Terungkap! Rahasia Liposom yang Jarang Dibahas: Dari Carrier hingga Fase Likuida Teratur.

 

1.   CARRIER (PEMBAWA)

 

Kata carrier merujuk pada sistem pembawa atau vektor yang digunakan untuk mengangkut dan menghantarkan bahan farmasi aktif (active pharmaceutical ingredients atau API) ke dalam tubuh secara in vivo.

 

Dalam konteks nanoteknologi dan biologi molekuler, carrier biasanya mengacu pada suatu struktur atau sistem yang dirancang untuk meningkatkan stabilitas, bioavailabilitas, dan efikasi API. Pada kasus lipid-based nanomaterials, sistem pembawa ini dapat berupa liposom, nanopartikel lipid padat (SLN), atau nanostruktur lipid carrier (NLC), yang berfungsi melindungi API dari degradasi, meningkatkan pelepasan yang terkontrol, serta memungkinkan target spesifik ke jaringan atau sel tertentu dalam tubuh.

 

Dalam kamus biologi, kata carrier dapat diterjemahkan sebagai "pembawa".

Namun, maknanya dapat bervariasi tergantung pada konteksnya:

1.Dalam genetika, carrier berarti individu yang membawa alel resesif dari suatu gen yang tidak diekspresikan secara fenotipik tetapi dapat diwariskan ke keturunannya (pembawa sifat).

2.Dalam bioteknologi dan farmasi, carrier merujuk pada sistem pembawa atau vektor yang digunakan untuk mengantarkan zat aktif, seperti obat atau materi genetik, ke dalam tubuh.

3.Dalam mikrobiologi, carrier bisa mengacu pada organisme yang membawa patogen tetapi tidak menunjukkan gejala penyakit (pembawa infeksi).

Dalam konteks kalimat terkait farmasi dan nanoteknologi, carrier lebih tepat diterjemahkan sebagai "pembawa" atau "sistem pembawa".

 

Gambar ilustrasi sederhana dari carrier berbasis lipid dalam nanoteknologi, termasuk liposom, SLN, dan NLC.

 

CONTOH PENGGUNAAN ISTILAH PEMBAWA

Emusifying Drug Delivery System (SNEDDS) merupakan salah satu upaya untuk mengatasi kelarutan dan bioavailabilitas bahan obat terutama dari ekstrak yang kelarutannya rendah dalam air. SNEDDS memiliki ukuran droplet dalam skala nanometer dan terbukti dapat meningkatkan bioavailabilitas dan menjaga stabilitas obat. SNEDDS memiliki kelebihan dibandingkan dengan pembawa lipid lainnya, seperti lebih stabil dalam penyimpanan, lebih praktis, dan cepat diproduksi dalam skala besar.

 

2.  BIOKOMPATIBEL LIPOSOM

 

Biokompatibel liposom merujuk pada liposom yang dapat berinteraksi dengan sistem biologis tanpa menimbulkan reaksi toksik atau imunogenik yang merugikan. Liposom yang biokompatibel umumnya terbuat dari fosfolipid alami atau sintetik yang mirip dengan komponen membran sel, sehingga dapat diterima oleh tubuh dan terdegradasi secara alami.

 

Karakteristik Biokompatibel Liposom:

1.Tidak toksik – Tidak menyebabkan kerusakan sel atau jaringan.

2.Tidak imunogenik – Tidak memicu respons imun yang berlebihan.

3.Biodegradabel – Dapat terurai dalam tubuh menjadi komponen yang aman dan dapat dikeluarkan.

4.Stabilitas tinggi – Mampu mempertahankan struktur dan fungsi dalam lingkungan biologis.

 

Gambar ilustrasi biokompatibel liposom, yang menunjukkan vesikel bilayer dengan inti hidrofilik berisi molekul obat.

 

Liposom biokompatibel banyak digunakan dalam sistem penghantaran obat (drug delivery system), terapi gen, dan kosmetik, karena kemampuannya meningkatkan bioavailabilitas dan mengurangi efek samping obat yang dikirimkan.

 

3.  VESIKEL LIPOSOM

 

Vesikel adalah kantung kecil yang membawa bahan di dalam sel dan berinteraksi dengan membran sel untuk melakukan eksositosis atau endositosis

Vesikel liposom adalah struktur berbentuk bola yang terdiri dari satu atau lebih bilayer lipid yang mengelilingi ruang berair. Liposom terbentuk secara spontan ketika fosfolipid berinteraksi dengan air, menghasilkan vesikel yang dapat mengenkapsulasi zat hidrofilik dalam inti berairnya serta zat lipofilik di dalam bilayer lipidnya.

 

Struktur Vesikel Liposom:

1.Bilayer fosfolipid – Membran yang menyerupai struktur membran sel, terdiri dari fosfolipid dengan kepala hidrofilik dan ekor hidrofobik.

2.Inti berair (Aqueous Core) – Bagian dalam liposom yang dapat menyimpan molekul larut air.

3.Lapisan antar bilayer (Interlamellar Space) – Ruang antara bilayer lipid yang juga dapat menampung molekul tertentu.

 

Gambar ilustrasi dari struktur vesikel liposom, menampilkan bilayer fosfolipid dengan inti berisi cairan.

 

Klasifikasi Vesikel Liposom Berdasarkan Ukuran dan Lapisan:

1.Unilamellar Vesicles – Memiliki satu lapisan bilayer lipid.

o    Small Unilamellar Vesicles (SUVs): Diameter 20–100 nm.

o    Large Unilamellar Vesicles (LUVs): Diameter >100 nm.

2.Multilamellar Vesicles (MLVs) – Memiliki beberapa lapisan bilayer lipid yang mengelilingi ruang berair, dengan diameter 500 nm hingga beberapa mikrometer.

 

Gambar ilustrasi klasifikasi vesikel liposom berdasarkan ukuran dan lapisan, yang mencakup Small Unilamellar Vesicle (SUV), Large Unilamellar Vesicle (LUV), dan Multilamellar Vesicle (MLV).

 

Fungsi dan Aplikasi Vesikel Liposom:

• Sistem penghantaran obat (Drug Delivery System) untuk meningkatkan efektivitas dan bioavailabilitas obat.

• Terapi gen, dengan membawa DNA atau RNA ke dalam sel target.

• Kosmetik, sebagai sistem penghantaran bahan aktif ke lapisan kulit yang lebih dalam.

• Nutrisi, dalam enkapsulasi vitamin atau senyawa bioaktif untuk meningkatkan stabilitas dan penyerapan.

 

4.  RELEVANSI FARMASI (PHARMACEUTICAL RELEVANCE)

 

Relevansi farmasi (pharmaceutical relevance) dari lipid nanoparticles (LPN) dan vaksin berbasis mRNA-LPN meliputi: Lipid Nanoparticles (LPN) dalam Farmasi; Vaksin mRNA-LPN dalam Farmasi.

 

Relevansi farmasi (Pharmaceutical Relevance) merujuk pada pentingnya suatu konsep, bahan, atau teknologi dalam bidang farmasi, khususnya dalam pengembangan, formulasi, dan penghantaran obat. Dalam konteks liposom, relevansi farmasi mencakup manfaatnya dalam meningkatkan efektivitas terapi, mengurangi efek samping, serta meningkatkan stabilitas dan bioavailabilitas obat.

 

Relevansi Farmasi Liposom:

1.Sistem Penghantaran Obat (Drug Delivery System)

o    Liposom dapat meningkatkan penyerapan obat dengan mengontrol pelepasan zat aktif di dalam tubuh.

o    Memungkinkan penghantaran obat secara spesifik ke jaringan atau sel target (misalnya, terapi kanker dengan liposom bertarget).

2.Meningkatkan Bioavailabilitas

o    Liposom melindungi obat dari degradasi enzimatik, meningkatkan kelangsungan hidup obat di dalam tubuh.

o    Memungkinkan obat yang tidak larut dalam air menjadi lebih efektif dengan enkapsulasi dalam bilayer lipid.

3.Mengurangi Efek Samping

o    Dengan penghantaran yang lebih terarah, liposom dapat mengurangi paparan obat ke jaringan sehat, sehingga mengurangi efek samping.

o    Contohnya, doxorubicin liposom digunakan dalam terapi kanker dengan toksisitas jantung yang lebih rendah dibandingkan doxorubicin konvensional.

4.Aplikasi dalam Vaksin dan Terapi Gen

o    Liposom digunakan untuk mengenkapsulasi antigen dalam vaksin guna meningkatkan respons imun.

o    Dalam terapi gen, liposom dapat membawa DNA atau RNA ke dalam sel target.

5.Kosmetik dan Dermatologi

o    Liposom digunakan dalam produk perawatan kulit untuk meningkatkan penetrasi bahan aktif, seperti vitamin dan antioksidan.

6.Stabilitas dan Formulasi Obat

o    Liposom dapat melindungi bahan aktif yang rentan terhadap degradasi lingkungan, seperti protein dan enzim, sehingga memperpanjang umur simpan obat.

 

Gambar ilustrasi Relevansi Farmasi

 

Dengan keunggulan ini, liposom memiliki peran penting dalam farmasi modern, terutama dalam pengembangan obat berbasis nanoteknologi untuk terapi yang lebih efektif dan aman.

 

5.  FASE LIKUIDA TERATUR (THE LIQUID-ORDERED PHASE)

 

Fase likuida teratur (liquid-ordered phase, L₀) adalah salah satu fase dalam membran lipid yang memiliki sifat unik, berada di antara fase liquid-disordered (Lᵈ) dan fase gel.

Karakteristik Fase Likuida Teratur (L₀)

1.Fluiditas Menengah

o    Membran dalam fase L₀ lebih teratur dibandingkan fase liquid-disordered (Lᵈ), tetapi tetap memiliki mobilitas lateral yang lebih tinggi dibandingkan fase gel.

2.Kandungan Kolesterol Tinggi

o    Fase ini sering dikaitkan dengan adanya kolesterol dalam jumlah tinggi, yang membantu mempertahankan keteraturan rantai asam lemak sekaligus menjaga fluiditas membran.

3.Kemampuan Difusi Lateral

o    Lipid dalam fase L₀ dapat berdifusi secara lateral di dalam membran, meskipun pergerakannya lebih terbatas dibandingkan pada fase Lᵈ.

4.Keteraturan Rantai Asam Lemak

o    Rantai asam lemak dalam fase ini cenderung lebih lurus dan tersusun lebih rapat dibandingkan fase Lᵈ, tetapi tidak sekaku pada fase gel.

5.Berkaitan dengan Rakit Lipid (Lipid Rafts)

o    Fase L₀ sering dikaitkan dengan pembentukan lipid rafts, yaitu domain membran mikro yang kaya akan kolesterol dan sfingolipid. Lipid rafts berperan dalam berbagai proses biologis seperti pensinyalan sel dan transportasi protein membran.

 

Peran Biologis

• Memfasilitasi interaksi protein dalam membran sel.

• Berperan dalam pensinyalan seluler dan komunikasi antar sel.

• Memungkinkan partisi protein ke dalam domain khusus dalam membran.

 

Fase L₀ memiliki peran penting dalam organisasi dan fungsi membran biologis, terutama dalam regulasi struktur membran yang dinamis tetapi tetap stabil.

 

Gambar Fase likuida teratur dan fase likuida tidak teratur berbeda dalam komposisi, urutan ekor lipid dan ketebalannya.

 

Gambar Ilustrasi fase likuida teratur (liquid-ordered phase, L₀) yang menunjukkan susunan lipid bilayer dengan molekul lipid yang lebih teratur dan rantai asam lemak yang lurus, dengan kolesterol yang tersebar di antaranya untuk menstabilkan struktur. Ilustrasi ini juga membandingkan fase L₀ dengan fase liquid-disordered (Lᵈ), yang memiliki lipid lebih longgar dengan rantai asam lemak yang bengkok.

 

6.  KOMPARTEMEN LIPOSOM

 

Kompartemen liposom merujuk pada ruang atau bagian dalam liposom yang dapat digunakan untuk mengenkapsulasi berbagai zat, seperti obat, protein, atau bahan aktif lainnya. Liposom adalah vesikel berbentuk bola yang terdiri dari satu atau lebih bilayer lipid yang mengelilingi larutan berair. Struktur ini memungkinkan liposom memiliki dua jenis kompartemen utama:

1.Kompartemen dalam (Aqueous Core) – Ruang di bagian tengah liposom yang berisi larutan berair, tempat zat hidrofilik dapat dienkapsulasi.

2.Kompartemen bilayer lipid – Lapisan ganda fosfolipid yang membentuk membran liposom, yang dapat menyimpan zat lipofilik di antara lapisan-lapisannya.

 

Gambar ilustrasi kompartemen liposom yang menampilkan struktur bilayer fosfolipid dengan kompartemen yang mengandung berbagai molekul, sesuai dengan konsep ilmiah liposom.

 

Liposom sering digunakan dalam sistem penghantaran obat (drug delivery system) karena kemampuannya melindungi dan mengontrol pelepasan zat yang dienkapsulasi.

 

7.  SUHU TRANSISI FASE ( PHASE TRANSITION TEMPERATURE, T_C ).

 

Suhu Transisi Fase ( Phase Transition Temperature, T_c )

Suhu transisi fase adalah suhu di mana fosfolipid dalam bilayer liposom mengalami perubahan dari fase gel (solid-ordered phase, L_β) menjadi fase cair (liquid-disordered phase, L_α). Pada suhu ini, mobilitas dan permeabilitas membran liposom berubah secara signifikan, yang berpengaruh pada stabilitas dan pelepasan zat yang dienkapsulasi.

Proses Transisi Fase dalam Liposom:

1.Fase Gel (L_β):

o    Terjadi pada suhu di bawah T_c.

o    Fosfolipid dalam keadaan terorganisir dan kaku.

o    Membran kurang permeabel terhadap zat aktif.

2.Fase Cair (L_α):

o    Terjadi pada suhu di atas T_c

o    Fosfolipid lebih dinamis dan fleksibel.

o    Membran lebih permeabel, sehingga meningkatkan difusi obat keluar dari liposom.

 

Faktor yang Memengaruhi T_c

• Jenis Fosfolipid: Fosfolipid dengan rantai asam lemak jenuh memiliki T_c lebih tinggi dibandingkan yang tidak jenuh.

• Panjang Rantai Asam Lemak: Semakin panjang rantai, semakin tinggi T_c.

• Kandungan Kolesterol: Penambahan kolesterol dapat menstabilkan bilayer dan memperlebar rentang transisi fase, sehingga membuat membran lebih stabil.

 

Relevansi dalam Farmasi:

• Stabilitas Liposom: Liposom dengan fosfolipid ber-T_c tinggi lebih stabil pada suhu tubuh dan tidak mudah bocor.

• Penghantaran Obat: Liposom dengan T_c yang sesuai dapat digunakan untuk pelepasan obat yang dikontrol oleh suhu.

• Formulasi Vaksin dan Terapi Gen: Pemilihan fosfolipid dengan T_c yang sesuai memastikan efektivitas penghantaran bahan aktif.

Gambar ilustrasi suhu transisi fase (Tc) yang menunjukkan perbedaan antara fase gel (lipid tersusun rapat) pada suhu rendah dan fase cair-kristalin (lipid lebih longgar) pada suhu tinggi, dengan tanda panah yang menunjukkan titik transisi suhu (T_C).

Gambar di atas menggambarkan Phase Transition Temperature (T_C) pada membran lipid. Berikut adalah penjelasan elemen-elemen utama dalam gambar:

1.Fase Padat (Gel Phase) – Kiri

o    Lipid dalam keadaan tightly packed (tersusun rapat).

o    Membran dalam kondisi solid dan kurang fleksibel.

o    Ditunjukkan dengan struktur lipid bilayer yang kaku.

2.Fase Cair (Liquid-Crystalline Phase) – Kanan

o    Lipid dalam keadaan lebih longgar dan fleksibel.

o    Membran menjadi lebih cair dan lebih permeabel terhadap molekul.

o    Dapat dilihat dengan struktur bilayer yang lebih longgar dan adanya pelepasan molekul air.

3.Suhu Transisi (Transition Temperature - TC)

o    Suhu pada saat membran lipid berubah dari fase padat ke fase cair.

o    Ditandai dengan perubahan struktur membran yang signifikan.

4.Ilustrasi Termometer

o    Menunjukkan perbedaan keadaan membran pada suhu rendah (membran padat) dan suhu tinggi (membran cair).

5.Perubahan Struktur Membran

o    Pada suhu rendah, lipid tersusun rapat.

o    Pada suhu tinggi, lipid menjadi lebih longgar, memungkinkan lebih banyak pergerakan molekul.

 

Gambar ini memberikan ilustrasi visual tentang bagaimana suhu transisi memengaruhi struktur membran seluler, yang penting dalam studi biofisika membran dan fungsi sel.

 

Dengan memahami suhu transisi fase, formulasi liposom dapat dioptimalkan untuk berbagai aplikasi farmasi, termasuk sistem penghantaran obat yang lebih efektif dan stabil.

 

8.  HIDROFILIK DAN HIDROFOBIK MEMBRAN SEL

 

Membran sel adalah struktur bilayer fosfolipid yang memiliki sifat hidrofilik (suka air) dan hidrofobik (tidak suka air). Sifat ini memungkinkan membran sel berfungsi sebagai penghalang selektif, mengatur masuk dan keluarnya molekul ke dalam dan luar sel.

Struktur Membran Sel Berdasarkan Sifat Hidrofilik dan Hidrofobik

1.Bagian Hidrofilik (Suka Air)

o    Kepala fosfat dari fosfolipid bersifat hidrofilik.

o    Menghadap ke lingkungan luar sel (ekstraseluler) dan dalam sel (sitoplasma), yang keduanya berbasis air.

o    Memungkinkan interaksi dengan molekul polar seperti air dan ion.

2.Bagian Hidrofobik (Tidak Suka Air)

o    Ekor asam lemak dari fosfolipid bersifat hidrofobik.

o    Menghadap ke bagian dalam membran, menciptakan inti nonpolar yang menghambat masuknya molekul polar.

o    Membantu menjaga stabilitas membran dan mencegah kebocoran zat-zat yang tidak diinginkan.

 

Peran Sifat Hidrofilik-Hidrofobik dalam Fungsi Membran Sel

• Penghalang Selektif: Membran hanya memungkinkan molekul tertentu, seperti gas dan molekul kecil nonpolar, untuk berdifusi bebas.

• Transportasi Molekul: Molekul besar dan polar membutuhkan protein membran (seperti kanal ion atau protein pembawa) untuk melewati membran.

• Fleksibilitas Membran: Struktur bilayer memungkinkan membran tetap dinamis dan dapat beradaptasi dengan perubahan lingkungan.

• Komunikasi Seluler: Komponen hidrofilik berperan dalam interaksi dengan protein sinyal dan reseptor di permukaan sel.

 

Aplikasi dalam Farmasi dan Teknologi Liposom

• Liposom meniru struktur membran sel dengan bagian hidrofilik yang menghadap keluar dan bagian hidrofobik di dalam bilayer.

• Penghantaran Obat: Obat hidrofilik dapat dienkapsulasi dalam inti berair liposom, sementara obat hidrofobik dapat dimasukkan ke dalam bilayer lipidnya.

• Terapi Targeted Drug Delivery: Membran liposom yang menyerupai membran sel memungkinkan penghantaran obat yang lebih efektif ke target tertentu dalam tubuh.

 

Dengan memahami sifat hidrofilik-hidrofobik, ilmuwan dapat mengembangkan sistem penghantaran obat yang lebih efisien dan meningkatkan efektivitas terapi berbasis liposom.

 

Gambar ilustrasi hidrofilik - hidrofobik membran sel

 

Gambar islustrasi hidrofilik – hidrofobik Liposom

 

9.  FOSFOLIPID BILAYER: STRUKTUR DAN FUNGSI

Fosfolipid bilayer adalah lapisan ganda (bilayer) fosfolipid yang membentuk struktur dasar membran sel dan berbagai sistem penghantaran obat berbasis lipid, seperti liposom.

 

Struktur Fosfolipid Bilayer

Fosfolipid adalah molekul yang terdiri dari:

1.Kepala hidrofilik (suka air) → Terdiri dari gugus fosfat dan gliserol, yang bersifat polar dan dapat berinteraksi dengan air.

2.Ekor hidrofobik (tidak suka air) → Terdiri dari dua rantai asam lemak nonpolar yang menolak air.

 

Dalam lingkungan berair, fosfolipid secara spontan membentuk lapisan ganda (bilayer), di mana:

• Kepala hidrofilik menghadap ke luar (berinteraksi dengan lingkungan berair di dalam dan di luar sel).

• Ekor hidrofobik menghadap ke dalam (tersembunyi dari air, menciptakan inti hidrofobik).

 

Fungsi Fosfolipid Bilayer

1.Komponen utama membran sel → Menjaga struktur dan regulasi transportasi zat masuk dan keluar sel.

2.Selektivitas permeabilitas → Memungkinkan hanya molekul tertentu melewati membran, seperti oksigen dan karbon dioksida.

3.Dasar pembentukan vesikel lipid → Digunakan dalam teknologi liposom dan nanopartikel lipid untuk penghantaran obat dalam terapi berbasis nanoteknologi.

 

Fosfolipid bilayer sangat penting dalam biologi molekuler, terutama dalam desain nanomaterial berbasis lipid, karena kemampuannya meniru membran biologis dan membawa bahan farmasi aktif secara efektif.

 

Contoh penggunaan kata fosfolipid bilayer

Liposom adalah koloid, struktur vesikular tergantung pada fosfolipid bilayer, dan dapat menjebak senyawa bioaktif dalam matriks pelindungnya (Ramli, Ali, Hamzah, & Yatim, 2021).

 

Gambar ilustrasi bilayer fosfolipid yang menunjukkan struktur membran biologis dengan dua lapisan fosfolipid, di mana kepala hidrofilik menghadap ke luar dan ekor hidrofobik menghadap ke dalam, serta dilengkapi dengan protein terbenam, molekul kolesterol, dan glikoprotein.

#Liposom 

#Nanoteknologi 

#DrugDelivery 

#FarmasiModern 

#Biomaterial

 

Kompartemen 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/