FISIOLOGI SEL

Agus Fajar, S.SI
0
#sumberilmukesehatan


Dasar-dasar kimia dan molekul pada sel
Sel adalah suatu unit dasar dari tubuh manusia dimana setiap organ merupakan agregasi/penyatuan dari berbagai macam sel yang dipersatukan satu sama lain oleh sokongan struktur interselluler.  Setiap jenis sel dikhususkan untuk melakukan suatu fungsi tertentu.  Misalnya sel darah merah yang jumlahnya 25 triliun berfungsi untuk mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan.  Disamping sel darah merah masih terdapat sekitar 75 triliun sel lain yang menyusun tubuh manusia sehingga jumlah sel pada manusia sekitar 100 triliun sel. 
Walaupun banyak sel yang berbeda satu sama lainnya, tetapi umumnya seluruh sel mempunyai sifat-sifat dasar yang mirip satu sama lain.  Misalnya oksigen yang terikat pada karbohidrat lemak atau protein pada setiap sel untuk melepaskan energy, mekanisme umum merubah makanan menjadi energi, setiap sel melepaskan hasil akhir reaksinya ke cairan disekitarnya, hampir semua sel mempunyai kemampuan mengadakan reproduksi dan jika sel tertentu mengalami kerusakan maka sel sejenis yang akan beregenerasi.
Secara umum sel-sel yang menyusun tubuh manusia mempunyai struktur dasar yang terdiri dari membran sel, protoplasma dan inti sel (nukleus).  Ketiganya mempunyai komposisi kimia yang terdiri air, elektrolit, protein, lemak dan karbohidrat.

Energi
Sel membutuhkan energi untuk melakukan semua aktifitasnya, misalnya sintesa glukosa, kontraksi otot dan replikasi DNA.  Dalam sistim biologis, energi tersebut diperoleh dari ikatan kimia dan reaksi kimia yang terdapat dalam sel (buah makanan).  Glukosa adalah sumber energi yang utama.  Sel melakukan degradasi glukosa secara terus menerus dan pada proses tersebut energi tadi dapat digunakan untuk semua aktifitas sel.  Energi yang dihasilkan dapat dikonversi menjadi berbagai macam energi seperti energi panas, energi kimia, energi mekanik, dan energi listrik.  Misalnya pada otot dan saraf, energi kimia dikonversi menjadi energi mekanik pada kontraksi dan energi listrik pada aktifitas sel saraf.
Energi yang diekstraksi dan bahan makanan terikat dalam suatu ikatan kimia yang dikenal sebagai Adenosin Triphosphate (ATP).  ATP inilah yang merupakan sumber energi, dimana energi akan dilepas jika ATP dihidrolisis menjadi ADP sehingga 1 fosfat yang berenegri tinggi (12 kkal) dipakai untuk kebutuhan sel, ADP masih dapat dihidrolisis untuk kembali menghasilkan 1 fosfat (12 kkal) dan molekul AMP.  Umumnya energi yang diekstraksi dari bahan makanan, akan dipakai terlebih dahulu untuk pembentukan ATP, sebelum energi tadi dipakai untuk semua aktifitas sel.

Nukleus
DNA yang terdapat pada kromosom merupakan sruktur double stranded (double helix) yang terdiri dari  : 1) gugus fosfat 2) gugus pentose (gula) yaitu deoksiribosa dan 3) basa nitrogen yaitu purine : adenine dan guanine, pirimidine : Cytosine dan thymine.  Gugus fosfat dan pentose membentuk struktur fisik DNA, sedangkan 4 basa yang berbeda ini membawa informasi genetik.  Pada DNA. Adenine selalu berkaitan dengan thymine dan guanine selalu terikat dengan Cytosine.
Karena DNA berlokasi pada inti sel sedang hampir semua aktifitas sel terjadi pada sitoplasma, maka dibentuklah RNA yang dapat berdifusi menuju sitoplasma untuk mengatur sintesa protein yang spesifik.  Proses pembentukan RNA diatur oleh DNA melalui proses transkripsi. 
Perbedaan struktur RNA dan DNA adalah bahwa pada RNA pentosennya adalah ribosa, dan gugus basa yang berkaitan dengan adenin adalah urasil (tidak ada thymine).  Proses pembentukan RNA terjadi dibawah pengaruh enzim RNA polymerase.  Setalah dibentuk RNA akan dilepas ke nukleoplasma.  Terdapat 3 jenis RNA yang dibentuk oleh DNA, dimana tiap jenis RNA mempunyai fungsi yang berbeda yaitu :
Messenger RNA (mRNA), berfungsi membawa kode genetik ke sitoplasma untuk mengatur sintesa protein.
Transfer RNA (tRNA) untuk transport asam amino menuju ribosom untuk digunakan menyusun molekul protein.
Ribosomal RNA (rRNA) untuk membentuk ribosom bersama dengan 75 protein lainnya.
Bila molekul mRNA kontak dengan ribosom, maka akan dibentuklah molekul protein disepanjang ribosom.  Proses pembentukan protein ini disebut translasi.  Jadi pada ribosom terjadi proses kimia penyusunan asam amino untuk membentuk 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 metabolismee 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 dan karbohidrat dan sebagai polisi yang menyortir dan mengarahkan protein sesuai dengan tempatnya yang tepat.

Lisosom
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 dan 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. 

Peroksisom
Merupakan organel kecil yang terdapat pada sitoplasma dengan diameter 0,5 m dan mempunyai membran.  Mengandung enzim oksidase yang akan bereaksi dengan hidrogen membentuk hidrogen peroksida (H202), juga mengandung enzim kataisase 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).

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 luar mempunyai pori-pori yang memungkinkan molekul besar melewatinya.  Membran dalam terdiri dari 80 % protein dan 20 % lemak dan menonjol ke dalam.  Pada tonjolan ini (Krista) terdapat banyak enzim-enzim oksidatif fosforilase.  Enzim ini berperan pada pproses oksidasi glukosa dan lemak serta sintesa ATP dan ADP.  Pada bagian dalam mitokondria (matriks) juga terdapat banyak enzim yang diperlukan untuk ekstraksi energi dari bahan-bahan makanan.  Energi yang dilepaskan digunakan untuk sintesa ATP. Asam piruvat dan asam lemak dan sebagian besar asam amino akan diubah menjadi asetil-Co A pada matrix mitokondria, dimana proses tersebut menjadi melalui siklus asam sitrat atau siklus Krebs.  Pada siklus ini, asetil-Co A akan dipecah menjadi hydrogen dan karbon dioksida. Karbon dioksida akan keluar dari mitokondria.  Reaksi ini menghasilkan banyak energi yang digunakan untuk pembentukan ATP dan ADP.  Proses ini sangat kompleks dan melibatkan enzim ATP sintetase.
Pada mitokondria juga terdapat DNA, sama dengan yang terdapat pada inti sel.  DNA ini yang mengatur kemampuan mitokondria untuk mengadakan self replication bila aktifitas mitokondria untuk menghasilkan energi meningkat.

MEMBRAN SEL
Sel dan organel yang terdapat dalam sel, dilapisi oleh membran yang terutama tersusun oleh lemak dan protein.  Lemak yang terdapat pada membran memungkinkan membran berfungsi sebagai berrier yang membatasi pergerakan molekul yang dapat larut dalam air melewati membran.  Molekul protein yang dapat menembus membran sel, berfungsi sebagai tempat lewatnya bahan-bahan tertentu.  Selain itu protein yang terdapat pada permukaan membran seperti reseptor, enzim dan pump (pompa) masing-masing berfungsi sebagai katalisator dan pompa yang melakukan transport aktif ion-ion tertentu kedalam maupun keluar sel.
Selain berfungsi sebagai barrier yang permeabilitasnya selekfif, membran sel juga berfungsi mengatur arus informasi antara sel dengan lingkungan sekitarnya.  Hal ini dimungkinkan oleh adanya reseptor yang spesifik pada permukaan membran sel.
Ikatan suatu substrat dengan reseptornya yang spesifik pada permukaan membran sel akan menyebabkan terjadinya transduksi sinyal yang selanjutnya akan mengaktifkan berbagai mata rantai rekasi biokimia dalam sel, sehingga dapat disimpulkan bahwa membran sel berfungsi dalam proses komunikasi antar sel.
Membran sel komposisinya terutama terdiri dari protein 35% lemak 42%  dan karbohidrat 3%, tetapi persentase ini bervariasi pada berbagai sel.  Terdapat 3 jenis lemak yang terdapat pada membran sel yaitu fosfolipid, kolesterol dan glikolipid.  Pada membran sel fosfolipid membentuk dua lapisan (lipid bilayer) dimana lapisan hidrofilik terletak pada bagian luar (berhadapan dengan cairan ekstrasel) dan bagian dalam sel (berhadapan dengan sitoplasma), sementara bagian hidrofobik terletak antara kedua lapisan hidrofilik ini.
Protein pada membran sel terbagi atas protein integral dan protein perifer.  Sebagian besar protein integral membentuk channel pada membran atau membentuk pompa sebagai tempat lewatnya ion-ion.  Sementara protein perifer biasanya hanya terikat dengan protein integral atau dengan bagian hidrofilik membran, dan umumnya protein perifer ini membentuk enzim.
Karbohidrat pada membran umumnya dalam bentuk glikolipid dan glikoprotein.  Karbohidrat ini berfungsi meningkatkan hidrofilisitas lemak dan protein, mempertahankan stabilitas membran oleh adanya struktur yang disebut glikokaliks.  Glikokaliks akan berinteraksi dengan glikokaliks sel lain sehingga berfungsi melekatkan satu sel dengan sel yang lainnya.  Glikolipid yang terdapat pada membran sel juga berperan dalam reaksi imunologis, dengan membentuk antigen dalam darah.
           
Transport membran
Permeabilitas sel bersifat sangat selektif.  Arus pergerakan molekul dan ion antara sel dan lingkungan sekitarnya diatur dengan tepat oleh berbagai sistim transport yang spesifik.  Sitim transport ini berperan dalam :
1.            Mengatur volume dan komposisi cairan tubuh
2.            Mengatur masuknya bahan yang dibutuhkan seperti glukosa, asam amino dan pengeluaran bahan yang tidak dibutuhkan oleh sel misalnya bahan-bahan toksik.
3.            Menimbulkan gradient konsentrasi untuk ion-ion tertentu yang berperan dalam eksitabilitas sel saraf dan otot.  
Proses transport melalui membran terjadi melalui 2 mekanisme, yaitu transport aktif dan transport pasif.  Transport pasif terjadi tanpa memerlukan energi sedangkan tranposrt aktif memerlukan energi.  Yang termaksuk transport pasif adalah :
a.       Difusi sederaha
b.      Transport dengan fasilitas
c.       Transport lewat ion channel
Pada difusi sederhana molekul akan bergerak dari daerah yang konsentrasinya tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Misalnya oksigen yang banyak diluar sel akan berdifusi masuk kedalam sel. Difusi sederhana sangat ditentukan oleh kelarutan suatu bahan dalam lemak. Apabila suatu bahan larut dalam lemak, maka bahan tersebut akan lebih mudah berdifusi dibanding bahan yang larut dalam air. Kecepatan difusi suatu zat dipengaruhi oleh beberapa faktor :
1.      Permeatbilitas membran sel (ditentukan oleh ketebalan membran, kelarutan suatu bahan dalam lemak, jumlah channel, temperature dan diameter molekul).
2.      Perberdaan konsentrasi molekul/ion.
3.      Perbedaan tekanan pada kedua sisi membran
4.      Perbedaan potensial listrik pada kedua sisi membran
5.      Luas permukaan membran
Transport dengan cara difusi fasilitas mempunyai perbedaan dengan difusi sederhana difusi yaitu difusi fasilitas melalui carrier spesifik dan difusi ini mempunyai kecepatan transport maksimum (Vmax).  Suatu bahan yang akan ditransport lewat cara ini akan terikat lebih dahulu dengan carrier protein yang spesifik, dan ikatan ini akan membuka channel tertentu untuk membawa ikatan ini kedalam sel.  Jika konsentrasi ikatan ini terus ditingkatkan, maka jumlah carrier akan habis berikatan dengan bahan tersebut sehingga pada saat itu kecepatan difusi menjadi maksimal (Vmax).  Pada difusi sederhana ini tidak terjadi, makin banyak bahan kecepatan transport bahan makin meningkat tanpa batas.
Transport melalui ion channel, khusus bagi ion-ion yang sulit ditransport secara difusi akibat muatan listriknya.  Ion chanel ini mempunyai sifat yang sangat selektif dan terbukanya channel tersebut akibat potensial listrik sepanjang membran sel dan melalui ikatan channel dengan hormon atau neurotransmitter.
Beberapa ion harus dipertahankan jumlahnya lebih besar dari luar sel (misalnya Natrium) atau Kalium harus dipertahankan lebih banyak dalam sel.  Hal ini tentunya tidak tercapai dengan transport pasif, sebab transport pasif hanya akan menyeimbangkan konsentrasi ion-ion di dalam dan di luar sel.  Untuk itu perlu transport aktif yang memakai energi untuk melawan perbedaan konsentrasi, misalnya transport Na dari dalam sel ke luar sel lewat Na pump.  Transport aktif terbagi atas transport aktif primer dan sekunder.  Transport aktif sekunder juga terdiri atas co-transport dan counter transport (exchange).
Transport aktif primer memakai energi langsung dari ATP, misalnya pada Na-K pump dan Ca pump.  Pada Na-K pump, 3 Na akan dipompa keluar sel sedang 2 K akan dipompa ke dalam sel.  Pada Ca pump, Ca akan dipompa keluar sel agar konsentrasi Ca dalam sel rendah.
Pada transport sekunder co-tranport, glukosa atau asam amino akan ditransport masuk dalam sel mengikuti masuknya Natrium.  Natrium yang masuk akibat perbedaan konsentrasi mengikuti glukosa atau asam amino ke dalam sel, meskipun asam amino atau glukosa di dalam sel konsentrasinya lebih tinggi dari luar sel, tetapi asam amino atau glukosa ini memakai energi dari Na (akibat perbedaan konsentrasi Na).  sehingga glukosa atau asam amino ditranspor secara transport aktif sekunder co-transport.
Pada proses counter transport/exchange, masuknya ion Na ke dalam sel akan menyebabkan bahan lain ditransport keluar.  Misalnya pada Na-Ca exchange dan Na-H exchange.  Pada Na-Ca exchange, 3 ion Na akan di transport ke dalam sel untuk setiap 1 ion Ca yang ditransport keluar sel, hal ini untuk menjaga kadar Ca intrasel, khususnya pada otot jantung sehingga berperan pada kontraktilitas jantung.   Na-H exchange terutama berperan mengatur konsentrasi ion Na dan Hidrogen dalam tubulus proksimal ginjal, sehingga turut mengatur pH dalam sel.
Untuk partikel-partikel besar, misalnya bakteri tidak dapat ditransport adalah molekul yang mengandung cairan ekstrasel. Molekul tadi ditelan seluruhnya dan terbentuk dalam vesikel pinositik. Mekanisme ini sama dengan proses fagositosis, hanya saja molekul pada fagositosis lebih padat misalnya bakteri atau bagian sel yang rusak.

Posting Komentar

0Komentar

Posting Komentar (0)