Adaptasi Selular Terhadap Stres Lingkungan PDF

Adaptasi selular terhadap stres lingkungan Marselina Tan & Anggraini Barlian  Homeostasis sel Homeostasis: Steady state Sel berada dalam fungsi optimal, dan kebutuhan fisiologis sel terpenuhi dengan baik  Adaptasi sel Adaptasi sel : Perubahan struktur atau fungs...

Adaptasi selular terhadap stres lingkungan Marselina Tan & Anggraini Barlian  Homeostasis sel Homeostasis: Steady state Sel berada dalam fungsi optimal, dan kebutuhan fisiologis sel terpenuhi dengan baik  Adaptasi sel Adaptasi sel : Perubahan struktur atau fungsi yang reversible yang terjadi sebagai respon terhadap lingkungan Kemampuan sel untuk memberi respon terhadap berbagai tipe stimulus atau perubahan lingkungan. Adaptasi yang terjadi : Hipertrofi (pembesaran ukuran sel Hiperplasis = penambahan Jumlah sel Atrofi = penurunan ukuran dan Jumlah sel Metaplasia = trasnformasi tipe sel epitel ke bentuk lain Displasia = kelainan pertumbuhan sel Korelasi antara normal, teradaptasi, reversible cedera dan sel miokardial yang mati. Adaptasi seluler: hipertropi. Tipe kematian sel: nekrosis iskemik. Pada cedera miokardium yang reversible, umumnya efeknya hanya fungsional tanpa adanya perubahan mikroskopis. Dalam hal miokardiak hipertropi, dinding ventrikel (kiri) lebih dari 2 cm ketebalannya (normal 1-1,5 cm) Pada specimen nekrosis, terlihat adanya miokardial infarction yang akut. Setelah sel mati, terjadi kebocoran enzim. Hipertropi fisiologis dari uterus selama kehamilan. A. Normal uterus (kanan) dan uterus dalam keadaan hamil (kiri) B. Otot polos dari uterus normal (kiri) dibandingkan dengan uterus dalam keadaan hamil  Metaplasia A. Diagram skematik metaplasia dari columnar/ silindris ke berlapis pipih/ squamous B. Transformasi metaplastic dari epitel berlapis banyak pipih (kiri) menjadi epitel kolumnar pada (disebut: metaplasia Barrett) Respon sel terhadap Cedera (Cell injury)  Representatif skematik dari sel normal dan perubahan- perubahan reversible maupun irreversible pada cedera sel Cedera sel (Cell injury) Sel tidak dapat beradaptasi, atau sel sudah melampaui batas maksimum kemampuan sel untuk beradaptasi terhadap stimulus fisiologi/patologis Terjadi akibat stimulus yang merusak, hilangnya nutrient atau mutasi Tipe cedera sel : Reversible Irreversible (menyebabkan kematian sel) Mekanisme cedera sel (dapat terjadi pada waktu yang sama) : Kerusakan mitokondria Abnormalitas homeostasis kalsium Kerusakan DNA Kerusakan membrane Stress reticulum endoplasma Stress oksidatif Prinsip mekanisme biokimiawi dan tempat kerusakan dalam cedera sel. Penyebab dan mekanisme kematian sel oleh nekrosis dan apoptosis masing-masing berdiri sendiri atau overlap Stimulus yang dapat melukai sel Agensia fisik : Trauma mekanik Perubahan temperature dan tekanan atmosfir Radiasi Kejut Listrik Agensia kimiawi dan obat : Senyawa penyebab kekacauan elektrolit (e.g., glucose) racun (e.g., cyanide, arsenic) Polutan lingkungan Senyawa industry (e.g., asbestos) Obat yang memiliki efek toksik Kekurangan oksigen : Ischemia Dekompensasi kardiorespirasi Penurunan kemampuan darah untuk mengikat oksigen ↓ Infeksi: virus, bacteria, parasit, agensia biologis lainnya Stimulus yang dapat melukai sel Reaksi immunologis Reaksi imun terhaap agensia eksternal Penyakit autoimmune Abnormalitas genetik : Cacat bawaan Defiensi protein karena kerusakan enzim Protein salah melipat Defisiensi atau kelebihan nutrisi : Defiseinsi nutrisi (kekurangan vitamin) Kelebihan nutrisi (obesitas, lipid yang meningkat)  Kerusakan mitokondria Sumber utama untuk sintesis ATP Konsekuensi kerusakan mitokondria Kekurangan ATP  perubahan permeabilitas membrane mitokondria  hilangnya membrane potensial dan fosforilasi oksidatif  penurunan ATP Kekurangan ATP akan menyebabkan : Pembengkakan sel : pompa Na+/K+ gagal bekerja – akumulasi sel Penurunan aktifitas enzim sitosol: ↑ glycogenolysis dan glycolysis untuk mengatasi kehilangan ATP  penurunan glikogen → ↑ lactic acid dan fosfat anorganik → ↓ intracellular pH → kegagalan kerja enzyme Penurunan sintesis protein Kegagalan fosforilasi oksidatif: terbentuk ROS  kerusakan lipid/protein/protein  Ketika ATP berkurang/ habis dan sintesis ATP turun biasanya berasosiasi dengan keadaan hipoksia dan cedera kimiawi (toksik) Fosfat berenergi tinggi dalam bentuk ATP dibutuhkan dalam proses sintesis dan degradasi di dalam sel, termasuk transport membrane, sintesis protein, lipogenesis dan reaksi deacylation– reacylation penting dalam fosfolipid turnover. ATP dihasilkan dengan 2 cara: - The major pathway di dalam sel mamalia adalah fosforilasi oksidatif dan adenosin difosfat - Kedua adalah glycolytic pathway yang menghasilkan ATP tanpa oksigen, menggunakan glukosa dari cairan tubuh atau dari hidrolisis glikogen. Jaringan drngan kapasitas glikolitik yang tinggi seperti hati, memiliki keuntungan ketika ATP level turun karena adanya penghambatan karena metabolism oksidatif pada saat cedera.  Abnormalitas homeostasis kalsium Ca2+ intrasel umumnya rendah (biasanya tersimpan dalam mitokondria dan ER) Stimulus yang dapat mencederai : Kekurangan oksigen /ischemia Toxin Akibat dari kegagalan homeostasis kalsium : Pelepasan Ca²⁺ dari organel penyimpan kalsium dan peningkatan influx Ca²⁺ melalui membrane plasma sel ↑ Calcium →pembukaan pori mPTP mitokondria (mitochondrial permeability transition pore) → penurunan ATP Peningkatan enzim yang diaktivasi Ca²⁺ Phospholipases → kerusakan membran Proteases → degradasi protein membrane dan sitoskelet Endonucleases → fragmentasi DNA dan chromatin https://www.lecturio.com/concepts/cell-injury-and-death/ ATPases → penurunan ATP Peran ROS dalam cedera sel Oksigen dikonversi menjadi superoksida oleh enzim oksidatif di ER, mitokondria, plasma membrane, peroksisom dan sitosol. Superoksida dikonversi menjadi peroksida oleh dismutase, superoksida juga juga dihasilkan langsung dari oksidasi peroksisom. Resultante kerusakan karena radikal bebas terhadap lipid, protein dan DNA menyebabkan berbagai bentuk cedera sel. Antioksidan enzim utama diantaranya: SOD (Superoxide dismutase), catalase dan glutation peroksidase (GSH). Waktu perubahan biokimiawi dan morfologi dalam cedera sel Sel akan mengalami perubahan secara biokimia dan morfologi ketika cedera berkelanjutan yang akhirnya akan mati secara nekrosis. Semua stress dan pengaruh buruk bagi sel akan direspons di tingkat biokimia dan molekuler Terdapat time lag antara stress dan perubahan morfologi pada cedera sel ataupun kematian sel. Durasi dari delay/ fase lag ini bervariasi tergantung dari sensitifitas dan metode pengamatannya. Integrasi respons stress seluler dan sistemik dan perannya dalam Sel mamalia merespons menjaga homeostasis organisme gangguan intra-dan ekstra- seluler melalui mekanisme untuk menjaga dan memperbaiki homeostasis seluler. Jika fluktuasi lingkungan mikro terlalu besar atau lama, maka sel mamalia akan mengalami senses sehingga in-active proliferasi atau regulated cell death (RCD). Baik seluler senesens maupun RCD memiliki mekanisme untuk menjaga homeostasis sistemik Ketika fungsi fisiologis sel hilang. Adaptasi seluler terhadap stress sangat berkaitan dengan “cell- extrinsic mechanisms “ dalam homeostasis sehingga respons seluler diatur secara efisien dalam lingkunan mikro secara Galluzzi, 2018 local maupun sistemik melalui “danger signals” yang bekerja secara parakrin atau mediator endokrin untuk menjaga kesintrasan organisme. Mekanisme “cellular aging” Mekanisme “cellular aging. Faktor-faktor genetik dan lingkungan yang mengganggu akan menjadi suatu kombinasi untuk menghasilkan abnormalitas seluler yang menjadi karakteristik dari proses aging. Gambar skematik adaptasi dan mekanisme unik oleh “resurrection plants” untuk Respons stress kekeringan pada bertahan kekeringan yang ekstrim dibandingkan dengan “non-resurrection plants” resurrection (Boea hygrometrica) dan non-resurrection (Arabidopsis thaliana) dalam perubahan daun relative terhadap kandungan air (relative water content ,RWC). Tanda panah menunjukkan arah kehilangan air yang mempengaruhi RWC baik pada resurrection dan non resurrection plants. Pada saat kehilangan air, resurrection plants secara berangsur akan mengalami kelayuan daun (shrinking, and curling) , namun non-resurrection plants menunjukkan tanda2 kerusakan dan gangguan metabolism. Proses secara seluler yang diinduksi kekeringan ditandai cell shrinkage and cell wall folding, menginduksi apoplastic signaling pada resurrection plants, sehingga mengaktifkan mekanisme perlindungan dan perbaikan, autophagy, photosynthetic Liu et al., 2024 shutdown, alternative oxidase upregulation pada mitochondria. Tugas makalah dan presentasi (Tugas kelompok) Buat makalah dan ppt dari artikel ilmiah (1-2 artikel) maksimum 5 tahun terakhir dengan topik : Aplikasi Biologi sel dalam kehidupan sehari-hari (dapat terkait mikroba/tumbuhan/hewan/manusia) Tugas masuk tanggal 16 Desember 2024, pukul 17.00 (lewat edunex) Presentasi maksimum 15 menit, dan tanya jawab 10 menit Kelompok yang presentasi akan diundi pada hari selasa 17 Desember 2024 Tugas yang dikumpulkan TIDAK BOLEH HANYA MENTERJEMAHKAN DARI ARTIKEL, tetapi HARUS merupakan rangkuman dari artikel tersebut Isi makalah: Pendahuluan Hasil & Pembahasan Kesimpulan Sumber literatur Artikel yang digunakan harus dilampirkan pada tugas yang dikumpulkan