[Buku Bahasa Indonesia]Guyton And Hall Textbook of Medical Physiology 1-11
Sintesis dan Pembentukan Struktur Sel oleh Retikulum Endoplasma dan Aparatus Golgi
Fungsi Spesifik Retikulum Endoplasma
Luasnya retikulum endoplasma dan aparatus Golgi pada sel sekretorik telah dijelaskan sebelumnya. Struktur ini terutama terdiri dari membran lipid bilayer yang mirip dengan membran sel, dengan dinding yang kaya akan enzim protein yang mengkatalisis sintesis berbagai zat yang diperlukan sel.
Sebagian besar sintesis dimulai di retikulum endoplasma, kemudian produk dipindahkan ke aparatus Golgi untuk diproses lebih lanjut sebelum dilepaskan ke sitoplasma.
Protein Dibentuk oleh Retikulum Endoplasma Granular.
Bagian granular retikulum endoplasma ditandai oleh banyaknya ribosom yang melekat pada permukaannya. Molekul protein disintesis dalam ribosom. Sebagian protein dilepaskan ke sitosol, tetapi sebagian besar masuk ke dalam vesikel dan tubulus retikulum endoplasma.
Sintesis Lipid oleh Retikulum Endoplasma Halus.
Retikulum endoplasma juga mensintesis lipid, terutama fosfolipid dan kolesterol. Zat ini segera menjadi bagian dari membran retikulum, sehingga memperluas strukturnya. Proses ini terutama terjadi pada retikulum endoplasma halus.
Untuk mencegah pertumbuhan berlebihan, vesikel kecil dari retikulum endoplasma terus terbentuk dan berpindah ke aparatus Golgi.
Fungsi Lain Retikulum Endoplasma
Fungsi penting lainnya meliputi:
- Menyediakan enzim untuk pemecahan glikogen saat diperlukan sebagai sumber energi.
- Menyediakan enzim untuk detoksifikasi zat berbahaya, seperti obat, melalui berbagai mekanisme kimia.
Fungsi Sintesis Aparatus Golgi.
Selain memproses zat dari retikulum endoplasma, aparatus Golgi juga mampu mensintesis beberapa karbohidrat yang tidak dapat dibentuk di retikulum endoplasma. Hal ini terutama berlaku untuk pembentukan polimer sakarida besar yang terikat dengan sedikit protein, seperti asam hialuronat dan kondroitin sulfat.
Beberapa fungsi penting asam hialuronat dan kondroitin sulfat adalah:
(1) sebagai komponen utama proteoglikan dalam mukus dan sekresi kelenjar,
(2) sebagai komponen utama substansi dasar di ruang interstisial,
(3) sebagai komponen utama matriks organik pada tulang rawan dan tulang,
(4) berperan dalam berbagai aktivitas sel seperti migrasi dan proliferasi.
Pemrosesan Sekresi Retikulum Endoplasma oleh Aparatus Golgi—Pembentukan Vesikel
Gambar 2-13 merangkum fungsi utama retikulum endoplasma dan aparatus Golgi. Saat zat dibentuk di retikulum endoplasma, terutama protein, zat tersebut diangkut melalui tubulus menuju bagian retikulum endoplasma halus yang terletak paling dekat dengan aparatus Golgi. Pada tahap ini, vesikel transport kecil yang berasal dari selubung retikulum endoplasma halus terus-menerus terlepas dan berdifusi menuju lapisan terdalam aparatus Golgi. Di dalam vesikel ini terdapat protein dan produk lain yang disintesis di retikulum endoplasma.
Vesikel transport segera menyatu dengan aparatus Golgi dan melepaskan isinya ke dalam ruang vesikular Golgi. Di sini, tambahan gugus karbohidrat ditambahkan pada sekresi. Fungsi penting lain aparatus Golgi adalah memadatkan sekresi dari retikulum endoplasma menjadi paket yang sangat terkonsentrasi. Saat sekresi bergerak menuju lapisan terluar aparatus Golgi, proses pemadatan dan pemrosesan terus berlangsung. Akhirnya, vesikel kecil dan besar terus-menerus terlepas dari aparatus Golgi, membawa zat sekretorik yang telah dipadatkan, kemudian berdifusi ke seluruh sel.
Sebagai gambaran waktu proses ini: ketika sel kelenjar terpapar asam amino radioaktif, protein radioaktif yang baru terbentuk dapat dideteksi di retikulum endoplasma granular dalam waktu 3 hingga 5 menit. Dalam 20 menit, protein tersebut sudah berada di aparatus Golgi, dan dalam 1 hingga 2 jam, protein radioaktif telah disekresikan dari permukaan sel.
Jenis Vesikel yang Dibentuk oleh Aparatus Golgi—Vesikel Sekretorik dan Lisosom
Pada sel dengan aktivitas sekresi tinggi, vesikel yang dibentuk oleh aparatus Golgi terutama berupa vesikel sekretorik yang mengandung protein untuk disekresikan melalui membran sel. Vesikel ini berdifusi ke membran sel, kemudian menyatu dengannya dan melepaskan isinya ke luar melalui mekanisme yang disebut eksositosis. Eksositosis biasanya dipicu oleh masuknya ion kalsium ke dalam sel, yang menyebabkan vesikel menyatu dengan membran sel dan membuka ke arah luar sehingga isinya dikeluarkan.
Sebagian vesikel lainnya digunakan untuk keperluan intraseluler.
Penggunaan Vesikel Intraseluler untuk Memperbarui Membran Sel
Sebagian vesikel intraseluler dari aparatus Golgi menyatu dengan membran sel atau membran organel seperti mitokondria dan retikulum endoplasma. Hal ini memperluas dan memperbarui membran tersebut. Misalnya, membran sel kehilangan sebagian komponennya saat membentuk vesikel fagositik atau pinositotik, dan vesikel dari aparatus Golgi menggantikannya secara terus-menerus.
Secara keseluruhan, sistem membran retikulum endoplasma dan aparatus Golgi merupakan sistem metabolik aktif yang mampu membentuk struktur intraseluler baru serta zat sekretorik yang akan dikeluarkan dari sel.
Ekstraksi Energi dari Nutrisi—Fungsi Mitokondria
Zat utama yang digunakan sel untuk memperoleh energi adalah bahan makanan yang bereaksi dengan oksigen, yaitu karbohidrat, lemak, dan protein. Dalam tubuh manusia, hampir semua karbohidrat diubah menjadi glukosa oleh saluran pencernaan dan hati sebelum mencapai sel. Demikian pula, protein diubah menjadi asam amino dan lemak menjadi asam lemak.
Gambar 2-14 menunjukkan oksigen dan zat makanan—glukosa, asam lemak, dan asam amino—masuk ke dalam sel. Di dalam sel, zat ini bereaksi dengan oksigen di bawah pengaruh enzim yang mengatur reaksi dan mengarahkan energi yang dihasilkan.
Sebagian besar reaksi oksidatif terjadi di dalam mitokondria, dan energi yang dihasilkan digunakan untuk membentuk senyawa berenergi tinggi, yaitu ATP. ATP inilah yang digunakan oleh sel untuk hampir semua reaksi metabolik.
Karakteristik Fungsional ATP
ATP adalah nukleotida yang terdiri dari basa nitrogen adenin, gula ribosa, dan tiga gugus fosfat. Dua gugus fosfat terakhir terikat melalui ikatan fosfat berenergi tinggi. Dalam kondisi tubuh, setiap ikatan ini mengandung sekitar 12.000 kalori energi per mol, jauh lebih besar dibandingkan ikatan kimia biasa. Ikatan ini juga sangat labil sehingga dapat dengan cepat dipecah saat energi diperlukan.
Ketika ATP melepaskan energi, satu gugus fosfat dilepaskan dan terbentuk ADP. Energi yang dilepaskan digunakan untuk berbagai fungsi sel, seperti sintesis zat dan kontraksi otot.
Untuk membentuk kembali ATP, energi dari nutrisi menyebabkan ADP dan fosfat bergabung kembali menjadi ATP. Proses ini berlangsung terus-menerus, sehingga ATP disebut sebagai “mata uang energi” sel dengan waktu pergantian hanya beberapa menit.
Proses Kimia Pembentukan ATP—Peran Mitokondria
Saat masuk ke dalam sel, glukosa diubah menjadi asam piruvat melalui glikolisis di sitoplasma. Proses ini menghasilkan sedikit ATP, kurang dari 5 persen total energi sel.
Sekitar 95 persen ATP terbentuk di mitokondria. Asam piruvat, asam lemak, dan asam amino diubah menjadi asetil-KoA dalam matriks mitokondria. Senyawa ini kemudian diuraikan melalui siklus asam sitrat (siklus Krebs), menghasilkan atom hidrogen dan karbon dioksida. Karbon dioksida keluar dari sel, sedangkan hidrogen bereaksi dengan oksigen membentuk air dan melepaskan energi besar.
Energi ini digunakan oleh enzim ATP sintetase untuk mengubah ADP menjadi ATP. ATP kemudian didistribusikan ke seluruh sel untuk digunakan dalam berbagai fungsi.
Proses ini dikenal sebagai mekanisme kemiosmotik pembentukan ATP.
Penggunaan ATP dalam Fungsi Sel
Energi dari ATP digunakan untuk tiga fungsi utama:
- Transport zat melalui membran sel
- Sintesis senyawa kimia
- Kerja mekanik
Contohnya meliputi transport natrium melalui membran, sintesis protein oleh ribosom, dan kontraksi otot.
Energi ATP juga diperlukan untuk transport berbagai ion dan zat organik. Pada beberapa sel, seperti sel tubulus ginjal, hingga 80 persen ATP digunakan untuk transport membran.
Dalam sintesis kimia, pembentukan satu molekul protein dapat memerlukan ribuan molekul ATP. Pada fase pertumbuhan, hingga 75 persen ATP digunakan untuk sintesis zat baru.
ATP juga digunakan untuk kerja mekanik, seperti kontraksi otot dan pergerakan sel.
Secara keseluruhan, ATP menyediakan energi secara cepat untuk kebutuhan sel, sementara pembentukannya kembali bergantung pada pemecahan nutrisi. Lebih dari 95 persen ATP dibentuk di mitokondria, sehingga organel ini disebut sebagai “pembangkit tenaga” sel.
Pergerakan Sel
Jenis pergerakan yang paling penting di dalam tubuh adalah pergerakan sel otot rangka, jantung, dan otot polos, yang menyusun hampir 50 persen dari seluruh massa tubuh. Fungsi khusus sel-sel ini dibahas pada Bab 6 sampai 9. Selain itu, terdapat dua jenis pergerakan lain yang terjadi pada sel, yaitu pergerakan ameboid dan gerakan silia.
Pergerakan Ameboid
Pergerakan ameboid adalah pergerakan seluruh sel terhadap lingkungannya, seperti pergerakan sel darah putih melalui jaringan. Istilah ini berasal dari fakta bahwa ameba bergerak dengan cara ini dan telah menjadi model yang sangat baik untuk mempelajari fenomena tersebut.
Secara umum, pergerakan ameboid dimulai dengan pembentukan pseudopodium dari salah satu ujung sel. Pseudopodium ini memanjang jauh dari badan sel dan sebagian menempel pada area jaringan yang baru. Selanjutnya, bagian sel lainnya ditarik menuju pseudopodium tersebut.
Gambar 2-16 menunjukkan proses ini, dengan sel yang memanjang, di mana ujung kanan merupakan pseudopodium yang menonjol. Membran pada ujung ini terus bergerak ke depan, sedangkan membran di ujung kiri mengikuti pergerakan tersebut saat sel berpindah.
Mekanisme Pergerakan Ameboid
Gambar 2-16 memperlihatkan prinsip umum pergerakan ameboid. Pada dasarnya, proses ini terjadi karena pembentukan terus-menerus membran sel baru di tepi depan pseudopodium serta penyerapan membran di bagian tengah dan belakang sel. Selain itu, dua mekanisme lain juga penting untuk pergerakan maju sel.
Mekanisme pertama adalah perlekatan pseudopodium pada jaringan di sekitarnya sehingga posisi ujungnya menjadi tetap, sementara bagian tubuh sel lainnya ditarik ke arah titik perlekatan. Perlekatan ini terjadi melalui protein reseptor yang melapisi bagian dalam vesikel eksositosis. Ketika vesikel ini menjadi bagian dari membran pseudopodium, vesikel tersebut terbuka sehingga bagian dalamnya menghadap ke luar. Reseptor kemudian menonjol ke permukaan dan berikatan dengan ligan pada jaringan sekitarnya.
Di ujung berlawanan, reseptor melepaskan diri dari ligannya dan membentuk vesikel endositosis baru. Vesikel ini kemudian bergerak di dalam sel menuju ujung pseudopodium, di mana vesikel tersebut digunakan untuk membentuk membran baru bagi pseudopodium.
Baca Juga: Lighten PDF Converter OCR 6.1.1 Full Version
Mekanisme kedua adalah penyediaan energi untuk menarik badan sel ke arah pseudopodium. Percobaan menunjukkan bahwa proses ini melibatkan protein aktin yang terdapat dalam sitoplasma sel. Sebagian aktin berada dalam bentuk molekul tunggal yang tidak menghasilkan gaya gerak. Namun, aktin dapat berpolimerisasi membentuk jaringan filamen yang dapat berkontraksi ketika berikatan dengan protein pengikat aktin seperti miosin. Seluruh proses ini memerlukan energi dari ATP.
Hal ini terjadi pada pseudopodium sel yang bergerak, di mana jaringan filamen aktin baru terbentuk di dalam pseudopodium yang sedang memanjang. Kontraksi juga terjadi pada ektoplasma badan sel, tempat jaringan aktin sudah ada sebelumnya di bawah membran sel.
Jenis Sel yang Menunjukkan Pergerakan Ameboid
Sel yang paling sering menunjukkan pergerakan ameboid dalam tubuh manusia adalah sel darah putih saat bergerak keluar dari pembuluh darah menuju jaringan untuk membentuk makrofag jaringan.
Jenis sel lain juga dapat bergerak secara ameboid dalam kondisi tertentu. Misalnya, fibroblas bergerak ke area yang rusak untuk membantu proses perbaikan. Sel germinal kulit, meskipun biasanya tidak bergerak, juga dapat berpindah menuju area luka untuk menutup kerusakan. Selain itu, pergerakan sel sangat penting dalam perkembangan embrio dan janin setelah pembuahan. Sel embrionik sering bermigrasi dalam jarak jauh dari tempat asalnya menuju lokasi baru untuk membentuk struktur khusus.
Pengendalian Pergerakan Ameboid—Kemotaksis
Pemicu utama pergerakan ameboid adalah proses yang disebut kemotaksis. Proses ini terjadi akibat adanya zat kimia tertentu di dalam jaringan. Setiap zat yang menyebabkan kemotaksis disebut zat kemotaktik.
Sebagian besar sel yang bergerak secara ameboid akan bergerak menuju sumber zat kemotaktik, yaitu dari daerah dengan konsentrasi rendah ke daerah dengan konsentrasi tinggi, yang disebut kemotaksis positif. Sebaliknya, beberapa sel bergerak menjauhi sumber tersebut, yang disebut kemotaksis negatif.
Mekanisme bagaimana kemotaksis mengatur arah pergerakan ameboid belum sepenuhnya diketahui. Namun, diketahui bahwa sisi sel yang paling terpapar zat kemotaktik mengalami perubahan membran yang memicu pembentukan pseudopodium.
Silia dan Gerakan Silia
Jenis pergerakan sel lainnya adalah gerakan silia, yaitu gerakan seperti cambuk pada silia di permukaan sel. Gerakan ini hanya terjadi di dua lokasi dalam tubuh manusia: pada permukaan saluran pernapasan dan pada permukaan bagian dalam tuba uterina (tuba falopi) dalam sistem reproduksi.
Di rongga hidung dan saluran pernapasan bawah, gerakan silia mendorong lapisan mukus dengan kecepatan sekitar 1 cm per menit menuju faring. Proses ini membantu membersihkan saluran dari mukus dan partikel yang terperangkap. Di tuba uterina, silia menggerakkan cairan secara perlahan dari ostium tuba menuju rongga uterus, sehingga membantu transportasi ovum dari ovarium ke uterus.
Seperti terlihat pada Gambar 2-17, silia tampak seperti rambut halus lurus atau melengkung yang menonjol sepanjang 2 hingga 4 mikrometer dari permukaan sel. Satu sel dapat memiliki banyak silia, bahkan hingga 200 silia pada setiap sel epitel saluran pernapasan.
Silia dilapisi oleh membran sel dan didukung oleh 11 mikrotubulus, terdiri dari 9 pasangan di bagian tepi dan 2 tunggal di bagian tengah, seperti terlihat pada potongan melintang. Setiap silia merupakan perpanjangan dari struktur yang terletak tepat di bawah membran sel yang disebut badan basal.
Flagelum pada sperma memiliki struktur dan mekanisme kontraksi yang mirip dengan silia. Namun, flagelum lebih panjang dan bergerak dengan gelombang menyerupai sinus, bukan gerakan seperti cambuk.
Gerakan silia terdiri dari gerakan maju yang cepat seperti cambuk sebanyak 10 hingga 20 kali per detik, diikuti oleh gerakan kembali yang lebih lambat ke posisi awal. Gerakan cepat ke depan mendorong cairan di sekitar sel, sedangkan gerakan balik yang lambat hampir tidak memengaruhi pergerakan cairan. Akibatnya, cairan terus bergerak searah dengan gerakan cepat tersebut. Karena banyaknya silia dan orientasinya yang seragam, mekanisme ini sangat efektif untuk menggerakkan cairan di permukaan jaringan.
Mekanisme Gerakan Silia
Meskipun belum sepenuhnya dipahami, beberapa hal tentang gerakan silia telah diketahui. Sembilan pasangan mikrotubulus dan dua mikrotubulus tunggal saling terhubung oleh kompleks protein yang disebut aksonema.
Bahkan setelah membran dan komponen lain selain aksonema dihilangkan, silia masih dapat bergerak dalam kondisi tertentu. Dua syarat utama agar gerakan ini berlangsung adalah ketersediaan ATP dan kondisi ionik yang sesuai, terutama konsentrasi magnesium dan kalsium.
Selama gerakan maju, mikrotubulus ganda di sisi depan silia bergeser ke arah ujung silia, sedangkan mikrotubulus di sisi belakang tetap di tempat. Selain itu, terdapat lengan protein yang tersusun dari dinein dengan aktivitas enzim ATPase, yang memanjang dari setiap mikrotubulus ganda ke mikrotubulus tetangganya.
Energi dari ATP yang berinteraksi dengan lengan dinein menyebabkan kepala protein ini bergerak sepanjang mikrotubulus di sebelahnya. Jika mikrotubulus depan bergerak ke luar sementara bagian belakang tetap, maka akan terjadi pembengkokan silia.
Cara pengendalian kontraksi silia belum diketahui secara pasti. Pada beberapa sel abnormal secara genetik, silia tidak memiliki dua mikrotubulus tunggal di tengah dan tidak dapat bergerak. Oleh karena itu, diduga terdapat sinyal, mungkin bersifat elektrokimia, yang ditransmisikan melalui dua mikrotubulus tersebut untuk mengaktifkan lengan dinein.
Comments (0)