Kokompartemen Intraseluler

 

Kompartemen pada sel-sel Organisme Tingkat Tinggi

Dalam sel prokariotik terdiri dari satu kompartemen, yaitu sitosol, yang diselubungi oleh membran plasma. Pada sel eukariotik, sel terbagi menjadi membran- membran internal. Membran-membran ini membuat kompartemen terselubung dimana sejumlah enzim dapat beroperasi tanpa ada gangguan dari reaksi yang terjadi di dalam kompartemen lainnya. Kompartemen-kompartemen bermembran yang utama pada sel eukariotik dapat dilihat dalam tabel 1.

 

Tabel 1. Fungsi utama kompartemen-kompartemen bermembran pada sel eukariotik

Kompartemen	Fungsi Utama
Sitosol	Berisi metabolic pathways dan sintesis protein
Nukleus	Berisi genome dan sintesis DNA dan RNA
Retikulum endoplasma	Sintesis sebagian besar lipid, protein untuk didistribusikan ke organela lain dan ke membran plasma
Aparatus Golgi	Modifikasi, pemilahan, dan pengemasan protein dan lipid untuk disekresi atau dikirim ke organela lain
Lisosoma	Degradasi intraseluler
Endosoma	Pemilahan material endositosol
Mitokondria	Sintesis ATP dengan fosoforolasi oksidative
Kloroplas	Sintesis ATP dan fiksasi karbon dengan fotosintesis

 

Gambar 1. Sel Hewan dan Sel Tumbuhan (Urry et al, 2017)

 

Bakteri umumnya tdr dr satu kompartmen intraselular yang dikelilingi oleh membran plasma, sedangkan sel eukariotik terbagi atas bbrp kompartmen dengan fungsi tersendiri dan masing2nya diselubungi oleh membran (Gb-13)

 

 

Sorting/Pemilahan protein

Sebelum sel eukariotik membelah menjadi dua, sel tersebut harus menduplikasi semua organela bermembran. Sel tidak dapat membuat membran ini dari scratch; pembentukan ini memerlukan informasi di dalam organela bersangkutan. Sehingga semua organela berasal dari organela yang terbentuk sebelumnya, yang tumbuh dan membelah. Organela bermembran membentang bersamaan dengan pembentukan molekul baru, organela kemudian membelah dan ketika sel membelah didistribusikan ke kedua sel anakan. Pertumbuhan organela memerlukan lipid dan protein untuk membentuk membran baru. Meskipun sel tidak membelah, protein harus secara tepat dan terus menerus dikirim ke organelaorganela, sebagain untuk disekresi dari sel dan yang lain untuk menggantiakn protein organela yang sudah terdegradasi. Permasalahan bagaimana membuat dan mempertahankan organela bermembran adalah bagaimana mengarahkan protein baru ke organela yang benar.

 

Untuk mitokondria, kloroplas, peroxisome dan nukleus, protein dikirim secara langsung dari sitosol. Untuk organela lainnya, termasuk apparatus Golgi, lisosoma, endosome  dan membran nukleus, protein dan lipid dikirim secara tidak langsung melalui retikulum endoplasma, dimana RE merupakan tempat utama untuk sintesis lipid dan protein. Protein yang masuk ke RE langsung dari sitosol:

• sebagian akan tinggal di dalam sitosol

• sebagian besar  ditransport  lebih  lanjut  oleh  vesikuli  transport  (Sub  Pokok Bahasan 3) ke apparatus Golgi dan kemudian ke organela-organela lain atau membran plasm

Di bagian ini akan dibahas tentang mekanisme protein secara langsung memasuki organela bermembran dari sitosol. Protein dari sitosol ditransport ke sejumlah lokasi yang berbeda di dalam sel sesuai dengan alamat tertentu yang mengandung asam amino sequencenya. Apabila sudah menemukan alamat yang benar, protein akan masuk ke organela.

 

Protein diimport ke dalam organela-organela melalui tiga mekanisme

Sintesis protein berawal di ribosom di dalam sitosol, kecuali protein mitokondria dan kloroplas yang disintesis pada ribosom di dalam organela-organela ini; sebagian besar protein dalam mitokondria dan kloroplas disintesis disini. Protein yang terbentuk di dalam sitosol dibedakan menjadi dua tipe yaitu:

• protein yang asam aminonya mempunyai sorting signal (signal yang mengarahkan protein ke organela yang dituju). Protein ini bergerak dari sitosol ke organela yang tepat, mitokondria, kloroplas, nukleus, RE. Dar RE dapat dikirim ke Golgi, lisosom, membran nukleus, atau membran sel. Sorting signal yang mengarahkan protein ke miokondria akan berbeda dengan sorting signal yang mengarahkan protein ke organela lai

• protein kurang signal, yang biasanya tetap tinggal di dalam sitosol secara permanen

 

Bagaimana protein tersebut dibawa dari sitosol atau dari organela satu ke organela lain melewati membran organel yang biasanya impermiabel untuk makromolekul yang hidrofilik?. Ada tiga jalur/mekanisme yang berbeda untuk organela yang berbeda, namun semuanya membutuhkan eneregi. Ketiga jalur/mekanisme (Gambar 2) tersebut adalah:

 

Mekanisme 1: Dari sitosol ke nukleus

Protein bergerak dari sitosol ke dalam nukleus akan ditransport melalui porus nukleus yang membran luar dan dalamny aberpenetrasi. Porus ini berfungsi sebagai gerbang seleksi, yang secara aktif mentransport makromolekul spesifik tetapi juga memperbolehkan proses difusi molekul yang lebih kecil .

 

Mekanisme 2: Dari sitosol ke RE, mitokondria, kloroplas atau peroksisom

Protein dari sitosol bergerak ke RE, miokondria, kloroplas atau peroksisom melewati membran organela dengan perantaraan protein translocator yang terletak pada membran tiap organel tersebut. Protein yang ditransport biasanya harus terurai untuk bisa masuk ke organela tersebut.

 

Mekanisme 3 : dari RE ke organel lain dan dari organela-organela dalam system endomembran satu ke lainnya

 

Mekanisme ini berbeda dengan dua mekanisme tersebut di atas. Protei yang akan ditransfer harus diangkut oleh vesikuli transport (pertunasan organela), yang akan penuh dengan kargo protein ruang dalamnya (lumen). Vesikuli ini akan berfusi dengan membran organela tujuan untuk bisa melepas protein yang dibawanya.

 

Gambar 2. Tiga mekanisme import protein pada organela-organela bermembran.

 

Pada mekanisme 1 dan 2, protein masih terlipat selama transport, sedangkan pada mekanisme 3, protein harus diurai.

 

Signal Peptides dan Signal Patches Mengarahkan Protein ke alamat sel yg tepat

• Ada dua tipe signals pada protein:

·         Signal Peptides (Peptida Sinyal) :

Suatu residu dlm pemanjangan sekuen asam amino (15 s/d 60 residu). Digunakan untuk mengarahkan protein dari sitosol ke dalam RE, mitochondria, kloroplas, peroksisom dan nukleus, dan dia juga digunakan utk mempertahankan protein terlarut dalam RE. Signal Peptide ini diuraikan oleh enzim peptidase setelah proses transpor selesai.

• Signal Patches (Potongan Sinyal):

Terdiri dari atom tiga dimensi pada permukaan protein yg terbentuk bila protein melipat. Residu asam amino yg membangun signal patch yang tersebar dari satu sama lainnya dalam sekuen asam amino. Memeiliki residu gula spesifik kemudian mengarahkan protein dari apparatus Golgi ke dalam lisosom. Signal patch ini umumnya dipertahankan dalam protein akhir.

 

Signal yang mengarahkan protein ke tujuan

Untuk dapat sampai ke tempat tujuan, protein harus diarahkan oleh sorting signal, sekumpulan asam amino, terdiri dari 15 — 160 asam amino, yang disebut juga signal sequence. Signal ini sering (tapi tidak selalu) dilepas dari protein yang diarahkan. Ada beberapa tipe signal sequence dibutuhkan untuk mengarahkan protein ke organela tertentu, seperti yang dapat dilihat pada Tabel 11.2. berikut ini:

 

Tabel 2. Tipe-tipe signal sequence

 

Transpor Molekul ke dalam dan ke luar Nukleus

Protein yg dibuat pada ribosom ditranspor ke dalam ruang antara membran luar dan dalam inti (ruang perinuclear) yang berkesinambungan dengan lumen RE. Lalulintas dua arah terjadi scr kontinu antara sitosol dan nukleus.  Beberapa protein yang berfungsi dalam inti (histones DNA, DNA polimerase, RNA polymerase, DNAse/RNAse, protein regulator gen, dan protein yg memproses RNA) secara selektif diimpor dari sitosol ke dalam nukleus. Pada saat yang sama, tRNA dan mRNA disintesis dalam nukleus dan kemudian diekspor ke sitosol. Sebagaimana proses impor, proses ekspor juga tjd secara selektif. Contoh,  mRNA diekspor hanya setelah RNA sepurna diproses di dalam nukleus. Protein ribosomal, dibuat di dalam sitosol kemudian diimpor ke dalam nukleus dimana dia dikemas dengan RNA ribosom menjadi partikel, kemudian diekspor selanjutnya ke sitosol sebagai sub unit ribosom. Mekanisme impor dan ekspor tersebut melintasi selubung nukleus dan berlangsung melalui transpor selektif.

 

Makromolekul ditranspor secara aktif ke dalam dan ke luar nukleus melalui pori inti

Interaksi awal protein inti dengan pori inti membutuhkan satu atau lebih protein sitosol yang mengikat ke sinyal yang terdapat dalam inti dan membantu mengarahkan protein pori inti. Protein inti kemudian bergerak ke pusat pori untuk transpor aktif melintasi selubung inti dengan proses yang membutuhkan hidrolisis ATP. Ekspor subunit ribosom baru dan molekul mRNA melalui pori inti juga tergantung sistem transpor selektif. Mekanisme transpor makromolekul melintasi pori inti scr fundamental berbeda dari mekanisme transpor yang terlibat dalam transfer protein melintasi membran organel lainnya.

 

 

Gambar 4. Skema mekanisme transpor aktif melalui pori inti. Protein dan struktur terlibat dalam proses transpor aktif. Sejumlah protein sitosol dibutuhkan untuk pengikatan protein inti untuk menjadi kompleks. Protein tersebut disebut  nucleoporins yang mengandung gula sederhanan ( N-acetylglucosamine).

 

Pengaturan Transpor antara inti dan sitosol

Aktivitas beberapa protein regulator gen dikendalikan oleh sinyal di luar inti sampai dia dibutuhkan disana. Sinyal yang terdapat dlm inti dapat dalam tdk aktif melalui fosforilasi. Bila sel menerima rangsangan yang cocok, protein ditranspor ke dalam inti .Spt halnya tranpor aktif ke dalam inti, ekspor juga membutuhkan signal. Contoh molekul² mRNA hanya diekspor ke luar inti setelah pemorosesan pre-mRNA sempurna. RNA lainnya spt tRNA atau rRNA yang tidak memiliki kepala pada ujung 5’, pertama sekali harus dirakit dengan protein kemudian diekspor sebagai komplek. Protein tersebut mengandung signal untuk ekspor ke sitosol dan signal tersebut menjadi aktif setela sempurna dirakit dengan RNA.

 

Transpor Protein KE DALAM MitoKondria Dan Kloroplas

Mitochondria dan kloroplast adl organel yang diselubungi oleh double-membrane yg terspesialisasi dalam sintesis ATP. Meskipun kedua organel mengandung DNA sendiri, ribosom, dan mesin lainnya namun untuk sintesis kebanyakan protein dikode dalam inti sel dan diimpor dari sitosol.  Mitokondria mempunyai dua subkompartmen yaitu ruang matriks internal dan ruang intermembran. Kompartment tersebut dibentuk oleh dua membran mitokondria yang berbeda yaitu membran sbl dalam yang menutupi ruang matrik dan membran sbl luar yang berhubungan langsung dengan sitosol. Kloroplas mempunyai dua subkompartmen yang sama ditambah dengan subkompartmen tambahan, yaitu ruang thylakoid, yang dikelilingi oleh membran thylakoid. Masing² subkompartmen mengandung protein. Pertumbuhan mitokondria dan kloroplast membutuhkan impor protein dari sitosol.

 

Protein Mitokondria diimpor ke dalam matriks

Tahap pertama impor protein mitokondria, yaitu protein precursor mitokondria berikatan ke protein reseptor dimana residu dalam membran sebelah luar mitokondria dan mengenal signal peptide mitokondria . Tahap berikutnya adl proses translokasi protein itu sendiri. Tahap ke dua melibatkan insersi peptida sinyal dan penggabungan sekuen ke kedua membran mitokondria, yang dikendalikan oleh gradien elekrokimia. Tahap ke tiga, residu rantai polipeptida bergerak ke dlm matriks, membutuhkan hidrolisis ATP.

 

Transpor Protein ke Membran Mitokondria sebelah dalam dan ruang intermembran membutuhkan dua Signal

Beberapa fungsi mitokondria membutuhkan protein dimana dia diintegrasikan ke membran mitokondria sebelah dalam atau bekerja dalam ruang intermembran. Protein tsb ditranspor dari sitosol dengan mekanisme yang sama dengan transpor protein ke dalam matrik. Protein precursor pertama ditransfer ke dalam matriks. Sekuen asam amino yg amat hidrofobik, ditempatkan setelah aminoterminal dari signal peptide yg menginisiasi impor. Sekali amino-terminal signal dilepas oleh peptida signal dalam matriks, sekuen hidrophobik dapat berfungsi sbg peptide amino-terminal signal baru untuk mentranslokasi protein kembali dari matriks ke dalam atau melintasi membran sebelah dalam.

Gambar 5. Impor protein dari sitosol ke ruang intermembran atau membran sebelah dalam  mitokondria.

• Jalur yg membutuhkan dua peptide signal dan dua kejadian translokasi menggerakkan beberapa protein dari sitosol ke membran sebelah dalam. Protein pertama diimpor ke dalam ruang matrik. Pelepasan peptide signal (merah) digunakan utk translokasi awal, selanjutnya peptide signal hidrofobik (orange) melekat pada ujung asam amino baru. Signal ini menyebabkan protein terintegrasi ke membran sebelah dalam.

• Mekanisme lainnya, sekuen hidrofobik yang diikuti oleh sinyal target matriks mengikat ke translokator dan menghentikan translokasi melintasi membran sebelah dalam. Sisa protein kemudian ditarik ke dalam ruang intermembran dan sekuen hidrofobik dilepaskan ke dalam membran sebelah dalam.

• Beberapa protein terlarut dari ruang intermembran menggunakan jalur pada gambar (A) dan (B) karena dia dilepaskan ke dalam ruang intermembran oleh signal peptidase kedua.

 

Retikulum endoplasma

Retikulum endoplasma (RE) sangat luas Jaringan membran yang menyumbang lebih dari separuh Selaput total pada banyak sel eukariotik. (Kata Endoplasma berarti “di dalam sitoplasma,” dan retikulum Adalah bahasa Latin untuk “jaring kecil.”) RE terdiri dari jaringan.

 

Tubulus membran dan kantung yang disebut cisternae (dari Cisterna Latin, waduk untuk cairan). Membran RE memisahkan kompartemen internal, yang disebut Lumen RE (rongga) atau ruang cisternal, dari sitosol. Dan Karena membran RE terus menerus dengan selubung inti, ruang antara dua membran Amplop itu kontinu dengan lumen RE. Ada dua wilayah yang berbeda, meski terhubung RE yang berbeda dalam struktur dan fungsinya: RE halus dan RE kasar, RE Halus dinamakan demikian karena permukaan luarnya tidak memiliki ribosom. RE  kasar dipenuhi ribosom pada permukaan luar membran dan dengan demikian tampak kasar melalui mikroskop elektron. Seperti telah disebutkan, Ribosom juga melekat pada sisi sitoplasma Membran luar amplop nuklir, yang kontinyu Dengan RE kasar. Fungsi Halus Halus Fungsi RE halus dalam beragam proses metabolisme, Yang bervariasi dengan jenis sel. Proses ini meliputi sintesis Lipid, metabolisme karbohidrat, detoksifikasi Obat-obatan dan racun, dan penyimpanan ion kalsium. Enzim dari ER halus penting dalam sintesis Lipid, termasuk minyak, steroid, dan membran baru Fosfolipid.

 

Di antara steroid yang diproduksi oleh RE halus pada sel hewan adalah hormon seks vertebrata dan berbagai hormon steroid yang disekresikan oleh kelenjar adrenal. Sel yang mensintesis dan mensekresikan ini Hormon di testis dan ovarium, misalnya – kaya Di RE halus, fitur struktural yang pas fungsinya Dari sel-sel ini. Enzim lain dari RE halus membantu detoksifikasi obat-obatan Dan racun, terutama di sel hati. Detoksifikasi biasanya Melibatkan penambahan gugus hidroksil ke molekul obat, Membuat mereka lebih mudah larut dan mudah disiram dari tubuh. Fenobarbital penenang dan barbiturat lainnya adalah Contoh obat dimetabolisme dengan cara ini dengan lancar RE di sel hati. Padahal, barbiturat, alkohol, dan banyak Obat lain menginduksi proliferasi ER halus dan Terkait enzim detoksifikasi, sehingga meningkatkan laju Detoksifikasi Hal ini, pada gilirannya, meningkatkan toleransi terhadap Obat-obatan, yang berarti dosis tinggi harus dicapai Efek tertentu, seperti sedasi. Juga, karena beberapa Enzim detoksifikasi memiliki aksi yang relatif luas, proliferasi RE halus dalam menanggapi satu obat bisa Meningkatkan kebutuhan akan dosis obat lain yang lebih tinggi juga. Pelepasan rasiturat, misalnya, bisa menurunkan efektifitasnya Antibiotik tertentu dan obat bermanfaat lainnya. RE halus juga menyimpan ion kalsium. Di sel otot, untuk Misalnya, membran RE halus memompa ion kalsium dari Sitosol ke dalam lumen RE. Saat sel otot dirangsang Dengan dorongan saraf, ion kalsium bergegas kembali melintasi Membran RE ke dalam sitosol dan memicu kontraksi Sel otot. Pada jenis sel lainnya, pelepasan ion kalsium dari RE halus memicu respons yang berbeda, seperti sekresi Dari vesikula membawa protein yang baru disintesis.

 

Fungsi RE kasar Banyak sel mengeluarkan protein yang diproduksi oleh ribosom Melekat pada RE kasar. Misalnya sel pankreas tertentu Mensintesis insulin protein di RE dan mensekresikan ini Hormon ke dalam aliran darah. Sebagai rantai polipeptida Tumbuh dari ribosom terikat, rantai berulir ke dalam Lumen RE melalui pori yang dibentuk oleh kompleks protein Di membran RE. Polipeptida baru dilipat ke dalamnya Bentuk fungsional saat memasuki lumen RE. Kebanyakan sekretaris Protein adalah glikoprotein, protein dengan karbohidrat Terikat secara kovalen dengan mereka. Karbohidrat dilekatkan Ke protein di lumen RE oleh enzim yang dibangun ke dalam Membran ER Setelah protein sekretori terbentuk, membran RE Membuat mereka terpisah dari protein dalam sitosol, yaitu Diproduksi oleh ribosom bebas. Protein sekretori berangkat Bagian RE terbungkus selaput vesikula seperti kuncup Gelembung dari wilayah khusus yang disebut RE peralihan. Vesikel dalam perjalanan dari satu bagian sel Ke yang lain disebut transport vesikula; Kita akan bahas Nasib mereka segera Selain membuat protein sekretorik, RE kasar adalah Pabrik membran untuk sel; Itu tumbuh di tempat dengan menambahkan Protein membran dan fosfolipid ke membrannya sendiri. Sebagai polipeptida yang ditakdirkan menjadi protein membran tumbuh Dari ribosom, mereka dimasukkan ke dalam membran RE Itu sendiri dan berlabuh di sana oleh bagian hidrofobik mereka. Seperti RE halus, RE kasar juga membuat membran Fosfolipid; Enzim yang dibangun ke dalam membran ER merakit Fosfolipid dari prekursor di sitosol. RE Membran mengembang, dan bagiannya dipindahkan Dalam bentuk vesikula transportasi ke lainnya.

DAFTRA PUSTAKA

 

Alberts, B., A. Johnson, J. Lewis, D. Morgan., M. Raff, K. Roberts and P. Walter. 2014. Molecular biology of the cell 6^th edition. Garland Science, Taylor and Francis Group. New York.

 

Urry, L. A., M. L. Cain, S.A. Wasserman, P. V. Minorsky and J. B. Reece. 2017. Campbell Biology 11^th edition. Pearson. New York

 

 

SUMBER:

Alponsin

https://alponsin.wordpress.com/2019/01/17/kompartemen-intraseluler/