Pengenalan dan Pemanfaatan Bioinformatika dalam Menggabungkan Teknologi Informasi dan Bioteknologi sebagai Salah Satu Metode Pengembangan dan Pembelajaran Ilmu Biologi

ABSTRAK

Kekuatan inovasi teknologi yang disepadankan dengan teknologi informasi saat ini adalah bioteknologi yang merupakan salah satu cabang ilmu biologi. Ledakan informasi dari kemajuan bioteknologi seperti data sekuen DNA dari pembacaan genom, data sekuen dan struktur protein sampai kepada data transkripsi RNA berkat teknologi DNA chip, telah mendorong lahirnya bioinformatika yang digunakan untuk mengorganisasi dan menganalisis data-data tersebut menjadi sebuah informasi biologis yang bermakna. Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data dari dunia biologi yang bertujuan untuk memperkenalkan dan memanfaatkan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi. Bioinformatika didefenisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi. Ada banyak sekali penerapan bioinformatika, mulai dari manajemen data hingga penggunaannya pada dunia kebiologian dan turunannya untuk kepentingan dalam dunia pendidikan. misalnya bioinformatika dalam Virologi. Bioinformatika telah mendorong kemajuan ilmu-ilmu yang memanfaatkannya. Dan tidak berkelebihan kalau perkembangan ilmu biologi umumnya dan ilmu-ilmu turunannya, sangat tergantung kepada perkembangan bioinformatika.

Kata kunci : Bioinformatika, Teknologi Informasi, Bioteknologi, Biologi

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Pada abad ke-21 ini ilmu pengetahuan yang dikembangkan oleh manusia maju sangat pesat. Banyak penemuan-penemuan baru di berbagai bidang yang sebelumnya sulit untuk diperkirakan. Salah satu bidang yang berkembang sangat cepat adalah teknolgi informasi (TI). Berbagai produk dan jasa dalam bidang teknologi informasi mulai dari komputer pribadi, internet, handphone sudah dinikmati oleh masyarakat luas. Kekuatan inovasi teknologi yang disepadankan dengan teknologi informasi saat ini adalah bioteknologi yang merupakan salah satu cabang ilmu biologi. Dengan adanya bioteknologi modern yang ditandai dengan kemampuan manusia untuk memanipulasi kode genetik DNA. Berbagai aplikasinya telah merambah berbagai sektor seperti kedokteran, pangan, dan lingkungan. Ledakan informasi dari kemajuan bioteknologi seperti data sekuen DNA dari pembacaan genom, data sekuen dan struktur protein sampai kepada data transkripsi RNA berkat teknologi DNA chip, telah mendorong lahirnya bioinformatika yang digunakan untuk mengorganisasi dan menganalisis data-data tersebut menjadi sebuah informasi biologis yang bermakna. Di Indonesia bioinformatika masih belum dikenal oleh masyarakat luas. Di kalangan peneliti sendiri, mungkin hanya para peneliti biologi molekuler yang sedikit banyak mengikuti perkembangannya karena keharusan menggunakan perangkat-perangkat bioinformatika untuk analisa data. Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data dari dunia biologi dan kedokteran modern. Tidaklah dapat dimungkiri kalau bioinformatika telah mempercepat kemajuan ilmu biologi. Lebih jauh lagi, kalau dilihat dari bidang yang lebih spesifik, kemajuan suatu bidang sangat dipengaruhi oleh kemajuan bioinformatika.

Rumusan Masalah

Dari latar belakang diatas, dapat dirumuskan masalah sebagai berikut : Apakah pengenalan dan pemanfaatan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi dapat digunakan sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi?

Tujuan Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan ini sesuai dengan rumusan permasalahan di atas adalah untuk memperkenalkan dan memanfaatkan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi.

Manfaat Penulisan

Adapun manfaat dari penulisan ini adalah diharapkan dapat memberikan informasi kepada masyarakat umum dan masyarakat yang berada dalam lingkungan pendidikan sehingga dapat mengenal dan memanfaatkan bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi, serta dapat menambah dan mengembangkan pengetahuan dengan penulisan artikel ini.

PEMBAHASAN

Bermacam database telah dibuat dan banyak perangkat lunak telah diciptakan yang menunjukkan trend kepada spesialisasi tujuan. Walaupun negara berkembang seperti Indonesia kurang dapat berpartisipasi dalam eksperimen bioteknologi yang padat informasi untuk pengumpulan informasi dalam database-database itu, peluang untuk memanfaatkannya melalui bioinformatika terbuka lebar karena sifatnya yang terbuka. Aplikasi TI dalam bidang biologi atau life sciences yang melahirkan bidang bioinformatika akan menjadi semakin penting di masa depan, tidak hanya mempercepat kemajuan bioteknologi namun juga menjembatani dua bidang baru tersebut yaitu TI dan bioteknologi. Sebagaimana TI, saat ini produk bioteknologi telah mengimbas bahkan kepada kebutuhan hidup sehari-hari masyarakat seperti pangan dan kesehatan. Ciri dari bioteknologi modern adalah kemampuan pada manipulasi DNA. Rantai atau sekuen DNA yang mengkode protein disebut gen. Gen itu ditranskripsikan menjadi mRNA yang selanjutnya mRNA ditranslasikan menjadi protein. Protein sebagai produk akhir bertugas menunjang seluruh proses kehidupan antara lain sebagai katalis reaksi biokimia dalam tubuh, sering disebut dengan enzim, ikut serta dalam sistem pertahanan tubuh melawan virus atau parasit yang disebut antibodi, Arus informasi, dari DNA ke RNA, lalu ke Protein, inilah yang disebut pemikiran utama dalam biologi. Hanya 20-an tahun sejak bioteknologi modern lahir, terjadilah ledakan data biologis yang mencengangkan. Hal ini disebabkan oleh kemajuan teknologi biologi molekuler itu sendiri (misalnya DNA rekombinan dan PCR) dan ditunjang dengan peralatan yang memadai membuat waktu dan biaya lebih pendek/murah. Ledakan awal dimulai dari data DNA. Tahun 1977 untuk pertamakalinya sekuen DNA satu organisme dibaca secara menyeluruh yaitu pada sejenis virus yang memiliki kurang lebih 5.000 nukleotida/molekul DNA atau sekitar 11 gen. Sekarang sudah ada milyaran data nukleotida tersimpan dalam database DNA, GenBank di AS yang didirikan tahun 1982. Sekuen seluruh DNA manusia yang terdiri dari 3 milyar nukleotida dirampungkan dalam waktu 3 tahun. Di Indonesia, dengan membayar $15, kita bisa membaca sekuen 500-an nukleotida di Lembaga Biologi Molekuler Eijkman, Jakarta. Trend yang sama juga nampak pada database lain seperti database sekuen asam amino penyusun protein dan database struktur 3D protein. Inovasi teknologi DNA chip yang dipelopori oleh perusahaan bioteknologi AS, Affymetrix di Silicon Valley telah mendorong munculnya database baru mengenai RNA. Dengan ini, riset tidak dilakukan lagi satu persatu terhadap molekul (DNA/RNA/protein) yang diminati, namun pada keseluruhan atau satu set masing-masing molekul (untuk DNA dari gen ke genom, untuk RNA disebut transkriptom dan proteom untuk protein).

Ledakan data atau informasi biologi itu yang mendorong lahirnya Bioinformatika. Bioinformatika didefenisikan sebagai aplikasi dari alat komputasi dan analisa untuk menangkap dan menginterpretasikan data-data biologi. Karena Bioinformatika adalah bidang yang relatif baru, masih banyak kesalahpahaman mengenai definisinya. Bioinformatika muncul atas desakan kebutuhan untuk mengumpulkan, menyimpan dan menganalisis data-data biologis dari database DNA, RNA maupun protein tadi. Untuk mewadahinya beberapa jurnal baru bermunculan (misalnya Applied Bioinformatics), atau berubah nama seperti Computer Applications in the Biosciences (CABIOS) menjadi BIOInformatic yang menjadi official journal dari International Society for Computational Biology (ICSB). Beberapa topik utama dalam Bioinformatika dijelaskan di bawah ini. Keberadaan database adalah syarat utama dalam analisa Bioinformatika. Database informasi dasar telah tersedia saat ini. Untuk database DNA yang utama adalah GenBank di AS. Sementara itu bagi protein, databasenya dapat ditemukan di Swiss-Prot (Swiss) untuk sekuen asam aminonya dan di Protein Data Bank (PDB) (AS) untuk Pertumbuhan data nukleotida atau basa DNA dalam GenBank. Data yang berada dalam database itu hanya kumpulan/arsip data yang biasanya dikoleksi secara sukarela oleh para peneliti, namun saat ini banyak jurnal atau lembaga pemberi dana penelitian mewajibkan penyimpanan dalam database. Trend yang ada dalam pembuatan database saat ini adalah isinya yang makin spesialis. Setelah informasi terkumpul dalam database, langkah berikutnya adalah menganalisis data. Pencarian database umumnya berdasar hasil alignment atau pensejajaran sekuen, baik sekuen DNA maupun protein. Metode ini digunakan berdasar kenyataan bahwa sekuen DNA atau protein bisa berbeda sedikit tetapi memiliki fungsi yang sama. Kegunaan dari pencarian ini adalah ketika mendapatkan suatu sekuen DNA atau protein yang belum diketahui fungsinya maka dengan membandingkannya dengan yang ada dalam database bisa diperkirakan fungsinya. Algoritma untuk pattern recognition seperti Neural Network, Genetic Algorithm dll telah dipakai dengan sukses untuk pencarian database ini. Salah satu perangkat lunak pencari database yang paling berhasil dan bisa dikatakan menjadi standar sekarang adalah BLAST (Basic Local Alignment Search Tool). Perangkat lunak ini telah diadaptasi untuk melakukan alignment terhadap berbagai sekuen seperti DNA (blastn), protein (blastp). Baru-baru versi yang fleksibel untuk dapat beradaptasi dengan database yang lebih variatif telah dikembangkan dan disebut Gapped BLAST serta PSI (Position Specific Iterated)-BLAST. Sementara itu perangkat lunak yang digunakan untuk melakukan alignment terhadap sekuen terbatas di antaranya yang lazim digunakan adalah CLUSTAL dan CLUSTAL W. Data yang memerlukan analisis bioinformatika dan cukup mendapat banyak perhatian saat ini adalah data hasil DNA chip. Menggunakan perangkat ini dapat diketahui kuantitas maupun kualitas transkripsi satu gen sehingga bisa menunjukkan gen-gen apa saja yang aktif terhadap perlakuan tertentu, misalnya timbulnya kanker. mRNA yang diisolasi dari sampel dikembalikan dulu dalam bentuk DNA menggunakan reaksi reverse transcription. Selanjutnya melalui proses hibridisasi, hanya DNA yang komplementer saja yang akan berikatan dengan DNA di atas chip. DNA yang telah diberi label warna berbeda ini akan menunjukkan pattern yang unik. Berbagai algoritma pattern recognition telah digunakan untuk mengenali gen-gen yang aktif dari eksperimen DNA chip ini, salah satunya yang paling ampuh adalah Support Vector Machine (SVM). Sementara itu di kalangan TI masih kurang mendapat perhatian. Ketersediaan database dasar (DNA, protein) yang bersifat terbuka dan gratis merupakan peluang besar untuk menggali informasi berharga. Sudah disepakati, database genom manusia misalnya akan bersifat terbuka untuk seluruh kalangan. Dari database tersebut bisa digali gen-gen yang memiliki potensi kedokteran/farmasi. Dari sinilah Indonesia dapat ikut berperan mengembangkan bioinformatika. Kerjasama antara peneliti bioteknologi yang memahami makna biologis data tersebut dengan praktisi IT seperti programmer akan sangat berperan dalam kemajuan Bioinformatika Indonesia nantinya. Bioinformatika ini penting untuk manajemen data-data dari dunia biologi dan kedokteran modern. Perangkat utama Bioinformatika adalah program software dan didukung oleh kesediaan internet. Saat ini, perkembangan ilmu biologi sangat dipengaruhi oleh perkembangan ilmu bioinformatika. Tidaklah dapat dimungkiri kalau bioinformatika telah mempercepat kemajuan ilmu biologi. Lebih jauh lagi, kalau dilihat dari bidang yang lebih spesifik, kemajuan suatu bidang sangat dipengaruhi oleh kemajuan bioinformatika. Semakin maju bioinformatika di suatu bidang (ditandai dengan banyaknya software yang tersedia), semakin maju pulalah bidang tersebut.

Ada banyak sekali penerapan bioinformatika, mulai dari manajemen data hingga penggunaannya pada dunia kebiologian dan turunannya untuk kepentingan dalam dunia pendidikan. misalnya Bioinformatika dalam Virologi. Sebelum kemajuan bioinformatika, untuk mengklasifikasikan virus kita harus melihat morfologinya terlebih dahulu. Untuk melihat morfologi virus dengan akurat, biasanya digunakan mikroskop elektron yang harganya sangat mahal sehingga tidak bisa dimiliki oleh semua laboratorium. Selain itu, kita harus bisa mengisolasi dan mendapatkan virus itu sendiri. Isolasi virus adalah suatu pekerjaan yang tidak mudah. Banyak virus yang tidak bisa dikulturkan, apalagi diisolasi. Walaupun untuk beberapa virus bisa dikulturkan, tidak semuanya bisa diisolasi dengan mudah. Oleh karena itu, sebelum perkembangan bioinformatika, kita tidak bisa mengidentifikasi dan mengklasifikasikan virus-virus semacam ini. Dengan kemajuan teknik isolasi DNA/RNA, teknik sekuensing dan ditunjang dengan kemajuan bioinformatika, masalah diatas bisa teratasi. Untuk mengidentifikasi dan mengklasifikasikan virus, isolasi virus tidak lagi menjadi suatu hal yang mutlak. Kita cukup dengan hanya melakukan sekuensing terhadap gen-nya. Ini adalah salah satu hasil kemajuan bioinformatika yang nyata dalam bidang virologi. Ketersediaan database dasar (DNA, protein) yang bersifat terbuka/gratis merupakan peluang besar untuk menggali informasi berharga daripadanya. Sudah disepakati, database genom manusia misalnya akan bersifat terbuka untuk seluruh kalangan. Dari padanya bisa digali kandidat-kandidat gen yang memiliki potensi kedokteran/farmasi.

KESIMPULAN

Adapun kesimpulan dari tulisan ini adalah bioinformatika dalam menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi dapat digunakan sebagai salah satu metode pengembangan dan pembelajaran ilmu biologi. Bioinformatika telah mendorong kemajuan ilmu-ilmu yang memanfaatkannya. Dan tidak berkelebihan kalau perkembangan ilmu biologi umumnya dan ilmu-ilmu turunannya, sangat tergantung kepada perkembangan bioinformatika. Berbagai tool atau software telah dikembangkan untuk analisa gen virus. Berdasarkan analisa gen tersebut kita bisa mengklasifikasikan, menganalisa tingkat mutasi, memprediksi rekombinasi, dan memprediksi bagian antigenik suatu virus. Walaupun hasil yang didapatkan dengan menggunakan tool bioinformatika ini hanya memberikan data-data sebagai bahan pertimbangan, bukan hasil akhir, dengan bioinformatika pekerjaan menjadi cepat karena kita tidak harus melakukan eksperimen secara try and error. Kerjasama antara peneliti bioteknologi yang memahami makna biologis data tersebut dengan praktisi IT seperti programmer, akan sangat berperan dalam kemajuan Bioinformatika Indonesia nantinya.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2010. Menggabungkan teknologi informasi dan bioteknologi. http://topx666.kandangbuaya.com

Diupdate pada 19.55, 21 April 2011.

Wahyudi, A. 2009. Bioinformatika : Perpaduan dunia Biologi dengan Teknologi Informasi. www.komputasi.lipi.go.id

Diupdate pada 18.35, 21 April 2011.

Organel Gerak dan Sitoskelet

Sitoskelet atau rangka sel merupakan filamen-filamen non spesifik yang umum terdapat pada semua sel membentuk jalinan pada daerah sitoplasma. Sitoskelet terdiri dari mikrofilamen, filamen intermediat dan mikrotubulus. Organel kecil ini dikenal setelah digunakannya mikroskop elektron.

Gambar 1. Model jalinan mikrofilamen.

MIKROTUBULUS

Struktur :

Mikrotubulus memiliki bentuk silinder dengan diameter luarnya ± 30 nm dan lumernya 1 14 nm dengan ketebalan dindingnya 8 nm. Panjangnya bervariasi tergantung dari tipe sel dan spesies, namun kadang-kadang dapat mencapai 1000 kali tebalnya yaitu hingga 25 µm, namun tidak memiliki cabang. Dinding dari mikrotubulus tersusun dari 9-14 protofilamen/protofibril yang identik.

Gambar 2. Diagram mikrotubul.

Setiap sub unit adalah merupakan suatu dimer dengan berat molekul protein 110.000 - 120.000.

Protein tubulin dibedakan atas 2 macam, yaitu:

- Tubulin α

- Tubulin β

Struktur monomer dari tubulin oc tidak sama dengan tubulin (3. Satu dimer dapat terdiri dari 2 monomer identik disebut homodimer, atau 2 monomer yang berbeda disebut heterodimer (monomer tubulin α+ monomer tubulin β).

• Protofilamen merupakan kesatuan, dapat dari homodimer atau heterodimer, tergantung jenis atau sifat dari mikrotubulus yang bersangkutan.

• Pasangan sub unit (heterodimer α dan heterodimer β) membentuk suatu heliks. Colehieine yang merupakan suatu alkaloid memiliki kemampuan bergabung pada subunit mikrotubulus dan juga menghambat asosiasinya membentuk mikrotubulus. Merupakan penyebab terhambatnya pembelahan sel pada stadium metafase.

Dimer tubulin memiliki tempat berikatan dengan GTP (guanosine tryphosphate) dan tempat untuk alkaloid penghambat polimerisasi (colchicine, vinblastine, podophylline). Suhu dingin dan jenis alkaloid yang telah disebutkan sebelumnya menyebabkan depolimerasi dari mikrotubulus. Fiksasi colchicine menyebabkan pemendekan, selanjutnya mikrotubulus menghilang oleh kegagalan polimerisasi. Polimerisasi dapat terjadi oleh kehadiran GTP dan Mg++. Polimerisasi berawal dari satu kecambah inti (bakal inti) yang berbentuk cincin (tersusun dari tubulin). Tubulin-tubulin bersatu pada eksteremitas dari cincin dan selanjutnya memulai membentuk protofilamen primer, sekunder, dan seterusnya membentuk satu mikrotubulus berdinding terbuka. Bilamana protofilamen semua telah terbentuk, dinding tertutup dan mikrotubulus yang kecil tersebut selanjutnya memainkan perannya lag] sebagai kecambah (bakal ). Kecamhah atau bakal disebut sebagai Microtubule Organizing Centers (MTOCs). Lokasi dan orientasinya menentukan pola pertumbuhan dari organel.

MTOCs memiliki beberapa bentuk seperti yang terdapat pada sentriol, capsule basal, kromosom, dan lain-lain.

Fungsi :

Mikrotubulus terlibat dalam:

a. Pergerakan kromosom selama pembelahan sel.

b. Transport senyawa atau bahan-bahan intraselular

c. Morfogenesis sel

d. Mempertahankan bentuk sel

e. Pergerakan dari sel (cilia dan flagella)

f. Migrasi vakuola endositosis

g. Pembebasan partikel-partikel sekresi

h. Polaritas selular

i. Mempertahankan struktur membran sel

MIKROFILAMEN

Struktur :

Pengamatan dengan mikroskop elektron menunjukkan bahwa mikrofilamen ukurannya lebih pendek dari mikrotubulus yaitu panjangnya 1-2 µm dan tebal 5-7 nm. Struktur dari mikrofilamen berhubungan dengan fungsinya, tersusun dari protein actin.

Gambar 3. Organisasi molekular dari filamen actin. (A) actin G (globular); (B) actin F (polimer actin G): (C) actin F dengan kedua butir; satu molekul tropomyosin dan setiap 36 nm satu molekul troponine; (D) myofilament dalam bentuk gel dan cair.

1. Aktin G; 2. Aktin F; 3. tropomyosin; 4. troponin; 5_ filamen ABP; 6. galsoline dan villine

Actin terdapat dalam 2 bentuk yaitu:

a. Actin-G dalam bentuk globular dengan berat molekul 42.000 Da dan dicirikan oleh kandungan asam amino N-methylhistidine.

b. Actin-F dalam bentuk fibrilair.

Bila konsentrasi Mg++ dan ATP meningkat, actin-G terpolimerasi menjadi actin-F, membentuk suatu double helix yang berdiameter 7 nm dan jarak 72 nm. Polimerisasi tersebut her jalan seperti berikut:

- Suatu molekul ATP melekat pada actin-G. Molekul actin-G yang aktif bersatu pada satu molekul ADP.

- Molekul actin-G aktif membentuk dua untai berpilin. ADP melekat pada setiap monomer berfungsi sebagai regulator allosterik.

Actin-F terdapat dalam semua sel-sel nonanusculer (jaringan sub-membraner sumbu microvilli) berasosiasi dengan molekul lain seperii speetrin, a,-actinin dan vinculin. Actin berpartisipasi pada organisasi myofibril dan sel muscular skelet atau myocyte cardiac.

Fungsi :

Actin-F berperan dalam pembentukan sitoskeleton dan pergerakan selular. Dalam pembentukan sitoskeleton actin F antara lain bertindak sebagai factor gelifikasi (perekat), menyebabkan sitoplasma tetap dalam bentuk gel. Faktor gelasi. ABP (Actin Binding Protein) dan Filamen memodifikasi viscoelastisitas dari sitoplasma dengan menginduksi, melalui hubungan dengan berkas actin, pembentukan suatu jaringan yang rigid. Dengan demikian menyebabkan terbentuknya semacam skeleton dan sitoplasma yang senantiasa dalam kondisi gel.

Dalam pergerakan sel, actin-F berperan secara aktif pada mekanisme kontraksi oleh adanya 2 kofaktor yaitu:

- Tropomyosine (protein fibrilair yang terdapat di antara setiap molekul actin)

- Troponine (protein globular melekat pada satu bagian ekstremitas molekul tropomyosine)

Di samping itu dimungkinkan pula oleh adanya filamen myosine yang tersusun dari molekul myosine yang mengandung 4 rantai polipeptida (2 panjang dan 2 pendek). Kedua rantai polipeptida memintal satu dengan yang lain membentuk heliks. Filamen myosin memiliki panjang yang bervariasi, umumnya pendek pada sel non-muskular dan kadang dapat mencapai 1,5 mikrometer pada sel muscular yang berdiferensiasi. Filamen myosine terdiri dari meromyosine yang dibedakan lagi atas yang meromyosin ringan (LMM) dan meromyosin berat (HMM). Meromyosine berat merupakan jembatan terputar ("cross bridge") menuju eksterior, dalam bentuk heliks yang berjarak 42.9 rim. Heliks aktin merupakan struktur dari myofilamen tipis. Meromyosine berat terdiri dari 3 sub fragmen yaitu 1 subfragmen S2 (batang) dan 2 sub fragmen SI (kepala globular). Segmen S1 memiliki sifat yaitu melekat pada actin dan menerima ATPase myosin oleh adanya Ca++ . Energi yang diperlukan untuk kontraksi diperoleh dari penguraian ATP oleh ATPase. Transisi antar istirahat (relaksasi) dan kontraksi bergantung pada konsentrasi ion Ca bebas di sekitarnya. Jika tidak ada Ca2+, maka protein regulator (tropomyosin dan berbagai troponin) menghalangi interaksi antara aktin dan myosin.

Gambar 4. Struktur myosin

Mekanisme kontraksi (interaksi antara aktin dan myosin) dan relaksasi (tidak ada interaksi antara aktin dari myosin) dari filamen myosine terjadi tanpa adanya modifikasi dari ukurannya, menyebabkan meluncurnya filamen actin. Sel eukariot mengandung aktin dalam konsentrasi yang tinggi dan myosin berkonsentrasi yang rendah. Filamen aktin dan myosin terdapat pada amuba sehingga diketahui berperan dalam pergerakan amuba yaitu dengan kontraksi frontal.

FILAMEN INTERMEDIAT

Struktur :

Memiliki struktur fibriler dengan diameter antara 7 dan 11 nm menghubungkan antara mikrotubulus dan mikrofilamen. Filamen intermediat tidak ditemukan pada semua tipe sel. Dibedakan atas beberapa kelompok utama dari filamen intermediat. Filamen intermediat umumnya terdiri dari 31 asam amino, memiliki bagian yang heliks dan menyerupai jarum. Bagian pusat dikelilingi oleh amino dan karboksil terminal.

Filamen intermediat dapat dibedakan atas 2 berdasarkan struktur biokimianya

yaitu:

1. Homopolimer yang termasuk protein seperti:

- Vimentine (sel mesenchim): karakteristik dari sel mesenchim, terutama fibroblast, fibrocyte, chondrocyte dan sebagainya.

- Desmine (sel otot): Terdapat pada sel muscular pada lapisan tengah dari dinding vascular.

- Gilial Fibrillary Acidic protein/GFA (astrosit): Spesifik pada sel gilial, sel neuroectodermis yang berperan antara lain dalam jaringan nervus.

2. Heteropolimer yang dibedakan atas sitokeratin (epitel) dan neurofilamen (sel saraf). Jenis protein yang membentuk filamen intermediat member) karakteristik sel dan jaringan yang dibentuk.

Fungsi :

Pada sebagian sel, filamen intermediat mempunyai peranan struktural mikrotubulus, mikrofilamen dan filamen intermediat berinteraksi dalam sel untuk membentuk suatu sitoskeleton.

MOTILITAS SEL (GERAKAN SEL)

Pengamatan dengan menggunakan mikroskop elektron mengungkapkan bahwa pada umumnya matriks sitoplasma sel eukariot mengandung kerangka sel yang tersusun dalam struktur yang berdimensi 3. Mikrotubulus, organel-organel mikrotubuia dan mikrofilamen memainkan peranan dalam pembelahan sel (sitokenesis) dan pergerakan sel (motilitas sel). Organel sel yang terbentuk dari susunan mikrotubulus beberapa di antaranya merupakan organel transitoris seperti aster dari spindle yang timbul dan menghilang pada daur mitosis dan miosis. Sedang organel yang permanen adalah seperti cilia, flagella, basal body dan sentriol.

Gambar 5. Flagella dan sentriol

a. Sitokenesis

Mikrotubulus bermula di dalam sitoplasma tanpa lokalisasi yang pasti dan mengarah radial dari nukleus. Penampakannya berupa filamen lurus atau kurva dan berakhir di permukaan sel. Filamen ini menghilang oleh depolimerisasi apabila diberikan pertakuan colchicinin, atau pendinginan. Selanjutnya dapat timbul atau nampak kembali bila diberi perlakuan sebaliknya yaitu akan nampak pada daerah sentrofer yakni daerah yang mengandung sentriot. Sentrofer merupakan pusat organisasi mikrotubulus. Pada sel yang memasuki fase mitosis mikrotubulus sitoplasma menghilang dan diganti oleh benang-benang spindle dan aster.

b. Gerakan membran

Gerakan yang berlokalisasi pada membran nampak oleh peran dari tilamen actin. Fenomena yang paling jelas adalah tonjolan-tonjolan halus ini adalah mikrovilli yang terdiri dari sekitar 24-30 mikrofilamen. Mikrovilli ini secara teratur memanjang dan memendek ke dalam epitelium intestinal. Mikrofilamen yang menyusun mikrovilli, berkelompok oleh adanya interaksi dari fimbrin dan villin. Kelompok mikrofilamen tersebut tersusun parallel di sepanjang mikrovilli dan terbenam dalam membran plasma pada bagian ujung mikrovilli. Tidak ditemukan adanya myosin dalam mikrovilli namun terdapat anyaman mikrofilamen yang disebut jaring terminal yang mengandung myosin. Interaksi myosin dan actin menyokong mikrovilli dan membentuk mekanisme kontraksi yang memendekkan mikrovilli.

c. Gerakan silia dan flagella amuboid

Organel silia dan flagella berperanan dalam motilitas sel. Flagella bentuknya panjang menonjol keluar sel, umumnya jumlahnya sedikit. Terdapat di ujung atau di perm ukaan sel. Silia bentuknya pendek dan jumlahnya banyak.

Gambar 6. Gerakan Flagel

Protozoa banyak yang mempunyai flagella atau cilia. Demikian pula spermatozoa dari metazoa bergerak oleh karena adanya flagella. Pada permukaan dalam dari saluran pencernaan makanan pernafasan dan sebagian saluran reproduktif memiliki silia epitel.

Mekanisme pergerakan sel yang amuboid yaitu melibatkan tahap penjuluran membran dan daya rekat/adherence yang menyebabkan sitoplasma sel mengalir ke depan. Aksi tersebut melibatkan peran dari mikrofllamen aktin. Pereobaan yang dilakukan dengan penambahan sitochalasin B nampak bahwa tidak terjadi gerakan amuboid. Gerakan amuboid diduga melibatkan sistem kontraksi oleh aktin dan myosin seperti halnya juga pada sel otot.

Kontraksi Otot

Otot rangka berbentuk silindris dengan tebal antara 10 – 40 µm dengan panjang dapat mencapi 40 mm serta mengandung ratusan nukleus. Oleh karena itu sel otot rangka biasa disebut serabut otot. Serabut otot memeiliki banyak nukleus yang disebabkan oleh fusi mononukleat mioblas pada embrio.

Gambar 7. Penampang otot

Penampang melintang serabut otot terlihat seperti kabel yang tersusun dari banyak sekali serabut halus berbentuk silindris yang disebut dengan myofibril. Miofibril dipisahkan satu sama lain oleh oleh suatu sistem membran yang mengandung mitokondria, lipid droplet dan granula glikogen.Setiap myofibril mengandung unit kontarktil yang berulang yang disebut dengan sarkomer. Setiap sarkomer tersusun dengan pola khas pita dan garis yang meperlihatkan gambaran gelap terang (lurik). Pengamat pada serabut otot yang diwarnai dengan menggunakan mikroskop elektron pola overlapping pada sebagian dari dua tipe filament yang berbeda, yang disebut dengan filament tipis dan tebal. Setiap sarkomer memanjang dari garis Z sampai garis Z berikutnya dengan beberapa daerah pita gelap dan terang, seperti terlihat pada gambar di bawah.
 

Gambar 8. Struktur sarkomer

Sarkomer memiliki sepasang pita terang, I band, yang berada di sebelah luar yang mengapit daerah yang lebih gelap, A band, di mana A band mengapit H zone yang berwarna lebih terang. Pada bagian tengah H zone terdapat garis M (M line). I band mengandung filament tipis sedangkan A band mengandung filament tebal. Bagian luar daerah A dan H saling tumpang tindih dan mengandung kedua macam filamen. Penampang melintang pada daerah yang saling tumpang tindih memperlihatkan bahwa filamen tipis tersusun heksagonal mengelilingi setiap filamen tebal di mana setiap filamen tipis terletak di antara dua filamen tebal.

Gambar 9. Skema susunan filamen tebal dan filamen tipis

MODEL SLIDING FILAMENT

Semua otot rangka melakukan kontarksi dengan memendek. Unit kontraksi (pemendekan) adalah sarkomer, yang menyebabkan pemebdekan seluruh otot. Petunjuk penting yang mendasari mekanisme kontraksi otot adalah pola gelap terang dari sarkomer pada berbagai tahap proses kontraksi. Pada satu serabut otot yang memendek, A band relative memiliki panjang yang tetap, sedangkan H band dan I band mengalami pemendekan kemudian tampak menyatu. Pada saat pemendekan terjadi Z line tampak saling berdekatan serta semakin berdekatan dengan ujung luar dari A band hingga tampak berhubungan satu sama lain.

Berdasarkan pengamatan di atas, dua kelompok peneliti Inggris, Andrew Huxley dan R. Niedergerke serta Hugh Huxley dan Jean Jason mengajukan model untuk kontraksi otot. Menurut mereka, kontarksi otot tidak disebabkan oleh pemendekan filamen tetapi sebih disebabkan oleh sliding satu sama lain. Sliding filamen tipis pada sentral sarkomer dalam pengamatan menunjukkan menjadi penyebab peningkatan daerah yang saling tumpang tindaih antar filamen dan menyebabkan pemendekan I dan H band.

Gambar 10. Skema model sliding filemen pada kontarksi otot

Komposisi dan susunan miofilamen

Filamen tipis dari sarkomer terutama mengandung aktin sedangkan filamen tebal mengandung miosin. Protein lainyang banyak erdapat dalam serabut otot adalah titin, suatu molekul yang memiliki berat lebih dari 3 juta dalton dan memiliki panjang lebih dari 1 µm serta merupakan protein terbesar yang pernah diamati. Titin berasal dari M line dan memanjang sepanjang filamen miosin menuju ke A band dan berakhir pada Z line.

Gambar 11. Skema protein penyusun filamen

Selain aktin, filamen tipis mengandung dua protein lain yaitu tropomisin dan troponin. Tropomiosin merupakan suatu molekul yang panjangnya bisa mencapai 40 nm, sedangkan troponon suatu protein yang berbentuk globular yang tersusun atas 3 subunit. Setiap filemen tebal tersusun atas beberapa ratu molekul miosin besama sejumlah kecil protein lain. Filamen tebal memiliki polaritas yang berlawanan dan terdapat pada bagian tengan sarkomer yang berhubungan pada M line (lihat pada gambar di atas). Pusat dari filamen disusun oleh ekor molekul miosin yang letaknya berlawanan arah dengan daerah kepala.

RANGKUMAN

Sitoskelet atau rangka sel merupakan filamen-filamen non spesifik yang umum terdapat pada semua sel membentuk jalinan pada daerah sitoplasma. Sitoskelet terdiri dari mikrofilamen, filamen intermediat dan mikrotubulus

Fungsi Sitoskeleton adalah sebagai berikut:

a. Memberikan kekuatan mekanik pada sel

b. Menjadi kerangka sel

c. Membantu gerakan substansi dari satu bagian sel ke bagian yang lain.

Mikrotubulus memiliki bentuk silinder dengan diameter luarnya ± 30 nm dan lumernya 1 14 nm dengan ketebalan dindingnya 8 nm. Panjangnya bervariasi tergantung dari tipe sel dan spesies, namun kadang-kadang dapat mencapai 1000 kali tebalnya yaitu hingga 25 µm, namun tidak memiliki cabang.

Mikrofilamen ukurannya lebih pendek dari mikrotubulus yaitu panjangnya 1-2 µm dan tebal 5-7 nm. Struktur dari mikrofilamen berhubungan dengan fungsinya, tersusun dari protein actin.

SENARAI

Sitoskelet : rangka sel berbentuk filamen yang terdiri dari 3 macam yaitu mikrotubulus, mikrofilamen dan filamen intermediet. Berfungsi antara lain sebagai penyokong, rangka berbagai macam jenis sel dan pergerakan sel

Mikrotubulus organization center : suatu struktur yang berperan dalam pembentukan mirotubulus.

Mirotubulus : berbentuk silindris, dengan diameter 25 nm di mana dindingnya tersusun atas heterodimer αβ-tubulin yang tersusun sejajar.

Mikrofilamen : berbentuk solid, dengan tebal 8 nm, suatu rangka sel yang tersusun atas protein aktin yang tersusun secara double helix dan berperan dalam pergerakan dan kontraksi sel.

Miofibril : berbentuk silidris tipis, menyusun serabut otot. Setiap myofibril tersusun atas unit kontraktil yang berulang-ulang yang disebut sarkomer dan memberikan gambaran gelap terang pada otot.

Serabut otot : sel otot rangka, disebut serabut otot karena berbentuk seperti serabut dengan inti yang banyak dan tersusun atas ratusan serat tipis berbentuk silindris.

Sarkomer : Suatu unit kontraksi dari myofibril yang memberikan gambaran gelap terang pada otot.

Filamen tipis : Satu dari dua macam filamen yang memberikan cirri khas bagi sarkomer. Mengandung aktin yang tersusun heksagonal di sekeliling filamen tebal. Setiap filamen tipis terdapat di antara filamen tebal.

Filamen tebal : Satu dari dua macam filamen yang memberikan cirri khas bagi sarkomer. Mengandung miosin yang tersusun mengelilingi filamen tipis.

Tubulin : Protein yang menyusun dinding mikrotubulus