Sumber Energi Otot

Karena ATP adalah satu-satunya sumber energi yang dapat langsung digunakan untuk kegiatan ini, untuk kegiatan kontraktil untuk melanjutkan, ATP harus selalu disediakan. Terdapat 3 jalur pasokan ATP tambahan yang diperlukan selama kontraksi otot :

(1) Transfer dari fosfat berenergi tinggi dari kreatin fosfat ke ADP;

(2) fosforilasi oksidatif (sistem transpor elektron dan chemiosmosis);

(3) glikolisis.

Tidak seperti kebanyakan sel-sel tubuh, otot kadang memiliki aktivitas yang rendah saat otot berelaksasi dengan menggunakan sedikit ATP dan kadang otot memiliki aktivitas yang tinggi, ketika mereka berkontraksi dan menggunakan ATP dengan pesat . Jumlah besar ATP yang dibutuhkan untuk daya siklus kontraksi, untuk memompa Ca² ke retikulum sarkoplasma dan metabolik lainnya reaksi yang terlibat dalam kontraksi otot. Namun, ATP hadir dalam serat otot yang cukup untuk kekuatan kontraksi hanya beberapa detik. Jika olahraga berat yang memerlukan waktu lama, serat otot harus membuat ATP yang berlebih.

Kreatin fosfat

Merupakan senyawa energi tinggi dibangun ketika otot sedang beristirahat. Kreatin fosfat tidak dapat berpartisipasi langsung dalam kontraksi otot. Reaksi ini terjadi di tengah-tengah filamen geser dan oleh karena itu adalah cara tercepat untuk membuat ATP yang tersedia untuk otot. Creatine phosphate menyediakan energi yang cukup untuk sekitar delapan detik dari aktivitas intens. Kreatin fosfat dibangun kembali ketika otot sedang beristirahat dengan mentransfer gugus fosfat dari ATP ke kreatin. Ketika serat otot yang santai, mereka menghasilkan lebih banyak ATP daripada mereka butuhkan untuk beristirahat.

Kelebihan ATP digunakan untuk mensintesis kreatin fosfat, molekul yang kaya energi yang hanya ditemukan dalam serat otot. Enzim creatine kinase (CK) mengkatalisis transfer salah satu energi tinggi  gugus fosfat dari ATP ke kreatin, membentuk creatine phosphate  dan ADP.

Creatine adalah molekul asam amino yang disintesis dalam hati, ginjal, dan pankreas dan kemudian  diangkut ke serat otot. Kreatin fosfat tiga sampai enam kali lebih banyak daripada ATP dalam sarcoplasm dari serat otot yang beristirahat. Ketika kontraksi dimulai dan tingkat ADP mulai meningkat, CK mengkatalisis transfer energi tinggi fosfat kelompok dari kreatin fosfat kembali ke ADP.

Fosforilasi langsung ini merupakan reaksi cepat meregenerasi molekul ATP baru. Apabila bersama-sama, kreatin fosfat dan ATP menyediakan energi yang cukup untuk otot untuk berkontraksi secara maksimal selama sekitar 15 detik. Ini jumlah energi yang cukup untuk ledakan singkat maksimal kegiatan-misalnya, untuk berlari 100 meter.

Fosforilasi oksidatif

Jika kontraktil tergantung energi kegiatan adalah untuk melanjutkan, pergeseran otot untuk alternatif yang jalur fosforilasi oksidatif dan glikolisis untuk membentuk ATP. Jalur multistepped ini membutuhkan waktu untuk mengambil mereka tingkat pembentukan ATP untuk mencocokkan tuntutan peningkatan energi, waktu yang diberikan oleh pasokan energi langsung dari sistem kreatin fosfat satu langkah. Fosforilasi oksidatif terjadi di dalam otot mitokondria jika O2 hadir.

Oksigen diperlukan untuk mendukung sistem transpor elektron mitokondria, yang bersama-sama dengan chemiosmosis oleh ATP synthase, efisiensi memanfaatkan dengan efisien energi yang diambil dari pemecahan molekul nutrisi dan menggunakannya untuk menghasilkan ATP. Jalur adalah didorong oleh glukosa atau asam lemak, tergantung pada intensitas dan durasi aktivitas, meskipun memberikan hasil yang kaya dari 32 molekul ATP untuk setiap molekul glukosa diproses, fosforilasi oksidatif relatif lambat karena dari jumlah langkah yang terlibat.

Selama latihan ringan (seperti berjalan) sampai sedang latihan (seperti jogging atau berenang), sel-sel otot dapat membentuk cukup ATP melalui fosforilasi oksidatif untuk mengikuti dengan kebutuhan energi sederhana dari mesin kontraktil untuk jangka waktu yang lama. Untuk mempertahankan oksidatif yang sedang berlangsung fosforilasi, otot-otot berolahraga tergantung pada pengiriman memadai O2 dan nutrisi untuk mempertahankan aktivitas mereka, aktivitas yang dapat didukung dengan cara ini adalah aerobik ( " dengan O2 " ) atau ketahanan -jenis latihan. O2 diperlukan untuk fosforilasi oksidatif terutama disampaikan oleh darah.

Peningkatan O2 yang tersedia untuk otot selama latihan melalui beberapa mekanisme : Deeper, lebih cepat pernapasan membawa lebih banyak O2, jantung berkontraksi lebih cepat dan tegas untuk memompa lebih banyak darah beroksigen ke jaringan ; lebih banyak darah dialihkan ke otot-otot berolahraga dengan pelebaran pembuluh darah memasok mereka, dan molekul hemoglobin yang membawa O2 dalam rilis darah lebih O2 dalam melaksanakan otot. Selain itu, beberapa jenis otot memiliki kelimpahan mioglobin, yang mirip dengan hemoglobin. Mioglobin dapat menyimpan sejumlah kecil O2, tetapi yang lebih penting, meningkatkan laju transfer O2 dari darah ke otot. Glukosa dan asam lemak, pada akhirnya berasal dari tertelan makanan, juga dikirim ke sel otot oleh darah. Selain itu, sel-sel otot dapat menyimpan jumlah terbatas glukosa dalam bentuk glikogen (rantai glukosa).

Selain itu, sampai titik hati dapat menyimpan karbohidrat sebagai glikogen tertelan kelebihan, yang dapat dipecah untuk melepaskan glukosa ke dalam darah untuk digunakan di antara waktu makan. Karbohidrat karbohidrat pemuatan meningkat. Asupan sebelum kompetisi - adalah taktik yang digunakan oleh beberapa atlet dengan harapan meningkatkan kinerja daya tahan acara-acara seperti maraton . Namun, setelah otot dan hati toko gl, kelebihan karbohidrat dicerna (atau lainnya gizi kaya energi) akan dikonversi ke lemak tubuh.

Glikolisis

Batas pernapasan dan kardiovaskular untuk berapa banyak O2 dapat dikirim ke otot. Itu adalah, paru-paru dan hati dapat mengambil dan memberikan begitu banyak O2 untuk berolahraga otot. Selanjutnya, dalam kontraksi - dekat maksimal, kuat kontraksi kompres hampir menutup pembuluh darah yang tentu saja melalui otot, sangat membatasi O2 yang tersedia ke otot. Bahkan ketika O2 tersedia, relatif sistem oksidatif fosforilasi - lambat mungkin tidak dapat untuk menghasilkan ATP cukup cepat untuk memenuhi kebutuhan otot ini selama aktivitas intens.

Konsumsi energi Sebuah otot rangka yang dapat meningkatkan hingga 100 kali lipat ketika pergi dari diam ke highintensity latihan. Ketika O2 delivery atau fosforilasi oksidatif tidak bisa mengimbangi permintaan untuk pembentukan ATP sebagai intensitas latihan meningkat, sehingga otot mengandalkan semakin pada glikolisis untuk menghasilkan ATP. Reaksi glikolisis hasil produk untuk masuk utama ke dalam fosforilasi oksidatif jalur, tetapi glikolisis juga dapat melanjutkan sendirian dalam ketiadaan pengolahan lebih lanjut dari produk-produknya dengan fosforilasi oksidatif. Selama glikolisis, sebuah molekul glukosa dipecah menjadi dua molekul piruvat, menghasilkan dua molekul ATP di proses.

Piruvat dapat lebih terdegradasi oleh oksidatif fosforilasi untuk mengekstrak lebih banyak energi. Namun, glikolisis sendiri memiliki dua keunggulan dibandingkan fosforilasi oksidatif jalur : ( 1 ) glikolisis dapat membentuk ATP tanpa adanya O2 (operasi anaerob , yaitu, " tanpa O2 "), dan ( 2 ) itu dapat lanjutkan lebih cepat dibandingkan fosforilasi oksidatif. meskipun glikolisis ekstrak molekul ATP jauh lebih sedikit dari setiap molekul nutrisi diproses, dapat dilanjutkan sehingga jauh lebih cepat bahwa hal itu dapat outproduce fosforilasi oksidatif selama periode waktu tertentu jika cukup glukosa hadir. Kegiatan yang dapat didukung dengan cara ini adalah anaerobik atau latihan intensitas tinggi.

Produksi laktat

Meskipun glikolisis anaerob menyediakan sarana melakukan latihan intens ketika O2 kapasitas fosforilasi pengiriman/oksidatif terlampaui, dengan menggunakan jalur ini memiliki dua konsekuensi. Pertama, sejumlah besar bahan bakar nutrisi harus diproses, karena glikolisis jauh kurang efisien dibandingkan fosforilasi oksidatif dalam mengkonversi energi nutrisi menjadi energi ATP. (Glikolisis menghasilkan bersih 2 ATP untuk setiap molekul molekul glukosa terdegradasi, sedangkan fosforilasi jalur oksidatif dapat mengekstrak 32 molekul ATP dari setiap molekul glukosa.)

Otot Sel-sel dapat menyimpan jumlah terbatas glukosa dalam bentuk glikogen, tapi anaerobik glikolisis menghabiskannya dengan cepat otot ini persediaan glikogen. Kedua, ketika produk akhir anaerobik  glikolisis, piruvat, tidak dapat diproses lebih lanjut oleh jalur fosforilasi oksidatif, waktunya akan diubah ke laktat. Akumulasi laktat telah terlibat dalam nyeri otot yang terjadi selama ini bahwa latihan intens sebenarnya terjadi. (tertunda-onset nyeri dan ness kaku yang dimulai hari belakang tenaga otot terbiasa, Namun, mungkin disebabkan oleh reversibel struktural kerusakan.)

Selain itu, laktat (asam laktat) dijemput oleh darah menghasilkan asidosis metabolik yang menyertai intens  latihan, latihan anaerobik intensitas tinggi dapat berkelanjutan hanya untuk durasi pendek, berbeda dengan tubuh. Kemampuan lama untuk mempertahankan kegiatan ketahanan-jenis aerobik. Para peneliti percaya bahwa kedua menipisnya cadangan energi dan penurunan pH otot yang disebabkan oleh akumulasi laktat memainkan peran dalam timbulnya kelelahan otot, topik yang kami mengalihkan perhatian pada bagian berikutnya.

Oxygen Debt

Selama latihan, pembuluh darah otot membesar dan aliran darah meningkat sehingga pasokan O2 akan meningkat. Sampai titik tertentu, peningkatan konsumsi O2 sebanding dengan energi yang dikeluarkan dan semua kebutuhan energi dipenuhi oleh proses aerobik. Namun, ketika tenaga otot sangat besar, resynthesis aerobik menyimpan energi tidak dapat mengikuti dengan pemanfaatannya. Dengan kondisi tersebut, phosphorylcreatine masih digunakan untuk resynthesize ATP.

Beberapa sintesis ATP dilakukan dengan menggunakan energi yang dilepaskan oleh pemecahan anaerobik glukosa menjadi laktat. Penggunaan jalur anaerobik adalah membatasi diri karena meskipun difusi cepat laktat ke dalam aliran darah, cukup terakumulasi pada otot untuk akhirnya melebihi kapasitas buffer jaringan dan menghasilkan penurunan enzim - penghambat dalam pH. Namun, untuk jangka pendek, keberadaan jalur anaerobik untuk pemecahan glukosa memungkinkan tenaga otot berkekuatan jauh lebih besar daripada yang mungkin tanpa itu.

Setelah masa tenaga berakhir, O2 dikonsumsi untuk menghilangkan kelebihan laktat, mengisi ATP dan penyimpanan phosphorylcreatine, dan mengganti sejumlah kecil O2 yang berasal dari mioglobin. Jumlah O2 tambahan yang dikonsumsi proporsional dengan sejauh mana kebutuhan energi saat beraktivitas melebihi kapasitas untuk sintesis aerobik menyimpan energi, yaitu sejauh mana utang oksigen tersebut terjadi. Utang O2 diukur secara eksperimental dengan menentukan konsumsi O2 setelah latihan sampai, konsumsi basal yang konstan tercapai dan mengurangi konsumsi basal dari total. Jumlah utang ini mungkin enam kali konsumsi O2 basal, yang menunjukkan bahwa subjek mampu enam kali tenaga yang akan mungkin terjadi tanpa itu.

Atlet terlatih mampu meningkatkan konsumsi O2 otot mereka ke tingkat yang lebih besar daripada individu yang tidak terlatih dan mampu memanfaatkan FFA lebih efektif. Akibatnya, mereka sanggup mengeluarkan tenaga yang lebih besar tanpa menghabiskan penyimpanan glikogen mereka dan meningkatkan produksi laktat mereka. Karena itu, mereka kontrak utang oksigen lebih kecil untuk jumlah yang diberikan tenaga. Mereka juga telah belajar untuk ngarai karbohidrat selama beberapa hari sebelum acara kompetitif, meningkatkan otot mereka glikogen. Ini saja dapat sangat meningkatkan daya tahan tubuh mereka.

Read More

Sistem Transportasi Membran Sel

Transportasi molekul, zat atau partikel melintasi membran plasma sangat penting untuk kehidupan sel. Zat tertentu harus pindah ke dalam sel untuk mendukung reaksi metabolik. Zat lain yang telah diproduksi oleh sel akan diekspor atau limbah sebagai produk seluler harus bergerak keluar dari sel.

Zat umumnya bergerak melintasi membran selular melalui proses transportasi yang dapat diklasifikasikan sebagai pasif atau aktif, tergantung apakah mereka memerlukan energi atau tidak. Dalam transport pasif, zat bergerak menuruni gradien untuk menyeberangi membran hanya menggunakan energi kinetik sendiri. Energi kinetik adalah intrinsik untuk partikel yang bergerak. Contohnya adalah difusi sederhana (simple diffusion). Dalam proses yang aktif, energi sel digunakan untuk menggerakkan substansi menaiki atau bergerak melawan konsentrasi atau gradien listrik. Energi selular yang digunakan biasanya dalam bentuk ATP. Contohnya termasuk endositosis, di mana vesikel terlepas dari membran plasma sambil membawa bahan ke dalam sel, dan eksositosis, penggabungan vesikel dengan membran plasma untuk melepaskan substansi, zat, atau partikel dari sel.

              A.   TRANSPORT PASIF

Transport pasif merupakan suatu perpindahan molekul berdasarkan perbedaan gradien konsentrasinya, yaitu molekul berpindah dari konsentrasinya yang tinggi ke konsentrasi rendah (sesuai dengan gradient konsentrasi) melalui lapisan lipid bilayer, channel protein (saluran protein) ataupun carrier protein (protein pembawa) dan tidak ada energi metabolik yang terlibat. Transport Pasif meliputi transport difusi (simple), difusi difasilitasi, dan osmosis.

A.1 DIFUSI

Difusi ini adalah transport membran yang paling sederhana, yang dikenal dengan simple diffusion, merupakan proses pasif di mana zat bergerak bebas melalui lapisan ganda lipid dari membran plasma sel tanpa bantuan protein transport membran, bergerak melintasi membran dengan sederhana atau secara langsung.

Zat terlarut yang dapat berdifusi ada yang berupa zat nonpolar dan polar. Nonpolar, molekul hidrofobik bergerak melintasi bilayer lipid melalui proses difusi sederhana. Molekul tersebut termasuk oksigen, karbon dioksida, dan gas nitrogen, asam lemak, steroid, dan vitamin larut lemak (A, D, E, dan K). Polar molekul seperti air, urea, dan alkohol kecil juga melewati melalui bilayer lipid dengan difusi sederhana.

Difusi ini penting dalam pergerakan oksigen dan karbon dioksida antara sel-sel darah dan tubuh, dan antara darah dan udara dalam paru-paru saat bernafas. Ini juga merupakan rute untuk penyerapan beberapa nutrisi dan ekskresi beberapa limbah oleh sel-sel tubuh.

Prinsip Difusi

Difusi atau diffusion (di-FU-zhun; diffus- penyebaran) adalah proses pasif di mana pencampuran acak partikel dalam larutan terjadi karena energi kinetik partikel. Dimana larutan mengandung zat terlarut dan pelarut, difusi ini perpindahan atau pergerakan zat terlarut bukan pelarut. Jika zat terlarut dalam konsentrasi tinggi dalam satu bidang (luar sel) dan dalam konsentrasi rendah daerah lain (dalam sel), molekul zat terlarut akan bergerak ke daerah rendah konsentrasi dimaksud tansport pasif karena zat bergerak menuruni gradien konsentrasi, dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah tanpa membutuhkan energi. Zat ini akan berhenti bergerak melintasi membran hingga kedua tempat, luar sel dan dalam sel memiliki konsentrasi yang sama atau telah mencapai keseimbangan. Membran untuk difusi ini bersifat permeable.

Beberapa faktor yang mempengaruhi difusi

1. Kecuraman dari gradien konsentrasi. Semakin besarperbedaan konsentrasi antara dua sisi membran, semakin tinggi tingkat difusi.
2. Suhu. Semakin tinggi suhu, semakin cepat tingkat difusi. Semua proses difusi tubuh terjadi lebih cepat pada orang dengan demam.
3. Massa bahan yang ditransportasikan. Semakin besar massanya, semakin lambat laju difusi. Molekul yang lebih kecil menyebar lebih cepat daripada yang lebih besar.
4. Luas permukaan. Semakin besar luas permukaan membran yang tersedia untuk difusi, semakin cepat laju difusi. Sebagai contoh, kantung udara dari paru-paru memiliki luas permukaan yang besar yang tersedia untuk difusi oksigen dari udara ke dalam darah. Beberapa penyakit paru-paru, seperti emphysema, mengurangi luas permukaan. Hal ini memperlambat laju difusi oksigen dan membuat pernapasan lebih sulit.
5. Jarak Difusi. Semakin besar jarak di mana difusi harus terjadi, semakin lama waktu yang dibutuhkan. Difusi melintasi membran plasma hanya membutuhkan sepersekian detik karena membran sangat tipis. Pada pneumonia, cairan terkumpul dalam paru-paru; cairan tambahan meningkatkan jarak difusi karena oksigen harus bergerak melalui cairan dan membran untuk mencapai aliran darah.

A.2 DIFUSI DIFASILITASI

          Zat terlarut yang terlalu polar atau sangat dituntut untuk bergerak melalui lipid bilayer dengan difusi sederhana dapat melintasi membran plasma dengan proses pasif yang disebut difusi difasilitasi. Dalam proses ini, sebuah protein membran integral membantu zat tertentu di membran. Protein membran integral dapat berupa channel membran atau carrier membran.

CHANNEL MEDIATED (SALURAN)

CHANNEL-dimediasi DIFUSI difasilitasi dalam saluran dimediasi difasilitasi difusi, zat terlarut bergerak menuruni konsentrasi gradien melintasi bilayer lipid melalui membran channel. Sebagian besar saluran membran saluran ion, protein trans membran integral yang memungkinkan zat atau molekul kecil, anorganik ion yang terlalu hidrofilik untuk menembus nonpolar yang interior dari lapisan ganda lipid. Setiap ion dapat menyebar di seluruh membran hanya pada situs tertentu.

Dalam membran plasma ion yang paling banyak yaitu K⁺ (ion kalium) atau Cl^- (ion klorida) dan ion yang sedikit yaitu Na⁺ (ion natrium) atau Ca²⁺ (ion kalsium). Difusi ion melalui saluran umumnya lebih lambat dari difusi gratis melalui lapisan ganda lipid karena saluran menempati sebagian kecil dari total luas permukaan membran daripada lipid. Namun, difasilitasi difusi melalui saluran adalah proses yang sangat cepat yaitu lebih dari juta ion kalium dapat mengalir melalui channel ini.

Sebuah channel dikatakan terjaga keteraturannya ketika bagian dari protein saluran bertindak sebagai gerbang, berubah bentuk dalam satu cara untuk membuka pori dan cara lain untuk menutupnya. Ion-ion akan keluar masuk dengan seiringnya terbuka dan tertutupnya gerbang tersebut, ini diatur oleh perubahan kimia atau listrik di dalam dan di luar sel. Ketika gerbang saluran terbuka, ion berdifusi ke dalam atau keluar dari sel, menuruni gradien elektrokimia.

CARRIER MEDIATED (PEMBAWA)

CARRIER-dimediasi DIFUSI difasilitasi dalam pembawa dimediasi difusi difasilitasi, pembawa (juga disebut transporter) digunakan untuk memindahkan zat terlarut menuruni gradien konsentrasinya melintasi membran plasma. Zat terlarut ke satu sisi membran dan dilepaskan di sisi lain setelah pembawa mengalami perubahan bentuk. Zat terlarut lebih sering mengikat pada membran dengan konsentrasi yang lebih tinggi dari zat terlarut. Setelah konsentrasi adalah sama di kedua sisi membran, zat terlarut molekul mengikat pembawa di sisi sitosol dan pindah ke cairan ekstraselular secepat mereka mengikat carrier pada sisi ekstraseluler.

Tingkat carrier-dimediasi difusi difasilitasi (seberapa cepat itu terjadi) adalah ditentukan oleh kecuraman gradien konsentrasi di membran. Difusi difasilitasi mencakup glukosa, fruktosa, galaktosa, dan beberapa vitamin. Glukosa memasuki banyak sel-sel tubuh oleh carrier- dimediasi difasilitasi difusi seperti sebagai berikut:

Glukosa mengikat jenis tertentu pada protein pembawa yang disebut transporter glukosa (GLUT) pada permukaan luar membran, transporter mengalami perubahan bentuk, glukosa melewati membran, dan transporter glukosa melepaskan glukosa di sisi lain dari membran yaitu dalam sel.

Permeabilitas selektif membran plasma sering diatur untuk mencapai homeostasis. Misalnya, hormon insulin, melalui aksi dari reseptor insulin, mempromosikan penyisipan dari banyak salinan transporter glukosa menjadi plasma membran sel tertentu. Dengan demikian, efek dari insulin adalah untuk meningkatkan maksimum transport difusi difasilitasi glukosa ke dalam sel. Dengan transporter glukosa lebih tersedia, sel-sel tubuh dapat mengambil glukosa dari darah lebih cepat. Ketidakmampuan untuk memproduksi atau menggunakan insulin disebut diabetes mellitus.

A.3 OSMOSIS

          Osmosis adalah proses perpindahan zat, molekul atau partikel pelarut dari yang lebih encer ke yang lebih pekat, dengan tidak menggunakan energi melalui membran semi permeable. Selama osmosis, molekul air melewati membran plasma dalam dua cara yaitu dengan bergerak melalui bilayer lipid melalui difusi sederhana, seperti telah dijelaskan sebelumnya, dan dengan bergerak melalui aquaporins, protein membran integral yang berfungsi sebagai saluran air .

          Seperti pada percobaan yang menunjukkan osmosis adalah pada tabung U yang dimana disini pelarut berupa air berpindah dari yang lebih encer ke yang lebih pekat, melintasi lapisan semi permeable, pelarut berupa air akan berhenti bergerak saat telah mencapai titik keseimbangan antara tabung kanan dan kiri.

          Osmosis ada 3 bentuk berupa hipotonik, hipertonik, dan isotonik. Isotonik adalah kadaan dimana larutan di luar dan di dalam sel sama seperti pada kondisi eritrosit diatas, eritrosit akan berbentuk normal bikonkaf pada isotonik. Hipertonik adalah tekanan osmosis tinggi yang dimana pelarut air akan bergerak melintasi membran semi permeable ke luar eritrosit, karena zat yang berada di luar lebih pekat daripada yang berada di dalam eritrosit lebih encer, sehingga eritrosit mengkerut bentuknya. Hipotonik adalah tekanan osmosis rendah yang dimana pelarut air akan bergerak melintasi membran semi permeable ke dalam eritrosit karena di dalam zatnya lebih pekat daripada di luar yang lebih encer, sehingga eritrosit akan berbentuk besar.

              B.   TRANSPORT AKTIF

Merupakan proses perlaluan zat yang membutuhkan energy selain itu juga membutuhkan bantuan dari carrier protein dan saluran protein. Energi yang digunakan dalam pemindahan molekul tersebut ada yang diperoleh dari hidrolisis ATP karena melawan gradient konsentrasi. Kinerja transport aktif dilakukan oleh protein spesifik yang tertanam pada membrane. Dua jenis transport aktif yaitu :

B.1 TRANSPORT AKTIF PRIMER

Transport aktif primer (energy dari hidrolisis ATP)  yaitu transport yang bergantung pada potensial membrane. Dalam keadaan stabil, ekstraseluler memiliki konsentrasi Na⁺ 10 kali lebih tinggi dari pada di dalam sel, sedangkan konsentrasi ion K⁺ lebih rendah di dalam sel dari pada di luar sel. Kalau konsentrasi Na⁺ dalam sel meningkat maka Na⁺ perlu dikeluarkan, maka diperlukan ATP untuk memompa Na⁺ keluar dengan cara Na⁺ akan terikat pada sisi spesifik pada saluran protein, sehingga menyababkan rangsangan fosforilasi dan terjadi hidrolisis ATP, menghasilkan suatu perubahan pada konformasi saluran protein berakibat Na⁺ yang terikat bergerak keluar sel dan terjadi reduksi afinitas ikatan Na⁺ pada protein saluran sehingga Na⁺ terlepas.

Pada waktu bersamaan, di bagian ekstraseluler K⁺ mengalami afinitas di bagian sisi protein saluran, terjadi stimulus defosforilasi berakibat perubahan konformasi saluran protein sehingga terjadi gerakan yang menyebabkan K⁺ bergerak ke bagain interseluler. Saluran protein memiliki tiga tempat spesifik untuk ikatan Na⁺ dan dua untuk K⁺, sehingga setiap kali siklus transpor tiga Na⁺ dan dua K⁺ lewat membran sel membutuhkan satu molekul ATP yang terhidrolisa.

Tiga ion Na⁺ akan menempel dan masuk ke dalam protein membran yang akan merangsang terhidrolisisnya ATP menjadi P dan ADP, yang dimana P ini akan digunakan energi untuk memindahkan 3 ion Na⁺ ke luar sel dan merubah bentuk daripada protein membran. Dua ion K⁺ dari luar sel menempel dan masuk ke dalam protein membran sesuai bentuk protein membran, menempelnya ion ini membuat P terlepas dari protein membran dan mendorong ino K⁺ bergerak menuju dalam sel, lepasnya P dan ion K⁺ ini membuat berubah bentuk pada protein membran.

B.2 TRANSPORT AKTIF SEKUNDER

Transport aktif sekunder (energy dari gradient ion) Transpor aktif juga memindahkan mikromolekul yang berada di daerah lumen usus, misalnya perpindahan glukosa dan asam amino berkonsentrasi rendah ke dalam sel usus dengan konsentrasi relatif tinggi. Perpindahan ini tidak menggunakan ATP hasil hidrolisis tetapi digerakkan karena perbedaan gradien Na⁺. Konsentrasi Na⁺ ekstraseluler usus lebih rendah dari pada dalam sel,sehingga terjadi perpindahan ion ke dalam sel dengan cara berikatan dengan bagian sisi protein saluran, selanjutnya diikuti oleh glukosa yang berikatan dengan protein saluran yang sama tetapi pada sisi yang lain. Transpor seperti ini disebut transpor aktif sekunder.

Pada transpor aktif sekunder, energi yang tersimpan dalam Na⁺ atau H⁺ gradien konsentrasi digunakan untuk menggerakkan zat lain melintasi membran terhadap gradien konsentrasi mereka sendiri. Karena Na⁺ atau H⁺ lereng didirikan oleh transpor aktif primer, sekunder aktif transportasi tidak langsung menggunakan energi yang diperoleh dari hidrolisis ATP.

Natrium - kalium pompa mempertahankan konsentrasi curam gradien Na⁺ melintasi membran plasma. Sebagai hasilnya, ion natrium telah disimpan atau potensi energi, seperti air di belakang bendungan. Dengan demikian, jika ada rute untuk Na⁺ bocor kembali dalam, beberapa energi yang tersimpan dapat diubah menjadi energi kinetik (energi gerak) dan digunakan untuk mengangkut zat lain melawan gradien konsentrasinya.

Pada intinya, sekunder aktif protein transpor memanfaatkan energi di Na⁺ konsentrasi gradien dengan menyediakan rute untuk Na⁺ bocor ke dalam sel, di transpor aktif sekunder, protein pembawa secara bersamaan mengikat Na⁺ dan substansi lain dan kemudian berubah bentuk sehingga kedua zat melintasi membran pada waktu yang sama. Jika transporter ini bergerak dua zat dalam arah yang sama mereka disebut symporters (sama), antiporters sebaliknya, bergerak dua zat dalam arah yang berlawanan di seluruh membran (anti-melawan). Salah satu bentuk transport aktif adalah:

EKSOSITOSIS

Eksositosis adalah mekanisme transpor molekul besar seperti protein dan polisakarida, melintasi membran plasma dari dalam ke luar sel (sekresi) dengan cara menggabungkan vesikula berisi molekul tersebut dengan membran plasma. Vesikula transpor yang lepas dari aparatus Golgi dipindahkan oleh sitoskeleton ke membran plasma. Ketika membran vesikula dan membran plasma bertemu, molekul lipid membran menyusun ulang dirinya sendiri sehingga kedua membran bergabung. Kandungan vesikulanya kemudian tumpah ke luar sel. Banyak sel sekretoris menggunakan eksositosis untuk mengirim keluar produk-produknya.

Misalnya sel tertentu dalam pankreas menghasilkan hormon insulin dan mensekresikannya ke daam darah melalui eksositosis. Contoh lain adalah neuron atau sel saraf yang menggunakan eksositosis untuk melepaskan sinyal kimiawi yang merangsang neuron lain atau sel otot. Ketika sel tumbuhan sedang membuat dinding, eksositosis mengeluarkan karbohidrat dari vesikula Golgi ke bagian luar selnya.

ENDOSITOSIS

Endositosis sel memasukkan makromolekul dan materi yang sangat kecil dengan cara membentuk vesikula baru dari membran plasma. Langkah-langkahnya pada dasarnya merupakan kebalikan dari eksositosis. Sebagian kecil luas membran plasma terbenam ke dalam membentuk kantong. Begitu kantong ini semakin dalam, kantong terjepit, membentuk vesikula yang berisi materi yang telah terdapat diluar selnya. Terdapat tiga jenis endositosis yaitu :

FAGOSITOSIS

Fagositosis (pemakan seluler) berasal dari bahasa yunani phagein “makan” dan cytos “sel”, berupa padatan yang ukurannya lebih besar. Sel menelan suatu partikel dengan pseudopod yang membalut disekeliling partikel tersebut dan membungkusnya di dalam kantong berlapis-membran yang cukup besar untuk digolongkan sebagai vakuola. Contoh cilliata atau organisme mikroskopik lain yang dimakan atau ditelan oleh amoeba. Selama fagositosis mangsa menjadi tidak berdaya oleh sekresi dari sel pemangsa (Fagositik).

PINOSITOSIS

Pinositosis (peminum seluler) dari bahasa yunani pinein “minum” dan cytos “sel”, sel “meneguk” tetesan fluida ekstraseluler dalam vesikula kecil. Karena salah satu atau seluruh zat terlarut yang larut dalam tetesan tersebut dimasukkan ke dalam sel, pinosistosis tidak spesifik dalam substansi yang ditranspornya. Pinositosis merupakan gejala umum yang terjadi pada berbagai macam sel seperti leukosit, sel-sel ginjal, epithelium usus, makrofag hati dan sel akar tumbuhan.

Pinositosis dapat terjadi jika terdapat konsentrasi yang cocok dari protein, asam amino atau ion-ion tertentu pada medium sel.prosesnya adalah menempelnya bahan penyebab (inducer) pada reseptor khusus pada membrane plasma kemudian diikuti dengan terjadinya lekukan (invaginasi) dari membrane membentuk selubung atau membrane pinositik.

PERANTARA RESEPTOR

Endositosis yang diperantarai reseptor, hampir sama dengan pinositosis hanya saja, selektif terhadap substansi yang ditranspornya. Endositosis yang diperantarai reseptor memungkinkan sel dapat meperoleh substansi spesifik dalam jumlah yang melimpah sekalipun substansi itu mungkin saja konsentrasinya tidak tinggi dalam fluida seluler. Misalnya, sel manusia menggunakan proses ini untuk menyerap kolesterol dan digunakan dalam sintesis membran dan sebagai prekursor untuk sintesis steroid lainnya.

Read More

Laporan Laboratorium Polimerase Chain Reaction

A.   Pendahuluan

Proses PCR merupakan proses siklus yang berulang, meliputi denaturasi, annealing, dan ekstensi oleh enzim DNA polymerase. Taq DNA polymerase diisolasi dari bakteri Thermus aquaticus (Taq) dikembangkan pada tahun 1988. Enzim ini tahan sampai suhu mendidih 100^oC, dan aktivitas maksimalnya pada suhu 70-72^oC. sepasang primer oligonukelotida yang spesifik digunakan untuk membuat hybrid dengan ujung-5’ menuju ujung-3’ untai DNA target dan mengamplifikasi untuk urutan yang diinginkan.

Dasar siklus PCR yang utama merupakan siklus berulang 30-35 siklus, meliputi :

Denaturasi (95^oC), 30 detik. Pada langkah ini, heliks ganda DNA terurai menjadi dua untai cetakan DNA tunggal.

Annealing (55-60^oC), 30 detik. Pada langkah ini terjadi proses pengenalan/penempelan primer cetakan DNA, suhu annealing ditentukan oleh susunan primer. Optimalisasi suhu annealing dimulai dengan menghitung melting temperature (T_m) dari ikatan primer dan cetakan DNA, sedangkan suhu annealing (T_A) adalah 5^oC lebih kecil dari T_m primer sebenarnya.

Ekstensi (72^oC). pada langkah ini terjadi polimerisasi untuk pembentuk untai DNA baru. Waktu yang dibutuhkan tergantung panjang pendeknya ukuran DNA yang digandakan sebagai produk amplifikasi.

B.   Kesimpulan

Penambahan jumlah DNA dengan proses invitro, untuk memperkuat satu atau beberapa salinan dari bagian DNA beberapa kali lipat, menghasilkan ribuan sampai jutaan salinan urutan DNA tertentu. 

Read More

Laporan Laboratorium Isolasi DNA

A.    Pendahuluan

Komponen utama kromosom pada eukariota adalah DNA dan protein histon. Protein histon ini bersifat basa, sehingga dapat menetralkan sifat asam dari DNA. Pada dasarnya sel mengandung dua asam nukleat, yaitu RNA dan DNA.

DNA (asam deoksiribonukleat) dan RNA (asam ribonukleat) merupakan sebuah polimer dari nukleotida. Nukleotida terdiri dari gula pentosa, basa nitrogen dan fosfat. Nukleotida tanpa fosfat disebut nukleosida. Gula pentosa penyusun RNA adalah ribosa, sedangkan pada DNA berupa deoksiribosa yang merupakan ribosa yang kehilangan satu atom oksigennya. Basa nitrogen pada nukleotida dapat berupa purin dan pirimidin. Basa purin yaitu adenin (A) dan guanin (G), sedangkan pada pirimidin berupa sitosin (C), Timin (T), dan Urasil (U). Pada DNA, pirimidin hanya berupa sitosin dan timin, sedangkan pada RNA, basa timin diganti oleh urasil. Purin dan pirimidin ini merupakan komplementer dengan pasangan adenin – timin atau urasil (pada RNA) dan guanin – sitosin.

Isolasi DNA merupakan tahap pertama dari berbagai teknologi analisis DNA. DNA dapat ditemukan baik pada kromosom inti maupun pada organel, yaitu pada mitokondria. Untuk mengekstrak DN, diperlukan langkah-langkah laboratorium untuk memecahkan membran inti, yang dilanjutkan dengan pemisahan DNA dari berbagai komponen sel yang lain. Pada saat melakukannya, DNA harus dijaga agar tidak rusak dan didapatkan DNA dalam bentuk rantai yang panjang.

B.   Tujuan

Untuk mengetahui cara isolasi DNA serta bentuk dan struktur DNA.

C.   Prinsip Kerja

Untuk melihat DNA, dapat menggunakan metode isolasi yaitu dengan memisahkan DNA dengan komponen-komponen lain, diawali dengan cara menghancurkan membran inti atau nukleolus.

D.  Alat dan Bahan

Alat

Eppendorf tube

Micro pipet

Sentrifugasi

Vortex

Inkubator

Bahan

100 µl amonium asetat 5 M

300 µl cell lysis soution

300 µl darah

300 µl isopropanol

1000 µl RBC lysis solution

1,5 µl RNAse

E.   Prosedur

1)    Masukkan 300 µl darah dan 1000 µl RBC lysis solution ke dalam tabung reaksi.

2)   Kocok pelan, inkubasi 10 menit pada suhu ruangan.

3)    Centrifuge pada 14.000 rpm selama 1 menit.

4)   Buang supernatan yang berisi eritrosit, sehingga yang tersisa hanya endapan leukosit.

5)    Tambahkan 1000 µl RBC lysis solution pada tabung yang berisi endapan leukosit, ulangi langkah 2, 3, dan 4, hingga supernatan benar-benar terbuang.

6)    Tambahkan 300 µl cell lysis solution pada endapan leukosit dan vortex hingga larutan menjadi homogen.

7)   Tambahkan 1,5 µl RNAse, kemudian vortex dan inkubasi pada suhu 37⁰C dalam waterbath selama 15 menit.

8)    Tambahkan 100 µl amonium asetat 5 M, kemudian vortex hingga larutan mirip susu.

9)    Centrifuge pada 14.000 rpm selama 3 menit.

10) Pindahkan supernatan yang berisi DNA pada tabung yang berisi 300 µl isopropanol.

11)  Kocok pelan 10-20 kali sampai endapan DNA terlihat.

F.    Hasil

DNA dapat terlihat setelah percobaan, ditunjukkan dengan adanya untaian benang berwarna putih dalam larutan percobaan.

G.  Kesimpulan

Untuk melihat DNA dapat dilakukan isolasi DNA, yang pertama dengan penambahan larutan RBC lysis yang membuat eritrosit pecah dan terpisah dengan leukosit dan komponen lainnya, kemudian penambahan larutan lisis sel untuk memecah leukosit. Maka, komponen penyusun leukosit akan terurai, termasuk inti selnya. Kemudian penambahan RNAse untuk melisiskan RNA, maka akan didapat DNA dan protein-protein lain. Selanjutnya penambahan amonium asetat untuk mengendapkan protein-protein lain selain DNA, maka supernatan yang berisi DNA akan terpisah dari endapan yang mengandung protein-protein lain. Kemudian supernatan yang berisi DNA ditambahkan isopropanol untuk melihat DNA lebih jelas dan nyata. Ini menunjukkan bahwa dalam sel manusia terdapat DNA.

Read More

Laporan Laboratorium Blood Cells under Light Microscope

Tujuan

Melihat struktur sel darah dengan mikroskop cahaya

Cara kerja

1.       Letakkan peparat pada stage mikroskop

2.       Nyalakan sumber cahaya

3.       Pasang lensa objektif pada pembesaran 4x

4.       Atur fokus dengan coarse adjustment (makrometer)

5.       Setelah mendapatkan fokus, pindahkan lensa objektif pada pembesaran 10x

6.       Atur ulang fokus dengan coarse adjusment (makrometer)

7.       Setelah mendapatkan fokus, pindahkan pada pembesaran 40x

8.       Atur fokus dengan fine adjustment (mikrometer) dan jangan atur lagi dengan makrometer

9.       Setelah mendapatkan fokus, pindahkan lensa objektif pada pembesaran 100x

10.  Berikan minyak emersi pada preparat untuk memberikan fokus yang lebih jelas

11.  Amati dan cari macam-macam sel darah

12.  Gambarkan hasilnya.

Read More