Bab 02 Fisiologi Sel

Pemindaian mikrograf elel<tron organel-organei di dalam s e l . M i t o k o n d r i a (merah) m e n g h a s i l k a n e n e r g i s e l . K o m p l e l < s G o l g i (biru) m e m p r o s e s p r o t e i n d a n l i p i d y a n g d i p r o d u k s i o l e h r e t i k u l u m e n d o p l a s m a ( b a g i a n kecil b e r w a r n a kuning, k i r i a t a s ) u n t u k s e k r e s i • A d a n k o n s t r u k s i m e m b r a n . S i t o s o l (hijau) m e n g e l i l i n g i o r g a n e l - o r g a n - • el. Fisiologi SelSEKILAS ISI Pokok-Pokok Homeostasis2.1 T e o r i d a n P e n e m u a n S e l J f * S e ladalah bahan organik penyusun tubuh, yang sangat terorganisasi. Sel2.2 S e l a y a n g P a n d a n g S t r u k t u r t m e m p u n y a i tiga bagian utama: m e m b r a n plasma, y a n g m e m b u n g k u s sel; Sel / \* n u k l e u s , t e m p a t materi genetik sel; d a n sitoplasma. Sitoplasma terdiri atas2.3 R e t i k u l u m E n d o p l a s m a d a n s i t o s o l , o r g a n e l - o r g a n e l , d a n s i t o s k e l e t o n . Sitosol a d a l a h c a i r a n m i r i p g e l Sintesis Pemisahan t e m p a t o r g a n e l - o r g a n e l d a n s i t o s k e l e t o n b e r a d a . Organel a d a l a h s t r u k t u r s a n g a t2.4 K o m p l e k s G o l g i d a n terorganisasi dengan karakteristik berbeda-beda, yang melaksanakan fungsi khusus. Sitoskeleton a d a l a h k e r a n g k a p r o t e i n y a n g t e r s e b a r d i s e l u r u h b a g i a n s e l d a n b e r p e r a n Eksositosis sebagai \"tulang dan o t o t \" sel.2.5 L i s o s o m d a n E n d o s i t o s i s2.6 P e r o k s i s o m d a n D e t o k s i f i k a s i Setiap sel m e n j a l a n k a n fungsi dasar tertentu y a n g penting u n t u k m e m p e r t a h a n k a n2.7 M i t o k o n d r i a d a n P r o d u k s i k e h i d u p a n sel i t usendiri d a n s e b u a h peran k h u s u s y a n g m e m b a n t u m e m p e r t a h a n k a n homeostasis melalui kerja k o m p o n e n - k o m p o n e n sel y a n g terkoordinasi. Sesuai d e n g a n ATP spesialisasinya, sel-sel tersusun menjadi sistem t u b u h y a n g m e m p e r t a h a n k a n kestabilan2.8 R i b o s o m d a n S i n t e s i s P r o t e i n lingkungan internal yang penting untuk kelangsungan hidup seluruh tubuh. Semua2.9 Vault S e b a g a i T r u k S e l u l e r fungsi t u b u h a k h i r n y a b e r g a n t u n g p a d a aktivitas setiap sel y a n g m e n y u s u n t u b u h .2.10 S e n t r o s o m , S e n t r i o l , d a n Organisasi AAikrotubulus2.11 S i t o s o l : G e l S e l2.12 S i t o s k e l e t o n : \" O t o t d a n Tulang\" Sel 23

24 BAB 2 kurang lebih sama. Spesies yang lebih besar m e m i l i k i lebih banyak sel, b u k a n sel yang lebih besar. Para peneliti p e r t a m a2.11 Teori dan Penemuan Sel ini juga m e n e m u k a n b a h w a sel terisi cairan yang, mengingat k e m a m p u a n m i k r o s k o p saat itu, t a m p a k berupa c a m p u r a nM e s k i p u n bahan-bahan k i m i a yang sama penyusun sel hidup homogen seperti sup yang diyakini sebagai \"bahan kehidupan\".ditemukan juga pada materi anorganik, para peneliti belum Ketika pada tahun 1940-an para ilmuwan pertama kahm a m p u m e n y u s u n bahan-bahan k i m i a i n i m e n j a d i sebuah sel menggunakan mikroskop elektron untuk mengamati bahanhidup di laboratorium. Kehidupan berpangkal dari interaksi organik, mereka mulai menyadari betapa beragamnya dandan organisasi unik d a n kompleks bahan-bahan kimia kompleksnya struktur internal sel. (Mikroskop elektronanorganik i n i d i d a l a m sel. Sel, entitas organik terkecil, m e r u - kurang lebih 100 kali lebih kuat daripada mikroskop cahaya).pakan unit organik penyusun seluruh tubuh yang amat rumit. Kini, para ilmuwan bahkan memiliki mikroskop, teknik bio-Karena itu, sel adalah jembatan antara bahan kimia dan kimia, teknologi biakan sel, d a n rekayasa genetik yang lebihmanusia (juga m a k h l u k hidup lain). Seluruh fungsi tubuh canggih, konsep b a h w a sel berupa sebuah kantong m i k r o s -organisme multiseluler akhirnya bergantung pada kemampu- kopik berisi cairan tidak berbentuk telah digantikan olehan fungsional dan struktural kolektif tiap-tiap sel t u b u h . Lebih p e m a h a m a n b a h w a sel adalah struktur kompleks berkompar-lanjut, semua sel baru dan semua k e h i d u p a n baru berasal dari t e m e n y a n g s a n g a t t e r g o r g a n i s a s i . ( L i h a t fitur k o t a k p e n y e r t a :pembelahan sel yang sudah adasebelumnya, bukan dari Konsep, Tantangan, dan Kontroversi u n t u k melihat sekilassumber anorganik. Karena kontinuitas hidup inilah, sel-sel sejarah p e m b i a k a n sel.)pada semua organisme pada hakikatnya memiliki strukturdan fungsi serupa. Tabel 2-1 m e r a n g k u m prinsip-prinsipini, Periksa Pemahaman Anda 2.1y a n g s e c a r a k o l e k t i f d i k e n a l s e b a g a i teori sel. D e n g a n m e n e -lusuri lebih dalam k estruktur molekular dan organisasi sel 1. Sebutkan prinsip-prinsip teori sel.p e n y u s u n t u b u h , p a r a a h l i fisiologi m o d e r n k i n i b e r h a s i l 2. Bandingkan ukuran rata-rata sel dalam tubuh Anda dengan selmengungkap banyak misteri tentang bagaimana tubuhbekerja. seekor tikus dan gajah. Sel-sel penyusun tubuh manusia berukuran sedemikian 2 2| Selayang Pandangkecil sehingga tidak dapat dilihat dengan mata telanjang.Partikel terkecil yang masih dapat dilihat dengan mata Struktur Seltelanjang berukuran 5 hingga 10kali lebih besar dari sebuahsel manusia tipikal, yang berdiameter rata-rata 10 hingga 2 0 Triliunan sel dalam t u b u h manusia diklasifikasikan menjadim i k r o m e t e r ( p m ) (1 ^im = sepersejuta meter). Jika sekitar 100 sekitar 200 jenis berdasarkan variasi spesifik pada strukturnyasel b e r u k u r a n n o r m a l dijajarkan berdampingan, panjang yang dan fungsinya. N a m u n , terlepas dari beragamnya spesialisasididapat barulah 1 m m ( 1 m m - seperseribu meter; 1 m = struktural dan fungsional, selyang berbeda-beda memiliki39,37 inchi). banyak kesamaan. Sebagian besar memiliki tiga bagian utama: membran plasma, y a n g m e m b u n g k u s s e l ; nukleus, y a n g m e - Hingga mikroskop ditemukan pada pertengahan abad ke- n g a n d u n g m a t e r i g e n e t i k s e l ; d a n sitoplasma, b a g i a n i n t e r i o r17, para i l m u w a n b a h k a n b e l u m mengetahui b a h w a sel i t u sel yang tidak ditempati nukleus ( G a m b a r 2-1). D i sini, akanada. Pada awal abad ke-19, dengan dikembangkannya disajikan uraian singkat tiap-tiap bagian selterlebih dulu,mikroskop cahaya yang lebih baik, para peneliti mempelajari baru kemudian berfokus terutama pada sitoplasma. M e m b r a nbahwa semua jaringan t u m b u h a n dan h e w a n tersusun atas plasma dan nukleus dibahas lebih terperinci pada bab-babsel-sel. Sel b u r u n g kolibri, manusia, dan paus b e r u k u r a n berikutnya. • TABEL 2-1 Prinsip Teori Sel Membran plasma membungkus sel. • Sel adalah unit struktural dan fungsional terkecil yang Membran plasma a d a l a h s t r u k t u r m e m b r a n o s a t i p i s y a n g m a m p u menjalankan proses-proses kehidupan. m e m b u n g k u s setiap sel, dan terutama tersusun atas m o l e k u l lipid (lemak) dan bertabur protein. Sawar ini memisahkan isi • Aktivitas fungsional tiap-tiap sel b e r g a n t u n g pada sifat s e l d a r i l i n g k u n g a n s e k i t a r ; m e m b r a n p l a s m a m e n j a g a cairan struktural spesifik sel bersangkutan. intrasel ( C I S ) a g a r t i d a k b e r c a m p u r d e n g a n cairan ekstrasel (CES) d i luar sel. M e m b r a n plasma b u k a n sekedar sawar • Sel adalah bahan organik penyusun semua organisme mekanis penahan isi sel; proteinnya secara selektif m e n g e n - multiseluler. dalikan pergerakan molekul antara CIS dan CES. Membran plasma dapat diibaratkan dinding pembatas yang mengelilingi • Struktur dan fungsi organisme akhirnya bergantung kota-kota k u n o . M e l a l u i strukturini, sel m e n g o n t r o l m a s u k n y a pada karaktenstik struktural dan kemampuan nutrien dan pasokan lain yang dibutuhkan serta keluarnya fungsional kolektif sel-sel penyusunnya. p r o d u k - p r o d u k yang dibuat d id a l a m sel, sembari menjaga kelancaran lalu lintas k e l u a r - m a s u k sel. M e m b r a n plasma • S e m u a sel baru d a n k e h i d u p a n baru berasal h a n y a dari dibahas secara lebih seksama di Bab 3. sel y a n g sudah ada. • Karena kontinuitas k e h i d u p a n inilah, sel pada s e m u a organisme pada hakikatnya memiliki struktur dan fungsi serupa.

i w i t^^f^f l a i i i . a i i g d i 1 / Idan Kontroversi Sel HeLa: Masalah dalam Industri yang \"SedanqTumbuh\" ^ ANYAK KEMAJUAN MENDASAR DALAM FISIOLOGI SEL, makalah yang m e m b u k t i k a n b a h w a 5 t u r u n a n sel yang banyak dipakaiI ^ genetika, riset kanker, dan terapi berasal dari pemanfaatan sel-sel dalam riset kanker sebenarnya adalah selHeLa. Pada t a h u n 1976, 1 1 t u r u n a n sel lain, y a n g masing-masing banyak d i g u n a k a n d a l a m pene- yang ditunnbuhkan atau dibiakkan (dikultur) di luar tubuh. Pada litian, juga terbukti m e r u p a k a n sel HeLa; dan pada t a h u n 1 9 8 1 , Nelson- pertengahan abad terakhir, telah banyak dilakukan upaya untuk m e m - Rees m e m b u a t daftar 22 t u r u n a n sel lain y a n g telah t e r k o n t a m i n a s i oleh biakkan sel manusia d e n g a n m e n g g u n a k a n jaringan yang diperoleh dari sel HeLa. Secara keseluruhan, sepertiga dari s e m u a t u r u n a n sel y a n g prosedur biopsi atau pembedahan. Upaya-upaya awal ini u m u m n y a digunakan d a l a m riset kanker t a m p a k n y a benar-benar s e l HeLa. m e n e m u i kegagalan; sel-sel mati setelah beberapa hari atau m i n g g u Akibatnya berupa pemborosan dana dan sumber daya dalam jumlah dalam kultur, sebagian besar tanpa sempat membelah. Kesulitan-ke- besar. Pada t a h u n 2005, Roland-Nardone, yang frustrasi d e n g a n masalah sulitan iniberlanjut hingga Februari 1951, ketika seorang peneliti di kontaminasi-silang, memulai perjuangan. Dia menulis makalah\"panggil- Universitas J o h n Hopkins m e n e r l m a sebuah sampel lesi kanker serviks an aksi\" yang m e m p e r d e b a t k a n d u aperubahan besar: peningkatan dari seorang pasien bernama Henrietta Lacks. Sesuai kesepakatan, upaya edukasi tentang cara mencegah kontaminasi d a n pengadaan biakan sel tersebut dinamai HeLa d e n g a n m e n g o m b i n a s i k a n dua h u r u f jurnal ilmiah dan organisasi penyokong dana yang mengesahkan bahwa p e r t a m a n a m a d e p a n dan n a m a belakang donor. T u r u n a n sel ini tidak turunan selyang digunakan dalam penelitian yang didanainya atau sekedar tumbuh, tetapi berkembang biak dibawah kondisi biakan dan dipublikasikannya telah dicek keasliannya melalui sidik D N A t u r u n a n sel. m e r u p a k a n salah satu t u r u n a n sel y a n g p e r t a m a kali berhasil d i k e m - Meskipun demikian, hingga sekarang, organisasi dan jurnal enggan bangbiakkan di luar t u b u h . Sayangnya, sel-sel kanker yang b e r t a m b a h untuk memaksakan regulasi berdasarkan pandangan bahwa solusi banyak d e n g a n kecepatan luar biasa pada kultur sel y a n g p e r t a m a kali masalah ini berada d itangan para i l m u w a n dan komunitas profesional berhasil ini juga terus m e n g g a n d a k a n diri secara cepat d id a l a m t u b u h itu sendiri. Sementara itu, turunan selyang m e m b i n g u n g k a n terus Henrietta Lack, m e n y e b a b k a n kematian ibu m u d a beranak lima ini pada bermunculan d a nmakalah penelitian—yang tidak terhitung jum- usia 31 tahun, hanya 8 bulan setelah didiagnosis mengidap kanker. lahnya—banyak yang ditarik kembali atau diragukan. Para peneliti berhasrat memiliki sel-sel manusia yang siap sedia guna Invasi sel HeLa ke biakan sel lain m e n j a d i bukti sifat agresif dan ganas mempelajari efek obat, bahan kimia toksik, radiasi, d a nvirus pada sebagian sel kanker. D ilaboratorium biakan sel, aturan-aturan t e n t a n gjaringan manusia. Sebagai contoh, virus poliomielitis bereproduksi teknik steril diharapkan dapat m e n j a m i n b a h w a pencemaran silang d e n g a n baik di d a l a m sel HeLa, m e n g h a s i l k a n terobosan d a l a m p e n g e m - antar-biakan tidak terjadi. Bagaimanapun, peneliti tetaplah manusia dan bangan vaksin polio pertama. Seiring kemajuan teknik biakan sel, mereka terkadang melakukan kesalahan. Sebagai contoh, mungkin satu turunan selmanusia dapat diciptakan dari kanker lain dan jaringan botol medium biakan tercemar karena penanganan yang tidak benar normal, termasuk jaringan jantung, ginjal, dan hati. Pada awal tahun atau salah melabeli sebuah t u r u n a n sel. A p a p u n kasusnya, sudah jelas 1960-an, koleksi sentral t u r u n a n sel s u d a h ada d iW a s h i n g t o n D.C. d a n b a h w a pada tahap tertentu, satu atau lebih sel HeLa m e n y u s u p ke d a l a m biakan sel manusia menjadi salah satu perangkat penting d a l a m banyak biakan yang bukan asalnya. bidang riset biologis. Sel HeLa m e m b e l a h diri lebih cepat dari k e b a n y a k a n sel manusia Namun, pada tahun 1966, ahli genetika Stanley Gartler m e n g u m u m - lainnya, baik sebagai sel n o r m a l m a u p u n sel kanker, sehingga m e n y e r a p kan temuan yang mengejutkan. Beliau menganalisis 1 8turunan sel nutrien lebih cepat dibanding jenis sel lain. Selain itu, sel-sel yang berbeda dan m e n e m u k a n bahwa semuanya telah tercemar dan diambil ditumbuhkan dalam biakan tidak langsung dapat dibedakan satu sama alih oleh sel HeLa. Selama dua t a h u n berikutnya, para i l m u w a n m e m a s - lain hanya d e n g a n m e n g a m a t i ; biasanya,diperlukan uji biokimiawi u n t u ktikan bahwa 2 4dari 3 2turunan sel di tempat penyimpanan pusat identifikasi. Akibatnya, dalam beberapa siklus transfer, sebuah biakan sebenarnya adalah selHeLa. Para peneliti yang telah menghabiskan yang berawal sebagai sel ginjal atau jenis selmanusia lainnya dapatwaktu bertahun-tahun meneliti sel yang mereka anggap sebagai sel diambilalih seluruhnya oleh selHeLa yang t u m b u h dengan cepatjantung atau ginjal menghadapi kenyataan bahwa mereka sesungguhnya m e m a d a t i t u r u n a n sel semula, seperti y a n g dilakukan oleh sel kanker d i sedang meneliti sel kanker serviks. T e m u a n Gartler m e n u n j u k k a n b a h w a dalam tubuh. ratusan ribu eksperimen yang pernah dilakukan di laboratorium di seluruh dunia tidak sahih. Henrietta Lacks telah lama meninggal akibat kanker serviks yang m e n g a w a l i t u r u n a n sel HeLa, tetapi sel-sel poten ini terus hidup hingga Belajar dari pengalaman pahit ini, para i l m u w a n m e m u l a i kembali sekarang. Penyebarannya k eseluruh biakan selmanusia menggaris- p e m b u a t a n t u r u n a n sel baru d e n g a n aturan teknik baru yang lebih ketat bawahi sifat persisten kanker, penyakit y a n g ditandai d e n g a n p e r t u m - u n t u k m e n c e g a h p e n c e m a r a n oleh sel HeLa. Sayangnya, masalah b e l u m buhan tidak terkendali dan penggerusan sumber daya. berakhir. Pada tahun 1974, Walter Nelson-Rees mempublikasikan sebuahNukleus mengandung DNA. selubung inti, y a n g m e m i s a h k a n n u k l e u s d a r i b a g i a n s e l l a i n n y a . S e l u b u n g i n t i d i t e m b u s o l e h b a n y a k pori inti y a n gD u a bagian u t a m a interior sel adalah nukleus dan sitoplasma. memungkinkan lalu-lintas antara nukleus dan sitoplasma.Nukleus, y a n g n o r m a l n y a m e r u p a k a n k o m p o n e n t u n g g a l selyang paling besar dan terorganisasi, dapat terlihat sebagai N u k l e u s b e r i s i m a t e r i g e n e t i k sel, asam deoksiribonukleatstruktur bulat atau oval yang biasanya terletak dekat bagian (deoxyribonucleic acid, DNA) y a n g m e m i l i k i d u a fungsitengah sel.Struktur ini dikelilingi membran lapis-ganda. penting: (1)mengarahkan sintesis protein dan (2) berperan sebagai cetak-biru genetik selama replikasi sel. A s a m deoksiri-





28 BAB 2 ^ ^UJ^ KXi/. ^ ' ^ ^ | Lumen R E kasar Ribosom Lumen R E lialus (a) R E kasar (b) R E halusGambar 2-2 Retikulum endoplasma (RE), ( a ) D i a g r a m d a n m i k o g r a f e l e k t r o n R E k a s a r , y a n g t e r d i r i a t a s t u m p u k a n k a n t o n g r e l a t i f g e p e n gbertaburkan ribosom. (b)Diagram dan mikrograf elektron R Ehalus, yang berbentuk jalinan tubulus-tubulus halus. R Ekasar dan R E halusterhubung satu sama lain, membentuk sebuah organel berkelanjutan.yang akan dijelaskan d ibagian selanjutnya—untuk pemro- asing lainnya. E n z i m detoksifikasi inimengubah bahan toksiksesan lebih lanjut terhadap angkutannya. sedemikian rupa sehingga dapat lebih m u d a h dieliminasi melalui urine. Jumlah R E halus yang tersedia d i sel hati u n t u k K o n t r a s dengan langkanya R E halus pada kebanyakan sel, detoksifikasi dapat sangat bervariasi, bergantung padabeberapa jenis selkhusus malah mengandung banyak R E kebutuhan. Sebagai contoh, jika fenobarbital (salah satu obathalus, yang memiliki peran tambahan sebagai berikut: sedatif) masuk ke t u b u h dalam j u m l a h besar, j u m l a h R E halus di hati akan menjadi dua kali lebih banyak dalam beberapa• R e t i k u l u m endoplasma halus banyak terdapat di sel yang hari dan kembali n o r m a l dalam h m a hari setelah pemberiandikhususkan untuk metabolisme lipid—misalnya, sel yang obat tersebut dihentikan.menyekresi h o r m o n steroid turunan lipid. Dinding membranR E halus, seperti pada R E kasar, mengandung e n z i m - e n z i m • Sel otot m e m i l i k i R E halus termodifikasi yang kompleks,penyintesis lipid. Jika sendirian, e n z i m penghasil lipid d i d i k e n a l s e b a g a i retikulum sarkoplasma, t e m p a t p e n y i m p a ndinding membran RE kasar tidak m a m p u menyintesis cukup kalsium yang digunakan dalam proses kontraksi otot (lihat h.banyak lipid u n t u k mempertahankan kadar sekresi h o r m o n 284).steroid yang adekuat; karena itu, sel-sel i n i m e m i l i k i k o m -partemen RE halus yang luas untuk m e n a m p u n g lebih banyak Pprik«;a Pemahaman Anda 2 3enzim yang dibutuhkan untuk mengimbangi kebutuhan akansekresi h o r m o n tersebut. 1. Sebutkan perbedaan antara RE (retikulum endoplasma) kasar dan RE halus secara struktural maupun fungsional.• D i selhati, R Ehalus mengandung enzim-enzim khususuntuk mendetoksifikasi bahan-bahan berbahaya yang dihasil- 2. S e b u t k a n t u j u a n p r o t e i n - p r o t e i n y a n g d i s i n t e s i s o l e h r e t i k u l u mkan melalui proses metabolisme di dalam tubuh atau bahan endoplasma kasaryang masuk k e tubuh dari luar, berupa obat atau senyawa

Fisiologi Sel 29 O F?etikulum endoplasma kasar menyintesis protein yang akan disekresikan ke luar sel atau terintegrasi ke dalam membran plasma atau komponen sel lainnya. Q Retikulum endoplasma halus mengemas produk sekretorik ke dalam vesikel transpor, yang kemudian teriepas dan bergerak menuju kompleks Golgi. O Vesikel transpor menyatu dengan kompleks Golgi, membuka, dan mengosongkan isinya ke dalam kantong Golgi terdekat. Q Protein yang baru disintesis bergerak dari RE melalui vesikel transpor menembus lapisan-lapisan kompleks Golgi, yang memodifikasi protein mentah menjadi bentuk akhirnya serta menyortir dan mengarahkan produk jadi ke tujuan akhir dengan memvahasikan pembungkusnya. Q Vesikel sekretohk yang mengandung produk protein jadi selanjutnya terlepas dari kompleks Golgi dan berada di sitosol, menyimpan produk sampai ada sinyal untuk mengosongkannya. Q Pada rangsangan yang sesuai, vesikel sekretorik menyatu dengan membran plasma, membuka, dan mengosongkan isinya ke luar sel. Sekresi terjadi melalui eksositosis, dengan produk sekretorik tidak pernah berkontak dengan sitosol. Q Lisosom juga terlepas dari kompleks Golgi.Gambar 2-3 Ikhtisar proses sekresi untuk protein-protein yang disintesis oleh retikulum endoplasma.2.41 Kompleks Golgi dan mencapai tumpukanGolgi, membran vesikel menyatu dengan m e m b r a n t u m p u k a nyang terdekat dengan pusat sel. M e m b r a n Eksositosis vesikel membuka dan terintegrasi dengan membran Golgi, lalu isivesikel dibebaskan k e dalam kantong Golgi (lihatKompleks Golgi b e r k a i t a n e r a t 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 . Gambar 2-3).Setiap k o m p l e k s G o l g i tersusun atas t u m p u k a n k a n t o n g ge-peng sedikit melengkung yang terbungkus membran (Gambar Bahan mentah yang baru disintesis dari R Eini bergerak2-4 dan foto pembuka bab). Kantong-kantong di dalam tiap dengan perantaraan vesikel yang melintasi lapisan-lapisantumpukan Golgi tidak bersentuhan satu sama lain. Ingat tumpukan Golgi, dari kantong terdalam yang terdekat denganbahwa kantong gepeng ini berbentuk tipis d i tengah, tetapi RE hingga kantong terluar di dekat membran plasma. Selamamelebar atau menggelembungpinggirannya. Jumlah kompleks transit ini, berlangsung d u afungsi penting yang salingGolgi bervariasi, bergantung pada jenis sel. Beberapa sel berkaitan:m e m i l i k i satu t u m p u k a n G o l g i saja, sementara sel-sel khususuntuk sekresi protein dapat memiliki ratusan tumpukan. 1 . Pengolahan bahan mentah menjadi produk jadi. D i d a l a m kompleks Golgi, protein \"mentah\" dari R E dimodifikasiVesikel transpor mengangkut menjadi bentuk akhir (sebagai contoh, dengan melekatkanmuatannya ke kompleks Golgi untuk karbohidrat ke protein tersebut). Jalur-jalur biokimiawi yangpengolahan lebih lanjut. dilalui protein selama perjalanannya melalui kompleks Golgi diprogram secara akurat, kompleks, dan spesifik untuk setiapSebagian besar molekul yang baru disintesis dan terlepas dari produk akhir.R E halus m e m a s u k i t u m p u k a n Golgi. Saat vesikel transpor 2 . Penyortiran dan pengarahan produk jadi menuju destinasi akhirnya. K o m p l e k s G o l g i b e r t a n g g u n g j a w a b m e n y o r t i r d a n

30 BAB 2memisahkan produk berdasarkan fungsinya dan destinasinya,seperti produk yang akan disekresikan ke luar selatau yangakan digunakan untuk membentuk membran plasma baru.Kompleks Golgi mengemas vesikel Gambar 2-4 Kompleks Golgi. D i a g r a m d a n m i l < r o g r a f e l e k t r o n sebuah kompleks Golgi, yang tersusun atas setumpuk kantongsekretorik untuk dikeluarkan melalui terbungkus membran yang berbentuk agak melengkung. Vesikel di pinggiran kantong yang melebar mengandung produk protein jadieksositosis. yang telah dikemas untuk didistribusikan kedestinasi akhirnya.Bagaimana kompleks Golgi menyortir d a n mengarahkan • Protein baru bentuk jadi yang diarahkan untuk sekresiproduk jadi k edestinasi yang tepat? P r o d u k jadi m e n g u m p u l mengandung sekuens unik asam amino di salah satu ujungnya,di dalam pinggiran kantong-kantong kompleks Golgi yang y a n g d i k e n a l s e b a g a i sinyal penyortiran (sorting signal),melebar. Pinggiran kantong terluar kemudian terlepas m e m - sementara permukaan dalam membran Golgi mengandungbentuk vesikel terbungkus-membran yang mengandung penanda pengenalan (recognition markers), y a i t u p r o t e i n y a n gproduk tertentu. Agar setiap jenis produk mencapai tempat mengenali dan menarik sinyal penyortiran spesifik. Dikenali-berfungsinya masing-masing, setiap jenis vesikel m e m b a w a nya sinyal penyortiran protein yang tepat oleh penandaproduk spesifik sebelum melepaskannya (seperti secarik surat membran komplementer menjamin bahwa vesikel sekretorikyang ditaruh d idalam amplop). Vesikel-vesikel bermuatan menangkap dan mengemas muatan yang benar.spesifik yang destinasinya berbeda-beda terbungkus di dalammembran yang mengandung berbagai protein permukaan. • Protein selubung y a n g d i s e b u t coatomer d a r i s i t o s o l b e r -S e t i a p j e n i s p r o t e i n p e r m u k a a n b e r f u n g s i s e b a g a i penanda ikatan dengan protein spesifik lain yang menghadap per-pelabuhan [ d o c k i n g m a r k e r ) s p e s i f i k ( s e p e r t i a l a m a t d i mukaan luar membran. Pengikatan protein-protein selubungamplop surat). Setiap vesikel dapat \"berlabuh\" seperti kunci ini menyebabkan membran permukaan kantong Golgi me-dan gembok serta \"mengosongkan\" muatan spesifiknya hanya lengkung dan membentuk tunas berbentuk kubah di sekelilingd i penerima penanda pelabuhan ( d o c k i n g - m a r k e r a c c e p t o r ) muatan yang tertangkap. Akhirnya, membran permukaanyang sesuai, yakni protein yang berada hanya di destinasi yang menutup dan vesikel terlepas.tepat d idalam sel(seumpama alamat r u m a h ) . Jadi, setiapproduk Golgi dapat mencapai tempat berfungsinya masing- • Setelah terlepas, vesikel m e l u r u h k a n protein-protein selu-masing karena disortir dan dikirimkan layaknya amplop berisi b u n g n y a d a n m e m p e r l i h a t k a n p e n a n d a p e n a m b a t a n (dockingsurat yang d i k i r i m k a n k ealamat r u m a h yang sesuai saja. markers), d i k e n a l s e b a g a i v-SNARE, y a n g m e n g h a d a p p e r - mukaan luar membran vesikel. S e b a g a i c o n t o h , m a r i k i t a l i h a t s e l s e k r e t o r i k . Sekresimerujuk pada proses pembebasan produk sel, denganstimulasi yang sesuai, k e luar sel (lihat h i m . 6 ) . Sel-selsekretorik khusus meliputi sel e n d o k r i n , yang menyekresikanh o r m o n protein, dan sel kelenjar pencernaan, yang menyek-r e s i k a n e n z i m p e n c e r n a a n . D i s e l s e k r e t o r i k , b a n y a k vesikelsekretorik b e s a r — m e n g a n d u n g p r o t e i n y a n g a k a n d i b e b a s -kan—terlepas dari tumpukan Golgi. Vesikel sekretorik, yangberukuran kurang lebih 200kali lebih besar daripada vesikeltranspor, m e n y i m p a n protein sekretorik hingga sel dirangsangoleh sinyal spesifik, yang mengindikasikan bahwa produksekretorik bersangkutan perlu segera dibebaskan. Denganrangsangan yang sesuai, vesikel bergerak ke bagian perifer sel,menyatu dengan membran plasma, membuka, dan mengo-songkan isinya ke luar sel ( G a m b a r 2-3 dan 2-5a). M e k a n i s m eini—pembebasan bahan-bahan yang berasal dari dalam sel k el u a r s e l — m e r u j u k p a d a eksositosis (ekso b e r a r t i \" k e l u a r d a r i \" ;sito b e r a r t i \" s e l \" ) . E k s o s i t o s i s m e r u p a k a n m e k a n i s m e u t a m auntuk merampungkan sekresi. Vesikel sekretorik hanya me-nyatu dengan membran plasma (tidak dengan membraninternal apapun yang membungkus organel) sehingga produksekretorik tidak terbuang percuma atau bahkan mencegahterbebaskannya produk sekretorik berbahaya k e dalamorganel. Kini kita akan melihat dengan lebih terperinci bagaimanavesikel sekretorik mengambil produk spesifik d it u m p u k a nGolgi untuk dibebaskan ke dalam CES dan mengapa vesikelini hanya m a m p u menambatkan diri k emembran plasma(Gambar 2-6):

• P e n a n d a p e n a m b a t a n , v-SNARE, h a n y a d a p a t b e r i k a t a n Fisiologi Sel 31(seperti kunci d a n gembok) dengan akseptor penandap e n a m b a t a n n y a , d i s e b u t t-SNARE, d i m e m b r a n s a s a r a n . P a d a CESkasus vesikel sekretorik, membran sasarannya adalahmembran plasma, tempat terpilih untuk berlangsungnya Vesikel sekretoriksekresi. Karena itu, v - S N A R E vesikel sekretorik hanya menyatu Sitosoldengan t - S N A R E membran plasma. Begitu vesikel tertambat (a) Eksositosis: V e s i k e l s e k r e t o r i k m e n y a t u d e n g a n m e m b r a ndi m e m b r a n yang sesuai melalui pencocokan S N A R E , kedua plasma, m e m b e b a s k a n isi vesikel ke luar sel. M e m b r a n vesikelmembran akan menyatu seluruhnya; selanjutnya, vesikel menjadi bagian membran plasma.m e m b u k a dan mengosongkan isinya di tempat sasaran. Vesikel endositik Perhatikan bahwa isi vesikel sekretorik tidak pernah ber-kontak dengan sitosol. Sejak produk inipertama kali disintesis (b) Endositosis: B a h a n d a r i l u a r s e l d i s e l u b u n g i o l e h s e g m e ndi R E hingga dibebaskan dari sel melalui eksositosis, p r o d u k membran plasma yang membentuk kantong ke arah dalam dantersebut selalu terbungkus m e m b r a n sehingga terisolasi dari teriepas sebagai vesikel endositik.bagian sel lainnya. Dengan membuat protein sekretorikspesifik secara dini dan m e n y i m p a n produk ini dalam vesikel Gambar 2-5 Eksositosis dan endositosissekretorik, sebuah sel sekretorik m e m i l i k i s i m p a n a n yang siapdibebaskan dalam j u m l a h besar sesuai kebutuhan. Jika sel debris sel dan benda asing, seperti bakteri, yang terbawasekretorik harus menyintesis semua produknya d i tempat m a s u k ke sel. E n z i m lisosomal m i r i p dengan e n z i m hidrolitikketika diperlukan u n t u k ekspor, k e m a m p u a n sel u n t u k m e - yang disekresikan sistem pencernaan untuk mencernam e n u h i berbagai tingkat kebutuhan menjadi terbatas. makanan. Karena itu, lisosom berperan sebagai \"sistem pen- cernaan\" intraseluler. Vesikel sekretorik hanya dibentuk oleh sel sekretorik.N a m u n , kompleks Golgi vesikel ini dan seljenis lain juga Bahan ekstraseluler yang diserang enzim lisosomal dibawamenyortir dan mengemas produk yang baru disintesis untuk ke d a l a m sel m e l a l u i proses fagositosis, salah satu jenis endo-destinasi yang berbeda-beda d i d a l a m sel. Pada setiap kasus, s i t o s i s . Endositosis, k e b a l i k a n d a r i e k s o s i t o s i s , m e r u j u k p a d avesikel tertentu menangkap jenis muatan tertentu dari sekian p r o s e s m e m a s u k k a n b a h a n e k s t r a s e l u l e r k e d a l a m s e l (endobanyak protein di l u m e n Golgi, kemudian mengarahkan tiap artinya \"di dalam\") (lihat Gambar 2-5b). Endositosis dapatwadah pengangkut ke destinasi masing-masing. b e r l a n g s u n g d a l a m t i g a cara—pinositosis, endositosis diperan- tarai-reseptor, d a n / a ^ o s f f o s f s — b e r g a n t u n g p a d a k a n d u n g a n Periksa Pemahaman Anda 2.4 bahan yang dimasukkan (Gambar 2-8). 1. Terangkan struktur dan fungsi kompleks Golgi. PINOSITOSIS P a d a pinositosis ( \" s e l m i n u m \" ) , t e t e s a n C E S 2. J e l a s k a n b a g a i m a n a v e s i k e l s e k r e t o r i k d a p a t t e r t a m b a t h a n y a diserap secara non-selektif Pertama, m e m b r a n plasma me- lengkung k edalam, membentuk kantong berisi sedikit CES dengan membran plasma untuk membebaskan isinya ke luar sel. (Gambar 2-8a). M e m b r a n plasma kemudian menyegel permu- k a a n k a n t o n g , m e m e r a n g k a p i s i n y a d a l a m s e b u a h vesikel2.51 Lisosom dan Endositosis endositik k e c i l i n t r a s e l u l e r , a t a u endosom. Dinamin, p r o t e i n yang bertanggung jawab atas pelepasan vesikel endositotik,Lisosom m e r u p a k a n o r g a n e l k e c i l d e g r a d a t i f t e r b u n g k u s membentuk cincin yang melingkari dan \"memuntir leher\"m e m b r a n y a n g m e n g u r a i k a n m o l e k u l o r g a n i k (lys b e r a r t i kantong, melepaskan vesikel dari membran permukaan.\" p e n g u r a i a n \" ; some b e r a r t i \" b a d a n \" ) . T i d a k s e p e r t i c i r i s e m u a Selain m e m b a w a CES k e dalam sel, pinositosis m e r u p a k a norganel lain, yang strukturnya seragam, ukuran dan bentuk cara untuk mengambil kembali m e m b r a n plasma ekstra yanglisosom beragam bergantung pada isi yang dicerna. Paling d i t a m b a h k a n ke p e r m u k a a n sel sewaktu eksositosis.lazim, lisosom berupa badan bulat atau oval yang kecil (garistengah 0,2 hingga 0,5 p m ) ( G a m b a r 2-7). Rata-rata, sebuah sel ENDOSITOSIS DIPERANTARAI RESEPTOR T i d a k s e p e r t imengandung sekitar 300 lisosom. pinositosis, yang melibatkan penyerapan non-selektif cairan s e k i t a r , endositosis diperantarai-reseptor m e r u p a k a n p r o s e sLisosom mencerna bahan ekstraseluler sangat selektif yang m e m u n g k i n k a n sel m e m a s u k k a n m o l e k u lyang masuk ke sel melalui fagositosis.Lisosom terbentuk dari penonjolan kompleks Golgi. Sebuahl i s o s o m m e n g a n d u n g s e k i t a r 4 0 m a c a m enzim hidrolitik k u a tyang disintesis di RE, lalu diangkut ke kompleks Golgi untukdikemas d i dalam lisosom yang menonjol tersebut (lihatG a m b a r 2 - 3 ) . E n z i m i n i m e n g a t a l i s i s hidrolisis, r e a k s i y a n gm e n g u r a i k a n m o l e k u l organik m e l a l u i p e n a m b a h a n air (H2O)d i t e m p a t i k a t a n (hidrolisis b e r a r t i \" m e m i s a h k a n d e n g a n a i r \" ;lihat h . A-13). D idalam lisosom, molekul organik berupa

3 2 BAB 2 Sitosol Membran C E S PlasmaLumen Membran kantongGolgi Golgi terluarO Pembentukan vesikel Penonjolan dari Golgi Pelepasan selubung Q Penambatan dl membran Q Eksositosissekretorik plasmaKUNCI O Penanda pengenalan dimembran kantong Golgi — Penanda pengenalan terluar menangkap muatan yang sesuai dari lumen Golgi dengan jalan berikatan hanya dengan sinyal penyortir ^ — Akseptor protein selubung molekul protein yang akan disekresikan. Membran yang akan membungkus vesikel — v - S N A R E (penanda penambatan) diselubungi oleh koatomer, yang menyebabkan membran melengkung, membentuk kuncup. Sinyal penyortiran Q Membran menutup di bawah tonjolan, melepaskan vesikel sekretorik. /)§}fi. P r o t e i n m u a t a n Q Vesikel kehilangan selubungnya, memperlihatkan Gambar 2-6 Pengemasan, penambatan, Koatomer (protein selubung penanda penambatan v-SNARE dipermukaan vesikel. dan pelepasan vesikel sekretorik. R a n g - yang menyebabkan membran kaian diagram mengilustrasikan pembentukan melengkung) Q v-SNARE berikatan hanya dengan akseptor penanda dan penonjolan vesikel sekretorik, dengan penambatan t-SNARE dimembran plasma sasaran, bantuan proteinselubung,dan penambatannya ^ t-SNARE (akseptor penanda menjamin bahwa vesikel sekretorik mengosongkan isinya pada membran plasma oleh v-SNARE d a n penambatan) ke luar sel. t-SNARE. Mikrograf elektron transmisi m e m - pedihatkan sekresi melalui eksositosis.Gambar 2-7 Lisosom dan peroksisom. D i a g r a m d a n m i k r o g r a f ikatan ini menyebabkan membran plasma d itempat tersebutelektron lisosom, yang mengandung enzim hidrolitik, dan peroksisom, melengkung ke dalam, kemudian menyegel permukaannya,yang mengandung enzim oksidatif. m e m e r a n g k a p m o l e k u l yang terikat tadi d i dalam sel. K a n t o n g t e r b e n t u k d a r i i k a t a n m o l e k u l klatrin, p r o t e i n s e l u b u n g p e n g -besar spesifik yang dibutuhkan dari hngkungannya. Endosi- ubah bentuk membran di permukaan dalam membran plasma.tosis diperantarai-reseptor dipicu oleh pengikatan molekul Klatrin adalah protein selubung yang berbeda dari yangtarget spesifik, seperti protein,ke reseptor m e m b r a n permuka- digunakan untuk eksositosis. Kantong yang terbentuk dikenalan yang spesifik bagi molekul tersebut (Gambar 2-8b). Peng- s e b a g a i celah berselubung (coated pit) k a r e n a d i s e l u b u n g i k l a t r i n . K o m p l e k s k o l e s t e r o l , v i t a m i n B12, h o r m o n i n s u l i n , dan besi adalah contoh-contoh bahan yang secara selektif d i - serap k e dalam sel melalui endositosis diperantarai-reseptor. ^««n«,^ S a y a n g n y a , b e b e r a p a v i r u s m a s i h d a p a t m e n y e l i n a p -^ k edalam seldengan memanfaatkan mekanisme ini. S e b a g a i c o n t o h , v i r u s flu d a n H I V , v i r u s p e n y e b a b A I D S (lihat h i m . 466), memperoleh akses k e dalam sel melalui endositosis diperantarai-reseptor. V i r u s tersebut melakukannya dengan berikatan k ereseptor m e m b r a n yang normalnya dirancang untuk memicu penyerapan molekul yang dibutuhkan. FAGOSITOSI! P a d a fagositosis ( \" s e l m a k a n \" ) , p a r t i k e l multimolekul besar dimasukkan k e sel. Sebagian besar sel tubuh melangsungkan pinositosis, banyak yang menjalankan endositosis diperantarai-reseptor, tetapi hanya beberapa sel khusus yang m a m p u melakukan fagositosis, yang paling terkenal adalah jenis-jenis tertentu sel darah putih yang berperan penting dalam mekanisme pertahanan tubuh. Ketika sebuah seldarah putih b e r t e m u dengan partikel besar, seperti bakteri atau debris jaringan, seltersebut menjulurkan p e r m u k a a n n y a ; j u l u r a n t e r s e b u t d i k e n a l s e b a g a i pseudopodia

F i s i o l o g i Sel 33Sitosol CES Kantong ~ endositik ^ e Molekul yang sudah —- @ air terbentuk ^ 00 Vesikel endositik e — , sMool ul etk u l Membran — plasmaMembran -plasma m Kantong endositik —Q Molekul solut dan molekul air Q Membran melengkung ke Q Kantong tedepas sebagai yang baru dalam membentuk kantong, vesikel endositik berisi sampel C E S . mulaiberada di luar membran plasma. membungkus molekul solut dan terbentuk . molekul air. •*(a) PinositosisSitosol CES Molekul 'Klatrin terikat ke a^ reseptor permukaan <%— Molekul target Celah berselubung -Reseptor Selubung klatrinMembranplasamaQ Bahan melekat ke reseptor Q Membran melengkung ke Q Kantong terlepas sebagai Membranmembran dalam membentuk kantong. vesikel endositik berisi molekul plasma target.(b) Endositosis yang diperantarai reseptor LisosomPseudopodia - ' Mangsa r Q Lisosom menyatu dengan vesikel, membebaskan enzimO Pseudopodia mulai Q Pseudipodia menyelimuti Vesikel yang menyerang bahan dimengelilingi mangsa. mangsa. endositik dalam vesikel. Sel darah merah Sel darah Q Mangsa terbungkus di dalam yang sudah rusak putih vesikel endositik yang terbenam di dalam sitoplasma. (c) FagositosisGambar 2-8 Bentuk-bentuk endositosis. ( a ) D i a g r a m d a n m i l < r o g r a f e l e k t r o n p i n o s i t o s i s . M e m b r a n p e r m u k a a n m e l e n g k u n g k e d a l a mmembentuk kantong, kemudian menyegel permukaan tersebut setiingga terbentuk vesikel endositik intraseluler yang secara non-selektifmenarik sedikit C E S . (b) Diagram dan mikrograf elektron endositosis yang diperantarai reseptor. Ketika sebuah molekul besar, seperti protein,menempel pada reseptor permukaan spesifik, membran melengkung k e dalam membentuk kantong dengan bantuan protein selubung,menciptakan celah berselubung, lalu terlepas untuk secara selektif menginternalisasi molekul dalam vesikel endositik. (c) D i a g a m dan pemindaianmikrograf elektron serangkaian fagositosis. Sel darah putih m e m a k a n partikel multimolekuler, seperti bakteri atau sel darah merah tua, denganm e n j u l u r k a n p s e u d o p o d i a y a n g m e m b u n g k u s d a n m e n y e g e l b a h a n s a s a r a n . L i s o s o m m e n y a t u d e n g a n isi vesikel d a n m e n g u r a i k a n n y a .

34 BAB 2 lisosom mengandung enzim hidrolitik, sedangkan peroksisom b e r i s i b e b e r a p a enzim oksidatifkuat d a n m e n g a n d u n g s e b a g i a n(\"kaki semu\") yang mengelilingi atau menelan partikel dan b e s a r katalase s e l .memerangkapnya di sebuah vesikel yang terbentuk di dalamsel (Gambar 2-8c). Selanjutnya, hsosom m e n y a t u dengan Enzim oksidatif, s e p e r t i n a m a n y a , m e n g g u n a k a n o k s i g e nmembran vesikel fagositik dan membebaskan enzim-enzim (O2) u n t u k m e l e p a s k a n h i d r o g e n d a r i m o l e k u l o r g a n i k ter-hidrolitiknya ke dalam vesikel tersebut, tempat enzim-enzim tentu. Reaksi ini membantu tubuh mendetoksifikasi berbagaitersebut dengan aman menyerang bakteri atau bahan lain sampah yang dihasilkan di d a l a m sel atau senyawa asing toksikyang terperangkap tanpa m e r u s a k bagian sel lainnya. E n z i m - yang m a s u k ke sel, misalnya a l k o h o l d a l a m m i n u m a n keras.enzim ituu m u m n y a menguraikan bahan yang ditelan menjadikomponen mentah, seperti asam amino, glukosa, dan asam P r o d u k u t a m a y a n g d i h a s i l k a n d i p e r o k s i s o m , hidrogenlemak, yang dapat d i m a n f a a t k a n oleh sel. peroksida ( H 2 O 2 ) , d i b e n t u k o l e h o k s i g e n m o l e k u l a r d a n a t o mLisosom menyingkirkan organel yangrusak. hidrogen yang dilepaskan dari molekul toksik. Hidrogen peroksida berpotensi merusak jika dibiarkan m e n u m p u k atauLisosom juga dapat menyatu dengan organel yang sudah lolos dari kurungan peroksisom. N a m u n , peroksisom jugausang atau rusak u n t u k m e n y i n g k i r k a nbagian sel yang sudah m e n g a n d u n g b a n y a k katalase, e n z i m y a n g m e n g u r a i k a ntidak berguna tersebut. Proses pencernaan-diri selektif ini, H2O2 poten menjadi H2O dan O2 yang tidak berbahaya.d i k e n a l s e b a g a i autofagi {auto b e r a r t i \" s e n d i r i \" ; fag b e r a r t i Reaksi yang terakhir ini merupakan mekanisme pengamanan\" m a k a n \" ) m e m u n g k i n k a n p e m b a r u a n perangkat sel. Pada penting yang menghancurkan peroksida yang berpotensi fatalsebagian besar sel, semua organel dapat diperbarui. di tempat produksinya sehingga tidak lolos ke dalam sitosol. Sebagian orang tidak m a m p u membentuk satu atau Periksa Pemahaman Anda 2.6 lebih enzim lisosomal. Akibatnya adalah akumulasi masif senyawa yang normalnya dicerna oleh enzim 1 . Jelaskan fungsi enzim oksidatif di peroksisom. yang tidak ada tersebut. Manifestasi klinis sering me- 2. S e b u t k a n p r o d u k u t a m a y a n g d i h a s i l k a n d i p e r o k s i s o m . nyertai gangguan jenis ini karena lisosom yang m e m -bengkak mengganggu aktivitas n o r m a l sel. Lebih dari l i m a 2.7 Mitokondria danp u l u h p e n y a k i t y a n g d i s e b u t s e b a g a i penyakit simpanan liso-somal t e l a h t e r i d e n t i f i k a s i , d a n s e m u a n y a b e r b e d a . S i f a t d a n Produksi ATPkeparahan gejala bergantung pada jenis bahan yang tertimbun,yang selanjutnya bergantung pada enzim lisosomal apa yang Mitokondria a d a l a h o r g a n e l e n e r g i a t a u \" p e m b a n g k i t t e n a g a \"h i l a n g . S a l a h s a t u c o n t o h n y a i a l a h penyakit Tay-Sachs, y a n g sel; organel i n i mengekstraksi energi dari n u t r i e n d a l a m m aditandai dengan akumulasi abnormal molekul kompleks yang kanan dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digu-d i t e m u k a n d isel saraf Seiring dengan berlanjutnya p e n i m - n a k a n oleh sel u n t u k beraktivitas. M i t o k o n d r i a menghasilkanbunan, timbul gejala degenerasi sistem saraf yang progresif sekitar 90% energi yang sel—dan, konsekuensinya, seluruh tubuh—perlukan untuk bertahan hidup dan menjalankan Periksa Pemahaman Anda 2.5 fungsi. Sebuah sel dapat m e n g a n d u n g beberapa ratus hingga beberapa ribu mitokondria, bergantung pada kebutuhan 1. Sebutkan fungsi enzim Inidrolitik. energi m a s i n g - m a s i n g jenis sel. 2. G a m b a r k a n t i g a j e n i s e n d o s i t o s i s . Mitokondria dibungkus oleh dua2.6 Peroksisom dan membran. Detoksifikasi Mitokondria merupakan strukturberbentuk batang atau ovalPeroksisom a d a l a h o r g a n e l b e r m e m b r a n y a n g m e n g h a s i l k a n seukuran bakteri. Pada kenyataannya, mitokondria adalah t u r u n a n bakteri yang menginvasi atau ditelan oleh sel primitifdan m e n g u r a i k a n hidrogen peroksia (H2O2 ) dalam proses pada awal sejarah evolusi dan kemudian menjadi organel permanen. Karena asal usulnya berlainan, m i t o k o n d r i ad e g r a d a s i m o l e k u l y a n g b e r p o t e n s i t o k s i k {peroxi m e r u j u k memiliki D N A sendiri, berbeda dari D N A yang terdapat dipada \"hidrogen peroksida\"). Biasanya, d a l a m sebuah sel, ter- inti sel. Bedanya adalah D N A m i t o k o n d r i am e n g a n d u n g kodedapat beberapa ratus peroksisom kecil yang ukurannya sekitar genetik guna menghasilkan banyak molekulyang dibutuhkansepertiga hingga separuh ukuran rerata lisosom (lihat Gambar mitokondria untuk menghasilkan energi.2-7). Organel inijuga berasal dari R E dan kompleks Golgi. Sepanjang usia seseorang, terjadi akumulasi penyim-Peroksisom mengandung enzim pangan pada D N A mitokondria secara bertahap;oksidatif yang mendetoksifikasi penyimpangan ini terungkap berperan dalam prosesberbagai zat sisa. p e n u a a n d a n s e j u m l a h p e n y a k i t . Penyakit mitokondria d i p e r k i r a k a n m e n j a n g k i t i 1 d a r i 4 0 0 0Peroksisom mirip dengan lisosom, yakni berupa kantong orang. Manifestasi klinis penyakit i n isangat beragam,terbungkus membran yang mengandung enzim. Bedanya, bergantung pada lokasi dan derajat mutasi D N A mitokondria. Penyakit yang menonjol d i antara penyakit-penyakit

Fisiologi Sel 35mitokondria adalah penyakit debilitatif pada usia lanjut, Protein sistem Membran Matriks Membranseperti beberapa bentuk penyakit otot dan penyakit sistem transpor elektron mitokondria mitokondrias a r a f d e g e n e r a t i f k r o n i s , s a l a h s a t u c o n t o h n y a Charcot-Marie- dalam luarTooth tipe 2a. G e j a l a u m u m p a d a p e n y a k i t m i t o k o n d r i a a n t a r alain adalah kelelahan kronis, nyeri dan kelemahan otot, Kristainkoordinasi, kejang, kebutaan, dan ketulian.Kondisi tersebut (a) Mitokondriam e m b u r u k seiring dengan bertambahnya usia, dan terapiyang tersedia hanya ditujukanu n t u kmeredakan gejala, seperti (b) retikulum mitokondriapenggunaan analgesik. Gambar 2-9 Mitokondria. ( a ) D i a g r a m d a n m i k r o g r a f e l e k t r o n Setiap mitokondria dibungkus oleh m e m b r a n rangkap— sebuah mitokondria. Perhatikan bahwa membran luar berpermukaanmembran luar datar yang menyelubungi mitokondria itu datar, sementara m e m b r a n dalam membentuk lipatan-lipatan yangsendiri dan membran dalam yang membentuk serangkaian dikenal sebagai krista yang meluas ke dalam matriks. Ruang antar-l i p a t a n a t a u l e k u k a n y a n g d i s e b u t krista, y a n g m e n c u a t k e m e m b r a n m e m i s a h k a n m e m b r a n dalam dan luar. Protein transporrongga dalam yang terisi larutan mirip-gel yang dikenal elektron yang tertanam di dalam krista pada akhirnya bertanggungs e b a g a i matriks ( G a m b a r 2 - 9 a d a n f o t o p e m b u k a b a b ) . K e d u a jawab untuk mengubah banyakenergi dari makanan menjadi bentukmembran dipisahkan oleh ruang antarmembran yang sempit. yang dapat digunakan. (b) Mikrograf fluoresen retikulum mitokondriaKrista m e n g a n d u n g p r o t e i n y a n g a k h i r n y a m e n g g u n a k a n O2 pada sebuah sel otot, dengan mitokrondria saja yang diberi warnauntuk mengubah banyak energi dalam makanan menjadi (merah). L i n g k a r a n t i d a k b e n w a r n a d i b a g i a n t e n g a h s e l a d a l a hbentuk yang dapat digunakan. Lipatan m e m b r a n dalam, yang nukleus.berjumlah banyak, sangat menambah luas permukaan yangtersedia u n t u k m e n y i m p a n protein-protein penting ini.Matriks terdiri atas campuran pekat ratusan e n z i m terlarutberbeda-beda yang mempersiapkan molekul nutrien untukekstraksi akhir energi yang berguna oleh protein-proteinkrista.Mitokondria membentuk retikulummitokondria pada beberapa jenis sel.Pada otot rangka dan banyak jenis sel lainnya, m i t o k o n d r i ajarang terdapat sendirian, tetapi saling terkait dalam sebuahj a l i n a n , retikulum mitokondria ( G a m b a r 2 - 9 b ) . S i s t e mterorganisasi i n i secara efisien mendistribusikan bahan-bahanyang penting u n t u k m e n g h a s i l k a n energi—contohnya, O2 d a nproduk akhir makanan, seperti asam lemak—dari permukaansel hingga ke d a l a m sel. O2 dan asam lemak, yang sulit larutdalam air, menjadi lebih m u d a h larut sehingga dapat bergeraklebih cepat melalui m e m b r a n berminyak yang mengelilingijalinan mitokondriaketimbang melintasi sitosol yang berair. Retikulum mitokondriabersifat dinamis, terus mengalamiperubahan seiring adanya mitokondria yang bergabung ke,atau memisahkan diri dari, jalinan, bergantung pada kebu-t u h a n energi sel. C o n t o h n y a , jalinan m i t o k o n d r i a meluassebagai respons atas aktivitas kontraktil (latihan) pada ototrangka.Mitokondria memainkan peran utamadalam pembentukan ATP.Sumber energi bagi tubuh adalah energi kimia yang tersimpandi ikatan karbon dalam m a k a n a n yang ditelan. N a m u n , sel-seltubuh tidak memiliki perangkat untuk menggunakan energiini secara langsung. Sel harus mengekstraksi energi darinutrien makanan dan mengubahnya menjadi bentuk yangd a p a t d i g u n a k a n — y a i t u i k a t a n f o s f a t b e r e n e r g i t i n g g i adenosintrifosfat (ATP) y a n g t e r d i r i a t a s a d e n o s i n d e n g a n t i g a g u g u sf o s f a t m e l e k a t p a d a n y a {tri a r t i n y a \" t i g a \" ) ( l i h a t h . A - 1 6 ) .Ketika ikatan berenergi tinggi (seperti ikatan fosfat terminaldengan adenosin) terputus, sejumlah besar energi dibebaskan.

3 6 BAB 2 i Glikolisis 2 ATP' Adenosin trifosfat merupakan pembawa energi universal— oo Glukosa dan molekul\"mata uang\" energi u m u m d i tubuh. Sel dapat \"menjual\" A T P bahan bakar lainuntuk membayar \"harga\" energi untuk menjalankan perangkatsel. U n t u k segera m e m p e r o l e h energi yang berguna, sel Piruvatmemutus ikatan fosfat terminal pada ATP, yang menghasilkanadenosin difosfat ( A D P ) — a d e n o s i n d e n g a n d u a g u g u s f o s f a t Piruvat ke gugus asetilm e l e k a t p a d a n y a (di a r t i n y a \" d u a \" ) — d i t a m b a h f o s f a t i n o r g a n i k ( Asetil-CoA(Pi) dan energi: Elektron diangkut oleh pemutusan NADH dan FADHj A T P A D P Pi +energi untuk digunakan oleh sel E Fosforilasi oksidatif 28 i 5 CD (sistem transpor elektron D a l a m skema energi ini,makanan dapat dianggap sebagai\"bahan bakar mentah\" d a nA T P sebagai \"bahan bakar olahan\" CO dan kemiosmosis)untuk menjalankan perangkat tubuh. Makanan dicerna ataudiurai oleh sistem pencernaan menjadi unit-unit lebih kecil -O -Dyang dapat diserap sehingga dapat dipindahkan dari l u m e nsaluran cerna ke dalam darah (lihat Bab 16). Sebagai contoh, §1karbohidrat dari makanan diuraikan terutama menjadiglukosa, yang diserap ke dalam darah. Tidak ada energi ber- G a m b a r 2 - 1 0 Tahap-tahap respirasi selular. T i g a t a h a p r e s p i r a s iguna yang dibebaskan selama pencernaan makanan. Ketika selular adalah (1) glikolisis, (2) siklus a s a m sitrat, d a n (3) fosfonlasidisalurkan ke sel oleh darah, molekul nutrien diangkut melin- oksidatif.tasi m e m b r a n plasma ke dalam sitosol (Perincian bagaimanabahan-bahan mehntasi m e m b r a n tersaji d i Bab 3). dalam bentuk CO2 yang kemudian dikeluarkan dari tubuh sebagai produk akhir, atau sampah (Gambar 2-12). Selain itu, Sekarang kita akan mengalihkan perhatian pada tahap- satu atom hidrogen lain dibebaskan d a n dipindahkan k etahap yang terlibat dalam pembentukan A T P d idalam seld a n N A D H yang lain. M o l e k u l dua-karbon yang tersisa setelahp e r a n m i t o k o n d r i a d a l a m t a h a p - t a h a p t e r s e b u t . Respirasi proses penguraian—sebuah gugus asetil—berikatan denganselular s e c a r a k o l e k t i f m e r u j u k p a d a r e a k s i i n t r a s e l u l a r t e m p a t koenzim A (CoA), turunan asam pantotenat (salah satumolekul kaya energi dipecah untuk membentuk ATP, meng- v i t a m i n B ) , m e n g h a s i l k a n s e n y a w a asetil koenzim A (asetil-g u n a k a n O2 d a n menghasilkan CO2 selama prosesnya. Pada CoA).sebagian besar sel A T P dihasilkan dari penguraian berurutanm o l e k u l n u t r i e n y a n g t e r s e r a p d a l a m t i g a t a h a p : glikolisis d i A s e t i l - C o A k e m u d i a n m a s u k k e siklus asam sitrat, s e b u a hs i t o s o l , siklus asam sitrat d i m a t r i k s m i t o k o n d r i a , danfosforilasi siklus delapan reaksi biokimia yang dikatalisis oleh enzim-oksidatif di m e m b r a n d a l a m m i t o k o n d r i a ( G a m b a r 2 - 1 0 ) . ( S e l enzim matriks mitokondria. Siklus reaksi inidapat dibanding-otot menggunakan jalur sitosol tambahan untuk menghasilkan kan dengan satu putaran bianglala, kecuali bahwa molekulnyaenergi dengan cepat pada permulaan olahraga; lihat h i m . s e n d i r i t i d a k s e c a r a fisik b e r p u t a r d a l a m s e b u a h s i k l u s . D i297.) Kita m e m a k a i glukosa sebagai contoh u n t u k menjelaskan puncak bianglala, asetil-CoA—molekul dua-karbon—mema-tahap-tahap ini. suki tempat duduk yang sudah ditempati oleh oksaloasetat yang memiliki empat karbon. Kedua molekul i n i berikatanGLIKOLISIS D i a n t a r a r i b u a n e n z i m d i s i t o s o l , t e r d a p a t 1 0 untuk membentuk molekul asam sitrat enam-karbon (padae n z i m y a n g b e r t a n g g u n g j a w a b atas glikolisis, p r o s e s k i m i a p H intraselular, asam sitrat terdapat dalam bentuk ion, sitrat),yang melibatkan 10 reaksi berangkai yang menguraikan dan perjalanan mengelilingi siklus asam sitrat p u n dimulai.molekul gula enam-karbon, glukosa, menjadi dua molekul ( S i k l u s i n i d i k e n a l j u g a d e n g a n siklus Krebs, s e b a g a i p e n g h a r -piruvat, m a s i n g - m a s i n g d e n g a n t i g a k a r b o n (glyc- b e r a r t i g a a n t e r h a d a p p e n e m u u t a m a n y a , a t a u siklus asam trikarbok-\" m a n i s \" ; lysis b e r a r t i \" p e n g u r a i a n \" ) ( G a m b a r 2 - 1 6 ) . S e l a m a silat, k a r e n a s i t r a t m e n g a n d u n g t i g a g u g u s a s a m k a r b o k s i l a t . )proses ini, dua atom hidrogen dibebaskan d a n dipindahkan Pada masing-masing tahap dalam siklus i n i , enzim-enzimke dua molekulN A D H untuk digunakan lebih lanjut, (Sebentar matriks memodifikasi molekul penumpangnya untuk mem-kita akan mempelajari N A D H lebih dalam.) Sebagian energi bentuk molekul yang sedikit berbeda (diperlihatkan padadari ikatan kimia glukosa yang terputus langsung digunakan Gambar 2-12). Perubahan molekular i n i memiliki konse-untuk mengubah A D P menjadi A T P . N a m u n , glikolisis kuensi penting sebagai berikut.tidaklah efisien dalam konteks ekstraksi energi: Hasil akhirhanya dua molekul A T P per molekul glukosa yang diproses.Banyak energi yang semula terkandung dalam molekulglukosa masih tersimpan d i ikatan-ikatan kimia molekulpiruvat. Produksi energi yang rendah pada glikolisis tidakmemadai untuk memenuhi kebutuhan tubuh akan ATP. D isinilah mitokondria berperan.SIKLUS ASAM SITRAT P i r u v a t y a n g d i h a s i l k a n m e l a l u iglikolisis d i sitosol secara selektif diangkut ke dalam matriksmitokondria. D i sini, salah satu atom karbonnya dibebaskan

Fisiologi Sel 37 Glikolisis Satu molekul guanosin difosfat (GDP), m e m b e n t u k glukosa 6-karbon guanosin trifosfat (GTP), m o l e k u l b e r e n e r g iSitosol tinggi yang serupa dengan A T R Energi dari Piruvat ke Sepuluh - 2 NAD* G T P kemudian dipindahkan ke A T P sebagai gugus asetil langkah • 2 (NAOg berikut: terpisah - 2 ADP + 2 (P). Siklus ADP +GTP= ATP + GDP asam ATPs sitrat Karena setiap molekul glukosa diubah menjadi dua molekul asetil-CoA, memenuhi Fosforilasi Dua molekul dua putaran siklus asam sitrat, dihasilkan oksidatif piruvat 3-karbon tambahan d u a molekul A T P dari setiap molekul glukosa. Sejauh i n i , sel m a s i h b e l u m m e m p e r o l e h banyak keuntungan energi. N a m u n , siklusGambar 2-11 Glikolisis di sitosol. G l i k o l i s i s m e n g u r a i g l u k o s a ( e n a m k a r b o n ) m e n j a d i asam sitat penting dalam mempersiapkandua molekul piruvat (masing-masing tiga karbon), dengan hasil akhir 2 A T P dan 2 N A D H molekul pengangkut hidrogen masuk k e tahap akhir, fosforilasi oksidatif, yang(siap untuk ekstraksi energi lebih lanjut oleh sistem transpor elektron). menghasilkan energi jauh lebih banyak ketimbang sejumlah kecil A T P yang diproduksi oleh siklus itu sendiri.1. D u a karbon \"ditendang keluar dari perjalanan\"—dikeluar-kan satu p e rsatu dari sitrat enam-karbon, mengubahnya FOSFORILASI OKSIDATIF S e j u m l a h b e s a r e n e r g i y a n g b e l u mkembali menjadi oksaloasetat empat-karbon yang kini berada terpakai masih tersimpan d i dalam hidrogen yang dibebas-di puncak siklus guna menjemput asetil-CoA lain untuk kan, yang mengandung elektron pada tingkat energi tinggi.putaran siklus berikutnya. Koenzim Ajuga didaur ulang; pada Fosforilasi oksidatif m e r u j u k p a d a p r o s e s s i n t e s i s A T Pakhir siklus, C o A dilepaskan, memungkinkannya untuk ber- dengan menggunakan energi yang dibebaskan elektron ketikaikatan dengan gugus asetil baru u n t u k m e m b e n t u k asetil-CoA elektron dipindahkan k e O2. Proses i n i melibatkan d u alain. kelompok protein, keduanya terletak d i membran dalam2. A t o m k a r b o n yang dibebaskan, yang semula terdapat m i t o k o n d r i a : sistem transpor elelctron d a n ATP sintase.dalam senyawa asetil-CoA yang memasuki siklus, diubahmenjadi dua m o l e k u l CO2. Ingat bahwa dua a t o m karbon \"Keuntungan besar\" dalam penangkapan energi dimulaimemasuki siklus dalam bentuk asetil-CoA dan dua atomkarbon meninggalkan siklus dalam bentuk dua m o l e k u l CO2. ketika N A D H dan FADH2 masuk ke sistem transpor elektron.Karbon dioksida ini, dan CO2 yang dihasilkan selama pem-bentukan gugus asetil dari piruvat, keluar dari matriks mito- Sistem transpor elektron m e l i p u t i m o l e k u l - m o l e k u l p e n g -kondria, kemudian meninggalkan selsebelum akhirnya angkut elektron yang terdapat pada empat kompleks proteinmasuk ke darah. Darah m e m b a w a CO2 ke paru, tempat mole- inert besar, diberi n o m o r I , I I , I I I ,dan IV, beserta dua peng-kul ini dieliminasi keatmosfer melalui pernapasan. Oksigen angkut elektron kecil yang sangat mobil, sitokrom c dan ubi-yang digunakan u n t u k membuat CO2 dari atom-atom karbon kuinon (juga dikenal dengan koenzim Q atau CoQ) yangyang dibebaskan ini berasal dari molekul yang terlibat dalam membawa elektron d iantara kompleks-kompleks utamareaksi, bukan oksigen molekular bebas dari pernapasan. (Gambar 2-13).3. A t o m h i d r o g e n juga \"dicampakkan\" selama siklus pada Begitu sistem transpor elektron mulai bekerja, elektronempat tahap konversi kimia. Tujuan utama siklus asam sitrat berenergi tinggi diekstrak dari atom hidrogen dalam N A D Hadalah menghasilkan hidrogen-hidrogen ini untuk masuk kesistem transpor elektron d i membran dalam mitokondria. dan FADH2, lalu dipindahkan melalui serangkaian langkahHidrogen-hidrogen tersebut dipindahkan k edua molekulp e n g a n g k u t h i d r o g e n berbeda—nikotinamida adenin dari satu molekul pengangkut elektron k e yang lain dalamdinukleotida (NAD\"^), t u r u n a n n i a s i n ( s a l a h s a t u v i t a m i n B ) , s a t u l i n i p e r a k i t a n ( l a n g k a h O). A k i b a t p e m b e r i a n i o nd a n flavin adenin dinukleotida (FAD), t u r u n a n r i b o f l a v i n hidrogen (H\"^) dan elektron di dalam sistem transpor elektron,(salah satu vitamin B ) . Pemindahan hidrogen mengubah N A D H dan FADH2 diubah kembali menjadi N A D + dan F A Dmasing-masing senyawa tersebut menjadi N A D H dan FADH2. ( l a n g k a h 0), m e m b e b a s k a n k e d u a n y a u n t u k m e n g a m b i lU n t u k setiap putaran siklus asam sitrat, dihasilkan tiga N A D H atom hidrogen lain yang dilepaskan selama glikolisis dandan satu F A D H j . siklus asam sitrat. Dengan demikian, N A D \" ^ dan F A D meng- hubungkan silkus asam sitrat dan sistem transpor elektron. Molekul-molekul pengangkut elektron tersusun dalam urutan spesifik di m e m b r a n dalam sehingga elektron berenergi tinggi jatuh pada tingkat energi dari tinggi ke rendah sewaktu ber- pindah dari satu molekul pengangkut k e yang lain dalam s e b u a h r a n t a i r e a k s i ( l a n g k a h 0). A k h i r n y a , k e t i k a b e r a d a4. Satu lagi m o l e k u l A T P dihasilkan u n t u k setiap m o l e k u l pada tingkat energi terendah, elektron terikat pada oksigenasetil-CoA yang diproses. Sebenarnya, A T P tidak secara molekular (O2) yang berasal dari udara napas kita. Oksigenlangsung diproduksi melalui siklus asam sitrat. Energi yang memasuki mitokondria d a n berfungsi sebagai akseptordibebaskan secara langsung mengikatkan fosfat inorganik ke elektron terakhir pada sistem transpor elektron. Oksigen ber-

38 BAB 2 Glikolisis CATI Matriks Piruvat ke ^ Piruvat mitokondria gugus asei ®@) M Siklus asam - ^NAD* sitrat * ^ •\" ^ ( N A D H J KUNCI Fosforilasi 0 C Atom karbon oksidatif n Asetil-CoA NAD* Di matriks Oksaloasetat %4 [NADH] mitokondria 0 (NABH] (^02)® NAD* (H-,0) n._. Suksinil CoA Suksinat / ' \" G DGDP ADPGambar 2-12 Siklus asam sitrat di matriks mitokondria. D u a k a r b o n y a n g m a s u k k e s i k l u s d e n g a n p e r a n t a r a a n a s e t i l - C o A a k h i r n y a d i u b a hm e n j a d i CO2, s e m e n t a r a a s a m oksaloasetat, y a n g m e n e r l m a asetil-CoA, dibentuk kembali p a d a akhir siklus. Hidrogen dilepaskan p a d a titik-titikspesifik disepanjang siklus, berikatan dengan molekul pengangkut hidrogen N A D * dan F A D untuk pengolahan lebih lanjut oleh sistem transporelektron. Satu molekul A T P dihasilkan untuk setiap molekul asetil-CoA yang m a s u k ke siklus a s a m sitrat, atau total dua molekul A T P untuk setiapmolekul glukosa yang diproses.

Fisiologi Sel 39 Glikolisis Membran O Elektron berenergi tinggi yang diekstraksi dari Q Akibatnya, ion H* lebih terkonsentrasi di ruang dalam hidrogen dalam NADH dan FADH2 dipindahkan dari antarmembran ketimbang di matriks. Gradien H* ini Piruvat ke mitokondria satu molekul pengangkut elektron ke yang lain. menghasilkan energi yang menggerakkan sintesisgugus asetil ATP oleh ATP sintase. Q NADH dan FADH2 diubah menjadi NAD+ dan Siklus FAD, yang memungkinkan keduanya untuk Q Karena gradien ini, ion H* memiliki asam mengambil lebih banyak atom hidrogen yang kecenderungan tinggi untuk mengalir ke dalam sitrat dibebaskan selama glikolisis dan siklus asam sitrat. matriks melintasi membran dalam lewat saluran- saluran diantara unit dasar dan stator pada Fosforilasi Q Elektron berenergi tinggi jatuh dari tingkat energi kompleks ATP sintase. oksidatif tinggi ke rendah sewaktu dipindahkan dari satu molekul pengangkut ke yang lain dalam sistem Q Aliran ion H+ ini mengaktifkan A T P sintase dan transpor elektron. m e n g g e r a k k a n s i n t e s i s A T P o l e h headpiece, p r o s e s y a n g d i n a m a k a n kemiosmosis. A l i r a n i o n H * m e l a l u i Q Elektron diberikan ke O2, akseptor elektron s a l u r a n ini m e m b u a t headpiece d a n t a n g k a i b e r p u t a r terakhir pada sistem transpor elektron. Oksigen ini, ke atas. kini bermuatan negatif karena mendapat tambahan elektron, bergabung dengan ion H*, yang Q Akibat perubahan bentuk dan posisi sewaktu bermuatan positif karena mendonorkan elektron b e r p u t a r , headpiece m e n g a m b i l A D P d a n P,, pada awal sistem transpor elektron, untuk menggabungkan keduanya, dan membebaskan membentuk H2O. produk ATR Q Ketika bergerak melalui sistem transpor elektron, elektron melepaskan energi bebas. Sebagian energi yang dibebaskan hilang sebagai panas, tetapi sebagian lagi dimanfaatkan untuk transpor H+ melintasi membran dalam mitokondha dan matriks m e n u j u ruang a n t a r m e m b r a n pada K o m p l e k s I, I dan IV.IVIatriks mitokondria ADP + P ATP Sistem transpor elektron Kemiosmosis Elektron mengalir melalui serangkaian pengangkut elektron dari ATP sintase mengatalisis sintesis ATP dengan tingkat energi tinggi ke rendah; energi yang dibebaskan menciptakan menggunakan energi dari gradien H+ gradien H+ antara sisi dalam dan luar m e m b r a n dalam mitokondha. di sekeliling membran. Fosforilasi oksidatifGambar 2-13 Fosforilasi oksidatif di membran dalam mitokondria. F o s f o r i l a s i o k s i d a t i f m e l i b a t k a n s i s t e m t r a n s p o r e l e k t r o n ( l a n g k a h 1 - 6 )dan kemiosmosis oleh A T P sintase (langkah 7-9). Lingkaran pink dalam sistem transpor elektron menunjukkan pengangkut elektron spesifik.

4 0 BAB 2 makanan untuk membebaskan energinya? Ketika proses ini terjadi di luar tubuh, semua energi yang tersimpan di dalammuatan negatif ini (negatif karena telah mendapat elektron molekul makanan dibebaskan secara mendadak dalam bentuktambahan) lalu bergabung dengan ion hidrogen bermuatan panas (Gambar 2-15). Pikirkan apa yang akan terjadi jikapositif (positif karena telah menyumbangkan elektron pada marshmallow y a n g s e d a n g A n d a p a n g g a n g t i d a k s e n g a j ap e r m u l a a n sistem transpor elektron) u n t u k m e m b e n t u k air, t e r j a t u h k e d a l a m a p i . Marshmallow y a n g t e r b a k a r i t u c e p a tH2O ( l a n g k a h 0). menjadi panas karena gula teroksidasi dengan cepat. D i tubuh, molekul makanan teroksidasi di dalam mitokondria melalui Ketika bergerak melalui rantai reaksi ini, elektron banyak langkah kecil yang terkendali; dengan begitu, energimelepaskan energi bebas. Sebagian energi yang dilepaskan kimia dibebaskan sedikit demi sedikit sehingga dapat di-hilang dalam bentuk panas, tetapi sebagian dimanfaatkan tangkap secara lebih efisien dalam ikatan A T P dan disimpanmitokondria untuk membentuk ATP. Pada tiga tempat dalam d a l a m b e n t u k yang berguna bagi sel. D e n g a n cara i n i , lebihsistem transpor elektron (kompleks I ,III, dan I V ) ,energi yang sedikit energi yang berubah menjadi panas. Panas yang diha-dilepaskan selama pemindahan elektron digunakan untuk silkan tidak sepenuhnya merupakan energi yang tidak ter-mengangkut ion hidrogen (H*) melintasi membran dalam pakai; sebagian panas tersebut digunakan untuk membantumitokondria dari matriks menuju ruang di antara membran mempertahankan suhu tubuh, sementara kelebihannya di-m i t o k o n d r i a d a l a m d a n l u a r , d i k e n a l d e n g a n ruang antar- buang ke lingkungan.membran ( l a n g k a h 0). A k i b a t n y a , i o n h i d r o g e n l e b i h t e r k o n -sentrasi pada ruang antarmembran ketimbang d i matriks. Sel menghasilkan lebih banyak energiGradien H * yang dihasilkan sistem transpor elektron ini dalam keadaan aerob daripada anaerob( l a n g k a h 0) m e n y e d i a k a n energi y a n g m e n g g e r a k k a n sintesisA T P oleh A T P sintase, enzim mitokondria terikat-membran. Sel m e r u p a k a n pengubah energi yang lebih efisien jika ada o k s i g e n ( G a m b a r 2 - 1 6 ) . P a d a k o n d i s i anaerob ( \" t i d a k a d a ATP sintase m e l i p u t i unit dasaryang t e r t a n a m d i m e m b r a n udara\", l e b i h spesifik lagi \" t i d a k ada O2\"), p e n g u r a i a n g l u k o s ad a l a m , t e r h u b u n g m e l a l u i s e b u a h t a n g k a i k e lieadpiece y a n g tidak dapat berjalan melampaui glikolisis, yang berlangsungt e r l e t a k d i m a t r i k s , d e n g a n stator y a n g m e n j e m b a t a n i u n i t di sitosol dan menghasilkan hanya dua molekul A T P p e rd a s a r d a n headpiece. K a r e n a l e b i h t e r k o n s e n t r a s i p a d a r u a n g molekul glukosa. Energi yang belum terpakai d i molekulantarmembran ketimbang di matriks, ion H * memiliki kecen- glukosa tetap terkunci dalam ikatan molekul piruvat, yangderungan tinggi untuk mengalir balik ke dalam matriks a k h i r n y a d i u b a h m e n j a d i laktat j i k a t i d a k m a s u k k e j a l u r y a n gmelintasi membran dalam melalui saluran-saluran yang ujung-ujungnya menuju fosforilasi oksidatifterbentuk di antara unit dasar dan stator pada kompleks A T Psintase (langkah 8). Aliran ion H * ini mengaktifkan A T P J i k a t e r d a p a t c u k u p O 2 — k o n d i s i aerob ( \" d e n g a n u d a r a \"s i n t a s e d a n m e n g g e r a k k a n s i n t e s i s A T P o l e h headpiece, p r o s e s atau \"dengan O2\")—pemrosesan di mitokondria (yaitu siklusy a n g d i k e n a l d e n g a n kemiosmosis. A l i r a n i o n H - i - m e l a l u i asam sitrat di matriks serta sistem transpor elektron dan A T Ps a l u r a n i n i m e m b u a t headpiece d a n t a n g k a i b e p u t a r k e a t a s sintase d i m e m b r a n dalam) memanfaatkan cukup banyak( l a n g k a h 0), m i r i p a l i r a n air y a n g m e m b u a t p u t a r a n k i n c i r energi untuk menghasilkan 30 molekul A T P tambahan, u n t u kair. Akibat perubahan bentuk dan posisi saat berputar, hasil akhir 32 molekul A T P per molekul glukosa yang diproses.headpiece m a m p u b e r t u r u t - t u r u t m e n g a m b i l A D P d a n P ; , ( U n t u k p e n j e l a s a n m e n g e n a i o l a h r a g a a e r o b i k , lihat fiturmenggabungkan keduanya, dan melepaskan produk A T P penyerta dalam kotak d ih .42,Melihat Lebih Dekat pada( l a n g k a h 0). Fisiologi Olahraga). Keseluruhan reaksi oksidasi molekul makanan untuk menghasilkan energi selama respirasi seluler Fosforilasi oksidatif meliputi keseluruhan proses tempat adalah sebagai berikut.A T P sintase membentuk A T P melalui fosforilasi (penambahanfosfat ke) A D P menggunakan energi yang dilepaskan elektron Makanan + O2 CO2 + H2O + ATPsewaktu elektron d i p i n d a h k a n k e O2 oleh sistem transporelektron. Pemanfaatan energi menjadi bentuk yang berguna (diperlukan (terutama (dihasilkan (terutamaketika elektron jatuh dari tingkat energi tinggi k e tingkat u n t u k fosforilasi dihasilkan oleh oleh sistem dihasilkan olehenergi rendah dapat dianalogikan seperti pembangkit listrikyang mengubah energi air terjun menjadi listrik. oksidatif) siklus asam transpor A T P sintase) sitrat) elektron) Ketika diaktifkan, A T P sintase menyediakan 28 molekulA T P tambahan bagi setiap molekul glukosa yang diproses Perhatikan bahwa reaksi oksidatif di dalam mitokondria(Gambar 2-14). Riset terkini m e n u n j u k k a n bahwa sekitar 2,5 menghasilkan energi, tidak seperti reaksi oksidatif yangA T P disintesis saat sepasang elektron yang dilepaskan N A D H dikendalikan enzim peroksisom. Kedua organel menggunakanmelintasi seluruh sistem transpor elektron menuju molekul O2, tetapi u n t u k t u j u a n y a n g b e r b e d a .oksigen. Sepasang elektron yang dilepaskan FADH2 menem- Glukosa, nutrien utama yang berasal dari karbohidrat dalam makanan, merupakan bahan bakar pilihan kebanyakanpuh lintasan yang lebih pendek (lihat Gambar 2-13), m e m - sel. N a m u n , m o l e k u l n u t r i e n y a n g berasal dari l e m a k (asambentuk sekitar 1,5ATP. Artinya, ada total 32 molekul A T P lemak) dan, jika diperlukan, dari protein (asam amino) jugayang dihasilkan ketika sebuah molekul glukosa terurai dapat ikut serta di titik-titik tertentu dalam keseluruhan reaksisempurna dalam respirasi seluler: 2 melalui glikolisis, 2 dari kimia yang akhirnya menghasilkan energi ini. Asam aminosiklus asam sitrat, dan 28selama fosforilasi oksidatif A T P di- biasanya digunakan u n t u k sintesis protein, bukan produksiangkut keluar dari mitokondria menuju sitosol untuk energi, tetapi dapat digunakan sebagai bahan bakar jikad i g u n a k a n sebagai sumber energi sel. glukosa dan lemak tidak cukup (lihat Bab 17). A s a m lemak Langkah-langkah menuju fosforilasi oksidatif boleh jadiawalnya tampak sebagai rintangan yang tidak perlu. Mengapatidak langsung saja mengoksidasi atau \"membakar\" m o l e k u l

1 ( Glukosa ) 2 ATP Fisiologi Sel 41 Glikolisis Gambar 2-14 Ikhtisar produksl ATP dari oksidasi 2 f Piruvat 1 sempurna satu molekul glukosa. Dengan total 32 ATP, diasumsikan bahwa elektron yang diangkut oleh •Piruvat ke flap NADH menghasilkan 2,5 ATP dan yang diangkut oleh tiap F A D H 2 menghasilkan 1,5 A T P selama gugus asetil fosforilasi oksidatif. 2 ( Asetil-CoA\"^i2(N/y)l4Ji6(NAPH^ 2 ' ATP2 FADH2 2 [FADHz 2x1,5ATP/FADH2 3 ATP 33 25 ATP Pemindahan 10x2,5ATP/NADH 0 0- elektron Fosforilasi • § • =3 oksidatif•10(NADH)i Q. Q. 03 3Makanan 02 Makanan >f J J Oksidasi tak-terkendali Oksidasi terkendali makanan makanan di luar tubuh di dalam tubuh (berlangsung (pembakaran) melalui banyak langkah kecil pada sistem transpor elektron) JL f Energi dimanfaatkan dalam Energi dibebaskan bentuk ATP, mata uang energi sebagai panas paling umum bagi tubuh 7 ATP ATPGambar 2-15 Oksidasi makanan tak-terkendali versus Sebagian digunakan untuk Kelebihan panasterkendali. Sebagian energi yang dibebaskan sebagai mempertahankan suhu tubuh dibuang kepanas ketika makanan mengalami oksidasi tak-terkendali lingkungan(pembakaran) di luar tubuh dimanfaatkan dan disimpandalam bentuk yang berguna saat berlangsungnya oksidasiterkendali di dalam tubuh.

42 BAB 2Kondisi anaerob Glil<olisis C Tidak ada O2Glul<osa \"1~ Piruvat Laktat 2 ATPKondisi aerobGlukosa Glikolisis Piruvat Membran mitokondria \"T\" 2 ATP -30 ATP + C O 2 + H2O Sitosol I Siklusasam sitrat/Fosforilasi oksidatif MitokondriaGambar 2-16 Perbandingan hasil energi dan produk pada kondisi anaerob dan aerob. Pada keadaan anaerob, hanya 2 A T P dihasilkanuntuk setiap molekul glukosa yang diproses, tetapi pada keadaan aerob total 32 A T P dihasilkan per molekul glukosa.diurai sedikit demi sedikit d imatriks mitokondria melalui 2 . Transpor membran, m i s a l n y a t r a n s p o r s e l e k t i f m o l e k u lproses oksidasi beta (P)yang memotong blok unit dua- melintasi tubulus ginjal sewaktu proses pembentukan urine.karbon satu per satu. Setiap unit dua-karbon dipakai u n t u k Sel ginjal dapat menghabiskan hingga 80% \"mata uang\" A T Pmembentuk molekul asetil-CoA yang memasuki siklus asam untuk menjalankan mekanisme transpor membran selektifsitrat. A s a m lemak yang berbeda mengandung atom karbon ini.dalam j u m l a h berbeda pula. Sebagian besar asam lemak did a l a m t u b u h m e m i l i k i panjang rantai antara 14 dan 22 karbon. 3 . Kerja mekanis, m i s a l n y a k o n t r a k s i o t o t j a n t u n g u n t u kKarena tiap dua karbon pada rantai panjang asam lemak m e m o m p a darah atau kontraksiotot rangka untuk mengangkatmembentuk sebuah asetil-CoA, satu asam lemak dapat meng- sebuah benda. Aktivitasini memerlukan banyak ATP.hasilkan 7 hingga 11molekul asetil-CoA, bergantung padapanjang asam lemak bersangkutan; bandingkan dengan 2 Akibat pemakaian energi sel u n t u k m e n u n j a n g berbagaimolekul asetil-CoA yang dihasilkan dari penguraian molekul aktivitas ini, banyak A D P dihasilkan. Molekul yang telahglukosa. Karena itu, lemak lebih padat energi (yakni meng- terkuras energinya ini masuk ke mitokondria u n t u k \"pengisis-hasilkan lebih banyak A T P per gram) ketimbang glukosa (dan an ulang\", lalu berjalan kembali k esitosol sebagai molekulkarbohidrat lain yang dicerna menjadi glukosa). Asam amino A T P yang kaya energi setelah ikut serta dalam fosforilasidapat digunakan untuk menghasilkan energi jika diperlukan oksidatif. D a l a m siklus pengisian ulang-pemakaian ini, satudengan membentuk asetil-CoA, piruvat, atau molekul peran- molekul A D P / A T P dapat berpindah ribuan kali per hari daritara dalam siklus asam sitrat, bergantung pada jenis asam mitokondria k esitosol atau sebaliknya. Rata-rata, seseorangaminonya. Mengingat asam lemak dan asam amino mengha- mendaur ulang sejumlah A T P yang ekuivalen dengan beratsilkan energi melalui siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif badannya setiap hari.saja, l e m a k dan protein hanya dapat digunakan dalam kondisiaerob, sementara glukosa dapat dipakai dalam kondisi anaerob Tingginya kebutuhan akan A T P menyebabkan glikolisis(melalui glikolisis saja) dan aerob manakala p r o d u k glikolisis saja tidak cukup dan tidak efisien u n t u k m e m a s o k energi bagi(piruvat) diurai lebih lanjut melalui siklus asam sitrat dan kebanyakan sel. Jika tidak terdapat m i t o k o n d r i a , yang berisifosforilasi oksidatif. perangkat metabolik untuk fosforilasi oksidatif, kemampuan energi t u b u h akan terbatas. N a m u n , glikolisis m e n d u k u n g selEnergi yang tersimpan di dalam ATP dengan mekanisme terkondisi yang dapat menghasilkan A T Pdigunakan untuk sintesis, transpor, dan pada kondisi anaerob. Sel otot rangka utamanya mendapatkerja mekanis. keuntungan dengan adanya kemampuan ini sewaktu olahraga berintesitas tinggi dalam durasi singkat, ketika kebutuhanBegitu terbentuk, A T P dibawa keluar dari mitokondria, energi untukkontraksi melebihi kemampuan tubuh menyalur-k e m u d i a n siap sedia sebagai sumber energi d idalam sel. k a n c u k u p b a n y a k O2 k e o t o t y a n g t e n g a h b e r a k t i v i t a s g u n aAktivitas sel y a n g m e m e r l u k a n p e m a k a i a n energi dibedakan menunjang fosforilasi oksidatif.menjadi tiga kategori: Mitokondria memainkan peran kunci1 . Sintesis senyawa kimia baru, m i s a l n y a s i n t e s i s p r o t e i n o l e h dalam kematian sel terprogram.RE. Beberapa sel, khususnya sel dengan laju sekresi tinggi dansel d a l a m fase p e r t u m b u h a n , m e n g g u n a k a n hingga 7 5 % A T P Selain berperan sentral dalam menghasilkan sebagian besaryang dihasilkannya hanya untuk menyintesis senyawa kimia A T P u n t u k d i g u n a k a n sel, m i t o k o n d r i a m e m a i n k a n peranbaru. kunci tersendiri d a l a m k e m a t i a n sel terprogram, proses yang

Fisiologi Sel 43• Melihat Lebih Dekatpada Fisiologi Olahraga LAHRAGA AEROBIK (\"DENGAN Oj\") MELIBATKAN kelompok yang sama diperoleh dengan olahraga yang dilakukan satu kali sekaligus otot besar dan dilakukan pada intensitas yang cukup rendah ataupun dipecah-pecah menjadi beberapa sesi yang lebih singkat. Hal untukjangka waktu yang cukup lama sehingga sumber-sumber ini merupakan berita baik karena banyak orang merasa lebih mudahbahan bakar dapat diubah menjadi ATP dengan menggunakan siklus melakukan olahraga berdurasi singkat beberapa kali dalam sehari.asam sitrat dan fosforilasi oksidatif sebagai jalur metabolik utama.Olahraga aerobik dapat diteruskan dari 15 hingga 20 menit hingga be- Intensitas olahraga harus didasarkan pada persentase kapasitas kerjaberapa jam setiap kalinya. Aktivitas berdurasi singkat dengan intensitas maksimal seseorang. Cara termudah untuk menentukan intensitastinggi, misalnya angkat beban dan lari cepat 100 meter,yang berlangsung olahraga yang tepat dan memantau tingkat intensitas adalah dengandalam hitungan detik dan semata-mata bergantung pada energi yang memeriksa frekuensi denyut jantung. Perkiraan frekuensi denyut jantungtersimpan di otot dan glikolisis, merupakan bentuk olahraga anaerobik maksimal ditentukan dengan rumus (220-usia). Manfaat signifikan dapat(\"tanpa O2\"). diperoleh dari olahraga aerobik yang dilakukan antara 70% hingga 80% frekuensi denyut jantung maksimal. Sebagai contoh, perkiraan frekuensi Inaktivitas berkaitan dengan peningkatan risikoterjadinya hipertensi denyut jantung maksimal untuk seseorang yang berumur 20 tahun(tekanan darah tinggi) dan penyakit arteri koroner (penyumbatan arteri adalah 200 kali per menit. Jika ia berolahraga tiga kali seminggu selamayang mendarahi jantung). American College of Sports Medicine me- 20 hingga 60 menit dengan intensitas yang meningkatkan frekuensirekomendasikan seseorang melakukan olahraga aerobik minimal tiga denyut jantungnya menjadi 140 hingga 160 kali per menit, kapasitaskali seminggu selama 20 hingga 60 menit untuk mengurangi risiko kerja aerobiknya akan meningkat secara bermakna dan risiko penyakithipertensi dan penyakit arteri koroner serta meningkatkan kapasitas kardiovaskularakan berkurang.kerja fisik. Studi-studi terkini menunjukkan bahwa manfaat kesehatand i k e n a l d e n g a n apoptosis. S e t i a p s e l m e m i l i k i j a l u r b i o k i m i a diperintahkan oleh sandi D N A sebelumnya. Ribosom m e m -intrinsik yang, jika dipicu, menyebabkan sel mengeksekusi bawa seluruh k o m p o n e n yang turut serta dalam sintesisdirinya sendiri akibat lolosnya sitokrom c (salah satu k o m - protein—mRNA, tRNA, dan asam amino—serta menyediakanponen sistem transpor elektron) dari mitokondria, yang d i enzim dan energi yang diperlukan untuk menyambungkanluar mitokondria menjalankan fungsi yang sama sekali ber- asam-asam a m i n o sekaligus. Sifat protein yang disintesis olehbeda, yakni mengaktifkan enzim pemotong-protein intra- ribosom tertentu ditentukan oleh m R N A yang diterjemahkan.selular yang m e m o t o n g sel menjadi bagian-bagian kecil yang Setiap m R N A berfungsi sebagai sandi bagi satu protein saja.layak buang. Apoptosis merupakan bagian alami kehidupanorganisme; proses ini mengeliminasi selyang tidak lagi Ribosom berada bebas d isitosol atau melekat pada R Ed i p e r l u k a n a t a u r u s a k . ( I s t i l a h apoptosishemrti \" p e n a n g g a l a n , \" kasar. R i b o s o m bentuk jadi berdiameter kurang lebih 2 0 n mm e r u j u k pada penanggalan sel yang tidak lagi berguna, seba- d a n t e r d i r i a t a s d u a b a g i a n y a n g t i d a k s e u k u r a n , subunitgaimana daun pohon yang berguguran pada m u s i m gugur.) ribosomal kecil d a n besar ( G a m b a r 2 - 1 7 a ) ( 1 n a n o m e t e r [ n m ](Lihat fitur kotak di h. 4 4dan 45, Konsep, Tantangan, dan = 1persemiliar meter). Setiap subunit tersusun atas r R N A danKontroversi u n t u k penjelasan lebih lanjut tentang apoptosis.) protein ribosomal. Kedua subunit ini dibawa bersamaan ketika sebuah protein tengah disintesis. Saat kedua subunit Bahasan organel m e m b r a n telah selesai, sekarang m a r i kita menyatu, terbentuklah sebuah alur. Pada penerjemahanmengalihkan perhatian pada organel tak-bermembran, yang (translasi), m R N A bergerak melalui alur ini. Ribosom jugam e n c a k u p r i b o s o m , vault, d a n s e n t r i o l . memiliki tiga situs ikatan tempat t R N A berinteraksi dengan m R N A ( G a m b a r 2 - 1 7 b ) . Situs A a d a l a h t e m p a t t R N A y a n g Periksa Pemahaman Anda 2.7 baru datang, mengandung asam amino yang telah ditentukan, t e r i k a t k e m R N A . Situs P a d a l a h t e m p a t t R N A , y a n g m e m b a w a 1. Gambar dan deskripsikan sebuah mitokondria. rantai asam amino yang sedang berkembang, terikat k e 2. Sebutkan tahap-tahap respirasi seluler dan tempat tiap-tiap m R N A . Pada tiap tahap translasi, rantai asam amino dari t R N A di situs P dipotong dan disambungkan ke asam a m i n o tahap tersebut berlangsung. p a d a t R N A y a n g b a r u t i b a d i s i t u s A . Situs E a d a l a h t e m p a t 3. Bandingkan jumlah ATP yang dihasilkan dari satu molekul t R N A kosong terikat sebelum terlepas dari ribosom. Setelah[im^, glukosa pada kondisi anaerob dan aerob. asam amino pada t R N A yang baru ditambahkan pada rantai asam amino, ribosom bergerak maju d isepanjang m R N A ,2.81 Ribosom dan Sintesis mengembalikan posisi semua t R N A di situs berikutnya. t R N A Protein yang tadinya berada di situs E meninggalkan ribosom. t R N A yang k i n i telah kosong, tadinya berada d isitus P, bergerakRibosom m e n j a l a n k a n sintesis p r o t e i n d e n g a n m e n e r j e m a h - m e n u j u situs E .t R N A yang tadinya berada d isitus A , dankan m R N A ke rantai asam amino dalam urutan teratur yang sekarang mengandung rantai asam amino yang sedang b e r k e m b a n g , b e r g e r a k m e n u j u situs P. t R N A y a n g b a r u datang, membawa asam amino berikutnya dalam urutan protein bersangkutan, memasuki situs Ayang kosong. Proses i n i terus

iri Sel Terprogr POPTOSIS ADALAH BUNUH DIRI sebuah sel yang tidak lagi disengaja yang terkendali dan rapi dalam membuang sel-sel yang tidak berguna. Apoptosis merupakan bagian normal kehidupan—sel- lagi dibutuhkan atau yang menebar ancaman bagi tubuh. Bentuk lain sel yang sudah tidak diperlukan atau rusak dipicu untuk kematian sel, nekrosis (berarti \"membuat mati\"), iaiah pembunuhan tak-menghancurkan diri sendiri demi kepentingan yang lebih besar, yakni disengaja yang kotor dan tak-terkendali terhadap sel-sel berguna yangmemelihara kesehatan seluruh tubuh. sudah cedera parah akibat pajanan agen eksternal ke sel, seperti benturan fisik, kekurangan O2, atau penyakit. Sebagai contoh, sel otot jantungBerikut ini adalah contoh-contoh peran vital yang dimainkan oleh yang kekurangan pasokan O2 akibat sumbatan komplet pembuluh darahprogram pengorbanan intrinsik ini: yang mendarahinya ketika terjadi serangan jantung mati akibat nekrosis• Eliminasi-diri terprediksi sel-sel terpilih merupakan bagian normal per- (lihat h. 360). kembangan. Sel-sel tertentu yang tidak diinginkan dan dihasilkan selama Meskipun nekrosis dan apoptosis sama-sama menyebabkan perkembangan memang diprogram untuk membunuh dirinya sendiri kematian sel, langkah-langkah yang terlibat berbeda. Pada nekrosis, sel ; ketika tubuh telah terakit menjadi bentuk akhirnya. Selama perkembang- yang sekarat adalah korban pasif, sementara pada apoptosis sel turut an seorang perempuan, contohnya, apoptosis sengaja membuang serta secara aktif dalam proses kematiannya sendiri. Pada nekrosis, sel duktus embrionik yang mampu membentuk saluran reproduksi pria. yang cedera tidak dapat memompa keluar Na+ sebagaimana biasanya. Apoptosis juga memahat jari-jari tangan yang sedang berkembang— Akibatnya, air mengalir masuk melalui osmosis, menyebabkan sel memiliki jari-jari berbentuk seperti sarung tangan—dengan meng- bengkak dan pecah. Umumnya, pada nekrosis, jejas pencetus kematian hilangkan membran mirip selaput di antara jari-jari. sel mencederai banyak sel yang berdekatan, sehingga banyak sel-sel di• Apoptosis penting dalam peremajaan (turnover)jaringan pada tubuh orang sekitarnya yang ikut bengkak dan pecah. Pelepasan kandungan intrasel dewasa. Fungsi optimal kebanyakan jaringan bergantung pada keseim- ke jaringan sekitar memicu respons inflamasi pada tempat jejas (lihat h. bangan antara produksi terkendali sel-sel baru dan destruksi-diri sel yang 447). Sayangnya, respons inflamasi ini dapat membahayakan sel-sel terencana. Keseimbangan ini mempertahankan jumlah sel yang tepat di sehatdi sekitarnya. jaringan tertentu seraya menjamin pasokan terkendali sel-sel baru yang sedang berada dalam puncak performanya. Di lain pihak, apoptosis menyasar sel yang memang hendak •• Kematian sel terprogram memainkan peran penting dalam sistem imun. dihancurkan, membiarkan sel-sel di sekitarnya tetap intak. Sel terpidana \" Apoptosis merupakan sebuah cara untuk membuang sel-sel yang terin- mati yang diisyaratkan untuk melakukan bunuh diri melepaskan dirinya feksi virus membahayakan. Lebih lanjut, sel-sel darah putih pelawan- sendiri dari sel-sel sekitarnya, kemudian menyusut, bukan membengkak infeksi yang telah menyelesaikan tugasnya dan tidak lagi dibutuhkan dan pecah. Mitokondria sel menjadi bocor, menyebabkan sitokrom c mengeksekusi dirinya sendiri, keluar menuju sitosol. Sitokrom c, salah satu komponen sistem transpor• Sel-sel tak-diinginkan yang mengancam homeostasis umumnya dibuang elektron, biasanya turut serta dalam fosforilasi oksidatif guna dari tubuh melalui apoptosis. Sel yang termasuk dalam kategori ini adalah menghasilkan ATP Namun, di luar lingkungan mitokondria lazimnya, sel tua, sel yang telah mengalami kerusakan yang tidak dapat diperbaiki sitokrom c mengaktifkan enzim pemotong-protein intrasel yang akibat pajanan radiasi atau racun lain, dan sel yang karena satu dan lain normalnya tidak aktif, kaspase, yang membunuh sel tempat asalnya. hal menyimpang. Banyak sel termutasi dieliminasi dengan cara ini Kaspaseyang bebas bekerja layaknya gunting molekular untuk menyayat sebelum menjadi kanker. sel secara sistematis. Enzim ini memotong protein demi protein, mencincang nukleus, membongkar DNA yang penting bagi kehidupanApoptosis bukan satu-satunya cara sel untuk dapat mati, tetapi sel, lalu mematahkan sitoskeleton penahan-bentuk internal, sebelummerupakan cara yang paling elegan. Apoptosis adalah sebuah cara akhirnya menghancurkan sel itu sendiri menjadi gumpalan-gumpalan terbungkus membran yang layak buang (lihat foto penyerta). Perhatikan bahwa isi sel yang sekarat tetap terbungkus oleh membran plasma se-berulang hingga seluruh asam amino yang telah ditentukan banyak lengkungan, yang mengingatkan penemunya akanu n t u k protein yang tengah disintesis, d i bawah instruksi atap katedral atau kubah. Sebagaimana tong, bagian dalamm R N A , tersambung. vault b e r o n g g a . J i k a d i b u k a , t a m p a k s e p e r t i s e p a s a n g b u n g a kuncup dengan tiap-tiap separuh bagiannya m e m i l i k i dela- Periksa Pemahaman Anda 2,8 pan \"kelopak\" yang melekat k e sebuah cincin d i tengah. S e b u a h s e l d a p a t m e n g a n d u n g r i b u a n vault, t e t a p i b e l u m 1. Sebutkan fungsi ribosom. diketahui hingga tahun 1990-an. Mengapa keberadaan ribuan 2. Tunjukkan tempat ribosom ditemukan di dalam sel. organel yang relatif besar i n ibegitu misterius hingga penemuannya belakangan ini? Penyebabnya adalah organel2.9! V a u l t Sebagai Truk ini tidak terlibat dengan teknik pewarnaan biasa. Seluler V a u l t boleh jadi berperan sebagaiVault, yang berukuran tiga kali ribosom, berbentuk seperti kendaraan transpor seluler.t o n g o k t a g o n a l ( G a m b a r 2 - 1 8 ) . N a m a vault b e r a s a l d a r i S a a t i n i , f u n g s i vault b e l u m d a p a t d i p a s t i k a n , t e t a p i b e n t u k n y a yang oktagonal d a nbagian dalamnya yang berongga dapat memberi petunjuk. Pori inti juga berbentuk oktagonal d a n

panjang proses bunuh penjamin keselamatan normalnya. Ketika proteksi normal hilang, enzimdiri, mencegah termun- pemotong-protein yang mematikan terbebas. Sebagai contoh, pena-tahkannya kandungan rikan faktor pertumbuhan atau terlepasnya sel dari jaringan ikat seki-intrasel yang berpo- tarnya menyebabkan sebuah sel segera mengeksekusi dirinya sendiri.tensi berbahaya—cirinekrosis. Tidak ada res- Lebih lanjut, sel memperlihatkan \"reseptor kematian\" di membranpons inflamasi yang plasma luarnya, yang menerima \"sinyal kematian\" ekstraseluler spesifik,terpicu, sehingga tidak seperti hormon tertentu atau zat kimia perantara spesifik dari sel darahada sel di sekitarnya putih yang tiba di sel melalui aliran darah. Aktivasi jalur kematian olehyang tercederai. Sel-sel sel yang normal (kirl) dan sel yang sedang sinyal ini dapat mengalahkan jalur penyelamat yang dipicu oleh sinyalyang berdekatan malah mengalami apoptosis (kanan) keselamatan. Jalur sinyal-kematian dengan cepat meletupkan mesindengan cepat menelan apoptotik internal, menggerakkan sel menuju kematiannya sendiri.dan menghancurkan serpihan sel apoptotik melalui fagositosis. Produk Mesin eksekusi-diri juga terpicu ketika sel mengalami kerusakan yangyang terurai didaur ulang, jika perlu, untuk kepentingan lain. Jaringannya tidak dapat diperbaiki. Jadi, ada sinyal yang menghambat apoptosis, adasendiri secara keseluruhan tetap berfungsi normal, sementara sel target sinyal yang memicunya. Apakah sel hidup atau mati bergantung padamembunuh dirinya sendiri tanpa mengganggu yang lain. sinyal mana yang memenangkan kompetisi pada setiap kesempatan. Meskipun semua sel memiliki mesin kematian yang sama, terdapatP n ^o V-^ ^ i ^ r-' '^^ * - i ; \" ^, keberagaman sinyal spesifik yang memicu sel untuk bunuh diri.Jika setiap sel mengandung kaspase, apa yang normalnya menjaga Menimbang bahwa kehidupan setiap sel bergantung pada keseim-enzim kuat penghancur-diri ini tetap terkendali (yakni dalam bentuk bangan sensitif setiap saat, tidaklah mengejutkan bahwa pengendalianinaktif) pada sel-sel yang berguna bagi tubuh dan layak untuk hidup? apoptosis yang salah—menyebabkan terlalu banyak ataupun terlaluApa pula yang mengaktifkan kaspase pengeksekusi pada sel-sel tidak sedikit bunuh diri sel—tampaknya turut berperan pada banyak penyakitdiinginkan yang dirancang untuk membunuh diri sendiri? Mengingat serius. Aktivitas apoptotik yang berlebihan diyakini berkontribusi ataspentingnya putusan hidup atau mati ini, tidaklah mengejutkan bahwa kematian sel otak terkait penyakit Alzheimer, penyakit Parkinson, dansejumlah jalur pengendalian internal mengatur secara ketat apakah stroke, serta kematian dini sel pelawan-infeksi penting pada AIDS.sebuah sel \"harus atau tidak harus\"mati. Sebuah sel normalnya menerima Sebaliknya, terlalu sedikit apoptosis boleh jadi berperan pada kanker.aliran konstan \"sinyal keselamatan,\" yang memberi jaminan kepada sel Terdapat bukti bahwa sel-sel kanker gagal menanggapi sinyal ekstra-tersebut bahwa dirinya berguna bagi tubuh, bahwa semuanya sudah seluler normal yang memicu kematian sel. Karena menolak perintahbenar di lingkungan internal sekitar sel itu, dan bahwa segala sesuatunya mati, sel-sel ini tumbuh dalam pola tak-terbendung, membentuk massatelah bekerja selaras di dalam sel bersangkutan. Sinyal ini meliputi faktor tak-beraturan di luar kendali.pertumbuhan spesifik-jaringan, hormon tertentu, serta kontak yangsesuai dengan sel di dekatnya dan jaringan ikat di sekitarnya. Sinyal Apoptosis saat ini menjadi salah satu topik investigasi terpanas dikeselamatan ekstraseluler ini memicu jalur intraseluleryangmenghambat lapangan. Para peneliti berpacu mencari tahu faktor multipel yangaktivasi kaspase, mengunci perangkat kematian sel. Kebanyakan sel terlibat dalam mekanisme pengendali proses ini. Harapan mereka adalahdiprogram untuk melakukan bunuh diri jika tidak mendapat sinyal menemukan cara memengaruhi mesin apoptotik demi mencari terapi baru yang amat dibutuhkan untuk mengobati berbagai penyakit mematikan.s e u k u r a n vault, y a n g m e n i m b u l k a n s p e k u l a s i b a h w a vault Vault b o l e h j a d i m e m a i n k a n p e r a n y a n g t a k - d i i n g i n -dapat jadi m e r u p a k a n \"truk\" seluler. M e n u r u t pendapat i n i , kan karena menyebabkan resistensi multiobat yangvault a k a n m e n a m b a t k a n d i r i d i a t a u m a s u k k e p o r i n u k l e u s , * kadang-kadang diperlihatkan oleh selkanker. Obatmengambil m o l e k u lyang disintesis di nukleus, dan m e n g i r i m - kemoterapi yang dirancang untuk mematikan selk a n m u a t a n n y a k e bagian lain sel. Riset y a n g sedang berjalan kanker cenderung t e r t i m b u n d i nukleus sel-sel i n i , tetapim e n d u k u n g p e r a n vault d a l a m t r a n s p o r n u k l e u s k e s i t o p l a s m a , sebagian selkanker m e m b e n t u k resistensi terhadap beragamtetapi muatan a p a yang dibawanya masih belum dapat obat ini. Resistensi yang luas i n iadalah penyebab utamad i t e n t u k a n . A d a d u a k e m u n g k i n a n : p e r t a m a , vault m e m b a w a kegagalan terapi kanker. Para peneliti telah membuktikanm R N A dari nukleus k esitus ribosomal tempat sintesis protein b a h w a sebagian sel k a n k e r y a n g resisten terhadap k e m o t e r a p id i d a l a m s i t o p l a s m a ; k e d u a , vault m e n g a n g k u t k e d u a s u b u n i t m e m p r o d u k s i p r o t e i n vault u t a m a h i n g g a 1 6 k a l i l e b i h b a n y a kyang membentuk ribosom dari nukleus, tempat keduanya daripada j u m l a h n o r m a l . Jika penelitian lanjutan memastikandiproduksi, k e tempat kerjanya—entah melekat k e R E kasar, b a h w a vault b e r p e r a n d a l a m r e s i s t e n s i o b a t — d a p a t j a d ie n t a h d i s i t o s o l . U k u r a n b a g i a n d a l a m vault p a s u n t u k dengan mengangkut obat dari nukleus k e tempat untukmenampung kedua subunit ribosomal ini. eksositosis dari sel kanker—akan m u n c u l probabilitas yang

46 BAB 2G a m b a r 2-17 Ribosom. (a) Diagram ribosom yang sudah teral<it, terdiri atas satu subunit ribosomal besar dan satu subunit ribosomal kecil,dengan a s a m ribonukleat perantara (messenger ribonucleic acid, mRNA) menempati sebuah alur yang terbentuk di antara kedua subunit ini. (b)Gambaran skematik interior ribosom, memperlihatkan situs A, P, dan E tempat molekul RNA transfer (transfer RNA, tRNA) berinteraksi denganmRNA sewaktu sintesis protein.m e n a r i k , y a i t u b a h w a i n t e r v e n s i a k t i v i t a s vault i n i d a p a t m e - Periksa Pemahaman Anda 2.10 1ningkatkan sensitivitas sel kanker terhadap obat kemoterapi. 1. Tuliskan definisi sentrosom dan sebutkan fungsinya. Periksa Pemahaman Anda 2.9 2. Sebutkan peran sentriol pada pembelahan sel. 1. Jelaskan struktur sebuah vault. 2111 Sitosol: Gel Sel 2. Uraikan fungsi spekulatif vault. Sitosol, yang m e n e m p a t i sekitar 5 5 % v o l u m e total sel, adalah2.101 Sentrosom, Sentriol, bagian semi-cair sitoplasma yang mengelilingi organel. dan Organisasi Gambarannya yang tidak jelas d ibawah mikroskop elektron Mikrotubulus m e m b e r i kesan salah bahwa sitosol berupa campuran cair dengan konsistensi seragam, padahal sebenarnya merupakanSentrosom, a t a u pusat sel, t e r l e t a k d e k a t n u k l e u s , t e r s u s u n massa mirip-gel yang sangat teratur dengan komposisi danatas sentriol yang dikelilingi sebuah massa protein amorf. konsistensi yang berbeda-beda di berbagai bagian sel.Sentriol a d a l a h s e p a s a n g s t r u k t u r s i l i n d r i s p e n d e k y a n g t e g a klurus satu sama lain d ibagian tengah sentrosom (Gambar Sitosol penting dalam metabolisme2-19). Sentrosom merupakan pusat pengatur mikrotubulus antara, sintesis protein di ribosom, danutama sel. Mikrotubulus adalah salah satu k o m p o n e n penyimpanan nutrien.sitoskeleton. Jika sel tidak m e m b e l a h , m i k r o t u b u l u s terbentukdari massa a m o r f dan memancar k e luar k e segala arah dari Ada tiga kategori u m u m aktivitas yang berkaitan dengansentrosom (lihat Gambar 2-1, h. 26). Mikrotubulus ini m e r u - sitosol: (1)regulasi enzimatik metabohsme antara; (2) sintesispakan tambatan bagi banyak organel bermembran, juga protein di ribosom; dan (3) penyimpanan lemak, karbohidrat,berperan sebagai \"jalan tol\" tempat melintasnya vesikel yang dan vesikel sekretorik.diangkut di d a l a m sel oleh \" m o t o r molekuler.\" Pada beberapasel, sentriol m e m b e n t u k silia d a nflagela, yang m e r u p a k a n REGULASI ENZIMATIK METABOLISME ANTARA I s t i l a hstruktur motil ramping menjulur yang tersusun atas berkas metabolisme antara s e c a r a k o l e k t i f m e r u j u k p a d a s e k e -mikrotubulus. Pada pembelahan sel,sentriol membentuk lompok besar reaksi kimia d i dalam selyang melibatkangelendong mitotik d iluar mikrotubulus guna mengarahkan degradasi, sintesis, dan transformasi m o l e k u l organik kecil,pergerakan kromosom. Anda akan mempelajari mikrotubulus misalnya gula sederhana, asam amino, d a n asam lemak.dan fungsinya secara lebih terperinci saat kita mengupas Reaksi-reaksi ini penting, pada akhirnya, dalam menangkaptentang sitoskeleton setelah bahasan singkat mengenai sitosol energi yang dipakai u n t u k aktivitas selserta menyediakanberikut ini. bahan mentah yang diperlukan untuk mempertahankan struktur, fungsi, d a n pertumbuhan sel.Metabolisme antara berlangsung d i sitoplasma, dengan sebagian besarnya

Fisiologi Sel 47Gambar 2-18 Vaults. Diagram vault terbuka dan tertutup sertamikrograf elektron vault, yang merupakan organel oktagonal tak-bermembran berbentuk seperti tong yang diyakini berperan meng-angkut mRNA atau subunit ribosomal dari nukleus ke ribosomsitopolasmik.berlangsung d i sitosol. Sitosol mengandung ribuan enzim Gambar 2.19 Sentriol. Dua sentriol silindris yang tegak lurus satuyang terlibat dalam berbagai reaksi biokimia antara. sama lain diperlitiatkan pada diagram. Mikrograf elektron menun- jukkan potongan melintang sebuafi sentriol. Perhatikan bahwa\"SINTESIS P R O T F I N D IRIBOSOK\" D isitosol, juga tersebar sebuah sentriol tersusun atas sembilan triplet mikrotubulus yangribosom bebas, yang menyintesis protein untuk digunakan di membentuk cincin.sitosol itu sendiri. D ilain pihak, ingat bahwa ribosom R Ekasar menyintesis protein untuk sekresi d a n membentuk terbanyak. Jika tidak ada makanan untuk untuk menghasilkank o m p o n e n baru sel. bahan bakar bagi siklus asam sitrat d a n sistem transpor elektron, glikogen dan asam lemak simpanan diuraikan untukPENYIMPANAN LEMAK, GLIKOGEN, DAN VESIKEL membebaskan glukosa dan asam lemak, yang dapat membericrii'PFT.or.nc Kelebihan nutrien yang tidak segera digunakan makan perangkat penghasil energi di mitokondria. Rata-rata,untuk menghasilkan A T P diubah d isitosol menjadi bentuk- manusia dewasa memiliki simpanan glikogen yang cukupbentuk simpanan yang mudah dilihat dengan mikroskop untuk menghasilkan energi guna menjalankan kurang lebihcahaya. Massa non-permanen bahan simpanan semacam ini satu hari aktivitas n o r m a l dan u m u m n y a memiliki simpanand i k e n a l s e b a g a i badan inklusi. B a d a n i n k l u s i t i d a k t e r b u n g k u s lemak yang cukup untuk menghasilkan energi selama d u amembran, dan dapat ada dapat tidak, bergantung pada jenis bulan.sel dan keadaan. P r o d u k simpanan terbesar dan terpentingadalah lemak. Droplet lemak kecil-kecil terdapat d i dalam Vesikel sekretorik yang telah diproses dan dikemas olehs i t o s o l b e r b a g a i s e l . D i jaringan adiposa, j a r i n g a n k h u s u s retikulum endoplasma dan kompleks Golgi juga tetap beradauntuk menyimpan lemak, molekul lemak simpanan dapat di sitosol, tempat vesikel ini disimpan hingga diberi sinyalmenempati hampir seluruh bagian sitosol, tempat molekul- untuk mengosongkan isinya k e luar sel.Selain itu, vesikelmolekul tersebut menyatu membentuk sebuah droplet lemak transpor d a nvesikel endositotik juga bergerak d i dalambesar (Gambar 2-20a). Produk simpanan lain yang dapat di- sitosol.l i h a t a d a l a h glikogen, b e n t u k s i m p a n a n g l u k o s a , y a n g t a m p a ksebagai kelompokan atau granul yang tersebar d i seluruhbagian sel (Gambar 2-20b). Kemampuan sel menyimpanglikogen bervariasi; selhati dan selotot memiliki simpanan

48 BAB 2 4 Periksa Pemahaman Anda 2.11 I 1. Sebutkan tiga kategori umum aktivitas yang berkaitan dengan sitosol. 2. Tuliskan definisi metabolisme antara.2.12! Sitoskeleton: \"Otot dan (b) Simpanan glikogen di sel hati Tulang\" Sel Gambar2-20 Badan inklusi. (a) Mikrograf cahaya memperlihatkanBerbagai jenis seld itubuh memiliki bentuk, kompleksitas simpanan lemak di sel adiposa. Sebuah droplet lemak menempatistruktur, dan spesialisasi fungsi yang berbeda-beda. Ciri unik hampir seluruh bagian sitosol setiap sel. (b) Mikrograf cahaya me-i n i d i p e r t a h a n k a n o l e h sitoskeleton, k e r a n g k a p r o t e i n nunjukkan simpanan glikogen di sel hati. Granula berwarna merahkompleks yang tersebar di seluruh bagian sitosol, yang ber- yang ada di seluruh bagian sitosol setiap sel hati adalah endapanfungsi sebagai \"otot dan tulang\" sel dengan m e n o p a n g dan glikogen.menata berbagai k o m p o n e n sel dan mengendalikan pergerakank o m p o n e n - k o m p o n e n tersebut. distribusi Golgi berada. Jika bahan k i m i a i n i harus berdifusi sendiri dari badan sel ke t e r m i n a l akson yang jauh, d i p e r l u k a n S i t o s k e l e t o n m e m i l i k i t i g a e l e m e n : ( 1 ) mikrotubulus, ( 2 ) waktu sekitar 50 tahun untuk mencapainya—jelas sebuahmikrofilamen, d a n (3) filamen antara ( G a m b a r 2 - 2 1 , h . 4 9 ) . solusi yang tidak praktis. Alternatifnya, mikrotubulus yangKetiga k o m p o n e n tersebut saling terkait secara struktural dan terentang dari pangkal hingga ujung akson menyediakanterkoordinasi secara fungsional guna menunjang kelang- \"jalan tol\" untuk lalu lintas vesikel di sepanjang akson.sungan fungsi terintegrasi tertentu sel bersangkutan. Fungsi-fungsi ini, bersama dengan fungsi semua komponen lain Motor molekuler a d a l a h p e n g a n g k u t n y a . M o t o r m o l e k u l e rsitoplasma, terangkum di Tabel 2-2. adalah protein yang melekat ke partikel yang akan diangkut, kemudian memanfaatkan energi dari A T P untuk \"berjalan\" diMikrotubulus membantu sepanjang mikrotubulus sambil \"membopong\" partikel ter-mempertahankan bentuk asimetrik sel sebut ( m o f o r a r t i n y a \" p e r g e r a k a n \" ) . Kinesin, m o t o r m o l e k u l e rdan berperan dalam pergerakan sel yang yang mengangkut vesikel sekretorik menuju ujung akson,kompleks. terdiri atas dua \"kaki\", satu tangkai, dan satu ekor mirip kipas (Gambar 2-22a). Ekor kinesin terikat k e vesikel sekretorikMikrotubulus a d a l a h e l e m e n s i t o s k e l e t o n t e r b e s a r . S t r u k t u r yang hendak dipindahkan, sementara kakinya mengayun k eini berbentuk tabung panjang berongga tak-bercabang yang depan selangkah demi selangkah, seolah-olah berjalan,r a m p i n g ( d i a m e t e r 2 2 n m ) , t e r u t a m a t e r s u s u n atas tubulin, menggunakan molekul tubulin sebagai batu pijakan (Gambarmolekul protein globular kecil (Gambar 2-2la). 2-22b). Mikrotubulus memosisikan banyak organel sitoplasmik, Lalu-lintas vesikel bolak-balik juga berlangsung di sepan-seperti R E , kompleks Golgi, lisosom, d a nmitokondria. jang jalan tol mikrotubulus ini. Vesikel yang mengandungMikrotubulus juga penting untuk mempertahankan bentuk debris diangkut oleh motor molekuler lain yang juga digerak-sel yang asimetrik, seperti sel saraf, yang aksonnya dapat k a n A T P , dinein, d a r i t e r m i n a l a k s o n k e b a d a n s e l u n t u km e m a n j a n g hingga satu meter dari tempat badan sel berasal diuraikan oleh lisosom, yang tertahan d i dalam badan sel.di medula spinalis k e tempat berakhirnya akson d i otot Kedua ujung mikrotubulusberbeda, dan tiap motor molekuler(Gambar 2-22a). Mikrotubulus, bersama dengan filamen dapat berjalan hanya dalam satu arah di sepanjang mikroubulusantara khusus, menstabilkan juluran akson asimetrik ini. menuju satu ujung spesifik. D i n e i n selalu bergerak m e n u j u ujung sentrosom (atau \"minus\") pada mikrotubulus, sedang- Mikrotubulus juga berperan penting dalam beberapa kan kinesin selalu berjalan k e ujung terluar (atau \"plus\").pergerakan sel yang kompleks, m e l i p u t i (1) transpor vesikelsekretorik atau bahan lain dari satu bagian ke bagian lain sel,(2) pergerakan j u l u r a n khusus sel, misalnya silia dan flagela,serta (3) distribusi k r o m o s o m selama pembelahan sel melaluipembentukan gelendong mitotik. Marilah kita bahas tiap-tiapperan ini.TRANSPOR VESIKEL T r a n s p o r a k s o n a l a d a l a h c o n t o h y a n gbaik untuk menunjukkan pentingnya sistem yang teraturd a l a m m e m i n d a h k a n vesikel sekretorik. D i sel saraf, bahan-bahan kimia spesifik dilepaskan dari ujung terminal aksonyang memanjang untuk memengaruhi otot atau struktur lainyang dikendalikan selsaraf bersangkutan. Bahan kimia inidiproduksi di d a l a m badan sel tempat cetak-biru D N A nuklear,pabrik retikulum endoplasma, dan toko pengemasan dan

Fisiologi Sel 49TABEL2-2 Ikhtlsar Komponen SitoplasmaKomponen Sitoplasma Struktur FungsiOrganel bermembranRetikulum endoplasma Jalinan tubulus dan kantong gepeng berisi cairan IVIembentuk membran sel baru dan komponen sel yang luas, bersinambungan, dan terbungkus lain serta membuat produk untuk sekresiKompleks Golgi nnembran, sebagian dipadati ribosomLisosom Memodifikasi, mengemas, dan mendistribusikanPeroksisom Tumpukan kantong gepeng bermembran protein yang baru disintesisMitokondria Kantong bermembran berisi enzim hidrolitik Berperan sebagai sistem pencernaan sel,Organel tak-bermembran menghancurkan bahan asing dan debris selRibosom Kantong bermembran berisi enzim oksidatif Melaksanakan aktivitas detoksifikasiVault Badan berbentuk batang atau oval terbungkus Bekerja sebagai organel energi; tempat utamaSentrosom dengan sentriol dua membran, dengan membran dalam melipat produksi ATP; mengandung enzim untuk siklus menjadi krista-krista yang mencuat ke dalam asam sitrat, protein sistem transpor elektron, dan matriks interior ATP sintase Granul-granul RNA dan protein—sebagian Berperan sebagai meja kerja untuk sintesis protein melekat ke RE kasar, sebagian bebas di sitosol Berbentuk seperti tong oktagonal berongga Berperan sebagai truk seluler untuk transpor dari nukleus ke sitoplasma Sepasang struktur silindris yang tegak lurus satu Membentuk dan mengatur sitoskeleton sama lain (sentriol) dikelilingi sebuah massa mikrotubulus amorfSitosol Tersebar di dalam sitosol Memfasilitasi reaksi intraseluleryang melibatkanEnzim metabolisme antara degradasi, sintesis, dan transformasi molekul Terbentuk sesaat, produk terbungkus-membran organik kecilVesikel transpor, vesikel yang disintesis di dalam atau ditelan oleh selsekretorik, dan vesikel Mengangkut atau menyimpan produk yangendositotik Granul-granul glikogen, droplet lemak sedang dipindahkan di dalam sel (vesikel transpor), keluar dari sel (vesikel sekretorik), atau masuk keBadan inklusi sel (vesikel endositik) Menyimpan kelebihan nutrienSitoskeleton Tabung panjang ramping berongga yang Mempertahankan bentuk asimetrik sel danMikrotubulus tersusun atas molekul-molekul tubulin mengatur pergerakan sel yang kompleks, secara spesifik berperan sebagai jalan tol bagi transporMikrofilamen Rantai-rantai heliks molekul aktin yang terpilin vesikel sekretorik di dalam sel, berperan sebagaiFilamen antara satu sama lain; mikrofilamen yang tersusun atas komponen struktural dan fungsional utama silia molekul miosin juga terdapat di sel otot dan flagela, serta membentuk gelendong mitotik Protein tak-beraturan mirip benang selama pembelahan sel Berperan penting dalam berbagai sistem kontraktil seluler, termasuk kontraksi otot dan gerakan amuboid; berperan sebagai pengeras mekanis untuk mikrovili Membantu menahan stres mekanis

50 BAB 2menjamin bahwa muatannya dipindahkan kearah yang T Filamintepat. keratin Transpor akson terbahk inijuga dapat berfungsi sebagai jalur bagi pergerakan beberapa agen i n - feksius, misalnya virus herpes (penyebab ulkus dingin, herpes genital, dan herpes zoster), virus poliomielitis, serta virus rabies. Virus-virus i n iberjalan m u n d u r d isepanjang saraf dari tempat konta-minasi d ipermukaan, seperti luka d ikulit atau gigitanhewan, k e sistem saraf pusat (otak dan medula spinaUs). Subunit \ Subunit keratinPERGERAKAN SILIA DAN FLAGELA M i k r o t u b u l u s j u g a tubulinmerupakan komponen struktural d a n fungsionald o m i n a n pada silia dan flagela. Juluran motil khusus daripermukaan sel i n imemungkinkan sel memindahkanbahan-bahan melintasi permukaannya (pada kasus selyang diam) atau mendorong dirinya sendiri bergerak Subunit Protofibrild a l a m l i n g k u n g a n n y a ( p a d a k a s u s s e l m o t i l ) . Silia aktin keratin( b e r a r t i \" b u l u m a t a \" ; t u n g g a l , cilium) a d a l a h j u l u r a n k e c i lpendek-pendek seperti rambut yang berjumlah banyakp a d a p e r m u k a a n s e l b e r s i U a . Flagela ( b e r a r t i \" p e c u t \" ;t u n g g a l , flagellum) i a l a h j u l u r a n p a n j a n g m i r i p p e c u t ; (a) Mikrotubulus (b) Mikrofilamen (c) Keratin, filamen antarabiasanya sebuah selm e m i l i k i satu atau beberapa flagela. Gambar 2-21 Komponen sitoskeleton. (a) Mikrotubulus, elemen terbesarMeskipun menjulur dari permukaan sel, silia m a u p u n sitoskeleton, berupa tabung panjang berongga yang dibentuk oleh duaflagela merupakan struktur intraseluler—keduanya ter- varian—yang sedikit berbeda—molekul tubulin berbentuk globular (b)bungkus membran plasma. Kebanyakan mikroflamen, elemen terkecil sitoskeleton, terdiri atas dua rantai molekul aktin yang terpilin satu sama lain, ( c ) Filamen antara, keratin, di- Silia memecut atau menyapu secara bersama-sama k earah tertentu, layaknya gerakan terpadu sebuah t i m temukan di kulit, terbentuk dari empat protofibril keratin yang terpilin satudayung. Pada manusia, sel bersilia melapisi saluran napas, sama lain. Sebuah protofibril tersusun atas dua untai, masing-masing ter-oviduk saluran reproduksi wanita, dan ventrikel (bilik) bentuk dari dua baris subunit keratin yang berkelok-kelok. Komposisi filamenberisi cairan d iotak. Gerakan menyapu terpadu ribuan antara, yang ukurannya di antara mikrotubulus dan mikrofilamen, bervariasisilia d isaluran napas m e m b a n t u menahan partikel asing pada berbagai jenis sel.tetap berada d iluar paru dengan menyapu keluar debudan partikel lain yang terhirup (Gambar 2-23). D i saluran \"ekor\" yang seperti pecut memungkinkan sperma bergerakreproduksi wanita, gerakan menyapu silia yang melapisi dalam lingkungannya, yang penting dalam bermanuvero v i d u k m e n a r i k sel telur ( o v u m ) yang dilepaskan dari o v a r i u m m e n u j u posisi yang pas u n t u k m e m b u a h i o v u m (sel telur).selama ovulasi dan menuntunnya k earah uterus (rahim).D i Silia d a n flagela m e m i l i k i struktur internal dasar yangotak, selbersilia yang melapisi ventrikel menghasilkan cairan sama, hanya panjangnya saja yang berbeda: SiUa pendek,serebrospinal, yang mengalir melaluiventrikeldan mengelilingi sedangkan flagela panjang. Keduanya terdiri atas sembilanotak dan medula spinalis, membentuk bantalan dan membasuh pasang mikrotubulus (doblet) yang menyatu, tersusun padastruktur saraf yang rapuh ini. Gerakan memecut silia m e m - sebuah cincin luar yang mengelilingi dua mikrotubulus yangbantu melancarkan sirkulasi cairan penunjang ini. tidak menyatu d i bagian tengah cincin tersebut (GambarSelain silia motil multipel yang terdapat pada sel-sel d i 2-24). Pengelompokan khas mikrotubulus \"9 + 2 \" ini ada d ilokasi spesifik ini, hampir semua sel d i tubuh manusia sepanjang juluran motil tersebut. Protein-protein aksesorim e m i l i k i s a t u silia primer n o n - m o t i l . S e l a m a i n i , s i h a p r i m e r mirip jeruji menahan strukturini.dianggap sebagai struktur sisa yang tidak bermanfaat, tetapi S i l i a a t a u flagela b e r a s a l d a r i s e n t r i o l . S e t i a p s i l i n d e r p a d asemakin banyak bukti yang menunjukkan bahwa struktur ini pasangan sentriol mengandung seberkas mikrotubulus yangbekerja sebagai organ sensorik mikroskopik yang merasakan m i r i p dengan k o m p l e k s 9-1-2, tetapi tidak m e m i l i k i pasanganlingkungan ekstrasel. Silia boleh jadi penting u n t u k menerima sentral mikrotubulus d a n cincin luarnya memiliki sembilansinyal-sinyal regulatorik yang terlibat dalam kendali pertum- triplet mikrotubulus yang menyatu, bukan doblet (lihatbuhan, diferensiasi, dan proliferasi sel(ekspansi jenis sel ter- G a m b a r 2 - 1 9 ) . S e l a m a p e m b e n t u k a n s i l i a a t a u flagela, s e n t r i o ltentu). yang sudah menggandakan diri bergerak menuju sebuahDefek silia primer d a n silia motil terungkap berkaitan posisi tepat di bawah m e m b r a n plasma, tempat mikrotubulusdengan beragam penyakit pada manusia; defek silia primer di tumbuh keluar dari sentriol dalam pola yang teratur gunaantaranya terlibat dalam salah satu bentuk kelainan perkem- m e m b e n t u k juluran motil. Sentriol tetap berada d i dasar sihabangan ginjal (penyakit ginjal polikistik), sementara defek a t a u flagela y a n g t e l a h t e r b e n t u k s e b a g a i badan basal s t r u k t u rsilia motil berhubungan dengan, antara lain, penyakit perna- tersebut.pasan kronik. Selain protein-protein aksesori yang mempertahankanSatu-satunya sel manusia yang memiliki flagela adalah keteraturan mikrotubulus, protein aksesori lainnya, motorsperma (lihat Gambar 20-9,h . 794).Gerakan flagela atau molekuler dinein, berperan penting dalam pergerakan

Fisiologi Sel 51 Vesil<el sekretoril< Molekul kinesin MikrotubulusQJtisssismssi Gambar 2-22 Transpor vesikel dua-arah di akson yang difasi- litasi oleh \"jalan tol\" mikrotubulus di sebuah sel saraf. (a) Vesikel sekretorik diangkut dari tempat produksinya di badan sel, melintas sepanjang \"jalan tol\" mikrotubulus hingga ujung terminal untuk me- nyekresikan isinya. Vesikel yang mengandung debris diangkut dalam arah berlawanan untuk diuraikan di badan s e l . pembesaran di atas memperlihatkan kinesin, motor molekuler, yang sedang membawa sebuah vesikel sekretorik menyusuri mikrotubulus menggunakan \"kaki\"nya untuk \"melangkah\" di atas satu molekul tubulin ke molekul tubulin berikutnya. Pembesaran di bawah menunjukkan motor mole- kuler lainnya, dinein, yang mengangkut debris melintasi mikrotubulus dalam arah sebaliknya. (b) Bagaimana sebuah kinesin \"berjalan\" di sepanjang permukaan mikrotubulus dengan menjejakkan dan meng- angkat \"kaki\"nya silih berganti dengan berulang kali mengayunkan kaki belakang melewati kaki depan. * % • t» * ••^ mikrotubulus yang menyebabkan keseluruhan struktur me- lengkung. Dinein membentuk cuatan mirip-lengan dari(b) masing-masing doblet mikrotubulus(lihat Gambar 2-24b dan c). Lengan dinein ini berj alan di sepanj ang doblet mikrotubulus yang bersebelahan, membuat doblet mikrotubulus meluncur satu sama lain, menyebabkan pelengkungan dan penghentakan (Gambar 2-24d). Kelompokan silia yang bekerja bersama di- arahkan u n t u k memecut searah dan berkontraksi selaras me- lalui mekanisme kontrolyang—meskipun belum sepenuhnya dipahami—melibatkan satu mikrotubulus d ibagian tengah silia. PEMBENTUKAN GELENDONG MITOTIK P e m b e l a h a n s e l m e l i b a t k a n d u a a k t i v i t a s b e r b e d a y a n g s a l i n g t e r k a i t : mitosis (pembelahan nukleus) yang bergantung pada mikrotubulus.

52 BAB 2 = \"• ' ' ' ^KTIL SEL Struktur berbasis aktin terlibat dalam kontraksi otot, pem- belahan sel, dan pergerakan sel. Sistem k o n t r a k t i l sel yang paUng kentara, paling teratur, dan paling jelas dipahami adalah yang ditemukan d iotot. Otot mengandung banyak mikrofilamen aktin dan miosin, yang melaksanakan kontraksi otot melalui pergeseran mikrofilamen aktin relatif terhadap mikrofilamen miosin yang diam dengan menggunakan A T P sebagai sumber energi. M i o s i n adalah motor molekuler yang memiliki kepala yang berjalan d isepanjang mikrofilamen aktin, menariknya kedalam di antara mikrofilamen-mikro- filamen m i o s i n . P e r g e s e r a n m i k r o f i l a m e n d a n p e m b e n t u k a n gaya dipicu oleh rangkaian kompleks proses elektrik, bio-Gambar 2-23 Silia di saluran napas. Pemindaian mil<rograf k i m i a w i , dan mekanis yang d i m u l a i ketika sel otot dirangsangelel<tron silia di sel-sel yang melapisi saluran napas manusia. Salur-an napas dilapisi oleh sel goblet, yang menyekresikan mukus kental untuk berkontraksi (lihat Bab 8 untuk bahasan terperinci).untuk memerangkap partikel yang terhirup, dan sel eptiel yangmemiliki banyak silia mirip-rambut. Semua silia memecut searah Sel-sel selain selotot boleh jadi juga m e m i l i k i strukturuntuk menyapu partikel ke atas dan keluar dari saluran napas. \"mirip-otot\". Beberapa sistem kontraktil mikrofilamen ini terbentuk sebentar saja u n t u k melaksanakan sebuah fungsi spesifik manakala dibutuhkan. Contoh yang baik adalah c i n c i n k o n t r a k t i l y a n g t e r b e n t u k s e w a k t u sitokinesis, p r o s e sd a n sitokinesis ( p e m b e l a h a n s i t o p l a s m a ) y a n g b e r g a n t u n g m e m i s a h n y a kedua p a r u h sel m e n j a d i dua sel anak, masing-pada mikrofilamen—akandiuraikanpada bahasan berikutnya. masing dengan k r o m o s o m lengkap. Cincin i n i tersusun atasS e l a m a mitosis, k r o m o s o m i n t i y a n g m e n g a n d u n g D N A seberkas filamen-filamen aktin menyerupai sabuk yangmengalami replikasi, menghasilkan d u aset k r o m o s o m terletak tepat di b a w a h m e m b r a n plasma di tengah sel yangidentik. Kedua set duplikat kromosom ini dipisahkan dan tengah membelah. Ketika berkontraksi dan mengikat, cincinditarik k e sisi sel yang berlawanan sehingga bahan genetik serat i n i m e m b e l a h sel menjadi dua (Gambar 2-25).tersebar merata d i kedua p a r u h sel. Struktur kompleks berbasis aktin juga bertanggung jawabK r o m o s o m yang telah bereplikasi tersebut tertarik sahng atas sebagian besar pergerakan sel. E m p a t jenis sel m a n u s i am e n j a u h o l e h p e r a n g k a t s e l y a n g d i s e b u t gelendong mitotik, m a m p u b e r g e r a k s e n d i r i — s p e r m a , s e l d a r a h p u t i h , fibroblas,yang terakit dari m i k r o t u b u l u s sebentar saja, hanya sewaktu dan sel kulit. Flagela m e n d o r o n g sperma. Sel m o t i l lainnyapembelahan sel. M i k r o t u b u l u sgelendong m i t o t i ki n i dibentuk b e r g e r a k m e l a l u i pergerakan amuboid, p r o s e s m e r a n g k a k n y aoleh sentriol. Sebagai bagian dari pembelahan sel, sentriol s e l y a n g b e r g a n t u n g p a d a a k t i v i t a s filamen a k t i n , m e l a l u ipertama-tama menggandakan dirinya sendiri; selanjutnya, mekanisme yang serupa dengan yang digunakan oleh amubapasangan-pasangan sentriol yang b a r u bergerak ke u j u n g sel untuk bermanuver dalam lingkungannya. Ketika merangkak,yang berlawanan dan membentuk perangkat gelendong d i s e l m o t i l m e m b e n t u k j u l u r a n m i r i p - k a k i , a t a u pseudopodia, d itengah-tengahnya melalui perakitan mikrotubulus yang \"depan\" atau bagian depan selyang mengarah k e sasaran.benar-benar terorganisasi. Sebagai contoh, sasaran yang m e m i c u pergerakan amuboidr,i,«n(t4i,, Beberapa obat antikanker mencegah reproduksi sel dapat jadi berupa kedekatan makanan pada kasus amuba atau kanker dengan mengganggu mikrotubulus yang biasanya menarik k r o m o s o m k ekutub berlawanan kedekatan bakteri pada kasus sel darah p u t i h (lihat G a m b a r 2-8c, h . 33). Pseudopodia terbentuk akibat perakitan dan selama pembelahan sel. pembongkaran terorganisasi jalinan aktin yang bercabang- c a b a n g . S e l a m a p e r g e r a k a n a m u b o i d , filamen-filamen a k t i nMikrofilamen penting bagi sistem terus tumbuh d i bagian depan selmelalui penambahankontraktil sel dan sebagai pengeras m o l e k u l a k t i n d i d e p a n r a n t a i a k t i n . P e r t u m b u h a n filamen i n imekanis. m e n d o r o n g bagian sel tersebut m a j u sebagai j u l u r a n pseudo-Mikrofilamen a d a l a h e l e m e n t e r k e c i l (garis t e n g a h 6 n m ) podia (Gambar 2-26). Secara bersamaan, molekul aktin d isitoskeleton. M i k r o f i l a m e n yang paling jelas terlibat d is e b a g i a n b e s a r sel a d a l a h y a n g t e r s u s u n atas aktin, m o l e k u l b a g i a n b e l a k a n g filamen d i b o n g k a r d a n d i p i n d a h k a n k eprotein yang berbentuk globular mirip tubulin. Tidak sepertitubulin, yang membentuk tabung berongga, aktin tersusun b a g i a n d e p a n . D e n g a n d e m i k i a n , filamen t i d a k b e r t a m b a hdalam dua untai yang saling m e m i l i n membentuk m i k r o -filamen ( l i h a t G a m b a r 2 - 2 1 b ) . D i s e l o t o t , p r o t e i n miosin panjang; panjangnya tetap, tetapi bergerak m a j u melaluim e m b e n t u k m i k r o f i l a m e n jenis lain (lihat Gambar 8-4, h .281). Pada kebanyakan sel, m i o s i n tidak terlalu banyak d a n pemindahan molekul-molekul aktin dari belakang k e depant i d a k m e m b e n t u k filamen y a n g j e l a s . filamen s e c a r a t e r u s - m e n e r u s d a l a m p o l a y a n g d i i s t i l a h k a n Mikrofilamen menjalankan d u afungsi: (1) Berperanpenting d a l a m berbagai sistem k o n t r a k t i l sel, d a n (2) bekerja d e n g a n p o l a treadmilling. S e l m e l e k a t k a n p s e u d o p o d i a y a n gsebagai pengeras mekanis u n t u k beberapa cuatan sel spesifik. tengah bergerak maju ke jaringan ikat di sekitarnya dan pada saat bersamaan melepaskan diri dari tempat perlekatan sebelumnya di belakang. Sel menggunakan tempat perlekatan baru di bagian depan ini sebagai titik traksi u n t u k menarik maju seluruh badannya melalui kontraksi sitoskeleton. Sel darah putih adalah sel t u b u h yang paling aktif merangkak. Sel-sel ini keluar dari sistem sirkulasi dan berjalan dengan pergerakan amuboid ke daerah infeksi atau peradang-

Fisiologi Sel 53 (b) Potongan melintang silium atau flagelum (c) Mikrograf flagelum Melengkung -Dasar Lurus flagelumBadan atau silium (d) Pelengkungan silium ataubasal flagelum: Pelengkungan dan(sentriol) -Membran penghentakan silia atau flagela plasma motil disebabkan oleh motor(a) Struktur silium dan flagelum (permukaan sel) molekuler dinein, yang membuat doblet mikrotubulus meluncur satu sama lain. Akibat peluncuran tersebut, doblet meregang menjauhi bagian puncaknya pada sisi yang akan melengkung.Gambar 2-24 Struktur internal sebuah silium dan flagelum. (a) Hubungan antara mikrotubulus dan sentriol yang telah berubah menjadibadan basal pada sebuah silium atau flagelum. (b) Diagram sebuah silium atau flagelum dalam potongan melintang, memperlihatkan susunanmikrotubulus \"9 + 2\" yang khas beserta lengan dinein dan protein aksesori lain yang menahan struktur tersebut. (c) Mikrograf elektron sebuahflagelum dalam potongan melintang; molekul-molekul tubulin tampak di dinding mikrotubulus. (d) llustrasi melengkungnya sebuah silium atauflagelum akibat meluncurnya mikrotubulus yang disebabkan oleh dinein yang \"berjalan.\"an, tempat selini menelan d a nmenghancurkan mikroor- filamen aktin yang tersusun sejajar m e m b e n t u k pengerasganisme d a n debris sel. H a l yang m e n a k j u b k a n , diperkirakan mekanis kaku yang mempertahankan tonjol-tonj ol permukaanbahwa jarak total yang ditempuh secara kolektifper hari oleh berharga ini tetap utuh.semua sel darah putih A n d a ketika menjelajahi jaringan d a l a mtaktik \"cari-dan-hancurkan\" setara dengan jarak tempuh dua Filamen antara penting di bagian selkali mengelilingi dunia. yang rentan terhadap stres mekanis. Fibroblas (\"pembentuk serat\"), jenis selmotil lainnya, Filamen antara b e r u k u r a n d i a n t a r a m i k r o t u b u l u s d a nmelakukan pergerakan amuboid kedalam sebuah luka dari mikrofilamen (diameternya 7 hingga 11 nm)—karena i t ujaringan ikat sekitarnya untuk membantu memperbaiki keru- diberi nama demikian. Protein yang menyusun filamen antarasakan; fibroblas bertanggung jawab atas pembentukan parut. bervariasi pada berbagai jenis sel,tetapi secara u m u mSel kulit, yang biasanya diam, dapat menjadi cukup m o b i l dan berbentuk molekul ireguler seperti benang. Protein-proteinmelakukan pergerakan amuboid menuju sebuah luka guna ini m e m b e n t u k serat liat tahan lama yang berperan sentralmemulihkan permukaan kulit. dalam m e m p e r t a h a n k a n integritas strukturalsel dan m e n a h a n stres m e k a n i s yang berasal dari luar sel.MIKROFILAMEN SEBAGAI PENGERAS MEKANIS Selainperan mereka d a l a m sistem kontraktil sel, f i l a m e n aktin ber- Jenis filamen antara disesuaikan dengan peran strukturalfungsi sebagai pengeras atau penyokong mekanis u n t u k bebe- atau penahan-stres k o m p o n e n i n i d i berbagai jenis sel spesifik.r a p a t o n j o l a n sel, y a n g t e r s e r i n g a d a l a h m i k r o v i l i . Mikrovili Secara u m u m , hanya satu kelas filamen antara yang terdapatadalah tonjol-tonjol mikroskopik non-motil seperti rambut di satu jenis sel. D u a contoh penting adalah sebagai berikut:dari p e r m u k a a n sel epitel yang melapisi usus halus dan tubulusginjal (Gambar 2-27). Adanya mikrovili menambah luas per- • Neurofilamen, f i l a m e n a n t a r a y a n g d i t e m u k a n d i a k s o n s e lmukaan yang tersedia u n t u k memindahkan bahan melintasi saraf. Bersama dengan m i k r o t u b u l u s , neurofilamen menguat-m e m b r a n plasma. D i usus halus, mikrovili memperbesar luas k a n dan menstabilkan j u l u r a n sel ini.permukaan yang tersedia u n t u k menyerap nutrien yang telahdicerna. D i tubulus ginjal, mikrovili meningkatkan luas per- • Sel kulit mengandung jalinan ireguler filamen antara yangmukaan scrap yang menyelamatkan bahan-bahan bermanfaat t e r s u s u n atas p r o t e i n keratin ( l i h a t G a m b a r 2 - 2 1 c ) . F i l a m e nyang melewati ginjal sehingga bahan-bahan tersebut dapat intrasel ini berhubungan dengan filamen ekstrasel yang me-disimpan d a ndimanfaatkan oleh tubuh, bukan dieliminasi nyatukan sel-sel bersebelahan, menciptakan jalinan filamenmelalui urine. D idalam masing-masing mikrovili, pusat bersinambungan yang meluas k eseluruh bagian kulit d a n menguatkan kulit. Ketika selkulit permukaan mati, rangka

3^ C >O3cr 3p}\" CP>•PD-^-i ag2 3. Q. CD 0 3 01 CD 3 3-3 3 'i 113 era CfQ 0 3 33 O - p\" 3 en T3 ft- 5 ' 3P n33> P 3r ^ * Co' CD CD 3 |i 3 23 C/5 S ^ 1pp3 0 3 Cfl Ia— pp 21 - CD ECDl CD ro9o 2 P to ft 3 to cr3o 3\" Cfl cr 3 cr p 3 a c0CD) Q] Q] 01 a ^ 6 5:3 3a 3 P(3>P-h-! pCuO 3 O\" 3\" (A 3 33 Q Cfl3 p '— o I—' CD Q. p p 5c3n £= 33r £aL. a n P a333pa2\" ft ft srg 3O p3ft-\" ^ 3 & 3' 5^ 3 ft n) 3 03 ' •00) =J 5\" cr3ci |^g3 0 CTQ ^ crq (31-*-1• P a3 '; 3' Q) CQ CD 3 3- (A c« 3 . P f^Pt CfQ C 3 i\" C P ^ 1' rt> 3i a CfQ P U~i CTQ pnr PC f Q TT =!\" aCD 3 CD 00 CQato-' 3 ^ ^ s p- S 3 3 0 cn 01 p3 g OQ 3 33 CD 5' 3 sr §• 3.<D_ EU 0} CQ g\" °—. 3 £r 3 p £ O 3^ 3 3-' 3 \" p• 3 Q. g ft 3 3 Si p r-t- (T> 3 n3cr P3 Or - f g 5^ 3 3— •D Cfl I !3 ^ a. ft CL0> < 3 ^P P3 3 TT33 Q] T T f^t) n)3 ^3 CD 3TT 33 CQ D ' aSi.3 2 , 3 3to- o3 PO p!^\" » CfQ 3 ^3 fiP3H-i nn333>> 3 CD cr « P \"3\" 01 Cfl T 3 OQ P CD a Cfl' CD g 9g S3T 3 s \"~ &3 , a 1-1 r 1—' o ftC CQ 3 T3 p3 3 S\"c£n= Q. pT p3 C_. 3 crpq p n> ^_ 3\"=3 C0CDfl !U » na> D)' r <3^ P p\" Cp1.'T3g 3 CD' Cfl ^3 p 3P- 3- C 3- f3o p CD 3 3 5: 3' 2. & O 3•-I 2- CSfTl C •0 Dr. David PhillipsA/isuals UnlimitecJ, Inc. CD g. —p ptpIr\" ^ CD 3 3 CaQ fPt o 33 cr 3 ?pr 3' CD ofTTtT 0 01 3- 3 33 2 g^ P•73 ft 3 3 CQ PS !—P 3 p3 CD ft I-! 3 £L 3 OQ 3^ CD E3 3 o o 3'^ re p3\" n fat 3„p CAi o- 5*Cfl g 3 3 OQ 3 p^ In- o po 3, £S CD TO < eg p ^ CT So' 3 p O O o->< 3 ft) 3n n>3 2 p fCt GJ 3 3 ^3 3 CD CDcu CD 3CD <-(• 3 3P cr ^ CD ^ \"m3 rt. O m S . PCQ rmr- O 3 ^ r- 2- r2c- -'3^ 3h 3 3 Sj o3 w CD P ?r TO CD ^ srTpO Sn£ p 3 TPCPcDOr IS^P- Po3 O ?^ 3 2 . V. = =3 fti rD 2. 3 o- 3 ^ s- a 2 CPDi >- 3 33 •T3 3. 1 :3 w ^ CD 3 2 C/5 p r 33 3 p 3 5,5r 3, 5' 3 h 3 ?r ro CfQ_ p ft Csf Q: CPf3Q 3 TO 0 - 3 I - g3? 3c - ^3 cr 3 3 CD' 0) 3 TO 3 m 3 PCr2D-,t p3?r a - 33 303 CD P TO 3 3 3 n> CD \"t^U 23 3 3 PO< £. TO £^ pT3 c<fl CfQ 2- ^&. cror rt> tj- CD_ TPO p i tft) 'Tpirn3-i nj P 3CD P Qt 3 TP3O •-t TppO —f3t- 3 3 3 g Sg3 \"D CD a?rTPO3 gPaC cr P>p3- =ps CD -~S3B' TeO-T0011T cr £3LZJ 3 ^ 33 3 ^ 33 p3 2po3' I^cn a rCD a tQ9u1.' 2 §3 3 3^ 2CD CD T?Or 2 32q3-.C\"3T-2C!3D^- 4 3 3 ^ 3, 2- 3 3 TCP-DO• 02*p:^§- 3rr3^^+ CD 3E ^ CD 3 CfQ CD' 3 3 p3 P n, g 3•a P_ cn•COr->i p\" CD TpPO, ?53pr' Tp3O\" 3 Dr. Richard Kessel & Dr. Randy Kardon/ Tissues & OrgansA/isuals § P 3:^1 Unlimited, Inc. 3 CQ 1.1- 3?r 3 CD CD I &3)

bekerja pada permukaan sel menyebar k esegala arah dari Fisiologi Sel 55membran plasma, menyusuri sitoskeleton, sebelum akhirnyamemengaruhi regulasi gen di nukleus. sel y a n g berperan dalam homeostasis. Beberapa c o n t o h n y a adalah: Lebih lanjut, seperti yang telah A n d a pelajari, kerja terpaduelemen-elemen sitoskeleton bertanggung jawab mengarahkan • Selsaraf d a nendokrin mengeluarkan zat kimia perantaratranspor intrasel d a nmengatur berbagai pergerakan sel; berupa protein (neurotransmiter di sel saraf dan h o r m o n didengan d e m i k i a n , juga berfungsi sebagai \"otot\" sel. sel endokrin) y a n g penting d a l a m aktivitas regulatorik y a n g bertujuan mempertahankan homeostasis. Sebagai contoh, Periksa Pemahaman Anda 2.12 neurotransmiter merangsang otot-otot pernapasan, yang melaksanakan salah satu aktivitas penopang hidup, yakni 1. Sebutkan tiga jenis elemen sitoskeleton dan sebutkan satu pertukaran O2 dan CO2antara tubuh dan atmosfer melalui fungsi dari setiap jenisnya. proses bernapas. Semua zat kimia perantara ini dihasilkan oleh retikulum endoplasma dan kompleks Golgi serta, jika 2. Jelaskan bagaimana motor molekular memindahkan protein di perlu, dikeluarkan dari selmelalui eksositosis. sepanjang \"jalan tol\" sitoskeleton. • Kemampuan selotot berkontraksi bergantung pada pelun- 3. Jelaskan bagaimana treadmiling membentuk pseudopodia curan mikrofilamen-mikrofilamen sitoskeleton satu sama pergerakan amuboid. lain. Kontraksi otot bertanggung jawab atas banyak aktivitas homeostatik, meliputi (1) kontraksi otot jantung, yang me-Homeostasis: Bab dalam mompa darah penopang hidup ke seluruh tubuh; (2) kontraksi otot yang melekat ke tulang, yang memungkinkanPerspektif tubuh mengambil makanan; dan (3) kontraksi otot di dinding lambung dan usus, yang menggerakkan makanan di sepan- Kemampuan sel melakukan fungsi-fungsi yang jang saluran cerna sehingga nutrien yang tertelan dapat di- esensial bagi kelangsungan hidupnya sendiri, di uraikan secara progresif menjadi bentuk yang dapat diserap samping tugas-tugas khusus yang membantu mem- ke dalam darah u n t u k disalurkan k e sel. pertahankan homeostasis di dalam tubuh, padaakhirnya bergantung pada kerja sama apik berbagai komponen • Seldarah putih membantu tubuh menahan infeksi lewatintrasel. Sebagai contoh, untuk menunjang aktivitas-aktivitas penggunaan besar-besaran mekanisme destruksi lisosompenopang hidup, semua sel harus menghasilkan energi, dalam terhadap partikel yang ditelan sewaktu seldarah putih ber-bentuk yang dapat digunakan, dari molekul nutrien. Energi patroli mencari mikroba penyusup. Seldarah putih m a m p udihasilkan didalam seloleh reaksi-reaksi kimia di sitosol d a n menjelajahi tubuh menggunakan pergerakan amuboid,mitokondria. proses m e r a n g k a k n y a sel y a n g terjadi karena perakitan dan Selain penting bagi kelangsungan hidup selitu sendiri, pembongkaran aktin, salah satu komponen sitoskeleton,organel dan sitoskeleton ikut serta dalam banyak tugas khusus secara terpadu. Begitu kita mulai mempelajari berbagai organ d a n sistem, ingatlah selalu b a h w a keberfungsian sel y a n g baik adalah dasar semua aktivitas organ.SOAL LATIHANJawaban dimulai di h. A-20. 9. D e n g a n m e n g g u n a k a n k o d e j a w a b a n d i s e b e l a h k a n a n , tunjukkan jenis ribosom apa yang sedang dipaparkan:Pertanyaan Objektif 1. menyintesis protein yang (a)ribosom bebas1. Sawar yang memisahkan d a nmengontrol perpindahan digunakan untuk membuat (b)ribosom yang m e m b r a n sel baruantara isi sel dan cairan ekstrasel adalah . terikat ke R E 2. m e m b e n t u k protein yang kasar2. Bahan k i m i a yang mengarahkan sintesis protein d a n digunakan di sitosol dalamberfungsi sebagai cetak-biru genetik adalah yang sel 3. menyintesis proteinditemukan di sel. sekretorik, seperti enzim3. Sitoplasma terdiri atas yang merupakan atau h o r m o nkompartemen intrasel khusus terbungkus membran;sebuah massa mirip-gel yang dikenal sebagai ; dankerangka protein kompleks yang disebut . 4. menyintesis e n z i m hidrolitik yang terkandung dalam4. Vesikel transpor dari menyatu dengan d a n lisosommemasuki untuk dimodifikasi dan disortir.5. E n z i m (jenis apa) di dalam peroksisom terutamamendetoksifikasi berbagai sampah yang dihasilkan d i 10. D e n g a n m e n g g u n a k a n kode jawaban d isebelah kanan, tunjukkan bentuk produksi energi apayang sedang di-d a l a m sel atau senyawa asing yang m a s u k k e sel. paparkan:6. P e m b a w a energi universal bagi t u b u h adalah .7. S e l terbesar d it u b u h m a n u s i a dapat d i l i h a t d e n g a n m a t a 1. berlangsung di matriks (a) glikolisis mitokondria (b) siklus asam sitratt e l a n j a n g [Benar atau salah?) (c) fosforilasi 2. menghasilkan H2O2 sebagai8. Pergerakan a m u b o i d terjadi karena perakitan d a n produk sampingan oksidatifp e m b o n g k a r a n m i k r o t u b u l u s s e c a r a t e r p a d u . (Benar atausalah?)

56 BAB 2 m o l O2 p e r j a m a t a u 24 m o l p e r h a r i (satu m o l m e n u n j u k k a n jumlah gram bahan k i m i a tertentu yang setara dengan 3. menghasilkan A T P yang m e l i m p a h berat molekulnya; lihat h. A-6). Kurang lebih 6 m o l A T P 4. berlangsung di sitosol dihasilkan per m o l O2 yang dikonsumsi. Berat m o l e k u l 5. m e m p r o s e s asetil-CoA A T P adalah 507. Berapa g r a m A T P yang A n d a hasilkan 6. berlangsung d i krista m e m b r a n - d a l a m m i t o k o n d r i a per hari dengan laju tersebut? Diketahui bahwa 1000 g 7. m e n g u b a h glukosa m e n j a d i d u a m o l e k u l p i r u v a t setara dengan 2,2 pon, berapa pon A T P yang A n d a 8. m e n g g u n a k a n oksigen m o l e k u l e r produksi per hari dengan laju tersebut? (Kasus ini berada 9. dilangsungkan oleh sistem transpor elektron d a n dalam kondisi yang relatifinaktif!) 3. Pada keadaan istirahat, seseorang m e n g h a s i l k a n sekitar A T P sintase 1 4 4 m o l A T P p e r h a r i ( 7 3 . 0 0 0 g A T P / h a r i ) . J u m l a h energi bebas y a n g d i c e r m i n k a n o l e h j u m l a h A T P t e r s e b u t d a p a tPertanyaan Esai dihitung sebagai berikut: Pemutusan ikatan fosfat terminal dari A T P menyebabkan pengurangan energi bebas kurang1. A p a saja tiga subdivisi u t a m a sel? lebih sebesar 7300 kal/mol. A n g k a ini merupakan2. Sebutkan manfaat kompartementalisasi organel. hitungan kasar energi yang tersedia u n t u k melakukan3. T u l i s k a n k e l i m a jenis organel b e r m e m b r a n d a n ketiga kerja, yang terkandung di dalam ikatan fosfat terminal molekul ATP. Secara kasar, berapa banyak kalori, dalam jenis organel tak-bermembran. bentuk ATP, dihasilkan per hari oleh seseorang dalam4. Paparkan struktur retikulum endoplasma, sebutkan keadaan istirahat? perbedaan antara R E kasar dan halus. Apa fungsi masing- 4. H i t u n g l a h j u m l a h seld idalam t u b u h rata-rata orang masing? dewasa berbobot 68 k g(150 lb). (Hitungan ini hanya5. B u a t p e r b a n d i n g a n a n t a r a e k s o s i t o s i s d a n e n d o s i t o s i s . m e m i h k i akurasi sekitar 1per 10, tetapi paling tidak akan S e b u t k a n d e f i n i s i sekresi, pinositosis, endositosis memberi Anda pencerahan bagaimana ilmuwan diperantarai-reseptor, d a n fagositosis. mengestimasi angka yang lazim dikutip ini). Anggaplah6. O r g a n e l apa y a n g berfungsi sebagai \"sistem pencernaan\" semua sel berbentuk bola dengan garis tengah 2 0|im. intrasel? E n z i m jenis apa yang terkandung di dalamnya? Volume sebuah bola dapat ditentukan dengan rumus: v = Apa fungsi organel ini? 4 / 3 n r ^ . (Petunjuk: K i t a t a h u b a h w a s e k i t a r d u a p e r t i g a a i r7. B u a t p e r b a n d i n g a n antara l i s o s o m d a n p e r o k s i s o m . di t u b u h berada d i dalam sel dan densitas sel m e n d e k a t i 18 . S e b u t k a n p e r b e d a a n a n t a r a respirasi seluler, fosforilasi g/mL. Proporsi massa yang tersusun oleh air adalah oksidatif d a n kemiosmosis. sekitar 60%).9. Paparkan s t r u k t u r m i t o k o n d r i a , d a n jelaskan perannya dalam respirasi seluler. 5. Jika d i s u n t i k k a n ke d a l a m aliran darah, sukrosa cenderung10. Sebutkan perbedaan antara e n z i m oksidatif yang ada di tetap berada d i luar sel (sel tidak m e n g g u n a k a n sukrosa peroksisom d a nenzim oksidatif yang terdapat d i secara langsung). Jika tidak m a s u k ke sel, ke m a n a perginya mitokondria. sukrosa? Dengan kata lain, seberapa besar \"ruang\" d i11. Sel menghabiskan energi pada tiga kelompok aktivitas. t u b u h y a n g tidak terdapat d i d a l a m sel? Sukrosa dapat A p a saja itu? digunakan u n t u k menentukan besar ruang tersebut.12. Sebutkan d a n paparkan fungsi masing-masing k o m p o n e n Misalkan 150 g sukrosa disuntikkan k eseorang wanita sitoskeleton. berbobot 5 5 kg. Jika konsentrasi sukrosa d i dalam darahnya adalah 0,015 mg/mL, berapa v o l u m e ruangLatihan Kuantitatif ekstrasel wanita tersebut, dengan menganggap tidak terjadi metabolisme dan konsentrasi sukrosa darah sama1. Setiap \"putaran\" siklus Krebs dengan konsentrasi sukrosa di seluruh ruang ekstrasel? a. m e n g h a s i l k a n 3 N A D + , 1 FADH2, d a n 2 CO2 b. m e n g h a s i l k a n 1 G T R 2 CO2, d a n 1 FADH2 c. m e n g o n s u m s i 1 p i r u v a t d a n 1 oksaloasetat d. mengonsumsi sebuah asam a m i n o2. M a r i kita pikirkanberapa banyak A T P yang A n d a sintesis dalam sehari. Anggaplah bahwa A n d a mengonsumsi 1UNTUK DIRENUNGKAN jenis sel i n i yang m e m i l i k i r e t i k u l u m endoplasma kasar yang luas dan banyak t u m p u k a n Golgi. A p a k a h sel yang1 . L a m b u n g m e m i l i k i d u a j e n i s s e l s e k r e t o r i k e k s o k r i n : sel d i m a k s u d adalah sel u t a m a , atau sel parietal? Mengapa? utama (chief cell) y a n g m e n y e k r e s i k a n b e n t u k i n a k t i f 2 . R a c u n sianida b e k e r j a d e n g a n m e n g i k a t s e c a r a i r e v e r s i b e l e n z i m p e n c e r n a protein, pepsinogen, d a n sel parietal, y a n g salah satu k o m p o n e n sistem transpor elektron, mengham- m e n y e k r e s i k a n a s a m k l o r i d a (hydrochloric acid, H C l ) bat kerja k o m p o n e n tersebut. Akibatnya, keseluruhan yang mengaktifkan pepsinogen. Kedua jenis sel i n i m e - proses transpor elektron nyaris terhenti,d a n sel kehilangan miliki banyak mitokondriauntukmenghasilkan ATP—sel lebih dari 9 4 %kemampuannya menghasilkan ATP. utama membutuhkan energi untuk menyintesis pepsino- Menimbang jenis aktivitas selyang bergantung pada gen, sementara sel parietal m e m e r l u k a n energi u n t u k pemakaian energi, apa konsekuensi keracunan sianida? mengangkut i o n hidrogen (H\"^) dan klorida ( C I ) dari darah ke dalam l u m e n lambung. Hanya satu dari kedua

3. H i d r o g e n peroksida, y a n g tergolong senyawa sangat tak- Fisiologi Sel 57 s t a b i l y a n g d i k e n a l s e b a g a i radikal bebas, d a p a t m e n i m - bulkan kerusakan parah pada struktur dan fungsi sel sarkan pengetahuan Anda tentang bagaimana tubuh me- dengan jalan bereaksi dengan hampir semua molekul nyingkirkan sendiri hidrogen peroksida yang berbahaya, yang berkontak dengannya, termasuk D N A . Perubahan m e n u r u t A n d a apa bahan k i m i a yang terdapat di dalam seluler yang ditimbulkannya dapat menyebabkan mutasi organel tersebut? genetik, kanker, atau konsekuensi serius lainnya. Lebih 4. M e n u r u t pendapat A n d a , mengapa seseorang hanya lanjut, sebagian penelitiberspekulasi bahwa efekkumulatif m a m p u melakukan olahraga anaerobik (misalnya, meng- kerusakan selyang tersamarkan akibat reaksi radikal angkat dan m e n a h a n beban berat) sebentar saja, tetapi bebas dalam jangka lama boleh jadi turut berperan menye- dapat melakukan olahraga aerobik (misalnya, berjalan babkan perburukan perlahan-lahan seiring proses pe- a t a u b e r e n a n g ) u n t u k w a k t u y a n g l a m a ? {Petunjuk: O t o t nuaan. Berkenaan dengan spekulasi ini, berbagai studi memiliki simpanan energi yang terbatas). menunjukkan bahwa usia harapan hidup lalat buah 5 . S a l a h s a t u t i p e p e n y a k i t epidermolisis bulosa d i s e b a b k a n menurun sebanding dengan berkurangnya bahan kimia oleh defek genetik yang menyebabkan pembentukan spesifik yang terdapat di salah satu organel selnya. Berda- keratin yang abnormal lemah. Berdasarkan pengetahuan Anda tentang peran keratin, menurut Anda bagian tubuh mana yang terpengaruh oleh penyakit ini?PERTIMBANGAN KLINIS penyakit saluran napas berulang. Kevin mengonfirmasi bahwa ia m e m a n g terjangkit flu,bronkitis, dan influenza lebih seringKevin S. dan istrinya telah berusaha u n t u k memiliki anak ketimbang teman-temannya. Mengapa dokter tersebutselama tiga tahun terakhir. Ketika m e m i n t a pertolongan dari menduga bahwa Kevin memiliki riwayat penyakit pernapasanseorang ahli kesuburan, Kevin menyadari bahwa ia mengidap berulang berdasarkan diagnosisnya, yaitu ketidaksuburanbentuk herediter ketidaksuburan pria karena spermanya non- akibat sperma non-motil?motil. Keadaannya dapat ditelusuri balik menuju defekk o m p o n e n sitoskeleton flagela sperma. Akibat temuan ini,dokter menduga bahwa Kevin juga telah lama mengidap

Kartu Belajar2.1 Teori dan Penemuan Sel (h. 24) 2.3 Retikulum Endoplasma dan Sintesis Pemisahan (h. 27-29)• Organisasi dan interaksi kompleks bahan-bahan kimia di dalamsuatu sel memberi ciri unik kehidupan. Sel adalah unit terkecil yang • Retikulum endoplasma (RE) adalah jalinan kompleks bermembranmampu menjalankan proses kehidupan. yang membungkus sebuah lumen berisi cairan.• Sel merupakan unit organik penyusun tubuh. Struktur dan fungsi • Fungsi utama RE adalah menyintesis protein dan lipid yang akan (1)organisme multiseluler akhirnya bergantung pada kemampuan disekresikan ke luar sel, seperti enzim dan hormon, atau (2) dipakaistruktural dan fungsional sel-selnya. [Lihat Tabel 2-1.) untuk menghasilkan komponen sel baru, terutama membran sel.• Sel terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang. • Dua jenis retikulum endoplasma adalah retikulum endoplasma• Dengan mikroskop tradisional, para peneliti mempelajari bahwa kasar, jalinan kantong gepeng yang bertaburkan ribosom, dan retikulumsemua jaringan hewan dan tumbuhan tersusun atas sel-sel. endoplasma halus, jalinan tubulus yang tidak mengandung ribosom.• Para ilmuwan kini mengetahui bahwa sebuah sel adalah struktur [Lihat Gambar 2-2.)kompleks berkompartemen yang sangat terorganisasi. ' Ribosom pada RE kasar membentuk protein yang dibebaskan ke dalam lumen RE sehingga protein itu terpisah dari sitosol. Lipid yang2.2 I Selayang Pandang Struktur Sel (h. 24-27) diproduksi di dalam dinding membran RE juga masuk ke lumen. « Produk yang disintesis berpindah dari RE kasar ke RE halus tempat• Sel memiliki tiga subdivisi utama: membran plasma, nukleus, dan produk tersebut dikemas dan dikeluarkan sebagai vesikel transpor.sitoplasma. [Lihat Gambar 2-1.) Vesikel transpor terbentuk sebagai bagian dari \"pertunasan\" RE halus.' Membran plasma membungkus sel dan memisahkan cairan intra- [Lihat Gambar 2-3.)dengan ekstrasel.• Nukleus mengandung asam deoksiribonukleat (DNA), materi genetik 2.41 Kompleks Golgi dan Eksositosis (h. 29-31)sel.• Tiga jenis asam ribonukleat (RNA) berperan dalam sintesis protein • Vesikel transpor bergerak ke, dan menyatu dengan, kompleks Golgiyang disandi oleh DNA: RNA perantara (mRNA) yang menyalin kode yang tersusun atas tumpukan kantong gepeng terbungkus membran.genetik DNA dan mengirimkannya ke ribosom; RNA ribosomal (rRNA), [Lihat Gambar 2-3, 2-4, dan foto pembuka bab.)bagian ribosom yang membaca kode mRNA dan menerjemahkannya ke ' Kompleks Golgi berfungsi ganda: (1) memodifikasi molekul yangdalam protein terpilih; RNA transfer (tRNA) yang menyalurkan asam- baru disintesis—dikirim dalam bentuk mentah dari RE—menjadiasam amino ke protein yang sedang disintesis. produk jadi, dan (2) menyortir, mengemas, dan mengarahkan lalu lintas• Sitoplasma tersusun atas sitosol, sebuah massa kompleks mirip-gel molekul ke destinasinya masing-masing di dalam maupun di luar sel.yang bercampur dengan sitoskeleton dan organel-organel • Kompleks Golgi di sel sekretorik mengemas protein yang akan• Organel adalah struktur sangat terorganisasi yang menjalankan dikeluarkan dari sel di dalam vesikel sekretorik yang terlepas melaluifungsi spesifik. Ada dua kategori organel. Organel bermembran dibatasi eksositosis ketika ada rangsangan yang sesuai. [Lihat Gambar 2-3,oleh sebuah membran yang memisahkan isi organel dari sitosol di 2-5a, dan 2-6).sekitarnya. Organel bermembran meliputi retikulum endoplasma (RE),kompleks Golgi, lisosom, peroksisom, dan mitokondria. Organel tak- 2.5 I Lisosom dan Endositosis (h. 31-34)bermembran tidak terbungkus membran, meliputi ribosom, vault, dansenXnol [Lihat Gambar 2-1 dan Tabel 2-2, him. 49). • Lisosom adalah kantong terbungkus membran yang mengandung enzim-enzim hidrolitik (pencernaan) kuat. [Lihat Gambar 2-7.) Ribosom bebas • Lisosom, yang berfungsi sebagai \"sistem pencernaan\" intrasel, menghancurkan bahan asing, misalnya bakteri yang masuk ke sel, dan memusnahkan bagian-bagian sel yang rusak untuk diganti dengan yang baru. • Bahan ekstrasel dibawa masuk ke sel melalui proses endositosis, lalu diserang oleh enzim-enzim lisosomal. [Lihat Gambar 2-5b.) Tiga bentuk endositosis adalah pinositosis (pengambilan non-selektif CES; \"sel minum\"), endositosis diperantarai-reseptor (pengimporan selektif molekul besar spesifik), dan fagositosis (penelanan partikel multimo- lekuler besar; \"sel makan\"). [Lihat Gambar 2-8.) 2.6 I Peroksisom dan Detoksifikasi (h. 34) • Peroksisom adalah kantong kecil terbungkus membran yang mengandung enzim-enzim oksidatif kuat. [Lihat Gambar 2-7.) * Peroksisom melangsungkan reaksi oksidatif yang mendetoksifikasi sampah dan senyawa asing toksik yang masuk ke sel. Pada reaksi58

detoksifikasi ini, peroksisom membentuk hidrogen peroksida (H2O2) Fisiologi Sel 59poten, yang diuraikan menjadi air dan oksigen oleh katalase. • Ribosom menerjemahkan mRNA ke rantai asam amino yang hendak2.7 I Mitokondria dan Produksi ATP (h. 34-43) dirakit berdasarkan kode DNA yang dibawa oleh mRNA. Ribosom me- miliki situs pengikatan tempat tRNA yang mengangkut asam amino• Mitokondria adalah organel berbentuk batang yang terbungkus tertentu berhubungan dengan mRNA sewaktu perakitan protein. {Lihat Gambar 2-17b.)oleh dua membran, membran luar yang halus dan membran dalam yang 2.9 I Vault Sebagai Truk Seluler (h. 46)membentuk serangkaian lekukan, krista, yang mencuat ke rongga • Vault adalah struktur oktagonal berongga yang bentuknya dandalam berisi gel, matriks. {Lihat Gambar 2-9a dan foto pembuka ukurannya sama dengan pori nukleus. {Lihat Gambar 2-18.) Organel ini diyakini sebagai truk seluler yang menambatkan diri di pori nukleusbab.) dan mengambil muatan untuk diangkut dari nukleus. • Pendapat yang sekarang dianut adalah bahwa vault boleh jadi• Di otot rangka dan beberapa jenis sel lain, mitokondria bergabung mengangkut mRNA atau subunit ribosomal dari nukleus ke tempat sintesis protein di sitoplasma.satu sama lain membentuk retikulum mitokondria yang lebih efisien 2.101 Sentrosom, Sentriol, dan Organisasimemindahkan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk menghasilkan Mikrotubulus (h. 46-47)energi ke bagian sel yang lebih dalam. {Lihat Gambar 2-9b.) • Sentrosom (pusat sel) terdiri atas sepasang sentriol yang dikelilingi sebuah massa amorf {Lihat Gambar 2-19.)• Mitokondria adalah organel energi sel, yang secara efisien mengubah ' Sentrosom adalah pusat pengatur utama mikrotubulus sebuah sel. Organel ini membentuk dan mengatur sitoskeleton mikrotubulus,energi dalam molekul makanan menjadi energi-terpakai yang disimpan membentuk silia dan flagela, serta membentuk gelendong mitotik.dalam molekul ATP. Sel menggunakan ATP sebagai sumber energi bagi 2.11 I Sitosol: Gel Sel (h. 47-48)sintesis senyawa kimia baru, transpor membran, dan kerja mekanis. • Sitosol mengandung enzim-enzim yang terlibat dalam metabolisme antara dan perangkat ribosomal yang esensial untuk sintesis enzim- • Respirasi seluler enzim ini serta protein sitosolik lainnya. • Banyak sel menyimpan nutrien yang belum terpakai di dalam sitosol secara kolektif merujuk dalam bentuk granul-granul glikogen atau droplet lemak. {Lihat Gambar 2-20.) pada reaksi intraseluler ' Di sitosol, juga terdapat berbagai vesikel sekretorik, vesikel transpor, dan vesikel endositotik. tempat molekul kaya 2.12 I Sitoskeleton: \"Tulang dan Otot\" Sel energi diuraikan guna (h. 48-55) membentuk ATP, menggu- • Sitoskeleton, yang terentang di seluruh bagian sitosol, berfungsi nakan O2 dan meng- sebagai \"tulang dan otot\" sel. {Lihat Tabel 2-2.) hasilkan CO2 dalam \" Ketiga jenis elemen sitoskeleton—mikrotubulus, mikrofilamen, dan filamen antara—masing-masing terdiri atas beragam protein dan prosesnya. Respirasi seluler memainkan peran yang berbeda-beda. {Lihat Gambar 2-21.) ' Mikrotubulus, yang tersusun atas tubulin, mempertahankan bentuk mencakup pemecahan asimetrik sel, berfungsi sebagai jalan tol bagi transpor intraseluler oleh motor molekuler, merupakan komponen utama silia dan flagela, serta sekuensial molekul nutrien membentuk gelendong mitotik. {Lihat Gambar 2-22 hingga 2-24.) • Mikrofilamen, yang tersusun atas aktin pada kebanyakan sel, diikuti produksi ATP dalam penting dalam berbagai sistem kontraktil seluler, termasuk pergerakan amuboid dan kontraksi otot. Struktur ini juga berfungsi sebagai pengeras tiga tahap: (1) glikolisis di mekanis bagi mikrovili. {Lihat Gambar 2-25 hingga 2-27.) ' Filamen antara adalah protein ireguler mirip-benang yang membantu sitosol, (2) siklus asam sel menahan stres mekanis. Pada jenis sel yang berbeda, filamen antara tersusun atas protein yang berbeda pula. Filamen antara yang terdiri sitrat di matriks atas keratin terutama banyak ditemukan di sel kulit. Fosforilasi oksidatif mitokondria, dan (3) (sistem transpor elektron fosforilasi oksidatif di membran dalam dan )<emiosmosis) mitokondria. {Lihat Gambar 2-10.)• Fosforilasi oksidatif meliputi sistem transpor elektron dankemiosmosis oleh ATP sintase. Sistem transpor elektron mengekstraksielektron kaya energi dari hidrogen yang dibebaskan sewaktu pemecahannutrien pada proses glikolisis dan siklus asam sitrat, kemudianmemindahkan elektron-elektron tersebut dari tingkat energi tinggi kerendah. Energi bebas yang dilepaskan selama proses ini digunakanuntuk menciptakan gradien ion hidrogen (H+) antara sisi dalam dan luarmembran dalam mitokondria. Aliran H\"^ di sepanjang gradien inimengaktifkan ATP sintase, enzim yang membentuk ATP melalui prosesyang disebut kemiosmosis. {Lihat Gambar 2-11 hingga 2-14.)• Sel lebih efisien mengubah energi makanan menjadi ATP jika adaO2. Pada kondisi anaerob (tanpa O2), sel hanya dapat menghasilkan 2molekul ATP untuk setiap molekul glukosa yang diproses melaluiglikolisis. Pada kondisi aerob (dengan O2), mitokondria dapatmenghasilkan tambahan 30 molekul ATP untuk setiap molekul glukosayang diproses (2 dari siklus asam sitrat dan 28 dari fosforilasi oksidatif).{Lihat Gambar 2-14 dan 2-16.)2.81 Ribosom dan Sintesis Protein (h. 43-45)• Pada sintesis protein, subunit ribosomal besar dan kecil menyatumembentuk sebuah ribosom. {Lihat Gambar 2-17a.)

60