Bab 10 Hubungan antara Biologi dan Biokimia Sel

1 o Hubungan antara Biologi dan Biokimia SelMakhluk hidup, yang tingkat kerumitannya berkisar dari bakteri sampaimanusia, terdiri dari sel. Arsitektur suatu sel sangat berperan dalam pengaturanaliran senyawa melalui urutan reaksi yang merupakan jalur biokimia. Gambaran arsitektur utama adalah membran sel yang memisahkan isi sel darilingkungan di sekitarnya dan berfungsi sebagai sawar selektif, hanya me-mungkinkan senyawa tertentu masuk ke dalam sel dan hanya senyawa tertentu ke-luar dari sel. Sel dibagi menjadi dua kelompok besar, prokariot dan eukariot, berdasarkanjenis membran yang dimiliki dan kompleksitas bahan genetiknya. Bab ini akan me-musatkan perhatian pada sel hewan (suatu jenis sel eukariotik). Namun, kami se-cara singkat akan menyinggung bakteri (sebagai contoh sel prokariotik) dan virusyang menginfeksi sel bakteri dan sel hewan. Sel bakteri, termasuk yang menginfeksi manusia, dikelilingi^oleh membran seldan dinding sel bagian luar. Walaupun bahan genetik, DNA, terkonsentrasi didaerah sel bakteri, bahan tersebut tidak terpisah dari sitoplasma oleh suatu mem-bran. Pada kenyataannya, bakteri tidak memiliki organel (struktur subsel yangterbungkus membran) seperti yang dijumpai pada sel eukariotik. Eukariot jauh lebih kompleks daripada prokariot. Sel eukariotik memiliki sistemmembran bagian dalam yang memisahkan berbagai bahan menjadi organel yangmemiliki fungsi tertentu. Organel tersebut adalah inti/nukleus (yang mengandungbahan genetik), mitokondria, retikulum endoplasma (halus dan kasar), kompleksGolgi, lisosom, dan peroksisom. Membran organel internal ini, seperti membransel, menentukan bahan mana yang masuk atau keluar dari bagian yang merekabungkus. Virus bukan merupakan sel yang benar-benar hidup, tetapi lebih merupakankumpulan bahan genetik yang dibungkus oleh suatu selubung protein atau mem-bran. Sementara sel dapat melipat-gandakan DNA sel dan membelah DNA selmenjadi sel-sel anak, virus tidak dapat bereproduksi secara bebas dari organismelain. Virus hidup hanya karena dapat melakukan parasitisasi sel hidup, menggu-nakan perangkat biokimia prokariot atau eukariot untuk menghasilkan keturunanvirus. Virus yang tumbuh dalam sel manusia dapat menimbulkan infeksi yang ke-parahannya bervariasi dari influenza sampai AIDS. Di Beatty k e m b a l i u n t u k p e m e r i k s a a n t i n d a k - l a n j u t k e d o k t e r n y a . I a m e l a - porkan bahwa kadar glukosa yang ia ukur pada darah kapiler dengandHHMM. m e n u s u k ujung jari berkisar antara 105 sampai 135 m g / d L setelah puasa se-m a l a m dan 2 j a m setelah makan (pascaprandial). Kadar glukosa darah 2-jam pasca-prandial, yang diperiksa pagi hari tersebut oleh laboratorium rumah sakit, adalah 145mg/dL. S e b e l u m Yves Topaigne d i t e r a p i d e n g a n a l o p u r i n o l , d o k t e r m e m b e r i n y a asam asetiltrimetilkolkisinat (kolkisin) untuk serangan gout (pirai) akut yang menyerang ibu jari kakinya. Setelah menelan total 3,6 m g kolkisindengan dosis terbagi dalam 6j a m , T n . Topaigne melaporkan bahwa nyeri berdenyutdi ibu jari kakinya telah sangat berkurang. Kemerahan dan pembengkakan juga tam-paknya telah sedikit berkurang.

BAB 10 / HUBUNGAN A N T A R A B I O L O G I DAN BIOKIMIA S E L 1 2 7 Ron Templeton m e m u l a i s u a t u p r o g r a m o l a h r a g a d a l a m u s a h a u n t u k t e r u s menurunkan berat badan dan meningkatkan tingkat kebugaran fisiknya. Se-• w a k t u jogging, i a m e n g a l a m i k e s e l e o d i p e r g e l a n g a n k a k i d a n p e r g i k eklinik kedokteran olahraga untuk berobat. Walaupun daya tahan olahraganya telaha g a k m e n i n g k a t , i a t e r u s m e r a s a c e p a t l e l a h s e t e l a h jogging, m e r a s a k e h a b i s a n n a p a sdalam 5 menit setelah m u l a i lari. Ia merasa agak kecewa dan meminta nasihat tambah-an mengenai program olahraganya. Ia juga bertanya proses sel apa yang akan terjadiselama proses penyembuhan ligamentumnya (ikat sendi tulang) yang kegeleo.MEMBRAN S E l | H l | :M I H .Semua sel terbungkus oleh suatu m e m b r a n sel, dan sel eukariotikjuga mengandungmembran intrasel yang mengelilingi organel subsel. Seperti diperlihatkan dalamG a m b a r 1 0 . 1 , m e m b r a n t e r d i r i d a r i s e b u a h l a p i s - g a n d a l e m a k (lipid bilayer) d e n g a nprotein terbenam d idalamnya. Lapis-ganda tersebut terutama terdiri dari fosfolipid,yang tersusun dengan kepala hidrofiliknya menghadap lingkungan cair di kedua sisimembran dan ekor asil lemak membentuk bagian tengah membran yang hidrofobik(Gbr. 10.2). Sebagian besar fosfolipid membran adalah fosfoasilgliserol. Selain fos-folipid, membran sel dapat mengandung sfmgolipid dalam j u m l a h yang lebih sedikit,terutama pada sel saraf hewan. Kolesteroljuga terdapat, tetapi hanya pada sel hewan.Membran sel hewan juga disebut membran plasma. Protein yang menembus m e m b r a n sel, dari satu sisi ke sisi lainnya, disebut proteinmembran integral. Protein yang terbenam hanya pada satu sisi membran disebut pro-tein perifer. Sebagian protein dan lemak juga mengandung karbohidrat rantai pendekdi sisi luar membran. Karena membran terdiri dari mosaik protein d a nlemak, d a nkarena komponen ini bebas berpindah-pindah d ibidang membran, membran disebutjuga mosaik cairan. (Sebagian protein terikat k eelemen struktural di bagian dalam selsehingga tidak dapat berpindah-pindah).Gbr. 10.1. S t r u k t u r dasar m e m b r a n sel h e w a n .

1 2 8 BAGIAN II/ DASAR-DASAR KIMIAWI D A N BIOLOGIS BIOKIMIA CH3 CH3 ~ K CH3-N-CH3 E CH3- N-CH3 AP \ CH, L ' ikatan rangkap CH2 CH, A 0 0 = P1 - 0 \" 0P 0= P - O \" L0 -1 A R 0 HC -NH H,C - C H - C H , ^ tf HOCH Cro CH, C= 0 cro HICI CH, C1H CH, CH, CH, CH, CH2 CHg CH, CH, CH, CH2 CH, CH, CH, CH, CH, CH, S\" CH, CH, E CHa C1H CH, CH, K CHj CHg CH, CH, 0 CH, CH. R CH, CH2 CH, CH2 CH, CH, H CH, CH, CH, CIIH 1 CH, CH, CH, CH RD CH3 CH, CH, CH, 0 CH3 CH, CH, 0F CH, CH, B CH, CH, 1 K CH, . CH, CH, CH, CH, CH, Sfingomielin CH3 CH3 - Fosfatidil- kolin G b r . 10.2. Sebagian fosfolipid pada membran sel. Fosfatidilkolin adalah suatu fosfoasilglise- rol, dansfingomielinadalah suatu sfingolipid. Ikatan rangkap menyebabkan rantai asil lemak melekuk. Protein membran memiliki bermacam-macam fungsi. Sebagian adalah enzim;se- bagian adalah protein transpor yang memindahkan bahan k edalam atau keluar sel; se- bagian adalah protein struktural yang mempengaruhi bentuk atau pergerakan sel; dan sebagian berperan mendeteksi molekul sinyal d ibagian luar seldan menyalurkan sinyal k ebagian dalam sel. .DNA Dinding PROKARIOT sel Prokariot adalah selyang hidup danbereproduksi secara bebas. D u a kelompok pro- Membran kariot yang utama adalah bakteri dansianobakteri (alga biru-hijau).Kita hanya akan sel membahas bakteri karena anggota kelas inim a m p u tumbuh d idalam tubuh manusia, menimbulkan infeksi yang berkisar dari keluhan saluran cerna sampai pneumonia.G b r . 1 0 . 3 . S t r u k t u r s e l b a k t e r i (Escherichiacoli). S e p e r t i y a n g d i t u n j u k k a n o l e h k a t a p r o k a r i o t {pro, s e b e l u m ; karyon, i n t i ) , s e l b a k - teri tidak mengandung inti. Pada kenyataannya, selini tidak memiliki organel subsel yang jelas. Sel bakteri memiliki suatu membran yang mengelilingisitoplasma (Gbr. 10.3). D i sebelah luar membran ini terdapat dinding selyang terdiri dari polisakarida rantai panjang yang membentuk perisai protektif di permukaan sel. Bahan genetik ( D N A ) terkonsentrasi dibagian tengah sel, yang dikenal sebagai nukleoid dan bukan nukleus karena tidak dipisahkan dari bagian sellainnya oleh suatu membran. Sel bakteri biasanya memiliki sebuah k r o m o s o m sirkular yang besar. Berlainan dengan seleukariotik, D N A k r o m o s o m ini tidak dirumitkan dengan histon. Protein dibentuk berdasarkan informasi dalam D N A ini melalui suatu proses yang serupa dengan yang terjadi pada seleukariotik (lihat Bagian III).

B A B 10 / H U B U N G A N A N T A R A BIOLOGI D A N B I O K I M I A SEL 1 2 9 Sel bakteri memperoleh zat gizi dari m e d i u m tempat mereka tumbuh. Sel bakterimemiliki jalur untuk memperoleh energi dari bahan bakar tersebut yang serupa de-n g a n y a n g d i j u m p a i p a d a e u k a r i o t . B a k t e r i , m i s a l n y a Escherichia coli, m e m i l i k i e n -zim siklus asam trikarboksilat ( A T K )dan komponen rantai transpor elektron, yangterletak di membran sel. Karena fokus buku ini adalah biokimia manusia, kami akan menjelaskan me-tabolisme prokariot hanya secara sepintas dan akan terutama berkonsentrasi pada seleukariotik.B e r b e d a d e n g a n p r o k a r i o t , e u k a r i o t {eu, b a i k ; karyon, i n t i ) m e m i l i k i m e m b r a n i n t e r -nal yang mengelilingi atau membungkus bahan subsel, dan menyusun bahan tersebutmenjadi kompartemen tersendiri yang disebut organel. Organel memiliki bermacam-m a c a m fungsi (Gbr. 10.4). Apabila sel dilisiskan dengan cara hanya merusak m e m -bran sel sedangkan membran bagian dalam utuh, struktur subsel ini dapat diisolasidan dipelajari (Gbr. 10.5). Bagian berikut menjelaskan berbagai organel dan komponen subsel lainnya padasel hewan. Tujuan penjelasan ini adalah untuk menguraikan garis besar hubunganstruktur subsel ini dengan fungsi biokimianya. INTIOrganel subsel paling besar pada sel hewan adalah inti (nukleus) (Gbr. 10.6). Inti dipi-s a h k a n d a r i b a g i a n s e l l a i n n y a ( s i t o p l a s m a ) o l e h s e l u b u n g i n t i (nuclear envelope),G b r . 10.4. S e l h e w a n d a l a m t i g a - d i m e n s i .

1 3 0 BAGIAN II / DASAR-DASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIA Homogenisasikan jaringan atau suspensi sei dengan menggerakkan alu yang tertutup rapat di dalam tabung ke atas ke bawah sementara alu tersebut berputar. Inti, mitokondria. lisosom. peroksisom. dan mikrosomPusing dengan kecepatan ~ 600 x g selama 10 menit Fraksi supematan (mengandung cairan ditambah komponen sel yang membentuk suspensi di dalamnya)Butir-butirinti (dan selyang tidakpecah) Pusing fraksi supernatan dengan kecepatan sekitar 10.000 x g selama 20 menit Butir-butir Pusing fraksi supernatan mitokondria. dengan kecepatan 100.000 x g lisosom, selama 60 menitdan peroksisom Fraksi supernatan a. Endapkan butir pada adalah sitosol gradien densitas sukrosa (molekul larut dan pusing (konsentrasi dan ribosom sukrosa meningkat dari bebas) atas ke bawah tabung) b. Organel mengendap di regio gradien yang setara dengan gradien organel Butir-butir mikrosom (retikulum endoplasma kasar dan halus yang telah mengalami fragmentasi dan telah terbungkus kembali membentuk vesikel-vesikel) Gbr. 10.5. S e n t r i f u g a s i d i f e r e n s i a l .

BAB 1 0 / HUBUNGAN ANTARA BIOLOGI DAN BIOKIMIA S E L 131yang terdiri dari dua membran. Membran sebelah luar pada selubung inti berhubung- Eukromatin Heterokromatina n d e n g a n r e t i k u l u m e n d o p l a s m a k a s a r d a n m e n g a n d u n g ribosom ( k o m p o n e n s u b s e lyang terlibat dalam sintesis protein). Terdapat pori-poriyang menembus kedua m e m - I — 3-10|Limbran selubung inti sehingga terjadi komunikasi antara isiinti (nukleoplasma) dan sito-plasma. Bahkan molekul besar misalnya R N A dan protein dapat melewati pori-poriini. Sebagian besar bahan genetik selterletak d i kromosom inti, yang terdiri dariD N A , protein kecil bermuatan positif dengan berat yang sama yang dikenal sebagaihiston, dan protein lain dalam jumlah bervariasi. Kompleks nukleoprotein ini disebutkromatin. Gen, yang terdiri dari D N A , mengarahkan proses sintesis protein. R N Amessenger d i t r a n s k r i p s i k a n d a r i D N A d a n b e r g e r a k m e l a l u i p o r i - p o r i i n t i k e d a l a m s i -t o p l a s m a , t e m p a t R N A t e r s e b u t m e n g a l a m i t r a n s l a s i p a d a ribosom o l e h s u a t u p r o s e syang menghasilkan protein. Ribosom dibentuk di dalam nukleolus dan kemudianbergerak melewati pori-pori inti menuju sitoplasma. Replikasi, transkripsi, translasi,dan pengaturan proses ini adalah fokus utama biologi molekular (lihat Bagian III). MITOKONDRIA (DNA + histon bagian luar dan protein lain) (menyatuMitokondria adalah organel yang menghasilkan sebagian besar energi kimia yang dengan R E R )diperlukan oleh sel eukariotik. Setiap mitokondria dibungkus oleh sebuah selubungyang terdiri dari sebuah membran bagian luar dan sebuah membran bagian dalam. G b r . 10.6. Inti. M i k r o g r a f elektron (alas):Membran bagian dalam membentuk invaginasi yang dikenal sebagai krista, dan ba- gambar tiga-dimensi (bawah).han yang dibungkus oleh membran bagian dalam dikenal sebagai matriks (Gbr. 10.7). Tahap akhir oksidasi bahan bakar dan sebagian besar perubahan energi bahanbakar menjadi A T P berlangsung dimitokondria. Enzim siklus asam trikarboksilat,yang bertanggung jawab untuk tahap akhir oksidasi bahan bakar, hanya ditemukan dimitokondria, dan komponen rantai transpor elektron terdapat di membran mitokon-dria bagian dalam. Siklus asam trikarboksilat dan rantai transpor elektron dijelaskansecara lebih rinci di Bagian I V . Mitokondria mengandung D N A . Mitokondriadapat bereproduksi dengan meli-patgandakan D N A dan kemudian terbagi menjadi dua. Pembelahan mitokondria tidakbersamaan dengan pembelahan sel. D N A mitokondria digunakan untuk mensintesisprotein didalam organel. Namun, banyak protein mitokondria dikodekan oleh geni n t i , d i s i n t e s i s d i ribosom s i t o p l a s m a , d a n k e m u d i a n d i m a s u k k a n k e d a l a m m i t o k o n -dria melaluiproses yang rumit. RETIKULUM ENDOPLASMA Mitokondna memiliki banyak ke- samaan ciri dengan sel pro-Retikulum endoplasma ( R E ) adalah suatu jalinan tubulus membranosa di dalam sel kariotik dan, pada kenyataan-( G b r . 1 0 . 8 ) . S e b a g i a n d a r i j a l i n a n i n i d i t a t a h o l e h ribosom d a n d i s e b u t r e t i k u l u m e n - nya, mungkin berasal pada zaman purbad o p l a s m a k a s a r ( r o u g h endoplasmic r e t i c u l u m , R E R ) . S i s a n y a t i d a k m e m i l i k i ribo- sewaktu eukariot anaerobik memakans o m d a n d i s e b u t r e t i k u l u m e n d o p l a s m a h a l u s (smooth endoplasmic r e t i c u l u m , S E R ) . prokariot aerobik dan membentuk hubung- an simbiotik. Prokariot ini memberi R E R dan S E R memiliki sejumlah fungsi. R E R dan S E R memiliki enzim yang ter- eukariot mekanisme yang lebih efisien da-libat dalam metabolisme lemak. Glikogen disimpan di daerah sel hati yang kaya akan lam mengoksidasi bahan bakar untukRER. S E R mengandung enzim oksidatif yang menggunakan P450 sitrokromdan ter- memperoleh energi.libat dalam pembentukan senyawa, misalnya hormon steroid, dan dalam metabolismeobat serta bahan kimia toksik laiimya. R E R terlibat dalam sintesis jenis protein tertentu. Ribosom, yang melekat k emembran R E R , menyebabkan R E R tampak \"kasar.\" Protein, yang dihasilkan pa-d a ribosom i n i , m a s u k k e d a l a m l u m e n R E R , b e r p i n d a h k e k o m p l e k s G o l g i d a l a mvesikel, dan kemudian disekresikan dari sel, mengalami sekuestrasi (terasing) di da-lam organel yang terbungkus membran misalnya lisosom, atau tertanam di membransel.

i 32 B A G I A N I I / D A S A R - D A S A R K I M I A W I D A N B I O L O G I S B I O K I M I A Ron Templeton diperiksa d a n KOMPLEKS GOLGI keseleo pada ligamentum per- gelangan kakinya dianggap ri- Kompleks Golgi terlibat dalam modifikasi protein yang dihasilkan di R E R dan dalamngan, la diberi balutan penyangga d a n distribusi protein ini ke bagian lain sel atau ke bagian luar sel. Kompleks Golgi terdiritongkat ketiak serta diminta menghindari dari tumpukan melengkung vesikel gepeng yang terletak di dalam sitoplasma (Gbr.tekanan beban penuh selama 10 hari. 10.9). Protein yang dihasilkan diR E R berpindah dalam vesikel menuju permukaan k o n k a f / c e k u n g ( d i s e b u t p e r m u k a a n sis) k o m p l e k s G o l g i , m a s u k k e d a l a m l u m e n t e m - Seorang ahli faal olahraga memeriksa pat karbohidrat yang ditambahkan dalam R E R mengalami modifikasi atau diperpan-status program pengkondisian Ron d a n jang. Protein yang mengalami glikosilasi ini atau glikoprotein kemudian dikemasmenyimpulkan bahwa cepatnya ia merasa dalam vesikel. Glikolipid juga dibentuk di dalam kompleks Golgi. Vesikel yang dibe-ielah mengisyaratkan bahwa jadwal latih- b a s k a n d a r i p e r m u k a a n k o n v e k s / c e m b u n g ( p e r m u k a a n trans) k o m p l e k s G o l g i d a p a tan untuk m e n a m b a h daya tahan harus di- bergerak menuju membran sel. Setelah fusi membran vesikel dan membran sel, pro-tingkatkan, ladiberitahu bahwa semakin tein didalam vesikel dapat dilepaskan k eruang ekstrasel melalui suatu proses yangsering dan semakin lama olahraga aerobik dikenal sebagaj^eksositosis (Gbr. 10.10). Sewaktu membran vesikel dan membran selyang dilakukan maka kecepatan pemben- berfusi, glikoprotein atau glikolipid yang terikat dalam membran vesikel tetap beradatukan mitokondria baru di dalam sel-sel di membran sel.otot rangkanya akan meningkat. Akibat-nya, iadapat menghasilkan A T P lebih ce- Fungsi lain vesikel Golgi adalah untuk membawa protein yang sesuai, yang disin-pat dan akan m a m p u berlari lebih l a m a tesis d i R E R , k ebagian sel tempat protein tersebut menjadi bagian dari organel m i -sebelum menjadi lelah. salnya lisosom.^ Kata sifat \"mikrosomal\"-kadang- LISOSOM kadang digunakan untuk mene- rangkan proses yang berlang- Lisosom, organel sitoplasma yang ukurannya serupa dengan mitokondria kecil, terli-sung di d a l a m retikulum e n d o p l a s m a ( R E ) . bat dalam pencemaan intrasel. Lisosom terbungkus oleh membran tunggal yangKata iniberasal dari biologi sel eksperi- memiliki pompa proton untuk menjaga p H internal mendekati 5. Lisosom mengan-mental. Apabila sel dipecahkan di labora- dung enzim, disebut hidrolise asam, yang bekerja pada pH asam untuk mencernakantorium, E Rakan terfragmentasi menjadivesikel-vesikel yang disebut \"mikrosom.\"Mikrosom sebenarnya tidak ditemukan didalam sel. Membran bagian luar Retikulum endo- Matriks plasma halus (SER) Membran bagian dalam melipat-lipat membentuk kristaRibosom \ Retikulum endo- 1 f.im y plasma kasar / (RER) / Membran / ' bagian luar \ MatriksGbr. 10.8. A . R e t i k u l u m e n d o p l a s m a halus. B . Membran bagian dalamRetikulum endoplasma kasar. A d a nB adalah melipat-lipat membentuk kristagambaran mikrograf elektron. D itengah ada-lah gambar tiga-dimensi. Gbr. 10.7. M i t o k o n d r i a . M i k r o g r a f elektron (atas); g a m b a r tiga-dimensi (bawah).

B A B 10 / H U B U N G A N A N T A R A B I O L O G I D A N B I O K I M I A S E L 133Gbr. 10.10. Eksositosis. ^ Gbr. 10.9. K o m p l e k s G o l g i . M i k r o g r a f elek- tron (atas); gambar tiga-dimensi (bawah).Protein Polisakarida Lisosom Triasilgiiserol Fosfoasilgiiserol DNA & RNA k Diasilgiiserol Nukleotida Monoasiigliserol \Asam amino Monosakarida Nukleosida Fosfat Asam lemak Gliserol Fosfat Molekul inorganik inorganik gugus ujung (P.) (Pi) (kolin. dll) mw^ Timbunan di dalam sitoplasmaGbr. 10.11. Pencernaan d i dalam lisosom.

I 34 BAGIAN II / DASAR-DASAR KIMIAWI DAN BIOLOGIS BIOKIMIA Peningkatan kadar asam urat FagositosisV Pinositosis ^ - dalam darah Yves Topaigne menyebabkan pengendapan Lisosomkristal mononatrium urat di ruang sendipada ibu jari kaki kanannya. Sel fagositik Golgiberusaha untuk mencemakan benda asing \"'^^^'\"S^Mitokondnonini. Namun, ukuran dan sulitnya kristal inidicema menyebabkan fagosit pecah, me-lepaskan enzim lisosomnya ke dalam ru-ang sendi. Enzim ini kemudian mence-tuskan reaksi peradangan akut di jaringankapsul sendi (sinovitis), yang menimbul-kan gejala dan tanda khas untuk artritisgout (pirai) akut. \ - Autofagosom G b r . 10.12. Fagositosis, p i n o s i t o s i s , d a n a u t o f a g i .•^ Pergelangan kaki Ron Temple- semua jenis biomolekul, termasuk lemak, protein, polisakarida, danasam nukleat ton sembuh karena sel-sel fa- (Gbr. 10.11). Dihasilkan asam amino dari protein, monosakarida dari polisakarida, gositik masuk ke daerah yang dan nukleotida dari asam nukleat. Fosfatase asam mengeluarkan fosfat inorganik dari senyawa organik, misabiya nukleotida. Asam lemak dikeluarkan dari monogliserol,cedera dan menelan serta mencema ba> digliserol, dan triasilgiiserol, dan fosfat dari fosfolipid. Produk pencemaan lisosom kembali ke sitosol. Dengan demikian, lisosom terlibat dalam daur ulang bagian kom-han sisa yang terbentuk akibat cedera. ponen molekul besar dalam sel, sehingga bagian tersebut dapat digunakan kembali.Autofagi pada sel yang rusak, tetapi masih Membran lisosom tidak dapat ditembus baik oleh enzim lisosom maupun molekul besar dalam sitoplasma yang berfungsi sebagai substrat. Oleh karena itu, pada kea-hidup, memungkinkan sel tersebut pulih, daan normal, membran lisosom melindungi sel dari proses pencemaan diri sendiri. Namun, pada keadaan tertentu yang menyimpang, membran pecah dan enzim bocormemperoleh kembali bentuk dan fungsi- dari lisosom, menimbulkan autodigesti.nya yang normal. Sejumlah mekanisme berperan menyebabkan substrat dan enzim lisosom berkon- tak satu sama lain (Gbr. 10.12). Partikel ekstrasel yang besar, misahiya bakteri atau ragi, dapat ditelan dandicema oleh seldalam suatu proses yang dikenal sebagai f a g o s i t o s i s (phago, m a k a n ) . S e l f a g o s i t i k u t a m a a d a l a h m a k r o f a g d a n l e u k o s i t p o l i - morfonukleus. Proses fagositosis berawal saat partikel besar mendekati membran sel. Banyak partikel, misalnya bakteri dan ragi, sebenamya berikatan dengan reseptor di permukaan luar sel, dan kompleks partikel-reseptor (ligan-reseptor) bergerak menuju l u b a n g b e r s e l u b u n g (coatedpits) ( b a g i a n y a n g r e n d a h p a d a p e r m u k a a n s e l y a n g m e - ngandung protein klatrin (clathrin) d ibawah membran}. D a l a m suatu proses yang dikenal sebagai endositosis, membran sel melakukan invaginasi dan terjepit lalu terle- p a s (pinched-off) u n t u k m e m b e n t u k v e s i k e l f a g o s i t i k d i d a l a m s e l . M e m b r a n v e s i k e l ini kemudian berfusi dengan membran Usosom, dan enzim lisosom bercampur dengan isi vesikel, yang sekarang disebut lisosom sekunder, dan terjadilah pencemaan. Fusi membran vesikel dan membran lisosom ini memastikan bahwa enzim lisosom tetap aman berada di dalam kompartemen terbungkus membran di dalam sel. Banyak liso-

B A B 1 0 / H U B U N G A N A N T A R A B I O L O G I D A N B I O K I M I A S E L 1 35som dapat berfusi dengan vesikel endositik tunggal. Proses flisi ini telah berhasil di- • Fagositosis, temtama terletak direkam didalam film, dan mirip dengan suatu sasaran d i darat yang tertembak oleh limpa tetapi juga di hati, menge-kumpulan bom. luarkan 300.000 j u t a (3 x 10^*) Mekanisme serupa (lihat Gbr. 10.12) menyebabkan endositosis dan pencemaan sel darah merah dari sirkulasi setiap hari.partikel ekstrasel yang berukuran lebih kecil, misalnya protein. Dalam hal ini, prosest e r s e b u t d i s e b u t p i n o s i t o s i s {pino, m i n u m ) . Setiap jam, sekitar empat mito- kondria di setiap sel hati menga- Bahan intrasel juga dapat dicema oleh proses yang dikontrol secara cermat yang lami degradasi oleh proses auto-dikenal sebagai autofagi (\"makan-sendiri\") (lihat Gbr. 10.12). Dalam hal ini, selmembentuk suatu membran mengelilingi komponen subsel yang akan dicema, dan fagi sel.membran lisosom berfusi dengan membran ini sehingga terjadi pencemaan kompo-nen yang bersangkutan. •O Defek genetik pada enzim liso- som dapat menimbulkan penim- Seperti diperlihatkan dalam Tabel 10.1,lisosom adalah pusat dari berbagai fungsi bunan abnormal badan residualtubuh, yang semuanya terlibat dalam pengeluaran bahan yang tidak diinginkan. Ba-nyak dari fungsi tersebut melibatkan fagosit, sel yang memiliki fungsi khusus untuk yang dapat sedemikian hebat sehinggafagositosis dan pencemaan. Fagosit menelan mikroorganisme patogenik, misalnyabakteri dan ragi, sehingga berperan dalam pertahanan tubuh terhadap infeksi. Sel ini fungs)i normal sel terganggu. Penyakit ge-juga membersihkan kotoran sisa luka dan sel yang mati sehingga mempercepatpenyembuhan. Sel yang msak, tetapi masih hidup, pulih sebagian karena menggu- netik misalnya mukopolisakaridosis, pe-nakan autofagi untuk membuang komponen yang msak. nyakit Tay-Sachs, dan penyakit Pompe Fagositosis dan autofagi juga terlibat dalam proses normal d idalam tubuh, m i -salnya dalam pembentukan kembali (remodelling) yang terjadi sewaktu suatu ja- disebabkan oleh tidak adanya atau defisi-ringan melakukan fungsi bam dan selama involusi, proses di mana jaringan kembalike keadaan semula setelah fungsi b a m tersebut tidak lagi diperlukan. Misalnya,se- ensi enzim lisosom spesifik.lama kehamilan, payudara memiliki kapasitas membentuk air susu (laktasi), dan sete-lah bayi disapih, payudara kembali ke keadaan normal. Senyawa Fagositosis berperan dalam membuang sel tubuh yang memiliki masa hidup yang O2 Reaksi oksi-lebih singkat daripada usia organisme keseluruhan. H2O2J datiflain Setelah enzim lisosom mencema isilisosom sekunder dan produk telah keluar darimembran dan bergabung dengan kelompoknya masing-masing dalam sitoplasma sel,bahan yang tidak dapat dicema dapat tetap tinggal. Vesikel terbungkus membran yangmengandung bahan yang tidak dapat dicema ini dikenal sebagai badan residual. Se-bagian sel dapat mengeluarkan bahan ini melalui proses eksositosis, tetapi pada ba-nyak sel badan residual menumpuk seiring dengan pertambahan usia. PEROKSISOMPeroksisom adalah organel sitoplasma, yang ukurannya sama dengan lisosom, yangterlibat dalam reaksi oksidatif menggunakan oksigen molekular (Gbr. 10.13). Reaksiini menghasilkan hidrogen peroksida (H2O2), suatu bahan kimia yang sangat toksik,yang untungnya digunakan dalam peroksisom untuk reaksi oksidatif lain atau diurai-kan oleh enzim katalase menjadi air dan oksigen molekular. Salah satu tugas peroksi-som adalah mengoksidasi asam lemak rantai sangat panjang (mengandung 2 0 atomkarbon atau lebih) menjadi asam lemak dengan rantai yang lebih pendek, yang kemu-dian dibawa kemitokondria untuk oksidasi sempuma. katalaseTabel 10.1. Fungsi LisosomDestruksi agen infeksiosa. misalnya bakteri dan ragi Senyawa O2 H2OPemulihan dari cedera yangPerribentukan kembali ^lemode/Z/fig; jaringan teroksidasiInvolusi jaringanPertukaran normal sel dan organel Gbr. 10.13. Jenis r e a k s i d a l a m p e r o k s i s o m .

136 B A G I A N I I / D A S A R - D A S A R K I M I A W I D A N B I O L O G I S B I O K I M I AMikrofilamen Mikrotubulus KOMPONEN SITOPLASMA NONMEMBRANOSA Sitoskeleton Kompleks susunan organel subsel tersebar di seluruh sel dalam suatu susunan yang diatur oleh sitoskeleton. Sitoskeleton tersusun dari protein. Komponen utama sito- skeleton, filamen aktin dan mikrotubulus (Gbr. 10.14), berperan dalam memperta- hankan bentuk selserta menghasilkan gerakan sel dansubsel. Filamen aktin ber- kombinasi dengan protein miosin untuk menghasilkan gerakan, misalnya kontraksi otot rangka. ^Aktin Mikrotubulus terdiri dari susunan protein yang mengalami polimerisasi yang dise- Hetero- but tubulin. Unit-unit tubulin bersambungan atau terlepas dari ujung mikrotubulus, dimer tubulin menyebabkan mikrotubulusmemanjang atau memendek. Mikrotubulus bertanggung 8 nm jawab terhadap bentuk dan gerakan silia dan flagela, tonjolan sel mirip rambut yang 24 nm bergerak dengan gerakan memukul atau memecut.Gbr. 10.14. M i k r o f i l a m e n dan m i k r o t u b u l u s . Mikrotubulus juga bertanggung jawab terhadap gerakan organel di dalam sel, ter- masuk distribusivesikel transpor dari kompleks Golgi. Mikrotubulus juga penting un- t u k p e m b e l a h a n s e l , m e m b e n t u k a p a r a t u s g e l e n d o n g (spindle apparatus). Polisom P o l i s o m t e r b e n t u k o l e h p e r l e k a t a n r i b o s o m k e R N A messenger s e l a m a p r o s e s t r a n s - l a s i p r o t e i n ( G b r . 1 0 . 1 5 ) . B a n y a k r i b o s o m y a n g d a p a t m e l e k a t k e R N A messenger tunggal, dan masing-masing ribosom menghasilkan sebuah protein. Polisom ini dapat berada bebas didalam sitoplasma atau terikat ke R E R .• Cairan atau mukus didorong di Sitosol atas permukaan sel epitel bersi- lia oleh gerakan m e m u k u l silia Bahan larut sitoplasma, yang tetap berada dalam larutan setelah pemusingan dengan kecepatan sangat tinggi (100.000 x g selama 1 j a m ; lihat Gbr. 10.5), disebut sitosol.yang terkoordinasi. Sebuah sel sperma Namun, sitosol bukan semata-mata suatu cairan inert (lembam); sitosol mengandung banyak zat antara metabolisme yang penting dan juga enzim serta kofaktor untuk ba-berenang denganmenggunakan flagelum. nyak jalur metabolisme penting misalnya glikolisis dan biosintesis asam lemak dan protein. Yves Topaigne d i b e r i k o i k i s i n , TRANSPOR MELINTASI MEMBRAN suatu obat yang sering digu- nakan untuk mengobati gout (pi- Membran membentuk sawar hidrofobik mengelilingi sel atau organel sel yangrai). Salah satu efeknya adalah untuk mencegah bahan polar masuk atau keluar. N a m u n , untuk bertahan hidup, sel dan or-mencegah aktivitas fagositik dengan beri- ganel harus berinteraksi dengan lingkungan yang terus-menerus berubah, menyerapkatan dengan dimer subunit a dan p tubu- bahan eksternal dan mengeluarkan bahan internal. Masalah ini dipecahkan melaluilin. S e w a k t u k o m p l e k s dimer tubulin-kolkisin berikatan dengan mikrotubulus, Polipeptidapolimerisasi mikrotubulus selanjutnya di- yang sedang tumbuhhambat. Mikrotubulus secara terus-me-nerus mengalami polimerisasi dengan pe- mRNA 5 * - - > Ribosomnambahan dimer tubulin d a n depolime-risasl dengan pelepasan dimer. Apabila Gbr. lt).15. P o l i s o m .polimerisasi dihambat oleh koikisin, d6po-limerlsasi menjadi predominan, dan mikro-tubulus terurai. Karena mikrotubuluspenting untuk fagositosis, koikisin meng-hambat proses inisehingga mencegahrespons peradangan yang timbul sewaktufagosit berusaha mencerna kristal urat.

B A B 10 / H U B U N G A N A N T A R A B I O L O G I D A N B I O K I M I A S E L 137 Molekul yang dipindahkan Transpor pasif Transpor aktif EndositosisGbr. 10.16. M e k a n i s m e transpor.mekanisme transpor yang secara selektif mengizinkan bahan tertentu melewati m e m - Konsentrasibran (Gbr. 10.16). Mekanisme initerdiri dari difusi sederhana, termasuk lewatnya ba- tinggihan, baik secara langsung melalui membran atau melalui pori atau saluran membran,dan difusi (dengan) fasilitasi, yang melibatkan protein pembawa (carher) yang dike-nal sebagai transporter. Difusi sederhana danfasilitasi adalah contoh transpor pasif.Bahan bergerak mengikuti gradien kimia dari daerah dengan konsentrasi yang lebihtinggi ke daerah dengan konsentrasi yang lebih rendah dan/atau mengikutigradien lis-trik dari daerah dengan konsentrasi substrat bermuatan serupa yang lebih tinggi (atausubstrat bermuatan berlawanan yang lebih rendah) kedaerah dengan konsentrasi sub-strat bermuatan serupa yang lebih rendah (atau substrat bermuatan berlawanan yanglebih tinggi). Transpor aktif melibatkan gerakan suatu bahan melawan gradien elektrokimianyamelalui suatu proses yang memerlukan energi. Molekul yang sangat besar bergerakmelintasi membran melalui proses endositosis daneksositosis yang telah dijelaskansebelumnya.Difusi Sederhana Konsentrasi rendahMolekul kecil yang tidak bermuatan (misalnya O2,C O 2 , dan H2O) dan bahan larut- Gbr. 10.17. Difusi sederhana.lemak (misalnya hormon steroid) melintasi membran dengan difusi sederhana (Gbr.10.17). Saluran yang terbentuk oleh protein integral dapat secara selektif memperke-nankan suatu bahan lewat, bergantung ukuran dan muatannya (Gbr. 10.18). Saluranini dapat memiliki pintu/gerbang, yaitu dapat terbuka atau tertutup sebagai responsterhadap perubahan voltase atau pengikatan molekul pengatur.Protein Transporter Konsentrasi tinggiProtein transporter terlibat baik dalam fungsi transpor pasif maupun aktif dengan Konsentrasimengikat bahan spesifik disalah satu sisi membran dan mengalami perubahan kon- rendahformasi yang memungkinkan bahan dipindahkan dan dilepaskan ke sisi membranyang lain. Kemudian transporter kembali k e konformasinya semula dansiap untuk Gbr. 10.18. Saluran m e m b r a n .pemindahan berikutnya (Gbr. 10.19). Protein transporter berlaku sangat mirip denganenzim (Gbr. 10.20). Protein transporter memiliki tempat spesifik yang secara selektifberikatan dengan bahan tertentu. Apabila tempat pengikatan pada semua proteintransporter telah ditempati, sistem mengalami kejenuhan dan kecepatan transporm e n c a p a i plateau/m?iSd, s t a b i l ( k e c e p a t a n m a k s i m u m ) . I n h i b i t o r a d a l a h b a h a n y a n gmencegah transpor dengan menghambat tempat pengikatan atau dengan berinteraksidengan protein transporter, yang menyebabkan terjadi perubahan konformasi se-hingga protein tersebut kurang berfungsi.

1 38 B A G I A N I I / D A S A R - D A S A R K I M I A W I D A N B I O L O G I S B I O K I M I A Difusi yang diperantarai oleh pembawa Konsentrasi tinggi Konsentrasi molekul • Konsentrasi yang dipindahkan rendabGbr. 10.20. Saturasi protein transporter. Gbr. 10.19. Kerja protein transporter—transpor pasif. Hantaran (konduksi) impuls di Cairan Konsentrasi sepanjang sel saraf adalah sa- ekstrasel tinggi lah satu contoh proses yang ber-gantung pada difusi pasif ion melintasi G b r . 10.21. T r a n s p o r a k t i f Konsentrasisaluran berpintu. Misalnya, sel saraf rendahmemiliki saluran Na* berpintu-voltase,yang terbuka sebagai respons terhadap Sitoplasmapenurunan gradien listrik melintasi mem-bran (depolarisasi). Sebagian sel sarafjuga memiliki saluran Na* yang tidak pekaterhadap voltase tetapi terbuka apabilaberikatan dengan neurotransmiter ase-tilkolin. Hidrolisis asetilkolln berikutnyamenyebabkan saluran ini menutup. Transpor Pasif dan Aktif•O Defisiensi insulin Di Beatty Transpor pasif terjadi apabila suatu bahan melintasi membran mengikuti penurunan mempengaruhi transpor glukosa gradien elektrokimia. Transpor jenis ini mungkin atau mungkin tidak diperantarai ke dalam sel otot dan sel adi- oleh suatu protein. Pada transpor aktif, sel menggunakan energi untuk memindahkan bahan dan mampu memompa melawan gradien elektrokimia (Gbr. 10.21). Energiposa. Dalam keadaan normal, insulin me- m u n g k i n diperoleh dari hidrolisis A T P atau dari gerakan elektron. Transpor aktif se- lalu diperantarai oleh protein.rangsang sintesis transporter glukosa di CONTOH SISTEM TRANSPOR PASIF DAN AKTIFdalam sel otot dan sel adiposa dan mena- Sebagian besar sel mengambil glukosa melaluimekanisme pasif. Konsentrasi glukosariknya ke membran sel. Apabila Di Beatty d i d a l a m c a i r a n e k s t r a s e l tinggi d i b a n d i n g k a n d e n g a n k o n s e n t r a s i d i d a l a m s e l , t e m p a t glukosa dengan cepat mengalami metabolisis. Oleh karena itu, glukosa bergeraktidak menyuntikkan insulinnya, konsen- mengikuti penurunan gradien kimianya. A D P secara pasif dipindahkan ke dalam m i - tokondria urituk dipertukarkan dengan A T P , dan Cl\"dipindahkan k edalam sel darahtrasi transporter glukosa di membran sel merah untuk dipertukarkan dengan suatu protein.otot dan sel adiposa akan menurun. Ren- Konsentrasi Na^ dan K ^ di dalam cairan intrasel dan ekstrasel dipertahankan oleh suatu sistem transpor aktif, Na^,K^-ATPase (Gbr. 10.22). Na^,K^-ATPase bertang-dahnya kecepatan aliran glukosa masuk gung jawab terhadap sekitar sepertiga kebutuhan energi basal manusia.ke dalam sel-sel tersebut akan menyebab- TRANSPOR AKTIF SEKUNDERkan kadar glukosa darah Di meningkat. Transpor aktif sekunder terjadi apabila suatu bahan dipindahkan melawan gradien elektrokimianya dandigabungkan dengan pemindahan bahan lain mengikuti pe-CH Glikosida jantung (steroid kar- ^ dtotor^ ouabain adalah obat • yang fnenghambat pompaNa*,K* nl^elalui persamgan merebut tempatpengikatan K*.

B A B 10 / H U B U N G A N A N T A R A B I O L O G I D A N B I O K I M I A S E L 139 Cairan 2 ekstrasel 3 Na^3 Na* ATP ADP p, 2 SitoplasmaGbr. 10.22. N a \ K ^ - A T P a s e . T i g a i o n n a t r i u m b e r i k a t a n d e n g a n p r o - ekstrasel. Defosforilasi protein pembawa menyebabkan perubahan konformasi lain, dan ion kalium dilepaskan d ibagian dalam membrantein transporter disisi sitoplasma membran. Sewaktu A T P mengalami sel. Protein transporter kemudian kembali k e konformasinya semula,hidrolisis menjadi A D P , protein pembawa terfosforilasi dan menga- siap untuk mengikat ion natrium lain.lami perubahan konformasi yang menyebabkan ion natrium dilepaskanke dalam cairan ekstrasel. K e m u d i a n d u aion k a l i u m berikatan d i sisiGbr. 10.23. Transpor aktif sekunder glukosa. Satu ion natrium berikatan dengan protein pem-bawa di membran luminal, merangsang pengikatan glukosa. Setelah perubahan konformasi,protein melepaskan Na^ dan glukosa ke dalam sel dan kembali ke konformasinya semula.N a \ K * - A T P a s e di membran basolateral memompa Na^ melawan gradien konsentrasinya kedalam cairan ekstrasel. Dengan demikian, konsentrasi Na^ di dalam sel rendah, dan Na* ber-gerak dari lumen mengikuti penurunan gradien konsentrasinya ke dalam sel dan dipompa mela-wan gradien ke dalam cairan ekstrasel. Akibamya, glukosa bergerak melawan gradien konsen-trasinya dari lumen ke dalam sel dengan menggunakan protein pembawa yang sama sepertiNa* Kemudian glukosa bergerak mengikuti penurunan gradien konsentrasinya ke dalam cairanekstrasel pada protein transporter pasif.nurunan gradien elektrokimianyayang dibentuk dan dipertahankan oleh transpor ak-tif primer. Salah satu contoh adalah pemindahan glukosa k e dalam sel tubulusproksimal ginjal atau epitel usus bersama dengan ion natrium (Gbr. 10.23). Sel inimenciptakan gradien dalam Na* dan kemudian menggunakan gradien iniuntuk men-dorong transpor glukosa dari lumen k edalam sel melawan gradien konsentrasi.Translokasi GugusTranslokasi gugus terjadi apabila bahan yang dipindahkan mengalami modifikasi se-cara kimia oleh sistem transpor. Bahan terikat lebih erat k e transporter sebelummengalami modifikasi. Setelah modifikasi, ikatan tersebut menjadi lebih lemah se-hingga bahan lebih mudah dilep&skan. Siklus y-glutamil yang memindahkan asamamino ke dalam jenis sel tertentu adalah salah satu contoh mekanisme translokasi gu-gus (Gbr. 10.24).

t 40 B A G I A N I I / D A S A R - D A S A R K I M I A W I D A N B I O L O G I S B I O K I M I A Protein permukaan iGlutatlon Y-Glutamilsistein Y-glutamlK^^r-: : g Glisin A transpeptidase ^ DNA ° ^ S i s t e iBninl llglglljijsin di bagian dalam Sistein Asam Y-glutamilamino es 5 - OksoprollnLapis-ganda »_i . Protein 7^ pemiukaanlemak v^-*-'-^ A T P ADP + P| Asam amino Gbr. 10.24. S i k l u s y - g l u t a m i l . G l u t a t i o n a d a l a h s u a t u t r i p e p t i d a , y - g l u t a m i l s i s t e i n i l g l i s i n . G l u - tation berikatan secara kovalen dengan asam amino. Residu sistein dan glisin pada glutation di- lepaskan, dandihasilkan asam y-glutamilamino, yang kemudian diuraikan dan membentuk asam amino bebas serta 5-oksoprolin. 5-Oksoprolin diubah menjadi glutamat, yang bereaksi dengan sistein. Produknya, y-glutamilsistein,k e m u d i a n bereaksi dengan glisin untuk m e m b e n - RNA tuk kembali glutation dan menyelesaikan siklus. Sisi sebelah kiri gambar memperlihatkan transpor asam amino, d a nsisi kanan memperlihatkan resintesis glutation. Perhatikan bahwaB Virus influenza proses ini memerlukan 3 A T P . -100 nm- HGbr. 10.25. S t r u k t u r v i r u s . A . A d e n o v i r u s , s u - yiRUSatu virus yang mengandung D N A . B. V i r u s i n -fluenza, suatu virus yang mengandung R N A . Virus adalah paket bahan genetik yang menyerang sel hidup. Virus terutama terdiri dari D N A atau R N A yang dibungkus oleh suatu selubung protein atau membran, wa- laupun sebagian dari virus besar memiliki struktur yang lebih rumit (Gbr. 10.25). V i - rus tidak dapat berkembang biak sendiri. Virus menyuntikkan bahan genetiknya ke dalam sel, dan menyita perangkat yang mensintesis D N A , R N A , dan protein sel pe- jamu, yang sel pejamu gunakan untuk menghasilkan partikel virus baru. Walaupun bukan makhluk hidup, virus secara medis adalah penting karena menyebabkan ba- nyak jenis infeksi yang belum adaterapi spesifik. K O M E N T A R K L I N I S . D i Beatty berespons baik terhadap terapi diabetes J^^^k m e l i t u s . I a d e n g a n p a t u h m e n y u n t i k k a n i n s u l i n , y a n g b e r i k a t a n d e n g a n m o - WLJtm l e k u l r e s e p t o r i n s u l i n y a n g t e r l e t a k d i m e m b r a n p l a s m a b e r b a g a i s e l . D i s e l lemak dan otot rangka, interaksi hormon-reseptor ini mencetuskan serangkaian lang- kah \"pasca-reseptor\" yang rumit yang menyebabkan mobilisasi molekultranspor glu- kosa peka-insulin dari simpanan intrasel. M o l e k u l tersebut dipindahkan k e per- mukaan sel di mana molekul mempermudah transpor glukosa dari darah ke dalam sel otot dan lemak. Proses ini membantu menurunkan kadar glukosa darah. Yves Topaigne memperlihatkan respons klinis yang cepat dan memuaskan terha- dap pemberian koikisin setiap j a m . Bukti yang adamengisyaratkan bahwa obat ini mengurangi fagositosis dan pelepasan enzim lisosom berikutnya yang mencetuskan respons peradangan di jaringan sinovium. Selain itu, sel fagositik, yang dikenal sebagai leukosit, yang berkaitan dengan proses peradangan menghasilkan asam laktat. A s a m laktat menyebabkan penuRinan

B A B 10 / H U B U N G A N A N T A R A B I O L O G I D A N B I O K I M I A S E L 141lokal p Hyang menyebabkan percepatan pengendapan kristal asam urat. Koikisinmenurunkan produksi asam laktat oleh leukosit, memperkecil pengendapan kristalasam urat sehingga menghilangkan gejala artritis gout (pirai) akut. Pergelangan kaki R o n T e m p l e t o n yang keseleo dengan cepat menyembuh, dan iadapat secara bertahap meningkatkan frekuensi dan lama latihan. Daya tahan terhadapolahraga secara perlahan-lahan meningkat, dan ia kehilangan berat badan 6 Ib (2,7 kg)selama 2bulan berikutnya. Perubahan positif ini terjadi tidak saja akibat peningkatan j u m l a h dan efisiensi ok-sidasi mitokondria sel otot yang diinduksi oleh olahraga, tetapi juga akibat berbagaiadaptasi lain yang merupakan bagian dari respons fisiologis tubuh terhadap olahraga.Di antaranya adalah peningkatan kapasitas yang lebih besar untuk mengeluarkan(mengekstraksi) oksigen dari udara yang dihirup, kerja pompa mekanis otot jantungyang lebih efisien secara metabolis, dan peningkatan kemampuan sistem vaskular un-tuk mengirimkan bahan bakar dan oksigen ke otot yang sedang dilatih. K O M E N T A R B I O K I M I A . Organel subsel yang berbeda mengandung kumpulan enzim yang berbeda pula. Misalnya, inti mengandung enzim un-• tuk sintesis D N A dan R N A , sementara enzim untuk glikolisis dan untukbiosintesis asam lemak terutama terdapat di sitosol. Mitokondria mengandung enzimuntuk oksidasi-p asam lemak, siklus asam trikarboksilat,rantai transpor elektron, dansintesis serta degradasi badan keton (Tabel 10.2). Namun, tidak semua sel mirip satu sama lain. Jenis sel yang berbeda mengandungkelompok organel yang berbeda pula. Oleh karena itu,sel tersebut memiliki kumpul-an enzim yang berlainan dan, akibatnya, fungsinya juga berbeda. Misalnya, sel darahmerah tidak memiliki mitokondria. Oleh karena itu, sel ini tidak dapat menghasilkanA T P dari reaksi siklus asam trikarboksilatdan rantai transpor elektron, dan walaupunmembawa oksigen, sel ini tidak dapat menggunakannya. Kadang-kadang jenis organel yang sama dapat mengandung kumpulan enzimyang sedikit berbeda dari satu jaringan ke jaringan yang lain. Misalnya, mitokondriahati mengandung sebuah enzim kunci untuk mensintesis badan keton, tetapi tidakmemiliki enzim kunci untuk penggunaan badan keton tersebut. Hal yang sebaliknyaterdapat pada mitokondria otot. Sel berkelompok membentuk jaringan dan organ. Darah memberi cairan yangmembasahi sel tersebut, sehingga sel dapat saling tukar metabolit. Dengan demikian,sel dapat mempengaruhi metabolisme sel lain dengan melepaskari molekul ke dalamdarah atau dengan mengambil molekul dari darah. Organel, reseptor membran dan transporter membran, serta enzim yang dimilikioleh sel dari suatu jaringan menentukan bahan mana yang dapat diserap dan dime-tabolisis oleh sel dari darah dan metabolit mana yang dapat dilepaskan ke dalam da-rah. Dengan demikian, pemahaman mengenai arsitektur subsel penting untukmemahami aktivitas metabolik sel.Tabel 10.2. Kapasitas Metabolik Berbagai Organel IIIIIBProses Organel yanci Terlibat dalam ProsesSiklus asam trikarboksilat Mitokondria(asetil KoA->CO, + H.G)Oksidasi-p asam lemak MitokondriaPembentukan badan keton Mitokondria (hati)Penggunaan badan keton Mitokondria (otot, ginjal — hati tidak)Lipogenesis (glukosa-^asam lemak) Sitosol dan mitokondria (terutama hati)Glukoneogenesis (laktat->glukosa) Sitosol dan mitokondria (hati)Metabolisme glikogen (sintesis dan Sitosoldegradasi) SitosolPembentukan laktat (glukosa-^laktat)

t 42 BAGIAN II/ DASAR-DASAR KIMIAWI D A N BIOLOGIS BIOKIMIA Bacaan Anjuran Untuk tinjauan yang lebih rinci mengenai biologi sel, bacalah Alberts B, Bray D, Lewis J, dkk. Molecular biology of the cell. New York: Garland, 1994. SOAL Akibat dari defisiensi enzim piruvat kinase didalam seldarah merah adalah anemia hemolitik. Piruvat kinase adalah enzim kunci dalam jalur glikolitik, yang menghasil- kan A T P melaluiperubahan glukosa menjadi piruvat. Jalur initerletak di sitosol. Pada individu dengan defisiensi piruvat kinase, anemia (penurunan jumlah sel darah merah) terjadi karena peningkatan destruksi sel ini oleh fagosit di limpa. Dengan me- manfaatkan pengetahuan anda mengenai biologi sel dan metabolisme bahan bakar, je- laskanlah apa yang terjadi pada sel ini. JAWABAN Sel darah merah tidak memiliki mitokondria sehingga untuk memperoleh energi ber- gantung secara total kepada glikolisis, jalur sitosol yang mengubah glukosa menjadi piruvat. Piruvat kinase adalah enzim kunci untuk glikolisisini. Apabila glikolisis t i - dak dapat berlangsung dengan kecepatan normal akibat defisiensi piruvat kinase, sel tidak dapat menghasilkan A T P dalam jumlah adekuat. Akibatnya, sel tidak dapat mempertahankan pompa ion yang terdapat di membran sel. Sel tersebut memperoleh Ca^^, kehilangan dan air serta menjadi kaku. Kemudian sel mengalami hemolisis (yaitu, disingkirkan dari sirkulasi oleh fagositosis d i dalam limpa). •