SEL DAN ORGANEL Laboratorium Struktur dan Fungsi Jurusan Biologi Fakultas Sains dan Matematika Universitas Diponegoro
SEL DAN ORGANEL
Laboratorium Struktur dan FungsiJurusan Biologi
Fakultas Sains dan Matematika Universitas Diponegoro
PENDAHULUAN• UNIT FUNGSIONAL TERKECIL DALAM SISTEM
TUBUH ADALAH SEL.• FUNGSI SEL MENYUSUN FUNGSI JARINGAN.• FUNGSI JARINGAN MENYUSUN FUNGSI ORGAN.• FUNGSI ORGAN MENYUSUN FUNGSI SISTEM
FUNGSIONAL TUBUH.• FUNGSI SISTEM TUBUH MENYUSUN KESELURUHAN
FUNGSI TUBUH.• DENGAN DEMIKIAN, FUNGSI KESELURUHAN
ORGAN TUBUH DAN TUBUH MERUPAKAN HASIL KERJA SEL-SEL DALAM TUBUH.
• PEMAHAMAN FUNGSI SEL SANGAT MENDASAR DALAM PEMAHAMAN FISIOLOGI.
SEL MERUPAKAN SISTEM KIMIA YANG TERORGANISASI DAN BERTANGGUNG JAWAB ATAS FUNGSI-FUNGSI ORGAN DAN SISTEM DALAM TUBUH
BAGIAN-BAGIAN UTAMA SEL1. MEMBRAN SEL2. SITOSOL/SITOPLASMA3. SITOSKELETON4. NUKLEUS5. MITOKONDRIA6. ENDOPLASMIK RETIKULUM7. KOMPLEKS GOLGI8. VESIKEL SEKRETORIS9. LISOSOM10. PEROKSISOM11. VAKUOLA12. RIBOSOM13. PEMBUNGKUS SEL ATAU GLIKOKALIKS
SEL HEWAN
SEL HEWAN
MIKROGRAF SEL HEWAN
1. MEMBRAN SEL
• MEMBRAN SEL MEMBUNGKUS SITOPLASMA DAN SELURUH ORGANEL SEL.
• MEMBATASI DAN MEMPERTAHANKAN KANDUNGAN ISI SEL.
• MEMBRAN TERUTAMA BEKERJA SEBAGAI BAGIAN PENGATURAN ALIRAN MOLEKUL KELUAR MASUK SEL SECARA SELEKTIF.
SEL HEWAN
LIPID MEMBRAN SEL
• MEMBRAN SEL TERDIRI ATAS LIPID DAN PROTEIN (PROTEIN TERIKAT).
• LIPID TERSUSUN ATAS DUA LAPISAN LEMAK: LIPID BILAYER.
• LIPID TERDIRI ATAS FOSFOLIPID YANG MEMILIKI BAGIAN HIDROFILIK (BAGIAN LUAR) DAN BAGIAN HIDROFOBIK (BAGIAN DALAM).
ILUSTRASI KOMPONEN MEMBRAN SEL
Fosfolipid turunan dari gliserol
JENIS FOSFOLIPID• FOSFATIDILKHOLIN.• FOSFATIDILETANOLAMIN.• FOSFATIDIL SERIN.• FOSFATIDIL INOSITOL
Glikolipid, bagian dari struktur membran
Galaktosa merupakan glikolipid di otak
Kolesterol merupakan molekul pembentuk membran yang penting
KOMPONEN MEMBRAN SEL
FUNGSI LIPID MEMBRAN SEL
• LIPID MEMBRAN TERUTAMA BERFUNGSI SEBAGAI PEMBATAS DAN PERLINDUNGAN SEL TERHADAP PERGERAKAN MOLEKUL SEHINGGA SEMUA MOLEKUL TIDAK BEBAS KELUAR MASUK SEL.
• LIPID JUGA BERFUNGSI SEBAGAI SUBSTRAT UNTUK BEBERAPA REAKSI ENZIMATIS.
Permeabilitas membran terhadap molekul-molekul
DAG & IP3 (2nd MESSENGER)
Phospholipase CReceptor
Polypeptide hormone
PI PIP2
PI PIP2
IP3
DAG Protein kinase C
PI PIP2
IP3
DAG
Extracellular space
Cytosol
ER lumen
Ca2+-caldmodulin kinase
P
P
P
Phospholipase C
Ca2+
Ca2+
Inactive target Protein
Inactive target Protein
Active target Protein
Active target Protein
Cellular response
Cellular response
Active target Protein
ATP ADPADP ATP
ATP ADP
MEMBRAN SEL
• PROTEIN MEMBRAN MEMILIKI JUGA BAGIAN HIDROFILIK DAN HIDROFOBIK MENGIKUTI ORIENTASI LIPID.
• PROTEIN YANG MENJULUR PADA BAGIAN LUAR MEMBRAN MEMILIKI RANTAI KARBOHIDRAT: GLIKOPROTEIN (VARIASI KARBOHIDRAT INI MENENTUKAN GOLONGAN DARAH).
PROTEIN MEMBRAN SEL
PROTEIN MEMBRAN BERFUNGSI SEBAGAI:
• SALURAN (CHANNEL)• TRANSPORTER/KARIER• ENZIM• RESEPTOR• PEMANDU ATAU TEMPAT BERTAUT
UNSUR STRUKTURAL SITOSKELETON
Arah Pergerakan Ion Na
DepolarisasiKanal K tertutupEkstra
seluler
IntraselulerKanal Na terbuka
Na tinggi diluar sel, 110-140mM
Arah Pergerakan Ion K
RepolarisasiEkstraseluler
IntraselulerKanal Na tertutup
K tinggi didalam sel, 110-140mM
Activated adenylat cyclaseExtracellular
space
Cytosol
Other proteins Cellular responses ( vary with cell type)
Hormone
G-PROTEIN-LINKED RECEPTOR G protein Adenylate cyclase cAMP (2nd messenger) PKA Other proteins
Receptor
G protein PLC IP3 - DAG (2nd messenger) PKC Other proteins
DETECTION OF WATER SOLUBLE HORMONE BY G PROTEIN-LINKED RECEPTOR
Receptor
HormonePhospholipase C
DAG
IP3
PI
PKAPKC2ATP 2ADP
DAG
IP3
PIP2
PI PIP2
cAMP
chainNH3
+ NH3+
NH3+NH3
+
COO--OOC
chain
Extracellular space
CytosolTyrosine kinase domain
TyrTyr
-OOC COO-
Enzyme-linked receptor (Tyrosine kinase)
Signal (hormone)
Tyrosine kinase dimer
Other signaling proteins
DETECTION OF WATER SOLUBLE HORMONE BY ENZYME-LINKED CELL SURFACE (TYROSINE KINASE) RECEPTOR
Hantaran signal-reseptor
TyrosineKinase
mRNASynthesis
Protein Synthesis
SecondMessangers
Protein Kinases
IonChannels
Hormones:SteroidsThyroid
GrowthFactors
TransmittersTransmittersHormones
SITOSOL ATAU SITOPLASMA• SITOSOL MENEMPATI LEBIH DARI SEPARUH
VOLUME SEL.• SITOSOL MELIPUTI SEMUA ISI SEL, KECUALI
NUKLEUS DAN ORGANEL SEL LAIN YANG TERBUNGKUS MEMBRAN.
• SITOPLASMA TERDIRI ATAS ZAT-ZAT TERLARUT, CAIRAN, DAN ENZIM-ENZIM LARUT.
• SITOPLASMA DIPENUHI OLEH FILAMEN DAN TUBUL YANG DISEBUT SITOSKELETON.
SEL HEWAN
MIKROGRAF SEL HEWAN
MIKROGRAF MIKROTUBUL
PROSES PENTING YANG TERJADI DI SITOSOL
• SINTESIS PROTEIN.• SINTESIS LEMAK (PEMANJANGAN
RANTAI KARBON ASAM LEMAK).• GLIKOLISIS.• PENTOSE PHOSPHATE PATHWAYS.
SINTESIS PROTEIN
GLIKOLISIS DALAM SITOPLASMA
SITOSKELETON
• SITOSKELETON ADALAH JARINGAN KERJA TIGA DIMENSI FILAMEN DAN TUBUL.
• SITOSKELETON TERDIRI ATAS JARINGAN MIKROTUBUL, MIKROFILAMEN, DAN FILAMEN ANTARA.
• SITOSKELETON MEMBENTUK MATRIKS YANG BERFUNGSI DALAM MEMPERTAHANKAN BENTUK SEL, PERGERAKAN, DAN PEMBELAHAN SEL.
PERANAN SITOSKELETON
• KONTRAKSI SEL OTOT• DENYUT SILIA DAN FLAGELLA.• PERGERAKAN KROMOSOM SELAMA
PEMBELAHAN SEL.• LOKOMOSI SEL.• PENGATURAN POSISI DAN
PERGERAKAN ORGANEL DALAM SEL.
SITOSKELETON
SILIA DAN FLAGELLA
MIKROTUBUL• MIKROTUBUL TERSUSUN ATAS TUBULIN.• MIKROTUBUL MERUPAKAN PENYUSUN
STRUKTUR AKSONEMA (EKOR SPERMA) DAN SPINDLE FIBER (DALAM PEMISAHAN KROMOSOM DALAM PEMBELAHAN SEL).
• MIKROTUBUL BERPERAN PENTING DALAM PENGKUTUBAN SEL, PENGATURAN BENTUK SEL, PENGATURAN SPASIAL ORGANEL SEL, DAN PENYEBARAN MIKROFILAMEN DAN FILAMEN ANTARA.
• BERPERAN PENTING DALAM TRANSPORT AKSON PADA SEL SARAF.
Sentriol
Sentriol
MIKROTUBUL
MIKROGRAF MIKROTUBUL
PERAN MIKROFILAMEN
• MIKROFILAMEN TERDIRI ATAS AKTIN.• SERAT KONTRAKTIL SEL OTOT.• CELAH PEMOTONGAN DALAM
MEIOSIS.• PEMELIHARAAN BENTUK SEL.
MIKROFILAMEN
MIKROGRAF MIKROFILAMEN
FILAMEN ATARA
• BERPERAN PENTING SEBAGAI RANGKA UNTUK MENOPANG KESELURUHAN RANGKA SITOSKELETON.
• PERANAN UTAMA DALAM MENAHAN TEGANGAN.
• MEMPERTAHANKAN POSISI NUKLEUS DALAM SEL.
FILAMEN ANTARA
MIKROGRAF FILAMEN ANTARA
NUKLEUS• NUKLEUS DISELUBUNGI OLEH MEMBRAN
ATAU PEMBUNGKUS NUKLEUS YANG MENGANDUNG PORI YANG BERFUNGSI SEBAGAI SALURAN MOLEKUL POLAR ANTARA NUKLEUS DAN SITOSOL.
• RIBOSOM, MESENGER RNA, PROTEIN KROMOSOM, DAN ENZIM YANG DIPERLUKAN UNTUK AKTIVITAS NUKLEUS SEMUANYA DIANGKUT MELALUI PORI INI.
NUKLEUS
PERANAN NUKLEUS• NUKLEUS DISELUBUNGI OLEH MEMBRAN DUA
LAPIS.• NUKLEUS BERFUNGSI SEBAGAI PUSAT KONTROL
UNTUK KESELURUHAN SEL (PENGATURAN REAKSI KIMIA DAN REPRODUKSI).
• NUKLEUS MENGANDUNG KROMATIN, YANG PADA SAAT PEMBELAHAN SEL AKAN BERUBAH MENJADI KROMOSOM (DNA).
• NUKLEUS MENGANDUNG NUKLEOPLASMA DAN NUKLEOLUS.
• NUKLEOLUS BERFUNGSI UNTUK MENSINTESIS DAN MERAKIT SUBUNIT PEMBENTUK RIBOSOM.
KOMPONEN DALAM PROSES SINTESIS PROTEIN
MITOKONDRIA
• MITOKONDRIA DUBUNGKUS OLEH DUA MEMBRAN: MEMBRAN BAGIAN DALAM DAN MEMBRAN BAGIAN LUAR.
• MITOKONDRIA ADALAH PUSAT PEMBANGKIT ENERGI DALAM SEL.
• PROSES YANG TERJADI DALAM MITOKONDRIA: SIKLUS KREBS, OKSIDASI BETA ASAM LEMAK, DAN PEMBANGKITAN ATP.
MITOKONDRIA• PELIPATAN MEMBRAN BAGIAN DALAM
MITOKONDRIA (KRISTAE) MERUPAKAN LOKASI TERJADINYA TRANSPORT ELEKTRON (ENZIM-ENZIM OKSIDASI FOSFORILATIF).
• SIKLUS KREBS DAN OKSIDASI ASAM LEMAK TERJADI DALAM MATRIKS (BAGIAN DALAM) MITOKONDRIA.
• JUMLAH MITOKONDRIA DALAM SEL UMUMNYA BERHUBUNGAN LANGSUNG DENGAN KEBUTUHAN ENERGI SEL TERSEBUT.
MITOKONDRIA SEBAGAI PUSAT PEMBANGKIT ENERGI
STRUKTUR MITOKONDRIA
MIKROGRAF MITOKONDRIA
Siklus Krebs
Siklus Krebs (lanjutan)
Total produksi ATPTabel produksi ATP
Reaksi ATP NADH FADH2 ATP dari transport elektron
Total ATP
Glikolisis 2 2 0 4 6
Dekarboksilasi piruvat
0 2 0 6 6
Siklus Krebs 2 6 2 22 24
Total 4 10 2 32 36
ENDOPLASMIK RETIKULUM• ENDOPLASMIK RETIKULUM TERDIRI ATAS
MEMBRAN TUBULER DAN KANTONG PIPIH ATAU SISTERNA YANG KELIHATAN SEPERTI SALING BERHUBUNGAN.
• RUANGAN INTERNAL DISEBUT LUMEN.• ENDOPLASMIK RETIKULUM
BERSAMBUNGAN DENGAN MEMBRAN BAGIAN LUAR PEMBUNGKUS NUKLEUS.
• ENDOPLASMIK RETIKULUM TERDIRI ATAS ER KASAR DAN ER HALUS.
ENDOPLASMIK RETIKULUM
• ER KASAR BANYAK BERLEKATAN DENGAN RIBOSOM, SEMENTARA ER HALUS TIDAK.
• PROTEIN SEKRETORIS DAN PROTEIN MEMBRAN DISINTESIS DALAM RIBOSOM YANG TERIKAT DENGAN ER KASAR.
ENDOPLASMIK RETIKULUM
• GLIKOSILASI PROTEIN TERJADI DALAM ER KASAR.
• SINTESIS KOMPONEN MEMBRAN (PROTEIN DAN FOSFOLIPID) TERJADI DI ER.
• PROTEIN YANG DITUJUKAN UNTUK BERADA DI SITOSOL DISINTESIS OLEH RIBOSOM BEBAS.
ENDOPLASMIK RETIKULUM• ER HALUS BERFUNGSI DALAM
PEMBUNGKUSAN PROTEIN SEKRETORIS DAN SINTESIS LIPID, SERTA PEMBENTUKAN VESIKEL TRANSPORT.
• DALAM SEL OTOT, SARKOPLASMIK RETIKULUM BERFUNGSI SEBAGAI GUDANG PENYIMPAN ION KALSIUM DARI SITOSOL KE DALAM LUMEN ER.
• ER HALUS BERTANGGUNG JAWAB ATAS INAKTIVASI DAN DETOKSIFIKASI OBAT-OBATAN DAN SENYAWA LAIN YANG BERBAHAYA BAGI SEL.
ENDOPLASMIK RETIKULUM
MIKROGRAF ENDOPLASMIK RETIKULUM
Proses pemanjangan protein di ER Sintesa Protein
Glikosilasi di Endoplasmik Retikulum
Sintesa Lipid di ER
Sintesa Lipid di ER
P
P
Glukosa Darah Glukosa
Glukosa-1-P
Glukosa-6-P
Glikogen
Glikogen Fosforilase
Fosfoglukomutase
Glukosa-6-
Fosfatase
Hati
Pemecahan Glikogen di ER Hati
Hidroksilasi di ER
CH2
NH2 -CH2
CH2
O O-
+ NADPH +O2
OH
CH2
NH2 -CH2
CH2
O O-
+ NADP+ + H2O
Fenil AlaninTirosin
Prosesing Molekul di Golgi dari ER
KOMPLEKS GOLGI• KOMPLEKS GOLGI BERDEKATAN DENGAN ER HALUS.• KOMPLEKS GOLGI TERDIRI ATAS TUMPUKAN
VESIKEL PIPIH.• KOMPLEKS GOLGI BERPERAN DALAM PEMROSESAN
DAN PEMBUNGKUSAN PROTEIN SEKRETORIS.• KOMPLEKS GOLGI MERUPAKAN LOKASI SINTESIS
POLISAKARIDA KOMPLEKS (ASAM HIALURONAT DAN LAKTOSA).
• MODIFIKASI PROTEIN TERJADI DI KOMPLEKS GOLGI.• KOMPLEKS GOLGI MERUPAKAN LOKASI
PEMBENTUKAN VESIKEL TRANSPORT UNTUK PENGIRIMAN KE LUAR SEL.
KOMPLEKS GOLGI
MIKROGRAF KOMPLEKS GOLGI
Pengolahan Molekul di Golgi dari ER
VESIKEL SEKRETORIS
• PROTEIN SEKRETORIS DAN BAHAN-BAHAN LAIN YANG DITUJUKAN UNTUK DIEKSPOR KE LUAR SEL AKAN DIBUNGKUS KE DALAM VESIKEL SEKRETORIS.
• VESIKEL BERGERAK DARI GOLGI KE MEMBRAN PLASMA.
• VESIKEL MENYATU DENGAN MEMBRAN PLASMA DAN MELEPASKAN ISINYA MELALUI PROSES EKSOSITOSIS.
PENGANGKUTAN LEWAT MEMBRAN SELMembrane traffic
ERGolgi
TGNcis trans VESIKEL SEKRETORIS
SEKRESI KONSEKUTIF
endocytosis
EKSOSITOSIS
ENDOSOM YANG MENDAUR
SITOSOL
DI LUAR
ENDO-LISOSOM
MEMBRAN
LISOSOM• LISOSOM DIKELILINGI OLEH SEBUAH MEMBRAN
TUNGGAL.• LISOSOM MENGANDUNG ASAM FOSFATASE DAN
ENZIM-ENZIM HIDROLITIK.• LISOSOM MENGANDUNG HIDROLASE, YAITU ENZIM
KHUSUS UNTUK PEROMBAKAN MOLEKUL BIOLOGIS KHUSUS, SEPERTI PROTEIN, KARBOHIDRAT, LEMAK, DAN ASAM NUKLEAT.
• PROTEIN ENZIM LISOSOM DISINTESIS DI ER KASAR DAN DIBUNGKUS DI GOLGI YANG KEMUDIAN MELEPAS DARI GOLGI SEBAGAI LISOSOM PRIMER.
• LISOSOM PRIMER MENYATU DENGAN VAKUOLA MEMBENTUK LISOSOM SEKUNDER.
LISOSOM• LISOSOM MERUPAKAN SISTEM
PEMBUANGAN SAMPAH DAN DAPAT MELAKUKAN FAGOSITOSIS.
• MERUPAKAN SISTEM PENCERNAAN DALAM SEL UNTUK MENGHANCURKAN STRUKTUR SEL YANG RUSAK, MAKANAN YANG DIAMBIL OLEH SEL, DAN SEL-SEL BAKTERI
LISOSOM
Asam-asam yang ada di lisosom
PEROKSISOM ATAU MIKROBODI
• PEROKSISOM MIRIP DENGAN LISOSOM, DIKELILINGI OLEH SEBUAH MEMBRAN TUNGGAL.
• PEROKSISOM MENGANDUNG ENZIM PEMBENTUK PEROKSIDA DAN ENZIM KATALASE YANG MEROMBAK HIDROGEN PEROKSIDA MENJADI AIR DAN OKSIGEN.
• PEROKSISOM HATI MENDETOKSIFIKASI ALKOHOL DAN SENYAWA BERBAHAYA LAINNYA DENGAN CARA MEMINDAHKAN HIDROGEN DARI SENYAWA ITU KE OKSIGEN DAN MENGHASILKAN H2O2.
PEROXISOME
• Struktur seperti lisosom• Konsumsi oksigen (seperti mitokondria)
oksigen tidak digunakan untuk reaksi kimia yang melibatkan ATP
• Fungsi : menghancurkan hasil tertentu yang terbentuk dari oksigen (hydrogen peroxidase) untuk menghilangkan racun
ANATOMI PEROKSISOM
MIKROGRAF PEROKSISOM
Import protein dari sitosol ke organel
VAKUOLA
• VAKUOLA BERFUNGSI SEBAGAI PENYIMPANAN ATAU TRANSPOR SEMENTARA.
• VAKUOLA ADALAH HASIL ENDOSITOSIS ATAU FAGOSITOSIS.
• VAKUOLA LEBIH BESAR DARI VESIKEL.
ENDOSITOSIS PADA SEL HEWAN
MIKROGRAF ENDOSOM
RIBOSOM• RIBOSOM ADALAH MEJA KERJA PRODUKSI ATAU
SINTESIS PROTEIN.• RIBOSOM TERDIRI ATAS DUA SUBUNIT, YAITU
RIBOSOM BESAR DAN RIBOSOM KECIL.• SUBUNIT RIBOSOM DISINTESIS DI NUKLEOLUS
DARI RNA YANG DIBUAT DALAM NUKLEOLUS, RNA YANG DIPRODUKSI DALAM NUKLEUS, DAN PROTEIN YANG DIIMPORT DARI SITOPLASMA.
• RIBOSOM BEBAS MENSINTESIS PROTEIN YANG DITUJUKAN TINGGAL DI SITOPLASMA.
• RIBOSOM YANG TERIKAT DENGAN ER MENSINTESIS PROTEIN YANG AKAN DIEKSPOR KE LUAR SEL ATAU YANG AKAN DIGUNAKAN UNTUK MEMBANGUN KOMPONEN MEMBRAN.
STRUKTUR RIBOSOM
PEMBUNGKUS SEL ATAU GLIKOKALIKS
• GLIKOKALIKS TERDAPAT PADA PERMUKAAN LUAR SEL SEBAGAI ANALOG DINDING SEL PADA SEL TUMBUHAN.
• GLIKOKALIKS TERDIRI ATAS OLIGOSAKKARIDA DAN GLIKOPROTEIN DAN BAHAN-BAHAN LAIN.
• GLIKOKALIKS BERFUNGSI UNTUK MEMPERKUAT PERMUKAAN SEL DAN MENJAGA SUPAYA SEL BERSATU SATU SAMA LAIN.
FUNGSI GLIKOKALIKS• GLIKOKALIKS SANGAT PENTING DALAM
PENGENALAN SEL DENGAN SEL KARENA STRUKTUR MOLEKULER KARBOHIDRAT YANG UNIK YANG TERIKAT DENGAN PROTEIN DAN LIPID MEMBRAN SEL.
• GLIKOKALIKS PENTING DALAM KOMUNIKASI ANTARSEL DAN PERSAMBUNGAN ANTARSEL YANG DISEBUT CELAH LONGGAR (GAP JUNCTION) YANG MEMUNGKINKAN TRANSFER BAHAN ANTARSITOPLASMA SEL YANG BERSEBELAHAN.
FUNGSI GLIKOKALIKS
• GLIKOKALIKS PENTING DALAM PEMBENTUKAN CELAH KETAT (TIGHT JUNCTION) YANG MENAHAN SEL-SEL YANG BERDEKATAN SEDEMIKIAN KETATNYA SEHINGGA TRANSPOR BAHAN ANTAR SEL TIDAK BISA TERJADI.
• DESMOSOM MENGHUBUNGKAN SEL-SEL MENJADI BENTUK LEMPENGAN SEL.