KONSEP – KONSEPDASAR

BIOLOGI MOLEKULER

PURNOMO SURYOHUDOYO

DEPT. OF BIOCHEMISTRY

SCHOOL OF MEDICINE

AIRLANGGA UNIVERSITY

BIOLOGI

Cabang Ilmu yang mempelajari Organisma

Biologi

Biologi Sel

Biologi Molekuler

Organisma keseluruhan

Sel : Unit terkecil organisma

Biomolekul : senyawa-senyawa

pembentuk sel

Ciri Organisma :

Fungsi – fungsi Kehidupan

1. Reproduksi

2. Tumbuh – kembang

3. Metabolisme

4. Homeostasis

1. Adalah unit terkecil dari organisma yang masih menunjukkan fungsi-fungsi kehidupan

2. Dua jenis sel : – Prokariota– Eukariota

3. Berdasar jenis sel yang membentuknya organisma dapat dibagi menjadi :

SEL

A. Organisma Prokariota• Semuanya satu sel ( “uni cellular” )• Bakteri• Ganggang biru ( cyano phyceae) /

cyano bacteriaeB. Organisma eukariota

• Dapat satu sel (unicellular) atau banyak sel (multicellular)

• Semua organisma kecuali bakteri & Cynophyceae

SEL PROKARIOTA & EUKARIOTA

PROKARIOTA INTI : TAK TERLIHAT JELAS TAK DIBATASI MEMBRANORGANEL SEL : TAK ADAKROMOSOM : TUNGGAL, SIRKULERDNA : TELANJANGDNA EKSTRA – KROMOSOM : PLASMID SIRKULER

EUKARIOTA INTI : TERLIHAT JELASDIBATASI MEMBRAN INTIORGANEL SEL : ADAKROMOSOM : JAMAK ( > 2), LINIERDNA INTI : TERLIHAT PROTEIN (HISTON)

DNA EKSTRA-KROMOSOM :• DNA MITOKONDRIA• DNA KLOROPLAST SIRKULER & TELANJANG (SEPERTI DNA PROKARIOTA)

B.M.03 94

STRUKTUR SEL PROKARIOTA(GRAM POSITIF)

(PEPTID OGLYCAN)

(LIPID BILAYER)

CW : Dinding sel (cell Wall)

CM : Membran Sel (cell Membrane)

N : Nukleoid (DNA)

R : Ribosom

P : Plasmid

STRUKTUR SEL PROKARIOTA(GRAM NEGATIF)

(Lipid bilayer)

(Lipid bilayer)

OM : Membran Luar (Outer Membran)

CM : Membran Sel (cell membrane)

P : Peptidoglycan

PS : Ruang periplasmik (Periplasmic space)

P : Plasmid

N : Nukleoid

R : RobosomTidak ada membran sel nya

Gambar 1.2 : Struktur umum Sel Eukariota (Hewan)

1. Membran Plasma

2. Membran inti

3. Nukleoporus

4. Nukleolus

5. Kromatin

6. Retikulum endoplasmik kasar

7. Retikulum endoplasmik halus

8. Mitokondrion

9. Lisosom

10. Perangkat Golgi

11. Polisom

12. Peroksisom

Gambar 1.3 : Struktur umum Sel Eukariota (Tumbuhan)

1. Dinding Sel

2. Membran Plasma

3. Membran inti

4. Nukleoporus

5. Nukleolus

6. Kromatin

7. Retikulum endoplasmik kasar

8. Retikulum endoplasmik halus

9. Mitokondrion

10. Lisosom

11. Perangkat Golgi

12. Polisom

13. Peroksisom

14. Kloroplast

15. Vakuola

FUNGSI ORGANEL SEL

1. Nukleus (Inti)

Perangkat genetik sel (DNA)

Sintesis RNA

Pembentukan Ribosom

3. Retikulum Endoplasma

Sintesis Protein (R.E.K.)

Sintesis Lipid (R.E.H)

4. Perangkat Golgi

Pengolahan Protein

Pemilahan (Sorting) Protein

Organel sel, membran sel

atau disekresi

5. Lisosom

Hidrolisis berbagai senyawa

(As. nukleat, protein, karbohidrat,

lemak)

6. Peroksisom

Oksidasi berbagai senyawa

2. Mitokondrion

Fosforlasi oksidatif

Pengadaan ATP

8. Kloroplast

Fotosintesis

Pengadaan ATP

7. Polisom

Sintesis Protein

PARADIGMA BIOLOGI MOLEKULER

1. Sel : Unit terkecil organisma yang masih mampu hidup mandiri apabila dipisahkan

2. Sel masih menunjukkan semua fungsi-fungsi kehidupan

3. Sel terdiri dari Biomolekul

Apa hubungan antara biomolekul dengan pelaksanaan berbagai fungsi kehidupan sel ?

Semua peristiwa yang mencerminkan kehidupan sel pada hakekatnya merupakan hasil interaksi molekul

PERAN BIOLOGI MOLEKULER DALAM ILMU KEDOKTERAN (1)

Ilmu kedokteran bertujuan menyembuhkan penderita

Ilmu kedokteran ilmu – ilmu klinis

Ilmu – ilmu klinis (clinical sciences) Mempelajari : Penyebab (causa) Patogenesis Terapi

Peran biologi molekuler dalam ilmu kedokteran adalah berusaha mengetahui

DASAR MOLEKULER PATOGENESIS

TERAPI YANG LEBIH RASIONAL

& TERARAH

PERAN BIOLOGI MOLEKULER DALAM ILMU KEDOKTERAN (2)ILMU KEDOKTERAN MOLEKULER

Cabang ilmu kedokteran yang mempelajari

dasar molekuler (patogenesis) penyakit

(The molecular basis of diseases)

(Bradley et.al 1995)

INTERAKSI ANTAR MOLEKUL

• Interaksi Kuat Melibatkan ikatan kovalen reaksi kimia

• Interaksi lemah Melibatkan ikatan non kovalen : - Ionik - Hidrogen - Van der waals - HidrofobikContoh Interaksi Lemah :• Hormon – reseptor• Enzim – substrat vdw / hidrogen

• Antigen – antibodi vdw / hidrogen

• Membran Sel hidrofobik• Heliks ganda DNA hidrogen

IKATAN KOVALEN

IKATAN IONIK

IKATAN HIDROGEN

STRUKTUR ELEKTRON ATOM C, H, O, N

CH4

Ikatan van der waals. Suatu ikatan yang terjadi apabila 2 atom itu saling mendekat sehingga jaraknya dua atom adalah jumlah jari2 atomKalo lebih dekat lagi akan terjadi gaya tolakKalo lebih jauh akan ada gaya tarik.Gaya ini sebenarnya kecil, namun jika ada banyak atom yang letakknya berdekatan akan timbul gaya ynag cukup besar

Ikatan V.D. Waals terjadi karena adanya gaya V.D. Waals apabiladua atom saling mendekatGaya V.D. Waals mencapai maksimum apabila jarak 2 atom = jumlah jari-jari atom (= jarak V.D. Waals )Ikatan V.D. Waals besarnya hanya bermakna (significant) apabila sejumlahbesar atom yang merupakan bagian dari 2 molekul dapat saling mendekatContoh : ikatan antara Enzim & Substrat Antigen & Antibodi Diperlukan struktur permukaan yang komplementer

Terjadi karena adanya kecenderungan gugus-gugus hidrofobik untuk berkumpulContoh : Minyak + Air bila dikocok akan membentuk emulsi, tetapi emulsi ini tidak stabilIkatan ini terjadi apabila pada permukaan 2 molekul terdapat gugus-gugusyang bersifat hidrofobikMisalnya : Antigen & Antibodi Enzim & Substrat

KOMPOSISI KIMIAWI SEL BIOMOLEKULStruktur : - Senyawa sederhana - Makromolekul Polimer : Polisakarida Polipeptida Polinukleotida Monomer : Monosakarida Asam Amino NukleotidaPeran : Struktural Fungsional Cadangan Energi Limbah

Sifat Kelarutan : Hidrofilik Hidrofobik Ampifilik

BIOMOLEKUL KELARUTAN (1)

HIDROFILIK :• Larut dalam air• Larut dalam cairan ekstrasel maupun intrasel (sitosel)• Tak dapat menembus membran sel• Agar dapat menembus membran sel memerlukan sarana khusus : - Protein saluran - Protein pembawa (carrier protein)

HIDROFOBIK :• Tak larut dalam air• Agar dapat larut dalam cairan ekstra & intra sel memerlukan

sarana khusus : protein pembawa atau :

membentuk partikel khusus

BIOMOLEKUL KELARUTAN (2)

AMPIFILIK : 1. Sebagian molekul bersifat hidrofilik, bagian lain bersifat hidrofobik

2. Komponen utama membran sel

3. Membentuk lapis luar lipoprotein (VLDL, LDL, HDL, Kilomikron)

Contoh : Fosfolipid

Glikolipid

Kolesterol

MEMBRANE FORMING LIPIDS

GLYCEROLIPIDS SPHINGOLIPIDS

CHOLESTEROL

GLYCOLIPIDS :

PHOSPHOLIPIDS :GLYCEROLIPIDS

Phosphatidylethamolamine Phosphatidyl-

Serine

Phosphatidyl- choline

Sphingomyelin

R2 : Monosaccharide Oligosaccharide

MEMBRAN SEL

LIPID LAPIS GANDA (LIPID BILAYER)

Lipid pembentuk membran bersifat ampifilik

Membran lipid lapis ganda terbentuk karena adanya

ikatan (interaksi) hidrofobik

LIPOPROTEIN

STRUKTUR UMUMLIPOPROTEIN

FOSFOLIPID

KOLESTEROL

Vldl, ldl, hdl, dllMengandung lipidtapi hanya lapis tunggal.Yang ditengahnya harus hidropobik, isinya lipid yang hidrofobic yakni tg, ester kolesterol.Oh yang mengikat asam lemak menjadi ester holesterol sehingga menjadi hidrofobikMolekul protein yang disebut apoprotein ada yang menembus ada yang menempelYang menempel yang berperan adalah ikatan nonkovalenKalau yang menembus, bagian dalamnya harus terdiri dari asam amino yang bersifat hidrofobik.Ada protein yang dapat menembus membranBagian yang menembus membran harus terdiri dari asam amino yang hidrofobik

Ekor hidrofobik lipidpembentuk membran

PROTEIN TRANSMEMBRAN

Ikatan hidrofobik terjadi karena adanya interaksi antara ekor hidrofobik lipid pembentuk membran dengan asam amino hidrofobik yang membentuk rantai polipeptida menembus membran(asam amino : val, leu, trp, ile, phe, tyr, leu, trp, leu)