KAJIAN SISTEM ENDOMEMBRAN, RETIKULUM ENDOPLASMA,

VESIKULA, BADAN GOLGI DAN LISOSOM

Makalah

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Biologi Sel Molekuler

oleh

Kelompok 3/Kelas B Program Magister

Betry Saputri ZD 1201408

Ika Anggraeni 1201568

Rizki Pratama 1201653

Ranti An Nisa 1201290

Zamzam Nursani 1201493

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2012

ULASAN DAN KAJIAN UMUM SISTEM ENDOMEMBRAN

I.1 Endomembran dan Regulasi Beberapa Fungsi Seluler

Organel merupakan komponen struktural dan fungsional tersendiri yang menopang

fungsi kehidupan suatu sel. Beberapa karakter organel memiliki ketersambungan (kontinuitas)

fungsi yang didasarkan pada karakter strukturnya (Campbell et al, 2010). Karakter organel

diantaranya dicirikan dengan adanya struktur membran internal sel (struktur membran selain

membran plasma sel), yang seperti halnya membran plasma sel juga tersusun atas komponen

fosfolipid bilayer yang fluid, protein-protein integral dan perifer serta struktur reseptor. Karakter

ini merupakan bentuk kontinuitas struktural dari organel-organel tersebut yang pada akhirnya

menopang fungsi selulernya. Membran-membran internal sel ini membentuk sistem

kompartemen yang saling berinteraksi. Struktur kontinu yang terdiri dari beberapa organel

dengan struktur membran sebagai dasar konstruksinya ini disebut sebagai sistem endomembran.

Sistem endomembran melaksanakan

berbagai fungsi seluler. Fungsi-fungsi tersebut

meliputi peran dalam sintesis protein dan

transport protein tersebut ke dalam membran

dan organel atau keluar dari sel, peran dalam

metabolisme, pergerakan dan sintesis lipid sel

juga detoksifikasi racun. Membran-membran

pada sistem endomembran ini dihubungkan

melalui ketersambungan fisik langsung

maupun melalui transfer segmen-segmen

membran yang dikenal sebagai vesikel (vesikel,

kantung yang terbuat dari membran).

Organel-organel yang tercakup dalam

sistem endomembran diantaranya membran nukleus, retiklum endoplasma, badan Golgi,

lisosom, berbagai jenis vakuola serta membran plasma. (Campbell et al, 2010). Membran plasma

Gambar 1.1 Sistem Endomembran

menggambarkan kontinuitas struktur dan fungsi

beberapa organel sel. (Karp, 2010)

tidak sepenuhnya bagian dari sistem endomembran secara fisik, namun keberadaanya sangat erat

dengan keberlangsungan berbagai fungsi yang dijalankan organel sistem endomembran.

Ketersinambungan organel-organel dalam sistem endomembran ini tidak diartikan sebagai

keberadaan struktur dan fungsi yang identik, walau pun secara umum memiliki struktur dasar

membran yang sama. Struktur membran pada tiap organel memiliki ketebalan dan komposisi

molekuler yang berbeda, jenis reaksi kimia yang terjadi di dalamnya pun tidaklah tetap,

melainkan bisa dimodifikasi beberapa kali selama masa hidup membran.

1.2 Pendekatan dalam Kajian Sistem Endomembran

Kajian mendalam mengenai sistem endomembran sangat berkaitan dengan perkembangan

berbagai metode riset dalam kajian sitologi dan biologi molekuler pada umumnya.

1. Identifikasi pencitraan mikroskop

Penemuan dan berkembangnya mikroskop sebagai teknologi penting dalam pengamatan dan

pengidentifikasian struktur sel menandai awal dan keberlanjutan kajian mengenai sistem

endomembran. Penggunaan mikroskop cahaya maupun mikroskop elektron memberikan

informasi penting tentang struktur sitoplasma dengan berbagai komponen penyusunnya termasuk

keberadaan organel dalam sistem endomembran.

Hasil pencitraan mikroskop elektron

menunjukkan adanya struktur dasar

membran internal di dalam sel yang tampak

terkoneksi secara fisik. Pencitraan

mikroskopis dapat menggambarkan adanya

struktur membran yang saling terjalin antara

membran nukleus, retikulum endoplasma,

badan Golgi dan membran plasma. Selain itu

diidentifikasi pula struktur dari setiap

organel tersebut, seperti ditemukannya struktur sisterna yang menyusun retikulum endoplasma

(Karp, 2010). Sisterna merupakan kantung-kantung memanjang yang dibatasi membran yang

Gambar 1.2 Pencitraan mikroskop elektron yang

menggambarkan beberapa organel se penyusu sistem

endomembran. (Karp, 2010)

pada dasarnya merupakan komponen utama retikulum endoplasma, dalam arti retikulum

endoplasma pada dasarny merupakan kumpulan sisterna. Pencitraan mikroskopis juga

memberikan gambaran keberadaan vesikula yang ditemukan disekitar organel retikulum

endoplasma dan badan Golgi. Hal ini mengindikasikan adanya keterkaitan yang erat antar

organel tersebut, dugaan tersebut kemudian berkembang menjadi kajian khusus sistem

endomembran. Hal yang menjadi batasan kajian dengan penggunaan citra dari mikroskop ini

adalah tidak teridentifikasi keterkaitan struktural secara molekuler dan peranan fungsional.

Sehingga berbagai kajian pun terus dikembangkan untuk mengidentifikasi detail tentang

komponen sel ini.

2. Identifikasi dengan Autoradiografi

Metode identifikasi lain dalam upaya mengungkap keterkaitan fungsi melalui interaksi

struktural pada organel-organel sistem endomembran adalah dengan memanfaatkan radiasi

senyawa radioaktif yang kemudian dipindai dengan autoradiograf (Karp, 2010). Autoradiografi

menyediakan sarana untuk memvisualisasikan proses biokimia dengan memungkinkan peneliti

untuk menentukan lokasi molekul berlabel radioaktif dalam sel. Dalam teknik ini, bagian

jaringan yang mengandung isotop radioaktif ditutupi dengan lapisan tipis emulsi fotografi, yang

kemudian terkena oleh radiasi dari radioisotop dalam jaringan. Situs dalam sel yang

menunjukkan radioaktivitas akan tergambarkan pada pencitraan di bawah mikroskop oleh butir

perak dalam emulsi atasnya.

Gambar 1.3. Model hasil identifikasi sistem endomembran dengan teknik autoradiografi (Karp, 2010)

Teknik ini pertama kali digunakan dalam kajian sistem endomembran oleh James Jameison

dan George Palade dari Universitas Rockfeller. Teknik ini melibatkan metode pemindaian

senyawa radioaktif yang sebelumnya diinduksi pada struktur protein sekretori yang disintesis

pada sel acinus pankreas mamalia. Untuk menentukan situs protein sekresi yang disintesis,

Palade dan Jamieson menginkubasi irisan jaringan pankreas dalam larutan yang mengandung

asam amino radioaktif untuk jangka waktu singkat. Selama periode ini, asam amino radioaktif

digunakan oleh sel-sel hidup untuk mensintesis enzim pencernaan dengan melibatkan

ribosom. Lokasi dari protein yang telah disintesis selama inkubasi singkat dengan asam amino

radioaktif kemudian diidentifikasi dengab autoradiograf. Dengan menggunakan pendekatan ini,

retikulum endoplasma diidentifikasi sebagai tempat sintesis protein sekretori (Gambar 1.3).

Untuk menentukan jalur intraseluler yang dilalui protein berlabel radioaktif, Palade dan

Jamieson melakukan percobaan tambahan. Setelah inkubasi jaringan untuk periode singkat

dalam asam amino radioaktif, jaringan pankreas kemudian dicuci, dibebaskan dari interaksi

dengan radio isotop. Jaringan yang telah bersih kemudian dipindahkan ke medium yang

mengandung asam amino tanpa radio isotop. Percobaan jenis ini disebut "pulse-chase". Pulse

mengacu pada inkubasi singkat dengan radioaktivitas asam amino yang menjadi bagian dari

struktur protein. Chase mengacu pada periode ketika jaringan berinteraksi dengan media yang

mengandung radio isotop, suatu periode di mana protein tambahan disintesis menggunakan

asam amino nonradioaktif.

Pada percobaan “pulse-chase” akan ditemukan dua sifat protein sekretori, yakni yang

mengandung asam amino radio isotop yang lebih dulu di sintesis dan protein sekretori yang

tidak mengandung radio isotop yang disintesis kemudian. Adanya rentang waktu ini

memungkinkan peneliti untuk mengamati jalur biosintesis protein. Semakin lama fase chase,

semakin jauh protein radioaktif diproduksi, semakin jauh jalur yang telah ditempuh protein dari

situs sintesisnya dalam sel. Dengan menggunakan pendekatan ini, dapat mengikuti gerakan

molekul baru disintesis dengan mengamati gelombang bahan radioaktif bergerak melalui

organel sitoplasma sel dari satu lokasi ke lokasi berikutnya sampai proses selesai. Hasil riset

inilah yang pertama kali dapat mendefinisikan jalur biosintesis yang melibatkan sejumlah

kompartemen membran yang secara struktural tampak terpisah menjadi terintegrasi secara

fungsional.

3. Identifikasi dengan pemanfaatan Green Flouresent Protein (GFP)

Percobaan autoradiografik dijelaskan dalam bagian sebelumnya mengharuskan peneliti

untuk memeriksa sayatan dari sel-sel yang berbeda yang diidentifikasi pada berbagai waktu

setelah pengenalan label radioaktif (Karp,2010). Teknologi alternatif memungkinkan peneliti

untuk mengikuti gerakan dinamis protein spesifik dengan mata mereka sendiri karena

identifikasi dilakukan pada sebuah sel hidup tunggal. Teknologi ini memanfaatkan gen yang

diisolasi dari ubur-ubur yang mengkode protein kecil, yang disebut green

fluorescentprotein (GFP), yang dapat berpendar, seperti terlihat pada gambar 1.4.

Gambar 1.4 Ekspresi gen green fluorescentprotein (GFP) menyebabkan pendaran cahaya yang dapat diamati,

a) GFP teridentifikasi di sekitar nukleus, b) GFP pada retikulum endoplasma.(Karp,2010)

Dalam pendekatan ini, DNA pengkode GFP direkombinasikan dengan DNA pengkodean protein

yang akan dipelajari, sehingga menghasilkan bentuk chimeric (gabungan) DNA yang diinduksi

ke dalam sel dan dapat diamati di bawah mikroskop. Setelah masuk sel, DNA chimeric

mengekspresikan protein chimeric yang terdiri dari protein utama dan GFP yang telah menyatu

dengan struktur protein utama. Dalam kebanyakan kasus, kehadiran GFP yang menyatu kedalam

struktur protein utama memiliki pengaruh yang kecil pada fungsi protein utama.

Induksi gen GFP pada sel dilakukan dengan pemanfaatan virus. Virus memiliki kemampuan

untuk mengiduksikan gen yang dimiliki ke dalam sel lain untuk kemudian mengendalikan sel

tersebut mengekspresikan protein virus. Pada teknik ini, gen GFP direkombinasikan pada

komponen DNA strain virus somatitis vasikuler (VSV), menghasilkan DNA rekombinasi yang

terdiri gen virus dan gen GFP (VSVG). Setelah infeksi virus, dalam hal ini pengijeksian VSVG

kedalam genom sel inang, protein virus yang telah fusi dengan GFP pun disintesis. Peneliti dapat

mengamati jalur biosintesis protein tersebut mulai dari akumulasi protein di retikulum

endoplasma hingga deposit protein di badan Golgi. Pengamatan dilakukan dengan pemberian

perlakuan pemberian suhu yang berbeda dalam kurun waktu tertentu untuk setiap fase tahapan

pada jalur biosintesisnya, seperti pada gambar 1.5.

Gambar 1.5. Model proses alur organel yang terdeteksi pendaran GFP pada sel inang, indikasi

jalur biosintesis protein pada sistem endomembran (Karp, 2010)

4. Identifikasi dengan analisis biokimia

Mikroskop elektron, autoradiografi, dan penggunaan GFP memberikan informasi tentang

struktur dan fungsi organel seluler yang menjadi bagian sistem endomembran tetapi gagal

memberikan wawasan banyak mengenai komposisi molekul struktur ini. Analisis biokimia

dalam kajian sistem endomembran mulai dilakukan setelah penemuan teknik untuk

memecah (menghomogenkan) sel dan mengisolasi jenis organel tertentu yang dirintis pada tahun

1950-an dan 1960-an oleh Albert Claude dan Christian De Duve. Ketika sebuah sel pecah oleh

homogenisasi, membran sitoplasma menjadi terpecah-pecah dan terbentuk fragmen membran

yang berfusi membentuk vesikel (struktur membran seperti kantung bulat) dengan diameter

kurang dari 100 nm (Gambar 1.6). Vesikel yang berasal dari organel yang berbeda (inti,

mitokondria, membran plasma, retikulum endoplasma, dan sebagainya) memiliki sifat yang

berbeda, sehingga memungkinkan mereka untuk dipisahkan dari satu sama lain, ini merupakan

pendekatan yang disebut fraksinasi subseluler.

Gambar 1.6 Langkah-langkah dalam teknik fraksinasi subseluler (Karp, 2010)

Vesikel membran yang berasal dari sistem endomembran (terutama retikulum

endoplasma dan kompleks Golgi) membentuk kumpulan vesikel heterogen berukuran serupa

yang disebut sebagai mikrosom. Mikrosom ini kemudian dapat lebih difraksinasi menjadi fraksi

membran halus dan kasar dengan teknik gradien. Setelah diisolasi, komposisi biokimia dari

berbagai fraksi dapat ditentukan. Temuan dari identifikasi dengan menggunakan pendekatan ini

diantaranya adalah adanya enzim penanda spesifik pada organel sistem endomembran. Sebuah

enzim spesifik dapat diisolasi dari fraksi mikrosomal dan kemudian digunakan sebagai antigen

untuk mempersiapkan antibodi terhadap enzim tersebut. Antibodi kemudian bisa dikaitkan

dengan mineral, seperti partikel emas, yang dapat divisualisasikan dalam mikroskop elektron,

dan lokalisasi enzim dalam kompartemen membran dapat ditentukan, seperti diperlihatkan pada

gambar 1.7.

Gambar 1.7 Visualisasi keberadaan enzim spesifik pada vesikula mikrosom organel sistem

endomembran (Karp, 2010).

5. Identifikasi dengan Cell-Free System (Sistem Bebas Sel)

Pendeketan dengan sistem bebas sel ini merupakan pengembangan dari penemuan teknik

fraksinasi subseluler, dimana kajian yang lebih lanjut dilakukan untuk mengidentifikasi berbagai

protein sekrotori yang di transport dengan menggunakan sistem endomembran (Karp, 2010).

Istilah bebas sel merujuk pada bentuk pendekatan ini yang tidak menggunakan sel hidup secara

utuh. Bahkan merekayasa struktur seluler secara in vitro. Selama tahun 1960, peneliti seperti

George Palade, Philip Siekevitz, dan rekan-rekan mereka di Universitas Rockefeller mempelajari

lebih lanjut tentang sifat-sifat fraksi mikrosomal kasar yang berasal dari retikulum endoplasma

kasar. Mereka menemukan bahwa pada mikrosom kasar terdapat partikel terisolasi (yaitu,

ribosom) yang mampu mensintesis protein ketika diberikan dengan bahan-bahan yang diperlukan

dari sitosol. Dengan kondisi tersebut, protein yang baru disintesis oleh ribosom dirilis dalam

retikiulum endoplasma kasar. Saat percobaan dilakukan dengan menggunakan mikrosom kasar

utuh, protein yang baru disintesis tidak lagi dilepaskan ke dalam media inkubasi tetapi terjebak

dalam lumen vesikel membran. Disimpulkan dari studi ini bahwa membran mikrosomal tidak

diperlukan untuk penggabungan asam amino

menjadi protein tetapi untuk sekresi pengangkutan

protein yang baru disintesis dalam ruang cisternal

retikulum endoplasma.

Selama beberapa dekade terakhir, para peneliti

telah menggunakan sistem bebas sel untuk

mengidentifikasi peran dari banyak protein yang

terlibat dalam transport sistem endomembran.

Salah satunya adalah pembentukan liposom yang

merupakan vesikel dengan permukaannya terdiri

dari membran bilayer buatan yang dibuat di

laboratorium dari fosfolipid. Kuncup dan vesikel

terlihat pada Gambar 1.7 diproduksi setelah

inkubasi dan pemurnian yang melibatkan protein yang biasanya terdiri dari mantel pada

permukaan sitosol vesikel transportasi di dalam sel. Tanpa penambahan protein mantel, vesikel

pemula tidak akan terbentuk. Dengan menggunakan strategi di mana proses seluler yang

Gambar 1.7.Pembentukan liposom dengan

sistem bebas sel pada mikrosom hasil

fraksinasi subseluler. Tanda panah

menunjukan kuncup vesikel (Karp, 2010)

direkayasa secara in vitro dari komponen yang dimurnikan, para peneliti telah mampu

mempelajari protein membran untuk memulai pembentukan vesikel, yang bertanggung jawab

untuk pemilihan kompartemen untuk transport protein, dan protein yang memutuskan vesikel

dari membran donor.

6. Identifikasi dengan Fenotipe Mutan

Sel mutan memiliki substansi genetik yang telah mengalami perubahan sehingga

menghasilkan protein abnormal yang kemudian terekspresikan menjadi karakter seluler yang

abnormal pula. Dengan prinsip analisis terbalik, mengidentifikasi fenotipe mutan dengan cara

memanfaatkan mekanisme mutasi molekul substansi genetik dapat memberikan informasi

mengenai protein normal dan implikasi fungsi normal nya (Karp, 2010).

Randy Sheckman dan rekan penelitinya dari California University, Berkeley melakukan

kajian mendalam tentang identifikasi protein pada sistem endomembran dengan pengamatan

terhadap fenotipe mutan. Dalam riset ini, dilakukan penghambatan ekspresi gen protein vesikula

transport antar membran pada sel ragi. Penghambatan dilakukan dengan memanfaatkan

penomena interference RNA (RNAi), suatu keadaan dimana terdapat molekul RNA yang

berperan dalam regulasi sintesis protein. Molekul RNA tersebut dapat mencegah translasi

messanger RNA sehingga protein tidak terbentuk. Dilakukan penghambatan sintesis protein

vesikula yang pada kondisi normal berperan dalam pengenalan antar membran, dimana protein

vesikula dari retikulum endoplasma akan dikenali oleh membran badan Golgi. Mutasi ini

menyebabkan terhambatnya fusi membran vesikula kedalam badan Golgi sehingga vesikula

terakumulasi di sitosol (Gambar 1.8). Hal ini menunjukkan adanya mekanisme komunikasi sel

berupa interaksi molekuler antar protein membran yang terdapat pada organel-organel penyusun

sistem endomembran.

Gambar 1.8 Sel ragi yang menunjukkan kondisi abnormal dimana vesikula terakumulasi di sitosol akibat

mutasi terhadap protein membran vesikula (Karp, 2010)

RETIKULUM ENDOPLASMA

Banyak membran sel eukariotik yang berbeda merupakan bagian dari sistem

endomembran. Membran ini dihubungkan melalui sambungan fisik langsung atau melalui

transfer segmen-segmen membran sebagai vesikula (gelembung terbungkus membran) kecil.

Akan tetapi hubungan ini tidak berarti bahwa membran yang berbeda-beda itu sama struktur dan

fungsinya. Ketebalan, komposisi molekuler, dan perilaku metabolisme membran tidak tetap, tapi

dapat dimodifikasi beberapa kali selama masa hidup membran tersebut. Sistem endomembran

mencakup selubung nukleus, retikulum endoplasma, badan golgi, lisosom, berbagai jenis

vakuola, dan membran plasma.

Pengamatan terhadap retikulum endoplasma baru dapat dilakukan setelah ada mikroskop

elektron pada tahun 1950. Beberapa tahun kemudian baru diketahui bahwa retikulum

endoplasma mempunyai berbagai bentuk. Retikulum endoplasma merupakan organel sel yang

tidak statis dan dapat dianggap sebagai salah satu komponen dari suatu sistem membran didalam

sel yang terdiri atas berbagai organel. Jaringan sistem membran ini dalam bahasa inggris disebut

cytocavitary network yang didalamnya termasuk mitokondria, lisosom, badan golgi, badan

mikro, dan membran inti.

Dengan adanya sistem tadi sitoplasma dibagi dalam dua kopartemen yaitu sitoplasma

ekstra organel (sitosol) dan rongga-rongga intra membran (lumen). Jadi membran yang

membangun sistem itu satu permukaan menghadap sitoplasma ekstra organel (sitosol) dan

permukaan lain menghadap lumen dari sistem membran. Hal ini penting untuk diketahui sebagai

dasar untuk membicarakan sifat-sifat membran. Telah ditemukan bahwa reticulum endoplasma

mempunyai hubungan dengan membran plasma dan membran luar dari selaput inti, sedangkan

organel-organel lain tidak mempunyai hubungan langsung tetapi dapat terjadi interaksi secara

langsung atau tidak. Jadi meskipun retikulum endoplasma merupakan organel tersendiri tapi

struktur dan fungsinya memiliki hubungan dan tergantung pada bagian-bagian lain dari jaringan

cytocavitary. Dengan demikian pada pembicaraan organel yang lain akan selalu memyangkut

pembahasan materi ini sifat umum retikulum endoplasma. Sistem membran yang dinamik

membantu transpor di dalam sel eukariotik. Jaringan cytocavitary khususnya retikulum

endoplasma mencegah stagnasi penyebaran enzim untuk aktifitas katabolik dan anabolik.

Substrat yang vital dapat mencapai bagian dalam sel dengan cepat dengan cara fusi dan gerakan

dari membran. Demikian juga dengan bahan yang disintesa di dalam sel dengan cara yang sama

dapat cepat diangkut ke permukaan sel. Bentuk mikroskopis reticulum endoplasma.

Retikulum endoplasma memiliki fungsi yang bervariasi, hal ini menyebabkan adanya

variasi secara morfologis. Dari pengamatan dengan mikroskop elektron pada sel hati terlihat

adanya dua macam membran yang menyebabkan ada dua macam retikulum endoplasma.

Membran yang mempunyai partikel-partikel ribosom dipermukaannya terlihat kasar dan

membentuk retikulum endoplasma kasar (REK) dan membran yang tidak mempunyai ribosom

terlihat halus disebut retikulum endoplasma halus (REH). REK biasa juga disebut sebagai

retikulum endoplasma granular dan REH disebut reticulum endplasma agranular. Retikulum

endoplasma kasar dan halus. REK mempunyai fungsi dalam sintesa protein didalam sel terutama

sintesa protein sekresi dan protein untuk komponen retikulum endoplasma itu sendiri. REH

mempunyai fungsi sebagai tempat reaksi sintesis maupun untuk modifikasi bahan-bahan yang

mempunyai berat molekul rendah. Adanya REK dan REH pada sel hati menunjukkan bahwa hati

mempunyai berbagai peran dalam metabolisme. Memang telah diketahui bahwa reaksi-reaksi

metabolisme antara (intermediary metabolism) terjadi didalam hati. Beberapa reaksi terjadi

dalam dua tahap yaitu REK kemudian REH. Tipe sel yang berbeda mempunyai rasio REK dan

REH yang berbeda. Sel yang mempunyai peran dalam sintesis protein untuk bahan sekresi

(secretory), REK merupakan bagian utama dari retikulum endoplasma pada sel tersebut. Sel yang

mempunyai fungsi untuk sekresi steroid seperti pada sel-sel adrenal bagian korteks mempunyai

retikulum endoplasma yang sebagian besar terdiri dari REH. Sintesis kolesterol dan reaksi-reaksi

kimia untuk memodifikasi steroid menjadi progesteron dan deoksikortikosteron terjadi pada

membran REH. Sel lain yang berisi banyak REH ialah sel-sel pigmen pada retina, Sel-sel pada

kelenjar sebaseus, sel-sel interestial, pada testes dan korpus luteum.

1. Sejarah Retikulum Endoplasma

Pada tahun 1887, Garnier mencatat bahwa sitoplasma sel kelenjar sering berbeda warna

dengan bagian lain dalam sitoplasma. Pada bagian ini sering terlihat adanya gambaran seperti

guratan atau lempengan. Ia mengira bagian tersebut berhubungan dengan proses sekresi dan

bagian tersebut disebut sebagai ergatoplasma. Belakangan diketahui bahwa bagian tersebut

banyak mengandung RNA. RNA bersifat asam berarti memiliki afinitas kuat terhadap basa,

seperti metilen blue dan toloidin blue sehingga disebut basofil. Ternyata sitoplasma yang basofil

tidak hanya terdapat pada sel kelenjar tetapi juga pada sel-sel yang giat tumbuh dan pada sel-sel

yang aktif mensintesis protein. Ergatoplasma di dalam sel saraf disebut dengan Badan Nissl yang

kemudian disebut dengan retikulum endoplasma (artinya jala-jala dalam plasma).

Porter pada tahun 1945 menemukan jala-jala yang halus pada sitoplasma fibroblas ayam.

Pada irisan Jala-jala tipis ini tampak seperti saluran buntu, gelembung memanjang atau berupa

terusan. Pada irisan seri yang diamati di bawah mikroskop elektron, Fry Wyssling dan

Muhlethaler pada 1965 menunjukkan bahwa terusan-terusan tersebut saling berhubungan dan

berjalinan di seluruh sitoplasma. Retikulum endoplasma yang besar-besar dapat diamati dengan

menggunakan mikroskop cahaya seperti badan Nissl pada sel saraf tetapai struktur yang lebih

rinci baru dapat dilihat di bawah mikroskop elektron.

2 . Struktur Retikulum Endoplasma

Retikulum endoplasma (RE) merupakan sistem membran yang sangat luas yang terdapat di

dalam sitoplasma 50% dari semua membran yang terdapat pada sebuah sel adalah membran

(RE). Membran RE berlipat lipat, membentuk suatu ruangan yang disebut lumen RE atau

sisterna RE yang berbentuk labirin. Terdapat dua daerah RE yang berbeda secara fungsional

yaitu daerah RE yang permukaan sitosolik membrannya ditempeli ribosom, disebut retikulum

endoplasma granular (REG). Daerah yang kedua tidak terdapat ribosom pada permukaan

sitosolik membran RE, disebut retikulum endoplasma agranular (REA). Kedua macam retikulum

endoplasma ini menyusun suatu sistem membran yang melingkupi suatu ruang. Bagian dalam

membran disebut dengan luminal atau ruang sisterna (cisternal space) dan daerah diluar

membran yang disebut ruang sitosolik (cytololic space) Perbedaan morofologi antara retikulum

endplasma kasar dan halus terletak apa ada tidaknya ribosom yang terikat pada membran yang

berhadapan dengan ruang sitosolik. Retikulum endoplasma kasar merupakan organel berbatas

membran yang terusun dari suatu kantong pipih yang disebut dengan sisterna. Sedangkan

komponen membran dari retikulum endoplasma halus berbentuk tubular.

Perbedaan jumlah antara kedua jenis retikulum endoplasma ditentukan oleh jenis sel.

Sebagai contoh, sel yang mensekresi protein dalam jumlah besar seperti sel pancreas, kelenjar

ludah mempunyai retikulum endoplasma yang banyak. Kalau dilihat secara menyeluruh,

retikulum endoplasma kasar dan halus dibedakan tidak hanya berdasarkan ada tidaknya ribosom

pada membrannya tetapi juga pada susunannya dalam sitoplasma. Retikulum endoplasma kasar

tampak berupa saluran panjang, berjajar melengkung teratur, sedangkan retikulum endoplasma

halus berupak pembuluh (tubuler) atau gelembung (vesikuler) yang tidak teratur. Retikulum

endoplasma kasar dan halus berhubungan di suatu tempat, karena dalam banyak hal kedua

retikulum endoplasma ini bekerja sama dalam melakukan aktivitas sel.

a. Retikulum Endoplasma Halus

Retikulum endoplasma halus (REH) berkembang dalam sejumlah jenis sel seperti sel otot

rangka, tubulus ginjal dan kelenjar steroid. Protein retikulum endoplasma bervariasi antara satu

sel dengan sel lain bergantung kepada fungsi, seperti:

1. sintesis hormon steroid pada kelenjar gonad dan korteks ginjal

2. detoksifikasi pada hati memiliki komponen organik yang bervariasi seperti barbiturat dan

etanol.

3. Pelepasan glukosa dari glukosa 6 fosfat pada hati. Jejumlah besar glikogen di dalam hati

disimpan sebagai granula yang terikat dengan membran luar retikulum endoplasma halus.

b. Retikulum Endoplasma Kasar

Retikulum endoplasma kasar (REK), karena pada membrannya melekat banyak sekali

ribosom sehingga tampak kasar di bawah mikroskop dan tidak tampak licin. Elemen

karakteristik dari REG adalah berupa lembaran tipis yang terdiri dari 2 membran bersatu pada

bagian tepi masing-masing dan dibatasi oleh suatu cavite berbentuk kantong yang aplatis

(sakulus). Letak dan jumlah dari sakulus bervariasi, tergantung pada jenis sel dan fungsi dari

aktivitasnya. Bila letak REG berkembang balk, letak sakulus menjadi sistematis, terarah, paralel

satu dengan yang lainnya. Pada sel-sel glandula dari acini pankreas dan paratoide terdapat pada

maxilla. Semua sakulus menempati bagian basal dari sitoplasma. Pada sel yang kurang aktif juga

mengandung sakulus namun jumlahnya jarang .Dengan teknik ultrasentrifugasi differentielle

memisahkan membran RE dalam bentuk vesikula-vesikula kecil; mikrosom, tertutupi atau tidak

oleh ribosom. Analisa hiokimia dari membran tersebut memperlihatkan bahwa membran RE

mengandung:

a. Protein yang terstruktur dan lemak (30% atau 50%)

b. Enzim, yang dibutuhkan pada sintesa protein, pada metabolisme lemak, dan pada

fenomena detoxifikasi.

REA dan REG saling berhubungan, meskipun sukar untuk memisahkan membrannya, namun

penyusun biokimianya dari kedua sistem tersebut berbeda, yaitu:

1. Kandungan fosfolipida lebih tinggi pada REL dari REG.

2. Perbandingan kuantitas fosfolipidal kuantitas kolesterol adalah 15 untuk REG dan 4

untuk REL.

3. Glukosa 6-fosfat terutama terdapat pada REG.

4. 5-nukleotidase terutama terdapat pada REA

5. Susunan dari lemak dan protein sesuai dengan model Singer - Nicolson.

3. Fungsi Endoplasma

Ada beberapa fungsi dari RE, diantaranya adalah :

a. Fungsi sintesa

Sintesa protein ini dilakukan bersama-sama dengan ribosom, di mana protein yang

dibebaskan masuk dalam cavite RE.

Sintesa lemak : RE bertanggung jawab pada sintesa lemak, membrannya

mengandung sistem enzimatik yang bertanggung jawab pada pemanjangan dan

saturasi dari asam lemak.

Sintesa glyciprotein : protein disintesa oleh REG, dapat berasosiasi pada gula.

Sintesa glycoprotein ini disebut glycosilasi. Berawal pada REG dan berakhir pada

AG.

Sintesa membran; Sistem membran ini sangat berbeda di mana disintesa fosfolipida

dan protein yang berasal dari pembentukan membran sel.

b. Fungsi Penyimpanan

RE menyimpan dan mengkonsentrasikan substansi yang bersal dari ekstraseluler juga dari

intraseluler.

c. Fungsi detoksifikasi

VESIKULA

1. Pengertian vesikula

Vesikula merupakan kantong kecil yang memiliki membrane yang terdapat pada sitosol yang

berfungsi sebagai pengangkut hasil sekresi dari Retikulum Endolasma dan Kompleks Golgi.

Menurut Arman Sujana, vesikula merupakan gembungan dalam sitoplasma yang berisi bahan

organik. Vesikula adalah organel sel kecil yang terdapat dalam sel. Merupakan kantung

membran organel kecil, tertutup yang menyimpan dan mengangkut zat ke dan dari satu sel ke sel

lain dan dari satu bagian sel yang lain. Mereka adalah salah satu bagian penting dari sel.

Vesikula dipisahkan dari sisa sitoplasma oleh setidaknya satu bilayer fosfolipid. Membran yang

membungkus vesikula mirip dengan membran plasma.

2. Fungsi vesikula

Secara umum vesikula berfungsi untuk mengangkut hasil sekresi dari Retikulum

Endoplasma Kasar yang kemudian dilanjutkan ke Kompleks Golgi. Berdasarkan fungsinya

vesikula terdiri dari:

a. Vesikula Transportasi

Merupakan vesikula yang tidak terikat namun protein disekresikan dan dibuat pada

ribosom yang ditemukan dalam Retikulum Endoplasma Kasar. Sebagian besar protein

matang dalam aparatus Golgi sebelum pergi ke lokasi terakhir mereka, yang mungkin

lisosom, peroksisom atau beberapa tempat di luar sel. Protein ini dibawa dari satu lokasi

ke lokasi lain di dalam vesikula transportasi. Jadi fungsi vesikula transportasi adalah

untuk memindahkan molekul antara lokasi yang berbeda di dalam sel.

b. Vesikula sekresi

Merupakan vesikula yang mengandung materi yang akan dikeluarkan dari sel. Vesikula

mungkin berisi materi yang berbahaya bagi sel sehingga harus dikeluarkan dari dalam

sel. Ada berbagai jenis vesikula sekretori, seperti vesikula sinaptik, yang terletak di pra-

sinaptik terminal di neuron. Ini semua tentang berbagai jenis vesikel dalam sel dan fungsi

mereka. Adapun vesikula khusus tertentu yang hanya ditemukan di sel-sel tertentu,

seperti vesikula seminalis yang terdapat di postero-inferior kandung kemih pada laki-laki.

Fungsi vesikula seminalis ini mensekresi sebagian besar cairan yang akhirnya menjadi

bagian dari air mani. Jadi pada hakikatnya fungsi vesikula akan tergantung pada jenis

vesikula yang hadir dalam sel.

Vesikula-vesikula sekresi melepaskan kandungannya dengan dua cara, yaitu secara

konstitutif dan secara regulatif. Sejumlah protein-protein terlarut maupun yang terikat

membran yang baru disintesis, lipida membran plasma yang baru disintesis dilepaskan

dengan cara konstitutif, artinya tidak tergantung pada signal-signal tertentu seperti

hormon atau neurotransmitter. Sejumlah protein-protein tertentu yang tersimpan di dalam

vesikula sekresi hanya dapat dilepaskan bilamana ia menerima sinyal-sinyal tertentu yang

berasal dari hormon atau neurotransmitter. Sekresi seperti ini dinamakan sekresi

regulative.

Gambar sekresi konstitutif dan sekresi regulatif

3. Jenis vesikula

Berdasarkan protein yang melapisinya, vesikula dibagi atas 3 jenis, yaitu COP II, COP I dan

Clathrin. Protein yang melapisi vesikula memiliki dua fungsi, yaitu: sebagai alat mekanis yang

menyebabkan membrane berbentu kurva dan membentuk vesikula pemula dan menyediakan

mekanisme untuk memilih komponen yang akan dibawa oleh vesikula.

a. Vesikula COP II

Merupakan vesikula yang bergerak maju dari Retikulum Endoplasma Kasar ke

Retikulum Endoplasma GIC dan Kompleks Golgi. Retikulum Endoplasma GIC

merupakan kompartemen intermediate yang terletak di antara Retikulum Endoplasma

dengan Kompleks Golgi.

Vesikula COP II memediasi perjalanan pertama jalur biosintesis dari Retikulum

Endoplasma GIC dan CGN. Vesikula COP II berisi sejumlah protein yang pertama kali

diidentifikasi dalam ragi yang mampu melaksanakan transportasi dari Retikulum

Endoplasma ke Kompleks Golgi. Protein yang sama kemudian juga ditemukan dalam

mantel dari vesikula tunas dari Retikulum Endoplasma dalam sel mamalia.

b. Vesikula COP I

Merupakan vesikula yang bergerak

mundur. Pertama, bergerak dari

Retikulum Endoplasma GIC dan

Kompleks Golgi ke Retikulum

Endoplasma. Yang kedua, bergerak

mundur dari trans sisterna mundur ke cis

sisterna.vVesikula COP I pertama kali

diidentifikasi dalam percobaan dimaa sel

diobati dengan molekul yang mirip

dengan struktur GTP, tetapi tidak seperti

GTP dan tidak dapat dihidrolisis.

c. Clathrin

Merupakan vesikula yang memindahkan

bahan dari TGN untuk endosom, lisosom

dan vakuola tanaman. Selain itu juga

berfungsi untuk memindahkan bahan-

bahan dari membrane plasma untuk

kompartemen sitoplasma sepanjang jalur

endositosis. Serta terlibat dalam transportasi endosom dan lisosom.

4. Target vesikula ke kompartemen khusus

Penggabungan vesikula dengan membrane target membutuhkan interaksi spesifik antara

membrane yang berbeda. Dalam proses peleburan vesikula ke membran target, diperlukan

protein khusus yang membantu yaitu protein SNAREs (Soluble N-ethylmaleimide-sensitive

factor attachment protein receptors). SNAREs berdasarkan tempat fungsinya maka dibagi

dalam dua kategori, yaitu:

a. Vesicle SNAREs (v-SNAREs) yaitu protein SNAREs yang bergabung pada membran

vesikula transport selama proses budding.

b. Target SNAREs (t-SNAREs) yaitu protein SNAREs yang terletak pada membran di

target kompartemen. t-SNAREs dan v-SNAREs merupakan 2 famili dari protein

SNAREs yang masing-masingnya memiliki protein-protein yang lebih spesifik lagi,

yakni:

1) Yang tergolong kelompok v-SNAREs: VAMP1 (vesicle-associated membrane

protein), VAMP2, VAMP3, VAMP4, dan seterusnya.

2) Yang tergolong kelompok t-SNAREs: syntaxin1, syntaxin2, syntaxin3, SNAP23,

SNAP25, dan seterusnya.

Tahap-tahap penggabungan vesikula dengan membrane target, misalnya pada proses eksositosis:

a. Perjalanan vesikel dari organel donor ke membran target (vesicle trafficking)

Vesikula bergerak dengan jarak yang cukup jauh melalui sitoplasma untuk mencapai

target akhir. Pergerakan ini dimediasi oleh mikrotubulus yang berperan sebagai rel untuk

tujuan yang telah ditentukan.

b. Penambatan vesikel di membran target (vesicle tethering)

Kontak awal antara vesikula transportasi dan membrane target akan dimediasi oleh

protein yang disebut dengan tethering.

c. Merapatnya vesikel pada membran target (vesicle docking)

d. Meleburnya vesikel pada membran target (vesicle fusion)

BADAN GOLGI

Pada akhir abad kesembilan belas, ahli biologi Italia, Camillo Golgi, menciptakan jenis baru dari

prosedur pewarnaan yang mengungkapkan organisasi sel saraf dalam sistem saraf pusat. Pada

tahun 1898, Golgi menggunakan zat warna metalik pada sel-sel saraf dari otak kecil dan

menemukan jaringan retikuler berwarna gelap terletak dekat sel nukleus. Jaringan ini, yang

kemudian diidentifikasi dalam jenis sel lain dinamakan kompleks Golgi, membantu penemunya

mendapatkan Hadiah Nobel pada tahun 1906. Kompleks Golgi tetap menjadi pusat kontroversi

selama beberapa dekade, antara mereka yang percaya bahwa organel ada dalam sel yang hidup

dan orang-orang yang percaya itu adalah artefak, yaitu, struktur buatan yang terbentuk selama

persiapan untuk mikroskop. Hal ini tidak berlangsung lama sampai komplek golgi benar-benar di

identifikasi, pendapat yang menyebutkan komplek golgi merupakan patahan beku dari sel

(gambar 18.17) tetap bertahan sampai diferifikasi setelah ada penjelasan yang jelas.

Komplek golgi memiliki karakteristik berbentuk lapisan berlapis, seperti disk, membrane

sistern yang melebar berasosiasi dengan vesikel dan tubulus (gambar 8.20a). Bagian cisterna ini

berdiameter sekitar 0.5-1.0 µm. berbentuk tumpukan teratur, hamper seperti tumpukan kue

dadar, dan melengkung sehingga menyerupai sebuah mangkuk dangkal (gambar 8.20b).

Biasanya, tumpukan Golgi mengandung kurang dari delapan cisternae. Sebuah sel mungkin

berisi sedikit sampai beberapa ribu tumpukan yang berbeda, tergantung pada jenis sel.

Gambar 18.17

Tiruan dari patahan beku sel akar bawang yang

menunjukkan membrane inti (NE), dengan

porinya (NP), komplek Golgi (G), Vakuola (V)

dan dinding sel (C.W)

Tumpukan Golgi dalam sel mamalia yang dihubungkan oleh membran tubulus untuk membentuk

satu bentuk tunggal yang besar seperti pita kompleks yang terletak berdekatan dengan inti sel

(Gambar 8.20c). Penglihatan lebih dekat pada cisterna tunggal menunjukkan bahwa ujung

vesikula berasal dari tubular perifer dari masing-masing cistern (Gambar 8.20d. akan

didiskusikan kemudian, kebanyakan vesikel ini mengandung mantel protein yang berbeda yang

terlihat dalam Gambar 8.20d.

Kompleks Golgi dibagi menjadi beberapa bagian fungsional yang berbeda diatur sepanjang

sumbu dari cis atau daerah yang dekat dengan RE ke daerah trans atau bagian balik akhir

tumpukan (Gambar 8.20a, b). cis-sebagian besar permukaan organel terdiri dari jaringan

interkoneksi tubulus disebut sebagai jaringan cis Golgi (CGN). CGN ini diperkirakan berfungsi

sebagai stasiun penyortir yang membedakan antara protein yang akan dikirim kembali ke RE

(Halaman 291) dan memperbolehkan untuk melanjutkan ke stasiun Golgi yang berikutnya.

Sebagian besar kompleks Golgi terdiri dari rangkaian besar, cisternae yang rata, yang dibagi

menjadi cis, medial, dan trans cisternae (Gambar 8.20a). trans- bagian paling terdepan dari

organel berisi jaringan yang berbeda dari tubulus dan vesikel yang disebut jaringan trans Golgi

(TGN). TGN adalah suatu stasiun sortir di mana protein dipisahkan ke dalam berbagai jenis

vesikel menuju baik ke membran plasma atau

berbagai tujuan intraseluler. Elemen membran dari kompleks Golgi didukung secara mekanis

oleh kerangka membran perifer atau perancah yang terdiri dari berbagai protein, termasuk

anggota spectrin, ankyrin, dan keluarga-protein aktin yang juga hadir sebagai bagian dari

kerangka membran plasma (halaman 142). Perancah Golgi mungkin secara fisik dihubungkan

dengan protein motor yang mengarahkan pergerakan vesikel dan tubulus untuk masuk dan keluar

kompleks Golgi. Sebuah kelompok terpisah dari protein berserat membentuk Golgi "matrix,"

memainkan peran kunci dalam pembongkaran dan penyusunan dari kompleks Golgi selama

mitosis.

Gambar 8.21 memberikan bukti visual bahwa kompleks Golgi tidak memiliki komposisi

yang sama dari satu ujung ke ujung lainnya. Perbedaan komposisi kompartemen membran dari

daerah cis ke trans menunjukkan fakta bahwa kompleks Golgi merupakan "pabrik pengolahan"

utama. Sintesis protein membran baru, serta hasil sekresi dan protein lisosomal, meninggalkan

RE dan masuk ke kompleks Golgi pada daerah cis dan kemudian melintasi tumpukan ke daerah

trans. Saat mereka melalui sepanjang tumpukan, protein yang awalnya disintesis dalam RE kasar

secara berurutan dimodifikasi secara khusus. Dalam pembelajaran terbaik tentang aktifitas Golgi,

suatu protein karbohidrat dimodifikasi oleh serangkaian reaksi bertahap enzimatik, seperti yang

dibahas pada bagian berikut.

GAMBAR 8.20 Kompleks Golgi. (a) Skema model dari sebagian kompleks

Golgi dari sel epitel saluran reproduksi tikus jantan. Unsur-unsur

kompartemen cis dan trans sering terputus dan muncul sebagai jaringan tubular. (b) mikrograf elektron dari sebagian dari sel akar topi tembakau

menunjukkan cis untuk trans polaritas dari tumpukan Golgi. (c) Mikrograf

Fluorescence dari sel mamalia. Posisi kompleks Golgi terungkap oleh fluoresensi merah, yang menandai lokalisasi dari antibodi terhadap suatu

protein mantel COPI. (d) mikrograf elektron dari satu cisterna Golgi yang

diisolasi menampilkan dua domain yang berbeda, domain pusat cekung dan domain perifer tidak teratur. Domain perifer terdiri dari jaringan tubular

dimana protein-dilapisi tunas yang sedang terjepit. (A: DARI A. Rambourg

DAN Y. CLERMONT, EUR. J. CELL BIOL. 51:195, 1990, B:

COURTESY OF THOMAS H.GIDDINGS, C: DARI ANDREI V. Nikonov ET AL, J. CELL BIOL.. 158:500, 2002; COURTESY OF Gert

KREIBICH, OLEH HAK CIPTA IZIN DARI UNIVERSITAS ROCKEFELLER PERS, DARI PEGGY J. Weidman JOHN DAN Heuser, TREN BIOL CELL. 5:303, 1995, HAK CIPTA 1995, DENGAN IZIN Dari Elsevier Science.)

Glikosilasi di Kompleks Golgi

Kompleks Golgi memainkan peran kunci dalam perakitan komponen karbohidrat dari

glikoprotein dan glikolipid. Ketika kita meninggalkan topik sintesis dari N-linked rantai

karbohidrat pada halaman 281, residu glukosa baru saja dihapus dari ujung inti oligosakarida.

Seperti larutan sintesis baru dan membran glikoprotein melewati cis dan medial cisternae dari

tumpukan Golgi, sebagian besar residu mannose juga dihapus dari oligosakarida inti, dan gula

lainnya ditambahkan secara berurutan oleh berbagai glycosyltransferases.

Di kompleks Golgi, seperti dalam RER, urutan gula yang dimasukkan ke dalam

oligosakarida ditentukan oleh tata ruang yang spesifik dari glycosyltrans-ferases yang datang dan

berhubungan dengan protein yang baru disintesis ketika bergerak melalui tumpukan Golgi.

Enzim sialyltransferase, misalnya, yang menempatkan asam sialat pada posisi terminal dalam

rantai sel hewan, terlokalisir pada akhir trans dari tumpukan Golgi, seperti yang diharapkan jika

sintesis glikoprotein baru terus-menerus bergerak menuju bagian dari organel. Berbeda dengan

peristiwa glikosilasi yang terjadi di RE, yang merakit satu inti oligosakarida, langkah glikosilasi

GAMBAR 8.21 Perbedaan regional dalam komposisi membran di tumpukan Golgi. (a) Pengurangan tetroksida osmium secara

khusus mengisi cis cisternae dari kompleks Golgi. (b) Enzim mannosidase II, yang terlibat dalam penurunan residu mannose dari

inti oligosakarida seperti yang dijelaskan dalam teks, terletak khusus dalam cisternae medial. (c) Enzim nukleosida diphosphatase,

yang membagi dinucleotides (misalnya, UDP) setelah mereka telah menyumbangkan gulanya, terlokalisasi khusus dalam cisternae

trans. (A, C: DARI ROBERT S. DECKER, J. CELL BIOL. 61:603, 1974; B:. DARI ANGEL VELASCO ET AL, J. CELL BIOL.

122:41, 1993; SEMUA DENGAN IZIN DARI HAK CIPTA ROCKEFELLER UNIVERSITAS PERS.)

dalam kompleks Golgi bisa sangat bervariasi, menghasilkan karbohidrat yang beragaman. Salah

satu dari banyak kemungkinan jalur glikosilasi ditunjukkan pada Gambar 8.22. Berbeda dengan

N-linked oligosakarida, yang disintesis dimulai di RE, mereka terikat oleh protein O-linked

(Gambar 4.11) yang dirakit seluruhnya dalam kompleks Golgi.

Kompleks Golgi juga merupakan tempat sintesis sebagian besar polisakarida sel kompleks,

termasuk glikosaminoglikan dari rantai proteoglycan yang ditunjukkan pada Gambar 7.9a dan

pectins dan hemiselulosa yang ditemukan di dinding sel tanaman(lihat Gambar 7.37c).

Gerakan Bahan melalui Kompleks Golgi

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 mengalami perkembangan. Hal ini dikenal sebagai model

pematangan cisternal karena, menurut model, masing-masing cisterna "matang" ke dalam

cisterna selanjutnya di sepanjang tumpukan.

GAMBAR 8.22 Langkah-langkah dalam glikosilasi dari N-linked oligosakarida mamalia dalam komplek Golgi .Mengikuti

penghapusan dari tiga residu glukosa, berbagai residu mannose yang kemudian dihapus, sementara berbagai gula (N-asetilglukosamin,

galaktosa, fucose, dan asam sialat) yang ditambahkan ke oligosakarida oleh glycosyltransferases tertentu. Enzim ini adalah protein

integral membran yang sisi aktifnya menghadap lumen dari cisternae Golgi. Ini hanya salah satu dari banyak jalur glikosilasi.

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 8.23a, dan penerimaan ini sebagian besar didasarkan pada pengamatan berikut:

1. Setiap cisternae Golgi dari berbagai tumpukan memiliki jumlah enzim yang berbeda

(Gambar 8.21). 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- penggunaan bebas dari membran

Golgi (Halaman 280), 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.

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:

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 atau penggunaan suhu-sensitif mutan (halaman

268), 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.

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.

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.

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

tudak, hasil pada ragi ini dapat diekstrapolasikan ke mamalia Golgi kompleks, yang

lebih kompleks, struktur yang bertumpukan, masih harus dijelaskan.

Sebuah versi terbaru dari model pematangan cisternal digambarkan Gambar di 8.23b. Berbeda

dengan versi asli dari Model pematangan cisterna, versi yang ditunjukkan pada Gambar 8.23b

mengakui peran transportasi vesikel, yang telah jelas memperlihatkan tunas dari membran Golgi.

Dalam model ini, bagaimanapun, vesikel transportasi bukan sebuah kargo antar-jemput dalam

arah berbeda, melainkan membawa penduduk enzim Golgi dalam arah berbeda. Model

transportasi intra-Golgi ini didukung oleh mikrograf elektron yang jenisnya diilustrasikan dalam

Gambar 8.23c, d. Mikrograf ini menggambarkan bagian dari ultrathin berbentuk sel mamalia

yang dipotong dari blok beku. Dalam kedua kasus, bagian beku diobati dengan antibodi yang

terkait dengan partikel emas sebelum pemeriksaan dalam mikroskop elektron. Gambar 8.23c

menunjukkan bagian yang melalui kompleks Golgi setelah pengobatan dengan antibodi berlabel

emas yang mengikat sebuah

kargo protein, dalam hal ini protein viral VSVG (halaman 268). Molekul-molekul VSVG hadir

dalam cisternae tersebut, tetapi tidak hadir pada vesikel terdekat (panah), menunjukkan bahwa

kargo yang dibawa ke arah anterograde dengan cisternae matang tapi tidak dalam vesikel

transportasi yang kecil. Gambar 8.23d menunjukkan sebuah bagian melewati kompleks Golgi

setelah pengobatan dengan antibodi berlabel emas yang mengikat protein Golgi, dalam hal ini

pengolahan enzim mannosidase II. Berbeda dengan VSVG protein kargo, molekul mannosidase

II ditemukan di kedua cisternae dan terkait vesikel (panah), yang sangat mendukung usulan

bahwa vesikel digunakan untuk membawa enzim Golgi dalam arah retrograde.

Model pematangan cisternal digambarkan pada Gambar 8.23b, menjelaskan betapa Golgi

cistern yang berbeda dalam satu tumpukan dapat memiliki suatu identitas yang unik. Sebuah

enzim seperti mannosidase II, misalnya, yang menghilangkan residu mannose dari oligosakarida

GAMBAR 8.23 Dinamika transportasi melalui kompleks Golgi. (a) Dalam model transportasi vesikuler, kargo (titik hitam) dalam arah anterograde oleh vesikel transportasi, sedangkan cisternae sendiri tetap sebagai unsur stabil. (b) Dalam model pematangan cisternal,

pematangan cisternae secara bertahap dari cis ke posisi trans dan kemudian menghilang pada TGN. Vesikel transportasi membawa enzim dari

Golgi (ditunjukkan oleh vesikel berwarna) ke arah retrograde. Objek merah lensa merupakan bahan kargo besar, seperti komplek procollagen

dari fibroblas. (c) mikrograf elektron dari daerah Golgi kompleks di bagian beku tipis sel yang telah terinfeksi vesikular stomatitis virus (VSV).

Titik-titik hitam merupakan partikel emas yang berukulan kecil terikat dengan antibodi menuju protein VSVG, sebuah molekul anterograde

kargo. Kargo dibatasi untuk cisternae dan tidak muncul dalam vesikel terdekat (panah). (d) mikrograf elektron dari kemiripan alami dari c tetapi, dalam hal ini, partikel-partikel emas tidak terikat kargo, tapi terikat dengan mannosidase II, enzim dari Golgi medial cisternae. Enzim ini

muncul di kedua vesikel (panah) dan cisternae. Vesikel berlabel ini diduga membawa enzim kedalam arah retrograde, yang mengkompensasi

gerakan anterograde dari enzim sebagai hasil dari pematangan cisternal. Bar, 0,2 _M.

dan sebagian besar terbatas pada cisternae medial (Gambar 8.21), dapat didaur ulang mundur

dalam vesikel transportasi dimana setiap cisterna bergerak ke arah ujung trans dari tumpukan.

Perlu dicatat bahwa sejumlah peneliti terkemuka terus berdebat, berdasarkan hasil eksperimen

lain, kargo yang dapat dibawa oleh vesikel transportasi antara Golgi cisternae dalam anterograde

arah. Dengan demikian, hal tersebut masih harus diselesaikan.

LISOSOM

Lisosom adalah organel pencernaan sel hewan yang cukup besar yang dibentuk oleh

kompleks Golgi. Organel ini ditemukan oleh Christian De Duve pada tahun 1955 berdasarkan

pemeriksaan-pemeriksaan secara biokimiawi dan tidak dapat dilihat secara jelas dengan

mikroskop cahaya. (Juniarto, 2002)

1. Struktur Lisosom

Lisosom merupakan kantung yang dibatasi membran tunggal yang berisi enzim hidrolitik

yang digunakan sel untuk mencerna makromolekul seperti protein, polisakarida, lemak, asam

nukleat. Sebuah lisosom berisi setidaknya 50 enzim hidrolitik yang berbeda, seperti protease,

nuclease, glikosidase, lipase, fosfolipase, fosfatase, dan lain-lain (Tabel 8.1) yang diproduksi di

RE kasar dan ditargetkan ke organel-organel lain. Karena terkurung di dalam lisosom, maka

enzim-enzim tersebut terhalangi untuk mencerna komponen-komponen dalam sel. (Campbell et

al, 2002)

Tabel 8.1 Enzim-enzim Lisosom

ENZIM SUBSTRAT

Fosfatase

Asam fosfatase

Asam fosfodiesterase

Fosfomonoester

Fosfodiester

Nuklease

Asam ribonuklease

Asam deoksiribonuklease

RNA

DNA

Protease

Katepsin

Kolagenase

Protein

Kolagen

Enzim Penghidrolisis GAG

Iduronat sulfatase

β-galaktosidase

Heparan N-Sulfatase

α-N-asetilglukosaminidase

Dermatan sulfat

Keratan sulfat

Heparan sulfat

Heparan sulfat

Polisakaridase dan oligosakaridase

α-glukosidase

Fukosidase

α-mannosidase

Sialidase

Glikogen

Fukosiloligosakarida

Mannosiloligosakarida

Sialiloligosakarida

Enzim Penghidrolisis Sfingolipid

Keramidase

Glukoserebrosidase

β-heksosaminidase

Arilsulfatase A

Keramida

Glukosilkeramida

GM2 gangliosida

Galaktosilsulfatida

Enzim Penghidrolisis Lipid

Asam lipase

Fosfolipase

Triasilgliserol

Fosfolipid

(Karp, G, 2009)

Dari analisis biokimia dapat diketahui bahwa enzim terbanyak di lisosom adalah fosfatase

asam. Oleh karena itu, enzim ini dinamakan sebagai enzim penanda lisosom. Secara keseluruhan,

enzim lisosomal dapat menghidrolisis hampir setiap jenis makromolekul biologi. Enzim dari

lisosom memiliki aktivitas optimal pada pH asam dan dengan demikian disebut pula asam

hidrolisis. (Reksoatmodjo, 1993). pH optimum enzim ini cocok untuk pH rendah kompartemen

lisosomal, yang kira-kira 4.6. Konsentrasi proton internal yang tinggi dikelola oleh pompa proton

(sebuah ATPase) yang ada dalam membran batas organel ini. (Karp, G. 2009)

Mikrograf electron memperlihatkan bahwa lisosom sangat bervariasi dalam bentuk dan ukuran.

Dalam keadaan tidak aktif, lisosom berbentuk bulat atau oval dengan diameter rata-rata 0,4

mikron dan jumlahnya dalam sel tidak tentu. (Juniarto, 2002). Membran lisosomal mengandung

beragam protein integral yang rantai karbohidratnya diperkirakan membentuk lapisan pelindung

yang melindungi membran dari serangan enzim tertutup.

Meskipun lisosom diperkirakan mengumpulkan enzim,

penampilan mereka di mikrograf elektron tidak khas atau

seragam. Gambar 4.1 menunjukkan sebagian kecil dari

sebuah sel Kupfer, sel fagositik dalam hati yang menelan

sel darah merah tua. (Karp, 2009). Lisosom dari sel

Kupffer menunjukkan suatu ketidakteraturan bentuk dan

kerapatan elektron variabel, menggambarkan bagaimana

sulitnya untuk mengidentifikasi organel ini atas dasar

morfologi saja.

Ditinjau dari segi fisiologi, ada dua

kategori lisosom, yaitu lisosom primer dan lisosom sekunder.

1. Lisosom primer; hanya berisi enzim-enzim hidrolase. Berupa vesikuli atau granula

sekretori bersalutkan suatu protein yang disebut klatrin. Dibentuk di RE kasar dan

pertunasannya muncul dari komples Golgi.

2. Lisosom sekunder; berisi enzim hidrolase dan substrat yang sedang dicerna. Merupakan

bentuk yang aktif.

Fusi antara fagosom dan endosom dengan lisosom primer membentuk VAKUOLA

PENCERNAAN. Jika lisosom pecah atau bocor kandungannya, aktivitas enzim berkurang dalam

lingkungan sitosol yang netral. Tapi bocoran yang berlebihan dapat merusak sel akibat

pencernaan sendiri. (Campbell, 2002)

2. Pembentukan Lisosom

GAMBAR 4.1. Lisosom. Sebagian dari sel Kupffer fagositik dari

hati menunjukkan setidaknya 10 lisosom dengan ukuran bervariasi.

Biosintesis lisosom berarti biosintesis enzim hidrolitik dan membran lisosom secara khusus.

Kedua jenis protein ini disintesis di RE kasar dan dipindahkan ke kompleks Golgi oleh vesikuli

pengangkut untuk proses pengemasan. Dan beberapa lisosom muncul melalui pertunasan dari

sisi trans kompleks Golgi.

Untuk memisahkan hidrolase lisosomal dari enzim lain yang berada di tempat yang sama,

pada prazat enzim lisosomal ditambahkan gugus manosa-6-fosfat (M-6-P) sebagai tanda.

Penambahan ini terjadi di daerah cis kompleks Golgi. Bersamaan dengan itu, pada selaput

permukaan trans kompleks Golgi terbentuk protein yang merupakan reseptor bagi M-6-P.

Reseptor ini bergerombol di daerah selaput Golgi yang berklatrin. Reseptor ini pun hanya

mampu mengikat M-6-P pada pH 7 dan melepas enzim pada pH < 6. Penurunan pH ini terjadi

pada lisosom primer yang sudah terbentuk tadi. Pada selaput lisosom primer terdapat protein

pengangkut ion H+ yang bekerja dengan menggunakan tenaga hasil hidrolisis ATP. Dengan

masuknya ion H+ ke dalam lumen, cairan yang berada di lumen menjadi bersifat asam, akibatnya

enzim-enzim lisosomal terlepas dari reseptornya.

Pada sel-sel kelenjar yang menghasilkan enzim-enzim tertentu, lisosom primer akan

langsung menuju ke pinggir sel dan menenpel pada membran plasma serta mengerluarkan enzim

dari dalam sel. Lisosom yang mengandung enzim hidrolitik akan menetap dalam sitoplasma dan

akan berfungsi apabila ada bahan/benda yang perlu dihancurkan. (Reksoatmodjo, 1993)

3. Fungsi Lisosom

A. Pencernaan Intraseluler

Pada umumnya pencernaan berlangsung di dalam sel (pencernaan intraseluler). Bahan

yang dicerna dapat berasal dari luar sel atau dari dalam sel itu sendiri. Bila bahan yang

dicerna berasal dari luar, proses pencernaan disebut heterofagi, sedangkan bila dari dalam

disebut autofagi. Heterofagi dan autofagi dapat dijumpai pada beberapa proses biologis,

misalnya pertahanan tubuh, nutrisi, pengaturan sekresi, dan lain-lain. (Reksoatmodjo,

1993)

a. Heterofagi

Apabila ada benda asing yang mendekati sel terutama pada sel-sel makrofag,

maka benda ini akan dilingkupi oleh membran sel dan kemudian benda ini masuk ke

dalam sitoplasma dalam satu gelembung bermembran yang disebut FAGOSOM atau

ENDOSOM (karena masuk ke dalam sel dengan jalan endositosis) (Juniarto, 2002).

Terjadi peleburan antara sebagian selaput lisosom primer dengan selaput endosom,

sehingga enzim lisosomal tertuang ke vakuola leburan lisosom primer dan endosom.

(Reksoatmodjo, 1993). Kemudian proses pencernaan berlangsung dan terbentuk

lisosom sekunder yang akan menjadi badan-badan residu. Limbah pencernaan

dikeluarkan dari sel dengan jalan eksositosis. Tergantung pada jenis sel, isi badan

residu dapat dihilangkan dari sel oleh eksositosis, atau dapat dipertahankan dalam

sitoplasma tanpa batas sebagai sebuah granula lipofuscin. (Karp, G. 2009). Contoh

proses heterofagi adalah pertahanan oleh netrofil terhadap infeksi mikroba, proses

makan pada amoeba, sel-sel makrofag, dan pembentukan hormon tiroksin oleh

kelenjar tiroid.

Proses penghancuran benda asing ini disebut endositosis/fagositosis (bahasa

Yunani, phagein = memakan, kytos = wadah). Contoh: amoeba dan protista lainnya

makan/menelan organisme atau partikel makanan yang lebih kecil melalui proses

fagositosis ini. (Campbell, 2002) Pada waktu terjadi endositosis ini mungkin pula

terjadi fusi dengan lisosom lain sehingga membentuk gelembung yang disebut badan

multivesikuler. (Juniarto, 2002). Bahan-bahan yang berasal dari benda asing yang

telah dihancurkan ini, yang masih berguna langsung masuk ke dalam sitoplasma,

sedangkan yang tidak berguna atau berbahaya akan dibawa keluar sel. Bila benda

asingnya berupa benda cair, maka akan terjadi PINOSITOSIS di mana benda cair ini

juga akan masuk ke dalam sitoplasma dalam gelembung yang disebut VESIKEL

PINOSITOSIS. (Juniarto, 2002)

Lisosom yang mengandung enzim akan mendekati vesikel pinositosis kemudian

membrannya akan melebur sehingga membentuk gelembung di mana juga terjadi

proses hidrolitik. Gelembung yang membawa bahan sisa dari hasil fagositosis dan

pinositosis ini akan bergabung lebih dulu dan gabungan ini juga disebut badan

multivesikuler kemudian menuju ke pinggir sel untuk mengeluarkan bahan sisa. Pada

mamalia, sel fagositik, seperti makrofag dan netrofil berfungsi seperti burung bangkai

yang memakan sisa-sisa dan mikroorganisme berpotensi bahaya. Bakteri yang

tertelan umumnya dinonaktifkan oleh pH rendah dari lisosom dan kemudian dicerna

secara enzimatik. (Karp, G. 2009)

b. Autofagi

Bahan yang menjadi substrat bagi hidrolase lisosomal berasal dari komponen sel

itu sendiri. Misal organel yang tidak aktif/mati/tua. (Reksoatmodjo, 1993). Jika ada

organel yang mati, maka lisosom ini akan mendekati organel tersebut dan setelah

membrannya melebur akan melakukan digesti/penghancuran dan kemudian

mendekati membran plasma lagi untuk mengeluarkan zat-zat dan bahan-bahan yang

tidak berguna. Lisosom yang menghancurkan organel lain yang tidak berfungsi ini

disebut sitolisosom. Hal ini bermanfaat sehingga sel sehat dapat menggantikan yang

rusak tadi. (Juniarto, 2002). Dalam beberapa tahun terakhir, autofagi juga telah

diketahui membantu melindungi organisme terhadap ancaman intraseluler dari

agregat protein abnormal untuk menyerang bakteri. Jika autofagi diblokir dalam porsi

tertentu dari otak hewan percobaan, bahwa wilayah sistem saraf mengalami

kehilangan besar sel-sel saraf. Temuan ini menunjukkan pentingnya autofagi dalam

melindungi sel-sel otak dari kerusakan berkelanjutan terhadap protein dan organel

yang dialami oleh sel yang berumur panjang. (Karp, G. 2002)

Menurut Juniarto (2002), lisosom primer yang berasal dari vesikel sekretoris akan

melakukan 5 jenis kegiatan, yaitu:

1. Mengeluarkan enzim dari dalam sel dalam proses sekresi

2. Mengadakan fusi dengan mitokondria yang telah mati dan bertindak sebagai

sitolisosom

3. Mengadakan fusi dengan vesikel pinositosis

4. Mengadakan fusi dengan fagosom

5. Mengadakan fusi dengan lisosom lain untuk membentuk badan multivesikuler.

B. Apoptosis, Penghancuran Sel Terprogram

Proses ini penting selama metamorphosis dan perkembangan organisme. Kematian

sel merupakan tingkatan yang penting dalam daur hidup beberapa organisme. (Karp, G.

2009). Contohnya, pada waktu kecebong berubah menjadi katak, ekornya secara bertahap

diserap. Sel ekor katak, yang kaya akan lisosom, mati dan hasil penghancurannya

digunakan dalam pertumbuhan sel baru katak yang berkembang (pembentukan kaki

katak). Contoh lain, tangan embrio manusia berselaput sampai lisosom mencerna jaringan

di antara jari-jari tangan tersebut. (Campbell, 2002)

C. Mendaur Ulang Materi Organik Selnya Sendiri

Lisosom juga memainkan peran dalam pergantian organel, yaitu menghancurkan

secara teratur organel selnya sendiri, suatu proses yang disebut AUTOFAGI. Materi

organic dikelilingi oleh membran ganda untuk menghasilkan suatu struktur yang disebut

AUTOFAGOSOM. (Karp, G. 2009). Enzim lisosom melucuti materi yang ditelan, dan

monomer organic dikembalikan ke sitosol untuk digunakan lagi. Dengan demikian, sel

terus menerus memperbaharui dirinya sendiri. Contohnya, satu mitokondria mengalami

autofagi tiap 10 menit atau lebih. Atau sel hati manusia yang mendaur ulang separuh dari

makromolekulnya setiap pekan. (Campbell, 2002). Granula lipofuscin meningkat

jumlahnya sebagai individu yang menjadi tua, akumulasi terlihat terutama pada sel yang

berumur panjang seperti neuron, di mana granula-granula ini dianggap karakteristik

utama dari proses penuaan. (Karp, G. 2009)

GAMBAR Autofagi. Mikrograf elektron dari mitokondria dan Peroksisom tertutup dalam membran ganda.

Autofagi vakuola ini (atau autofagosom) akan menyatu dengan lisosom dan isinya untuk dicerna.

4. Cacat Pada Fungsi Lisosom

Pemahaman kita tentang mekanisme protein yang ditargetkan ke organel tertentu dimulai

dengan penemuan bahwa gugus mannose 6-fosfat dalam enzim lisosomal bertindak sebagai

"alamat" untuk pengiriman dari protein untuk lisosom. Penemuan alamat lisosom telah dibuat

dalam studi pasien dengan kondisi keturunan yang langka dan fatal yang dikenal sebagai

penyakit sel-I. Banyak sel dalam pasien ini mengandung lisosom yang membengkak dengan

bahan-bahan yang tidak hancur. Bahan-bahan ini menumpuk di lisosom karena ketiadaan enzim

hidrolisis.

Ketika fibroblas dari pasien dipelajari dalam kultur, ditemukan bahwa enzim lisosomal

disintesis pada tingkat normal tetapi disekresikan ke dalam medium dan tidak ditargetkan untuk

lisosom. Analisis lebih lanjut mengungkapkan bahwa enzim yang disekresikan tidak memiliki

residu fosfat mannose yang ada pada enzim lisosomal sel dari individu normal. Cacat sel-I segera

ditelusuri terhadap kekurangan enzim (N-asetilglukosamin phosphotransferase) yang diperlukan

untuk mannose fosforilasi di kompleks Golgi.

1. Penyakit Pompe

Pada tahun 1965, H.G. Hers dari University of Louvain di Belgia menawarkan

penjelasan tentang bagaimana ketiadaan yang tampaknya tidak penting enzim lisosomal,

yaitu glucosidase, dapat menyebabkan berkembangnya kondisi keturunan fatal yang

dikenal sebagai penyakit Pompe. Hers menyarankan bahwa, dalam ketiadaan glucosidase,

glikogen yang tidak dicerna terakumulasi dalam lisosom, menyebabkan pembengkakan

pada organel dan kerusakan ireversibel pada sel dan jaringan. Penyakit jenis ini, ditandai

dengan kekurangan enzim lisosomal tunggal dan akumulasi substrat yang tidak hancur,

yang disebut kerusakan penyimpanan lisosomal.

Lebih dari 40 penyakit tersebut telah dijelaskan, mempengaruhi sekitar 1 dari

8000 bayi. Penyakit akibat dari akumulasi sphingolipids yang tidak hancur yang

tercantum dalam Tabel 1. Gejala-gejala penyakit penyimpanan lisosomal dapat berkisar

dari sangat parah hingga nyaris tak terdeteksi, tergantung terutama pada tingkat disfungsi

enzim. Beberapa penyakit juga telah dilacak pada mutasi dalam protein membran

lisosomal yang merusak transportasi zat ke sitosol.

2. Penyakit Tay-Sachs

Di antara studi terbaik mengenai penyakit penyimpanan lisosomal adalah penyakit

Tay-Sachs, yang merupakan hasil dari kekurangan enzim N-hexosaminidase A, enzim

yang mendegradasi gangliosida GM2 (Gambar 4.6). GM2 adalah komponen utama dari

membran sel-sel otak, dan tanpa adanya enzim hidrolitik, gangliosida terakumulasi dalam

lisosom yang membengkak dari sel-sel otak (Gambar 1), menyebabkan disfungsi.

Dalam bentuk yang parah, yang menyerang pada masa bayi, penyakit ini ditandai

dengan keterbelakangan mental dan motorik yang progresif, serta kelainan tulang,

jantung, dan pernapasan. Penyakit ini sangat jarang terjadi di populasi umum tetapi

mencapai suatu kejadian sampai dengan 1 di antara 3600 yang bayi baru lahir di antara

keturunan Yahudi dari Eropa Timur. Insiden penyakit ini telah menurun secara dramatis

dalam populasi etnis ini dalam beberapa tahun terakhir sebagai hasil dari identifikasi

karier, konseling genetik orang tua beresiko, dan diagnosis prenatal dengan

amniosentesis. Bahkan, semua penyakit penyimpanan lisosomal yang sudah dikenal

dapat didiagnosis sebelum lahir.

3. Penyakit Gaucher

Penyakit Gaucher, kekurangan dari glucocerebrosidase enzim lisosomal, dapat

diatasi dengan terapi penggantian enzim. Bayi dengan penyakit Gaucher mengakumulasi

sejumlah besar lipid glucocerebroside dalam lisosom makrofagnya, menyebabkan

pembesaran limpa dan anemia. Upaya awal untuk memperbaiki penyakit dengan

menginfus suatu larutan dari enzim manusia normal ke dalam aliran darah yang tidak

berhasil karena enzim ini diambil oleh sel-sel hati, yang tidak

serius dipengaruhi oleh defisiensi. Untuk target makrofag, enzim telah dimurnikan dari

jaringan plasenta manusia dan diperlakukan dengan tiga glycosidase yang berbeda untuk

menghilangkan gula terminal pada rantai oligosakarida enzim, yang terkena residu

mannose. Setelah infus ke dalam aliran darah, enzim yang dimodifikasi ini (dipasarkan

dengan nama Cerezyme) dikenal dengan reseptor mannose pada permukaan makrofag

dan dengan cepat diambil oleh reseptor-endositosis tak langsung. Karena lisosom adalah

sisi target alami dari bahan yang dibawa ke dalam makrofag oleh endositosis, enzim

secara efisien dikirim ke sisi yang tepat dalam sel di mana kekurangan terjadi.

Ribuan korban penyakit ini telah berhasil diobati dengan cara ini. Enzim terapi

penggantian untuk pengobatan beberapa penyakit penyimpanan lisosomal lainnya juga

telah disetujui atau sedang diteliti dalam uji klinis. Sayangnya, banyak dari penyakit ini

mempengaruhi sistem saraf pusat, yang tidak mampu untuk mengedarkan enzim karena

darah - penghalang otak. Sebuah pendekatan alternatif yang telah menunjukkan beberapa

janji dalam percobaan praklinis disebut sebagai terapi pengurangan substrat, di mana

molekuler kecil-berat obat (misalnya, Zavesca) yang diberikan untuk menghambat

sintesis dari zat yang menumpuk dalam penyakit. Akhirnya dapat dicatat bahwa,

meskipun disertai dengan resiko yang cukup besar bagi pasien, transplantasi sumsum

tulang (atau darah tali pusat) telah terbukti relatif berhasil dalam mengobati beberapa

penyakit. Diperkirakan bahwa transplantasi sel asing, yang berisi salinan normal gen

yang dimaksud, mengeluarkan jumlah terbatas enzim lisosomal normal. Beberapa

molekul enzim tersebut kemudian diambil oleh sel pasien sendiri, yang mengurangi

dampak kekurangan enzim. (Karp, G. 2009)

GAMBAR 1 Gangguan penyimpanan lisosomal. Mikrograf elektron dari suatu bagian melalui sebagian dari neuron

seseorang dengan penyakit penyimpanan lisosomal yang ditandai dengan ketidakmampuan untuk menurunkan GM2

gangliosida. Pewarnaan vakuola sitoplasma ini untuk kedua enzim lisosomal dan gangliosida tersebut, menunjukkan

bahwa mereka adalah lisosom yang belum dicerna glikolipid yang telah diakumulasi.

Tabel Penyakit Penyimpanan Sfingolipid

Penyakit Enzim Substansi Akibat

GM1

Gangliosido

sis

GM1 β-

Galaktosidase

Gangliosida GM1 Keterbelakangan mental, pembesaran hati,

keterlibatan tulang, kematian pada usia 2 tahun

Tay-Sachs Heksosaminida

se A

Gangliosida GM2 Keterbelakangan mental, kebutaan, mati pada usia 3

tahun

Fabry α-Galaktisidase

A

Triheksosilkeramida Ruam kulit, gagal ginjal, nyeri pada anggota tubuh

bawah

Sandhoff Heksosaminida

se A dan B

Gangliosida GM2 dan

globosida

Mirip dengan penyakit Tay-Sachs tetapi lebih parah

Gaucher Glukoserebrosi

dase

Glukoserebrosida Pembesaran hati dan limpa, erosi tulang panjang,

keterbelakangan mental hanya dalam bentuk

kekanak-kanakan

Niemann-

Pick

Sfingomielinas

e

Sfingomielin Pembesaran hati dan limpa, keterbelakangan mental

Farber

lipogranulo

matosis

Keramidase Keramida Nyeri dan cacat sendi, nodul kulit,

kematian dalam beberapa tahun

Krabbe Galaktoserebro

sidase

Galaktoserebrosida Kehilangan mielin, keterbelakangan mental,

kematian pada usia 2 tahun

Sulfatida

lipidosis

Arilsulfatase A Sulfatida Keterbelakangan mental, kematian dalam dekade

pertama

(Karp, G, 2009)

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, N.A. et al. 2002. Biologi Edisi Kelima Jilid 1. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Juniarto, A Z. 2002. Biologi Sel. Jakarta : EGC.

Karp, G. 2010. Cell and Molecular Biology, concept and exeperiments 6th ed. John Wiley &

Sons (Asia) Pte Ltd.

Reksoatmodjo, S. M. 1993. Buku Ajar Biologi Sel. Yogyakarta; tidak diterbitkan