28/09/2016
Pendahuluan Sistem Endomembran– disusun oleh berbagai membran yang tersuspensi di sitoplasma sel eukariotik.
Membran tersebut membagi sel menjadi kompartemen yang struktural dan fungsional – organel
Sel prokariot tidak memiliki sistem endomembran
Biologi Sel dan Molekuler 5. Sistem Endomembran
Retikulum endoplasma, Badan Golgi, Endosom, Lisosom, Vakuola
Lab. Genetika dan Biologi Molekuler Prodi Biologi FMIPA UNPAD 2016
Pendahuluan
Sistem Endomembran
Organel pada sistem endomembran bersifat dinamis dan membentuk suatu jejaring yang terintegrasi
Berperan penting dalam sintesis (dan hidrolisis) mekromolekul di dalam sel Juga dalam memodifikasi makromolekul agar fungsional Fungsi setiap organel merupakan bagian dari unit-unit yang terkoordinasi
RE Kasar
Vesikula transport dari RE
Golgi apparatus
Vesikula transport dari Golgi Membran Plasma
Nukleus
RE halus
Vakuola Selubung inti
Transport Materi via Sistem Endomembran
Materi ditransport dari satu organel menuju organel lain menggunakan vesikula transport bermembran yang merupakan tunas dari komparteman donor bermembran Saat mencapai tujuan, vesikula dapat fusi dgn membran akseptor Vesikula transport bergerak dengan pola yang terarah, seringkali ditarik oleh protein motoris yang bekerja di jalur yang dibentuk oleh sitoskelet (mikrotubulus dan mikrofilamen)
Lisosom
Jalur Transportasi Vesikula Transport
Jalur biosintetik:
Protein disintesis protein dengan bantuan ribosom di RE dimodifikasi saat menuju dan di badan Golgi - ditransport ke berbagai tujuan, mis. ke membran plasma, lisosom atau vakuola; Dinamakan pula jalur sekretori Transportasi protein (protein terlarut yg akan dikeluarkan sel atau disimpan di kompartemen lain [mis.:enzim lisosom], protein integral di membran sel), lipid, dan polisakarida kompleks Terdiri atas dua jenis: sekresi konstitutif dan sekresi regulatif
Jalur endositik:
materi dari luar masuk ke dalam kompartemen sel mis.: endosom dan lisosom yang berada di sitoplasma
1
28/09/2016
Transportasi Vesikula Transport via Jalur Biosintetik
Jalur Transportasi Vesikula Transport
a) Konstitutif
Materi yang dibawa vesikula, akan dibawa dari tempat sintesis dan dikeluarkan ke ruang ekstrasel secara kontinyu, mis.
materi untuk matriks ekstraselular; materi untuk pembentukan dinding sel; materi untuk membran sel
b) Regulatif
Materi yang akan dikeluarkan dari sel disimpan dahulu dalam vesikula di dalam sel, materi akan dikeluarkan bila ada stimulus yg sesuai. mis:
a)
Konstitutif
b)
Regulatif
•
Jalur endosistik
Pada jalur ini, sel dapat menyimpan materi yg akan disekresikan di dalam granula sekretoris yg berukuran lebih besar dan padat
A. Retikulum Endoplasma (RE)
Struktur
Struktur
Komposisi dari ruang sistena atau luminal di dalam membran RE berbeda dgn ruang sitoplasma di sekitarnya Antara RE kasar dan RE halus merupakan struktur membran yang kontinyu
Beberapa protein yang sama berada di keduanya(misalnya yg terlibat dalam sintesis lipid dan kolesterol), ada juga protein yg berada di salah satu RE
Terdiri dari:
Membran yang terkoneksi dengan selubung inti dan menyebar di hampir keseluruhan sitoplasma Merupakan sistem berpasangan dari membran paralel yang melingkupi ruang sempit (lumen) dengan berbagai ukuran – tersusun oleh jejaring saluran (tubulus) dan kantung pipih (cisternae) yang terpisah dari lingkungan sitoplasma Menyusun sekitar 50% membran pada sel eukariot
A. Retikulum Endoplasma (RE)
Jalur Biosintetik
Sel saraf yang mengeluarkan neurotransmiter; Sel pankreas mengeluarkan enzim pencernaan; Sel endokrin melepaskan hormon
A. Retikulum Endoplasma (RE)
•
RE kasar (RER) – berikatan dengan ribosom RE halus (SER) – tidak berikatan dgn ribosom
Studi dgn penanda radioaktif menunjukkan bahwa RE halus disintesis dari RE kasar
A. Retikulum Endoplasma (RE)
Fungsi:
Menghasilkan membran Berperan dalam biositesis Berparan dalam penyokong mekanik dan distribusi sitoplasma Berperan dalam konduksi intraseluler impuls saraf, secara khusus disebut retikulum sarkoplasmik Berperan dalam pertukaran intraseluler dari materi dengan sitoplasma Menyediakan area permukaan yang luas untuk terjadinya reaksi kimia Tempat penyimpan sementara dan pengepakan materi
2
28/09/2016
A1. RE Halus
Banyak ditemukan di sel otot rangka, sel-sel pada tubulus ginjal, sel-sel kelenjar endokrin penghasil steroid; pada tumbuhan banyak ditemukan pada sel penghasil minyak.
Peran SER:
Peran RE halus dalam sintesis lipid, misalnya di sel epitel pada usus halus, yaitu RE halus menyintesis lipid dari asam lemak dan gliserol yang sebelumnya diabsorbsi melalui mikrovili, yg selanjutnta diteruskan ke badan Golgi untuk dieksport
Sintesis hormon steroid dalam sel endokrin di gonad dan korteks adrenal Detoksifikasi berbagai senyawa organik di dalam sel hati
A1. RE halus
Termasuk barbiturat dan alkohol -- pemakaian kronis proliferasi SER pada sel-sel hati
Pembebasan glukosa dari glukosa-6-fosfat, mis. dalam sel hati Pengaturan kadar Ca2+dalam sitoplasma sel otot rangka dan sel otot jantung kontraksi otot Sintesis lipid – minyak, fosfolipid, steroid
Model pembentukan badan lemak pada tumbuhan yang melibatkan peran dari retikulum endoplasma
A2. RE Kasar
Fungsi:
Banyak ditemukan di dalam sel yang memiliki aktivitas sekresi protein yang tinggi, misalnya
Lokalisasi Produksi Polipeptida
Bbrp polipeptida disekresi di ribosom yg terikat di permukaan sitosolik dari membran RE kasar
Menghasilkan protein yang akan dieksport menggunakan vesikula transport
Sel-sel asinus pankres, sel Goblet (penghasil mukus—mukoprotein) di saluran pencernaan dan respirasi, sel-sel endokrin penghasil hormon polipeptida, sel plasma penghasil antibodi, hepatosit penghasil protein serum darah
Lokalisasi Produksi Polipeptida
Protein yang disekresikan keluar sel Protein integral di membran Protein terlarut yang disimpan dalam komparetemen lain di sistem endomembran (RE, Badan Golgi, lisosom, endosom, vesikula, vakuola)
Bbrp polipeptida disintesis di ribosom bebas yg tersebar di sitoplasma, dan dilepaskan ke sitosol
Protein yg tetap berada di sitosol (enzim utk glikolisis, protein penyusun sitoskelet) Protein perifer yg berada di permukaan dalam membran plasma Protein yg ditransport ke nukleus Protein yg akan bergabung pada organel peroksisom, kloroplas, dan mitokondria.
3
28/09/2016
Sintesis protein sekretoris, lisosomal, vakuolaris pada ribosom terikat membran RE
Sintesis protein sekretoris, lisosomal, vakuolaris pada ribosom terikat membran RE 1. Sintesis polipeptida dimulai di ribosom sesaat setelah mRNA terikat. Pada saat sekuens sinyal (merah) berupa residu 6-15 aa hidrifobik keluar dari ribosom, maka akan terikat pada SRP (Signal Recognation Particle) – Partikel pengenalan sinyal, yg akan menghentikan translasi hingga kompleks SRP-ribosom-sekuens sinyal kontak dgn membran RE via reseptor SRP (2) yg diperlukan utk penempatan polipeptida di lumen RE 3. Perlekatan kompleks dgn reseptor SRP menyebabkan pelepasan SRP dan penggabungan ribosom dgn translocon (protein channel) di membran RE. 4. Peptida sinyal berikatan dgn bagian interior translocon , menggeser sumbat dari saluran di protein channel, shg bagian sisa polipeptida ditranslokasikan melalui membran masuk ke lumen RE peptida sinyal dipotong oleh protein membran (peptidase) protein akan dilipat oleh chapeon (misal BiP) untuk diproses lebih lanjut.
Sintesis protein integral membran
Sintesis protein integral membran
Terjadi dalam RE Mengandung satu atau lebih segmen transmembran yang hidrofobik Proses hampir serupa dengan sintesis protein yang akan disekresikan, tetapi terdapat urutan asam amino yang bersifat hidrofobik yang akan berikatan dengan protein hidrofobik pada membran RE.
Biosintesis membran terjadi di dalam RE
Membran sel tidak dihasilkan secara de novo, Membran baru dihasilkan dari membran yg sudah ada
Membran tumbuh saat protein dan lipid yg baru disintesis mengalami insersi pada membran yg sudah ada di RE.
Komponen membran ditransport dari RE ke kompartemen lain di sel – protein dan lipid dimodifikasi oleh enzim yang terdapat di orgenel yg dituju
Sintesis lipid untuk membran
Lipid untuk membran pada umumnya disintesis di RE
Fosfolipid disintesis di RE Sfingomielin dan glikolipid disintesis di RE dan dilengkapi di badan Golgi
Enzim yang terlibat dalam sintesis fosfolipid merupakan protein integral di membran RE dgn sisi aktifnya menghadap sitosol. Fosfolipid yg baru disintesis diinsersi ke bagian membran yg menghadap sitosol Pada saat biosintesis membran, dapat terjadi pergerakan fosfolipid dengan cara flipflop (bantuan enzim flippase) untuk mengubah posisi fosfolipid Lipid dibawa dari ER ke Golgi dan membran plasma dalam bentuk bagian daripada bilayer yang membangun membran vesikula transport.
4
28/09/2016
Sintesis lipid untuk membran
Dua molekul asam lemak akan ditambahkan pd gliserol-3fosfat untuk menghasilkan asam fosfatidat (acyl transferase)
Hal ini terjadi untuk memperluas lipid bilayer
Fosfatese dan fosfotransferase melekat pada gugus kepala (gugus fosfat)
Menentukan sifat kimia dari membran lipid Lipid dapat didistribusikan di dalam sel melalui berbagai cara, yaitu: (a) difusi lateral terjadi antara RE dan selubung inti; (b) vesikula transport terjadi di antara membran dalam sistem endomembran; dan (c) Protein penukar lipid dapat meneransfer lipid di antara dua membran, seperti antara RE dan mitokondria
Glikosolasi di RE kasar
Macam-macam Glikosolasi di RE kasar
Hampir semua protein yg dihasilkan di ribosom terikat membran RE merupakan glikoprotein
Gugus karbohidrat berperan penting sebagai sisi pengikatan antara protein dgn makromolekul lain; juga dalam pelipatan protein agar fungsional Sekuens gula yg ditambahkan pada oligosakarida yg membentuk glikoprotein sangat spesifik Penambahan gugus gula pada rantai oligosakarida dikatalisis oleh enzim glikosiltransferase – mentrasfer monosakarida spesifik dari rantai gula nukleotida, misalnya GDP-mannose atau UDP-Nastilglukosamin Urutan monomoner gula yg ditransfer saat pembentukan oligosakarida bergantung pd sekuens glikosiltransferase yg terlibat
B. Apparatus Golgi
Glikosilasi di RE kasar – Transport ke Golgi
Pasca glikosilasi, protein dikeluarkan dar RE dgn membentuk vesikula transport
Pada tempat keluar dari sisterna RE kasar tidak ribosom Setelah terbantuk tunas dari membran RE, terjadi fusi antar vesikula transport hingga membentuk vesikla yg lebih besar dan tubulus yg saling terkoneksi di ruang antara RE dan Golgi – ERGIC (endoplasmic reticulum Golgi intermediate compartment)
N-linked -- glikan terikat pada gugus amina di aspargin dlm RE O-linked – monosakarida terikat ke gugus hidroksil dari serin atau treonin dlm RE, Golgi, sitosol, dan inti Glypiation -- Glikan terikat ke fosfolipid dan protein C-linked -- mannosa terikat ke cincin indol dari triptofan Phosphoglycosylation – glikan terikat ke serin via ikatan fosfodiester
Struktur
Terutama disusun oleh kantung membran yang pipih – cisternae – yang tersusun bertumpuk dan membengkok, serta tubulustubulus
Ø cisternae : 0,5-1,0 µm, dgn jumlah lapisan 8 dalam satu tumpukan Dalam satu sel terdapat bbrp hingga ribuan tumpukan kantung Gologi
Terdiri atas dua muka: “cis” – menerima materi dgn cara fusi dgn vesikula transport “trans” – bagian yg melakukan “pengiriman” dan membentuk tunas vesikula transport
5
28/09/2016
B. Apparatus Golgi
Pemerosesan protein di apparatus Golgi
cis face (“receiving” side of Golgi apparatus)
1 Vesicles move 2 Vesicles coalesce to 6 Vesicles also from ER to Golgi form new cis Golgi cisternae transport certain Cisternae proteins back to ER 3 Cisternal maturation: Golgi cisternae move in a cisto-trans direction 4 Vesicles form and leave Golgi, carrying specific proteins to other locations or to the plasma mem5 Vesicles transport specific trans face brane for secretion (“shipping” side of proteins backward to newer Golgi apparatus) Golgi cisternae
Selama mengalami transport dari area “cis” ke “trans”, produk dari RE dimodifikasi untuk membentuk struktur akhir.
0.1 0 µm
Pemerosesan protein di apparatus Golgi
Mater diberi kode tanda, disortir, dan dikemas hingga membentuk vesikula transport
Peran :
Menerima dan memodifikasi hasil dari RE dan meneruskannya ke organel lain atau ke membra sel Pemilahan, penyelesaian dan transport produk dari sel Tempat terjadi glikosilasi Sintesis polisakarida, termasuk rantai glikosaminoglikan dari proteoglikan, serta pektin dan hemiselulosa yg mrpkn komponen dinding sel tumbuhan
B. Apparatus Golgi Glikosilasi
Kompleks Golgi berperan dalam merangkai komponen karbohidrat dari glikoprotein dan glikolipid. Di RE, saat sintesis rantai karbohidrat terikat gugus N, residu glukosa dihilangkan dari pusat oligosakarida Di Golgi, saat melalui cisterna “cis” dan medial”, residu mannosa juga dihilangkan, namu ditambahkan bbrp gula lain oleh glycosyltransferase.
Modifikasi protein di Apparatus Golgi
6
28/09/2016
C. Vesikula Transport
1. 2. 3.
C. Vesikula Transport
Tipe vesikula transport: Vesikula terbungkus COPII – dari RE menuju ERGIC & Golgi Vesikula terbungkus COPI – arah retrograde – dari ERGIC dan Golgi menuju RE Vesikula terbungkus clathrin – dari Golgi menuju endosom, lisosom dan vakuola
D. Lisosom
Kantung/vesikula berisi enzim pencernaan ±50 enzim yang akan menghidrolisis makromolekul
D. Lisosom
Enzim dan membran penyusun lisosom disintesis di RE kasar dan ditransportasikan ke Golgi Enzim dapat aktif pada pH rendah (~5) : protein di membarn lisosom memompa ion H+ dari sitosol ke internal lisosom
Terbentuk dari pertunasan “trans” badan Golgi Ukuran 25-50 nm -- 1µm. Hanya ditemukan pada sel hewan Membran lisosom sangat ter-glikosolasi – gugus KH membantuk lapisan proteksi dari serangan enzim yg dikandungnya
Enzim pada lisosom
Mencerna makanan Menghancurkan patogen ‘recycle’ organel yang rusak
Berperan dalam perkembangan embrio pada hewan
Peran Lisosom: Fusi dgn organel atau makromolekul di sitosol untuk recycle materi Nucleus
1 µm
Lysosome containing two damaged organelles
1µm
Mitochondrion fragment Peroxisome fragment
Lysosome
Lysosome contains active hydrolytic enzymes
Food vacuole fuses with lysosome
Hydrolytic enzymes digest food particles
Lysosome fuses with vesicle containing damaged organelle
Hydrolytic enzymes digest organelle components
Digestive enzymes Lysosome Plasma membrane
Lysosome Digestion Food vacuole
(a) Phagocytosis: lysosome digesting food
Vesicle containing damaged mitochondrion
Digestion
(b) Autophagy: lysosome breaking down damaged organelle
7
28/09/2016
5. Vakuola
Enzim yang terdapat di Lisosom
‘Organel’ multifungsi – merupakan fusi berbagai vesikula Pada sel dewasa suatu kompartemen besar, mengisi hampir 90% volume sel Memiliki membran tunggal – tonoplas, yang mengandung sistem transport aktif Vakuola memiliki berbagai fungsi dan karakter, tergantung pada tipe sel
5.Vakuola
Vakuola makanan dan vakuola kontraktil pada Paramecium
Dimiliki oleh sel tumbuhan atau fungi dan protista Terdiri dari: Vakuola makanan dibentuk melalui fagositosis Vakuola kontraktil (pada protista) memompa kelebihan air keluar dari sel Vakuola sentral (sel tumbuhan) pemyimpanan molekul organik Central vacuole dan air
Contractile Vacuole
Paramecium, like other freshwater protists, constantly takes in water by osmosis from the hypotonic environment. Bladderlike contractile vacuoles accumulate excess water from radial canals and periodically expel it through the plasma membrane.
Paramecium feeds mainly on bacteria. Rows of cilia along a funnel-shaped oral groove move food into the cell mouth, where the food is engulfed into food vacuoles by phagocytosis.
Oral groove Cell mouth
50 µm
Thousands of cilia cover the surface of Paramecium.
Micronucleus
Cytosol
Food vacuoles combine with lysosomes. As the food is digested, the vacuoles follow a looping path through the cell.
Macronucleus
Tonoplast
Nucleus
Central vacuole
The undigested contents of food vacuoles are released when the vacuoles fuse with a specialized region of the plasma membrane that functions as an anal pore.
Cell wall Chloroplast 5 µm
Peran vakuola
Kompartemen yang aktif secara osmotik
Air masuk secara osmosis pH dalam vakuola rendah pompa H+ATPase – dalam tonoplas yang memompa proton ke dalam carian vakuola Pada tumbuhan CAM pH cairan dalam vakuola berfluktuasi di malam hari terjadi akumulasi asam malat
Berfungsi seperti lisosom
tempat penghancuran senyawa tertentu – oleh enzim hidrolase
Peran vakuola
Tempat penyimpanan cadangan makanan
senyawa dan makromolekul sementara, mis. protein, enzim untuk pencernaan
Tempat penyimpanan senyawa metabolit sekunder
Alkaloid; vinblastin, nikotin; pigmen Kristal komponen bersifat toksik – menyimpan– hasil samping metabolisme.
8
28/09/2016
Hubungan antar organel penyusun sistem endomembran 1Membran inti terhubung
Nucleus
dengan RE kasar, yang berlanjut dengan RE halus
Rough ER
Membran dan protein yang dihasilkan oleh RE ditransportasikan dalam bentuk vesikula trasnport menuju apparatus Golgi
Smooth ER
cis Golgi Nuclear envelop
Vesikula transport dihasilkan 3 kembali oleh Apparatus Golgi, selain itu dibentuk pula Vesikula lain yg berkembang menjadi lisiosom dan Vakuola
Plasma membrane trans Golgi
4 Lysosom dapat fusi Vesikula lain untuk Proses digesti intrasel
5 Vesikula transport membawa protein menuju membran plasma untuk disekresikan.
6 Membran plasma meluas karena ada fusi Vesikula, protein disekresikan ke luar sel
9
