Kuliah Endokrin 2005 - Pendahuluan

ENDOKRINOLOGI Kode mata kuliah SKS Pengampu

:BI-227 : 3 (2-1) : G. E. Wijayanti

KONTRAK PEMBELAJARAN Tujuan umum pembelajaran (kompetensi mata kuliah): Pada akhir semester mahasiswa akan dapat menerapkan konsep-konsep endokrinologi dalam pemecahan masalah pertumbuhan, reproduksi dan perkembangan serta kesehatan

Tujuan Khusus (konpetensi khusus) mahasiswa dapat: 1. menjelaskan ruang lingkup endokrinologi 2. menjelaskan konsep-konsep endokrinologi 3. Mengidentifikasikan kelenjar endokrin pada vertebrata dan manusia 4. Menjelaskan struktur dan perkembangan kelenjar endokrin pada vertebrata dan manusia 5. Menjelaskan prinsip penggolongan hormon berdasarkan struktur dan fungsinya

Tujuan Khusus (konpetensi khusus) mahasiswa dapat: 6. membandingkan struktur dan perkembangan kelenjar endokrin pada hewan vertebrata dan manusia 7. membandingkan truktur dan fungsi hormon pada hewan vertebrata dan manusia 8. Membandingkan biosintesis dan sekresi hormon peptida, steroid dan derivat asam amino 9. Membandingkan mekanisme kerja hormon pada hewan vertebrata dan manusia

Tujuan Khusus (konpetensi khusus) mahasiswa dapat: 10. Membandingkan metabolisme hormon pada hewan vertebrata dan manusia 11. Mendiskusikan anomali sistem endokrin pada hewan vertebrata dan manusia 12. Mendiskusikan integrasi dan koordinasi antar kelenjar endokrin hewan vertebrata dan manusia 13. Mendiskusikan penerapan konsep endokrinologi dalam kesehatan, peternakan dan akuakultur

Strategi Perkuliahan • Ceramah • Diskusi • Praktikum • Penyusunan paper dan presentasi

OUTCOME • Mahasiswa mampu mengidentifikasi serta memecahkan permasalahan yang berkaitan dengan endokrinologi.

B. Problem base learning (PBL) • Pada kegiatan ini, mahasiswa mendiskusikan topik yang telah diberikan pada kontrak perkuliahan. Diskusi dilakukan dalam kelompok.

Tujuan Kegiatan PBL B.1. Strategi ini dipilih untuk mencapai tujuan khusus pembelajaran 10-13 yaitu: – Membandingkan metabolisme hormon pada hewan vertebrata dan manusia – Mendiskusikan anomali sistem endokrin pada hewan vertebrata dan manusia – Mendiskusikan integrasi dan koordinasi antar kelenjar endokrin pada hewan vertebrata dan manusia – Mendiskusikan penerapan konsep endokrinologi dalam kesehatan, peternakan dan akuakultur B.2. Melatih mahasiswa dalam hal bekerja dalam Tim B.3. Melatih mahasiswa dalam hal mengemukakan pendapat

Topik PBL - Topik telah ditentukan dan diberikan kepada mahasiswa pada awal perkuliahan - Kelompok diskusi masing-masing terdiri atas 5 mhs Referensi - Acuan pokok yang relevan - Acuan penunjang yang relefan

C. Praktikum Tujuan Praktikum • Memberi penjelasan terhadap materi perkuliahan dan bekal ketrampilan • Melatih mahasiswa dalam hal kerja dalam Tim • Melatih mahasiswa dalam hal penulisan laporan ilmiah

Acara Kegiatan Praktikum • • • •

Induksi ovulasi pada ikan menggunakan berbagai sedaan gonadotropin Regulasi hormonal pada metamorfosis katak Perkembangan oosit ikan pada kondisi in vitro Pengaruh foto periode terhadap spermiasi ikan

Laporan Praktikum • Laporan Praktikum dilakukan secara kelompok. • Laporan diserahkan kepada asisten/pendamping praktikum satu minggu setelah acara praktikum yang bersangkutan selasai. • Laporan Praktikum disusun dengan format sebagai berikut:

A. Pendahuluan: memuat latar belakang, perumusan masalah, tujuan dan manfaat acara praktikum. B. Materi dan Metoda C. Hasil dan Pembahasan D. Kesimpulan dan Saran E. Daftar Referensi (Referensi dapat berupa buku teks ataupun jurnal ilmiah yang up todate) Umpan balik terhadap Laporan Praktikum dikembalikan kepada mahasiswa satu minggu setelah penyerahan Laporan Praktikum

Komponen Penilaian Praktikum Komponen Penilaian Praktikum 1. 2. 3. 4.

Kehadiran dan aktivitas di kelas 40% Laporan praktikum 25% Ujian akhir praktikum 15% Kuis pada setiap acara praktikum 20% Total 100%

D. Penyusunan paper dan presentasi Tujuan Penyusunan paper dan presentasi • Membantu mahasiswa memahami materi perkuliahan dan memperluas wawasan endokrinologi • Melatih kepekaan mahasiswa terhadap permasalahan di lingkungannya yang relevan dengan endokrinologi • Melatih mahasiswa membuat critical review

Topik Paper • Topik paper telah ditentukan, mahasiswa diberi kebebasan untuk menentukan judul yang relevan dengan topik yang telah dipilihnya. • Satu topik hanya dipilih oleh maksimal dua kelompok. Penyerahan Paper dan diskusi • Paper diserahkan selambat-lambatnya 2 minggu sebelum minggu sunyi • Presentasi dilaksanakan pada jadwal terlampir • Paper yang telah dinilai, dikembalikan kepada mahasiswa satu hari sebelum minggu sunyi

Komponen dan bobot Penilaian Paper • Relevansi judul dengan topik (10%) • Relevansi antara Latar Belakang, Perumusan masalah dan tujuan (25%) • Relevansi antara pembahasan dengan permasalahan dan tujuan (35%) • Relevansi dan kemutahiran referensi (20%) • Tampilan Paper/Format (10%)

Jadual Kegiatan Pembelajaran MiINGGU BAHASAN

METODE

I

KONTRAK PERKULIAHAN

II

PENDAHULUAN

III

HIPOTALAMUS DAN INTEGRASI Ceramah dan PBL1 HORMONAL

IV

KELENJAR HIPOFISIS

Ceramah dan Praktikum1

V

KELENJAR THYROID

Ceramah dan Praktikum2

VI

KELENJAR PARATHYROID

Paper dan presentasi 1

VII

HORMON DAN REPRODUKSI

Ceramah dan Praktikum3

VIII

UJIAN TENGAH SEMESTER

Ceramah dan diskusi

MiINGGU BAHASAN

METODE

IX

HORMON DAN SPERMATOGENESIS

Ceramah dan Praktikum

X

KELENJAR ADRENAL (CORTEX) Ceramah dan PBL

XI

KELENJAR ADRENAL (MEDULA)

XII

KELENJAR PANKREAS

XIII

KELENJAR PINEAL DAN THYMUS Praktikum dan PBL

XIV

HORMON DAN AKUAKULTUR

Paper dan presentasi

XV

HORMON DAN KONSERVASI

Paper dan presentasi

XVI

UJIAN AKHIR SEMESTER

Ceramah dan PBL

Komponen penilaian • • • • • •

Pre-test Ujian tengah semester Ujian akhir semester Diskusi Paper dan diskusi Praktikum

: : : : : :

8% 20% 25% 10% 12% 25% 100%

Sistem penilaian • Pernilaian acuan pokok (PAP) • Penggolongan nilai: – – – – –

A B C D E

: >80,00 : 66,00 – 79,99 : 56,00 – 65,99 : 46,00 – 59,99 : <46

I. PENDAHULUAN • Endokrinologi? – Ilmu tentang hormon

• Ruang lingkup endokrinologi: – Kelenjar endokrin  anatomi, perkembangan, sel-sel specifik penghasil hormon, hormon yang dihasilkan – Hormon  struktur dan peranannya, fungsi, sintesis, transportasi, mekanisme kerja, dan metabolisme hormon – Interaksi dan koordinasi antara sistem hormon dengan sistem lain dalam tubuh, serta anomali yang mungkin muncul sebagai akibat dari terganggunya sistem hormonal.

• Hormon: substansi kimia yang diproduksi oleh sel di dalam kelenjar endokrin dan dibawa oleh sistem peredaran darah menuju organ/jaringan lain dalam tubuh dimana substansi tersebut menjalankan fungsinya • Kelenjar endokrin, tidak memiliki saluran untuk menyalurkan produknya. Kelenjar eksokrin memiliki saluran untuk mengeluarkan produknya.

Ilmu-ilmu yang erat terkait dengan endokrinologi • Anatomi/histologi  dimana posisi kelenjar endokrin, bagaimana perkembangannya dan selsel apa yang memegang peranan dalam produksi hormon • Biokimia  struktur, sintesis, mekanisme kerja dan metabolisme hormon • Fisiologi  fungsi hormon • Genetika dan Biologi molekuler  sintesis dan mekanisme kerja hormon pada tingkat molekuler

Metode untuk mempelajari endokrin • In vivo: – – – – –

Pengambilan kelenjar Transpantasi kelenjar endokrin Pemberian hormon antagonis/agonis Pengukuran kadar hormon Anomali

• In vitro: – Kultur sel/ jaringan/ organ

Metode-metode untuk mengkaji endokrinologi Eksperimental Pengambilan kelenjar Identifikasi senyawa aktif Pemberian senyawa aktif: agonis maupun antagonis In vivo

In vitro

Alamiah Fungsi hormon

Efek yang ditimbulkan

Tumor pada kelenjar Diabetes melitus Kekerdilan & gigantisme Reproduksi

Kelenjar endokrin pada manusia • • • • • • • • •

Hipotalamus Hipofisis/pituitaria Pineal Tiroid Para-tiroid Timus Adrenal Gonad Pankreas

Substansi regulator selain hormon • Neurotransmiter – Diproduksi oleh neuron, dilepaskan pada sinapsis atau neuromuscular junction – Pada kondisi tertentu dapat berfungsi seperti hormon

• Feromon – Substansi kimia yang diproduksi secara eksternal dan dilepaskan ke lingkungan untuk mempengaruhi tingkahlaku individu dalam satu spesies – Contoh: Lee-Boot effect (hilangnya siklus estrus tanpa pejantan), Whitten effect (dimulainya siklus estrus dengan hadirnya pejantan), Bruce effect (gagalnya kehamilan karena adanya feromon jantan dari strain lain)

• Para hormon – Messenger kimia yang dibawa aliran dalam tetapi bukan hormon

Homeostatis • Setiap organisme hidup dalam dua lingkungan: eksternal/eksterior dan internal/interior • Organisme melakukan upaya agar lingkungan internal dapat dipertahankan dalam keadaan keseimbangan (steady state) • Kesetimbangan fisiologis tubuh yang dapat dipertahankan meskipun lingkukan eksternalnya berubah disebut Homeostatis • Homeostatis dapat dicapai melalui mekanisme umpan balik

• Ada dua mekanisme umpan balik: – Negatif: produk /kondisi akhir menurunkan atau menghambat produksi. Contoh: peningkatan kada ion kalsium dalam darah dan produksi parathormon – Positif: produk/kondisi akhir meningkatkan produksi. Contoh: estrogen pada fase folikuler menacu sekresi gonadotropin

• Komponen sistem umpan balik meliputi: stimulus, reseptor, jalur afferen, integrator (pada sistem tertentu), jalur efferen, efektor, dan respon

PENGELOMPOKAN DAN MEKANISME UMUM KERJA HORMON • Berdasarkan struktur kimianya hormon dibedakan atas: – Protein  protein, peptida, glikoprotein – Steroid – derivat asam amino

• Berdasarkan peranannya hormon dibedakan atas: – Hormon tropik –> Memacu kelenjar lain untuk menjalankan fungsinya mis: GnRH, gonadotropin – Hormon metabolik  berperan langsung dalam proses metabolisme mis: insulin, parathormon

Hormon

tipe

Kelenjar

GnRH, TRH, somatostatin

pp

hipotalamus

FSH, LH, GH, Prl, TSH

p

Adenohipofisis

ACTH (corticotrophin)

pp

adenohipofisis

Oxytocin, vasoprecin

pp

neurohipofisis

Tiroksin, triiodotrionin

da

tiroid

Parathormon

pp

paratiroid

Adrenalin, noradrenalin

da

Medula adrenal

Aldosteron, kortisol

s

Korteks adrenal

Estrogen, progesteron

s

Ovarium

Androgen

s

testis

Insulin, glukagon Melatonin

pp da

Pankreas Pineal

Sintesis hormon Protein – Transkripsi DNA pengkode hormon menjadi mRNA – Translasi mRNA menjadi protein atau polipeptida – Molekul protein/polipeptida bermigrasi ke aparatus golgi dimana ia menjadi terbungkus dalam vesikula – Vesikula bergerak menuju membran sel, kemudian molekul protein/polipeptida dikeluarkan dari sel melalui eksositosis

Mitokondria

DNA mRNA mRNA

RER

Komp. golgi

tRNA

Sintesis hormon steroid • Cholesterol masuk ke dalam sitoplasma sel, disimpan dalam lipid droplet • Adanya stimulus  cholesterol bergerak ke mitokondria • Dalam mitokondria cholesterol diubah menjadi pregnenolone • Pregnenolone dipindahkan ke retikulum endoplasmik halus • Diproses lebih lanjut sesuai dengan spesifikasi sel endokrin

Mitokondria Inti

SER Tetes lemak

Komp. golgi

Sintesis hormon Steroid -- testis asetat cholesterol pregnenolone

progesterone 17α -hydroxy20α -dihydro progesterone

17α -hydroxypregnenolone

17α hydroxyprogesterone

Dehydroepian -drosterone

androste nedione

oestrone

androstenediol

testosterone

Oestradiol17β

Sintesis hormon Steroid -- ovarium asetat cholesterol 19-hydroxy-an drostenedion

pregnenolone

progesterone

17α -hydroxypregnenolone

17α hydroxyprogesterone

Dehydroepian -drosterone

androste nedione

oestrone

testosterone

Oestradiol17β

19-roxy-an drostenedion

Mekanisme umum kerja hormon • Hormon ditransportasikan dari sel/kel. Endokrin ke organ target melalui pembuluh darah • Hormon hanya akan bekerja pada sel target karena pada sel ini terdapat reseptor yang sesuai • Pembentukan ikatan antara hormon dengan reseptornya (kompleks hormon-reseptor) akan mengawali proses seluler atau subseluler selanjutnya • Urutan proses selanjutnya tergantung pada sifat kimia hormon yang bersangkutan

Mekanisme kerja hormon peptida • Sebagian besar hormon peptida dan protein bekerja pada permukaan sel target melalui pembentukan ikatan dengan reseptor spesifik pada membran sel • Terbentuknya ikatan kompleks hormon-reseptor mengaktivkan enzim adenyl cyclese, yang melepaskan fosfat dari ATP dan membentuk cAMP • cAMP (messenger kedua) melekat pada subunit regulator dari protein kinase inaktif  aktif protein kinase • Adanya ion kalsium dan ATP, aktif protein kinase melakukan fosforilasi produk seluler sebagai tanda awal reaksi sel terhadap induksi hormon • cAMP dapat diinaktifkan oleh enzim fosfodiesterase yang aktifitasnya memerlukan ion magnesium. Enzim ini memiliki berbagai bentuk tergantung pada tipe sel/jaringan. Fosfodiesterase dapat dihambat oleh theophylline, caffein dan methyl xanthine.

Mek. Kerja hormon peptida (lanjutan) • Spiegel dan Downs (1981) mengemukakan sistem hormon-messenger kedua yang lain  cyclic guanosin monophosphate (cGMP) • cGMP ditemukan pada berbagai jaringan tetapi konsentrasinya dalam sel hanya 1/10 cAMP • Hormon dapat mengaktifkan cGMP atau cAMP atau keduanya. Epinephrin dalam hati mengaktivkan cGMP kemudian cAMP, konsentrasi cGMP menurun pada saat cAMP mencapai maksimal

MEKANISME KERJA HORMON PROTEIN DAN PEPTIDA hormon Reseptor membran plasma

5’AMP

ATP

fosfodiesterase

cAMP Protein kinase inaktif

Protein kinase aktif

Ca++ (Subunit katalitik)

cAMP (Subunit regulator)

ATP

Protein seluler terfosforilasi ADP

Effek seluler

Mekanisme kerja hormon steroid • Hormon steroid bersifat larut dalam lemak dan berukuran relatif kecil shg dapat dengan bebes berdifusi melewati membran sel • Pada sel/organ target hormon steroid berikatan dengan protein reseptor sitoplasmik • Kompleks hormon-reseptor ditranslokasi ke dalam inti sel  melekat pada protein kromosom nonhiston dan mempengaruhi ekspresi gen untuk memproduksi protein yang spesifik • Produksi protein spesifik ini menandai tahap akhir mekanisme kerja hormon steroid • Ada dua bentuk kompleks steroid-reseptor dalam sitoplasma 8S dan 4S sedangkan dalam inti berupa 5S • Pada saat kompleks 5S berikatan dengan kromatin terjadi perubahan aktifitas DNA-dependent RNA polimerase, perubahan produksi mRNA dan protein spesifik

MEKANISME KERJA HORMON STEROID Sel bukan target Inti sel DNA Hormon steroid Ruang inter seluler

Inti sel DNA mRNA

tRNA

reseptor

Protein baru Efek fisiologis

Kapiler darah

Sel target