FISIOLOGI SEL

OLEH :

IMRAN YAMAN P, S.Kep,Ns. M.Kes

STRUKTUR SELSatuan dasar kehidupan adalah sel, dan tiap organ

kehidupan merupakan kesatuan dari berbagai sel yang berbeda-beda

Setiap jenis sel beradaptasi secara khusus untuk melakukan satu atau beberapa fungsi khusus.

SDM jumlahnya 25 triliun mengangkut O2 dr Paru-paru ke seluruh jaringan.

Sel adalah unit pembentuk semua makhluk hidup. Setiap sel adalah suatu sistem lengkap yang melaksanakan berbagai fungsi yaitu :

*membentuk dan menggunakan energi *melakukan respirasi *reproduksi *dan ekskresi

Banyak sel dalam tubuh sering berbeda secara nyata tapi mempunyai karakteristik dasar yang mirip. Mis: di dlm sel O2 bergabung dengan hasil pemecahan Karbohidrat, Lemak, Protein, untuk melepaskan energi

Sel terdiri dari ruang-ruang internal yang dipisahkan oleh membran-membran semipermeabel. Ruang internal dibagi dua bagian utama : Sitoplasma dan inti sel

Sitoplasma

meliputi semua yang terletak di dalam sel

tetapi diluar inti sel. Mitokhondria adalah sumber energi sel, sedangkan retikulum endoplasma dan ribosom adalah struktur sitoplamik ( organel) yang penting untuk membentuk protein. Aparatus golgi adalah suatu kompleks membran dan vesikel yang berperan dalam sekresi berbagai protein yang dibentuk di ribosom. Lisosom intrasel adalah vesikel yang mengandung enzim-enzim pencernaan

Sel bukanlah semata-mata suatu kantong yang berisi cairan, enzim dan bahan kimia, tetapi juga mengandung struktur-struktur fisis yang tersusun dengan sangat sempurna, yang disebut sebagai organel dan sangat penting bagi fungsi sel. Misalnya tanpa adanya mitokhondria, maka lebih dari 95 % enersi yang disuplai oleh sel akan segera menghilang. Di dalam sitoplasma inilah tersebar berbagai bahan, yaitu globulus lemak netral, granula-granula glikogen, ribosome, granula sekretoris, dan lima macam organel terpenting yaitu retikulum endoplasma, aparatus Golgi, mitokhondria, lisosom dan peroksisom.

INTI SEL (NUCLEUS)Inti sel merupakan pusat pengatur berbagai aktifitas sel. Nukleus mengandung DNA dalam jumlah besar yang disebut gen. Gen yang terdapat pada kromosom berfungsi untuk sintesa RNA yang mengatur karakteristik dari protein yang diperlukan untuk berbagai aktifitas enzimatik, serta mengatur reproduksi sel. Inti sel terdiri atas nukleolus, nukleoplasma dan membran inti sel.Membran dari inti sel terdiri 2 lapis, dimana lapisan luar berhubungan dengan membran retikulum endoplasma. Pada membran inti sel terdapat porus yang mempunyai diameter yang cukup besar sehingga dapat dilalui oleh molekul protein yang disintesa dalam inti sel.

MITOKONDRIA

Merupakan sumber energi (powerhouse) dari sel berfungsi mengekstrak energi dari makanan. Mitokondria merupakan organel yang besar dalam sel dan menempati sekitar 25% volume sitoplasma.Mitokondria mempunyai 2 lapisan membran, membran luar dan membran dalam. Membran ini mengandung krista yang mengandung banyak enzim-enzim oksidatif fosforilase. Enzim ini berperan pada proses oksidasi glukosa dan lemak serta sintesa ATP dari ADP. Pada bagian dalam mitokondria (matriks) juga terdapat banyak enzim yang diperlukan untuk ekstrsksi energi dari bahab-bahan makanan. Energi yang dilepaskan digunakan untuk sintesa ATP.

PEROKSISOMMerupakan organel kecil yang terdapat pada sitoplasma dengan diameter 0,5 m dan mempunyai membran. Mengadung enzim oksidase yang akan bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrogen peroksidase(H202), juga mengandung enzim katalase yang akan mengubah H202 menjadi air dan oksigen. Mekanisme oksidase-katalase-H202 sangat penting untuk mensintesis asam lemak menjadi acetyl -coenzym A yang selanjutnya masuk dalam siklus Krebs untuk pembentukan energi. Organel peroksisom ini juga banyak terdapat dalam hati dan ginjal yang berperan pada proses glukoneogenesis (pembentukan glukosa dari lemak/protein).

RETIKULUM ENDOPLASMA (RE)

Merupakan organel yang mempunyai permukaan membran yang sangat luas . Retikulum endoplasma terdiri dari vesikel dan tubulus dan berfungsi sebagai tempat sintesa protein dan lemak. Permukaan membran RE ada yang mengandung granula-granula ribosom dan disebut RE granuler / Rough RE dan ada yang tidak mengandung granula disebut RE agranuler / smooth RE. Ribosom yang terdapat pada granuler RE berfungsi sebagai tempat sintesa protein, sedang agranuler RE berfungsi untuk sintesa dan metabolisme asam lemak dan fosfolipid.

APPARATUS GOLGI

Apparatus Golgi (AG) disebut juga golgi kompleks yang mempunyai hubungan yang erat dengan RE granuler. Beberapa menit setelah protein disintesa oleh RE, akan ditransport ke golgi vesikel yang lokasinya dekat inti sel. AG mempunyai fungsi memodifikasi unit glikoprotein dari karbohidrat dan sebagai polisi yang menyortir dan mengarahkan protein sesuai dengan tempatnya yang tepat.

OLisosom dan Organel Merupakan organel vesikuler yang dibentuk pada Apparatus golgi yang akan disebarkan ke seluruh sitoplasma. Lisosom berfungsi sebagai sistim pencernaan intrasel yang akan mencerna dan membuang bahan-bahan yang tidak dibutuhkan atau benda asing seperti bagian sel yang mati, atau bakteri. Lisosom mempunyai pH yang lebih rendah dari sitoplasma . Fungsi pencernaan dari lisosom dilakukan melalui enzim acid hydrolase, yang dapat mencerna berbagai bahan organik menjadi bahan yang lebih sederhana seperti protein menjadi asam amino atau glikogen menjadi glukosa.

Inti Sel

Adalah suatu organel yang besar terbungkus membran yang mengandung asam DNA (asam deoksiribonukleat) yt bahan genetik sel. DNA mengalami pelipatan-pelipatan di dalam inti sel yang bertujuan untuk melindungi dari kerusakan. Jenis protein yang berperan dalam menentukan pelipatan dan proteksi DNA tersebut : Histon, di dalam nukleus terjadi replikasi DNA, pembelahan sel, dan transkripisi DNA

Membran Sel

Setiap sel dibungkus oleh sebuah membran sel, yaitu suatu sawar semipermeabel dan tersusun dari sebuah lapisan ganda fosfolipid yang didalamnya mengandung molekul-molekul protein yang dapat bergerak bebas.

* Lapis Ganda Fosfolipid

terdiri dari sebuah molekul fosfolipid

polar (bermuatan) yang digabungkan

dengan sebuah rantai lemak atau lipid yang

nonpolar

* Protein integral

Protein yang menembus membran secara total disebut protein integral. Protein ini biasanya mengalami glikosilasi (terikat glukosa) atau terikat lemak di sisi ekstraselnya. Kompleks protein-karbohidat atau protein lemak sering berfungsi sebagai

- reseptor untuk hormon-hormon protein, atau

- berfungsi untuk memungkinkan sel

berkomunikasi satu sama lain

PERGERAKAN MELINTASI MEMBRAN Zat-zat seperti oksigen, karbondioksida,

lemak, kolesterol, urea bersifat larut dalam lemak dan berpindah melalui proses difusi sederhana

Zat-zat yang tidak larut dalam lemak seperti glukosa, asam amino, dan protein berpindah dari CES ke ruang intrasel melalui pori-pori yang dibentuk oleh protein integral atau mll sistem transport yang diperantarai oleh Carrier

A. Difusi Sederhana Melintasi Membran SelDifusi sederhana membran sel terjadi melalui

gerakan acak molekul-molekul. Proses ini tidak memerlukan energi tetapi

pada akhirnya dpt menghasilkan gerakan menembus membran

Substansi yang bersifat permeabel terhadap membran sel akan berdifusi baik ke dalam maupun ke luar sel sampai terjadi keseimbangan konsentrasi diantara kedua ruangan

B. Osmosis

Difusi air ke dalam sel disebut Osmosis yang terjadi secara terus menerus antara ruang intrasel dan ekstrasel, seiring dengan pergerakan air ke gradien konsentrasi rendah.

Tekanan osmotik larutan bergantung pada jumlah partikel atau ion yang terdapat di dalam larutan air tersebut.

Sel yang mengalami dehidrasi memiliki tekanan osmotik yang tinggi.

Sel Overhydrasi memiliki tekanan osmotik yang rendah.

C. Difusi Sederhana melalui pori-pori protein

Ion-ion kecil spt : hidrogen, natrium, kalium dan kalsium memiliki muatan listrik yang besar untuk dapat berdifusi menembus membran lemak sel

Saluran protein sangat selektif terhadap ion-ion yang melaluinya.

Banyak saluran protein yang memiliki pintu : saluran2 tersebut dapat terbuka dan tertutup bagi suatu ion.

D. Pemindahan dengan perantaraMolekul-molekul besar tidak dapat

melewati lemak membran atau terlalu besar untuk melintasi pori-pori sel

Sebagai gantinya zat tersebut dibawah menembus membran dengan bantuan pembawa

Jenis gerakan di sebut pemindahan dengan perantara (mediated transport)

Pemindahan Aktif adalah pemindahan dengan perantara yang memerlukan energi spt : natrium, kalium, kalsium, dan asam amino

Difusi terfasilitasi adalah suatu pemindahan dengan perantara yang tidak memerlukan energi

Karakteristik Pembawa ; * Spesifisitas yt hanya zat-zat tertentu yang dapat dipindahkan oleh suatu pembawa tertentu * Saturasi pembawa, hanya ada satu pembawa akan memindahkan suatu substrat * Kompetisi Pembawa mengacu pada pembawa yang mempunyai kemampuan membawa lebih dr satu macam substrat

E. EndositosisApabila terdpat suatu zat yang sangat

besar sehingga tidak masuk kedalam sel melalui difusi atau pemindahan dengan perantara, maka terjadi endositosis oleh membran sel.

Pinositosis adalah endositosis suatu makromolekul mis. Protein oleh vesikel

Fagositosis adalah endositosis bakteri atau sel mati.

Kedua proses tersebut memerlukan energi

PEMBENTUKAN ENERGI

Sel-sel dituntut untuk menghasilkan energi untuk digunakan sendiri.

Energi didapatkan dari hasil ekstraksi energi yang terkandung di dlm ikatan-ikatan kimia pada molekul makanan dengan cara mereaksikan molekul makanan dengan oksigen di dlm mitokhondria sel.

Molekul makanan yang digunakan adalah karbohidrat, yang diuraikan menjadi glukosa, protein mjadi asam amino, lemak mjadi asam lemak dan gliserol.

Pelepasan energi dari molekul glukosa adalah proses Glikolisis. Proses dimana molekul makanan direaksikan dengan oksigen yang kemudian menghasilkan energi = Fosforilasi Oksidatif

Proses ini memerlukan beberapa enzim yang bekerja secara berurutan di dlm mithokondria yang hasilnya terjadi pembentukan molekul yang kaya akan energi Adenosin Trifosfat(ATP)

ATP = adalah suatu molekul yang terdiri atas Basa Nitrrogen adenosin, gula ribosa, tiga molekul fosfat yang disatukan bersama-sama.

Pembentukan ATP selama GlikolisisGlukosa

ATP -------- -----------ADPGlukosa 6-fosfat

Fuktosa 6-fosfatATP--------- -------------ADP

Fruktosa 1,6- fosfat

Dehidrogenase fosfat

2(gliseraldehid 3-fosfat) ----------------------------

4 H2(1,3-asam difosfogliserat)

2ADP----- ----- ---------------------+2ATP2(3-asam fosfogliserat)

2(2-asam fosfogliserat)2 (asam fosfoenolpiruvat

2ADP-------------------- -------------------2ATP2 (asam piruvat)

Glukosa + 2ADP+2PO4------2asam piruvat+2ATP + 4H

A. Fosforilasi Oksidatif Glukosa

Glikolisis adalah langkah awal sebelum terjadi fosforilasi oksdatif glukosa di mithokondria yang berlangsng di sitoplasma

Prosesnya bersifat anaerobik. ( tanpa memerlukan Oksigen)

Melalui enzim sitoplasma , glukosa diubah menjadi asam piruvat yang menghasilkan sejumlah ATP (dua molekul)

Apabila tersedia cukup O2 (aerobik) maka molekul asam piruvat bergerak ke dlm mithokondria, memasuki asam sitrat atau Siklus Krebs dan diubah oleh enzim yang terdapat di Mitokondria ►suatu senyawa asetil koenzim A (asetil KoA) proses ini menambah 2 molekul ATP ►kemudian secara enzimatis diubah menjadi karbondioksida dan hidrogen. Karbondioksida berdifusi keluar mitokondria dan keluar sel dan zat tersebut diserap oleh darah ►ke paru-paru dan dikeluarkan oleh tubuh.

Atom-atom hidrogen mengawali proses fosforilasi oksidatif selama proses itu berikatan dengan molekul-molekul oksigen melalui suatu rantai transportasi elektron yang terdapat dlm membran mitokondria. Hasil dari proses ini adalah pembentukan energi dalam jumlah yang sangat besar dalam bentuk 34 molekul ATP. Dari metbolisme satu buah molekul glukosa dihasilkan 4 ATP, total dibentuk 38 ATP.

B. Fosforilasi Oksidatif Asam Lemak dan GliserolSel juga menggunakan asam lemak bebas dan

gliserol dalam fosforilasi oksidatif untuk menghasilkan ATP.

Gliserol adalah suatu karbohidrat dengan 3 rantai karbon yang mengalami glikolisis dan masuk ke siklus krebs sebagai asetil KoA.

Asam-asam lemak bebas berdifusi langsung ke dalam mitokondria tempt mrk diubah menjadi asetil Koa oleh enzim.

Asetil KoA kemudian masuk ke dalam siklus krebs .

Penguraian satu molekul lemak menghasilkan 463 ATP

Lemak memiliki berat molekul per mol lima kali lebih besar dibandingkan glukosa

Sehingga lemak per gramnya metabolisme lemak menghasilkan tiga kali lebih banyak dibanding glukosa

Lemak adalah bentuk penyimpanan energi yang jauh lebih efisien dari karbohidrat.

C. Fosforilasi Oksidatif Asam amino

Asam amino masuk ke dalam mitokondria setelah molekul nitrogennya dikeluarkan(deaminasi)

Setelah deaminasi asam amino masuk ke dalam siklus krebs

Tempat asam amino ttersebut masuk, menentukan seberapa banyak atom hidrogen yang mereka tambahkan ke rantai transport elektron.

D. Glikolisis AnaerobBila tidak tersedia O2 maka asam piruvat tang

dihasilkan oleh glikolisis tidak masuk ke dalam siklus krebs tapi akan berikatan dengan hidrogen untuk membentuk asam laktat

2 molekul ATP yang terbentuk dari penguaraian glukosa menjadi asam piruvatdisediaka untu mitokondria agar tetap hidup

Sehingga glukosa digunakan secara berlebihan, akibatnya 34 molekul ATP yang terbentuk menjadi hilang.

Asam laktat yang dihasilkan oleh glikolisis anaerob berdifusi keluar sel dan masuk ke dalam peredaran darah

E. Pemakaian ATP Sebagai Sumber EnergiATP yang dibentuk di mitokondria

masuk kembali ke dlm sitoplasma melalui kombinasi difusi sederhana dan difusi terfasilitasi

Apabila dibutuhkan oleh sel, maka ATP dapat segera diuraikan menjadi ADP melalui pemecahan antara ikatan antara dua fosfat terakhir

Reaksi ini menyebabkan pembebasan energi yang kemudian digunakan oleh sel untuk mejalankan tugas lain.

Walaupun sel memperoleh eergi mll pembentukan dan penggunaan ATP namun dalam sel hanya tersimpan sedikit ATP.

ATP banyak tersimpan dalam bentuk substrat untuk pembentukan kembali ATP yaitu , karbohidrat, lemak, protein, dab produk-produk metabolik

Komponen esensial lain untuk membentuk ATP yt: O2 yang disalurkan secara terus menerus melalui kerjasaman sistem kardiovaskuler dan sistem pernafasan.

REPRODUKSI SEL

Banyak sel di dalam tubuh be-reproduksi sepanjang kehidupannya

Untuk bereproduksi sel harus melakukan replikasi bahan genetiknya kemudian membelah menjadi dua.

Replikasi ini disebut siklus sel

A. ReplikasiAgar dapat bereplikasi uraian heliks

ganda terurai dab nasing-masing untai berfungsi sebagai cetakan untuk unti baru

Dalam pembantukan untai baru DNA, setiap adenin hanya berikatan dengan timin dan setiap sitosin hanya akan berpasangan dengan guanin

Dengan demikian hanya satu untai, yang berfungsi sebagai cetakan bayangan cermin (mirror image template)

Replikasi pasangan-pasangan kromosom dan DNA terjadi di inti sel

Berbagai enzim berperan dalam replikasi DNA yg akhirnya menghasilkan replikasi setiap kromosom

Untuk memastikan tidak terjadi kesalahan dalam proses replikasi maka proses tersebut diperiksa ulang oleh enzim (proofreading)/pengoreksi

Apabila ditemukan adanya kesalahan maka enzim akan menyingkirkan atau memperbaikinya

Bila tidak diperbaiki makan akan terjadi mutasi DNA

B. Pembelahan Sel

Setelah mengalami penggandaan, seluruh pasangan kromosom akan menjauh satu sama lain dan sel akan terbelah menjadi dua buah sel

Sel-sel baru yang terbentuk mengadung seluruh informasi genetik yang terdapat dalam 23 pasang kromosom Prosesnya disebut Mitosis

Meiosis adalah jenis pembelah yang berlangsung di sel yang reproduktif yt sel telur dan sperma.

C. Kontrol atas Replikasi dan Pembelahan Sel

Beberapa sel spt ; sel hati, sum-sum tulang, dan saluran cerna mengalami replikasi dan mitosis secara terus menerus

Sel saraf dan sel otot jantung, tidak mengalami terplikasi atau pembelahan kecuali pada masa perkembangan janin (neonatus)

Faktor-faktor pertumbuhan dan faktor hormonal menetukan berjalan tidaknya siklus sel dan menetukan seberapa sering suatu sel akan bereplikasi atau membelah.

Protein-protein ini dapat mempengaruhi replikasi dan pembelahan sel, baik bagi sel itu sendiri atau mempengaruhi replikasi sel yang lain

Melalui pengikatan dengan DNA sel hormon dan faktor pertumbuhan tersebut dapat mengaktifkan DNA menyebabkan pembentukan protein dan enzim yang akan digunakan untuk memulai replikasi

Pembentukan ProteinSintesis protein berlangsung disemua sel,

prosesnya terjadi pada saat potongan DNA diaktifkan

Walau setiap sel mengadung DNA yg identik pd 46 kromosomnya namun dibagian lain mengalami pengaktifan DNA dibagian yang berbeda dlm mensintesis protein. Bagian DNA yang diaktifkan disebut “GEN”

Terdapat 50.000-100.000 gen dalam tubuh manusia yang terdistribusi diantara 46 kromosom.

Masing-masing gen mengandung antara 90-300 molekul DNA. Masing-masing Gen mengkode protein atau enzim lain.

Walau gen-gen mengontrol pembentukan protein terletak di inti sel protein juga terbentuk di sitoplasma, distruktur khusus yang disebut ribosom

Pesan dari gen yang telah diaktifkan di inti sel harus dibawah ke ribosom

Proses ini berlangsung melalui pembentukan sebuah duplikasi gen di inti sel yang kemudian dibawa ke ribosom.

A. Transkripsi DNA menjadi RNA Messenger

Untuk membuat duplikat sebuah gen maka pada rantai helix ganda dimana terletak kromosom yang mengandung gen

Setelah terurai sebuah enzim khusus yang disebut RNA polimerase melekat pd gen dibagian tertentu, dan sekuens pengontrol atau promotor,

Sewaktu RNA polimerase melekat pd tmpt tsb, gen mangalami penggandaan dengan cara yang sama spt pd replikasi DNA, tp potongan tsb bukan DNA baru

Tapi suatu asam ribonukleat (RNA) yang mengandung asam fosforat, tp mengandung gula ribosa bukan deoksiribosadan basa urasil bukan timin

RNA Transfer

Translasi RNA Massenger menjadi Protein

Kontrol pembentukan protein

SELSEL EPITEL

SEL JARINGAN IKAT

SEL OTOT

Otot rangka

Otot Jantung

Otot Polos