METABOLISME SEL DAN SIKLUS SEL.ppt
METABOLISME
Pengaturan sumberdaya materi dan energi dari
sel.
Katabolisme : jalur metabolisme yang
membebaskan energi dengan cara merombak
molekul-molekul kompleks menjadi senyawa yg
lebih sedrhana.
Contoh : Respirasi seluler
Anabolisme : memakai energi untuk
membangun molekul kompleks dari molekulmolekul yg lebih sederhana. Contoh : Sintesis
protein
Activated carrier molecules are essential for biosynthesis
- ATP, NADH/NADPH
ENZIM
Protein katalitik, agen kimiawi yg mengubah laju
reaksi tanpa harus dipergunakan oleh reaksi itu
Memerlukan energi aktivasi untuk memulai
aktivitasnya
Memiliki substrat yang spesifik
Memiliki sisi aktif untuk tempat berikatan dengan
substrat
Aktivitasnya dipengaruhi oleh faktor lingkungan
umum, seperti suhu dan pH, dan juga faktor
kimiawi tertentu yg secara khusus mempengaruhi
enzim itu, kofaktor/koenzim dan inhibitor enzim
A molecule requires activation energy before it can undergo
a chemical reaction that leave it in a more stable state
Enzyme can lower activation energy
Respirasi
Sel
Rantai respirasi dan pembentukan ATP :
Enz. Dehidrogenase melepas ion H+ dr substrat, lalu
merduksi NAD
NADH + H+
Mol. NADH memasuki mem. dlm mitokdria sblh
matriks dan masuk rantai respirasi
NADH dioksidasi mnjd NAD+ dgn mentransfer ion H
ke FAD yg bertindak sebagai carrier hidrogen
Dari FAD tiap proton dilepas ke ruang antar
membran, elektronnya masuk ke prot nonheme yg
mengandung besi, selanjutnya bergerak ke berbagai
komponen rantai respirasi dan terbentuk air
Selama proses perpindahan elektron jg dilepas
sejumlah energi yg sebagian digunakan untuk
ATP
Fotosintesis
• Fotosintesis: adalah sebuah proses
dimana energi cahaya dirubah
menjadi energi kimia (ATP) dan
disimpan dalam bentuk ikatan
kimia karbohidrat
• 6CO2 + 6 H20
C6H12O6
6O2 +
10
1. Penyerapan cahaya
cahaya
• 2H2O
O2 + 4H+ +4 e-
2. Transport elektron
cahaya
• 2H2O + 2NADP+
2H+ + 2NADPH + O2
3. Pembentukan ATP
• H+ + ADP
3-
+ Pi 2-
ATP
4-
+ H2 O
4. Fiksasi CO2 menjadi karbohidrat
11
Gambar skematis kloroplast
lumen
12
• Membran thylakoid terdiri dari lamela
grana (bertumpuk) dan lamela stroma
(tidak bertumpuk)
• Klorofil terletak di membran thylakoid,
sehingga reaksi terang fotosintesis
berlangsung di membran thylakoid
• Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh
enzim-enzim yang larut dalam air,
berlangsung di stroma
• Stroma adalah bagian kloroplas diluar
membran thylakoid
13
Organisasi dalam membran
thylakoid
• Pusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan
antena klorofil dan protein-protein yang berperan
dalam transport elektron, terletak terutama di
lamela grana
• Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan
antena klorofil dan protein-protein yang berperan
dalam transport elektron; dan enzim-ezsim untuk
sintesis ATP (coupling factor enzymes) terletak
terutama di lamela stroma
• Kompleks sitokrom b6f, yang menghubungkan dua
sistem tersebut, tersebar merata.
14
Gambaran skematik Z scheme
BIOSEL 2006
15
• PSI yang menyerap cahaya merah panjang
(700 nm) menghasilkan reduktan kuat,
yang mampu mereduksi NADP + menjadi
NADPH di membran dekat stroma; dan
menghasilkan pula oksidan lemah
• PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat,
yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2
di lumen thylakoid; serta menghasilkan
reduktan lemah
• ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui
perpindahan H+ dari lumen ke stroma
16
Pembentukan ATP
• Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi
yang diserap disimpan dalam bentuk NADPH,
sebagian lain dari energi photon digunakan untuk
membentuk ATP
• Pembentukan ATP dikenal dengan proses
Fotofosforilasi
•
Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kimia
osmotik
• Mekanisme kimia osmotik (chemiosmotic
mechanism) didasarkan pada prinsip: bahwa
perbedaan konsentrasi ion dan potensial elektrik
diantara membran, merupakan sumber energi
17
• ATP dibentuk oleh kompleks enzim yang dikenal
memiliki beberapa nama: ATP synthase, CouplingFactor, ATPase, CFo - CF1
• Enzim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian
hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan
bagian yang mencuat keluar membran disebut CF1
• CFo membentuk saluran menyeberangi membran,
dimana proton mampu melewatinya
• CF1 merupakan bagian dari kompleks enzim yang
membentuk ATP
18
• Karena perbedaan konsentrasi proton antara
lumen dan stroma, maka akan timbul
sebuah tenaga (proton motive force)
• Proton motive force akan mengakibatkan
terjadinya perpindahan proton dari lumen
melalui CFo dan kemudian akan dilepaskan
ke stroma melalui CF1
• Sisi katalisis dari ATP synthase terletak di
CF1, dimana pada saat sintesis ATP, sisi ini
akan berputar.
19
Gambaran skematik ATP synthase
ADP +Pi
ATP
ß
20
CELL CYCLE
INTERPHASE
growth 1 G1
synthesis- DNA replication takes place
growth 2
MITOSIS
I. prophasenuclear membrane disappears
chromosomes supper coil
II. metaphase
double stranded chromosomes migrate to the
equatorial plane
MITOSIS, cont.
III. anaphasesingle stranded chromosomes form
and migrate towards poles
MITOSIS, cont.
IV. telophase
cytokinesis occurs
nuclear membrane reforms
Sistem Kontrol Siklus Sel
1. Sel tidak boleh memasuksi fase mitosis,
sampai dengan DNA nukleus
bereplikasi
“sekali”.
2. Sitokinesis tidak boleh berlangsung jika
terjadi malfungsi benang spindel yang
menghambat segregasi kromosom
secara sempurna selama mitosis.
BIOSEL 2010
30
3. Karena kebanyakan sel yang terdifferensiasi
berhenti dari siklus sel selama fase G1, maka
harus ada sistem kontrol yang memonitor dan
merespon sinyal dan kondisi lingkungan
sehingga keputusan untuk membelah atau
berdeferensiasi merupakan keputusan yang
tepat.
4. Replikasi kromosom tidak boleh dimulai jika
mitosis dari siklus sebelumnya belum selesai.
5. Harus ada signal atau cek untuk meyakinkan
perbanyakan organel-organel dan struktur
sitoplasma ternasuk dalam framework
pengaturan mitosis
BIOSEL 2010
31
Chekpoit dalam Siklus Sel
•
Merupakan titik pengontrolan yg kritis dmn
sinyal berhenti atau terus dpt mengetur siklus
sel.
•
•
Tiga chekpoint utama dijumpai dalam siklus
sel yaitu pada fase G1, G2 dan M
Chekpoint G1 pd sel mamalia merupakan yang
paling penting , sebab bila sel memperoleh
sinyal terus maka akan menyelesaikan siklus
dan membelah, namun bila tidak memperoleh
sinyal terus akan keluar dari siklus dan berada
pada fase Go.
BIOSEL 2006
32
Siklin dan Kinase Tergantung Siklin
Perubahan titer dan aktivitas molekul pengontrol
memicu terjadinya urutan siklus sel
Mol. Pengatur berupa protein kinase, suatu
enzim yg mengaktifkan atau menginaktifkan
protein lain dgn cara memfosforilasinya.
Agar menjadi awktif protein kinase harus
dilekatkan pada protein siklin. Oleh karena itu
disebut kinase tergantung siklin (Cdk). Aktivitas
Cdk naik turun seiring dengan keberadaan siklin
MPF (maturation promoting factor) yi faktor
pemacu fase M yg memicu jalan sel melewati
chekpoint G2 ke fase M
BIOSEL 2006
33
Pengaturan sumberdaya materi dan energi dari
sel.
Katabolisme : jalur metabolisme yang
membebaskan energi dengan cara merombak
molekul-molekul kompleks menjadi senyawa yg
lebih sedrhana.
Contoh : Respirasi seluler
Anabolisme : memakai energi untuk
membangun molekul kompleks dari molekulmolekul yg lebih sederhana. Contoh : Sintesis
protein
Activated carrier molecules are essential for biosynthesis
- ATP, NADH/NADPH
ENZIM
Protein katalitik, agen kimiawi yg mengubah laju
reaksi tanpa harus dipergunakan oleh reaksi itu
Memerlukan energi aktivasi untuk memulai
aktivitasnya
Memiliki substrat yang spesifik
Memiliki sisi aktif untuk tempat berikatan dengan
substrat
Aktivitasnya dipengaruhi oleh faktor lingkungan
umum, seperti suhu dan pH, dan juga faktor
kimiawi tertentu yg secara khusus mempengaruhi
enzim itu, kofaktor/koenzim dan inhibitor enzim
A molecule requires activation energy before it can undergo
a chemical reaction that leave it in a more stable state
Enzyme can lower activation energy
Respirasi
Sel
Rantai respirasi dan pembentukan ATP :
Enz. Dehidrogenase melepas ion H+ dr substrat, lalu
merduksi NAD
NADH + H+
Mol. NADH memasuki mem. dlm mitokdria sblh
matriks dan masuk rantai respirasi
NADH dioksidasi mnjd NAD+ dgn mentransfer ion H
ke FAD yg bertindak sebagai carrier hidrogen
Dari FAD tiap proton dilepas ke ruang antar
membran, elektronnya masuk ke prot nonheme yg
mengandung besi, selanjutnya bergerak ke berbagai
komponen rantai respirasi dan terbentuk air
Selama proses perpindahan elektron jg dilepas
sejumlah energi yg sebagian digunakan untuk
ATP
Fotosintesis
• Fotosintesis: adalah sebuah proses
dimana energi cahaya dirubah
menjadi energi kimia (ATP) dan
disimpan dalam bentuk ikatan
kimia karbohidrat
• 6CO2 + 6 H20
C6H12O6
6O2 +
10
1. Penyerapan cahaya
cahaya
• 2H2O
O2 + 4H+ +4 e-
2. Transport elektron
cahaya
• 2H2O + 2NADP+
2H+ + 2NADPH + O2
3. Pembentukan ATP
• H+ + ADP
3-
+ Pi 2-
ATP
4-
+ H2 O
4. Fiksasi CO2 menjadi karbohidrat
11
Gambar skematis kloroplast
lumen
12
• Membran thylakoid terdiri dari lamela
grana (bertumpuk) dan lamela stroma
(tidak bertumpuk)
• Klorofil terletak di membran thylakoid,
sehingga reaksi terang fotosintesis
berlangsung di membran thylakoid
• Reduksi carbon, yang dikatalisis oleh
enzim-enzim yang larut dalam air,
berlangsung di stroma
• Stroma adalah bagian kloroplas diluar
membran thylakoid
13
Organisasi dalam membran
thylakoid
• Pusat reaksi fotosistem II (PSII), bersama dengan
antena klorofil dan protein-protein yang berperan
dalam transport elektron, terletak terutama di
lamela grana
• Pusat reaksi fotosistem I (PSI), bersama dengan
antena klorofil dan protein-protein yang berperan
dalam transport elektron; dan enzim-ezsim untuk
sintesis ATP (coupling factor enzymes) terletak
terutama di lamela stroma
• Kompleks sitokrom b6f, yang menghubungkan dua
sistem tersebut, tersebar merata.
14
Gambaran skematik Z scheme
BIOSEL 2006
15
• PSI yang menyerap cahaya merah panjang
(700 nm) menghasilkan reduktan kuat,
yang mampu mereduksi NADP + menjadi
NADPH di membran dekat stroma; dan
menghasilkan pula oksidan lemah
• PSII (680 nm) menghasilkan oksidan kuat,
yang mampu mengoksidasi H2O menjadi O2
di lumen thylakoid; serta menghasilkan
reduktan lemah
• ATP dilepaskan ke dalam stroma melalui
perpindahan H+ dari lumen ke stroma
16
Pembentukan ATP
• Dari reaksi terang fotosintesis, sebagian energi
yang diserap disimpan dalam bentuk NADPH,
sebagian lain dari energi photon digunakan untuk
membentuk ATP
• Pembentukan ATP dikenal dengan proses
Fotofosforilasi
•
Fotofosforilasi terjadi melalui mekanisme kimia
osmotik
• Mekanisme kimia osmotik (chemiosmotic
mechanism) didasarkan pada prinsip: bahwa
perbedaan konsentrasi ion dan potensial elektrik
diantara membran, merupakan sumber energi
17
• ATP dibentuk oleh kompleks enzim yang dikenal
memiliki beberapa nama: ATP synthase, CouplingFactor, ATPase, CFo - CF1
• Enzim ini terdiri dari dua buah bagian yaitu bagian
hidrophobic yang terikat membran disebut CFo dan
bagian yang mencuat keluar membran disebut CF1
• CFo membentuk saluran menyeberangi membran,
dimana proton mampu melewatinya
• CF1 merupakan bagian dari kompleks enzim yang
membentuk ATP
18
• Karena perbedaan konsentrasi proton antara
lumen dan stroma, maka akan timbul
sebuah tenaga (proton motive force)
• Proton motive force akan mengakibatkan
terjadinya perpindahan proton dari lumen
melalui CFo dan kemudian akan dilepaskan
ke stroma melalui CF1
• Sisi katalisis dari ATP synthase terletak di
CF1, dimana pada saat sintesis ATP, sisi ini
akan berputar.
19
Gambaran skematik ATP synthase
ADP +Pi
ATP
ß
20
CELL CYCLE
INTERPHASE
growth 1 G1
synthesis- DNA replication takes place
growth 2
MITOSIS
I. prophasenuclear membrane disappears
chromosomes supper coil
II. metaphase
double stranded chromosomes migrate to the
equatorial plane
MITOSIS, cont.
III. anaphasesingle stranded chromosomes form
and migrate towards poles
MITOSIS, cont.
IV. telophase
cytokinesis occurs
nuclear membrane reforms
Sistem Kontrol Siklus Sel
1. Sel tidak boleh memasuksi fase mitosis,
sampai dengan DNA nukleus
bereplikasi
“sekali”.
2. Sitokinesis tidak boleh berlangsung jika
terjadi malfungsi benang spindel yang
menghambat segregasi kromosom
secara sempurna selama mitosis.
BIOSEL 2010
30
3. Karena kebanyakan sel yang terdifferensiasi
berhenti dari siklus sel selama fase G1, maka
harus ada sistem kontrol yang memonitor dan
merespon sinyal dan kondisi lingkungan
sehingga keputusan untuk membelah atau
berdeferensiasi merupakan keputusan yang
tepat.
4. Replikasi kromosom tidak boleh dimulai jika
mitosis dari siklus sebelumnya belum selesai.
5. Harus ada signal atau cek untuk meyakinkan
perbanyakan organel-organel dan struktur
sitoplasma ternasuk dalam framework
pengaturan mitosis
BIOSEL 2010
31
Chekpoit dalam Siklus Sel
•
Merupakan titik pengontrolan yg kritis dmn
sinyal berhenti atau terus dpt mengetur siklus
sel.
•
•
Tiga chekpoint utama dijumpai dalam siklus
sel yaitu pada fase G1, G2 dan M
Chekpoint G1 pd sel mamalia merupakan yang
paling penting , sebab bila sel memperoleh
sinyal terus maka akan menyelesaikan siklus
dan membelah, namun bila tidak memperoleh
sinyal terus akan keluar dari siklus dan berada
pada fase Go.
BIOSEL 2006
32
Siklin dan Kinase Tergantung Siklin
Perubahan titer dan aktivitas molekul pengontrol
memicu terjadinya urutan siklus sel
Mol. Pengatur berupa protein kinase, suatu
enzim yg mengaktifkan atau menginaktifkan
protein lain dgn cara memfosforilasinya.
Agar menjadi awktif protein kinase harus
dilekatkan pada protein siklin. Oleh karena itu
disebut kinase tergantung siklin (Cdk). Aktivitas
Cdk naik turun seiring dengan keberadaan siklin
MPF (maturation promoting factor) yi faktor
pemacu fase M yg memicu jalan sel melewati
chekpoint G2 ke fase M
BIOSEL 2006
33