MEMBRAN SEL DAN

BIOKIMIA JARINGAN

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

3. Menjelaskan fungsi struktur pada membran eritrosit

4. Menjelaskan sistem transport pada membran

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

12. Membedakan kelainan yang dijumpai sebagai gangguan

dalam kontraksi otot

PENDAHULUAN

Membran Plasma

Retikulum Endoplasma

Badan Golgi

Lisosom

Mitokondria

Sitoplasma

Membran

Nukleus

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

(bilayer)

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

perbedaan komposisi fisiologis ion/ substrat di

intra dan ekstra sel

Model Na+ Channel

MEMBRAN PLASMA

Pertukaran bahan → adanya daerah

khusus (gap junction)

Model 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

oksidatif)

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

membran nukleus

Struktur Sel

Membran Plasma

Retikulum Endoplasma

Badan Golgi

Lisosom

Mitokondria

Sitoplasma

Membran

Nukleus

STRUKTUR MEMBRAN

Klik salah satu dari komponen di atas

Sfingomielin

Fosfogliseridaa

b

Glikosfingolipid2

Sterol3

STRUKTUR MEMBRAN

Membran tersusun dari beberapa unsur :

B PROTEIN

KARBOHIDRATC

LIPIDA

Fosfolipid1

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

Klik di sini

b Sfingomielin

mempunyai rangka sfingosin (derivat

amino alkohol, mengikat satu asam lemak

dengan ikatan amida → unsur dalam

selubung mielin

Merupakan lipid yg mengandung gula,

seperti :

- Serebrosida : mengandung ikatan

heksosa tunggal, glukosa

atau galaktosa

- Gangliosida : mengandung ikatan gula

yg lebih kompleks

2 GLIKOSFINGOLIPID

Klik di sini

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

sifat amfipatik

PROTEIN MEMBRAN

Bersifat amfipatik

Tersisip dalam lapisan bilayer amfipatik

fosfolipid

Lebih dari 100 jenis protein, dengan

banyak fungsi : enzym, prot.Carrier,

prot.Struktural, reseptor dsb.

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

prot.Integral

MEMBRAN ERITROSIT

Membran eritrosit tersusun atas beberapa

komponen :

- protein transmembran band 3

- protein glikoforin

- spektrin

- aktin

- protein band 4

MEMBRAN ERITROSIT

Fluidity of the Lipid Bilayer

Membrane Disruption by Detergent

TRANSPORT MATERI PADA MEMBRAN

1. Mekanisme pasif

2. Mekanisme aktif

3. EndWindows Explorerositosis dan

Eksositosis

Difusi sederhana

Difusi difasilitasi

Transport aktif/ pump

TRANSPORT MATERI PADA MEMBRAN

1. Mekanisme passive

a. Diffusi sederhana

- Mengikuti gradient elektrokimia

- Diffusi sederhana dipengaruhi oleh :

agitasi thermal molekul spesifik,

gradient konsentrasi, dan kelarutan

materi tersebut.

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

Diffusi difasilitasi berlangsung dengan mekanisme pingpong

TRANSPORT MATERI

PADA MEMBRAN

2. Mekanisme aktif

- Transport aktif/ pump

- Menjauhi keseimbangan termodinamika,

melawan gradien elektrokimia

- Butuh energi (ATP) dan protein carrier

• 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

TRANSPORT MATERI

PADA MEMBRAN

3. Endositosis dan Eksositosis

- Transport makromolekol (polisakarida,

protein, polinukleotida, dll)

- Menggunakan pembentukan vesikel dari

atau dengan membran plasma

- Endositosis untuk internalisasi

- Eksositosis untuk eksternalisasi

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 tertentu, vesikel terbungkus klatrin

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

bagi sel lain.

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

Hiperkolesterol familial : mutasi gen reseptorLDL

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

OTOT

Syarat :

1.Ada supply energi

2.Ada cara pengaturan aktivitas

3.Ada hubungan dengan operator

4.Dapat kembali ke keadaan semula

OTOT

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

Terdapat miofibril tersusun paralel dalam

sarkoplasma

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

- Sarkomer (regio antara dua garis Z) unit

fungsional otot

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)

→ membentuk 25 % protein otot

PROTEIN OTOT

Berperan pada gerakan tingkat organ

> 20% massa fibril otot

Aktin : globular (aktin-G), dengan adanyaion Mg2+ polimerisasi menjadi aktin-FAlfa aktinin :pada garis Z , terikat padaaktin menstabilkan filamen aktin

Tropomiosin : fibrosa , terdiri dari dua rantai yang terikat pada aktin-F

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).

- Ekor fibrosa dua heliks yang membelit

masing-masing dgn caput globuler

PROTEIN OTOT

Aktivitas ATP ase + → Miosin mengikat aktin

- Dengan tripsin dua fragmen

meromiosin (LMM dan HMM)

- Heavy meromiosin : larut , terikat pada

aktin-F dengan aktivitas ATP-ase,

Dengan papain dua sub fragmen (S1

dan S2)

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+

Kaldesmon : terikat pada tropomiosin dan aktin otot polos membantu pengikatan miosin pada aktin.

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 ADP + Pi.

RELAKSASI

ATP → ADP + Pi

MIOSIN + ADP + Pi

Mempunyai afinitas tinggi

untuk berikatan dengan

filamen aktin

MIOSIN

FIL. AKTIN

MIOSIN

FIL. AKTIN

Caput Miosin berhasil menggapai fil.aktin

Pi terlepas

MIOSIN

FIL. AKTIN

Power Stroke

Caput Miosin menarik fil.aktin

ADP terlepas

Kontraksi

MIOSIN

FIL. AKTIN

MIOSIN

FIL. AKTIN

ATP baru masuk

MIOSIN + ATP

Mempunyai afinitas sangat

rendah terhadap fil.aktin

Fil.aktin akan terlepas

Relaksasi

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 active site aktin-F terbuka miosin mengikat aktin kontraksi

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 kontraksi

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

ADP + ADP ATP + AMP (dengan enzym mioadenilat kinase )

SITOSKLETONStruktur 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

3. Filamen intermediate

Filamen Aktin

Diisolasi dari sel bukan otot

Mengandung residu metilhistidil

Polimerisasi spontan dengan adanya

MgCl2 dan KCl menjadi utas rangkap

(seperti aktin-F otot)

Stress fiber gambaran mikrofilamen

sel aktin yang mencolok dibawah

membran plasma

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

5. sitokalasin : memecah mikrofilamen dan menghambat polimerisasi

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)

• Berfungsi pada pembentukan dan kerja spindle mitosis

Mikrotubulus

• Bertanggung jawab untuk gerakan intrasel

• Komponen utama silia dan flagella, akson dan dendrit

• Pembentukannya dihambat oleh alkaloid tertentu antara lain : colchicine dan derivatnya, demekolsin (terapi gout arthritis), vinblastin (anti kanker) dan griseofulvin (anti jamur)

Filamen Intermediate

Merupakan molekul fibrosa kaput terminal amino dan ekor terminal karboksil

Relatif stabil tidak dibentuk dan diurai secepat mikrotubulus

Penyebarannya : keratin (sel epitel, rambut dan kuku ), desmin (otot), vimentin (sel-sel messenchym), neurofilamen (sel neuron), filamen glia (sel glia)

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

Jaringan ikat yang mengalami spesialisasi : tulang dan kartilago

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 putaran heliksnya mengandung tiga residu (glisin – prolin / aa lain – hidroksiprolin / aa lain

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

meningkat (kelaparan dan proses inflamasi)

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

- klinis : haematuria GGK

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

Kelainan Struktur Kolagen

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 beberapa elastin) saling berikatan kovalen desmosin cross-linked (sangat elastis)

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

• 1 anti tripsin disintesa dihati, monosit dan makrofag alveolar

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

Penuaan kulit

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

Ikatan silang ”desmosin”