BAB I PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangIlmu pengetahuan biomedik blok II ini menyediakan pengetahuan dan keterampilan dasar kepada mahasiswa agar dapat mengerti struktur normal, pengaturan, topografi dan mekanisme tubuh manusia, sistem molekuler, sel-sel, jaringan dan organ, serta manusia sebagai makhluk individual. Dengan pengetahuan dan keterampilan pada blok ini, mahasiswa diharapkan untuk dapat mengerti biologis berdasarkan dari masalah klinik dan pengobatan.Buku blok ini berisi kurikulum inti pendidikan kedokteran pada sistem yang baru menggunakan pembelajaran berdasarkan masalah. Skenario yang ada merupakan representatif dari masalah pasien yang khas yang diperlihatkan pada masing-masing topik blok.Tujuan Ilmu pengetahuan biomedik I untuk memperkenalkan beberapa aspek dasar ilmu kedokteran. Modul pada blok ini dibagi kedalam lima bagian. Masing-masing modul mengandung kasus yang mana akan menuntun mahasiswa dalam mempelajari ilmu pengetahuan biomedik. Modul pertama dan kedua fokus pada komponen kehidupan seluler. Modul ketiga membicarakan tentang kondisi intraseluler dan ekstraseluler yang dibutuhkan pada kondisi aktivitas seluler dalam keadaan normal. Modul keempat membicarakan tentang hubungan interseluler. Modul kelima, membicarakan tentang siklus kehidupan sel yaitu tentang gametogenesis (spermatosit dan oosit). Sebagai tambahan tujuan pembelajaran dapat dipelajari dari diskusi tutorial, sejumlah kuliah pakar yang diberikan oleh para ahli dan practical session termasuk anatomi, fisiologi, biokimia, histologi dan mikrobiologi.Tujuan akhir dari blok ini yaitu menyediakan pengetahuan dan keterampilan dasar kepada mahasiswa agar dapat mengerti pengaturan tubuh manusia dan interaksinya dengan fisik, kimia dan lingkungan sosial; untuk mengerti metabolisme, iritabilitas dan reproduksi sel dan jaringan sebagaimana fungsi tubuh manusia; dan untuk mengerti efek dari variasi lingkungan (fisik, kimia, kinetik, enzimatik, dan hormonal) pada fungsi tubuh manusia serta siklus kehidupan seluler. Pada blok ini mahasiswa diharapkan memiliki dasar yang kuat untuk mengembangkan kompetensi profesional mereka.

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

Modul II Lingkungan1. IKATAN KIMIADra. Pramudji HastutiBagian BiokimiaFakultas Kedokteran UGM

IKATAN KIMIA :Ikatan kimia adalah sebuah proses fisika yang bertanggung jawab dalam interaksi gaya tarik menarik antara dua atom atau molekul yang menyebabkan suatu senyawa diatomik atau poliatomik menjadi stabil. Secara umum, ikatan kimia yang kuat diasosiasikan dengan transfer elektron antara dua atom yang berpartisipasi. Ikatan kimia menjaga molekul-molekul, kristal, dan gas-gas diatomik untuk tetap bersama. Selain itu ikatan kimia juga menentukan struktur suatu zat.Kekuatan ikatan-ikatan kimia sangatlah bervariasi. Pada umumnya, ikatan kovalen dan ikatan ion dianggap sebagai ikatan "kuat", sedangkan ikatan hidrogen dan ikatan van der Waals dianggap sebagai ikatan "lemah". Hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa ikatan "lemah" yang paling kuat dapat lebih kuat daripada ikatan "kuat" yang paling lemah.

Ikatan kuat : Ikatan kovalen Ikatan lemah : Ikatan hidrogen Interaksi hidrofobik Interaksi elektrostatik

1.IKATAN KOVALEN Ikatan kovalen adalah gaya terkuat yang menyatukan molekul-molekul (Tabel 2-1). Gaya non kovalen meskipun kekuatannya lebih kecil, memberi kontribusi bermakna bagi struktur, stabilitas, komprtensi fungsional makromolekul dalam sel hidup.2. IKATAN HIDROGEN Ikatan hidrogen adalah nukleus hidrogen yang tidak berpelindung dan secara kovalen berikatan dengan atom nitrogen atau oksigen penarik- elektron dapat berinteraksi dengan pasangan elektron bebas di atom nitrogen atau oksigen lain H O atau H-N : dapat berikatan dengan atom H lain.1 Merupakan ikatan lemah , energi disosiasi (energi yang diperlukan untuk memutuskan ikatan hidrogen dalam air cair): 4,5 kcal/molContoh : atom- atom oksigen pada aldehid, keton dan amida memberikan pasangan elektron yang dapat berfungsi sebagai akseptor/donor hidrogen

Sebagian besar biomolekuler bersifat amfipatik, yaitu molekul ini memiliki bagian-bagian yang kaya akan gugus fungsional polar atau bermuatan serta bagian-bagian dengan sifat hidrofobik. molekul bermuatan/polar di luar (permukaan) Molekul hidrofobik di dalam Contoh : Asam amino (Arg, GLu, Ser) : rantai samping polar/ bermuatan Fosfolipid bilayer : fosfatidil ser/fosfatidil etanolamin di luar, asam lemak di dalam.

3. INTERAKSI HIDROFOBIK Kecenderungan senyawa non polar berkumpul dalam lingkungan cair Atom H dari gugus non polar seperti gugus metilen hidrokarbon tidak membentuk ikatan hidrogen Molekul non polar cenderung membentuk butiran dengan luas permukaan paparan yang minimal sehingga mengurangi jumlah molekul air yang terkena.

4. INTERAKSI ELEKTROSTATIKMerupakan interaksi antara gugus-gugus bermuatan membantu membentuk struktur biomolekul Interaksi antara gugus bermuatan (+ / -) dinamakan jembatan garam (salt bridges)5. IKATAN VAN der WALLSTarik menarik antara dipol yang terjadi karena gerakan elektron yang cepat pada atom netral Biomolekul : mempunyai berbagai ikatan untuk menstabilkan struktur (kovalen & non kovalen6. IKATAN PEPTIDA Peptida diberi nama berdasarkan jumlah residu asam amino yang ada, dan turunan residu terminal karboksil. Struktur primer suatu peptida adalah sekuens asam-asam aminonya yang dimulai dari residu terminal amino.

H H H H | | | | NH2-C COOH + NH2-C COOH NH2-C CO - NH-C COOH | | | | R R R R Amin gugus karboksilat

DISULFIDA

Dalam kondisi oksidasi, suatu sistein dapat membentuk ikatan disulfida dengan SH residu sisteinil manapun yang dapat diakses. Dengan mengatalisis pertukaran disulfida, pemutusan ikatan S-S dan penyambungannya kembali dengan pasangan sistein yang berbeda, protein disulfida isomerase mempermudah pembentukan ikatan disulfida yang menstabilkan konformasi asli protein. H H H H | | | | NH2-C COOH + NH2-C COOH NH2-C CO - NH-C COOH | | | | CH2-SH CH2-SH CH2-S - S CH2Aktif (S-S) disulfidaEnzimNon Aktif (SH)Putih telur mengandung ikatan peptida, disulfida, hidrogen, van der walls dan interaksi elektrostatik yang dapat terputus saat pemanasaan.2. ASAM AMINO PROTEIN Di alam > 300 macam asam amino penyusun protein : 20 macam asam amino Atom karbon mengikat 4 macam gugus berbeda (kecuali glisin) orientasi tetrahedral aktivitas optis D, L pH 7,0 mempunyai konfigursi L Alamiah ada D-asam amino : pada antibiotika Diet manusia : cukup asam amino esensiil Gangguan genetik retardasi mental, kematian mudaASAM AMINO PENTING DALAM PROSES METABOLIK Ornitin, sitrulin, argininosuksinat : sintesis urea Tyr = hormon Glu : biosintesis neurotransmitter D-Ser, D-Asp = jaringan syaraf D-Ala, D-Glu : dinding sel bakteri gram +

STRUKTUR ASAM AMINO H |2 gugus dapat terionisasi : R C NH2-COOH & -NH2 | COOH H R-COOH R-COO_ + H+ |R-NH3+ R-NH2 + H+ R -C NH3+ Asam basa konjugatnya | COO Keasaman RCOOH > RNH3+Dalam plasma (pH 7,4) & ruang intraseluler (pH 7,1) terionisasi

pH rendah RNH3+ pH tinggi R-COOH pH lingkungan berubah muatan asam amino berubah pemisahan asam amino & protein Pada pH isoelektris (pI) AA tidak bermuatan = pH di antara 2 pKa (zwitter ion, isoioni, netral)Alanin : pK1 = 2,35 pK2 = 9,69 pI = (2,35 + 9,69) : 2 = 6,02Asam aspartat : pK1 = 2,09 pK2 = 3,86 pK3 = 9,82 pI = (2,09 + 3,86) : 2 = 2,98

ASAM AMINO DIKELOMPOKKAN : POLARITAS GUGUS R-nyaHIDROFOBIK HIDROFILIK

Alanin, Isoleusin Leusin, Metionin Phenilanin, Prolin Triptofan, Tyrosin Valin Arginin, Asam aspartat Asparagin, Cystein, Glutamat, Glutamin, Glysin, Histidin, Lysin, Serin, Threonin

PEMISAHAN ASAM AMINOKromatografi kertasTLC Ion Exchange chromatography High voltage electrophoresis (HVE)

PEPTIDA Polimerisasi asam amino dengan ikatan peptida - hormon- sistem syaraf- antibiotik - anti tumor.- Aspartam (dipeptida) : pemanis Teknologi produksi hormon, vaksin dan lain-lain ikatan peptida gugus amina (1 AA) +gugus karboksilat (AA lain) Tripeptida (3 residu AA, 2 ikatan peptida),

PROTEIN : STRUKTUR DAN FUNGSI

Fungsi berbagai macam :* pembawa vitamin, Antibodi * pembawa oksigen & CO2 (Hb)* struktural (sitoskeleton)* kontraktil (aktin, miosin) * katalitik : enzim * signaling mutasi gena , defisiensi kofaktor untuk maturasi protein penyakit

PENGELOMPOKAN PROTEIN :

kelarutannya : albumin, globulin, histon bentuk : globuler(enzim), fibrosa fungsi biologis : enzim : dehidrogenase, kinase, liase, ligase dan lain-lain simpanan : (ferritin, mioglobin), pengatur: hormon struktural : kolagen, proteoglikan pencegahan : faktor penggumpalan darah, Immunoglobulin transport : Hb, lipoprotein kontraktil : aktin, tubulin mobilitas elektroforesis (1,2,-lipoprotein) sedimentasi (kilomikron, VLDL, LDL, HDL, VHDL) Imunologik : IgG, A, M, E, D

STRUKTUR PROTEIN Struktur primer: urutan asam amino dalam protein Struktur sekunder: adalah berbagai ikatan yang menstabilkan struktur sekunder -helix, -sheet, -bend; irreguler : loop, coil- Ikatan hydrogen- hidrofobik- elektrostatik- Van der Waals

STRUKTUR SEKUNDER PROTEIN FIBROSAKolagen : 25% protein total tubuh bervariasi- Tendon : stuktur asimetri , memanjang- kulit : bergelombang, fleksibel- tulang & gigi : hidroksiapatit- kornea : seperti kristal, transparanTropokolagen : tripel helix, kaya Gly, Pro, Hyp

STRUKTUR TERSIER

STRUKTUR KUARTERNER Protein : 2 atau lebih rantai polipeptida ( ikatan non-kovalen : hidrogen /elektrosatatik dimer, tetramer/sub unit) homodimer, heterodimer

DENATURASI PROTEIN : Urea, SDS, H+, OH_ - ikatan lemah putus- ikatan peptida & disulfida masih ada- struktur primer masih ada aktivitas biologis hilang Gangguan nutrisi & genetik gangguan struktur sekunderDefisiensi vit C hidroksilase prolil & lisil inaktif tropokolagen tidak dapat membentuk ikatan silang skorbutGangguan genetik biosintesis kolagen : osteogenesis imperfecta (tulang fragil) dan lain-lain.3.VITAMINVitamin adalah senyawa organik yang diutuhkan oleh tubuh 4.MINERAL5. Human CytogeneticSumber : E.Suryadi Fakultas kedokteran UGM

6. AUTOSOMAL DOMINAN INHERITANCESumber : E.Suryadi Fakultas kedokteran UGM

Alel diekspresikan tanpa tergantung parnernya Genotype heterozigot akan menderita Jumlah antara laki-laki dan wanita sama Jika salah satu orang tuanya heterozigot maka resiko bagi anak menderita adalah 50% Apabila kedua orang tuanya heterozigot maka kemungkinan mempunyai anak homozigot 25% Ekspresinya dapat bervariasi, mulai tidak ada gejala (asymptomatik) sampai dengan kelainan berat Ada kemunkinan penetransi partial Homozigot dominan biasanta kelainannya lebih berat.Contoh: Achondroplasia Retinoblastoma Neurofibromatosis Poliposis colon Distrofi miotonik 7. MUTASI

Mutasi: setiap perubahan yang diwariskan permanen dalam urutan bahan genetik DNA

Laju mutasi () dinyatakan sebagai n mutasi per lokus per gamet per generasi

Type Of MutationsDimana terjadi: Germinal mutasiTerjadi pada sel yang ditakdirkan untuk menjadi telur atau sperma, diwariskan kepada generasi mendatang Somatik mutasiTerjadi dalam sel tubuh (hati, dll tulang) tidak leluhur gamet. Dapat mempengaruhi fenotip dari carrier

Bagaimana terjadi:* Spontan mutasiHasil dari gerakan termal acak dari atom dan molekul dalam dan dekat DNA. Sebagian kecil dan karena bahan kimia asing atau radiasi yang masuk ke dalam sel dan DNA dekat* Induced mutasi

Ukuran Material titik mutasi * Tidak terlihat di bawah mikroskop * Mekanisme: - substitusi basa - Bingkai pergeseran- luas mutasi * Mikroskopis terlihat kelainan * Mekanisme: penghapusan, penyisipan, dan lain-lain

Spontaneous MutationInduced MutasiBerikut paparan agen, mutagen, yang dikenal untuk menghasilkan mutasi di atas tingkat di mana mereka terjadi secara spontan.

mutagen: Industri kimia, pestisida Zat di tempat pembuangan sampah limbah Rokok komponen asap, obat Radiasi dari perang atom & industri tenaga nuklir, dll

kimia MutagenesisProflavine, menyebabkan penambahan atau penghapusan basis tunggal selama sintesis dari untai DNA baru.

Nitrous asam, menggantikan kelompok amino dengan kelompok keto. DNA diobati dengan asam nitrit menghasilkan kesalahan selama ulangan berikutnya.

5-bromouracil, menyerupai dasar alam yang mereka dapat keliru dimasukkan ke dalam DNA pada saat replikasi.

skrining sistemThe uji Amesuntuk menyarankan apakah senyawa adalah mutagenik atau karsinogenik pada hewan dengan menentukan apakah itu mutagenik pada bakteri.

Suster kromatid pertukaransetelah mengekspos sel in vitro dengan bahan kimia tes, peneliti melihat metafase untuk cacat kromosom dari berbagai jenis.

radiasi MutagenesisUntuk menjadi energi radiasi mutagenik harus mencapai DNA secara langsung atau di sekitarnya Radiasi Dosis: jumlah radiasi diserap oleh jumlah yang diberikan zat > Unit: rontgent, rad, rem, abu-abu Apakah ada batas atau "dosis aman"

radiasi MutagenesisUntuk menjadi energi radiasi mutagenik harus mencapai DNA secara langsung atau di sekitarnya Radiasi Dosis: jumlah radiasi diserap oleh jumlah yang diberikan zat > Unit: rontgent, rad, rem, abu-abu Apakah ada batas atau "dosis aman"

radiasi EfekEfek somatik- Sehubungan dengan radiasi pengion kronis atau lour-tingkat- Induksi kemungkinan kanker

germinal EfekKemungkinan induksi mutasi titik atau kromosom penyimpangan- Dapat membahayakan semi off langsung atau lambat keturunan- Estimasi: 1 rad per generasi menghasilkan1 kasus penyakit genetik per 50.000 kelahiran di- Anak-anak dari mereka yang terkena

BAB IIIPEMBAHASAN

MODUL I DAN MODUL IIKomponen Kehidupan SelularUnit Pembelajaran 1Kelangsungan Hidup Sel

Sintesis lemak terjadi didalam retikulum endoplasma halus. Sel hati sebagai contohnya, mempunyai sejumlah organela yang terkait dalam sintesis lemak. Lemak akan dikirim ke sel lemak untuk disimpan dan digunakan ketika seseorang mengalami kelaparan dalam jangka waktu yang lama. Pada kondisi kelaparan setelah glikogen yang disimpan digunakan untuk memproduksi energi, lemak akan menjadi substansi yang selanjutnya akan dikatabolisme. Banyak faktor yang terkait dalam sintesis lemak dalam membentuk energi atau enzim-enzim.

MODUL IIILingkunganUnit Pembelajaran 2

Gasoline (bensin) yang mengandung Timbal

Pada tahun 1970 kota jakarta terkenal dengan kota sepeda dengan udara bersih dan sedikit polusi. Tetapi seiring berjalannya waktu, sejumlah pengguna motor bertambah, kemudian tingkat polusi menjadi meningkat, terutama polusi karbonmonoksida.Selanjutnya, sekarang ini banyak dijumpai masyarakat yang meminta bensin, PERTAMINA masih memproduksi bensin yang mengandung timbal. Timbal adalah polusi yang berbahaya bagi kesehatan manusia karena timbal menghambat asam aminolevulinic (ALA) dehydratase dan aktivitas enzim ferochelatase yang mungkin mengganggu sintesis heme.

Unit Pembelajaran 3Musuh Yang Tidak Kelihatan

Seorang pekerja instalasi radioaktif telah bekerja di BATAN (Badan Tenaga Atom Nasional) selama 2 tahun. Pagi ini dia meminta temannya untuk menggantikannya karena dia ingin pergi kerumah sakit. Dia mengalami penurunan berat badan, merasa lemah, dan tampak pucat. Laki-laki itu menceritakan kepada dokter bahwa dia selalu mematuhi peraturan keselamatan kerja. Pemeriksaan sumsum tulang menunjukkan penurunan pembentukan sel-sel darah.

Unit Pembelajaran 4Dia Tidak Bisa Menjadi Popeye

Seorang anak laki-laki 7 tahun ditemani ibunya pergi ke dokter karena merasa lemah dan pucat. Setelah pemeriksaan fisik dan laboratorium, dokter memberikan informasi kepada ibu anak tersebut bahwa kadar hemoglobin anaknya 7 g% dan jumlah eritrosit kurang dari 3.000.000/mm3 dengan anemia mikrositik. Dokter menjelaskan bahwa anak laki-laki tersebut kemungkinan juga mengalami kekurangan nutrisi lainnya, contohnya protein, Fe, Cu, Zn, Ca dan P. Dokter menasehati kedua orang tua anak tersebut untuk membantuk anak laki-lakinya untuk diet lengkap dan seimbang dan mengonsumsi makanan yang beranekaragam setiap hari.

MODUL IVHubungan InterselularUnit Pembelajaran 5Penjaga Badan Kita

Anton, seorang mahasiswa kedokteran berusia 20 tahun, mengalami panas sejak 3 hari. Dia menemukan di dalam buku teks bahwa demam mungkin terjadi karena suatu infeksi. Dia berfikir panasnya merupakan reaksi tubuh untuk melawan mikro-organisme pada proses fagositosis. Dia tahu bahwa terdapat sel-sel tertentu yang melakukan pekerjaan ini contohnya makrofag dan leukosit polimorfonuklear yang dilengkapi dengan lisosom. Kemudian dia berkunjung ke dokter dan dokter tersebut memberikannya antibiotik.

MODUL VSiklus Hidup SelUnit Pembelajaran 6

Hidup Yang Kekal

Meiosis merupakan tipe spesial dari pembelahan sel pada organisme multiselular yang bereproduksi secara seksual. Artinya selama sel tersebut hidup sel tersebut pemproduksi sel seksual atau gamet (ovum dan sperma), yang menyatu bersama-sama membentuk zigot. Zigot ini berkembang menjadi suatu organisme baru. Selanjutnya rangkaian dari dua tahap pembelahan kromosom direduksi setengahnya; proses tersebut memberi penaikkan menjadi empat haploid sel ( empat spermatozoa pada laki-laki dan satu ovum dan tiga badan polar pada wanita).