Membrane Trafficking
AP Biology
The endomembrane system is a network of
organelles in eukaryotic cells
Key Concepts (1): The endomembrane system is a set of
interconnected organelles that readily exchange materials.
The primary functions of the endomembrane system are to control the export (exocytosis) and import (endocytosis) of materials to/from the extracellular space.
AP Biology
The endomembrane system is a network of organelles in eukaryotic cells
Key Concepts (2): Membrane-bound compartments called vesicles
shuttle between organelles in the endomembrane system and are responsible for carrying material from one organelle to another.
The creation, transport, targeting, and fusion of vesicles occurs in nine steps.
AP Biology
The endomembrane system controls molecular transport in/out of cell
Endocytic and exocytic pathways
Endomembrane system
The endocytic and exocytic pathways.
AP Biology
Vesicles shuttle material between organelles in the
endomembrane system
Donor/acceptor compartments
Vesicle-mediated transport
Anterograde/retrograde transport = vesicle shuttling
Exocytosis, endocytosis, and fusion of vesicles
AP Biology
Vesicle-mediated transport - 9 steps
1) Cargo selection 2) Budding 3) Scission 4) Uncoating 5) Transport 6) Tethering 7) Docking 8) Fusion 9) Disassembly
AP Biology
Vesicle-mediated transport - 9 steps
1) Cargo selection 2) Budding 3) Scission 4) Uncoating 5) Transport 6) Tethering 7) Docking 8) Fusion 9) Disassembly
AP Biology
Exocytosis begins in the ER
• Key Concepts: – Newly synthesized endomembrane proteins are
modified in the ER. – Signaling sequences in the newly-made proteins
signal their secondary destinations. Some have retention signals that keep them in the ER.
– Proteins that leave the ER enter the cis-Golgi network via COPII-coated vesicles.
– Retrograde vesicle transport returns ER-resident proteins from the Golgi apparatus to the ER.
AP Biology
Job of exocytic pathway – sort/distribute new
proteins in endomembrane system
Newly synthesized proteins begin post-translational modification as ER resident proteins help them fold properly
COPII-coated vesicles shuttle proteins from the ER to the Golgi apparatus
Resident ER proteins are retrieved from the Golgi apparatus
AP Biology
Cargo proteins are incorporated into nascent COPII vesicles by different
mechanisms.
Figure 09.06: ER-resident proteins are occasionally carried to the CGN
and must be retrieved.
Exocytic Pathway
AP Biology
The Golgi apparatus modifies and sorts proteins
in the exocytic pathway
Key Concepts (1): The Golgi apparatus is organized into discrete
compartments called cisternae. The cisternae are stacked on top of one another, and are classified as cis, medial, or trans according to their relative location within the overall Golgi structure.
Golgi-resident proteins are primarily responsible for modifying proteins undergoing exocytosis. They are retained in the Golgi apparatus by transmembrane Golgi retention sequences.
AP Biology
The Golgi apparatus modifies and sorts proteins
in the exocytic pathway
Key Concepts (2): The extreme ends of the Golgi apparatus are
elaborated into long, tubular structures called the cis Golgi network and trans Golgi network.
Both Golgi networks sort proteins into vesicles targeted to different locations. The trans Golgi network is especially effective at sorting a large number of proteins into many distinct vesicle types.
AP Biology
The Golgi apparatus is subdivided into cis, medial, and trans cisternae
Site for post-translational modification (PTM)
Golgi proteins retained by retention sequence
Proteins leaving the TGN can travel to at least five different destination
compartments.
AP Biology
The trans Golgi network (TGN) sorts proteins
exiting the Golgi apparatus
Dynamin uses GTP to regulate scission of a vesicle from a donor compartment.
AP Biology
Key Concepts: Cells regulate the last stage of exocytosis (fusion) for
most exocytic vesicles, to control when and how much material is released into the extracellular space and to control the delivery of membrane-associated proteins to the plasma membrane.
Controlled secretion is also called regulated secretion, and is under the control of signaling pathways.
Exocytosis ends at the plasma membrane
AP Biology
REFERENSI Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Walters, P. (2002).
Molecular Biology of the Cell (dalam Inggris) (4 ed.). New York: Garland Science. Bechtel,
Wiiliam (2006). Discovering Cell Mechanisms: The Creation of Modern Cell Biology (dalam Inggris). Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 9780521812474.
Campbell, N.A.; Reece, J.B.; Mitchell, L.G. (2002). Biologi 1. Diterjemahkan oleh R. Lestari dkk. (5 ed.). Jakarta: Erlangga. ISBN 9796884682.
Campbell, N.A.; Reece, J.B.; Mitchell, L.G. (2004). Biologi 3. Diterjemahkan oleh W. Manalu (5 ed.). Jakarta: Erlangga. ISBN 9789796884704.
Mulyani E.S, Sri. 2006. Anatomi Tumbuhan. Jogja: Kanisius. Schaffer, Stephen W. dan M. Saadeh Suleiman. 2010. Mitochondria: The
Dynamic Organelle. New York: Springer Science & Business Media Snedden, Robert. 2011. Pembahagian Sel dan Genetik. Kuala Lumpur:
ITBM. Sumardjo, Damin. 2008. Pengantar Kimia Buku Panduan Kuliah Mahasiswa
Kedokteran. Semarang: EGC