Playing Medical Doctors with Degenerative Diseases

Jakarta, 31 December 2011, 04.20

Playing Medical Doctors with Degenerative Diseases (Part – 1)

By Sando Sasako
Lead Consultant
Advanced Advocacy Plus

Penyakit degeneratif (syaraf) ditandai dengan semakin berkurangnya fungsi atau struktur jaringan (syaraf) atau organ tubuh, yang mana sifatnya sangat progresif sepanjang waktu, karena perpanjangan usia (senescence), gaya hidup, kebiasaan olahraga atau kebiasaan makan. Penyakit degeneratif biasanya diakibatkan dan/atau diasosiasikan dengan penyakit karena infeksi.

Berikut beberapa contoh nama-nama penyakit degeneratif:

  1. Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) atau Lou Gehrig’s Disease.
  2. Alzheimer.
  3. Parkinson.
  4. Multiple system atrophy.
  5. Niemann Pick.
  6. Atherosclerosis.
  7. Progressive supranuclear palsy.
  8. Cancer.
  9. Tay-Sachs.
  10. Diabetes.
  11. Heart.
  12. Keratoconus.
  13. Inflammatory Bowel Disease (IBD).
  14. Prostatitis.
  15. Osteoarthritis.
  16. Osteoporosis.
  17. Rheumatoid Arthritis.
  18. Huntington.
  19. Chronic traumatic encephalopathy.

Perubahan Sel dan Kerusakan Kimia Tubuh

Sel berubah karena adanya perubahan ekspresi gen, DNA, dan kerusakan kumulatif akibat proses biologis. Walau demikian, ada beberapa organisme yang tidak mengalami perubahan di tingkat sel di sepanjang waktu hidupnya, seperti reptil dan ikan. Bunuh diri di tingkat satu sel atau lebih, bisa bermanfaat bagi organisme secara keseluruhan.

Pertambahan usia biologis (senescence, biological aging) menimbulkan perubahan suatu organisme, yakni dimulai dari tingkat sel sampai ke keseluruhan fungsi sel dan organisme itu sendiri, baik sebagai individu atau masyarakat. Perubahan di tingkat masyarakat bersifat budaya, sosiologis, antropologis.

Masyarakat dunia semakin menuntut kepraktisan, berjiwa hedonistis, mendukung semangat materialisme sebagai dampak pemberian apresiasi terhadap seorang individu. Orang semakin berharga dan dihargai dengan materi yang dimilliki dan diberikan. Kewibawaan seseorang tidak bisa diukur semata berdasarkan materi yang dimilikinya.

Penuaan sel dicirikan dengan penurunan kemampuan sel berespon terhadap stres, naiknya ketidakseimbangan homeostatis, dan naiknya risiko penyakit terkait penuaan. Penuaan merupakan proses yang kompleks yang bisa didefinisikan sebagai kerusakan (deterioration) yang sifatnya progresif terhadap fungsi fisiologis tubuh.

Kerusakan akibat penuaan tersebut berdampak pada proses intrinsik terkait-usia yang menyebabkan berkurangnya nilai kelayakan dam meningkatnya kerentanan tubuh seseorang. Perubahan genetik di tingkat sel mempengaruhi berbagai proses fisiologis, termasuk didalamnya efisiensi perbaikan DNA, enzim-enzim anti-oksidan, dan tingkat produksi radikal bebas di dalam tubuh.

Anti-oksidan merupakan sebutan bagi radikal bebas (radikal oksigen) yang berpotensi mengubah dan merusak DNA, sel, molekul, dan jaringan yang sifatnya homogen demi terciptanya kondisi homeodinamis (dulu dikenal dengan sebutan homeostatis) dari suatu sistem biologis. Penuaan dinilai sebagai akibat naiknya heterogenitas di tingkat molekul.

Mati merupakan konsekuensi utama dari penuaan, tetapi umur tua bukan diakui secara ilmiah sebagai penyebab kematian, seperti kanker, gagal jantung, gagal hati, atau lainnya. Akibatnya, ada teorema yang menyatakan bahwa hukum tingkat kematian (ala Gompertz–Makeham) sejalan dengan tingkat usia. Teorema ini terbantahkan dengan adanya fenomena lambatnya penuaan pada beberapa reptil dan ikan.

Proses metabolisme yang merubah atau membawa kerusakan pada kimia tubuh terjadi pada biopolimer yang berumur lama seperti struktur protein atau DNA. Putusnya rantai biopolimer merupakan salah satu bentuk kerusakan kimia tubuh, biopolimer yang saling-silang (cross-linking), atau melekatnya bahan kimia eksternal (un-natural substituents, haptens) terhadap biopolimer. Bahan-bahan kimia eksternal tubuh mencakup oksigen dan gula yang berperan pada proses penuaan.

Dalam kondisi aerobic normal, sekitar 4% oksigen dimetabolisasi oleh mitokondria yang dikonversi menjadi ion super-oksida, yang bisa dikonversi berikutnya menjadi H202 (hydrogen peroxide), radikal hidroksil, dan akhirnya spesies lain yang reaktif, seperti peroksida lainnya dan oksigen tunggal (singlet).

Senyawa peroksida dan oksigen tunggal tersebut berpotensi mengoksidasi beberapa ion logam (metal) seperti tembaga dan besi. Kerusakan oksidatif ini terkait dengan manfaat anti-oksidan polifenol yang berasal atau diturunkan dari sari makanan (nutrisi). Radikal bebas ini bisa merusak protein, lemak, atau DNA.

Peroksidasi lemak, di tingkat membran dalam mitokondria, mengurangi kekuatan listrik dan kemampuan menghasilkan energi. Beberapa enzim berperan penting dalam hal perbaikan DNA yang rusak (defektif). Kerusakan pada enzim mengurangi fungsionalitas sel. Setiap sel memiliki DNA, menyimpan informasi keturunan, dan RNA. RNA memuat informasi yang diperlukan untuk menciptakan berbagai protein seperti enzim, permesinan utama dari sel; dan mengatur fungsi sel dan mentransmisi informasi ke sel generasi berikutnya (hereditary).


Hubungan antara Sel dan Otak Kecil Manusia

Sel merupakan unit struktur dan fungsi dasar seluruh organisme, unit kehidupan paling kecil yang dinyatakan sebagai benda hidup, blok pembangun kehidupan. Sel bisa tunggal seperti hampir seluruh bakteri atau sel majemuk seperti pada tanaman dan hewan. Sel umumnya berukuran 10 µm dengan massa seberat 1 nanogram.

Sel tubuh terkecil sebesar 4 μ berada di otak kecil manusia. Sebanyak 50 milyar sel granul yang kecil (tiny) dari otak kecil mengisi 3/4 neruron otak manusia. Otak kecil memiliki lebih banyak neuron daripada bagian otak yang lain, walaupun volumenya hanya 10% dari total volume otak (brain). Dalam otak kecil terdapat 2 ruang (hemispheres). Di antara dua ruang tersebut wilayah bergaris, yang disebut vermis (narrow midline zone).

Bentuk penampakan otak kecil berwarna abu-abu (gray matter), yang menjadi lapisan kulit otak (cerebellar cortex). Di bawah lapisan abu-abu ini terdapat materi putih (white matter), yang terbuat dari serat syaraf ber-myelin (myelinated) yang terhubung dalam bentuk dari dan ke korteks.

Myelin merupakan perkembangan sel glial (neuro-glia). Glia merupakan sel non-neuron yang berfungsi menjaga homeostatis, membentuk myelin, memberikan dukungan dan perlindungan terhadap neuron dalam otak dan terhadap neuron di bagian lain dari sistem syaraf seperti dalam sistem syaraf otonom. Di otak manusia, satu glia untuk satu neuron, dengan rasion 2 neuron per 1 glia dalam materi abu-abu otak besar.

Secara konduktivitas, myelin merupakan materi dielektrik yang membentuk lapisan (myelin sheath). Dielektrik didefinisikan sebagai isolasi listrik yang bisa dipolarisasi oleh medan listrik terapan. Polarisasi dielektrik membuat muatan positif dibuang ke medan listrik, dan muatan negatif bergerak ke arah berlawanan.

Otak kecil (cerebellum) terletak terpisah di bawah otak besar (cerebrum). Keberadaannya yang paralel membuat otak kecil terlihat seperti lapisan tipis dari jaringan. Lapisan tipis ini mengandung beberapa jenis neuron (sel-sel syaraf). Dua neuron terpenting adalah sel-sel Purkinje dan sel-sel granul.

Jaringan syaraf yang kompleks ini berfungsi mengatur kemampuan pengolahan sinyal, yang dikeluarkan melalui inti otak kecil (deep cerebellar nuclei) di dalam materi putih (white matter). Dalam materi putih, terdapat 4 inti otak kecil yang tersusun dari materi abu-abu. Empat inti otak kecil ini sering disebut arbor vitae (pohon kehidupan); dinamakan demikian karena percabangannya mirip pohon yang bersilangan.

Otak kecil berperan penting pada kontrol gerak, fungsi kognitif seperti perhatian dan bahasa, mengatur respon rasa takut dan bahagia. Otak kecil tidak menginisiasi gerakan, melainkan mengatur koordinasi, presisi, dan akurasi waktu. Masukan diterima dari sistem sensor dan bagian lain dari otak dan urat syaraf tulang belakang; dan mengintegrasikan masukan guna menyelaraskan (fine tune) aktivitas gerak.

Kerusakan pada otak kecil tidak menyebabkan kelumpuhan, melainkan timbulnya gangguan pada keselarasan gerak, keseimbangan, postur, dan pembelajaran gerak berdasarkan sensor (sensorimotor). Input yang berasal dari serat paralel memiliki kekuatan yang berbeda, yakni ada yang lemah secara individu, dan satu sinyal kuat yang mendaki keatas dan berpotensi menggerakan. Kimia pensinyalan terjadi di sinapsis, jaringan koneksi khusus dengan sel lain.

Semua sel-sel syaraf (neuron) bersifat menarik (excitable) secara kelistrikan, menjaga tegangan voltase di sepanjang membran akibat dorongan pompa ion hasil metabolisme, dikombinasikan dengan saluran ion yang melekat di membran guna menghasilkan perbedaan konsentrasi intrasel-vs-ekstrasel dari ion-ion seperti natrium (sodium), kalium (potassium), klorida, dan kalsium. Perubahan voltase membran-silang dapat merubah fungsi saluran ion yang memiliki tegangan sendiri.


Sistem Organ Tubuh Manusia

Semua sel memiliki organ, apalagi manusia. Organ tubuh manusia terdiri dari 13 sistem yang saling terkait dan tergantung satu sama lain. Secara terminologis, anatomi tubuh manusia terbagi atas 3 bagian, yakni:

1. TA 2-4 (muscoskeletal, perotot-tulangan):
a. Sistem kerangka (skeletal).
b. Sistem persendian (joints).
c. Sistem perototan (muscular).

2. TA 5-11 (splanchic [rongga dada sampai perut] atau viscus [organ dalam]):
a. Rongga dada (thoracic):
1) sistem pernapasan (respiratory).

b. Rongga perut sampai rongga pelvis (abdominopelvic):
1) Sistem pencernaan (digestive).
2) Sistem uriner (urinary).
3) Sistem reproduksi (reproductive).

c. Sistem endokrin (endocrine).

3. TA 12-16 (sirkulasi)
a. Sistem sirkulasi:
1) Sistem kardiovaskular (cardiovascular).
2) Sistem limfatik (lymphatic).

b. Sistem syaraf (nervous).

c. Sistem integumentary.

d. Sistem perdarahan (blood).
1) Sistem kekebalan myeloid (tulang belakang dan urat syaraf ).
2) Sistem kekebalan lymphoid (limfoit).


Sel Tubuh Manusia

Seseorang dan setiap orang merupakan pemimpin, khalifah bagi dirinya sendiri, yang hidup dan terdiri dari milyaran atau trilyunan sel. Dia merupakan pemimpin bagi trilyunan sel yang hidup, berkembang, dan mati di setiap atau dalam segala ukuran waktu, mulai dari detik, menit, jam, hari, minggu, bulan, tahun, dasawarsa, abad, milenia, dan seterusnya.

Manusia ditengarai tersusun dari sekitar 10 trilyun sel. Sel tubuh manusia memiliki kondisi ekstrim, mulai dari yang terbesar di tulang ekor (135 μ vs. 120 μ di sel telur), terpanjang (dari jempol sampai urat syaraf tulang belakang di bawah), dan terkecil sebesar 4 μ (sel granul di otak kecil, cerebellum).

Secara anatomi, jenis sel terbagi dua, yakni eukaryotic dan prokaryotic. Sel-sel prokaryotic biasanya mandiri, dan sel-sel eukaryotic sering ditemukan dalam organisme multisel. Kedua jenis sel memiliki organelnya masing-masing, yang mana organel dalam eukaryotes umumnya lebih kompleks dan terikat membran. Dalam hierarki asal-mula kehidupan, sel berkembang menjadi organel, molekul, kemudian membentuk atom.

Organel berfungsi sebagai seperangkat organ kecil bagi sel untuk beradaptasi dan/atau berspesialisasi atas satu fungsi vital atau lebih. Ada organel yang sendirian seperti inti (nucleus) dan golgi (sejenis apparatus atau senyawa) dan yang banyakan seperti mitokondria, peroxisom, dan lisosom (berjumlah ratusan sampai ribuan).

Bagan – Struktur sel biologis hewan

1.Nucleolus; 2.Nucleus; 3.Ribosome; 4.Vesicle; 5.Rough endoplasmic reticulum; 6.Golgi apparatus/body; 7.Cytoskeleton; 8.Smooth endoplasmic reticulum; 9.Mitochondrion; 10.Vacuole; 11.Cytosol; 12.Lysosome; 13.Centriole


Sistem endomembrane

Sistem endomembran tersusun dari berbagai membran yang ditahan di sitoplasma dalam satu sel eukaryotik. Sistem ini bisa didefinisikan sebagai seperangkat membran yang membentuk satu unit fungsional dan pengembangan, bisa terhubung bersama secara langsung, atau melalui pertukaran materi melalui angkutan vesicle. Sistem ini tidak termasuk membran mitokondria dan kloroplas.

Membran-membran dalam sel membagi sel menjadi organel atau kompartemen-kompartemen yang fungsional dan struktural. Di sel eukaryote, organel sistem endomembran mencakup selaput (envelope) inti, retikulum endoplasmik, aparat golgi, lisosom, vakuol, vesicle, peroksisom, dan membran sel.

Selaput inti (nuclear) merupakan membran 2 lapis, yang mencakup isi inti (nucleus) sel. Retikulum endoplasmik (ER) merupakan organel sintesis dan angkutan yang bercabang ke sitoplasma di sel tanaman dan hewan. Badan golgi merupakan serangkaian kompartemen ganda tempat molekul dikemas untuk diantarkan ke komponen sel lain atau disekresikan dari sel.

Vakuol, yang ada di sel hewan dan tanaman (besar), bertanggungjawab menjaga bentuk dan struktur sel serta menyimpan limbah sel. Vesicle merupakan karung relatif kecil tertutup membran sebagai gudang atau pengangkut materi. Membran plasma atau membran sel merupakan penghalang pelindung yang meregulasi apa yang masuk dan keluar dari sel.

Di sel prokaryote, endomembran jarang ada. Dalam bakteri fotosintetis, membran plasma sangat terlipat dan kebanyakan sitoplasma sel dipenuhi lapisan membran pengumpul cahaya; membran-membran ini bisa membentuk struktur tertutup yang disebut klorosom dalam bakteri belerang hijau.

Organel sistem endomembran dihubungan melalui kontak langsung atau melalui transfer segmen membran sebagai vesicle. Berbagai membran tidak identik secara struktur dan fungsi. Ketebalan, komposisi molekul, dan prilaku metabolis dari satu membran tidak tetap, melainkan termodifikasi beberapa kali selama usia membran. Satu ciri yang menyatukan membran-membran tersebut adalah lemak 2 lapisnya (lipid bilayer), dengan protein melekat di salah satu sisinya atau melintang.

Membran Sel

Semua sel dibungkus selaput (membran). Membran sel berfungsi membungkus sel, memisahkan bagian dalam dengan bagian luar atau lingkungannya, menyaring apa yang masuk dan keluar (permeable secara selektif), dan menjaga daya listrik sel. Beberapa nama lain dari membran sel:

  1. Membran plasma.
  2. Dua lapisan fosfor-lemak (phospholipid bilayer), karena terbuat dari dua lapisan lemak atau lipid, yakni molekul lemak hidrofobik dan molekul fosfor hidrofilik
  3. Membran mosaic cair (fluid mosaic membrane).

Membran itu sendiri terdiri dari molekul protein yang bisa berfungsi sebagai saluran dan pompa yang memasukkan dan mengeluarkan berbagai molekul kedalam dan keluar sel. Sifat permeabilitas-nya yang selektif membuatnya disebut semi-permeable. Kadang membebaskan satu subtansi (molekul atau ion) seluruhnya, kadang sebagian, kadang menolak. Di bagian luar membran terdapat dinding sel. Membran permukaan sel (cell surface membranes) mengandung proten berfungsi sebagai receptor (penerima) yang membolehkan sel mendeteksi molekul yang memberikan sinyal eksternal seperti hormon.

Sitoplasma

Di dalam sel terdapat plasma, sitoplasma yang asin, yang mengisi seluruh isi sel. Sitoplasma merupakan materi mirip jel yang terletak di bawah atau di dalam membran sel, yang mana didalam jel terdapat organel (sub-struktur internal dari sel) yang merupakan organisme prokaryote, tetapi tidak nucleus. Dalam sel organisme eukaryote, isi nucleus sel terdapat nukleoplasma, yang terpisah dari sitoplasma.

Sitoplasma merupakan tempat hampir seluruh aktivitas sel, seperti metabolisme termasuk glikolisis, dan proses seperti pembelahan sel. Massa granular di sebelah dalam disebut endoplasma, sementara di sebelah luar, lapisan jernih dan berkaca disebut kulit sel atau ektoplasma.

Pergerakan ion-ion kalsium masuk dan keluar sitoplasma dianggap sebagai aktivitas pensinyalan proses metabolis. Organel utama yang dipegang (suspended) sitosol adalah mitokondria, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, vacuoles, lysosome, dan kloroplas (sel tanaman).

Sitosol merupakan bagian sitoplasma yang tidak bersentuhan dengan organel. Bentuknya berupa cairan gelatin yang mengisi sel dan mengelilingi organel. Sitosol merupakan senyawa campuran filamen sitoskeleton, molekul yang dilarutkan, dan air (70%). Jel sitosol (dengan jaringan serat terdispersi melalui air, jaringan pori-pori dan larutan molekul makro berkonsentrasi tinggi seperti protein) berefek pada kepadatan molekul makro dan menjadikan sitosol sebagai bukan larutan (solusi) yang ideal.

Konsentrasi ion di sitosol dan darah, mamalia (milimolar)

Ion Sitosol Darah
K (potassium) 139 4
Na (sodium) 12 145
Cl (chloride) 4 116
2CO3 (bicarbonate) 12 29
Asam amino dalam protein 138 9
Mg (magnesium) 0.8 1.5
Ca (calcium) <0.0002 1.8

Konsentrasi ion-ion Na (sodium) dan K (potassium) berbeda di sitosol dibandingkan dengan di cairan ekstrasel. Perbedaan ini berperan penting pada proses osmoregulasi dan pensinyalan sel. Sementara itu, banyaknya makromolekul dalam sitosol berdampak pada kesesakan molekul makro, merubah interaksi setiap komponen dalam sitosol, dan merubah prilaku molekul. Termasuk didalamnya konsentrasi Ca, senyawa enzim, dan senyawa protein seperti proteasome dan carboxysome yang menyertai dan memisahkan bagian dari sitosol.

Selain sebagai tempat aktivitas sel, sitosol juga berfungsi sebagai alat transportasi metabolit dari tempat produksinya ke tempat konsumsinya. Molekul larut air, seperti asam amino, dapat terdifusi secara cepat melalui sitosol. Tetapi, bagi molekul hidrofobik, seperti asam lemak atau sterol, mereka harus diikat protein khusus guna melewati membran sel. Molekul dibawa masuk oleh endositosis, dikeluarkan/disekresi melalui vesicle (lemak kecil yang dipindahkan sepanjang sitoskeleton oleh protein motor).

Sitosom (cytosome) atau microbody merupakan organel sitoplasmik sebentuk bola atau lebih yang terdiri dari ikatan enzim degradatif didalam satu membran tunggal. Microbody berspesialisasi sebagai penyekat (container) aktivitas metabolis. Jenis-jenis sitosom mencakup peroxisomes, glyoxysomes, glycosomes, dan badan Woronin.

Sitoskeleton (CSK) merupakan kerangka dalam sitoplasma sel dan terbuat dari protein. Strukturnya terdiri dari flagella, cilia, dan lamellipodia. Berperan penting pada transportasi intrasel (pergerakan vesicle dan organel, misalnya) dan pembelahan sel. Sel-sel eukaryotil terdiri dari 3 jenis utama filamen sitoskeleton, yakni microfilament, filamen menengah, dan microtubes.

Sitoskeleton memberikan struktur dan bentuk sel, dengan mengecualikan makromolekul dari beberapa sitosol yang ditambahnya sampai tercipta kesesakan makromolekul di dalam kompartemen. Elemen-elemen sitoskeletal berinteraksi secara ekstensif dan akrab dengan membran sel.

Ribosom

Ribosom terbuat dari senyawa RNA dan molekul protein yang disebut ribonucleoprotein. Ribosom mengambang bebas (ER kasar pada sel eukaryotik) atau terikat pada membran (sel prokaryotik). Bagian terkecil ribosom melekat pada mRNA (messenger RNA), sementara bagian terbesar melekat pada tRNA (transfer RNA) dan asam amino. Dua bagian ini memisahkan diri setelah ribosom selesai membaca mRNA.

RNA dari inti digunakan untuk mensintesa protein dari asam amino. RNA merupakan materi berisi informasi yang dibutuhkan guna membangun berbagai protein seperti enzim (yang merupakan mesin utama sel), disebut RNA ribosom. Ribosom mensintesa rantai protein, dengan merakit 20 molekul asam amino spesifik guna membentuk molekul protein tertentu yang ditentukan oleh rangkaian nucleotid dari satu molekul RNA.

Ribosom diklasifikasi sebagai ribozyme karena ribosom RNA (rRNA) berperan penting bagi aktivitas peptidyl transferase yang mengikat asam amino. Transferase merupakan enzim (X) yang mengkatalis transfer sekelompok fungsi (misalnya kelompok methyl atau fosfat) dari 1 molekul (A, disebut donor atau ko-enzim) ke molekul lainnya (B, disebut acceptor). A–X + B → A + B–X.

Aktivitas enzim peptidyl tidak dimediasi oleh ribosom protein, melainkan oleh ribosom RNA (rRNA), ribozyme. Fungsinya yang tidak terbatas pada translasi, membuat enzim peptidyl termasuk enzim langka yang memiliki fungsi demikian. Enzim peptidyl merupakan enzim-aminoacyl, fungsi enzim utama dari ribosom, atas bantuan tRNA, membentuk ikatan peptida antara asam-asam amino yang terkait selama proses translasi biosintesa protein.

Ribosom dari 3 domain kehidupan di bumi (bakteri, archaea, eukaryota) memiliki struktur dan rangkaian RNA yang berbeda signifikan. Tiga domain ini, dibedakan secara filogenetik (cabang keturunan yang mengalami evolusi), memiliki ribosom yang mengandung enzim peptidyl yang berfungsi sebagai ribozyme. Di bakteri, enzim tersebut terdapat pada ribosom 50S (komponen 23S); sementara di sel eukaryotik disebut ribosom 60S (komponen 28S).

Perbedaan struktur 3 domain kehidupan ini membuat beberapa antibiotik mampu membunuh bakteri dengan menghambat ribosom tersebut, tanpa mengganggu ribosom manusia. Ribosom di mitokondria dari sel eukaryotik secara fungsional mirip fitur yang ada di bakteri. Hal ini merefleksikan kemiripan evolusi asal mitokondria.

Beberapa antibiotik berikut berfungsi sebagai penghambat sintesa protein yang khusus menyerang enzim peptidyl, yakni:

  1. Chloramphenicol, yang mengikat residu A2451 dan A2452 dalam komponen 23S rRNA dari ribosom dan menghambat pembentukan ikatan peptida.
  2. Pleuromutilin juga mengikat enzim peptidyl.
  3. Macrolide menghambat enzim peptidyl, setelah menghambat translokasi ribosom.

Materi Genetik

Materi genetik manusia disimpan dalam inti sel (nuclear genome) dan mitokondria (mitochondrial genome). Gen inti dibagi kedalam 23 pasang molekul DNA liniear, yang disebut kromosom. Gen mitokondria merupakan molekul DNA berlingkar, berbeda dengan DNA inti (nuclear). Walau sangat kecil bila dibandingkan dengan kromosom inti, DNA mitokondria mengkode 13 protein yang terlibat dalam produksi energi mitokondria dan tRNA  (RNA transport) spesifik.

Materi genetik asing bisa secara artifisial diintrodusir kedalam sel melalui proses yang dinamakan transfection. Sifatnya bisa sementara (transient) bila DNA tidak dimasukkan kedalam gen sel, atau stabil permanen bila memang dilakukan. Beberapa virus memasukkan materi genetik kedalam gen.

Inti Sel (Nucleus)

Inti sel hanya ada di sel eukaryotik. Beberapa fungsinya mencakup tempat kromosom sel, tempat replikasi semua DNA dan sintesa (transkripsi) RNA. Selama proses, DNA direkam atau dikopi ke RNA khusus (mRNA). mRNA diangkut ke luar inti, kemudian ditranslasikan ke molekul protein spesifik.

Inti sel berselaput (envelope) ganda. Selaput mengisolasi dan melindungi DNA sel dari berbagai molekul yang bisa merusak struktur secara tidak sengaja atau mengganggu proses yang berlangsung di inti sel. Sementara nucleolus merupakan wilayah spesial di dalam inti (nucleus) yang menjadi tempat sub-unit ribosom dirakit. Di sel-sel prokaryote, pengolahan DNA dilakukan di sitoplasma.

Mitokondria dan Kloroplas

Mitokondria merupakan organel yang bisa mereplikasi (membelah diri menjadi dua) dalam berbagai jumlah, bentuk, dan ukuran di sitoplasma di seluruh sel-sel eukaryotik. Mitokondria menghasilkan energi sel dengan mengoksidasi phosphorylation, dengan menggunakan oksigen melepas energi yang disimpan dalam nutrisi sel (yakni glukosa) guna menghasilkan ATP (Adenosine TriPhosphate).

Sentrosom

Sentrosom terdiri dari 2 sentriol, yang berpisah selama pembelahan sel dan membantu pembentukan gelondong (spindle) mitosis. Sentrosom memproduksi microtubules sel (komponen inti bagi sitoskeleton), gunanya untuk mengarahkan transportasi melalui ER dan Golgi.

Endoplasmic Reticulum (ER)

ER merupakan jaringan angkut molekul yang khusus untuk modifikasi tertentu dan tujuan spesifik, sebagai perbandingan terhadap molekul yang bebas mengambang di sitoplasma. ER kasar (rough) memiliki ribosom di permukaannya dan mensekresi (mengeluarkan) protein kedalam sitoplasma. ER halus (smooth) hanya berperan dalam penyerapan dan pelepasan kalsium.

Golgi Apparatus

Fungsi utama adalah memproses dan mengemas molekul makro seperti protein dan lemak yang disintesa sel.

Lisosom dan Peroksisom

Lisosom mengandung enzim pencernaan (acid hydrolases). Mereka mencerna organel yang berlebihan atau cacat, partikel makanan, dan menelan virus atau bakteri. Peroksisome memiliki enzim yang membuang sel yang mengandung peroksida beracun.

Vacuole

Vakuol merupakan gudang penyimpanan makanan dan sampah dalam bentuk cair. Beberapa vakuol menyimpan air lebih banyak.

Vesicle

Vesicle berfungsi menyimpan, mengangkut, atau mencerna produk dan limbah sel. Vesicle teribat dalam aktivitas metabolisme, transportasi, kendali pengapungan, penyimpanan enzim, dan bisa berfungsi sebagai ruang reaksi kimia. Selaput yang menutupi vesicle adalah sama dengan membran plasma. Vesicle dapat melebur dengan membran plasma guna melepas isi kandungan di luar sel. Vesicle juga dapat melebur dengan organel lain didalam sel.

Vesicle merupakan gelembung cairan dalam cairan lain, supramolekul yang tersusun dari banyak molekul yang berbeda. Secara lebih teknis, vesicle merupakan karung kecil terbungkus selaput yang bisa menyimpan atau mengangkut materi (substansi). Kebanyakan vesicle memiliki fungsi khusus, tergantung materi yang dikandungnya. Vesicle dapat terbentuk alami karena properties selaput lemak (micelle) atau karena memang sudah dipersiapkan. Liposome merupakan vesicle yang dipersiapkan.

Vesicle terpisah dari sitosol oleh minimal satu fosfolipid berlapis-dua. Satu fosfolipid berlapis-dua disebut vesicle uni-lamellar; bila lebih dari satu, disebut multi-lamellar. Karena terpisah dari sitosol, dalaman vesicle dapat dibuat berbeda dengan lingkungan sitosol. Atas dasar ini, vesicle merupakan perangkat dasar yang digunakan sel untuk mengatur materi sel.

Beberapa jenis vesicle mencakup vesicle sinaptik, vesicle angkut, vesicle sekresi, vesicle gas, vesicle matriks, MVB, vacuole, lisosom.

  1. Vesicle sinaptik terletak di terminal pre-sinaptik dalam neuron dan menyimpan neuro-transmitter. Ketika sinyal datang ke axon, vesicle sinaptik melebur dengan membran sel, melepas neuro-transmitter, dengan tujuan agar bisa dideteksi oleh molekul penerima di sel syaraf (nerve) berikutnya.
  2. Vesicle angkut memindahkan molekul didalam sel, misalnya protein dari ER kasar ke golgi. Protein yang terikat membran dan disekresikan, yang dibuat di ribosom, ditemukan di ER kasar dan menjadi dewasa di golgi, untuk kemudian berangkat ke tujuan akhir seperti lisosom, peroksisom, atau ke luar sel.
  3. Vesicle pembuangan (sekresi) mengandung materi yang akan dikeluarkan dari sel. Bisa karena materi tersebut merupakan limbah atau atas dasar fungsi sel. Beberapa sel terspesialisasi memproduksi kimia tertentu untuk disimpan di vesicle pembuangan dan dilepas ketika dibutuhkan.
  4. Hormon merupakan salah satu contoh materi kimia yang disimpan di vesicle sekresi. Di hewan, hormon dilepas jaringan endokrin ke aliran darah. Sementara jaringan endokrin terdapat di islets of Langerhans, nama bagian di pankreas. Jaringan tersebut memiliki banyak jenis sel yang memiliki fungsinya masing-masing dalam memproduksi hormon.
  5. Materi kimia lainnya mencakup enzim yang digunakan untuk membuat dinding sel untuk tanaman, protist, jamur (fungi), bakteri, sel-sel archae, dan matriks ekstrasel pada sel-sel hewan.
  6. Vesicle gas digunakan archaea, bakteri, dan mikro-organisme plankton, guna mengendalikan migrasi vertikal dengan meregulasi isi gas dan pengapungan, atau menempatkan sel memanen sinar matahari secara maksimal.
  7. Vesicle matriks terletak didalam ruang ekstrasel atau matriks. Sel turunan dari vesicle ini berspesialisasi menginisiasi biomineralisasi matriks dalam berbagai jaringan, termasuk tulang, tulang rawan, dan dentin (gigi bagian dalam, dibawah kepala gigi).
  8. Selama kalsifikasi normal, ion-ion kalsium dan fosfat masuk banyak kedalam sel menemani apoptosis sel (sel bunuh diri) dan pembentukan vesicle matriks. Pengisian kalsium mengarah pada pembentukan senyawa fosfatidilserin:kalsium:fosfat di membran plasma, yang dimediasi sebagian oleh protein annexin.
  9. Vesicle matriks menjulang dari membran plasma di tempat interaksi dengan matriks ekstrasel. Kemudian, vesicle matriks berpesan pada matriks ekstrasel kalsium, fosfat, lemak, dan annexin untuk membuat inti bentuk mineral. Proses ini dikoordinasikan, di waktu dan tempat yang tepat, mineralisasi jaringan matriks, ketika golgi tidak wujud.
  10. Multivesicular body (MVB) merupakan vesicle terikat membran yang mengandung sejumlah vesicle kecil.
  11. Vakuol merupakan vesicle yang banyak mengandung air.
  12. Lisosom atau sel bunuh diri (suicidal cells) terlibat dalam pencernaan sel.

Jenis lisosom:

  1. Lisosom digunakan untuk menghancurkan organel yang cacat atau rusak dalam proses yang dinamakan endofagositosis. Mereka melebur ke membran dari organel yang cacat dan mencernanya. Makanan dapat bersumber dari luar sel menjadi vakuol makanan melalui proses yang dinamakan endositosis. Vakuol makanan ini melebur dengan lisosom, yang memecah komponen agar bisa digunakan di dalam sel. Bentuk pemakanan (phage) sel ini disebut fagositosis.
  2. Fagosom sendiri merupakan vakuol yang dibentuk disekitar partikel yang diserap oleh fagositosis. Vakuol dibentuk melalui peleburan membran sel disekitar partikel. Fagosom merupakan satu kompartemen sel yang mana mikro-organisme beracun (patogen) dapat dibunuh dan dicerna.
  3. Fagosom melebur dengan lisosom dalam proses pendewasaan, membentuk fagolisosom. Beberapa bakteri patogen yang memasuki sel didalam fagosom, bisa melalui reproduksi didalam fagolisosom yang dibentuk atau kabur ke sitoplasma, sebelum fagosom melebur dengan lisosom.
  4. Beberapa mycobacteria, termasuk mycobacterium TBC dan mycobacterium avium para-TBC, memanipulasi macrophage milik tuan rumah guna mencegah asam nitrous (HNO2) mengandung lisosom dari peleburan dengan fagosom dan penciptaan fagolisosom dewasa. Pendewasaan fagosom yang tidak selesai demikian menciptakan lingkungan yang menguntungkan bagi patogen didalamnya.
  5. Endosom merupakan mekanisme atau kompartemen terikat membran didalam sel eukaryotik; kompartemen jalur transportasi membran endositik/endositosis dari membran plasma ke lisosom. Molekul yang diinternalisir dari membran plasma dapat mengikuti jalur ini ke lisosom untuk didegradasi atau didaur-ulang menjadi membran plasma.
  6. Molekul diangkut ke endosom dari Golgi, bisa terus ke lisosom atau didaur-ulang ke Golgi. Lebih jauh, molekul bisa diarahkan ke vesicle yang menjulang dari membran perimeter kedalam saluran (lumen) endosom. Oleh karena itu, endosom mewakili kompartemen penyeleksi utama dari sistem endomembran didalam sel. Ketika dewasa, endosom bisa berdiameter sekitar 500 nm.
  7. Eksosom merupakan vesicle berukuran 30-90 nm yang disekresikan oleh berbagai jenis sel mamalia. Eksosom bisa tercipta dari vesicle endosom intralumenal (MVB) ketika dilepas ke media ekstrasel.

Ditemukan pertama kali dalam retikulosit (sel darah merah yang masih muda) mamalia dewasa, eksosom merupakan mekanisme pembuangan selektif terhadap protein membran plasma. Protein ini banyak hilang atau berkurang, tanpa degradasi bersamaan, selama pendewasaan menjadi eritrosit.

Walau komposisi protein eksosom bervariasi dengan sel awal, kebanyakan eksosom mengandung larutan protein Hsc 70 dan lainnya. 31 protein banyak ditemukan antara kanker usus besar (colorectal), sel mast, dan eksosom hasil urin.

Beberapa sel dari sistem kekebalan, seperti sel dendritis dan sel B, mengsekresi eksosom yang ditengarai berperan dalam memediasi adaptasi respon kekebalan terhadap patogen dan tumor.

Eksosom mengandung molekul protein dan RNA. Banyak studi menyimpulkan bahwa eksosom merupakan evolusi molekul protein dan serangkaian protein sejenis jaringan/sel yang membedakan eksosom yang disekresikan oleh berbagai jenis sel yang berbeda.

Kargo protein eksosom dapat dimodulasi oleh lingkungan-mikro eksternal. Seperti sel tumor, ketika dihadapkan terhadap hipoksia, mengsekresi eksosom dengan angiogenik yang meningkat dan potensi metastatis. Hal ini menandakan sel tumor beradaptasi terhadap lingkungan-mikro yang hipoksis dengan mengsekresi eksosom guna menstimulasi angiogenesis atau memfasilitasi metastasis ke lingkungan yang lebih mendukung.

Metastasis, metastatis, atau mets merupakan penyebaran penyakit dari satu organ atau bagian ke bagian atau organ lain yang tidak berbatasan langsung. Angiogenik atau angiogenesis merupakan proses fisiologis yang melibatkan pertumbuhan pembuluh darah baru dari pembuluh yang belum ada.

Vasculogenesis merupakan istilah pembentukan pembuluh darah spontan dan  intussusception merupakan istilah pembentukan pembuluh darah baru melalui pemisahan pembuluh darah yang ada.

Angiogenesis merupakan proses yang normal dan vital bagi pertumbuhan dan perkembangan, seperti halnya pada penyembuhan luka dan granulasi jaringan. Walau demikian, angiogenesis ditengarai merupakan langkah fundamental transisi tumor dari kondisi dormant (tidur) ke kondisi menular (malignant), mengarah pada pemakaian penghambat angiogenesis.

Di sisi lain, immortalisasi-myc (dari sel asal mesenchymal, MSC) tidak merubah potensi cardioprotective dari eksosom yang disekresikan. Molekul RNA di eksosom, termasuk mRNA dan miRNA (microRNA), yang dapat pulang-pergi dari satu sel ke lainnya, mempengaruhi produksi protein dari sel penerima. RNA ini disebut ‘eksosom RNA pulang-pergi’.

Banyak miRNA di eksosom yang disekresikan oleh sel asal mesenchymal didominasi oleh miRNA yang belum dan tidak dewasa. Tidak adanya protein terkait RISC di eksosom ini mengindikasikan hanya pre-miRNA, tetapi bukan miRNA dewasa dalam eksosom MSC, yang memiliki potensi secara biologis aktif di sel penerima.

Aplikasi Klinis

Eksosom dari sel darah merah mengandung penerima transferrin, yang absen di eritrosit dewasa. Sel dendritis turunan eksosom mengekspresikan MHC I, MHC II, dan molekul pembantu-stimulasi (costimulatory) dan terbukti mampu menginduksi dan meningkatkan respon sel T yang antigen hidup (in vivo).

Penerima transferrin (TfR) merupakan protein pembawa transferrin. Tujuannya adalah untuk memasukkan besi ke dalam sel dan diatur sebagai respon terhadap konsentrasi besi intrasel. TfR memasukkan besi dengan menginternalisir senyawa transferrin-besi melalui endositosis yang dimediasi penerima.

Konsentrasi yang rendah besi menaikkan penerima transferrin ke kadar yang lebih tinggi, guna meningkatkan pemasukkan besi ke dalam sel. Dus, penerima transferring menjaga homeostatis besi sel.

Produksi TfR di dalam sel diatur sesuai kadar besi dengan protein pengikat respon besi/elemen pengatur (iron response/regulatory element binding protein, IRE-BP), atau dikenal sebagai protein pengatur besi (Iron Regulatory Protein, IRP). Begitu ikatan terjalin, degradasi mRNA dari IRE jadi terhambat.

Eksosom dapat dilepas ke urin oleh ginjal dan deteksi eksosom bisa menjadi alat diagnostik. Eksosom urin bisa berfungsi sebagai penanda respon perlaku pada kanker prostat. Eksosom yang dilepas dari tumor ke darah dapat digunakan secara diagnostik. Eksosom membawa RNA dari sel yang dilepas.

Mutasi tumor di tumor otak dapat dideteksi di eksosom dari sampel serum, sebagai fasilitas platform penanda biologis di darah untuk tumor padat. Eksosom yang disekresi sel asal mesenchymal (MSC) mengurangi luka reperfusion (myocardial ischemia), menjadi modalitas terapi baru berdasarkan eksosom untuk penyakit kardiovaskular.

About these ads