TAP.COM - STRUKTUR DAN FUNGSI ORGANEL SEL - WEBSITE STAFF UI
STRUKTUR DAN FUNGSI
ORGANEL SEL
Tuti Nuraini, SKp., M.Biomed.
Sri Sugiwati, SSi., MSi.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
1
SEL
Semua mahluk hidup terdiri dari sel)sel yaitu ruang)
ruang kecil berdinding membran berisi cairan kimia
pekat dalam pelarut air.
Terdapat dua jenis sel, yaitu sel prokariot dan
eukariot.
Sel prokariot terdapat pada mikroorganisme sel
tunggal, yaitu bakteri dan ganggang hijau)biru
(sianobakteri). Sedangkan sel eukariot terdapat
pada makroorganisme, yaitu tumbuhan dan hewan
dan mikroorganisme, yaitu fungi, ganggang,
protozoa.
Istilah prokokariot dan eukariot diturunkan dari
bahasa Yunani karyon yang berarti kacang, biji,
atau inti. Prokariot berarti “pra inti,” dan eukariot
berarti “inti yang terbentuk secara baik”. Pada
prokariot, senyawa genetik ditempatkan di dalam
suatu badan inti atau badan serupa inti yang tidak
dikelilingi oleh membran. Eukariot, memiliki inti sel
yang amat kompleksTuti dan
oleh selubung
N. dan Sri dikelilingi
S., FIK 2009
inti yang terdiri dari dua membran.
2
Perbedaan sel prokariot dan eukariot
Ciri)Ciri
Ukuran sel :
Diameter
Struktur genetik :
Membran inti
Nukleolus
Kromosom
Prokariot
Eukariot
0,2)5 m
2)100 m
)
)
DNA sirkular
+
+
DNA linier
)
)
)
70 S
)
+
+
+
+
80 S
+
)
Struktur sitoplasma:
Retikulum endoplasma
Mitokondria
Lisosom
Ribosom
Sitoskeleton
Dinding sel mengandung
peptidoglikan
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
3
Struktur organel sel Eukaryote (Starr,
1998)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
4
Struktur sel bakteri (Raven, 2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
5
KOMPOSISI KIMIA SEL
• AIR → Sekitar 70% dari total massa sel adalah
air.
• ION ANORGANIK:
Na+, K+, Mg2+, fosfat (HPO4²‾), klorida (Cl‾),
bikarbonat (HCO3‾) → sekitar 1% dari massa
sel
• BIOMOLEKUL: Karbohidrat, lipid, protein dan
asam nukleat
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
6
MEMBRAN PLASMA
Membran sel sangat penting bagi kehidupan sel,
bersifat dinamik dan fluid (cair)
Fungsi membran sel: memisahkan bagian dalam sel
dari lingkungan ekstrasekuler, membatasi
kompartemen internal yang terdiri dari inti sel dan
organel)organel sitoplasmik.
Molekul lipid membran diatur sebagai suatu lapisan
ganda kontinu, setebal 5 nm →disebut
→yang berfungsi sebagai pemberi struktur dasar
dari membran dan berperan sebagai barier yang
relatif impermeable dan terdapat sebagian besar
molekul larut air
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
7
LIPID MEMBRAN
Komponen utama dari lipid membran adalah fosfolipid.
Fosfolipid merupakan molekul amfipatik, yang terdiri dari 2 rantai
asam lemak hidrofobik dan gugus kepala hidrofilik yang
mengandung fosfat.
Karena ekor asam lemaknya sedikit larut dalam air, fosfolipid
secara spontan membentuk bilayer dalam larutan air, dengan ekor
hidrofobik berorientasi pada bagian dalam membran dan gugus
kepala polar terekpos ke bagian air. Empat fosfolipid utama yang
terdapat pada membran plasma sel mamalia adalah: fosfatidilkolin,
spingonyelin, fosfatidilserin, dan fosfatidiletanolamin
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
8
Model membrane plasma
(Mader, 2000)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
9
Molekul)molekul fosfolipid bilayer dapat bergerak dengan dua
cara:
♣ Rotasi
♣ Difusi lateral →molekul fosfolipid bertukar
tempat dengan molekul sebelahnya dalam suatu monolayer.
♣ Flip)flop →molekul fosfolipid bermigrasi dari monolayer
yang satu kemonolayer lainnya, keadaan ini jarang terjadi.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
10
Gerakan molekul fosfolipid bilayer
(Campbell, 2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
11
Fluiditas (kecairan) dari lipid bilayer tergantung pada komposisi
dan temperaturnya.
Misalnya, lipid yang mengandung asam lemak tidak jenuh
memiliki fluiditas yang lebih tinggi dari pada asam lemak jenuh
→karena asam lemak tidak jenuh, memiliki ikatan rangkap yang
dapat melekuk, sehingga membuatnya lebih sulit untuk tertata
secara rapat dari pada asam lemak jenuh.
Melekul kolesterol menyisip ke dalam bilayer dengan gugus
hidroksil polarnya terletak dekat gugus kepala hidrofilik dari
fosfolipid dan cincin hidrokarbon dari kolesterol berinteraksi
dengan rantai asam lemak. Interaksi ini menurunkan mobilitas
bagian luar asam lemak, sehinnga menjadi rigid (kaku).
Penyisipan kolesterol juga merintangi interaksi di antara rantai
asam lemak, sehingga menjaga fluiditas membran pada
temperatur rendah.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
12
Kolesterol, protein integral & perifer
menyisip pada lipid bilayer (Campbell,
2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
13
PROTEIN MEMBRAN
Protein merupakan komponen penyusun lainnya dari membran,
yang menyusun 25)75% dari massa membran sel. Model dari
struktur membran, diusulkan oleh Jonathan Singer dan Garth
Nicolson (1972), menggambarkan membran sebagai
,
dengan protein disisipkan ke dalam lipid bilayer.
Protein membran dibagi menjadi dua kelompok, berdasarkan sifat
dari asosiasinya di dalam lipid bilayer:
♣ protein membran integral →tertanam secara langsung di dalam
lipid bilayer.
♣ Protein membran peripheral →tidak disisipkan ke dalam lipid
bilayer, tetapi berasosiasi dengan membran secara tidak langsung,
umumnya melalui interaksi dengan protein membran integral.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
14
PERMEABILITAS LIPID BILAYER BEBAS PROTEIN
Sejumlah molekul akan berdifusi melintasi lipid
bilayer bebas protein menuruni gradien
konsentrasinya. Laju difusi tergantung pada ukuran
molekul dan kelarutannya dalam lipid. Semakin kecil
molekul dan semakin mudah larut dalam lipid
→semakin cepat berdifusi melintasi lipid bilayer.
Molekul nonpolar kecil, seperti O₂dan
₂
CO₂₂ larut
dalam lipid bilayer, dan dengan cepat melintasi lipid
bilayer.
Molekul polar tidak bermuatan juga berdifusi dengan
cepat melintasi bilayer, jika ukurannya cukup kecil,
seperti air, etanol, dan urea. Gliserol berdifusi
lambat, sedangkan glukosa tidak dapat berdifusi.
Lipid bilayer tidak permeabel terdapat molekul
bermuatan (ion) →karena muatan dan tingkat
hidrasi yang tinggi
dari
ion
menyebabkannya tidak 15
Tuti N.
dan Sri S.,
FIK 2009
dapat memasuki fase hidrokarbon dari bilayer
PROTEIN TRANSPORT MEMBRAN)CARRIER DAN
CHANNEL
Seperti lipid bilayer sintetik, membran sel dapat melewati air
dan melekul nonpolar secara difusi sederhana. Membran sel
juga dapat melewati berbagai molekul polar, seperti ion,
gula, asam amino, nukleotida, dan berbagai metabolit sel
yang tidak dapat dilewati pada lipid bilayer sintetik.
Protein mebran yang bertanggung jawab untuk mentransfer
zat terlarut tersebut disebut protein transport membran, yang
terdapat dalam dua jenis, yaitu:
1.
2.
•
•
Carrier protein (disebut juga
, atau
) mengikat zat terlarut spesifik untuk ditransport
melintasi membran.
Channel protein →tidak mengikat zat terlarut, tetapi
membentuk
yang meluas melintasi lipid
bilayer: ketika pore terbuka, zat terlarut spesifik (biasanya ion
anorganik) dapat melintasi
.
Proses melintasi membran dengan menggunakan protein
transport membran disebut transport pasif (difusi
terfasilitasi).
Transport aktif →pergerakan solute melawan gradien
konsentrasi, memerlukan energi ATP, menggunakan protein
carrier.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
16
Fungsi membran protein (Campbell,
2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
17
Pompa Natrium Kalium
(Campbell, 2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
18
TRANSPORT AKTIF
Proses pergerakan substansi dari daerah
berkonsentrasi rendah ke daerah konsentrasi
tinggi →bergerak melawan gradien konsentrasi.
Memerlukan asupan energi
Ada 2 tipe umum dari sistem transport aktif, yang
hampir dimiliki oleh seluruh sel, yaitu:
A.
B.
Transport ion K+ dan Na+
Konsentrasi ion Kalium di dalam sel (intraselular) lebih
tinggi dari pada di luar sel (ekstraselular), sedangkan
konsentrasi ion Natrium intraselular lebih rendah dari
pada ekstraselular →Disebabkan oleh adanya sistem
transport aktif yang memompa ion Na+ keluar sel dan
memompa ion K+ ke dalam sel, melawan gradien
kosentrasi.
Tranpost glukosa dan asam amino.
Glukosa dan asam amino adalah makromolekul polar
yang dapat melintasi membran sel →Disebabkan
membran sel memiliki carrier protein, yang berfungsi
Tuti N.
dan Sri S., FIK 2009
untuk mengikat dan
mengangkut
nutrien polar tertentu
atau produk akhir metabolik melintasi membran.
19
Transport Aktif (Mader, 2000)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
20
ORGANEL SEL
Tuti Nuraini, SKp., M.Biomed.
Sri Sugiwati, SSi., MSi.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
1
SEL
Semua mahluk hidup terdiri dari sel)sel yaitu ruang)
ruang kecil berdinding membran berisi cairan kimia
pekat dalam pelarut air.
Terdapat dua jenis sel, yaitu sel prokariot dan
eukariot.
Sel prokariot terdapat pada mikroorganisme sel
tunggal, yaitu bakteri dan ganggang hijau)biru
(sianobakteri). Sedangkan sel eukariot terdapat
pada makroorganisme, yaitu tumbuhan dan hewan
dan mikroorganisme, yaitu fungi, ganggang,
protozoa.
Istilah prokokariot dan eukariot diturunkan dari
bahasa Yunani karyon yang berarti kacang, biji,
atau inti. Prokariot berarti “pra inti,” dan eukariot
berarti “inti yang terbentuk secara baik”. Pada
prokariot, senyawa genetik ditempatkan di dalam
suatu badan inti atau badan serupa inti yang tidak
dikelilingi oleh membran. Eukariot, memiliki inti sel
yang amat kompleksTuti dan
oleh selubung
N. dan Sri dikelilingi
S., FIK 2009
inti yang terdiri dari dua membran.
2
Perbedaan sel prokariot dan eukariot
Ciri)Ciri
Ukuran sel :
Diameter
Struktur genetik :
Membran inti
Nukleolus
Kromosom
Prokariot
Eukariot
0,2)5 m
2)100 m
)
)
DNA sirkular
+
+
DNA linier
)
)
)
70 S
)
+
+
+
+
80 S
+
)
Struktur sitoplasma:
Retikulum endoplasma
Mitokondria
Lisosom
Ribosom
Sitoskeleton
Dinding sel mengandung
peptidoglikan
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
3
Struktur organel sel Eukaryote (Starr,
1998)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
4
Struktur sel bakteri (Raven, 2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
5
KOMPOSISI KIMIA SEL
• AIR → Sekitar 70% dari total massa sel adalah
air.
• ION ANORGANIK:
Na+, K+, Mg2+, fosfat (HPO4²‾), klorida (Cl‾),
bikarbonat (HCO3‾) → sekitar 1% dari massa
sel
• BIOMOLEKUL: Karbohidrat, lipid, protein dan
asam nukleat
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
6
MEMBRAN PLASMA
Membran sel sangat penting bagi kehidupan sel,
bersifat dinamik dan fluid (cair)
Fungsi membran sel: memisahkan bagian dalam sel
dari lingkungan ekstrasekuler, membatasi
kompartemen internal yang terdiri dari inti sel dan
organel)organel sitoplasmik.
Molekul lipid membran diatur sebagai suatu lapisan
ganda kontinu, setebal 5 nm →disebut
→yang berfungsi sebagai pemberi struktur dasar
dari membran dan berperan sebagai barier yang
relatif impermeable dan terdapat sebagian besar
molekul larut air
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
7
LIPID MEMBRAN
Komponen utama dari lipid membran adalah fosfolipid.
Fosfolipid merupakan molekul amfipatik, yang terdiri dari 2 rantai
asam lemak hidrofobik dan gugus kepala hidrofilik yang
mengandung fosfat.
Karena ekor asam lemaknya sedikit larut dalam air, fosfolipid
secara spontan membentuk bilayer dalam larutan air, dengan ekor
hidrofobik berorientasi pada bagian dalam membran dan gugus
kepala polar terekpos ke bagian air. Empat fosfolipid utama yang
terdapat pada membran plasma sel mamalia adalah: fosfatidilkolin,
spingonyelin, fosfatidilserin, dan fosfatidiletanolamin
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
8
Model membrane plasma
(Mader, 2000)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
9
Molekul)molekul fosfolipid bilayer dapat bergerak dengan dua
cara:
♣ Rotasi
♣ Difusi lateral →molekul fosfolipid bertukar
tempat dengan molekul sebelahnya dalam suatu monolayer.
♣ Flip)flop →molekul fosfolipid bermigrasi dari monolayer
yang satu kemonolayer lainnya, keadaan ini jarang terjadi.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
10
Gerakan molekul fosfolipid bilayer
(Campbell, 2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
11
Fluiditas (kecairan) dari lipid bilayer tergantung pada komposisi
dan temperaturnya.
Misalnya, lipid yang mengandung asam lemak tidak jenuh
memiliki fluiditas yang lebih tinggi dari pada asam lemak jenuh
→karena asam lemak tidak jenuh, memiliki ikatan rangkap yang
dapat melekuk, sehingga membuatnya lebih sulit untuk tertata
secara rapat dari pada asam lemak jenuh.
Melekul kolesterol menyisip ke dalam bilayer dengan gugus
hidroksil polarnya terletak dekat gugus kepala hidrofilik dari
fosfolipid dan cincin hidrokarbon dari kolesterol berinteraksi
dengan rantai asam lemak. Interaksi ini menurunkan mobilitas
bagian luar asam lemak, sehinnga menjadi rigid (kaku).
Penyisipan kolesterol juga merintangi interaksi di antara rantai
asam lemak, sehingga menjaga fluiditas membran pada
temperatur rendah.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
12
Kolesterol, protein integral & perifer
menyisip pada lipid bilayer (Campbell,
2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
13
PROTEIN MEMBRAN
Protein merupakan komponen penyusun lainnya dari membran,
yang menyusun 25)75% dari massa membran sel. Model dari
struktur membran, diusulkan oleh Jonathan Singer dan Garth
Nicolson (1972), menggambarkan membran sebagai
,
dengan protein disisipkan ke dalam lipid bilayer.
Protein membran dibagi menjadi dua kelompok, berdasarkan sifat
dari asosiasinya di dalam lipid bilayer:
♣ protein membran integral →tertanam secara langsung di dalam
lipid bilayer.
♣ Protein membran peripheral →tidak disisipkan ke dalam lipid
bilayer, tetapi berasosiasi dengan membran secara tidak langsung,
umumnya melalui interaksi dengan protein membran integral.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
14
PERMEABILITAS LIPID BILAYER BEBAS PROTEIN
Sejumlah molekul akan berdifusi melintasi lipid
bilayer bebas protein menuruni gradien
konsentrasinya. Laju difusi tergantung pada ukuran
molekul dan kelarutannya dalam lipid. Semakin kecil
molekul dan semakin mudah larut dalam lipid
→semakin cepat berdifusi melintasi lipid bilayer.
Molekul nonpolar kecil, seperti O₂dan
₂
CO₂₂ larut
dalam lipid bilayer, dan dengan cepat melintasi lipid
bilayer.
Molekul polar tidak bermuatan juga berdifusi dengan
cepat melintasi bilayer, jika ukurannya cukup kecil,
seperti air, etanol, dan urea. Gliserol berdifusi
lambat, sedangkan glukosa tidak dapat berdifusi.
Lipid bilayer tidak permeabel terdapat molekul
bermuatan (ion) →karena muatan dan tingkat
hidrasi yang tinggi
dari
ion
menyebabkannya tidak 15
Tuti N.
dan Sri S.,
FIK 2009
dapat memasuki fase hidrokarbon dari bilayer
PROTEIN TRANSPORT MEMBRAN)CARRIER DAN
CHANNEL
Seperti lipid bilayer sintetik, membran sel dapat melewati air
dan melekul nonpolar secara difusi sederhana. Membran sel
juga dapat melewati berbagai molekul polar, seperti ion,
gula, asam amino, nukleotida, dan berbagai metabolit sel
yang tidak dapat dilewati pada lipid bilayer sintetik.
Protein mebran yang bertanggung jawab untuk mentransfer
zat terlarut tersebut disebut protein transport membran, yang
terdapat dalam dua jenis, yaitu:
1.
2.
•
•
Carrier protein (disebut juga
, atau
) mengikat zat terlarut spesifik untuk ditransport
melintasi membran.
Channel protein →tidak mengikat zat terlarut, tetapi
membentuk
yang meluas melintasi lipid
bilayer: ketika pore terbuka, zat terlarut spesifik (biasanya ion
anorganik) dapat melintasi
.
Proses melintasi membran dengan menggunakan protein
transport membran disebut transport pasif (difusi
terfasilitasi).
Transport aktif →pergerakan solute melawan gradien
konsentrasi, memerlukan energi ATP, menggunakan protein
carrier.
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
16
Fungsi membran protein (Campbell,
2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
17
Pompa Natrium Kalium
(Campbell, 2002)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
18
TRANSPORT AKTIF
Proses pergerakan substansi dari daerah
berkonsentrasi rendah ke daerah konsentrasi
tinggi →bergerak melawan gradien konsentrasi.
Memerlukan asupan energi
Ada 2 tipe umum dari sistem transport aktif, yang
hampir dimiliki oleh seluruh sel, yaitu:
A.
B.
Transport ion K+ dan Na+
Konsentrasi ion Kalium di dalam sel (intraselular) lebih
tinggi dari pada di luar sel (ekstraselular), sedangkan
konsentrasi ion Natrium intraselular lebih rendah dari
pada ekstraselular →Disebabkan oleh adanya sistem
transport aktif yang memompa ion Na+ keluar sel dan
memompa ion K+ ke dalam sel, melawan gradien
kosentrasi.
Tranpost glukosa dan asam amino.
Glukosa dan asam amino adalah makromolekul polar
yang dapat melintasi membran sel →Disebabkan
membran sel memiliki carrier protein, yang berfungsi
Tuti N.
dan Sri S., FIK 2009
untuk mengikat dan
mengangkut
nutrien polar tertentu
atau produk akhir metabolik melintasi membran.
19
Transport Aktif (Mader, 2000)
Tuti N. dan Sri S., FIK 2009
20