1
BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Semua sel eukariotik mempunyai retikulum endoplama (RE). Secara khas merupakan lebih dari separuh dari rata-rata total membran dari sel hewan. RE diorganizir oleh netlike labirin labirin dari tubula bercabang dan flattened sacs (kantong (kanton g yg rata) yang diperluas melalui sitosol (gambar 12-34). Tubula dan sacs saling berhubungan, dan membran mereka berkelanjutan dengan membran luar inti. jadi, ER dan membran iti membentuk lembaran berkelanjutan me-lampirkan ruang internal single, yang disebut rongga ER atau ruang ER cisternal, yang sering menempati lebih dari 10% dari volume total se l. ER memiliki peran sentral baik dalam lipid dan biosintesis protein, dan juga melayani penyaluran Ca2+ intraseluler yang digunakan dalam respons banyak sel sinyal. Membran RE adalah tempat produksi dari semua protein transmembran dan lipid untuk sebagian besar organel sel, termasuk ER sendiri, aparatus Golgi, lisosom, endosomes, vesikel sekretorik, dan membran plasma. Membran ER juga membuat sebagian besar lipid untuk mitokondria dan membran peroxisomal. Selain itu, hampir semua protein yang akan disekresikan ke sel-eksterior tambahan yang diperuntukkan untuk lumen ER, aparatus Golgi, atau lisosom yang awalnya dikirim ke lumen ER. Istilah diktiosom, badan Golgi, kompleks golgi maupun aparatus Golgi, sebenarnya semua menunjukkan organel yang sama.Organel ini dikaitkan dengan fungsi
ekskresi
sel.
Tidak
perlu
menggunakan
mikroskop
elektron
untuk
mengamatinya, karena strukturnya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa. Karena memiliki fungsi yang berhubungan dengan ekskresi sel, maka salah satu organel yang mengandung banyak diktiosom adalah ginjal. Meskipun demikian, organel ini mempunyai struktur yang sama di hampir semua sel eukariotik, dengan jumlah antara 10 hingga 20 buah setiap selnya.
2
Untuk fungsi
sekresi
bekerja
sama
mengoptimalkan sel,
badan
dengan
golgi
retikulum
endoplasma. Retikulum endoplasma membantu proses penampungan dan penyaluran protein ke Golgi.Protein tersebut
selanjutnya
direaksikan
glioksilat
sehingga
dengan
terbentuk glikoprotein. Hasil reaksi Gambar 12-33 Bagian-bagian dari anggota sel
ini
dibawa
ke
luar
sel.
Kemampuan membawa hasil ke luar sel inilah yang membuat badan Golgi mempunyai nama lain organel sekretori.
B. TUJUAN
Tujuan dari penyusunan makalah ini adalah untuk menjelaskan: 1. Sejarah penemuan Retikulum Endoplasma dan Aparatus Golgi 2. Bagian-bagian, struktur dan fungsi RE dan Aparat us Golgi 3. Mekanisme kerja RE dan Aparatus Golgi di sel. 4. Beberapa penyakit akibat disfungsi RE dan Aparatus Golgi
3
BAB II PEMBAHASAN
A. SEJARAH PENEMUAN RETIKULUM ENDOPLASMA DAN APARATUS GOLGI
1. Retikulum Endoplasma
Retikulum berasal dari bahasa latin yang berarti “jaringan”, sedangkan kata endoplasmik berarti “di dalam sitoplasma. RE sendiri adalah salah satu organel yang terdapat di dalam sel, baik itu sel tumbuhan maupun sel hewan. Menurut sejarah, RE ditemukan pada tahun 1887. Saat itu seorang ahli sel yang bernama Garnier menyelidiki terjadinya perbedaan warna sitoplasma sel antara sel kelenjar dengan sejumlah bagian lain dalam sitoplasma. Bagian yang berbeda warna itu seringkali diamati dan didapat gambaran berupa struktur yang mirip seperti guratan. Bentuk inilah yang membuat Garnier menduga, kalau organel ini ada hubungannya dengan fungsi sekresi pada sel. Karena itulah Garnier kemudian menyebut menyebut organel ini dengan Ergatoplasma. Ergatoplasma. Ergatoplasma di sel saraf disebut dengan Badan Nissl, yang selanjutnya juga disebut dengan Retikulum Endoplasma. Selanjutnya seorang ahli sel yang bernama Porter, pada tahun 1945 menemukan jala-jala yang halus pada sitoplasma fibroblas ayam. Ketika dipotong melintang dan diamati di bawah mirksokop, jala-jala ini tampak seperti saluran buntu, dengan bentuk yang mirip gelembung memanjang. Penelitian ini diteruskan oleh Fry Wyssling dan Muhlethaler di tahun 1965. Mereka mengamati di bawah mikroskop elektron dan mengambil kesimpulan bahwa terusan-terusan tersebut saling berhubungan dan saling berkaitan di seluruh sitoplasma. RE yang berukuran besar seperti badan Nissl dapat diamati pada mikroskop cahaya biasa, namun RE dengan ukuran yang lebih kecil harus diamati di bawah mikroskop elektron. 2. Aparatus Golgi
Sistem endomembran pertama kali ditemukan pada 1800-an ketika ilmuwan Camillo Golgi melihat bahwa noda tertentu selektif hanya ditandai beberapa membran selular internal. Golgi berpikir bahwa membran intraseluler saling berhubungan, namun kemajuan dalam mikroskop dan studi biokimia dari berbagai membran pembungkus
4
organel menegaskan bahwa organel dalam sistem endomembran adalah kompartemen terpisah dengan fungsi tertentu. Struktur ini melakukan pertukaran bahan membran melalui tipe khusus transportasi. Para ilmuwan akhirnya menyimpulkan bahwa sistem endomembran mencakup retikulum endoplasma (ER), Golgi aparatus, dan lisosom. Vesikel juga memungkinkan pertukaran komponen membran dengan membran plasma sel. Aparatus Golgi, atau Golgi kompleks, berfungsi sebagai sebuah pabrik di mana protein yang diterima dari ER lebih lanjut diproses dan disortir untuk transportasi ke tujuan akhirnya mereka: lisosom, membran plasma, atau sekresi. Selain itu, seperti disebutkan sebelumnya, glikolipid dan sphingomyelin disintesis dalam Golgi. Dalam sel tumbuhan, aparatus Golgi lanjut berfungsi sebagai tempat di mana polisakarida yang kompleks dari dinding sel disintesis. Aparatus Golgi demikian terlibat dalam pengolahan berbagai konstituen seluler yang melakukan perjalanan sepanjang jalur sekresi.
B. BAGIAN-BAGIAN RETIKULUM ENDOPLASMA DAN APARATUS GOLGI
Sistem membran menyusun struktur RE secara keseluruhan. Di sekeliling RE terdapat semacam sitoplasma yang disebut sitosol. Struktur Retikulum Endoplasma sendiri tersusun atas kompartemen atau ruangan-ruangan kosong dengan lapisan membran berukuran tebal 4 nanometer. Membran ini kemudian berkaitan dengan membran nukleus atau inti sel. Retikulum mempunyai
Endoplasma
ribuan
ribosom
juga yang
merupakan tempat sintesis protein dalam sel.
Bagian
RE
yang
mengandung
ribosom disebut Retikulum Endoplasma Kasar
atau
Rough
Endoplasmic
Reticulum. RE kasar berfungsi untuk mengambil protein yang telah disintesis oleh ribosom, dan kemudian membawa protein tersebut ke bagian-bagian sel lainnya. Karena sebagian besar protein tidak diperlukan di dalam sel, namun lebih dibutuhkan oleh organ lain. Dua contoh protein yang dihasilkan RE kasar adalah enzim dan hormon.
5
Adapula bagian Retikulum Endoplasma yang tidak dikelilingi oleh ribosom. Bagian ini disebut dengan Retikulum Endoplasma Halus atau Smooth Endoplasmic Reticulum. Fungsi dari RE halus adalah membentuk lemak dan steroid. Sel-sel dengan RE halus akan banyak dijumpai di organ seperti hati atau hepar. RE memiliki struktur yang mirip kantung yang tersusun berlapis-lapis. Kantungkantung ini disebut dengan cisternae. Retikulum Endoplasma (RE) sebenarnya merupakan labirin membran dalam sel. Begitu banyaknya membran yang ada di RE sehingga jumlahnya lebih dari lima puluh persen total membran dalam sel-sel eukariotik. Sejumlah ahli menyebut bahwa RE sebenarnya merupakan perluasan membran sel yang kemudian membentuk labirin atau kantung yang saling berhubungan. Kantung-kantung ini berfungsi membantu gerakan substansi sel dari satu bagian sel ke bagian sel lain. Dengan pengamatan di bawah mikroskop elektron, struktur Aparatus Golgi lebih mirip kantung-kantung pipih yang tersusun bertumpuk dan dibatasi membran. Masing-masing tumpukan biasanya tersusun atas 3 hingga 7 sakulus atau kantung. Tiap tumpukan akan tampak cembung menghadap ke inti sel dan cekung menghadap bagian luar sel. Bagian dalam apparatus golgi tersusun atas sisterna dengan sejumlah lubang atau disebut dengan fenestrasi. Untuk sakulus bagian atas mempunyai fenestra di bagian tepi. Jika membran plasma umumnya terdiri dari dua lapis sel, apparatus golgi mempunyai struktur membran trilaminar yang lebih tipis dari plasmalema. Di permukaan apparatus golgi tampak sejumlah vesikel-vesikel kecil dengan ukuran diameter 40 hingga 80 nm. Vesikel-vesikel itu berhubungan dengan sakulus, diduga berfungsi sebagai media transportasi. Bagian cis dari apparatus golgi menerima vesikel-vesikel yang berasal dari Retikulum Endoplasma Kasar. Vesikel ini kemudian diserap ke ruangan-ruangan di dalam Badan Golgi. Ruangan-ruangan tersebut akan bergerak dari sisi cis menuju ke sisi trans. Setelah itu masing-masingruangan tersebut akan memecahkan diri dan membentuk vesikel yang lain. Dengan proses ini vesikel siap untuk disalurkan ke bagian-bagian sel yang lain atau dikeluarkan dari dalam sel.
6
C. STRUKTUR RETIKULUM ENDOPLAMA DAN APARATUS GOLGI
1. Retikulum Endoplasma
RE mempunyai struktur mirip kumpulan kantung dengan membran yang memanjang seperti pipa, atau gelembung yang meluas dalam sitoplasma khususnya sel eukariot. RE terbagi menjadi dua jenis yaitu retikulum endoplasma kasar dan retikulum endoplasma halus. Meski berbeda, namun kedua jenis retikulum endoplasma ini menyusun sistem membran yang melingkupi hampir seluruh ruangan dalam sel. Bagian dalam membran pada RE disebut dengan ruang sisterna (cysternal space).Sedangkan bagian luar luar membran di sekitar RE disebut ruang sitosolik (cytololic space). Perbedaan penampakan atau morfologi antara retikulum endoplasma kasar dan retikulum endoplasma halus terletak pada ada dan tidaknya ribosom di sekitar membran yang berhadapan dengan ruang sitosolik. Perbedaan lainnya adalah RE kasar merupakan organel dengan membran yang terusun dari suatu kantong pipih yang disebut dengan sisterna. Sedangkan RE halus merupakan organel dengan membran berbentuk tubular. Walau berbeda, RE kasar dan halus akan menyatu di tempat tertentu, karena keduanya bekerja sama dalam melakukan berbagai aktivitas sel. Area
ER
halus
dimana
transportasi vesikel membawa protein yang baru disintesis dan tunas lipid pergi untuk transportasi ke aparatus Golgi Gambar 12.36C RE kasar dan halus tiga dimensi pada sel hati (Bruce, A. 2008)
disebut ER transisi. RE kasar memiliki struktur khas
yaitu setiap lembarannya tersusun atas 2 membran sel yang kemudian menjadi satu pada bagian tepi sel masing-masing. Membran ini dibatasi oleh kantong yang berbentuk sakulus. Bentuk dan letak sakulus bervariasi, sesuai dengan jenis, struktur dan fungsi sel.Misalnya RE kasar yang yang berada di pankreas, sakulus menjadi tampak sistematis, terarah, serta paralel antara satu kantung dengan kantung lainnya. Contoh RE kasar yang lain tampak pada sel-sel glandula dari acini pankreas dan paratoide
7
terdapat pada maxilla. Hampir seluruh sakulus yang diamati di bawah mikroskop menempati bagian basal sitoplasma. Semakin aktif sebuah sel, maka jumlah ribosom dan sakulur akan kian banyak.
Gambar 12-36. (A) Sebuah mikrograf elektron dari ER kasar dalam sel eksokrin pankreas yang membuat dan mengeluarkan sejumlah besar enzim pencernaan setiap hari. Sitosol diisi dengan lembaran dikemas erat membran ER dipenuhi dengan ribosom. Di kiri atas adalah sebagian dari inti dan selubung inti, perhatikan bahwa membran inti luar, yang kontinu dengan ER, juga dipenuhi dengan ribosom. (B) Sebuah mikrograf elektron bagian tipis polyribosom melekat pada membran ER. Bidang bagian di beberapa tempat pemotongan melalui RE kira-kira sejajar dengan membran, memberikan gambaran dari pola rosettelike dari polyribosom.
RE halus terbetuk dari satu labirin dengan kanalikuli yang halus, saling berhubungan, serta berinfiltrasi dalam semua sitoplasma. RE halus tidak memiliki ribosom pada permukaan luar membrannya. Jalur yang dibuka dengan RE halus adalah jalur nutrisi dan mineral yang berhubungan dengan mitokondria, tempat glikogen dan juga peroksisom.Sedangkan RE kasar mempunyai sistem organisasi membran sakular dan penuh dilingkupi dengan ribosom. RE halus merupakan jalinan tubuli-tubuli yang saling berkaitan dan tanpa adanya ribosom.
8
Gambar 12-38 (A) Kemelimpahan RE halus di sel yang mensekresi hormon steroid -. Mikrograf elektron ini adalah pensekresian testosteron oleh sel Leydig di testis manusia. (B) Sebuah rekonstruksi tiga dimensi dari wilayah ER halus dan ER kasar dalam sel hati. ER kasar membentuk tumpukan berorientasi cisternae rata, masing-masing memiliki ruang lumenal lebar 20-30 nm. Membran ER halus ini terhubung ke cisternae dan membentuk jaringan tubulus halus 30-60 nm.
2. Aparatus Golgi
Karena strukturnya yang besar dan teratur, aparatus Golgi adalah salah satu organel pertama yang dideskripsikan menggunakan mikroskop cahaya. Tersusun atas kumpulan membran-kompartemen tertutup yang ditumpuk rata, disebut cisternae, yang menyerupai tumpukan roti pita. Setiap tumpukan Golgi biasanya terdiri atas empat sampai enam cistemae (Gambar 2.2A), meskipun beberapa flagellata uniseluler dapat memiliki hingga 60 cisternae. Pada sel-sel hewan, antara cisternae terkait ditautkan oleh koneksi tubular dari banyak tumpukan, sehingga membentuk sebuah kompleks tunggal, yang biasanya terletak di dekat inti sel dan dekat dengan sentrosom. Lokalisasi ini tergantung pada mikrotubulus. Pada percobaan jika mikrotubulus depolymerisasi, aparatus Golgi mereorganisasi ke tumpukan cisternae yang ditemukan di seluruh sitoplasma, berdekatan dengan situs keluar ER (Gambar 2.3). Beberapa sel, termasuk sel-sel tumbuhan, memiliki ratusan tumpukan cisternae Golgi yang tersebar di seluruh sitoplasma (Gambar 2.2B). Setiap tumpukan cisternae Golgi memiliki dua permukaan yang berbeda: permukaan cis (atau permukaan masuk) dan permukaan trans (atau permukaan keluar). Kedua permukaan cis dan trans yang terkait erat dengan kompartemen khusus, masing-masing terdiri dari jaringan struktur tubular dan cisternal: jaringan cis Golgi (CGN) dan jaringan trans Golgi (TGN). CGN adalah col-pembacaan dari leburan cluster tubular vesikuler dari ER. Protein dan lipid memasuki jaringan cis Golgi dan keluar melalui jaringan trans Golgi menuju permukaan sel atau kompartemen lain. Kedua jaringan penting untuk menyortir protein: protein memasuki CGN tersebut dapat bergerak maju dalam aparatus Golgi atau dikembalikan ke ER. Demikian pula, protein keluar dari TGN seterusnya bergerak dan diurutkan sesuai dengan tujuan mereka berikutnya: lisosom, vesikel sekretorik, atau permukaan sel. Mereka juga dapat dikembalikan ke kompartemen sebelumnya.
9
Gambar 2.2 Aparatus Golgi. (A) rekonstruksi tiga dimensi dari mikrograf elektron aparatus Golgi dalam sel sekretorik hewan tumpukan dari permukaan cis Golgi adalah paling dekat ke ER. (B) Sebuah Irisan tipis dari mikrograf elektron menekankan zona transisi antara ER dan aparat GoIgi dalam sel hewan. (C) Sebuah mikrograf elektron dari aparat Golgi dalam sel tumbuhan (alga hijau Chlornydomonas) terlihat pada penampang. Dalam sel tumbuhan, aparatus Golgi umumnya lebih jelas dan lebih jelas terpisah dari membran intraseluler selain dalam sel hewan. (A, digambar ulang dari A. Rambourg dan Y. Clermont, Eur J. your Biol 51:189 200, 1990 Dengan izin dari Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, B. milik Brij J. Gupta, C. milik George Palade.)
Gambar 2.3 Lokalisasi aparatus Golgi pada hewan dan sel tumbuhan. (A) Aparatus Golgi dalam kultur fibroblast diwarnai dengan antibodi fluorescent yang mengenali protein Golgi (merah). Aparatus Golgi terpolarisasi, menghadap ke arah di mana sel berada sebelum fiksasi. (3) aparatus Golgi dalam sel tanaman yang mengekspresikan fusi protein yang terdiri dari enzim Golgi resident bergabung dengan protein fluorescent hijau. Titik oranye terang (warna palsu) adalah tumpukan Golgi. (A courtesy, John Henley dan Mark McNiven, B, milik Chris Hawes.)
Peristiwa pengolahan yang berbeda dan pemilahan muncul untuk mengambil tempat dan memerintahkan sekuen di wilayah yang berbeda dari aparatus Golgi, sehingga aparatus Golgi dianggap terdiri dari kompartemen diskrit ganda. Meskipun jumlah kompartemen tersebut belum terbentuk, aparatus Golgi paling sering dipandang terdiri dari empat daerah fungsional yang berbeda: 1) jaringan cisGolgi; 2) tumpukan Golgi (yang dibagi lagi menjadi sub medial kompartemen dan trans kompartemen); 3) jaringan transGolgi (Gambar 2.4 ). Protein dari ER diangkut ke kompartemen antara ER-Golgi dan kemudian dimasukkan ke aparatus Golgi pada jaringan cis Golgi. Untuk kemudian maju ke kompartemen medial dan trans dari tumpukan Golgi, di mana sebagian besar kegiatan metabolisme aparatus Golgi berlangsung. Protein dimodifikasi, lipid, dan polisakarida kemudian pindah ke jaringan t rans Golgi, yang bertindak sebagai penyortiran dan pusat distribusi, mengarahkan lalu lintas molekuler untuk lisosom, membran plasma, atau eksterior sel.
10
Gambar 2.4. Aparatus Golgi paling sering dipandang terdiri dari empat daerah fungsional yang berbeda: 1) jaringan cisGolgi; 2) tumpukan Golgi (yang dibagi lagi menjadi sub medial kompartemen dan trans kompartemen); 3) jaringan trans Golgi.
D. FUNGSI RETIKULUM ENDOPLASMA DAN APARATUS GOLGI F ungsi RE
RE memiliki peran sentral dalam lipid dan biosintesis protein. Membrannya adalah tempat produksi semua protein transmembran dan lipid untuk sebagian besar organel sel, termasuk RE sendiri, aparatus Golgi, lisosom, endosomes, vesikel sekretorik, dan membran plasma. Membran RE membuat kontribusi besar untuk membran mitokondria dan peroxisomal dengan memproduksi sebagian besar lipid mereka. Selain itu, hampir semua protein yang akan disekresikan ke sel eksterior-plus mereka yang ditakdirkan untuk lumen RE, aparatus Golgi, atau lisosom -pada awalnya dikirim ke lumen ER. Retikulum endoplasma kasar memiliki beberapa peran penting yaitu sebagai berikut. 1. Glikosilasi protein Fungsi utamanya adalah produksi dan pengolahan protein tertentu di lokasi ribosom yang kemudian diekspor. Ribosom melakukan pekerjaan mereka dan menghasilkan protein, yang kemudian dikirim ke retikulum endoplasma kasar, untuk
11
diproses lanjut. Penambahan kovalen gula ke protein merupakan salah satu fungsi biosintesis utama dari RE. Protein di glikosilasi pada residu asparagin spesifik (glikosilasi N-linked ) dalam RE sementara translasi mereka masih dalam proses. Fungsi retikulum melibatkan pembentukan dua jenis protein. Salah satunya adalah jenis yang membentengi dan akan tertanam ke dalam membran retikulum. Jenis lain yang larut air, yang, setelah penciptaan pada situs ribosom, melewati membran dan ke dalam lumen. 2. Folding Protein Protein yang masuk diproses lebih lanjut dalam. Sama seperti kotak kardus dua dimensi dilipat untuk membuat kotak, protein dilipat ke dalam bentuk tiga dimensi yang tepat dan karbohidrat dapat ditambahkan. Banyak senyawa yang terhubung ke rantai protein dirakit di lumen, sesuai dengan kebutuhan. Setelah lipat selesai, mereka siap untuk
pengiriman.
Melipat
dimungkinkan
oleh
kehadiran
protein
chaperon
(pendamping) dalam lumen. Molekul seperti hemoglobin diproduksi dalam retikulum endoplasma kasar . 3. Transportasi protein Fungsi lain RER adalah untuk mengangkut protein siap ke situs di mana mereka diperlukan. Mereka juga dapat dikirimkan ke badan Golgi untuk diproses lebih lanjut, melalui vesikel. 4. Pemeriksaan Kualitas Protein Setelah perakitan, setiap protein dibuat dalam lumen RE dikenakan penilaian kualitas menyeluruh. Protein diperiksa untuk penataan dan struktur yang benar dan jika tidak sesuai dengan persyaratan yang tepat, maka ditolak, disimpan dalam lumen dan dikirim kembali untuk didaur ulang. Banyak kondisi medis seperti Emfisema dan jenis Cystic Fibrosis disebabkan karena penolakan terhadap protein krusial dengan sistem memeriksa kualitas RE. Sehingga retikulum endoplasma kasar adalah bagian yang sangat penting dari metabolisme sel, memainkan peran utama dalam fungsi setiap jaringan sel yang berbeda. Retikulum endoplasma halus akan banyak ditemui dalam sel berbagai organ seperti sel otot pada rangka, tubulus pada ginjal dan juga kelenjar steroid. Protein retikulum endoplasma halus mempunyai bermacam fungsi, seperti: 1. Proses sintesis hormon steroid, khususnya di kelenjar gonad maupun korteks ginjal 2. Proses pemurnian kembali atau detoksifikasi pada hati yang banyak mengandung komponen organik seperti barbiturat serta etanol.
12
3. Proses pelepasan glukosa dari glukosa 6 fosfat pada hepar, maupun pelepasan gugus gula yang lain. 4. Tempat penyimpanan glikogen dalam bentuk granula di membran luar RE halus, yang berkaitan fungsi hepar. Fungsi lain yang krusial dari RE pada banyak sel eukariotik adalah mengasingkan Ca2+ dari sitosol. Perakitan Ca2+ pada sitosol dari ER dan selanjutnya reuptake terjadi banyak rensopon cepat pada sinyal ekstraseluler. pompa transpor Ca2+ dari sitosol ke dalam lumen RE. konsentrasi tinggi pada ikatan Ca2+ protein pada ER menfasilitasi penyimpanan Ca2+.
beberapa jenis sel , dan mungkin banyak pada
lainnya, daerah spesifik dari ER dikhususkan pada penyimpanan Ca2+. di sel otot jumlahnya melimpah, memodifikasi RE halus disebut sarkoplasmik retikulum. pembuatan dan
reuptake (penyerapan kembali) dari Ca2+ melalui sarkoplasmik
retikulum menggerakkan kontraksi miofibril
dan relaksasi, berturut-turut selama
rentetan dari kontraksi otot .
F un gsi Aparatu s golgi
Aparatus golgi merupakan organel utama untuk sintesis karbohidrat, serta sortasi (pemilihan), dan stasiun pengiriman produk dari ER. Sel membuat banyak polisakarida di dalam aparatus golgi, termasuk pektin dan hemiselulosa dinding sel tumbuhan dan sebagian besar glikosaminoglikan matriks ekstraseluler pada hewan. Aparatus Golgi juga
ditemukan
sebagian
besar
pada
jalur
karbohidrat
keluar
ER,
membuatnya
melekat sebagai rantai samping oligosakarida Gambar 2.1. Panah Biru menunjukkan jalur balik dari beberapa komponen sel dari aparatus golgi kembali ke ER. Panah merah menunjukkan jalur sekretori biosintetis dari ER ke aparatus golgi
dengan banyak protein dan lipid pada ER.
Potongan
kecil
kelompok-kelompok
(subset)
dari
oligosakarida
berfungsi sebagai tag/pengenal untuk mengarahkan proteins spesifik ke vesikel yang kemudian mengangkut mereka ke lisosom. Setelah protein dan lipid memperoleh oligosakarida yang tepat dalam aparatus Golgi, maka akan dikirimkan melalui
13
transportasi vesikel ke bagian yang membutuhkan. Skema hubungan antara aparatus golgi dan ER ditunjukkan Gambar 2.1.
E. MEKANISME KERJA RETIKULUM ENDOPLASMA DALAM SEL
1. Fungsi Dalam Proses Translasi dan Pascatranslasi Protein
Sel mamalia memulai mengimpor sebagian besar protein ke RE sebelum sintesis lengkap dari rantai polipeptida yaitu, impor adalah proses kerja/co-translasi (Gambar 12-35A). Sebaliknya, impor protein ke mitokondria, kloroplas, inti, dan peroksisom adalah proses pasca-translasi (Gambar 12-35B). Dalam co-translasi transportasi, ribosom yang mensintesis protein adalah terpasang langsung ke membran ER, memungkinkan salah satu ujung protein yang akan translokasi/berpindah tempat ke RE sedangkan sisanya dari rantai polipeptida sedang dirakit.
Fig.12-35. Co-translasi dan pascatranslasi protein translokasi (A) Ribosom berikatan dengan mem bran RE selama Cotranslasi translokasi (B) Perbedaannya, ribosom menyele-saikan sintesis protein dan melepaskannya pada pascatranslasi translokasi.
2. Sequences Sinyal adalah Pertama Yang Ditemukan Di Protein Yang Diimpor Ke RE Kasar.
RE menangkap protein diseleksi dari sitosol ketika mereka sedang disintesis. Protein ini terdiri dari dua jenis: protein transmembran, yang hanya sebagian translokasi/pindah melintasi membran RE dan menjadi tertanam di dalamnya, dan protein larut dalam air, yang sepenuhnya ditranslokasikan melintasi membran RE dan dilepaskan ke dalam lumen RE. Beberapa protein transmembran berfungsi di RE, tetapi banyak yang diperuntukkan untuk berada di membran plasma atau membran organel lain. Protein -larut air diperuntukkan baik untuk sekresi atau untuk tinggal di lumen organel. Semua protein ini, tanpa memperhatikan nasib mereka selanjutnya, diarahkan ke membran RE oleh sekuen/ urutan sinyal RE, yang memulai translokasi mereka dengan mekanisme umum. Sekuen sinyal (sekuen sinyal dan strategi pemilahan
14
protein) pertama kali ditemukan pada awal tahun 1970 dalam sekresi protein yang ditranslokasikan melintasi membran RE sebagai langkah pertama menuju pelepsan akhir mereka dari sel. Dalam percobaan kunci, penyandian mRNA sekresi protein ini diterjemahkan oleh ribosom secara in vitro. Ketika mikrosom dihilangkan dari sistem sel-bebas, protein yang disintesis adalah sedikit lebih besar dari protein disekresikan normal, panjang ekstra menjadi peptida yang memimpin N-terminal . Dengan keberadaan mikrosom berasal dari RE kasar, bagaimanapun, protein dari ukuran yang benar dihasikan. Menurut hipotesis sinyal , pemimpin adalah sekuen sinyal yang mengarahkan protein disekresikan ke membran RE dan kemudian memutus melalui sinyal peptidase di membran RE sebelum rantai polipeptida telah selesai (Gambar 1238).
Gambar 12.38
hipotesis sinyal
3. Sinyal Pengenalan Partikel (SRP) Mengarahkan Sequences Signal RE Ke Reseptor Khusus Dalam Membran Re Kasar
Sekuen sinyal RE diarahkan ke membran RE oleh sekurang-kurangnya dua komponen: partikel sinyal pengenalan (SRP), yang berputar/bersiklus antara membran RE dan sitosol dan mengikat sekuen sinyal, dan sebuah reseptor SRP dalam membran RE. SRP adalah partikel yang kompleks, yang terdiri dari enam rantai polipeptida yang berbeda terikat dengan molekul RNA tunggal kecil (Gambar 12-39). SRP dan reseptor
15
yang ditemukan di semua sel, menunjukkan bahwa mekanisme protein-target muncul di awal evolusi dan telah dilestarikan.
Gambar 12-39 Sinyal pengenalan partikel.: (A). Mamalia SRP, (B). Ikatan SRP yang mengikat Ribosom
SRP adalah struktur rodlike yang membungkus di sekitar subunit ribosom besar, dengan salah satu ujung mengikat urutan sinyal ER yang muncul sebagai bagian dari rantai polipeptida yang baru dibuat dari ribosom, pada blok ujung lainnya faktor elongasi mengikat situs yang menghubungkan antara subunit ribosom besar dan kecil (Gambar 12-39). Blok Ini menghentikan sintesis protein segera setelah sinyal peptida muncul dari ribosom. Saat jeda sementara mungkin memberikan cukup waktu ribosom untuk berikatan ke membran ER sebelum menyelesaikan rantai polipeptida, sehingga memastikan bahwa protein tersebut tidak dilepaskan ke sitosol. Perangkat keamanan Ini mungkin sangat penting untuk disekresikan dan hidrolisis lisosomal yang bisa mendatangkan kerusakan di sitosol. Jeda tersebut juga memastikan bahwa sebagian besar dari protein yang bisa melipat ke dalam struktur kompak tidak dibuat sebelum mencapai Translocator dalam membran ER. Dengan demikian, berbeda dengan pemasukan pasca-translasi pada protein ke mitokondria dan kloroplas, protein pendamping tidak diperlukan untuk menjaga protein yangg dibentangkan. Setelah terbentuk, kompleks SRP-ribosom mengikat reseptor SRP, yang merupakan protein kompleks membran integral tertanam dalam membran ER kasar. Interaksi ini membawa kompleks SRP-ribosom ke protein Translocator. SRP dan reseptor SRP kemudian dilepaskan, dan Translocator mentransfer pertumbuhan rantai polipeptida melintasi membran (Gambar 12-40).
16
Gambar 12-40 sekuen sinyal RE dan SRP memerintahkan ribosom ke membran RE.
Proses transfer co-translasi Ini menghasilkan dua spasial pemisah populasi ribosom di sitosol. Membran mengikat ribosom, melekat pada sisi sitosol dari membran ER, yang terlibat dalam sintesis protein yang sedang secara bersamaan ditranslokasi ke RE. Ribosom bebas, tidak terikat pada membran apapun, mensintesis semua protein lain yang disandikan oleh genom nuklir. membran terikat dan Ribosom bebas secara struktural dan fungsional identik. Mereka hanya berbeda dalam protein yang mereka buat pada waktu tertentu.
17
Gambar 12-41 Free dan membran-terikat ribosom. (A) Sebuah kolam umum ribosom mensintesis protein yang tinggal di sitosol dan mereka yang diangkut ke RE.
4. Translokasi Melewati Membran ER Tidak Selalu Memerlukan Pemanjangan Rantai Polipeptida Yang Berkelanjutan
Beberapa protein disintesis sepenuhnya, bagaimanapun, dimasukkan ke RE, menunjukkan berkelanjutan.
translokasi Untuk
yang
berfungsi
tidak pada
selalu
memerlukan
pasca-translasi
penerjemahan
translokasi,
yang
Translocator
membutuhkan protein aksesori yang memberi makan rantai polipeptida ke dalam pori pori dan perjalanan translokasi (Gambar 12-44). Pada bakteri, suatu mesin penggerak (motor) translokasi protein, SecA ATPase, menempel ke sisi sitosol dari Translocator, di mana ia mengalami perubahan konformasi siklik didorong oleh hidrolisis ATP. Setiap kali ATP dihidrolisis, sebagian dari sisipan protein SecA masuk ke pori Translocator, mendorong segmen pendek dari protein Passenger dengannya. Sebagai hasil dari mekanisme ratchet (roda bergerigi searah), protein SecA secara progresif mendorong rantai polipeptida dari protein diangkut melintasi membran.
Gambar 12-44
Tiga cara di mana translokasi protein dapat didorong melalui struktural translocators yang mirip.
Sel eukariotik menggunakan perangkat yang berbeda dari protein aksesori yang mengasosiasikan dengan kompleks Sec61. Protein ini menjangkau membran ER dan menggunakan domain kecil di sisi lumenal dari membran ER untuk menyetorkan protein pendamping seperti Hsp70 (disebut BIP , untuk mengikat protein) ke rantai polipeptida yang muncul dari pori-pori dalam lumen ER. Siklus BIP mengikat dan
18
melepaskan translokasi gerakan searah, seperti yang dijelaskan sebelumnya untuk mitokondria protein Hsp70 yang menarik protein melintasi membran mitokondria. Protein yang diangkut ke RE melalui mekanisme pasca-translasi adalah pertama kali dirilis ke sitosol, di mana mereka mengikat protein pendamping untuk mencegah unfolding, seperti yang dibahas sebelumnya untuk protein diperuntukkan untuk mitokondria dan kloroplas. 5. Dalam Single-Pass Protein Transmembran, Sebuah Sekuen Sinyal Intern ER Tunggal Tetap Di Dalam Lipid Bilayer Sebagai Membran Cakupan α Helix
Rangkaian sinyal dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh diperkirakan memicu pembukaan pori-pori di translocator protein: setelah urutan sinyal dilepaskan dari SRP dan rantai pertumbuhan telah mencapai panjang yang cukup, rangkaian sinyal mengikat ke situs tertentu di dalam pori itu sendiri, sehingga membuka pori-pori. Sebuah urutan sinyal ER kemudian dikenal dua kali: pertama oleh SRP dalam sitosol dan kemudian oleh pengikatan daerah pada pori dari translator protein, di mana ia berfungsi sebagai sinyal start-transfer (atau start-transfer peptida ) yang membuka pori-pori (diilustrasikan pada sebuah protein terlarut ER pada Gambar 12-45). Pengenalan ganda mungkin membantu untuk memastikan bahwa hanya protein yang tepat memasuki lumen RE.
Gambar 12-45 Sebuah model yang menjelaskan bagaimana protein larut ditranslokasikan melewati
membran RE.
Ketika rantai polipeptida yang baru lahir tumbuh cukup panjang, sinyal ER peptidase memotong urutan sinyal dan melepaskan mereka dari pori-pori ke dalam membran, di mana mereka dengan cepat terdegradasi menjadi asam amino oleh
19
protease lainnya dalam membran ER. Untuk melepaskan urutan sinyal ke membran, Translocator telah membuka secara lateral (kesamping). Translocator kemudian berpagar (gated) dalam dua arah: dapat membuka untuk membentuk pori-pori melewati membran untuk melepaskan bagian hidrofilik dari protein melintasi lapisan ganda lipid, dan dapat membuka lateral dalam membran untuk membiarkan bagian hidrofobik dari partisi protein ke dalam lipid bilayer . Dalam kasus yang paling sederhana, urutan sinyal N-terminal memulai translokasi, hanya sebagai protein terlarut, tapi segmen hidrofobik tambahan dalam rantai polipeptida menghentikan proses transfer sebelum rantai polipeptida seluruh ditranslokasikan. Sinyal stop transfer ini menyatukan protein dalam membran setelah sekuens sinyal ER (sinyal start-transfer) telah dibebaskan dari Translocator dan telah dipotong (Gambar 12-46). Mekanisme gating lateralis mentransfer urutan stop-transfer ke bilayer, dan tetap ada sebagai segmen α heliks tunggal rentangan membran , dengan ujung N-protein pada sisi lumenal membran dan C-terminal pada sisi sitosol.
Gambar 12-46 Bagaimana single-pass protein transmembran dengan urutan sinyal ER dibelah diintegrasikan ke dalam membran ER.
Dalam dua kasus lain, rangkaian sinyal adalah internal, bukan di ujung Nterminal dari protein. Seperti N-terminal rangkaian sinyal ER, SRP juga mengikat ke urutan sinyal internal. SRP membawa ribosom membuat protein ke membran ER dan berfungsi sebagai sinyal start-transfer yang memulai translokasi protein. Setelah dibebaskan dari Translocator tersebut, urutan start- transfer internal tetap dalam lapisan lipid ganda sebagai alfa heliks bentangan membran tunggal.
20
6. Kebanyakan Protein Disintesis Dalam RE Kasar dan Di Glikosilasi Oleh Penambahan Dari Ikatan N dari Oligosakarida Umum
Penambahan kovalen gula ke protein merupakan salah satu fungsi biosintesis utama dari RE. Sebagian besar protein larut dan ikatan membrannya yang dibuat dalam ER termasuk yang diperuntukkan untuk transportasi ke aparatus Golgi, lisosom, membran plasma, atau ruang ekstraseluler adalah glikoprotein. Kemajuan penting dalam memahami proses glikosilasi protein telah ditemukan bahwa pembentukan awal prekursor oligosakarida (terdiri dari N-asetilglukosamin, mannose, dan glukosa dan berisi total 14 gula) ditransfer dengan “en bloc ke protein di ”
RE. Karena oligosakarida ini ditransfer ke rantai sebelah kelompok NH 2 dari asam amino asparagin pada protein, dikatakan menjadi N-linked (ikatan N) atau ikatan asparagin (Gambar 12-50). Transfer dikatalisis oleh kompleks enzim ikatan membran-, sebuah oligosaccharyl transferase, yang memiliki situs aktif terpapar di sisi lumenal di
Gambar 12-51. Glikosilasi protein dalam RE kasar. setelah ada rantai polipeptida yang memasuki lumen RE, terjadi glikosilasi dengan target asam amino asparagin Gambar 12 – 50 Asparagine-linked (Ikatan N) pendahulu oligosaccharide yang ditambahkan pada kebanyakan protein di membran RE kasar
21
membran RE, ini menjelaskan mengapa protein sitosol tidak glikosilasi dengan cara ini. Sebuah molekul khusus yang disebut lipid dolichol memegang prekursor oligosakarida dalam membran RE. Dia
mentransfer rantai oligosakarida kepada asparagin target
dalam langkah enzimatik tunggal segera setelah asam amino telah mencapai lumen RE selama translokasi protein (Gambar 12-51). Satu salinan dari oligosaccharyl transferase dihubungkan dengan tiap Translocator protein, yang mengijinkannya untuk memindai dan glycosylate rantai polipeptida yang masuk secara efisien.
Gambar 12-52. Sintesis dari ikatan lipid prekursor dari oligosakaridae pada membran RE kasar
Ikatan N dalam oligosakarida yang jauh oligosakarida yang paling umum, ditemukan pada 90% dari semua glikoprotein. jarang sekali, oligosakarida ini dihubungkan dengan kelompok hidroksil pada rantai samping dari suatu serin, treonin, atau asam amino hidroksilin. Ikatan O pada oligosakarida terbentuk dalam aparatus Golgi.
22
7. Oligosakarida Digunakan Sebagai Kata Kunci Sebagai Penanda Protein Yang Melipat (Protein Folding)
Salah satu pengamatan yang sangat membingungkan adalah bahwa beberapa protein membutuhkan ikatan N glikosilasi untuk melipat dengan tepat di ER, namun lokasi yang tepat dari oligosakarida menempel permukaan protein tampaknya tidak menjadi masalah. Sebuah petunjuk untuk peran glikosilasi dalam pelipatan protein berasal dari studi dua pendamping protein ER, yang disebut calnexin dan calreticulin karena mereka membutuhkan Ca 2 + untuk kegiatan mereka. chaperone/pendamping Ini adalah ikatan karbohidrat protein, atau lektin, yaitu yang mengikat oligosakarida dengan lipatan protein tidak lengkap dan mempertahankan mereka di RE. Seperti chaperones lain, mereka mencegah protein tidak sempurna melipat agar tidak menjadi ireversibel agregat (gabungan yang tidak dapat dirubah). Baik calnexin dan calreticulin juga mendorong hubungan antara protein tidak sempurna dilipat dengan chaperone RE yang lain, yang mengikat sistein yang belum terbentuk ikatan disulfida.
Gambar 12-53. Peranan N-linked (ikatan N) glikolisasi dalam proses folding protein di RE.
Calnexin dan calreticulin mengenali N -linked oligosakarida yang mengandung glukosa terminal tunggal, dan kemudian mengikat protein setelah dua dari tiga glucoses pada prekursor oligosakarida yang telah dihapus oleh glukosidase RE. Ketika glukosa ketiga telah dihapus, protein dipisahkan dari caperon dan dapat meninggalkan RE.
23
Enzim lain RE, sebuah transferase glucosyl yang terus menambahkan glukosa kepada oligosakarida yang telah kehilangan glukosa terakhir mereka. Dengan demikian, sebuah protein yang dibentangkan mengalami siklus terus menerus pada pemotongan glukosa (oleh glukosidase) dan penambahan glukosa (oleh transferase glycosyl), mempertahankan ketertarikan untuk calnexin dan calreticulin sampai telah mencapai keadaan sepenuhnya melipat (Gambar 12-53).
8. Protein Yang Tidak Dilipat Akan
Ekspor Dari RE Dan Terdegradasi Di
Sitosol
Meskipun semua bantuan dari chaperones, banyak molekul protein (lebih dari 80% untuk beberapa protein) translokasi ke RE gagal untuk melipat dengan tepat atau tempat oligomer. Protein tersebut diekspor dari belakang RE ke sitosol, di mana mereka terdegradasi. Misalnya, seperti translokasi dalam mitokondria atau kloroplas, protein chaperone mungkin diperlukan untuk menjaga rantai polipeptida dalam keadaan tidak dilipat sebelum dan selama transportasi. Demikian pula, sumber energi yang dibutuhkan untuk memberikan pengarahan untuk transportasi dan untuk menarik protein ke dalam sitosol. Akhirnya, sebuah Translocator, mungkin terdiri dari beberapa komponen yang sama yang digunakan untuk meneruskan transportasi ke RE (seperti Sec61), diduga diperlukan.
Gambar 12-54. Proses ekspor dan degradasi dari protein gagal melipat di RE.
Memilih protein dari ER untuk degradasi adalah proses yang unik. Protein yang gagal melipat atau subunit protein dirakit harus terdegradasi. Membantu dalam
24
membuat perbedaan ini berasal dari ikatan N oligosakarida, yang berfungsi sebagai timer yang mengukur berapa lama protein telah menghabiskan di RE. Pemotongan Lambat dari mannose tertentu pada pohon inti-oligosakarida oleh suatu enzim (mannosidase) di ER diperkirakan membuat struktur baru oligosakarida bahwa peralatan retrotranslocation dikenal. Protein yang melipat dan keluar dari ER lebih cepat daripada aksi dari mannosidase karena itu akan lolos degradasi. Setelah protein gagal melipat akan diretrotranslokasikan ke sitosol, N-glycanase menghilangkan rantai oligosakarida yang en bloc. Polipeptida deglycosylasi dengan cepat diubiquitylasi oleh ikatan ER enzim konjugasi ubiquitin- dan kemudian dimasukkan ke dalam proteasomes di mana dia didegradasi (Gambar 12-54).
9. Kegagalan Protein Melipat Di RE Mengaktifkan Suatu Respon
Akumulasi protein yang gagal melipat di sitosol, misalnya, memicu respon heat shock (syok panas) , yang merangsang transkripsi gen penyandi chaperone sitosolik yang membantu untuk melipat kembali protein. Demikian pula, sebuah akumulasi protein yang gagal melipat di ER memicu respon protein yang gagal melipat , yang mencakup peningkatan transkripsi gen penyandi chaperone ER, protein yang terlibat dalam retrotranslocation dan degradasi protein dalam sitosol, dan banyak protein lain yang membantu untuk meningkatkan kapasitas protein folding dari ER. Bagaimana sinyal protein yang gagal melipat dalam ER bisa ke sampai ke inti? Ada tiga jalur paralel yang menjalankan respon protein yang gagal melipat (Gambar 1255A). Jalur pertama, yang awalnya ditemukan dalam sel ragi, sangat luar biasa. Protein yang gagal melipat di ER mengaktifkan kinase transmembran protein di ER, sehingga terjadi oligomerisasi dan memfosforilasi sendiri dengan katalis kinase. Oligomerisasi dan autofosforilasi mengaktifkan sebuah domain endoribonuclease di bagian sitosol dari molekul yang sama, yang memotong sebuah molekul RNA spesifik sitosol pada dua posisi, memotong intron. Ekson kemudian bergabung oleh ligase RNA kemudian menjadi mRNA, yang diterjemahkan untuk menghasilkan gen aktif yang meregulasi protein. Protein ini mengaktifkan transkripsi gen pengkode protein memediasi respon protein unfoding /tidak melipat(Gambar 12-55b). Protein yang gagal melipat juga mengaktifkan kinase transmembran kedua di ER, yang menghambat faktor inisiasi terjemahan oleh fosforilasi dan dengan demikian mengurangi produksi protein baru di seluruh sel.
25
Gambar 12-55 Respon terhadap protein yang tidak melipat. (A) Melalui tiga jalur paralel sinyal intraseluler, akumulasi protein yang gagal melipat di lumen ER mengirim sinyal ke inti untuk mengaktifkan transkripsi gen yang menyandi protein yang membantu sel untuk mengatasi kelimpahan protein yang gagal melipat di RE. (B) Mengatur splicing/penyambungan mRNA adalah tombol kunci peraturan dalam Pathway 1 dari respon protein tidak dilipat.
26
Salah satu konsekuensi dari pengurangan dalam terjemahan protein adalah untuk mengurangi fluks dari protein ke RE, sehingga membatasi beban protein yang perlu dilipat di sana. Beberapa protein, bagaimanapun, adalah istimewa diterjemahkan ketika faktor inisiasi translasi langka (lihat hal. 490), dan salah satunya adalah gen pengatur protein yang membantu mengaktifkan transkripsi gen pengkode protein aktif dalam respon protein yang tidak dilipat. Akhirnya, pada tahap ketiga , gen pengatur protein ini awalnya disintesis sebagai protein membran ER terpadu. Karena secara kovalen ditambatkan ke membran, tidak dapat mengaktifkan transkripsi gen dalam inti. Ketika protein yang gagal melipat menumpuk di ER, protein transmembran diangkut ke aparatus Golgi, di mana ia bertemu protease yang memotong domain sitosol, yang sekarang dapat bermigrasi ke nukleus dan membantu mengaktifkan transkripsi gen pengkode protein yang terlibat dalam respon pada masalah protein yang tidak melipat . 10. RE Merakit Sebagian Besar Lipid Bilayers
Membran RE mensintesis hampir semua kelas utama lipid, termasuk fosfolipid dan kolesterol, diperlukan untuk produksi membran sel baru. Fosfolipid utama dibuat oleh fosfatidilkolin (juga disebut lesitin), yang dapat dibentuk dalam tiga langkah dari kolin, dua asam lemak, dan gliserol fosfat (Gambar 12-57). Karena asam lemak yang tidak larut dalam air, mereka digiring dari situs mereka untuk mensintesis ke RE melalui ikatan asam lemak protein dalam sitosol. Setelah tiba di membran ER dan aktivasi dengan CoA, transferases asil berurutan menambahkan dua asam lemak untuk fosfat gliserol untuk menghasilkan asam phosphatidic. Asam phosphatidic cukup larut air untuk tetap dalam lipid bilayer, dan tidak dapat diekstraksi dari bilayer oleh ikatan protein asam lemak. Oleh karena itu ini adalah langkah pertama yang memperbesar lapisan ganda lipid RE. Karena sintesis fosfolipid berlangsung pada paruh sitosol dari lapisan ganda lipid ER, perlu ada mekanisme yang mentransfer beberapa molekul fosfolipid yang baru dibentuk untuk selebaran lumenal dari bilayer. Dalam lipid bilayers sintetik, lipid tidak "flip-flop" dengan cara ini. Di RE, bagaimanapun, fosfolipid menyeimbangkan persimpangan membran. Gerakan antar-bilayer cepat dimediasi oleh Translocator fosfolipid buruk disebut scramblase, yang menyeimbangkan fosfolipid antara dua selebaran dari lapisan ganda lipid "flip flop-." (Gambar 12-58) . Dengan demikian, berbagai jenis fosfolipid yang dianggap merata antara dua selebaran dari membran RE.
27
Membran plasma dan membran aparatus Golgi, lisosom, dan endosomes semua merupakan bagian dari sistem membran yang berkomunikasi dengan RE melalui vesikel transportasi, yang mentransfer baik protein dan lipid. Mitokondria dan plastida, tidak termasuk sistem ini, karena itu mereka membutuhkan mekanisme yang berbeda untuk mengimpor protein dan lipid untuk pertumbuhan. Kita telah melihat bahwa mereka mengimpor sebagian besar protein mereka dari sitosol.
Gambar 12 – 58 Peranan phospholipid translocators pada synthesis lipid bilayer. (A) karena new lipid molecules di masukkan hanya ke cytosolic setengah dari molecules bilayer and lipid berputar secara spontan dari sebuah monolayer ke lainnya, sebuah ikatan membran phospholipid translocator (disebut ) dibutuhkan untuk transfer molecules lipid dari setengah cytosolic menuju separuh scramblase lumenal sehingga membrane tumbuh sebagai bilayer. Scramblase tidak specific sebagai keterangan ujung grup phospholipid and kemudian perbedaan berimbang antara phospholipids dengan dua monolayers. (B) Bahan energi melalui hydrolysis ATP, sebuah ujung specific grup flippase pada membrane plasma mengaktifkan perputaran phosphatidylserine and phosphatidyl-ethanolamine diarahkan dari extracellular ke selebaran cytosolic, membuat characteristically asymmetric lipid bilayer dari membrane plasma pada cells animal .
F. BERBAGAI GANGGUAN ATAU PENYAKIT AKIBAT DISFUNGSI RE
Protein yang tidak melipat (unfolding) dan kondisi lain seperti hipoksia dan hipoglikemia, dan paparan racun mempengaruhi homeostasis endoplasma retikulum (RE) menyebabkan RE stres. Sel bereaksi terhadap stres RE dengan aktivasi respon protein yang tidak melipat (UPR), yang menginduksi perubahan besar dalam
28
metabolisme sel, termasuk pelemahan umum translasi, peningkatan regulasi transkripsi dari gen molekul pendamping, dan aktivasi RE-terkait degradasi. Namun, hasil stress berkepanjangan atau RE akut menghasilkan kematian sel. Kemajuan terbaru menunjukkan bahwa stress ER dan UPR memainkan peran kunci dalam respon kekebalan tubuh, diabetes, pertumbuhan tumor dalam kondisi hipoksia, dan dalam beberapa penyakit neurodegenerative.
1. Respon stres RE dan protein unfolding terhadap respon imun
Selain memiliki peran dalam menghilangkan stres RE, UPR juga digunakan untuk sintesis sejumlah besar protein dalam RE oleh beberapa sel sekretori. Sebagai contoh, antibodi-mensekresi sel plasma memanfaatkan komponen UPR untuk diferensiasi selular dan upregulation sintesis protein. Dalam experiments transplantasi sel vivo menunjukkan bahwa ketika Ire1 sel-sel hematopoietik dapat tumbuh menjadi sel normal, pro-B mereka gagal untuk berkembang lebih lanjut ke dalam sel pre- B, yang menunjukkan bahwa Ire1 diperlukan untuk diferensiasi sel B progenitor tetapi tidak penting untuk hematopoiesis awal. Selain itu, over ekspresi dari pnyambungan membentuk Xbp1 ( Xbp1s) tidak mengembalikan diferensiasi sel pro-B, memberi kesan bahwa IRE1 lain diatur protein yang diperlukan untuk diferensiasi sel-sel. Tahap akhir dari diferensiasi sel plasma juga membutuhkan jalur IRE1. Plasma sel dengan mutasi dominant negative baik dalam kinase atau endoribonuclease tersebut domain dari IRE1, daerah terbukti diperlukan untuk splicing XBP1, gagal untuk mengeluarkan antibodi secara efisien. Meskipun ekspresi Xbp1s tidak cukup untuk diferensiasi sel pro-B, ekspresi ektopik dari Xbp1s mengembalikan sepenuhnya fungsi antibodi penghasil plasma sel ini. Selain itu, ekspresi dominan- negatif eIF2a tidak mengganggu diferensiasi sel plasma atau produksi antibodi, menyarankan keterlibatan selektif cabang IRE1 dari UPR dalam diferensiasi sel B. Bahkan, untuk menghambat degradasi protein dan kematian sel sekaligus memaksimalkan translasi dan folding protein, jalur PERK direpresi dalam plasma sel melalui p58IPK, regulator negatif dari aktivitas kinase PERK yang tidak langsung diregulasi oleh XBP1 2. Respon Stress ER dan protein yang tidak melipat terhadap diabetes
Diabetes adalah penyakit metabolik umum disebabkan oleh gagal pankreas dikaitkan dengan otoimun (tipe I) atau resistensi insulin pada jaringan perifer (tipe II). DM tipe I bisa terjadi akibat insulin mutan gagal melipat yang menyebabkan stres RE kronis pada sel b-pankreas, seperti pada tikus Akita. Deregulasi dari penekanan
29
translasi menyebabkan kelebihan protein juga menyebabkan mengetik diabetes I, seperti yang ditunjukkan oleh tikus dan manusia membawa mutasi di cabang PERK dari UPR. Kelebihan aktivasi dari cabang PERK dari sinyal UPR juga dapat menyebabkan stres RE dalam sel b-pankreas dan mengakibatkan diabetes. Derepression pelemahan translasi diperlukan oleh pemulihan stres RE dan dimediasi oleh p58IPK, kinase PERK inhibitor. Baru-baru ini, tikus KO p58IPK juga telah ditemukan menunjukkan gejala diabetes tipe I (Tabel 2), termasuk kadar glukosa darah tinggi dan kadar insulin menurun seiring dengan apoptosis pankreatik yang sel b islet.
3. RE stres dan respon protein unfolding pada kanker
Stres RE dan UPR telah diamati pada tumor, tapi bagaimana aktivasi UPR kontribusi untuk kelangsungan hidup sel kanker tidak jelas. Baru-baru ini, telah dilaporkan bahwa UPR diaktifkan oleh hipoksia, suatu kondisi sering ditemukan di inti tumor padat. Secara In vitro, hipoksia telah terbukti menaikkan meregulasi splicing Xbp1 dan transkripsi pada banyak yang terkait protein UPR, termasuk BIP dan GRP94 (keluarga protein ER HSP90). sel yang kekurangan XBP1 menunjukkan kepekaan terhadap hipoksia yang berkorelasi terbalik dengan jumlah XBP1 ekspresi, dan menghasilkan tumor yang lebih kecil ketika ditanamkan ke tikus SCID.
G. MEKANISME KERJA DARI APARATUS GOLGI PADA SEL 1. Proses pembentukan rantai oligosakarida
Satu spesies N-linked oligosakarida terpasang en bloc untuk banyak protein di ER dan kemudian dipangkas ketika protein masih di ER. Oligosakarida Intermediet yang dihasilkan oleh reaksi pemangkasan berfungsi untuk membantu protein melipat dan untuk membantu transportasi protein yang gagal melipat ke sitosol untuk degradasi. Dengan demikian, mereka memainkan peran penting dalam mengontrol kualitas protein keluar dari ER. Setelah fungsi ER telah dipenuhi, sel bebas untuk mendesain ulang oligosakarida untuk fungsi baru. Hal ini terjadi dalam aparatus Golgi, yang menghasilkan struktur oligosakarida heterogen terlihat pada protein matang. Setibanya di CGN, protein melewati cis Golgi jaringan, sebelum memasuki pertama dari pemrosesan kompartemen Golgi (cis Golgi cisternae). Mereka kemudian pindah ke kompartemen berikutnya (cisternae medial) dan akhirnya ke cisternae trans, di mana
30
glikosilasi selesai. Lumen cisternae trans dianggap berhubungan dengan TGN, tempat di mana protein dipisahkan ke dalam paket transportasi yang berbeda dan dikirim ke tujuan akhir mereka. Langkah-langkah pengolahan oligosakarida terjadi dalam urutan terorganisir dalam tumpukan Golgi, dengan masing-masing cisterna mengandung kelimpahan karakteristik enzim pengolahan. Protein yang dimodifikasi berturut-turut dalam tahap ketika mereka bergerak dari cisterna ke cisterna di tumpukan Golgi, sehingga
tumpukan
membentuk
unit
pengolahan
banyak
tahap/fase.
Kompartementalisasi ini mungkin tampak tidak perlu, karena masing-masing enzim pengolahan oligosakarida dapat menerima glikoprotein sebagai substrat hanya setelah diproses dengan benar oleh enzim sebelumnya. Meskipun demikian, jelas bahwa proses terjadi dalam tata ruang serta urutan biokimia: enzim katalisator langkah-langkah pengolahan awal terkonsentrasi pada cisternae di permukaan cis tumpukan Golgi, sedangkan langkah-langkah pengolahan berikutnya enzim katalisator terkonsentrasi di cisternae pada permukaan trans. Ketika lumen ER penuh protein resident lumenal terlarut dan enzim, semua protein resident dalam aparatus Golgi terikat membran. Reaksi enzimatik dalam aparatus Golgi tampaknya dilakukan sepenuhnya pada permukaan membran. Semua Golgi glycosidases dan transferases glycosyl adalah protein transmembran single-pass, yang banyak diatur dalam kompleks multi-enzim. Dengan demikian, kedua organel dalam jalur biosintesis-sekresi, ER dan aparatus Golgi, diatur dalam cara yang berbeda. Gambar 2.5
Pengolahan oligosakarida dalam kompartemen Golgi. Lokalisasi setiap proses ditunjukkan ditentukan oleh kombinasi teknik, termasuk subtractionasi biokimia dari membran aparatus GoIgi dan mikroskop elektron setelah pewarnaan dengan antibodi spesifik untuk beberapa enzim pengolahan. Enzim Pengolahan tidak terbatas pada cisterna tertentu, melainkan, distribusi mereka dinilai melintasi tumpukan-seperti yang enzim awal yang berperan terdapat pada sebagian besar cisternae cis GoIgi dan enzim yang bertindak sesudahnya ditemukan sebagian besar di cisternae trans Golgi.
31
2. Proses Glikosilasi Protein berlangsung dalam aparatus Golgi
Gambar 2.6 Pengolahan oligosakarida terikat N dalam Golgi. Oligosakarida terikat N dari glikoprotein diangkut dari ER untuk lebih lanjut dimodifikasi oleh reaksi yang berurutan di aparatus Golgi
Pengolahan Protein dalam Golgi melibatkan modifikasi dan sintesis dari bagian karbohidrat dari glikoprotein. Salah satu aspek utama dari proses ini adalah modifikasi dari N-linked oligosakarida yang ditambahkan ke protein di ER. Protein yang diubah dalam ER dengan penambahan oligosakarida yang terdiri dari 14 residu gula. Residu Tiga glukosa dan satu mannose kemudian dihapus sementara polipeptida masih di ER. Setelah transportasi ke aparatus Golgi, N-linked oligosakarida dari glikoprotein tunduk pada modifikasi lebih lanjut yang luas. N-linked oligosakarida diproses dalam aparatus Golgi dalam memerintahkan urutan reaksi (Gambar 9.24). Modifikasi pertama protein adalah penghapusan tiga residu mannose tambahan. Hal ini diikuti dengan penambahan berurutan dari Nasetilglukosamin, penghapusan dua mannoses, dan penambahan fucose dan dua lagi Nacetylglucosamines. Akhirnya, tiga galaktosa dan tiga residu asam sialat ditambahkan. Glikoprotein yang berbeda dimodifikasi untuk luasan yang berbeda selama perjalanan
32
mereka melalui Golgi, tergantung pada kedua struktur protein dan jumlah enzim pengolahan yang hadir dalam kompleks Golgi dari berbagai jenis sel. Akibatnya, protein dapat muncul dari Golgi dengan berbagai N-linked oligosakarida berbeda. Pengolahan oligosakarida terikat N pada protein lisosomal berbeda dengan protein yang disekresikan membran plasma. Awal tidak melakukan penghapusan tiga residu mannose, protein ditujukan untuk dimasukkan ke dalam lisosom yang dimodifikasi oleh fosforilasi mannose. Pada langkah pertama dari reaksi ini, Nasetilglukosamin fosfat yang ditambahkan ke residu mannose tertentu, mungkin saat protein masih dalam
jaringan cis Golgi (Gambar 2.7). Hal ini diikuti dengan
penghapusan kelompok N-asetilglukosamin, meninggalkan mannose-6-fosfat residu pada N-linked oligosakarida. Karena modifikasi ini, residu ini tidak dihapus selama proses lebih lanjut. Sebaliknya, residu ini mannose terfosforilasi secara khusus diakui oleh
reseptor
mannose-6-fosfat
di
jaringan
trans
Golgi,
yang
mengarahkan
pengangkutan protein untuk lisosom.
Gambar 2.7 Penargetan protein lisosomal oleh fosforilasi residu mannose
Fosforilasi residu mannose merupakan langkah penting dalam memilah protein lisosomal ke tujuan intraseluler mereka yang benar. Kekhasan dari proses ini berada dalam enzim yang mengkatalisis langkah pertama dalam urutan reaksi-penambahan selektif N-asetilglukosamin fosfat untuk protein lisosomal. Enzim ini mengenali penentu struktural yang hadir pada protein lisosomal tetapi tidak pada protein ditujukan untuk membran plasma atau sekresi. Penentu pengenalan ini bukanlah urutan sederhana asam amino, melainkan terbentuk dalam protein terlipat oleh penjajaran urutan asam
33
amino dari berbagai daerah dari rantai polipeptida. Berbeda dengan urutan sinyal bahwa protein translokasi langsung ke ER, penentu pengenalan yang mengarah ke fosforilasi mannose, dan pada akhirnya menargetkan protein untuk lisosom, tergantung pada konformasi tiga dimensi dari protein dilipat. Determinan tersebut patch called signal , berbeda dengan sinyal menargetkan linear. Protein juga dapat dimodifikasi dengan penambahan karbohidrat untuk rantai samping serin akseptor dan residu treonin dalam urutan tertentu dari asam amino (Olinked glikosilasi) (lihat Gambar 2.8). Modifikasi ini berlangsung di aparatus Golgi dengan penambahan berurutan residu gula tunggal. Serin atau treonin biasanya dihubungkan langsung ke N-asetilgalaktosamin, maka gula yang lain dapat ditambahkan. Dalam beberapa kasus, gula ini lebih lanjut dimodifikasi dengan penambahan kelompok sulfat.
Gambar 2.8. Modifikasi dengan penambahan karbohidrat
Glikosilasi terikat N berperan dalam mempromosikan protein terlipat dalam dua cara. Pertama, berperan langsung dalam membuat lipatan intermediet lebih mudah larut, sehingga mencegah agregasi protein. Kedua, modifikasi berurutan dari N-linked oligosakarida membentuk "glyco-kode" yang menandai perkembangan protein folding dan memediasi pengikatan protein untuk pendamping. Misalnya: Lektin, dalam mengarahkan transportasi ER-ke-Golgi. Lektin juga berpartisipasi dalam memilah protein dalam jaringan trans Golgi. Dengan cara ini, misalnya, kehadiran oligosakarida cenderung membuat glikoprotein lebih tahan terhadap pencernaan oleh enzim
34
proteolitik. Ini mungkin bahwa oligosakarida pada sel-permukaan protein awalnya disediakan sel leluhur dengan lapisan pelindung. Dibandingkan dengan dinding sel bakteri kaku, mantel lendir memiliki keuntungan untuk meninggalkan sel dengan kebebasan mengubah bentuk dan bergerak. Rantai gula sejak menjadi dimodifikasi untuk melayani keperluan lain juga. Lapisan lendir dari paru-paru dan usus sel, misalnya, melindungi terhadap banyak patogen. Pengakuan rantai gula oleh lektin dalam ruang ekstraseluler adalah penting dalam banyak proses perkembangan dan dalam sel-sel pegenalan: selectins, misalnya, lektin yang berfungsi dalam adhesi sel sel selama migrasi limfosit. Kehadiran oligosakarida dapat mengubah sifat antigen protein, membuat glikosilasi merupakan faktor penting dalam produksi protein untuk tujuan farmasi. Glikosilasi juga dapat memiliki peran regulasi yang penting. Signaling melalui Notch reseptor permukaan sel-sinyal, misalnya, menentukan nasib sel dalam pembangunan. Notch adalah protein transmembran yang 0-glikosilasi dengan penambahan fucose tunggal untuk beberapa serines, threonines, dan hydroxylysines. Beberapa jenis sel mengungkapkan transferase glycosyl tambahan yang menambahkan N-asetil glukosamin untuk masing-masing fucoses di aparatus GoIgi. Selain mengubah spesifisitas reseptor Notch untuk sel-permukaan protein sinyal yang mengaktifkan reseptor. 3. Metabolisme Lipid dan Polisakarida dalam aparatus Golgi
Selain kegiatan dalam pengolahan dan pemilahan glikoprotein, fungsi aparatus Golgi
khususnya
dalam
metabolisme
lemak,
dalam
sintesis
glikolipid
dan
sphingomyelin. Seperti telah dibahas sebelumnya, fosfolipid gliserol, kolesterol, dan ceramide disintesis di ER. Sphingomyelin dan glikolipid kemudian disintesis dari ceramide dalam aparatus Golgi (Gambar 2.9). Sphingomyelin (satu fosfolipid nonglycerol
hanya
dalam
membran
sel)
disintesis
oleh
transfer
gugus
phosphorylcholine dari fosfatidilkolin ke ceramide. Atau, penambahan karbohidrat untuk ceramide dapat menghasilkan berbagai glikolipid yang berbeda.
35
Gambar 2.9 Synthesis dari sphingomyelin dan glikolipid. Ceramide, yang disintesis di UGD, diubah baik untuk sphingomyelin (fosfolipid) atau glikolipid dalam aparatus Golgi. Dalam reaksi pertama, kelompok phosphorylcholine ditransfer dari fosfatidilkolin ke ceramide. Atau, berbagai glikolipid yang berbeda dapat disintesis dengan penambahan satu atau lebih residu gula (misalnya, glukosa).
Sphingomyelin disintesis pada permukaan lumenal dari Golgi, tetapi glukosa ditambahkan ke ceramide di sisi sitosol ternyata kemudian Glucosylceramide membalik dan karbohidrat tambahan ditambahkan di sisi lumenal membran. Baik sphingomyelin maupun glikolipid kemudian dapat mentranslokasi melintasi membran Golgi, sehingga hanya ditemukan pada paruh lumenal dari bilayer Golgi. Setelah transportasi vesikuler, diterjemahkan ke setengah luar membran plasma, dengan gugus kepala polar mereka terkena pada permukaan sel. Oligosakarida dari glikolipid merupakan penanda permukaan penting dalam sel-sel pengenal. Dalam sel tumbuhan, aparatus Golgi memiliki tugas tambahan sebagai tempat sintesis polisakarida yang kompleks dari dinding sel. Dinding sel tanaman terdiri dari tiga jenis utama dari polisakarida. Konstituen dominan Selulosa adalah polimer linear sederhana residu glukosa. Hal ini disintesis pada permukaan sel oleh enzim dalam membran plasma. Polisakarida dinding sel lain (hemiselulosa dan pektin) adalah kompleks molekul rantai bercabang yang disintesis dalam aparatus Golgi dan kemudian diangkut dalam vesikel ke permukaan sel. Sintesis dari polisakarida dinding sel adalah fungsi selular utama, dan sebanyak 80% dari aktivitas metabolisme dari aparatus Golgi dalam sel tanaman dapat dikhususkan untuk sintesis polisakarida.
36
4. Sortasi dan Ekspor Protein dari Aparatus Golgi
Protein, serta lipid dan polisakarida, yang diangkut dari aparatus Golgi ke tujuan akhir mereka melalui jalur sekresi. Ini melibatkan penyortiran protein menjadi berbagai jenis vesikel transportasi, tunas dari jaringan trans Golgi memberikan isinya ke lokasi selular yang sesuai (Gambar 2.10). Beberapa protein yang dibawa dari Golgi ke membran plasma oleh jalur sekresi konstitutif, yang menyumbang penggabungan protein baru dan lipid ke dalam membran plasma, serta untuk sekresi terus menerus protein dari sel. Protein lain diangkut ke permukaan sel dengan jalur yang berbeda dari sekresi diatur atau secara khusus ditargetkan untuk tujuan intraseluler lainnya, seperti lisosom dalam sel hewan atau vakuola dalam ragi.
Gambar2.10Transport dari aparatus Golgi. Protein yang diurutkan dalam jaringan trans Golgi diangkut dalam vesikel ke tujuan akhir mereka. Dengan tidak adanya sinyal menargetkan khusus, pr otein dibawa ke membran plasma oleh sekresi konstitutif. Atau, protein dapat dialihkan dari jalur sekresi konstitutif dan ditargetkan untuk tujuan lain, seperti lisosom atau sekresi diatur dari sel.
5. Transport Melalui Badan Golgi Dapat Terjadi oleh Transport vesikular atau Pematangan Cisternal
Bahan-bahan bergerak melalui berbagai kompartemen dari kompleks Golgi yang telah lama dibentuk, namun, dua pandangan bertentangan tentang cara ini telah mendominasi selama bertahun-tahun. Sampai pertengahan 1980-an, secara umum diterima bahwa Golgi cisternae adalah struktur sementara. Hal ini menunjukkan bahwa Golgi cisternae terbentuk di daerah cis dari tumpukan, oleh fusi dari pengangkut membran membran dari ER dan ERGIC dan bahwa setiap cisterna secara fisik pindah dari cis sampai trans yang merupakan akhir tumpukan, perubahan dalam komposisi
37
mengalami perkembangan. Hal ini dikenal sebagai model pematangan cisternal karena, menurut model, masing-masing cisterna "matang" ke dalamcisterna selanjutnya di sepanjang tumpukan. Dari pertengahan 1980-an sampai pertengahan 1990-an, model pematangan dari pergerakan Golgi sebagian besar ditinggalkan dan diganti dengan model lain, yaitu yang berpendapat bahwa cisternae dari tumpukan Golgi tetap di tempat sebagai kompartemen stabil. Dalam model yang terakhir ini, yang dikenal sebagai model transportasi vesikuler, muatannya (seperti, sekretorik, lisosomal, dan protein membran) bergerak melalui tumpukan Golgi, dari CGN ke TGN, dalam vesikel yang tunasnya dari satu kompartemen membran dan bergabung dengan kompartemen tetangga sepanjang tumpukan. Model transportasi vesikuler diilustrasikan dalam Gambar 2.11, dan penerimaan ini sebagian besar didasarkan pada pengamatan berikut: 1. Setiap cisternae Golgi dari berbagai tumpukan memiliki jumlah enzim yang berbeda (Gambar 2.11A). Bagaimana bisa berbagai cisternae memiliki sifat yang berbeda jika setiap cisterna mengalami peningkatan pada jalan ke yang berikutnya, seperti disarankan oleh model pematangan cisternal. 2. Sejumlah besar vesikel dapat dilihat pada mikrograf elektron dari awal sampai pinggiran Golgi cisternae. Pada tahun 1983, James Rothman dan rekan-rekannya di Stanford University menunjukkan, dengan menggunakan sel bebas dari membran Golgi bahwa transportasi vesikel telah bisa melewati satu cisterna
Golgi dan
bergabung dengan Golgi cisterna in vitro. Percobaan ini terbentuk dari hipotesis dasar yang menunjukkan bahwa dalam sel, muatan-membentangkan ujung vesikula dari cis cisternae dan menyatu dengan cisternae yang terletak di posisi yang lebih trans dalam tumpukan.
38
Gambar 11. Model transport dalam aparatus golgi (A) Vesikular Transport (B)Cisternal Maturation Model
Meskipun kedua model fungsi Golgi terus memiliki pendukung mereka, konsensus pendapat telah bergeser kembali ke model pematangan cisternal. Beberapa alasan utama untuk pergeseran ini dapat dicatat: 1. Model pematangan cisternal memperlihatkan kedinamisan yang tinggi dari kompleks Golgi di mana unsur utama dari organel ini, cisternae, terus-menerus terbentuk di permukaan cis dan tersebar ke permukaan trans. Menurut pandangan ini, keberadaan kompleks Golgi sendiri sangat tergantung pada terus-menerus masuknya operator transportasi dari ER dan ERGIC. Seperti yang diperkirakan oleh pematangan cisternal. Model, ketika pembentukan operator transportasi dari ER dihambat oleh perlakuan sel yang dipengaruhi obat-obatan spesifik ata u penggunaan suhu-sensitif mutan, kompleks Golgi menghilang.ketika obat tersebut dihilangkan atau sel mutan dikembalikan ke temperatur permisif, kompleks Golgi dengan cepat berkumpul sebagai ER dan transportasi Golgi diperbarui. 2. Beberapa bahan yang diproduksi dalam reticulum endoplasma dan berjalan melalui kompleks Golgi terbukti tetap dalam cisternae Golgi dan tidak pernah terlihat Golgi terkait vesikel transportasi. Misalnya, studi tentang fibroblast menunjukkan bahwa kompleks besar molekul prokolagen (prekursor dari ekstraseluler kolagen) pindah dari cisternae cis ke trans cisternae tanpa pernah meninggalkan lumen cisternal. 3. Diasumsikan sampai pertengahan 1990-an bahwa vesikel transport selalu bergerak ke arah "depan" (anterograde), yaitu, dari daerah asal cis ke daerah trans. Tapi sebagian besar bukti telah menunjukkan bahwa vesikula dapat bergerak ke arah "mundur" retrograde), yaitu dari trans donor membran ke membran akseptor cis.
39
4. Studi pertumbuhan sel ragi mengandung fluorescently berlabel Golgi protein telah menunjukkan secara langsung bahwa komposisi dari cisterna Golgi individu dapat berubah waktu dari satu yang berisi (cis) protein Golgi menjadi salah satu yang berisi (trans) protein Golgi. Hasil dari penelitian ini ditampilkan pembukaan mikrograf pada Bab 18 dan mereka tidak kompatibel dengan model vesikel transport. Apakah iya atau tidak, hasil pada ragi ini dapat diekstrapolasikan ke mamalia Golgi kompleks, yang lebih kompleks, struktur yang bertumpukan, masih harus dijelaskan.
H. KERUSAKAN APARATUS GOLGI DAN AKIBATNYA
Apa yang terjadi ketika ada kerusakan fungsi aparatus Golgi? Cacat dalam berbagai aspek fungsi Golgi dapat mengakibatkan gangguan glikosilasi kongenital, beberapa bentuk distrofi otot, dan dapat menyebabkan diabetes, kanker, dan cystic fibrosis (Ungar 2009). 1.
Kanker Salah satu fungsi badan golgi sebagai tempat sekresi asam amino untuk membentuk hormon. Salah satu hormon yang berperan dalam perkembangan sel kanker adalah hormon estrogen. Hormon estrogen ini berfungsi dalam merangsang pertumbuhan sel tidak terkecuali juga untuk sel kanker. Sehingga dapat berpotensi meningkatkan perkembangan sel kanker tersebut. Salah satu hormon yang dapat menghambat perkembangan sel adalah hormon progestron yang dapat melindungi perkembangan sel yang berlebihan. Hal ini akan menjadi salah satu masalah apabila badan golgi mensekresi terlalu banyak hormon estrogen serta terlalu sedikit mensekresikan hormon progestron. Sehingga terjadinya gangguan keseimbangan pada hormone tersebut. Akibatnya hormon estrogen akan terus merangsang perkembangan sel kanker tanpa dihalangi oleh hormon progestron.
2.
Dwarfism Hormon pertumbuhan barupa polipeptida dengan bm 22.000. Secara fisioligis, sekresinya
diatur
oleh
hipothalamus.
Hipothalamus
menghasilkan
faktor
pengelepas hormon pertumbuhan (GHRF – growth hormone releasing factor) dan juga menghasilkan somatostatin (GHIH – growth hormone inhibitory hormone) yang menghambat sekresi hormon pertumbuhan. Defisiensi hormon pertumbuhan dapat disebabkan oleh defek hipofisis (tidak adanya hormon pertumbuhan) atau
40
sekunder dari disfungsi hipotalamus (tidak adanya GHRH). Hiposekresi hormon pertumbuhan pada anak-anak menimbulkan cebol (dwarfism). Hiposekresi hormon pertumbuhan disebabkan oleh menurunnya sintesis protein oleh sel, sehingga pertumbuhan tulang terhambat. Menurunnya sintesis protein oleh sel dapat disebabkan oleh gangguan pada badan golgi dalam mengemas hasil produksi ribosom. 3.
Cystic fibrosis Cystic fibrosis atau CF, adalah penyakit kelenjar sekretori warisan , termasuk kelenjar yang memproduksi berlebihan lendir dan keringat. CF kebanyakan mempengaruhi paru-paru, pankreas, hati, usus, sinus, dan organ-organ seks. Lendir merupakan zat yang dibuat oleh lapisan dari beberapa jaringan tubuh. Biasanya, lendir adalah zat, licin berair. Itu membuat lapisan-lapisan dari organorgan tertentu lembab dan mencegah mereka dari pengeringan atau mendapatkan terinfeksi. Hal ini tentu saja akan mempengaruhi kerja badan golgi pada sel-sel organ tersebut. Misalnya pada organ paru-paru,dimana lendir menumpuk di paru-paru dan saluran udara yang membawa udara masuk dan keluar dari paru-paru. Penumpukan lendir memudahkan bakteri untuk tumbuh. Badan golgi sendiri akan terhalangi fungsinya oleh lendir tersebut. Sehingga memungkinkan terjadinya infeksi paru-paru serius.
4.
Tay-Sachs Lisosom; organ pencernaan sel. Tersusun dari membran yang mengandung enzimenzim hidrolitik kuat. Enzim-enzim tersebut berasal dari kompleks golgi. Lisosom baru terbentuk dari kumpulan khusus enzim hidrolitik yang baru disintesis dan tertangkap di dalam vesikel berselubung yang kemudian melepaskan diri dari kompleks golgi. Suatu bahaya inheren bahkan pada sel sehat dan utuh adalah pecahnya membran lisosom tanpa sengaja dan menimbun di dalam lisosom. Faktornya bisa disebabkan oleh enzim-enzim hidrolitik yang bekerja optimal pada suasana asam, sehingga bagian dalam lisosom lebih asam dari bagian luarnya. Salah satu penyakit ini adalah penyakit Tay-Sachs, ditandai oleh adanya penimbunan abnormal senyawa golongan gangliosida, yaitu molekul kompleks yang ditemukan di sel-sel saraf.
