bahan_kuliah_biosel

PLASMA MEMBRAN

BEBERAPA FUNGSI MEMBRAN

• MEMBATASI SEL

• MEMPERTAHANKAN PERBEDAAN ESSENTIAL ISI SEL DANLINGKUNGAN DILUAR SEL

• MERUPAKAN FILTER DENGAN SELEKTIVITAS SANGAT TINGGI

• BERFUNGSI SEBAGAI ALAT TRANSPORT , MENGONTROLMASUKNYA NUTRIENT DAN PENGELUARAN HASILPRODUKSINYA

• MENGHASILKAN PERBEDAAN KONSENTRASI ION DIDALAM DANDILUAR SEL

• TEMPAT TERTANAMNYA PROTEIN DENGAN BERBAGAI FUNGSI•• TEMPAT TERTANAMNYA KARBOHIDRAT

STRUKTUR DARI PLASMA MEMBRAN

MEMBRAN SEL MEMBRAN ORGANELLA MEMPUNYAI STRUKTURYANG SAMA WALAUPUN BERVARIASI DALAM KOMPOSISI NYA

STRUKTUR DASAR PLASMA MEMBRANE TERDIRI DARILIPID (BILAYER)PROTEIN (INTRINSIK/INTEGRAL, EKSTRINSIK/PERIFER)KARBOHIDRAT

OLEH KARENA TERDIRI DARI DUA LAPIS PADA PLASMA MEMBRANJUGA DINAMAKAN LIPID BILAYER

SIFAT PLASMA MEMBRANDINAMISFLUID STRUKTURLIPID DAN PROTEIN MEMBRAN DAPAT BERPINDAHTERSUSUN SECARA TERUS MENERUS DENGAN TEBAL 5 NMAMPHIPATHIC

STRUKTUR MEMBRANMembrane sel atau membrane organela mempunyai struktur yang sama yang

terdiri dari dua lapis molekul melokeul lemak yang juga dinamakan sebagai inner danouter membrane dualapis lemak membran ini dikenal pula sebagai lipid bilayer.

Selain lipid sebagai komponen utama membran, didalam membran lipid tersebut jugasebagai tempat tertanamnya protein protein dan juga karbohidrat yang utamanya

menyusun komponen matrik ekstrasel.

CHOLINE

PHOSPHAT

GLYCEROL

FATTY ACID

CIS DOUBLE BOND

HEAD

TAIL

CH2

CH2

CH

CH

CH2

HYDROPHILICHEAD

HYROPOBHICTAIL

Berbagai macam molekul lipidmenyusun lipid bilayer namunpada dasarnya terdiri dari headdan tail dimana head adalahlipopobic atau hidropilik sedangtainya adalah lopphilic atauihidrophobic sehingga lipidbilayer adalam bersifatamphipathic. Tail dari lipidbilayer ini mengandung asamlemak dimana salah satuekornya ikatan antar atom Cmengandung ikatan rangkap(asam lemak tak jenuh,polyunsatuated fatty acid(PUFA) yang menyebabkanfluiditas dari membran

LIPID MEMBRANA ADALAH MOLEKUL YANG AMPHIPATIC YANGBERARTIDAPAT DENGAN MUDAH MEMBENTUK BILAYER S4CARA SPONTANOLEH KARENA MOLEKUL LIPID TERSEBUT DAPAT LARYT DALAM AIRDAN SEBAGIAN LARUT DALAM PELARUT ORGANIK

PLASMA MEMBRANA TERDIRI DARI :MOLEKUL LIPID 50%PROTEIN HAMPIR 50%KARBOHYDRAT SANGAT KECIL

LUAS MEMBRAN 1UM X 1UM MENGANDUNG MOLEKUL LIPID 5 X 10 6

SEL PALING KECIL MENGANDING MOLEKUL LIPID SEBANYAK 10 9

TIGA TYPE UTAMA LIPID PADA LEMAK MEMBRANE ADALAHPHOSPOLIPID (PQLING BANYAKCHOLESTEROLGLYCOLIPID

SEMUANYA AMPHIPATIC ATAU AMPHIPILIC YAITU MEMPUNYAI SIFATHYDROPHLILC (WATER LOVING ATAU POLAR) YANG ADA PADA “HEAD”DAN HYDROPHOBIC (WATER HATING, NONPOLAR) YANG ADA PADABAGIAN “TAIL” HYDROCARBON

SIFAT AMPHIPATICDARI LIPID BILAYERDITUNJUKKAN OLEHBAGIAN TEPI BAIKINTRA SEL ATAU EKSTRASEL ADALAH POLARHYDROPHYLIC HEADSEDANG BAGIAN DALAM MEMBRAN ADALAHNONPOLAR HYDROPHOBIC FATTY ACID“TAILS”

MICELLE LIPID BILAYERPOSPOLIPID POSPOLIPID

POSPOLIPID DALAM AIR MEMBENTUK MICELLE ATAUBILAYER SECARA SPONTAN DAN CENDERUNG MEMBENTUK SATU KOMPARTEMEN TERTUTUP

GAMBARAN MIKROSKOPISDENGAN MIKROSKOP ELECTRON. NAMPAK DUA SELDIPISAHKAN OLEH LIPIDBILAYER ADA CELAH ANTARSEL (EKSTRA SELULER)

SEL 1

LIPID BILAYER

SEL 2

MOLEKUL POSPOLIPID DAPAT BERGERAK ATAU BERPINDAHKOLATERAL (DIFUSI LATERAL)MELAKUKAN FLEKSIMELAKUKAN ROTASIBERPINDAH KE BIDANG LAYER YANG LAIN (FLIP-FLOP

KOMPOSISI LIPID MENENTUKAN FLUIDITAS MEMBRAN, SUATU SIFATYANG MENYEBABKAN MEMBRAN DAPAT MENYESUAIKAN DIRI DENGANTEKANAN LINGKUNGAN, PERGERAKAN LIPID (ROTASI, LATERAL,MEMUDAHKAN PROTEIN BERGERAK/ PIDAH, MEMBANTU PROSESTRANSPORT MACROMOLEKUL ATAU ION

MISALNYA CHOLESTEROL YANG TINGGI MENYEBABKANPERUBAHAN FLUIDITASMENURUNKAN PERMEABILITAS MEMBRANMENINGKATKAN FLEKSIBILITASMENINGKATKAN STABILITAS

UNSATURATEDHYDROCARBONE CHAINSWITH CIS-DOUBLE BOUND

SATURATED STRAIGHTHYDROCARBON CHAINS

MEMBRANE FLUIDITY DITENTUKAN OLEH :RANTAI HYDROCARBON PENDEK MENYULITKAN RANTAI HKUNTUK BERINTERAKSIADANYA IKATAN RANGKAP CIS DOUBLE BOUND MENYEBABKAN KINK SEHIONGGA SULIT BERINTERAKSITEMPERATURE RENDAH MENYEBABKAN MEMBRAN MEMBEKUKOMPOSISI DARI MOLEKUL LIPID

PLASMA MEMBRAN MENGANDUNG EMPAT KELOMPOK PHOSPOLIPIDPHOSPHATIDYLCHOLINESPHINGOMYELINEPHOSPHATIDYL SERINEPHOSPHATIDYLETHANOLAMINEINOSITOLPHOSPOLIPID UNTUK SIGNAL TRANSDUKSI

KOMPOSISI LIPID PADA BERBAGAI SEL MEMBRAN

SELHATI ERYTHR MYELIN MITOCHON ER BACT

CHOLESTEROL 17 23 22 3 6 0PHOSPATIDYLETHANOLAMINE 7 18 15 35 17 70PHOSPATIDYLSERINE 4 7 8 2 5 TRACEPHOSPATIDYLCHOLINE 24 17 10 39 40 0SPHYNGOMYELIN 19 18 8 0 5 0GLYCOLIPID 7 3 28 TRACE TRACE 0OTHERS 22 13 8 21 27 30

ASIMETRI DARI MEMBRAN

KOMPOSISI LIPID BILAYER DIBAGIAN EXTRASEL DAN INTRA SEL BERBEDADALAM BERBAGAI HAL MISALNYA :

POSPATIDYLCHOLINE DAN SPHINGOMYELIN TERDAPAT BANYAKHEAD GROUP PADA LAYER BAGIAN EKSTRASEL.

POSPATHIDYL ETHANOLAMINE DAN PHOSPATIDYLSERINEBANYAK TERDAPAY PADA HEAD GROUP LAYER BAGIAN INTRASEL

DISTRIBUSI HYDROCARBON PADA TAIL GROUP JUGA BERBEDAANTARA BAGIAN EXTRACEL DAN INTRASEL

PROTEIN TERLETAK TIDAK SIMETRIS ANTARA LAYER BAGUANEXTRASEL DAN INTRASEL

DEMIKIAN PULA KARBOHYDRAT BANYAK DIDAPAYKAN DIBAGIANEXTRASEL SEBAGAI PENYUSUN MATRIKS EKSTRASEL

Didalam membran terdapat pula protein yang dapat sebagai integral protein yangmenmebus bagian luar dan bagian dalam membrane sel, adapula yang lebih banyak dimemban bagian luar ada yang lebihbanyak dibagian dalam dari membrane. Protein

protein tersebut dapat berfungsi sebagai receptor, dimana apabila berikatan dengan ligandakan menyebabkan terjadinya proses signal transduksi. Serlain itu protein membrane juga

dapat sebagai kanal ion yang secara spesifik apabila terbuka dapat dilewati leh on iontertentu. Peran lain dari protein adalah sebagai transport sistem baik sebagai karier

protein atau sebagai transprt aktif.Dibagian luar dari membran sel didapatkan kelompok karbohidrat seperti proteoglikandan glikoprotein yang juga berperan dalam kehidupan sel misalnya sebagai matriks

ekstrasel.

DIDALAM MEMBRAN DIDAPATKAN PROTEIN YANG SANGAT PENTINGUNTUK BERLANGSUNGNYA KEHIDUPAN SEL SEPERTI.

SEBAGAI ALAT TRANSPORT MIKROMOLEKUL

SEBAGAI SENSOR DAN SIGNAL TRANSDUKSI

SEBAGAI KANAL UNTUK TRANSPORT ION

SEBAGAI ENZIM DIDALAM MEMBRAN

UNTUK TEMPAT MELEKATNYA SITOSKELETON

Transport membran

TRANSPORT BAHAN MASUK KELUAR SEL DIPERLUKANAGAR SEL TETAP HIDUP, HAL INI DISEBABKAN OLEH KARENA ADANYA.

BAHAN YANG WATER SOLUBLEBAHAN DENGAN MOLEKUL BESARBAHAN METABOLIT YANG HARUS KELUAR SEL

` MENGATUR KOMPOSISI ELEKTROLIT DALAM SEL

PERMEABILITAS SELEKTIFDAN TRANSPORT AKTIF

MENYEBABKAN BEDAKOMPOSISI ION ANTARASITOSOL DAN EKSTRA SEL

MENYEBABKAN SELMEMBRANEMAMPU MENYIMPAN ENERSI DLMBENTUK ION GRADIENT

UNTUK MENGATUR PROSES` TRANSPORT

SIGNAL ELEKTRIK

DI MITOKONDRIA UNTUKSINTESA ATP

PERBEDAAN KOMPOSISI ION INTRASEL DAN EKSTRASEL

INTRASEL EKSTRASEL{mM} [mM}

KOMPONEN

Na + 5-15 145

K + 140 5

Mg + 0.5 1-2

Ca 2+ 10 -4 1-2

H + 10.-7.3 10 -7,4

Cl - 5 -15 110

KEBANYAKAN Ca DALAM SEL TERIKAT DENGAN PROTEINDAN TERSIMPAN DALAM ORGANELLA, FREE Ca 10 -7 mM

Membran sangat selktifTerhadap bahan sekitarSel.

Tidak semua bahanKimia dengan leluasamasuk keluar sel .

Dibutuhkan persyaratantertentu untuk dapatmelewati sel

Syarat syarat tersebutdapat anda simpulkandari diagram sebelah

TRANSPORT MEMBRANE

MAKROMOLEKUL MIKROMOLEKUL

EKSOSITOSIS SIMPLE DIFUSION

ENDOSITOSIS FASILITATED DIFFUSION

CHANNEL MEDIATED

CARRIER MEDIATED

ACTIVE TRANSPORT

= TRANSPORTED MOLECULE = CO TRANSPORT ION

UNIPORT SYMPORT ANTIPORT

COUPLED TRANSPORT

Terdapat berbagai macamcara transport bahan masukdan keluar sel

Tansport pasif ada yangsederhana dan ada yangmembutuhkan fasiliator

Dapatkah anda menyebutkansatu cara fasilitasi ?

Selain itu transport membutuhkankarier protein dan membutuhkancotranspot

Kapan transport active terjadi

Transport makromolekul

• Endositosis (pemasukan)Molekul kecil:- pinositosis sederhana- RME (receptor mediated endositosis)Molekul besar fagositosis

• Eksositosis (pengeluaran)

TRANSPORT MAKROMOLEKUL

ENDOCYTOSIS DAN EXOCYTOSIS

PARTIKEL MAKANANLOW DENSITY LIP[OPROTEIN SUPLY KOLESTEROLPROSES PAGHOSITOSIS BACTERIPROSES BUTUH RESEPTOR / CHEMOKINESECRESI WASTE PRODUK DARI SELSECRESI HORMON INSULINSECRESI NEUROTRANSMITTERPRODUK SEL DIKEMAS DALAM VESICLEPERLU FUSI MEMBRAN DENGAN VESIKEL

JALUR EXCOCYTOSIS

CONSTITUTIVEREGULATED

Transport molekul denganmolekul besar keluar danmasuk sel dengan caraendoitosis

Coba anda cari cara transportEndositosis yangmembutuhkan reseptor

Bagaimana proses eksositosisterjadi ?

Structure of eucaryotic cells

mitochondria

cell membranelysosomes

Golgi

ribosomes)

centrosome

nucleolus

nucleus

cytoplasm

Nucleus structure

nucleolus

nuclear pore

doublemembrane

heterochromatin

euchromatin

ribosome

Nuclear pore Complex (NPC)

outermembrane

innermembrane nuclear

ringprotein

cytosolicringprotein

RPRP

The more recent models

1935 – Davson-DanielliPhospholipid bilayer betweentwo layers of globular proteins

1972 – Singer and NicolsonPhospholipid bilayer withIndividually embedded proteins

Modeling the membraneusing indirect methods and deduction

1895 – OvertonMembranes are made of lipids

evidence: lipid and lipid soluble material entersthe cell more rapidly than substances not solublein lipids.

It was believed that things moved the membrane bydissolving in it (like dissolves like).

1917 – LangmuirPhospholipids can form membranesAmphipathic (having both a hydrophilic and hydrophobic

region) phospholipids will form anartificial membrane on the surface ofwater.

Fluid mosaic

Membrane protein experiment:Fused stained human andmouse cells.Tracked pattern of proteins inthe cell membrane

Fluidity affected by:-Saturated vs unsaturated-Temperature-Cholesterol

This can be modified in responseto the environment. eg. Winter wheat

Membrane: a mosaic

Transmembrane proteinsWith hydrophobic centralregionsAttached to the membranes surface

Selective permeabilityBiological feature that allows some substances to passThrough membrane more readily than others

Depends on membrane solubility characteristicsand presence of integral proteins

Non-polar versus Polarhydrophobic will pass through; large polar (e.g. glucose)and ions have trouble passing through

Transport proteins: integral proteins that transport specificMolecules or ions across biological membranes

-hydrophilic tunnel-bind and move through-are specific to the molecule they translocate

DiffusionThe tendency of molecules of anysubstance to spread outInto available space.

-results from intrinsic kineticenergy (thermal motion)

Any substance will diffuse downits (own) concentration gradient.-diffusion is spontaneous because itreduces free energy

Passive transport

OsmosisWater diffuses from the hypotonic solutionto the hypertonic solutionDiffusion of water across a

selectively permeablemembrane (a special caseof passive transport)

Hypertonic = solution withA higher concentration ofsolutes

Hypotonic = solution with alower concentration of solutes

Hypotonic solution has more‘unbound’ water molecules…Free to move across the membrane

Depends on TOTAL solute concentration!

Water balance of living cells

Water is moving in and out, butno net osmosis.

osmoregulation

Internally hypertonic

Facilitated diffusion(still considered passive transport)

Polar molecules and ionsdiffuse with the help oftransport proteins.

Transport proteinshave similar featuresof an enzyme:-specific to its substrate-binding site-can be inhibited

Facilitate a physical process- moving molecules across a membrane

Active transportpumping of solutes across their gradient

Compared to theenvironment, cellshave much higherconcentrations ofpotassium ions andmuch lowerconcentration ofsodium ions.

ATP powersthe transfers

This pump oscillates between two conformational states

Transport reviewHydrophobicmolecules

Hydrophilicmolecules Against the concentration

gradient (requires ATP)

CotransportA substance pumped across a membranecan do work as it leaks back by diffusion.

Hydrogen ions escortsucrose molecules viaa commontransport protein

Plants use this pump toload their leaves’ veinswith sucrose fordistribution around plant.

Phospholipase C

Exo and EndocytosisExocytosis of secretory proteinsof cells

Endocytosis: cells take in macromoleculesAnd particulates by forming new vesicles

3 types of endocytosis:

INTI

sitoskeleton

KLOROPLAS DANFOTOSINTESIS

Reaksi Terang

Struktur Chloroplas

MITOKHONDRIA

Glukoneogenesis

Piruvat keEnergi:

Glikolisis

Siklus Asam Sitrat (TCA)

Transpor elektron &Fosforilasi oksidatif

Cell cycle

DEF: time period between two consecutive cell divisionsof proliferating cells

cell proliferation and cell differentiation areinversely coupled to each other

proliferation differentiation

proliferation differentiation

Differentiation and Proliferation

stem cell- low differentiation- pluripotenz- high prolifration rate

primedprogenitor cell

- primed for several lines- high prolifration rate

determinedprogenitor cell

- primed for one line only- proliferation

blast cell - differentiation within a line- Proliefration

peripheralblood cell

- high degree of differentiation- no proliefration

Prol

ifera

tion

pote

ncy D

egree of differentiation

Cell cycle

the duration of cell cycle, which varies from hours to weeks or years ismainly determined by length of G1

G0 arrest for non-proliferating cells

DNA synthesis restrictionpoint

Biokimia

Cell cycle

DEF: time period between two consecutive cell divisionsof proliferating cells

cell proliferation and cell differentiation areinversely coupled to each other

proliferation differentiation

proliferation differentiation

Regulation of G1-S-transition

mitogens are capable of initiating G1-S-transition

cell cycle consists of a mitogen-dependent and of anautonom part (mitogen-independent) separate by therestriction point

mitogens have to be present for the most part of the G1-phase (R-point must be reached) in order to induce theS-phase

cyclins are proteins that regulate the cell cycle (cyclin Dimportant for initiating G1-S-transition) and differentcyclins occur in different phases of the cell cycle

growth factors

G1-S-transition

activation of IE-genes(FOS, JUN)

initiation ofreplication

activation of DE-genes(D-cyclins)

signaling

Mitosis

Prophase DNA condenzation (histone phosphorylation)so that chromosomes become visible

Metaphase centromer division; destruction of nuclearmembrane; chromosome alignment at cellequator; caryograms possible

Anaphase movement of chromatides to the cell poles byshortening of microtubuli

Telophase formation of nuclear strutures and cell divisionby new cellular membrane