Informasi

5.4: Ringkasan- Organel - Biologi

5.4: Ringkasan- Organel - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hasil pembelajaran

  • Jelaskan komposisi dasar sitoplasma
  • Jelaskan struktur dan fungsi nukleus dan membran nukleus
  • Jelaskan struktur, fungsi, dan komponen sistem endomembran!
  • Jelaskan struktur dan fungsi ribosom!
  • Jelaskan struktur dan fungsi mitokondria
  • Jelaskan struktur dan fungsi vesikel
  • Jelaskan struktur dan fungsi peroksisom!
  • Tunjukkan keakraban dengan berbagai komponen sitoskeleton
  • Jelaskan struktur dan fungsi flagela dan silia!
  • Menjelaskan struktur dan fungsi membran sel
  • Identifikasi organel kunci yang hanya ada dalam sel tumbuhan, termasuk kloroplas dan vakuola
  • Identifikasi organel kunci yang hanya ada dalam sel hewan, termasuk sentrosom dan lisosom

Tabel 1 memberikan komponen sel prokariotik dan eukariotik dan fungsinya masing-masing.

Tabel 1. Komponen Sel Prokariotik dan Eukariotik serta Fungsinya
Komponen SelFungsiHadir di Prokariota?Hadir dalam Sel Hewan?Hadir dalam Sel Tumbuhan?
Membran plasmaMemisahkan sel dari lingkungan eksternal; mengontrol perjalanan molekul organik, ion, air, oksigen, dan limbah ke dalam dan ke luar selYaYaYa
sitoplasmaMenyediakan struktur ke sel; tempat banyak reaksi metabolisme; medium di mana organel ditemukanYaYaYa
NukleoidLokasi DNAYaTidakTidak
IntiOrganel sel yang menampung DNA dan mengarahkan sintesis ribosom dan proteinTidakYaYa
RibosomSintesis proteinYaYaYa
MitokondriaProduksi ATP/respirasi selulerTidakYaYa
PeroksisomMengoksidasi dan memecah asam lemak dan asam amino, dan mendetoksifikasi racunTidakYaYa
Vesikel dan vakuolaPenyimpanan dan transportasi; fungsi pencernaan pada sel tumbuhanTidakYaYa
SentrosomPeran yang tidak ditentukan dalam pembelahan sel pada sel hewan; sumber mikrotubulus dalam sel hewanTidakYaTidak
LisosomPencernaan makromolekul; daur ulang organel usangTidakYaTidak
Dinding selPerlindungan, dukungan struktural dan pemeliharaan bentuk selYa, terutama peptidoglikan pada bakteri tetapi bukan ArchaeaTidakYa, terutama selulosa
KloroplasFotosintesisTidakTidakYa
Retikulum endoplasmaMemodifikasi protein dan mensintesis lipidTidakYaYa
Aparatus GolgiMemodifikasi, menyortir, menandai, mengemas, dan mendistribusikan lipid dan proteinTidakYaYa
SitoskeletonMempertahankan bentuk sel, mengamankan organel pada posisi tertentu, memungkinkan sitoplasma dan vesikel bergerak di dalam sel, dan memungkinkan organisme uniseluler bergerak secara mandiriYaYaYa
Flagelapenggerak selulerBeberapaBeberapaTidak, kecuali beberapa sperma tumbuhan.
Bulu mataPergerakan seluler, pergerakan partikel di sepanjang permukaan ekstraseluler membran plasma, dan filtrasiTidakBeberapaTidak

Seperti sel prokariotik, sel eukariotik memiliki membran plasma, sitoplasma, dan ribosom, tetapi sel eukariotik biasanya lebih besar dari sel prokariotik, memiliki inti sejati (artinya DNA-nya dikelilingi oleh membran), dan memiliki membran lain. organel terikat yang memungkinkan untuk kompartementalisasi fungsi. Membran plasma adalah bilayer fosfolipid tertanam dengan protein. Nukleolus di dalam nukleus adalah tempat untuk perakitan ribosom. Ribosom ditemukan di sitoplasma atau melekat pada sisi sitoplasma membran plasma atau retikulum endoplasma. Mereka melakukan sintesis protein. Mitokondria melakukan respirasi seluler dan menghasilkan ATP. Peroksisom memecah asam lemak, asam amino, dan beberapa racun. Vesikel dan vakuola adalah kompartemen penyimpanan dan transportasi. Dalam sel tumbuhan, vakuola juga membantu memecah makromolekul.

Sel hewan juga memiliki sentrosom dan lisosom. Sentrosom memiliki dua badan, sentriol, dengan peran yang tidak diketahui dalam pembelahan sel. Lisosom adalah organel pencernaan sel hewan.

Sel tumbuhan memiliki dinding sel, kloroplas, dan vakuola sentral. Dinding sel tumbuhan, yang komponen utamanya adalah selulosa, melindungi sel, memberikan dukungan struktural, dan memberi bentuk pada sel. Fotosintesis terjadi di kloroplas. Vakuola pusat mengembang, memperbesar sel tanpa perlu menghasilkan lebih banyak sitoplasma.

Sistem endomembran meliputi selubung nukleus, retikulum endoplasma, aparatus Golgi, lisosom, vesikel, serta membran plasma. Komponen seluler ini bekerja sama untuk memodifikasi, mengemas, menandai, dan mengangkut lipid dan protein membran.

Sitoskeleton memiliki tiga jenis elemen protein yang berbeda. Mikrofilamen memberikan kekakuan dan bentuk pada sel, dan memfasilitasi pergerakan seluler. Filamen perantara menahan tegangan dan menambatkan nukleus dan organel lain pada tempatnya. Mikrotubulus membantu sel menahan kompresi, berfungsi sebagai jalur untuk protein motorik yang menggerakkan vesikel melalui sel, dan menarik kromosom yang direplikasi ke ujung yang berlawanan dari sel yang membelah. Mereka juga merupakan elemen struktural sentriol, flagela, dan silia.

Sel-sel hewan berkomunikasi melalui matriks ekstraseluler mereka dan terhubung satu sama lain oleh persimpangan ketat, desmosom, dan persimpangan celah. Sel tumbuhan dihubungkan dan berkomunikasi satu sama lain oleh plasmodesmata.

Soal Latihan

Dalam konteks biologi sel, apa yang dimaksud dengan bentuk mengikuti fungsi? Apa setidaknya dua contoh dari konsep ini?

[baris area praktik=”4″][/area praktik]
[reveal-answer q="596885″]Tampilkan Jawaban[/reveal-answer]
[hidden-answer a="596885″]"Bentuk mengikuti fungsi" mengacu pada gagasan bahwa fungsi bagian tubuh menentukan bentuk bagian tubuh itu. Sebagai contoh, organisme seperti burung atau ikan yang terbang atau berenang dengan cepat di udara atau air memiliki tubuh ramping yang mengurangi hambatan. Pada tingkat sel, pada jaringan yang terlibat dalam fungsi sekretorik, seperti kelenjar ludah, sel memiliki Golgi yang melimpah.[/hidden-answer]


5.4: Ringkasan- Organel - Biologi

Semua sel, apakah mereka prokariotik atau eukariotik, memiliki beberapa ciri umum. Fitur-fitur umum ini adalah:

DNA, materi genetik yang terkandung dalam satu atau lebih kromosom dan terletak di daerah nukleoid yang tidak terikat membran pada prokariota dan nukleus yang terikat membran pada eukariota

Membran plasma, lapisan ganda fosfolipid dengan protein yang memisahkan sel dari lingkungan sekitarnya dan berfungsi sebagai penghalang selektif untuk impor dan ekspor bahan

sitoplasma, sisa bahan sel di dalam membran plasma, tidak termasuk daerah nukleoid atau nukleus, yang terdiri dari bagian cairan yang disebut sitosol dan organel serta partikulat lain yang tersuspensi di dalamnya

1. Materi genetik (DNA) terlokalisasi pada daerah yang disebut nukleoid yang tidak memiliki membran sekitarnya.

2. Sel mengandung sejumlah besar ribosom yang digunakan untuk sintesis protein.

3. Di pinggiran sel adalah membran plasma. Pada beberapa prokariota, membran plasma terlipat membentuk struktur yang disebut mesosom, yang fungsinya tidak dipahami dengan jelas.

4. Di luar membran plasma sebagian besar prokariota terdapat dinding yang cukup kaku yang memberi bentuk pada organisme. Dinding bakteri terdiri dari peptidoglikan. Terkadang ada juga kapsul luar. Perhatikan bahwa dinding sel prokariota berbeda secara kimiawi dari dinding sel eukariotik sel tumbuhan dan protista.


Organel

Banyak hal yang perlu Anda ketahui berlaku untuk struktur sel eukariotik. Mereka dicirikan oleh memiliki organel yang terikat membran.

Sitosol dan Retikulum Endoplasma (RE)

sitoplasma mengacu pada bahan seperti jeli dengan organel di dalamnya.

Jika organel dihilangkan, bagian larut yang tersisa disebut sitosol. Ini terutama terdiri dari air dengan zat terlarut seperti asam amino di dalamnya.

Juga hadir dalam sitosol adalah protein dan enzim yang lebih besar yang digunakan dalam reaksi di dalam sel. Berjalan melalui sitosol adalah retikulum endoplasma (RE), sistem rongga pipih yang dilapisi oleh membran tipis. Ini adalah tempat sintesis banyak zat di dalam sel dan dengan demikian menyediakan area terkotak di mana ini terjadi. Rongga juga berfungsi sebagai sistem transportasi dimana zat dapat bergerak melalui mereka dari satu bagian sel ke bagian lain.

Ada 2 jenis RE- kasar (RE) dan halus (SER). SER jelas terlihat seperti memiliki permukaan yang halus. Di sinilah lipid dan steroid dibuat sehingga Anda akan mengharapkan ada banyak SER di sel hati tempat lipid dimetabolisme.

RER terlihat kasar di permukaan karena dipenuhi dengan organel yang sangat kecil yang disebut ribosom. Ribosom terbuat dari RNA dan protein dan merupakan tempat sintesis protein (lihat DNA dan Kode Genetik).

Mungkin ada ribosom bebas di sitoplasma juga, yang juga merupakan tempat sintesis protein. Protein (termasuk enzim) yang disintesis kemudian pindah ke rongga RER untuk diangkut.

Aparatus Golgi

NS Aparatus Golgi adalah serangkaian lapisan pipih dari membran seperti pelat.

Protein yang dibuat oleh RER untuk diekspor dari sel terjepit di ujung rongga RER, sehingga lapisan membran mengelilinginya. Seluruh struktur disebut vesikel. Vesikel ini akan bergerak melalui sitosol dan menyatu dengan membran aparatus Golgi.

Di rongga aparatus Golgi, protein pembuluh dimodifikasi untuk diekspor - misalnya, dengan menambahkan karbohidrat ke protein. Di ujung rongga Golgi, produk sekretorik dijepit sehingga vesikel yang berisi zat dapat bergerak melalui sitosol ke membran permukaan sel.

Vesikel akan menyatu dengan membran ini dan melepaskan produk sekretori. Jika vesikel berisi enzim pencernaan, itu disebut lisosom. Lisosom dapat digunakan di dalam sel selama endositosis, atau untuk memecah organel lama yang berlebihan.

Mitokondria

Sebuah sel yang khas mungkin berisi 1.000 mitokondria, meskipun beberapa akan mengandung lebih banyak lagi. Umumnya, mereka adalah organel berbentuk sosis yang dindingnya terdiri dari: 2 membran.

Selaput dalam terlipat ke dalam membentuk tonjolan-tonjolan yang disebut krista. Di dalam ini adalah matriks.

Sebagian besar reaksi untuk respirasi aerobik berlangsung di mitokondria sehingga merupakan organel yang sangat penting.

Selama respirasi, ATP diproduksi, yang digunakan untuk menyediakan energi untuk reaksi sel. Sebagian besar ATP diproduksi di membran mitokondria bagian dalam. Ini sangat terlipat sehingga ada luas permukaan maksimum yang tersedia.

Dinding sel dan kloroplas

Ini hanya ditemukan di sel tumbuhan.

Kloroplas akan dibahas dalam fotosintesis - tetapi, seperti mitokondria - mereka memiliki amplop dari dua membran yang membentuk "dinding" luar.

Mereka memiliki pasangan membran yang disebut tilakoid disusun dalam tumpukan, setiap tumpukan disebut a nenek-nenek. Menghubungkan grana yang berbeda bersama-sama adalah tilakoid antar-granal. Mengelilingi membran internal, di dalam amplop adalah stroma.

Reaksi fotosintesis berlangsung di membran dan stroma kloroplas.

Dinding selnya kaku dan terbuat dari serat selulosa berjalan melalui campuran polisakarida lain (gula yang lebih kompleks) seperti pektin dan hemiselulosa.

yang lengket lamela tengah yang menyatukan sel-sel tetangga terbuat dari kalsium pektat dan magnesium pektat.

Pada sel muda, fibril selulosa dari dinding sel primer berjalan sejajar satu sama lain. Pada sel yang lebih tua, dinding sel sekunder dapat diletakkan di mana semua serat sejajar satu sama lain, tetapi pada sudut yang berbeda dengan dinding sel primer.

Dinding sel sepenuhnya permeabel kecuali zat yang disebut lignin diendapkan pada lapisan selulosa. Lignin membuat dinding sel sangat kuat dan tahan terhadap regangan tetapi juga membuatnya kedap air. Jika semua celah antara serat diisi, dinding menjadi benar-benar kedap dan sel akan mati.

Inti

Nukleus dipisahkan dari sitoplasma sekitarnya oleh membran ganda di sekitarnya, amplop nuklir. Ini mengatur aliran zat masuk dan keluar dari nukleus.

Di beberapa titik di sekitar nukleus, 2 membran menyatu untuk menciptakan pori-pori nuklir - ini adalah saluran di mana zat dapat bergerak. Bagian luar dari 2 membran terus menerus dengan RE.

Di dalam selubung nukleus terdapat nukleoplasma. Dalam hal ini ada kromosom seperti benang yang ditangguhkan (untuk struktur kromosom lihat DNA dan Kode Genetik).

Struktur lain di dalam nukleus adalah nukleolus. RNA, yang akan dibuat menjadi ribosom, disintesis di nukleolus.

Organel lainnya

Vakuola: ruang berisi cairan dalam sitoplasma yang dikelilingi oleh membran yang disebut tonoplast. Ini berisi larutan gula dan garam yang disebut sel getah.

Mikrotubulus: struktur seperti batang berongga dengan dinding protein tubulin. Mereka memberikan dukungan struktural sel dan dapat membantu transportasi melalui sel.

Mikrofilamen: struktur seperti batang yang terbuat dari protein kontraktil. Sekali lagi, seperti mikrotubulus, berikan dukungan dan bantuan gerakan.

sentriol: sepasang silinder berongga pendek, biasanya ditemukan di dekat inti sel hewan. Mereka terlibat dalam pembentukan serat gelendong yang digunakan dalam mitosis Reproduksi dan Siklus Sel Belajar-itu).

Bulu mata: tabung berongga memanjang di luar beberapa sel. Mereka memindahkan cairan, yang berada di luar sel - misalnya, sel-sel bersilia yang melapisi saluran pernapasan memindahkan lendir, menjauh dari paru-paru.

Flagela: mirip dengan silia, meskipun lebih panjang. Digunakan dalam pergerakan seluruh sel. Satu-satunya struktur seperti ini pada manusia adalah ekor sperma.

Menyelidiki fungsi organel sel

Untuk mendapatkan informasi yang dapat dipercaya tentang aktivitas suatu organel, perlu untuk mengisolasinya dan mengujinya secara individual.

Pertama-tama sel dipecah atau terjadi fraksinasi sel untuk menghasilkan homogenat atau suspensi. Ini dilakukan dengan menggunakan blender dengan sel-sel dalam larutan dingin dan isotonik. Karena larutan bersifat isotonik, organel tidak memperoleh, atau melepaskan air melalui osmosis dan karena dingin, kerja enzim, yang dapat merusak organel, dicegah.

Sentrifugasi diferensial suspensi kemudian dilakukan. Sebuah tabung berisi suspensi diputar dalam centrifuge dengan kecepatan, yang menyebabkan organel terberat terlempar ke bawah, membentuk sedimen. Organel ringan lainnya tetap mengambang di cairan supernatan bening di atas sedimen.

Sedimen dapat dihilangkan dan aktivitas organel terberat seperti nukleus, ditentukan. Supernatan kemudian dapat diputar dengan kecepatan lebih cepat sehingga organel yang lebih ringan seperti mitokondria mengendap.


Sperma Sangat Diadaptasi untuk Mengirimkan DNA Mereka ke Telur

Sperma tipikal adalah sel “stripped-down”, dilengkapi dengan flagel yang kuat untuk mendorong mereka melalui media berair tetapi tidak dibebani oleh organel sitoplasma seperti ribosom, retikulum endoplasma, atau aparatus Golgi, yang tidak diperlukan untuk tugas pengiriman DNA ke telur. Sperma, bagaimanapun, mengandung banyak mitokondria yang ditempatkan secara strategis di mana mereka dapat memberi daya paling efisien pada flagel. Sperma biasanya terdiri dari dua daerah yang berbeda secara morfologis dan fungsional yang dibatasi oleh membran plasma tunggal: ekor, yang mendorong sperma ke sel telur dan membantunya menembus kulit telur, dan kepala, yang berisi inti haploid kental (Gambar 20-25). DNA dalam nukleus sangat padat, sehingga volumenya diminimalkan untuk transportasi, dan transkripsi dimatikan. Kromosom banyak sperma telah mengeluarkan histon sel somatik dan dikemas dengan protein sederhana yang bermuatan sangat positif yang disebut protamin.

Gambar 20-25

Sperma manusia. Hal ini ditunjukkan pada bagian memanjang.

Di kepala sebagian besar sperma hewan, berdekatan dengan ujung anterior selubung nukleus, terdapat vesikel sekretorik khusus yang disebut vesikel akrosom (lihat Gambar 20-25). Vesikel ini mengandung enzim hidrolitik yang dapat membantu sperma menembus lapisan luar sel telur. Ketika sperma berkontak dengan sel telur, isi vesikel dilepaskan melalui eksositosis dalam apa yang disebut reaksi akrosom pada beberapa sperma, reaksi ini juga mengekspos atau melepaskan protein spesifik yang membantu mengikat sperma dengan erat ke lapisan sel telur.

Ekor motil sperma adalah flagel panjang, yang aksonema sentralnya berasal dari badan basal yang terletak tepat di belakang nukleus. Seperti dijelaskan dalam Bab 16, aksonema terdiri dari dua mikrotubulus singlet sentral yang dikelilingi oleh sembilan doublet mikrotubulus yang berjarak sama. Flagel beberapa sperma (termasuk mamalia) berbeda dari flagela lain dalam pola 9 + 2 aksonem yang biasa dikelilingi oleh sembilan serat padat luar (Gambar 20-26). Serat padat ini kaku dan tidak berkontraksi, dan tidak diketahui peran apa yang mereka miliki dalam pembengkokan aktif flagel, yang disebabkan oleh geseran mikrotubulus yang berdekatan melewati satu sama lain. Gerakan flagela didorong oleh protein motor dynein, yang menggunakan energi hidrolisis ATP untuk menggeser mikrotubulus, seperti yang dibahas dalam Bab 16. ATP dihasilkan oleh mitokondria yang sangat terspesialisasi di bagian anterior ekor sperma (disebut bagian tengah), di mana ATP dibutuhkan (lihat Gambar 20-25 dan 20-26).

Gambar 20-26

Gambar bagian tengah sperma mamalia seperti yang terlihat pada potongan melintang di mikroskop elektron. Inti flagel terdiri dari aksonem yang dikelilingi oleh sembilan serat padat. Aksonema terdiri dari dua mikrotubulus singlet yang dikelilingi oleh sembilan mikrotubulus (lebih. )


Apa Bagian-Bagian Sel?

Pernahkah Anda bertanya-tanya seperti apa bagian dalam sel? Jika Anda memikirkan ruangan di rumah kita, bagian dalam sel hewan atau tumbuhan memiliki banyak struktur mirip ruangan yang disebut organel. Setiap organel adalah tempat di mana pekerjaan tertentu dilakukan.

Sel tumbuhan dan hewan memiliki banyak organel yang sama. Tetapi dalam beberapa kasus, organel dalam sel berbeda. Misalnya, dalam sel tumbuhan, ada lebih banyak jenis organel daripada yang ditemukan di sel hewan. Dan sel jamur memiliki organel yang tidak ditemukan pada jenis sel lainnya. Di bawah ini adalah beberapa nama dan deskripsi organel yang biasa ditemukan pada sel tertentu. Ada juga penampil sel dan permainan interaktif yang dapat digunakan untuk mempelajari bagian-bagian sel hewan, tumbuhan, jamur, dan bakteri. Sel archaea sangat mirip dengan sel bakteri, sehingga belum dimasukkan secara terpisah.

Membran plasma - Membran yang membungkus sel terdiri dari dua lapisan lipid yang disebut membran "bilipid". Lipid yang ada dalam membran plasma disebut "fosfolipid."

Lapisan lipid ini terdiri dari sejumlah blok bangunan asam lemak. Asam lemak yang membentuk membran ini memiliki dua bagian yang berbeda - kepala kecil yang menyukai air - kepala hidrofilik. hidro singkatan dari air dan philic berarti menyukai atau mencintai. Bagian lain dari asam lemak ini adalah ekor panjang yang menolak air atau membenci air.

Ekor ini bersifat hidrofobik- hidro singkatan dari air dan fobia berarti ketakutan. Membran plasma disusun sedemikian rupa sehingga ekor saling berhadapan di bagian dalam dan kepala menghadap ke arah luar membran.
kembali ke atas

Saluran / pori-pori- Saluran dalam membran plasma sel. Saluran ini terdiri dari protein tertentu yang mengontrol pergerakan molekul, termasuk makanan dan air, ke dalam sel.
kembali ke atas

Dinding sel dan plasmodesmata - Selain membran sel, tumbuhan memiliki dinding sel. Dinding sel memberikan perlindungan dan dukungan bagi tanaman. Pada tumbuhan darat, dinding sel sebagian besar terbuat dari selulosa.

Tidak seperti membran sel, bahan tidak dapat menembus dinding sel. Ini akan menjadi masalah bagi sel tumbuhan jika bukan karena bukaan khusus yang disebut plasmodesmata.

Bukaan ini digunakan untuk berkomunikasi dan mengangkut bahan antar sel tumbuhan karena membran sel dapat bersentuhan dan oleh karena itu bertukar bahan yang dibutuhkan.
kembali ke atas

Septum dan pori-pori dinding sel - Sel jamur memiliki membran sel dan dinding sel, seperti sel tumbuhan. Dinding sel memberikan perlindungan dan dukungan. Dinding sel jamur sebagian besar terbuat dari kitin, yang merupakan zat yang sama dalam eksoskeleton serangga.

Karena bahan tidak dapat menembus dinding sel, sel jamur memiliki bukaan khusus yang disebut pori-pori. Bahan dapat dipindahkan antara sel jamur melalui pori-pori.

Beberapa sel jamur juga memiliki septum (jamak adalah septa) yang merupakan dinding internal khusus antara sel-sel yang ditemukan dalam string atau untaian berbentuk tabung panjang yang disebut hifa.


BAHAN DAN METODE

Konstruksi regangan ragi

Metode standar digunakan di seluruh. Semua strain yang digunakan dalam penelitian ini adalah congenic w303 (MATa his3-11,15 trp1-1 leu2-3 ura3-1 ade2-1). Semua gen jangkar dikloning dari genom secara langsung dan ditandai dengan PhyB (aa 1–908) dan mCherry di N-terminus dengan penghubung 15-aa (EFDSAGSAGSAGGSS) antara PhyB dan mCherry dan penghubung 10-aa (SAGSAGKASG) antara mCherry dan gen jangkar. GAL80 dan CLB2 endogen ditandai dengan mCitrine dan PIF di terminal-C dengan penghubung 11-aa (AAAGDGAGLIN) antara GAL80/CLB2 dan mCitrine. CLB1 telah dihapus dengan menggunakan fragmen KanMX2. SPC42 endogen ditandai dengan GFP di terminal-C dengan penghubung 11-aa (AAAGDGAGLIN). Semua strain dikarakterisasi dengan mengurutkan produk PCR.

Mikroskop selang waktu

Sel-sel yang tumbuh secara eksponensial dalam media cair sintetis diunggulkan ke lempengan agarosa tipis 1,5-2% dari media yang sama. Untuk percobaan titrasi dan kontrol spasial, sel diunggulkan ke pelat sumur berlapis A concanavalin dengan alas kaca penutup 0,17 m. Beberapa posisi berbeda diikuti secara bersamaan. Untuk sebagian besar eksperimen, tumpukan sembilan gambar diperoleh setiap 3 menit pada 30 ° C, dengan eksposur 30 ms untuk saluran hijau dan 50 ms untuk saluran merah. Untuk percobaan reversibilitas, hanya satu gambar yang diperoleh untuk setiap titik waktu. Untuk eksperimen kontrol cahaya, PCB ditambahkan ke sel 2 jam sebelum pencitraan dengan konsentrasi akhir 27 M (stok, 5,4 mM dalam dimetil sulfoksida). PCB dimurnikan menurut Toettcher dkk. (2011b) atau dibeli dari ChemPep (Wellington, FL). Karena lampu ruangan mengaktifkan sistem, sel disimpan dalam kegelapan setelah PCB ditambahkan.

Untuk sebagian besar eksperimen, mikroskop fluoresensi dan fase dilakukan di University of California, San Francisco (UCSF), Nikon Imaging Center menggunakan mikroskop terbalik TE2000U (Nikon, Melville, NY) dengan iluminasi confocal disk berputar Yokogawa CSU22 (Solamere Technology Group, Salt Lake City, UT) dan Kamera CCD Cascade II (Photometrics, Tucson, AX). Gambar diperoleh menggunakan perangkat lunak Micromanager (http://micromanager.org/) dan dianalisis menggunakan ImageJ (National Institutes of Health, Bethesda, MD) dengan plug-in SpotTracker2D (http://bigwww.epfl.ch/sage/soft /spottracker/gasser.html). Potensi toksisitas PCB dan iluminasi fluoresensi dievaluasi dalam eksperimen kontrol (Gambar Tambahan S1).

Eksperimen titrasi dan kontrol spasial dilakukan pada mikroskop terbalik Nikon Eclipse Ti menggunakan fluoresensi refleksi internal total 100× PlanApo, objektif aperture numerik 1,49, lampu busur xenon (Sutter Instrument, Novato, CA), dan muatan penggandaan elektron Evolve -kamera perangkat berpasangan (Fotometrik). Untuk eksperimen ini, mikroskop, posisi dichroic, filter, penutup jendela, dan kamera dikontrol menggunakan paket perangkat lunak Micromanager open-source dengan kode Matlab kustom tambahan (Toettcher dkk., 2011a). Gambar epifluoresensi secara komputasi dihilangkan dengan kolaborasi dengan John Sedat (UCSF), menggunakan algoritma yang dibangun ke dalam paket analisis gambar Priism (Kervrann dan Boulanger, 2006).

Untuk sepenuhnya mengaktifkan dan menonaktifkan eksperimen kontrol cahaya, kami menggunakan satu dioda pemancar cahaya 650 dan 750 nm (LED Lightspeed Technologies, Campbell, CA), yang dipasang langsung pada kondensor mikroskop. Untuk percobaan titrasi dan kontrol spasial, kami menggunakan satu LED 650 nm dan dua LED 750 nm (Lightspeed Technologies). Intensitas cahaya dikendalikan dengan mengubah tegangan yang diberikan (0–5 V). Tegangan dikontrol menggunakan kode Matlab khusus dengan menghubungkan LED ke output analog papan DT9812 (Terjemahan Data, Marlboro, MA). Untuk kontrol spasial, pola lampu LED yang ditentukan pengguna diproyeksikan pada sampel menggunakan perangkat cermin mikro digital input ganda khusus (DMD Andor, Belfast, Inggris Raya). Piksel pada perangkat ini dapat berada dalam dua keadaan, Piksel ON atau OFF ON diterangi dengan cahaya 650 dan 750 nm, dan piksel MATI diterangi oleh sumber cahaya 750 nm kedua dengan tegangan konstan. Paparan sampel terhadap cahaya DMD dikontrol menggunakan filter short-pass 620 nm (Chroma Technology, Brattleboro, VT). Selain itu, kami menggunakan filter emisi short-pass (Chroma) tergagap 625-nm untuk memblokir cahaya DMD mencapai kamera selama pencitraan, memungkinkan kami untuk menjaga filter short-pass 620-nm di tempatnya (dan dengan demikian terus mengekspos sampel cahaya 650- dan 750-nm) saat gambar dikumpulkan.

Analisis gambar

Segmentasi gambar dan kuantifikasi fluoresensi dilakukan menggunakan perangkat lunak Matlab khusus dan ImageJ dengan plug-in Image5D. Proyeksi intensitas maksimum z-tumpukan dilaporkan untuk sebagian besar percobaan, kecuali untuk gambar membran plasma. Untuk membran plasma, digunakan bidang tengah.

Untuk menguji pengukuran peningkatan/penurunan konsentrasi saat sistem dihidupkan dan dimatikan (Gambar 5, C dan D), strain perpustakaan PhyB adalah campuran sel tipe liar yang tidak mengandung pelabelan fluoresensi. Sel nonfluoresen digunakan untuk mengurangi autofluoresensi sel, dan gambar jangkar digunakan untuk menentukan posisi yang diinginkan. Intensitas fluoresensi rata-rata per piksel digunakan untuk menghitung penurunan/peningkatan. Biasanya, 50-100 sel digunakan untuk setiap strain jangkar.


Kesehatan sel membutuhkan fungsi, regulasi, dan kontrol kualitas yang tepat dari organelnya, kompartemen tertutup membran di dalam sel yang menjalankan tugas biokimia esensialnya. Penuaan umumnya mengganggu homeostasis organel, menyebabkan masalah kesehatan sel yang dapat memacu inisiasi dan perkembangan penyakit degeneratif dan patologi terkait. Di sini, kami membahas bukti yang muncul yang menunjukkan bahwa cacat terkait usia pada homeostasis organel sebagian berasal dari disfungsi sistem autophagy-lisosom, pemain penting dalam kontrol kualitas seluler dan pembersihan kerusakan. Kami juga menyoroti contoh alami dari biologi di mana peningkatan aktivitas sistem autophagy-lisosom dapat dimanfaatkan untuk menghapus kerusakan organel terkait usia, meningkatkan implikasi potensial untuk peremajaan sel.

Dalam sel eukariotik, limbah molekuler dan bahan yang rusak dapat dikirim ke lisosom untuk degradasi enzimatik melalui autophagy [1]. Selama proses ini, vesikel autofagik, yang disebut autofagosom, terbentuk di sekitar muatan tertentu, kemudian bergabung dengan lisosom untuk memungkinkan degradasi yang ditargetkan. Meskipun autophagosomes pertama kali diamati dengan mikroskop elektron pada pertengahan 1950-an [2], tidak sampai hampir 40 tahun kemudian gen autophagy pertama diidentifikasi dalam ragi [3–5]. Sejak itu, terobosan dalam pencitraan sel hidup telah memungkinkan pencitraan proses autophagic yang canggih dan real-time pada beberapa spesies eukariotik, termasuk hewan [6,7]. Selain itu, alat farmakologis molekul yang berkembang yang memodifikasi aktivitas autophagic in vivo (Tabel 1) telah memfasilitasi manipulasi sistem ini pada organisme hidup dan meningkatkan prospek terapeutik yang menarik.

Fitur yang menentukan dari sistem autophagy-lisosom adalah kemampuannya yang unik untuk mengkalibrasi ulang homeostasis seluler sebagai respons terhadap kebutuhan sel. Jika sel berada di bawah tekanan intrinsik atau ekstrinsik, aktivasi autophagy dapat membantu menghapus kerusakan molekuler dan mendaur ulang bahan yang dibutuhkan untuk mendukung fungsi biologis dasar [1]. Ketika mekanisme ini gagal, stres dapat meningkat, menyebabkan keruntuhan yang tidak dapat diperbaiki dalam homeostasis seluler. Khususnya, penuaan disertai dengan beberapa tanda molekuler stres. Seiring bertambahnya usia sel, ketidakstabilan genetik meningkat, protein mengelompok menjadi agregat non-fungsional, dan organel, pabrik mini seluler yang menjalankan fungsi pensinyalan dan metabolisme yang berbeda, menjadi rusak dan tidak efisien [8]. Apakah keruntuhan terkait usia dalam kesehatan seluler dan homeostasis terkait dengan cacat pada autophagy?

Hebatnya, para peneliti telah menemukan bahwa penurunan usia dini dalam aktivitas lisosom dan autofagik mungkin merupakan "domino" awal dalam kerusakan seluler terkait usia [9,10]. Konsisten dengan model ini, memodifikasi aktivitas autophagic memiliki efek mendalam pada proses penuaan penghambatan eksperimental faktor lisosom dan / atau autophagic mempercepat penuaan di berbagai organisme [11-14], sedangkan intervensi yang meningkatkan aktivitas autophagic menunda munculnya tanda-tanda seluler penuaan dan memperpanjang umur [15-17]. Bahkan centenarian manusia [18], seperti hewan mutan berumur panjang [19], telah dilaporkan menunjukkan tingkat aktivitas autophagic yang sangat tinggi. Temuan ini dan lainnya menyoroti sistem autophagy-lisosom sebagai perhubungan yang muncul dalam kontrol penuaan dan umur panjang (Gambar 1). Namun, detail molekuler dari peraturan ini tetap tidak jelas.

Gambar 1. Perubahan autophagy organel seluler selama proses penuaan. Lisosom dalam sel muda yang sehat (di sebelah kiri) bersifat asam dan secara efektif mendegradasi limbah seluler, termasuk organel bila diperlukan. Ini mempertahankan homeostasis yang kuat, yang mendukung berfungsinya tidak hanya sel tetapi seluruh organisme. Namun, dalam sel tua (di sebelah kanan), disfungsi lisosom membahayakan pergantian autophagic, menyebabkan penumpukan organel yang rusak bersama dengan agregat protein. Hal ini menyebabkan beberapa patologi penyakit terkait usia dan membawa perubahan pada fisiologi organisme. Membangun kembali dinamika pergantian organel yang benar pada lisosom dalam sel tua dapat memberikan satu titik masuk untuk memicu peremajaan kesehatan seluler dan homeostasis. AP, autofagosom.

Pertama, bagaimana kargo autofagik yang berbeda ditangani dalam sel yang menua, dan apakah perubahan pada pergantian kargo secara langsung berkontribusi pada proses penuaan? Banyak penelitian telah menyelidiki bagaimana autophagy yang rusak menghambat pembersihan protein-agregat dalam sel-sel tua [20]. Ini adalah jalur penelitian yang penting, mengingat bahwa gangguan homeostasis protein ('proteostasis') merupakan karakteristik dari banyak penyakit yang berkaitan dengan usia, termasuk Alzheimer [21]. Namun, organel yang rusak juga umum terjadi pada penyakit yang berkaitan dengan usia [22-24], dan pergantiannya juga sensitif terhadap disfungsi lisosom [1,25]. Sampai saat ini, sangat sedikit yang diketahui tentang dinamika dan kontrol pergantian organel dalam sel-sel yang menua. Mengklarifikasi regulasi autophagy spesifik organel selama penuaan dapat memberikan petunjuk baru tentang dasar biologis penyakit terkait usia, dan mungkin juga mengisyaratkan terapi untuk melawan proses penuaan.

Mungkin informasi paling banyak saat ini diketahui mengenai regulasi mitokondria terkait usia, pusat energi sel. Seiring bertambahnya usia, fungsi mitokondria dan homeostasis rusak. Beberapa protein yang terlibat dalam fosforilasi oksidatif dan metabolisme asam lemak, dua proses seluler utama yang terjadi di mitokondria, telah dilaporkan menurun jumlahnya pada hewan tua [26-28]. Perubahan molekuler ini, dikombinasikan dengan perubahan lain yang disebabkan oleh usia pada tingkat protein mitokondria dan stoikiometri [29], dianggap mengganggu aktivitas mitokondria dan mengacaukan bioenergi dan metabolisme seluler. Sebagai konsekuensi dari disfungsi ini, mitokondria yang terfragmentasi dan rusak secara oksidatif biasanya terlihat pada sel tua dari spesies eukariotik yang beragam, mulai dari ragi hingga mamalia [8,9,30-32]. Meskipun sel-sel sehat dapat secara efektif menghilangkan fragmen mitokondria disfungsional dengan autophagy mitokondria, atau 'mitofag' [33], mekanisme pembersihan mitokondria menunjukkan tanda-tanda kegagalan di usia tua [34,35]. Ini mengganggu keseimbangan antara biogenesis dan degradasi mitokondria, menyebabkan peningkatan kerusakan mitokondria yang bergantung pada usia yang selanjutnya memperburuk stres sel [34]. Cacat mitofag dapat mempengaruhi manusia untuk penyakit degeneratif memang, disfungsi faktor mitofag, termasuk Parkin dan PINK1, sering terlihat pada pasien penyakit Parkinson [36,37]. Dengan demikian, gangguan pergantian organel yang rusak setidaknya sebagian disalahkan untuk beberapa patologi penuaan klasik yang biasa terlihat di klinik.

Yang penting, gangguan pergantian dengan usia tampaknya tidak terbatas pada mitokondria. Dalam sel, lisosom bertanggung jawab untuk mendegradasi jenis organel tambahan, termasuk bagian dari retikulum endoplasma (ER), peroksisom, dan bahkan lisosom lainnya. Seperti kerusakan mitokondria, stres ER terakumulasi dalam sel-sel tua [38]. Menariknya, penghambatan genetik ER-phagy menyebabkan fenotipe progerik dan umur yang lebih pendek pada tikus [39], mengisyaratkan bahwa pergantian ER mungkin diperlukan untuk memperlambat laju penuaan. Selain itu, peroksisom dan lisosom telah dilaporkan meningkat jumlahnya pada usia lanjut pada beberapa spesies dan tipe sel [40,41]. Faktanya, lisosom yang tidak jelas menghasilkan 'pigmen usia' autofluoresen yang tidak dapat terdegradasi, yang telah digunakan sebagai pembacaan visual untuk usia biologis dalam berbagai sistem [42-44]. Penting untuk mengklarifikasi bagaimana secara langsung perubahan terkait usia dalam jumlah organel ini mencerminkan penurunan sistem autophagy-lisosom, dan apakah perubahan ini membawa efek fisiologis pada fungsi metabolisme pada hewan tua.

Sementara tren umum adalah bahwa pergantian organel tampaknya menurun seiring bertambahnya usia karena disfungsi autofagi-lisosom (Gambar 1), ini mungkin tidak berlaku untuk semua organel, atau untuk semua tahap proses penuaan. Misalnya, potongan nukleus terdegradasi pada lisosom pada cacing yang menua, bahkan pada individu yang paling sehat [45]. Bagaimana autophagy nuklir ('nucleophagy') mengatur fisiologi organisme, terutama selama penuaan, tidak jelas, tetapi mungkin protektif, seperti yang disarankan pada model tikus laminopati [46]. Masih harus dilihat apakah organel lain juga mengalami pergantian aktif yang diatur pada hewan yang menua. Beberapa organel bahkan dapat terdegradasi pada penuaan dini tetapi mulai terakumulasi kemudian setelah lisosom menjadi tidak berfungsi. Understanding the dynamics and timing of organelle turnover at different stages of aging could reveal complexities that affect aging rate and/or stochasticity among different individuals in a population.

If organelle damage is generally characteristic of very old age, could harnessing organelle-specific autophagy help an old cell to regain its vitality and youthfulness? Germ (reproductive) cells provide a unique opportunity to study cellular rejuvenation, because age is naturally reset across generations. We and others have shown that cellular damage, including defective mitochondria, can be rapidly reversed as oocytes prepare for fertilization [47,48]. Removal of dysfunctional molecules and organelles is also seen during gametogenesis in single-celled yeast [49]. These findings imply that damage-clearance mechanisms may function centrally to the biological mechanisms of transgenerational rejuvenation. In support of this interpretation, lysosomes are activated in maturing oocytes prior to fertilization [47], and, once active, they could conceivably clear various forms of cellular damage, including dysfunctional organelles, to reset cellular health and homeostasis across generations. Though the specific cargo received by oocyte lysosomes awaits full description, identification of natural mechanisms that renew organelle health in the immortal germ-cell lineage could point the way to new strategies to counteract organelle damage in old somatic cells.

Lysosome induction has been reported to also occur during stem-cell activation and differentiation [50–52]. In these contexts, as in oocyte maturation, lysosome activation is linked to a developmental rewiring of cellular metabolism. Though, again, much attention has been paid to the role of lysosome activity in stem-cell proteostasis, there is recent evidence that organelle-specific autophagy plays a fundamental role in stem-cell and regenerative biology [53–57]. For one, impaired mitophagy leads to muscle stem-cell quiescence in old mice, and re-establishing autophagic flux is sufficient for old muscle stem cells to exit quiescence and regain stemness [58]. Importantly, defective mitophagy appears to cause oxidative stress and stem-cell depletion in other cell types as well [59,60]. These findings hint that mitochondrial turnover might be a pivotal determinant of regenerative capacity.

Notably, mitophagy also appears important in the generation of induced pluripotent stem cells (iPSCs) [57,61]. A number of rejuvenating events, including telomere re-lengthening and organelle renewal, have been associated with iPSC generation from differentiated cells [62–64]. Inhibiting mitochondrial fission, one of the early steps in mitophagy induction [33,65], prevents the conversion of fibroblasts to iPSCs [61]. Thus, it is exciting to speculate that organelle-specific autophagy may be integrated with other rejuvenating events involved in iPSC reprogramming, and that enhancing these activities might provide an entry point to improve the efficiency of this process.

Beyond mitophagy, other forms of organelle-specific autophagy are only beginning to be studied in the context of cellular regeneration and rejuvenation. Interestingly, elevated ER stress has been linked to iPSC death [66], and significant ER remodeling occurs as part of iPSC reprogramming [67]. In principle, ER quality control mechanisms, including ER-phagy, could aid regenerative capacity, particularly in old animals where persistent ER stress abounds [38]. As a compelling corollary, the ER has been shown to undergo dramatic rearrangements coincident with oocyte maturation and lysosome activation in the C. elegan germline [68]. How the ER and lysosomes are functionally and/or mechanically linked to support cellular rejuvenation is an important open question moving forward, as is the involvement of other organelle-turnover events in cellular-rejuvenation mechanisms.

In summary, dynamic changes to the landscape of the cell occur during aging, and several of these age-related changes can be traced to alterations in organelle homeostasis and turnover (Figure 1). Harnessing the natural rejuvenating capacities of the autophagy-lysosome system provides one possible means to reverse age-related organelle damage and re-establish a more youthful cellular environment (Figure 1). In fact, pharmacological tools that boost lysosome function (Table 1) are currently being tested as potential anti-aging therapies in old animals and humans [69,70]. Looking forward, it seems likely that growing knowledge on the mechanistic principles that govern organelle turnover at lysosomes, and the specific parts of these systems that fail with old age, will open new doors for aging-biology researchers in the quest to promote healthy aging, particularly at a cellular level.


Structure of Cell Nucleus

Apakah Anda ingin menulis untuk kami? Nah, kami sedang mencari penulis yang baik yang ingin menyebarkan berita. Hubungi kami dan kami akan berbicara.

The cell nucleus consists of a nuclear membrane (nuclear envelope), nucleoplasm, nucleolus and chromosomes. Nucleoplasm, also known as karyoplasm, is the matrix present inside the nucleus. Let’s discuss in brief about the several parts of a cell nucleus.

Membran nuklir

The nuclear membrane is a double-layered structure that encloses the contents of the nucleus. The outer layer of the membrane is connected to the endoplasmic reticulum. A fluid-filled space or perinuclear space is present between the two layers of a nuclear membrane.

The nucleus communicates with the remaining of the cell or the cytoplasm through several openings called nuclear pores. Such nuclear pores are the sites for exchange of large molecules (proteins and RNA) between the nucleus and cytoplasm.

Kromosom

Chromosomes are present in the form of strings of DNA and histones (protein molecules) called chromatin. The chromatin is further classified into heterochromatin and euchromatin based on the functions. The former type is a highly condensed, transcriptionally inactive form, mostly present adjacent to the nuclear membrane. On the other hand, euchromatin is a delicate, less condensed organization of chromatin, which is found abundantly in a transcribing cell.

Nukleolus

The nucleolus (plural nucleoli) is a dense, spherical-shaped structure present inside the nucleus. Some of the eukaryotic organisms have nucleus that contains up to four nucleoli. The nucleolus plays an indirect role in protein synthesis by producing ribosomes. These ribosomes are cell organelles made up of RNA and proteins they are transported to the cytoplasm, which are then attached to the endoplasmic reticulum.

Ribosomes are the protein-producing organelles of a cell. Nucleolus disappears when a cell undergoes division and is reformed after the completion of cell division.


What Are the Three Organelles Involved in Protein Synthesis?

There are four organelles that are involved in protein synthesis. These include the nucleus, ribosomes, the rough endoplasmic reticulum and the Golgi apparatus, or the Golgi complex. All four work together to synthesize, package and process proteins.

Protein synthesis begins with DNA. The DNA in an organism creates the RNA that then codes for and synthesizes the proteins. DNA is found in the cell’s nucleus and makes the RNA in the nucleus as well. The RNA then exits the nucleus and is translated by the cell’s organelles into amino acids. These small subunits are then put together in the ribosomes that are attached to the membrane of the rough endoplasmic reticulum. Then, the proteins exit the ribosomes and exit the rough endoplasmic reticulum to enter the Golgi apparatus. The Golgi apparatus packages the proteins and sends them out of the cell.


Cell Fractionation [kembali ke atas]

This means separating different parts and organelles of a cell, so that they can be studied in detail. All the processes of cell metabolism (such as respiration or photosynthesis) have been studied in this way. The most common method of fractionating cells is to use differential centrifugation:

1. Cut tissue (e.g. liver, heart, leaf, etc) in ice-cold isotonic buffer. Cold to stop enzyme reactions, isotonic to stop osmosis, and buffer to stop pH changes.

2. Grind tissue in a blender to break open cells.

3. Filter. This removes insoluble tissue (e.g. fat, connective tissue, plant cell walls, etc). This filtrate is not called a cell-free extract, and is capable of carrying out most of the normal cell reactions.

4. Centrifuge filtrate at low speed

5. Centrifuge supernatant at medium speed

6. Centrifuge supernatant at high speed

7. Centrifuge supernatant at very high speed

8. Supernatant is now organelle-free cytoplasm

A more sophisticated separation can be performed by density gradient centrifugation. In this, the cell-free extract is centrifuged in a dense solution (such as sucrose or caesium chloride). The fractions don't pellet, but instead separate out into layers with the densest fractions near the bottom of the tube. The desired layer can then be pipetted off. This is the technique used in the Meselson-Stahl experiment (module 2) and it is also used to separate the two types of ribosomes. The terms 70S and 80S refer to their positions in a density gradient


Tonton videonya: Cara membuat sel hewan dari Styrofoam. SMAN 2 KINTAP (November 2022).