Biologi Molekuler rehabilitasi medis.pptx

kuliah rehab

1. Biologi Molekuler Dr. Med. Sc. Irma Ruslina Defi, dr., Sp.KFR (K) dr. Dippos T. H.

2. Sel merupakan unit fungsional terkecil dari suatu organisme . Secara umum sel terdiri atas : Materi genetic ( DNA ) yang tersusun menjadi kromosom , dapat berada atau tidak ada dalam nucleus Membran sel Sitosol ( cairan dalam sel ) Matriks pembangun ( sitoskeleton : mikrotubulus , actin, intermediate filament) Organel-organel sel (eukaryotic): nucleus, reticulum endoplasma , Badan Golgi, mitokondria , kloroplas , lisosom , peroxisome, vakuola Bentuk dan Komponen

3. Sel Prokariot Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc. Fimbriae: juluran yang berfungsi untuk pelekatan bakteri Nukleoid : daerah terdapat materi genetic yang tdk terbungkus membran Ribosom : kompleks pensintesis protein Membran : pembungkus sel Dinding : struktur kaku di luar membrane sel Kapsula : struktur seperti jeli utk pertahanan bakteri Flagela : Juluran sel untuk pergerakan bakteri

4. Sel Eukariot ( Tumbuhan ) Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc. Vakuola : penyimpanan produk metabolit , pemecahan molekul toksik . Pembesaran vakuola umum terjadi pada pertumbuhan tumbuhan Kloroplas : organel fotosintesis . Menghasilkan energi dari cahaya Plasmodesmata: lubang-lubang penghubung antar sel tumbuhan Dinding sel : pelindung sel , kaku . Terbuat dari selulosa

5. Sel Eukariot ( Manusia / Hewan ) Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc.

6. Perbedaan Sel Prokaryot dan Eukaryot Komponen sel Prokaryot ( bakteri / Archaea) Sel Tumbuhan Sel Hewan / Manusia Kapsula Beberapa spesies punya, beberapa tidak Tidak ada Tidak ada Dinding sel ( bahan ) Ada, dari peptidoglikan Ada dari selulosa , hemiselulosa pektin , lignin Tidak ada Membran sel Ada Ada Ada Inti sel Tidak ada Ada Ada Kloroplas Tidak ada Ada Tidak ada Mitokondria Tidak ada Ada Ada Respirasi selular dan aerobik Terjadi di sitoplasma dan membrane sel Terjadi di sitoplasma dan mitokondria Terjadi di sitoplasma dan mitokondria

7. Perbedaan Sel Prokaryot dan Eukaryot Komponen sel Prokaryot ( bakteri / Archaea) Sel Tumbuhan Sel Hewan / Manusia Retikulum Endoplasma Tidak ada Ada Ada Badan Golgi Tidak ada Ada Ada Ribosom Ada Ada Ada Peroksisom Tidak ada Ada Ada Lisosom Tidak ada Kebanyakan tidak ada Ada Vakuola Tidak ada Ada Tidak ada Sentriol Tidak ada Tidak ada Ada Sitoskeleton ( mikrotubulus , filmen intermediat , aktin ) Ada Ada Ada

8. Membran sel

9. Membran Sel Fungsi: proteksi,permeabilitas selektif,dan komunikasi sel Sherwood, L. (2010). Human Physiology: From Cells to Systems 7 th Edition. Yolanda Cossio , USA

10. Struktur Fluiditas Membran harus bersifat ‘fluid’ atau tidak kaku untuk dapat bekerja dengan baik . Fluiditas membran mempengaruhi : Permeabilitas dan Kemampuan protein membran untuk bergerak pada area yang diperlukan Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc. Kolesterol diperlukan untuk menstabilkan fluiditas membrane. Kolesterol menurunkan fluiditas membrane, tapi juga membantu menghindari membrane terlalu kaku

11. Contoh Peran Kolesterol Gambar di atas menunjukkan pengaruh penyisipan kolesterol terhadap fluiditas membrane. Pada gambar sebelah kanan , jika kolesterol teroksidasi maka terjadi over- fluiditas dimana susunan membrane bilayer menjadi terlalu berjauhan sehingga membrane menjadi tidak beraturan . Fenomena sebelah kanan sering terjadi pada artherosklerosis dengan kekakuan membrane pembuluh darah . Lexitan I. Paradoxical impact of cholesterol on lipid packing and cell stiffness. Front Biosci 2016; 21(6)

12. Komunikasi Sel Inter cellular Intra cellular Alberts , B, Johnson, A, Lewis, J, et al . (2015). Molecular Biology of the Cell 6 th ed. Garland Science, USA Jalur sinyal dalam sel dimulai dari reseptor yang terdapat pada membrane sel Sinyal diteruskan melalui kaskade ( serangkaian ) sinyal pada intrasel hingga mencapai protein efektor

13. Contact Dependent Contoh komunikasi contact-dependent : pengenalan sel tumor oleh sel NK melalui presentasi MHC kelas I Jika ligand kanker terdeteksi , NK cell akan mengeluarkan perforin & granzyme untuk membunuh sel Klouche LA. NK cells in cancer immunotherapy. Natural Killer Cells 2 nd edition; 2016. Reseptor pada sel signaling bertemu langsung dengan reseptor sel target

14. Perforin & Granzyme Perforin: molekul pembuat pori yang menjadi kanal untuk masuknya granzyme Granzyme B ( GrB ): molekul “ toksik ” yang dikeluarkan sel NK/ sel T sitotoksik untuk menginduksi apoptosis ( kematian sel ) Apoptosis oleh granzyme dapat diinduksi dengan caspase-3 maupun BID

15. P arakrin Contoh komunikasi parakrin : stem cell menghasilkan senyawa parakrin untuk angiogenesis organ Maacha S, Sidahmed H, Jacob S, Gentilcore G, Calzone R, Grivel JC, Cugno C. Paracrine mechanisms of mesenchymal stromal cells in angiogenesis. Stem cells Int 2020. https://doi.org/10.1155/2020/4356359 Metode sinyaling antar sel dengan pelepasan molekul terlarut yang mendampaki sel-sel tetangga ( dekat )

16. Sinaptik Contoh : neuromuscular junction Contoh patologis : myasthenia gravis Paz ML, Barrantes FJ. Autoimmune attack of the neuromuscular junction in myasthenia gravis: nicotinic acetylcholine receptors and other targets. ACS Chem Neurosci 2019. Doi: 10.1021/ascchemneuro.9b00041 Signaling pada sel saraf dimana molekul signal (neurotransmitter) dilepaskan pada sinaps ke sel target. Jarak target menengah

17. Endokrin Contoh : hormone FSH dan LH dari otak bisa sampai ke ovarium untuk pematangan sel telur Paz ML, Barrantes FJ. Autoimmune attack of the neuromuscular junction in myasthenia gravis: nicotinic acetylcholine receptors and other targets. ACS Chem Neurosci 2019. Doi: 10.1021/ascchemneuro.9b00041

18. Sifat Membran SIFAT MEMBRAN: Permeable : seluruh pelarut , molekul , dan ion dapat keluar masuk dengan bebas Semi-permeable : hanya sebagian molekul dan pelarut yang dapat bebas keluar masuk membran . Impermeable: Memban tidak dapat dilalui sama sekali baik oleh pelarut maupun molekul dan ion Dinding sel tanaman adalah contoh membrane permeable karena nutrisi , gula, garam dapat keluar masuk dinding dengan bebas . Hal tsb dikarenakan adanya pori-pori pada dinding sel Cangkang telur adalah contoh membrane impermeable karena tidak ion maupun molekul dapat keluar masuk dengan bebas Membran sel bersifat semi-permeable karena hanya molekul kecil hidrofobik yang dapat keluar masuk dengan bebas

19. Sifat Semipermeabel Membran Sel Semipermeabilitas membrane sel disebabkan oleh adanya bagian lipid ( hidrofobik ) dan susunan fosfolipid bilayer yang ‘ rapat ’. Molekul yang dapat keluar masuk bebas : gas ( melalui difusi ), molekul kecil hidrofobik ( contoh hormone steroid). Molekul yang dapat sedikit lewat : molekul kecil , tidak bermuatan . Contoh : air, urea, gliserol , ammonia. Molekul yang sangat sedikit sekali lewat : molekul besar tidak bermuatan . Contoh : glukosa Molekul yang tidak dapat lewat bebas sama sekali : molekul bermuatan (ion) Sifat- sifat molekul tsb mempengaruhi metode transportasinya ke dalam sel

20. Macam Transport Tidak memerlukan energi / spontan Memerlukan energi Tidak melawan gradien konsentrasi . Perpindahan substansi dari gradien tinggi ke rendah Melawan gradien konsentrasi . Perpindahan substansi dari gradien rendah ke tinggi

21. TRANSPORT Pasif DIFUSI OSMOSIS Difusi meupakan proses perpindahan substansi melalui membran tanpa menggunakan energi Osmosis merupakan difusi air melalui membran selektif permeable yang bersifat selular ataupun artifisial Diare pada infeksi cholera merupakan contoh proses osmosis.

22. Keseimbangan Air Sel terhadap Lingkungan SEL HEWAN/ MANUSIA: Dalam kondisi hypotonic, air akan berosmosis masuk ke dalam sel sehingga sel pecah ( lisis ). Dalam kondisi normal, bentuk sel baik . Dalam kondisi hypertonic , air keluar dari sel sehingga sel mengkerut . SEL TUMBUHAN: Dalam kondisi hypotonic, air akan berosmosis masuk ke dalam sel sehingga sel turgid ( meningkat tekanannya , tapi tidak pecah ). Dalam kondisi normal, bentuk sel sedikit “kurus”. Dalam kondisi hypertonic , air keluar dari sel sehingga plasmolisis . Pada tumbuhan , karena memiliki dinding sel , maka perubahan komposisi air tidak mengubah bentuk luar dari sel ( penampakan tetap heksagonal . Pada hewan , kondisi berbeda menyebabkan perubahan bentuk sel.

23. Contoh Kondisi Hipertonik , Isotonik , Hipotonik Kondisi hipertonik contohnya terjadi saat terlalu lama berenang di laut . Air laut memiliki konsentrasi garam lebih tinggi dibanding sel-sel tangan . Akibatnya air keluar dari sel-sel tangan yang menyebabkan menjadi keriput Kondisi hipotonik contohnya saat terjadi pembengkakan akibat inflamasi . Pada situs infeksi terdapat lebih banyak konsentrasi protein dibandingkan pembuluh darah . Pembuluh darah bersifat lebih hipotonik dibanding bagian yg mengalami infeksi . Akibatnya air keluar dari pembuluh darah ke daerah infeksi yang menyebabkan pembengkakan Isotonik contohnya cairan Ringer Lactate yang memiliki konsentrasi garam sama dengan sel-sel tubuh

24. Energi secara langsung diperlukan untuk memindahkan susbtansi melawan gradient konsentrasinya ; protein carrier memecah ATP untuk memfasilitasi proses ini TRANSPORT AKTIF P RIMER SEKUNDER Transport aktif memerlukan energy untuk memindahkan substansi dari gradient rendah ke gradient tinggi Tidak terjadi pemecahan ATP oleh protein carrier. Mekanisme transport ‘ mengikut ’ pada protein carrier yang memindahkan gradient konsentrasi substansi lainnya ( misal ion) Ada 2 mekanisme — symport dan antiport

25. TRANSPORT AKTIF PRIMER Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc. Contoh transport aktif primer adalah sodium/potassium ATP- ase . Protein transporter ini banyak terdapat pada saraf , berperan dalam proses repolarisasi dan menjaga resting potential saraf .

26. Pada Keadaan istirahat , pompa Na+/K+ secara aktif bekerja mengeluarkan 3 ion Na dan memasukan 2 ion K+ sehingga menjaga potensial dalam membran negative. Ketika ada rangsangan terjadi depolarisasi , kanal Na+ terbuka dan ion Na+ masuk menyebabkan potensial membran dalam menjadi positif . Kanal Na+ menutup . Kanal K+ terbuka sehingga menyebabkan membran mengalami repolarisasi karena ion K+ keluar . Terjadi undershoot , potensial membran turun di bawah threshold karena ion K+ terus keluar . Kembali ke 1 , kanal K+ menutup , pompa Na+/K+ bekerja u/ mengembalikan keadaan semula

27. TRANSPORT AKTIF SEKUNDER Sherwood, L. (2010). Human Physiology: From Cells to Systems 7 th Edition. Yolanda Cossio , USA Pada symport molekul yang akan masuk bergerak dengan arah yang sama dengan driving molecule yang akan masuk juga Pada antiport, molekul yang akan keluar bergerak dengan arah yang berlawanan dengan driving molecule yang akan masuk

28. Contoh Symport & Antiport Contoh Symport dan Antiport pada Usus - Glukosa masuk bersama Na+ dari lumen usus ke epitel usus dengan symporter glucose/Na+ - Glukosa akan ditransportasi ke cairan ekstrasel dengan passive transport oleh GLUT (glucose transporter) - Na+ akan masuk ke cairan ekstrasel dengan antiport Na+/K+

29. ORGANEL SEL

30. Sel Eukariot ( Manusia )

31. Nucleus

32. Nukleus merupakan “ wadah ” kromosom . Memiliki membrane ganda yang disebut dengan nuclear envelope , yang memisahkan nukleus dengan sitoplasma Pada nuclear envelope terdapat pori yang dijaga oleh nuclear pore complex ( kompleks protein), yang berfungsi untuk regulasi keluar masuknya protein dan RNA serta makromolekul Kecuali pada pori , bagian selubung yang menghadap inti ditopang oleh adanya nuclear lamina yang menjaga bentuk dari inti Nukleus

33. ORGANEL TANPA MEMBRAN Ribosom Berfungsi untuk sintesis protein dengan cara mentranslasikan mRNA menjadi rantai asam amino dengan urutan tertentu Sherwood, L. (2010). Human Physiology: From Cells to Systems 7 th Edition. Yolanda Cossio , USA

34. SITOPLASMA Bagian dalam sel yang tidak ditempati oleh nukleus Pada sitoplasma terdapat organel-organel (“organ kecil ” sel ) dan sitoskeleton (protein pembangun bentuk sel ). Sitoplasma berbentuk seperti gel. CYTOPLASM Organel Sitoskeleton Sitosol bermembran Tidak bermembran

35. Sitosol Tiga aktivitas yang umum diasosiasikan dengan sitosol : Regulasi enzimatis dari metabolisme intermediary Reaksi kimiawis di dalam sel yang melibatkan degradasi , sintesis , dan transformasi molekul organik seperti asam amino, simple sugars , dan asam lemak . sintesis protein ribosomal, Penyimpanan lemak , karbohidrat , dan vesikel sekretori Bagian semicair pada sitoplasma yang mengelilingi organel Sherwood, L. (2010). Human Physiology: From Cells to Systems 7 th Edition. Yolanda Cossio , USA

36. ORGANEL BERMEMBRAN Endoplas -mic reticulum Golgi complex Lysosomes Peroxisomes Mitochondria ORGANEL BERMEMBRAN

37. ORGANEL BERMEMBRAN RE Halus RE Kasar Reticulum Endoplasma (RE) Berasosiasi dengan ribosom . Mensintesis dan memodifikasi protein. Banyak terdapat pada sel pensintesis protein. Berperan dalam metabolism lemak , karbohidrat , detoksifikasi racun Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc.

38. Retikulum Endoplasma Kasar Pada RE kasar , terdapat ribosom yang menempel pada membrannya , terjadi proses glikosilasi protein: Pada RE kasar , setelah ribosom mentranslasi protein, rantai polipeptida akan masuk ke lumen RE Segera setelah masuk lumen, protein akan membentuk struktur 3D akibat ikatan hydrogen antar polipeptida . Selanjutnya terjadi glikosilasi protein Setelah diglikosilasi , protein siap ditranspor melalui vesikel Vesikel siap ditransfer Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc.

39. Retikulum Endoplasma Halus Sintesis lipid Metabolisme karbohidrat Reservoir kalsium >> berbagai proses signaling sel seperti kontraksi otot , impuls saraf , apoptosis Detoksifikasi obat dan racun Peran RE Halus dan Ketergantungan obat RE berperan dalam detoksifikasi obat seperti obat sedative phenobarbital, barbiturate dengan penambahan gugus –OH. Obat-obatan merangsang proliferasi RE halus pada hati untuk meningkatkan laju detoksifikasi . Karena laju detoks yang semakin cepat , akibatnya diperlukan dosis lebih tinggi untuk memberikan efek sedasi pada penggunaan obat-obatan jangka panjang . Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc.

40. ORGANEL BERMEMBRAN Memproses protein mentah menjadi bentuk final Menyortir dan mengarahkan produk akhir pada tujuan akhir Sekresi ke luar sel Digunakan untuk sintesis membran plasma Menjadi organel baru seperti lisosom Badan Golgi Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc.

41. O RGANEL BERMEMBRAN Lisosom Lisosom berfungsi sebagai “ sistem pencernaan ” intraselular Memiliki enzim hidrolitik ( diproduksi di ER) yang dapat mengkatalis hidrolisis dari molekul organik seperti bakteri atau debris sel Lisosom melakukan digesi intraselular dengan fagositosis atau autofag Sherwood, L. (2010). Human Physiology: From Cells to Systems 7 th Edition. Yolanda Cossio , USA

42. Oksidasi asam lemak berlebih Metabolisme xanthine, arginin , dan asam urat MEMBRANOUS ORGANELLES Peroxisomes Alberts , B, Johnson, A, Lewis, J, et al . (2015). Molecular Biology of the Cell 6 th ed. Garland Science, USA

43. MEMBRANOUS ORGANELLES Mitochondria Respirasi selular , konversi energi kimiawi dari makanan seperti gula menjadi ATP ( adenosine triphosphate ), sumber utama produksi energi untuk kerja sel Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc.

44. Stages of cellular respiration. glycolysis, citric acid cycle, oxidative phosphorylation.

45. NON-MEMBRANOUS ORGANELLES Sepasang struktur silindris yang terletak pada pusat sentrosom Sentriol Pada beberapa sel , sentriol membentuk silia atau flagella, yang merupakan struktur motil yang memanjang dan tipis terbentuk dari mikrotubulus Saat pembelahan sel , sentriol membentuk mitotic spindle dari mikrotubulus yang mengarahkan pergerakan kromosom Reece, JB, Urry , LA, Cain, ML, et al. (2011). Campbell: Biology 10 th ed. Pearson Education, Inc.

46. Cell Injury and Death

47. Tidak dapat Beregenerasi Sel ini ketika menghadapi stress langsung mati . Contoh : Otot jantung Ada 3 Jenis Sel dalam Menghadapi Stres Lambat Beregenerasi Contoh : Sel saraf tepi Cepat Beregenerasi Contoh : Sel kulit

48. Terima Kasih

49. Sifat Sel Punca DIVISION & SELF-RENEWAL POTENCY Menghasilkan banyak tipe sel berbeda yang terdiferensiasi Suatu sel disebut sel punca jika memiliki 2 sifat ini Membelah diri dan menduplikasi dirinya sendiri, serta menghasilkan sel anakkan yang dapat melalui perkembangan lanjut dan diferensiasi

50. Division & Self-Renewable Ketika sel punca membelah , pembelahan terjadi secara asimetris , dimana akan dihasilkan 2 jenis sel : Sel commited yakni sel yang akan melanjutkan diferensiasi menjadi sel progenitor > sel terdiferensiasi Sel punca itu sendiri . Proses asimetri ini memastikan keberadaan sel punca tetap eksis .

51. Potency artinya sel mampu menghasilkan sel yang dapat berdiferensiasi menjadi jenis jaringan yang lebih spesifik . Ada 3 tingkatan potency yakni : 1. Totipotent = sel memiliki kemampuan untuk menjadi “ individu baru ”. Contoh pada tahap zigot . 2. Pluripotent = sel memiliki kemampuan menjadi sel dari lini berbeda-beda yakni dari lini ectoderm ( cth saraf ), mesoderm ( cth otot , ginjal , hati , dll ), dan endoderm ( cth paru-paru , pencernaan ) 3.Multipotent = sel memiliki kemampuan menjadi sel yg terdiferensiasi dari lini itu sendiri . Cth : progenitor saraf bisa menjadi astrosit , glia, neuron Potency

52. Dinding Sel Bakteri Komponen penyusun dinding sel bakteri berbeda antara bakteri Gram positif dan negatif Peptidoglikan tebal di luar Peptidoglikan tipis, di tengah Bagian terluar LPS

53. Lipopolisakarida (LPS) bakteri gram Negatif LPS bakteri gram negative menyebabkan demam tinggi https://courses.lumenlearning.com/suny-microbiology/chapter/virulence-factors-of-bacterial-and-viral-pathogens/