BIOLOGI SEL(Dra. Sri Rejeki Rahayuningsih Msi)
MEMBRAN PLASMA& DINDING SEL 1. PENDAHULUAN 2. KOMPOSISI KIMIA 3. STRUKTUR MEMBRAN PLASMA 4. STRUKTUR KHUSUS M. PLASMA 5. FISIOLOGI MEMBRAN PLASMA 6. SELAPUT EXTRA M. PLASMA
1. PENDAHULUAN
Struktur selnya diselimuti oleh membran plasma (membran sel) yang tersusun dari lemak lapis ganda. Di sela-sela lapisan lemak ini terdapat sejumlah protein integral yang memungkinkan terjadinya lalu lintas molekul-molekul tertentu dari dalam dan ke luar sel.
Kebanyakan prokariot juga memiliki dinding sel yang kuat di luar membran plasma untuk melindungi sel dari lisis, terutama ketika sel berada di dalam lingkungan dengan osmolaritas rendah.
Pendahuluan.
Permukaan luar protoplasma diselubungi membran hidup,tipis ( 70-100 A˚), elastis, semifrmeabel, trilaminar, lipoprotein
Membatasi protoplasma dari lingk.luar: membran sitoplasma: m. Sel: plasmalemma: membran plasma
Membran plasma terletak antara dinding seldan sitoplasma ( bakteri& dinding sel tumbuhan)
Pada hewan: mrp membran paling luar W. Pfeffer (1890)- m. Plasma tidak dapat
dibedakan dg sitoplasma (mikroskop cahaya) Dg mikroteknik- m.plasma dpt diisolasi dan
dilihat dengan mikroskop elektron( ex: Eritrosit, sel hati, sel otot, Amoeba, sel telur, Bakteri dll.
2. Komposisi kimia Membran plasma Terdiri: Protein, Lipid (20-70 %)-&
Oligosakarida 1-5% oligosakarida terikat lipid- glikolipid Protein – glikoprotein Ratio lipid-protein pada membran sel
berbeda-beda ex: Mielin – jumlah lipid predominan
a. Fraksi lipid
Ada 20-70% lipid terdiri dari : fosfolipid, kolesterol dan galaktolipid.
Pada membran sel yang berbeda, akan berbeda proporsinya
Ex. Fosfolipid netral: fosfatidilkolin, fosfatidil etanol amin, spingomielin ( tidak bermuatan, pada pH netral, terikat kuat pada bilayer)
Ex. Fosfolipid asam (5-20%) : f. Inositol, f. Serin, kardiopilin, f. Gliserol, sulpolipid ( bermuatan -, terikat dg protein mll ik. Lipid- protein
Lipid tdr dr: kepala (gliserol, hidrofil) dan ekor ( as. Lemak, hidropob)
Sel yang berbeda komposisi asam lemaknya beda ex: Eritrosit ( as stearat, oleat, linoleat & as archidonat)
b. Fraksi Karbohidrat
Bell (1962)- karbohidrat m plasma: hexosa, hexosamin, fukosa, as sialat ( eritrosit & sel liver) terikat protein
As. sialat terikat dg protein (N-asetil galaktosamin) pada perm. Luar membran- sensitif thd Neuraminidase
As. Sialat (sedikit) terdapat dalam bentuk Gangliosida pada membran plasma sel liver ( glikolipid)
c. Fraksi Protein
Mrp kandungan utama membran plasma shg tdp dlm jml yang signifikan
Berperan: protein struktural, channel& karier ion, transport elektron& mineral, ligan pengenalan, enzim& antigen dan sbg molekul reseptor
i). Protein struktural: Ekstrinsik ( peripheral)
intrinsik ( integral)
Protein peripheral (ekstrinsik)
Terdapat pada perm. Membran Dapat diuraidg treatmen lunak larut dalam air tetapi tidak larut dalam
lemak ex: spektrin (eritrosit), ATP-ase dan sitokrom ( mitokondria), asetilkolin esterase (m elektroplax)
Spektrin mrp 30% protein membran tdr 2 polipeptida dg BM 255.000 & 220.000, ATP-ase mitokondria (BM 70.000 )
Protein Integral ( Intrinsik)
70% protein membran, tdp pd lipid bilayer Tdk larut dlm air & detergen ( selalu dlm
bentuk non-agresasi) Terikat fosfolipid ( lipoprotein- proteolipid) Terikat oligosakarida- glikoprotein. Ex:
Rhodopsin, sitokrom oxidase Kebanyakan protein integral membran
plasma bersifat hdrofob (proteolipid), ttp dpt larut dalam pelarut organik&terikat kuat dg lipid
Protein integral (lanjutan)
Glikoprotein: BM 55.000 ( 60% brp karbohidrat)
Protein intrinsik eritrosit ( BM 95.000) Bentuk Globular, kasar, berh. dg
fermeabilitas Anion Dg lithium diodisalisat atau fenol
( glikoprotein integral(glikoporin)- dilepas dari eritrosit
Ujung COOH (hidrofob), ujung NH2 (hidrofil)
ii. Protein Enzim membran plasma Chambers&Chambers(1961) pd sel yg
terlibat transport aktif tdp enzim pd perm. Sel protein struktur protein enzim
± 30 enzim diisolasi dari membran plasma ex: 5- nukleosidase, Adenilsiklase, Alkalin fosfatase, asam fosfomonoesterase, RNAse, dll.
Bbrp enzim tdp pd tempat khusus: alkalin fosfatase, ATPase, disakaridase
Membran plasma Eukariot tdp enzim rantai respirasi dan aktivitas glikolisis
Enzim Na+_K+ aktivasi_Mg+ATPase mrp suatu enzim yg sangat penting peran transver ion mll membran plasma. Enzim tgt mol. Lipid menjadi tidak aktif bila lipid diekstraksi
MEMBRAN SEL
Membran sel berfungsi
-Membatasi sel dengan lingkungan-Media komunikasi sel dengan lingkungan-Mengontrol lalu lintas zat keluar dan masuk sel-Membatasi organel-organel
Membran sel
Tersusun dari lipid dan protein (penyusun utama) dan makromolekul lain (karbohidrat)
Membran sel merupakan lapisan ganda (bilayer)
-terdiri dari lipid dan protein-model: mosaik fluida
Phosphate
Fatty acid
Fatty acid Hydrophobic
Phosphate group
Hydrophilic
Tersusun : bilayer
polarhydrophilicheads
nonpolarhydrophobictails
polarhydrophilicheads
Fosfolipid bilayer
Pada tahun 1972, S.J. Singer & G. Nicolson mengusulkan model membran sel bahwa protein membran tersisip pada lapis bilayer fosfolipid
Disebut dengan model mosaik fluida
Extracellular fluid
Cholesterol
Cytoplasm
Glycolipid
Transmembraneproteins
Filaments ofcytoskeleton
Peripheralprotein
Glycoprotein
Phospholipids
Membran sel terdiri dari protein dan molekul lain yang tertanam yang tertanam dalam matrik fluida bilayer lipid FLUID- karena phospholipid dan protein dapat bergerak bebas dalam lapisan seakan-akan cairan.MOSAIC- karena pola yang dihasilkan oleh protein tersebar saat membran dilihat dari atas.
Protein membranMembran sel dan membran organel memiliki susunan protein yang unik
Membrane proteins
peripheral proteins Terikat secara longgar pada permukaan membranDapat merupakan cell surface identity marker (antigens)
integral proteins Berpenetrasi pada bilayer lipid Transmembrane proteinTransport protein
channels, pompa
Protein peripheral
Protein integral
Struktur protein transmembran
Model pita ini menjelaskan struktur sekunder α heliks dari bagian hidrofobik protein yang terletak hampir di dalam inti hidrofobik membran
Protein dalam membran
Di dalam membranAsam amino anonpolar
Hydrophobic Protein dalam membran
Pada permukaan luar membran
Asam amino polarHydrophilic
Memperpanjang ke cairan
ekstraseluler dan ke sitosol
Polar areasof protein
Nonpolar areas of protein
Outside
Plasmamembrane
InsideTransporter Enzyme
activityCell surfacereceptor
Cell surface identity marker
Cell adhesion Attachment to thecytoskeleton
Karbohidrat membran
Berperan dalam pengenalan sel – kemampuan sel untuk membedakan sel yang satu dengan sel lainnya
- antigen
Penting pada perkembangan jaringan dan organ
Dasar pada penolakan sel asing oleh sistem imun
Transpor seluler
Passive transport – tidak memerlukan energi untuk memindahkan partikel.
Active transport – memerlukan energi untuk mentranspor partikel.
Pergerakan melintasi membran sel
Difusi
Pergerakan zat terlarut dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah
Transpor pasif : tidak memerlukan energi
osmosis
movement of water
Osmosis
Osmosis adalah diffusi air
Difusi air dari konsentrasi air tinggi ke konsentrasi air rendah
melalui membran semipermeabel
TRANSPOR AKTIF
Molekul-molekul dapat bergerak melawan gradien konsentrasiPerubahan bentuk, mentransport solute dari satu sisi membran ke yang lainnya r protein “pump”“costs” energy = ATP
conformational change
ATP
low
high
3. Struktur Membran plasma Gorter&Grendel (1925) Lipid sel
eritrosit punya 2 lapis mol lipid, dg sisi hidrofob berhadapan lurus satu dg lain Teori lipid bilayer
Ada 3 teori : a. Teori Lamelar ( Danielli&Davson,
1970) b. Teori Micelar( Heller&Hoffman, 1957) C.Teori Fluid Mosaik (1970)
4. Struktur khusus Membran plasma
Permukaan sel tertentu melakukan aktivitas fisiologis seperti:Sekresi,Transfortasi dll.,shg mengalami modifikasi membran plasma
a. Evaginasi membran plasma ( mikrofili pada epithel usus)
B. Invaginasi ( Septa pada sel yg yg transfort aktif) misal: ginjal)
Struktur khusus untuk pengenalan ( desmosoma, Hemidesmosom, desmosom septat, Zonula adheren, Interdigitasi, tight junction (zonula occludus), dan gap junction (nexus)
5.Fisiologi Membran plasma
M. Plasma berperan penting sbg pembatas tipis yang memisahkan internal dan eksternal. Sehingga tdp fungsi fisiologis sbg:
a. Permeabilitas : Impermeabilitas, Semipermeabel, Permeabel selektif dan,dialising
b. Osmosis: Eksosmosis, Endosomosis c. Difusi (transfort pasif) d. Transport aktif e. Transport aktif melalui porus f. Sistem Permease g. Endositosis : pinakositosis , pagositosis ( ultra
pagositosis dan kromopeksi) dan eksositosis : Emeiositosis/cell vomiting
6. Selaput ekstra membran plasma
A. Pada sel hewan - Struktur : membran basal, lamina basal, “ boundary layer”,
glykoprotein mantle, lamina eksterna, glikokalik
- Bennet(1963): glikokalik mrp glikoprotein & polisakarida yg menutup seluruh perm. sel, mempunyai rantai samping oligosakarida pd glikolipid & glikoprotein terbuka kearah perm. luar membran
- Pd gb. 6.3: membran plasma & Cell coat punya muatan (-) pd ujung asam, glikoprotein dan gangliosida mengikat ca2+ dan Na+
- Biosintesis glikoprotein: glikokalik tjd pd ribosom RE yg
mengalami glikosilasi di AG shg terbentuk cellcoat sbg produk sekretoris
- Fungsi glikokalik : sbg molekul recognition, filteration, maintenance of the microenvironment of the cell & antigenicity
6. Selaput ekstra membran plasma
B. Pada sel bakteri (Dinding sel) Ciri2 : - gram (+) lebih tebal ( 150-200Aº)dr gram (-) : 75- 120 Aº - lebih kompleks dr tumbuhan, yi. makromolekul
mukokomplek ( 2 gula sederhana: As. N-asetilglukosamin & N-asetil muramat dengan 3-4 as. amino: as. Glutamat, alanin, glisin, lisin) terikat dg ik.glikosida
- gram (+) = as. Teikoat dan mukokomplek - gram (-) = tdkada as. Teikoat dan sedikit mukokompleks,
tdp lipid (20-30%),protein dan polisakarida - dg ME = gram (-) terdapat beberapa lapis dinding sel
( Escherichia coli, lap. Paling luar mrp kompleks lipoprotein polisakarida yang berfungsi sebagai proteksi , mekanis dan bentuk bakteri
6. Selaput ekstra membran plasma
C. Pada sel tumbuhan (Dinding sel) - Mrp pelindung paling luar ( seluas membran
plasma bersifat kaku, memberi bentuk sel shg menentukan bentuk sel tumbuhan. Ex: parenkim, kolenkim dst.
- Struktur: tersusun dr selulosa (utama),hemiselulosa, pektin, lignin, kutin ( sendiri atau bersama selulosa), tdp juga mineral Ca & Mg
- Selulosa : ±3000 glukosa (rantai panjang), dimana sekumpulan selulosa (±100 mol) bersatu membentuk misel, mikofibril( 20 misel) tersusun paralel membentuk makrofibril dan terbentuk dinding sel
Dinding sel tumbuhan
- hemiselulosa : tdr dr monosakarida( arabinosa, xilosa, manosa, galaktosa, kadang2tdp pd makrofibril selulosa
- pektin : asam glukoronat, asam galakturonat - lignin : koniferil alkohol - kutin: asam lemak - kitin : polimer glukosamin
Dinding sel tumbuhan: Primer, Sekunder dan tersiera. Dindng Sel Primer : - lap. Paling luar, dibentuk pada waktu meristematis, tipis,
fermeabel, penyusun utama : selulosa (bisa dg yg lain). Pd tmb tertentu, tdp lignin dan suberin pd epidermis daun & batang. Bila ada kutin& lilin (mjd impermiabel). Pd yeast& fungi: tdr dr kitin
Dinding sel tumbuhan
b. Dinding Sel Sekunder: - terbentuk setelah dinding sel primer, tebal, permeabel,
terletak antara membran plasma dan dinding sel tersier - tersusun dari 3 lapisan konsentris, tdr dari makrofibril
selulosa, kadang2 tdp lignin ( interfibril) c. Dinding sel tersier
- pada tmb tertentu tdp dinding sel tersier yg beda dg dinding sel primer dan sekunder ( ditandai dg adanya xilan selain selulosa)
d. Lamela tengah - sebagai pengisi matriks interselular, tersusun dari :
pektin, lignin dan protein
Ultrastruktur dinding sel
Dg ME terlihat ada 2 bagian utama: a. mikrofibril selulosa ( tanpa hemiselulosa ) dan
pektin b. Matriks tempat mikrofibril berada
Pada dinding sel primer, mikrofibril tersebar Pada dinding sel sekunder, mikrofibril lebih
tebal tersusun paralel dan lebih padat Plasmodesmata: juluran sitoplasma, mrp
jembatan antara 2 sel bertetangga, shg tdp hub.sitoplasma berperan untuk sirkulasi interselular (nutrisi, gas,ion dan substansi lain)
Asal pembentukan dinding sel
Retikulum endoplasma dan Aparat Golgi, mikrotubul dll. Berperan dlm pembentukan dinding sel, yg mrp produk dr sitoplasma. Terbentuk segera setelah pembelahan sel
Proses: Pragmoplas( vesikula kecil dibentuk RE ),masih
dalam bentuk pragmosom bergerak ke bidang equator (fusi) membentuk lempeng sel , kemudian ditambahkan sekret AG & mikrotubul ( membentuk membran lempeng sel) pertamakali lamela tengah (pektin) tdp pd pusat lempeng, selanjutnya ditambahkan fibril pd kedua sisi, terbentuk dinding sel primer pada 2 sel anakan. Dibentuk membran plasma di bagian luar , setelah ditambahkan selulosa,hemiselulosa, pektin pada dinding sel primer maka terbentuk dinding sel sekunder
Pertumbuhan dinding sel
Pada Alga, pertumbuhan ditandai dg peluruhan bagian luar dan penambahan bagian dalam dgmateri baru
Pada tumbuhan tk. tinggi, fibril mengalami reorientasi dan pemanjangan, pgperm.dalam dibentuk fibril baru dg orientasi dan arah yg sama ( pertumbuhan sel tumbuhan diatur oleh hormon auxin)
Lignifikasi : struktur dinding sel stabil dg adanya lignin pada matriks sel. Proses ini diperlukan pd tumbuhan transisi dr perairanke daratan (evolusi)
Fungsi dinding sel : untuk kekuatan mekanis, sebagai rangka ( pada hewan = skeleton)
The periplasm is the “stuff” in that space,
- A hydrated gel including the PG- Binding proteins that aid in transport- Hydrolytic enzymes for breaking down large molecules- Chemoreceptor proteins that help direct swimming- Enzymes for synthesizing PG, OM
Must be in Gram + bacteria also.
Periplasm
Glycocalyx: capsules and slime layers“Sugar covering”: capsules are firmly attached, slime layers are loose.
Multiple advantages to cells:-prevent dehydration kapsul-absorb nutrients-protection from predators, WBCs sel-protection from biocides (as part of biofilms)-attachment to surfaces and site of attachment by others.
extends from cell surface.
contains odd sugars e.g. KDO.
Gln-P and fatty acids take the place of phospholipids.
Structure of LPS