dasar-dasar patobiologi molekulererepo.unud.ac.id/id/eprint/7023/1/3fc781b47877c094... · penyakit...
TRANSCRIPT
Dasar-Dasar Patobiologi Molekuler i
Dasar-Dasar
Patobiologi Molekuler
Penulis:
I Nyoman Mantik Astawa
SWASTA NULUS
2016
ii Dasar-Dasar Patobiologi Molekuler
Dasar-Dasar
Patobiologi Molekuler
Oleh:
I Nyoman Mantik Astawa
Editor:
Anak Agung Ayu Mirah Adi
Cover & Ilustrasi:
Repro
Lay Out:
Mandra, Kt
Diterbitkan oleh:
SWASTA NULUS
Jl. Tukad Batanghari VI.B No. 9 Denpasar-Bali
Telp. (0361) 241340
Email: [email protected]
Cetakan Pertama:
2016, viii + 334 hlm, 15 x 23 cm
ISBN 978-602-7599-30-7
Hak Cipta pada Penulis.
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang :
Dilarang mengutip atau memperbanyak sebagian atau seluruh
isi buku ini tanpa izin tertulis dari penerbit.
Dasar-Dasar Patobiologi Molekuler iii
PRAKATA
Perkembangan biologi molekuler yang sedemikian pesat
dewasa ini telah memungkinkan penelaahan berbagai penyakit pada
manusia dan hewan di tingkat molekuler. Pengetahuan tentang
penyakit pada tingkat molekuler telah pula berdampak pada
perkembangan berbagai teknik diagnoss, cara penanganan dan
pengobatan penyakit. Penyusunan buku ini diharapkan dapat
memberikan dasar-dasar pengetahuan pada mahasiswa S1, S2 dan S3
biomedik dalam memahami peristiwa molekuler yang berkaitan dengan
munculnya berbagai penyakit. Hal akan memudahkan mahasiswa
dalam memahami mekanisme molekuler terjadinya penyakit dan
diharapkan dapat membantu dalam melakukan penelitian tentang
biologi molekuler berbagai penyakit.
Buku ini terdiri atas lima Bab yaitu Bab I tentang sel dan
organel, Bab II tentang sistem signal an siklus sel, Bab II tentang
kerusakan DNA dan reparasinya, Bab IV tentang apoptosis dan Bab V
tentang onkogenesis. Pada Bab I dibahas struktur sel dan organel
penyusunnya yang dapat memberi landasan bagi para mahasiswa untuk
memahami sel dan strukturnya pada tingkat molekuler. Bab II yang
membahas siklus dan sistem signal sel diharapakan dapat memberikan
gambaran pada mahasiswa tentang siklus sel dan sistem signal yang
mengatur pembelahan, pertumbuhan, kehidupan dan kematian sel,
yang semuanya sangat berperan dalam munculnya berbagai penyakit .
Berbagai jenis kerusakan pada DNA dan sistem reparasinya juga
berperan amat penting dalam munculnya berbagai penyakit. Kegagalan
iv Dasar-Dasar Patobiologi Molekuler
dalam reparasi DNA yang rusak dapat memicu kematian sel melalui
apoptosis yang dibahas dalam Bab IV. Namun jika reparasi DNA terjadi
secara tidak sempurna dan sel tetap bertahan hidup, maka sel dapat
mengalami mutasi DNA yang dapat memunculkan berbagai penyakit
seperti penyekit degeneraif dan penyakit lainnya. Salah satu penyakit
yang sering muncul akibat mutasi gen dalam sel adalah munculnya sel
kanker (onkogenesis) yang dibahas dalam Bab V
Topik yang diulas dalam buku ini masih terbatas pada proses
molekuler dasar yang berkaitan dengan proses terjadinya penyakit.
Ulasan semacam ini diharapkan dapat membantu mahasiswa dalam
memahami proses molekuler yang melandasi berbagai penakit seperti
tumor dan kanker, penyakit degeneratif maupun penyakit infeksi.
Perkembangan ilmu Biomedis yang begitu cepat menuntut kita semua
untuk memahami berbagai perkembangan penyakit sehingga kita tidak
tertinggal jauh dari negara lain. Penulis menyadari bahwa ke depannya
masih banyak proses molekuler yang perlu diulas, terutama yang
berkaitan langsung dengan berbagai penyakit i diabebtes,
aterosklerosis, penyakit infeksi (virus, bakeri dan parasit), inflamasi,
gangguan syaraf dan penyakit lalinnya. Karena itu, untuk
menyempurnakan isi buku ini, penulis sangat mengharapkan kritik dan
saran yang bersifat membangun sehingga isi buku ini pada edisi
berikutnya dapat lebih disempurnakan. Akhirnya penulis
mengharapkan semoga buku ini bermanfaat bagi yang memerlukannya
dan penlulis mengucapakan banyak terima kasih kepada semua pihak
yang telah membantu dalam penulisan buku ini.
Denpasar Akhir Maret 2016
Penulis
Dasar-Dasar Patobiologi Molekuler v
DAFTAR ISI
PRAKATA ................................................................................ iii
DAFTAR ISI ............................................................................. v
BAB I. SEL DAN ORNEL ..................................................... 1
1.1. Sel dan Strukturnya ......................................... 1
1.2. Membran Sel ................................................... 4
1.3. Pertautan antar Sel .......................................... 6
1.3.1. Jenis Pertautan antar Sel ..................... 6
1.3.2. Molekul Pertautan antar Sel ................ 10
1.4. Sistem Transportasi Sel .................................. 16
1.4.1. Sistem Transportasi Pasif .................... 16
1.4.2. Sistem Transpotasi Aktif ..................... 18
1.5. Sitoplasma dan Organelnya ............................ 24
1.5.1. Retikulum Endoplasma ....................... 24
1.5.2. Lisosom ............................................... 25
1.5.3. Ribosom .............................................. 27
1.5.4. Vakuola dan Vesikula ......................... 27
1.5.5. Apparatus Golgi .................................. 28
1.5.6. Mitokondria ......................................... 29
1.6. Sitosekeleton .................................................... 32
1.6.1. Mikrofilamen ...................................... 33
1.6.2. Filamen Intermediet ............................ 33
1.6.3. Mikrotubulus ....................................... 34
1.6.4. Sentrosom dan Sentriol ....................... 35
1.6.5. Silia dan Flagella ................................. 36
1.7. Nukleus dan Nukelolus .................................... 38
1.8. Kromosom, Kromatin, DNA dan Gen ............. 40
1.9. Transkripsi dan Translasi Gen ......................... 41
1.9.1. Protein Regulator Transkripsi ............. 43
1.9.2. Pengaturan Transkripsi oleh Protein
Regulator ............................................. 48
BAB II. SIKLUS DAN SISTEM SIGNAL SEL ..................... 63
2.1. Gambaran Umum Siklus Sel ............................ 63
2.2. Faktor Pemicu dan Penghambat Pembelahan
Sel ............................................................ 69
2.3. Enzim Kinase dan Phosphatase ....................... 73
2.3.1. Protein Kinase A ................................. 74
2.3.2. Protein Kinase B ................................. 75
2.3.3. Protein Kinase C ................................. 77
vi Dasar-Dasar Patobiologi Molekuler
2.3.4. Protein Kinase G ................................. 78
2.3.5. Cyclin dependant Kinase .................... 80
2.3.6. Phosphatase ......................................... 83
2.4. Sistem Signal Pemicu an Penghambat
Proliferasi Sel ................................................... 84
2.4.1. Jalur sistem signal MAPK................... 84
2.4.2. Jalur sistem signal PI3K ...................... 93
2.4.3. Jalur sistem signal Wnt/β-catenin ....... 103
2.4.4. Jalur sistem signla TGFβ .................... 110
2.5. Transduksi Signal Perintis Siklus Sel ............. 113
2.6. Replikasi DNA dan Pengarturannya ................ 117
2.6.1. Pesiapan Replikasi DNA ..................... 117
2.6.2. Sintesis DNA dan Penghentiannya ..... 120
2.7. Transuksi Signal Pengatur Mitosis .................. 123
2.7.1. Peran CDK dan Penghambatnya ......... 124
2.7.2. Mekanisme Molekuler Mitosis dan
Sitokinesis ........................................... 126
BAB III. REPARASI DNA ...................................................... 143
3.1. Struktur DNA ................................................... 143
3.2. Jenis Kerusakan DNA dan Penyebabnya ......... 147
3.3. Respons Umum Sel atas Keruskan DNA......... 152
3.4. Reparasi DNA .................................................. 155
3.4.1. Reparasi Langsung .............................. 155
3.4.2. Reparasi Eksisi Basa ........................... 156
3.4.3. Reparasi Eksisi Nukelotida ................. 157
3.4.4. Reparasi Pasangan Nukleotida Mismatch 159
3.4.5. Reparasi Garpu Replikasi yang Terhenti 162
3.4.6. Reparasi DNA melalui Rekombinasi
Homolog ............................................. 166
3.4.7. Penyambung Ujung DNA secara
Nonhomolog ....................................... 171
BAB IV. APOPTOSIS ............................................................ 184
4.1. Faktor Pemicu Apoptosis ................................. 185
4.1.1. Apoptosis yang dipicu oleh reseptor
TNF ..................................................... 186
4.1.2. Peran Reseptor Kematian dan Liganduya
dalam Apoptosis .................................. 186
4.2. Enzim Caspase ................................................. 189
Dasar-Dasar Patobiologi Molekuler vii
4.3. Aktivasi Caspase .............................................. 192
4.3.1. Peran DISC ......................................... 192
4.3.2. Peran PIDDsom .................................. 194
4.3.3. Peran Apoptosom ................................ 195
4.3.4. Peran Inflamasom ............................... 196
4.4. Penghambat Caspase ........................................ 199
4.5. Mekanisme Apoptosis ...................................... 199
4.5.1. Peran Mitokondria .............................. 201
4.5.2. Peran Protein Keluarga BCl2 .............. 202
4.5.3. Apoptosis Jalur Ekstrinsik .................. 205
4.5.4. Apoptosis Jalur Intrinsik ..................... 207
4.5.5. Apoptosis Jalur Perforin/Granzyme .... 210
4.5.6. Kerja Caspase Ekskusioner ................. 212
4.5.7. Peran Endo G Nuklease ...................... 214
4.6. Inflamasom, Apoptosis, Nekroptosis dan
Nekrosis ........................................................... 215
4.7. Peran Apoptosis dalam Penyakit ..................... 218
BAB V. ONKOGENESIS ........................................................ 229
5.1. Tumorogenesis dan karsinogenesis.................. 229
5.2. Faktor Genetik Pemicu Kanker ........................ 235
5.3. Sifat-sifat Sel Kanker ....................................... 238
5.3.1. Imortalitas ........................................... 238
5.3.2. Ketergantungan pada Faktor
Pertumbuhan yang Menurun ............... 240
5.3.3. Metastasis ............................................ 241
5.3.4. Hilangnya Kontrol Siklus Sel ............. 249
5.3.5. Katahanan terhadap Apoptosis
yang Meningkat .................................. 252
5.3.6. Instabilitas Genetik yang Meningkat .. 253
5.3.7. Angiogenesis ....................................... 254
5.4. Peran Protoonkogen dalam Karsinogenesis ..... 256
5.4.1. Gen Faktor Pertumbuhan dan
Reseptornya ......................................... 257
5.4.2. Gend Penyandi G-Protein ................... 259
5.4.3. Serine Threonine Kinase ..................... 260
5.4.4. Tyrosin Kirase bukan Reseptor ........... 263
5.4.5. Faktor Transkripsi ............................... 265
5.5. Peran Gen Supresor Tumor .............................. 266
5.5.1. Retinoblastoma ................................... 267
5.5.2. Protein P53 .......................................... 268
viii Dasar-Dasar Patobiologi Molekuler
5.5.3. Adenomatous Polyposis Coli .............. 270
5.5.4. PTEN................................................... 272
5.5.5. Transforming Growth Factor β ........... 273
5.6. Peran Virus dalam Onkogenesis ...................... 278
5.6.1. Onkogenesis pada Infeksi Virus ......... 279
5.6.2. Peran Gen LTR Retrovirus pada
Onkogenesis ........................................ 280
5.6.3. Virus yang Menginduksi Onkogenesis 282
Glosarium .................................................................................. 296
Indeks ........................................................................................ 323