BiOLogY EdUcATioN

BAB I

PENDAHULUAN

Manfaat dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut :

Semua sel eukariota mengandung retikulum endoplasma. Secara umum retikulum endoplasma berperan sebagai jalur transportasi intraseluler bagi sel. Dikenal ada dua jenis retikulum endoplasma, yaitu retikulum endoplasma halus dan retikulum endoplasma kasar. Retikulum endoplasma halus berperan dalam sintesis protein dan sintesis membran baru. Retikulum endoplasma kasar mengandung ribosom dan berperan untuk sintesis protein dan modifikasi protein.

Gambar 7.1. Struktur Retikulum Endoplasma

http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.

Ruang yang terdapat di dalam retikulum endoplasma (RE) disebut lumen atau ruang sisternal RE. Lumen RE terpisah dari sitosol oleh suatu membran tunggal (membran RE) yang memudahkan komunikasi diantara kedua kompartemen ini. Membran RE berkesinambungan dengan membran luar inti.

Struktur membran retikulum endoplasma sesuai dengan model membran mosaik cair dari Singer dan Nicolson. Dalam beberapa hal, membran retikulum endoplasma berbeda dengan membran plasma, antara lain :

a. Ketebalan membran

Membran plasma lebih tebal dari membran reticulum endoplasma. Membran plasma memiliki ketebalan berkisar antara 8-10 nm, sedangkan membran retikulum endoplasma memiliki ketebalan berkisar 5 nm. 

b. Rasio protein

Jumlah protein yang terdapat dalam membran plasma lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah protein yang terdapat dalam membran retikulum endoplasma. Hal tersebut menyebabkan struktur membran pada retikulum endoplasma lebih stabil dari pada membran plasma.

c. Rasio kolesterol

Konsenstrasi kolesterol yang terdapat pada membrane plasma lebih sedikit dibandingkan dengan konsentrasi kolesterol yang terdapat pada membran reticulum endoplasma.

d. Fluiditas

Membran plasma lebih bersifat cair dibandingkan dengan membran retikulum endoplasma. Hal ini disebabkan karena kandungan protein yang terdapat pada membran plasma lebih sedikit dibandingkan dengan membran reticulum endoplasma.

Perbandingan tebal antara membran retikulum plasma dengan membran retikulum endoplasma ditunjuk-kan pada gambar 7.2

Gambar 7.2 Perbandingan tebal membran plasma (A) dengan membrane Retikulum endoplasma (B) (Thorpe, 1984).

Retikulum endoplasma merupakan suatu alat yang bekerja untuk memisahkan molekul-molekul baru yang di sintesis di dalam sitosol dan yang tidak di sintesis di dalam sitosol. Selain itu, juga berperan sebagai pusat biosintesis makromolekul yang digunakan untuk membangun organelorganel seluler yang lain. Lipida, protein, dan kompleks karbohidrat di transpor ke badan golgi, ke membran plasma atau ke lisosom atau ke bagian luar sel.

Berdasarkan topografi membrannya, reticulum endoplasma dibedakan atas dua jenis, yaitu :

1. Retikulum endoplasma kasar

2. Retikulum endoplasma halus

Retikulum endoplasma kasar terdapat dalam bentuk lamella berupa kantung-kantung yang pipih, sedangkan retikulum endoplasma halus atau licin biasanya dalam bentuk vesikula atau tubulus. Retikulum endoplasma kasar umumnya dijumpai pada sel-sel yang dikhususkan untuk mengsekresi protein seperti sel-sel asinar pankreas, sel-sel plasma yang mengekskresikan antibodi atau pada sel-sel yang aktif mengsintesis membran misalnya sel telur muda atau sel-sel batang pada retina. Retikulum endoplasma kasar merupakan tempat berlangsungnya sintesis protein yang ditunjukkan untuk (i) digetahkan atau disekresikan, (ii) sintesis untuk membran, dan (iii) organel-organel intra membran lainnya.

Gambar 7.3. RE kasar dan RE halus

http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt

Pada permukaan hyaloplasmik membran reticulum endoplasma kasar, terdapat partikel-partikel ribosom yang menempel atau tertanam. Sedangkan pada reticulum endoplasma halus, membrannya tidak memiliki partikel ribosom. Ribosom-ribosom (80S, 60S dan 40S) melekat pada membrane retikulum endoplasma melalui perantaraan glikoprotein khusus yang disebut riboforin. Riboforin ini merupakan reseptor untuk partikel ribosom dengan BM 63.000 dan 65.000 dalton (gambar 8.4).

Gambar 7.4 Partikel ribosom yang terikat pada riboforin yang terdapatPada membran retikulum endoplasma kasar (Thorpe, 1984)

Riboforin merupakan protein integral membran yang terdapat pada retikulum endoplasma kasar. Bagian ribosom yang berasosiasi dengan kompleks ribosom adalah ribosom sub unit besar. Dari gambaran di atas, menunjukkan bahwa membran retikulum endoplasma dan membran sel pada umumnya bukan hanya asimetris dari aspek strukturalnya, tetapi juga simetris dari aspek fungsionalnya. Berdasarkan bentuknya, RE dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu : RE berbentuk lamella, RE berbentuk versikula, dan RE berbentuk tubulus.

Retikulum endoplasma halus, permukaan hyaloplasmiknya tidak mengandung ribosom. Oleh sebab itu, sering dinamakan retikulum endoplasma agranuler. Retikulum endoplasma halus terutama terdapat di dalam sel yang memegang peranan penting dalam metabolisme lipida, dan mempunyai peranan dalam sintesis kolesterol dan metabolisme hormon-hormon steroid. Retikulum endoplasma halus mengandung enzim-enzim yang dibutuhkan untuk sintesis lipoprotein, misalnya sel-sel hepatosit. Selain itu, juga mengandung enzim-enzim yang berperan dalam detoksifikasi, misalnya enzim sitokrom p450.

Retikulum endoplasma kasar memiliki daerah yang sebahagian besar tidak mengandung ribosom. Daerah-daerah tersebut merupakan daerah peralihan, karena dari situlah dibentuk vesikula-vesikula transpor atau vesikula transisi atau retikulum endoplasma transisi. Vesikula-vesikula tersebut megandung protein atau lipida yang diangkut secara intraseluler.

Vesikula-vesikula transisi atau vesikula transport berperan mengangkut makromolekul (protein) dari reticulum endoplasma. Di dalam vesikula transport terdapat protein yang larut yang berasal dari lumen retikulum endoplasma (protein sekretori) atau protein yang terikat pada membran vesikula (protein membran). Vesikula-vesikula dapat bergabung dengan membran sasaran dan melepaskan isinya. Membran vesikula merupakan bagian dari membran sasaran.

Pada sel-sel yang aktif mensintesis hormon steroid, retikulum endoplasma licin atau halus memiliki enzim-enzim untuk sintesis kolesterol, yang merupakan prazat untuk sintesis hormon steroid. Sintesis lipida berlangsung di dalam reticulum endoplasma licin. Semua lipida yang dibuat di dalam sel disintesis pada membran retikulum endoplasma kecuali fosfatildilgliserat dan kardiolipin.

Gambar 7.5. Pembentukan vesikula transport pada Retikulum endoplasma

http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt

Pada hati tikus, membran mikrosom mengandung protein sekitar 60-70% dan fosfolipida sekitar 100%. Tidak kurang dari 33% polipeptida dengan sifat-sifat fisika dan kimia yang  berbeda terdapat pada membran mikrosom. Fosfolipida mikrosom tersebar dengan perbandingan kira-kira 55% fosfolipida kolin, 5-10% fosfatidilkolin, 20-25% fosfatidiletanolamin, 5-10% fosfatidilinositol, dan 4-7% sfingomielin.

Mikrosom bukanlah suatu organel, melainkan hasil isolasi dari membran retikulum endoplasma yang berbentuk vesikula yang diperoleh setelah membran reticulum endoplasma dihomogenisasi. Pada umumnya membran reticulum endoplasma lebih kaya dengan fosfatidilkolin dan sfingomielin.

Di dalam retikulum endoplasma, terdapat enzim glukosa- 6-fosfatase yang merupakan enzim maker untuk reticulum endoplasma. Enzim maker tersebut memiliki peran yang sangat penting dalam metabolisme karbo-hidrat. Sedangkan enzim terbanyak adalah Cytochrom p-450 dan merupakan 10% dari protein mikrosom

Tabel 8.1 menunjukkan topografi berbagai jenis enzim yang terdapat pada retikulum endoplasma. Semua enzim-enzim tersebut kecuali Cytokhrom p450 terdistribusi secara asimetris pada membran, yaitu ada yang terletak pada permukaan luminal atau sisternal, dan yang lain pada permukaan hyaloplasmik. Sitokrom b5 merupakan protein integral membrane dengan berat molekul 11.000 dalton dan terletak pada permukaan hyaloplasmik dan retikulum endoplasma (Thorpe, 1984).

Tabel 8.1 Lokasi berbagai jenis enzim pada membran reticulum endoplasma (Thorpe, 1984)

Dari berbagai hasil penelitian disimpulkan bahwa untuk enzim sitokrom b5 yang memiliki kepala hidrofilik yang mengandung tempat katalitik, terekspor ke permukaan hyaloplasmik atau permukaan sitoplasmik. Sedang-kan bagian ekor yang bersifat hidrofobik dan tidak mempunyai aktivitas katalitik terendam di dalam bilayer lipida membrane.

Gambar 7.6 Sitokrom b5 dengan kepala terorientasi ke arah permukaan hyaloplasmik

Pada retikulum endoplasma kasar, partikel-partikel ribosom melangsungkan sintesis protein. Sebagain dari protein tersebut akan menjadi protein transmembran, dan sebagian yang lain dimasukkan kedalam sistem retikulum endoplasma. Protein transmembran diperuntukkan untuk membran sell atau membran organel-organel lain, sedangkan protein yang dilepaskan ke dalam sisterna diperuntukkan bagi organelorganel sel atau untuk disekresikan.

 Sintesis protein pada retikulum endoplasma melibatkan dua reseptor, yaitu :

Tahap-tahap berlangsungnya sintesis protein membran reticulum endoplasma adalah  sebagai berikut :

Gambar 7.7. Sintesis Protein pada Ribosom yang menempel pada membrane reticulum endoplasma

http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt

Selain itu sintesis protein pada membrane reticulum endoplasma,, sintesis protein juga dapat berlangsung di dalam sitoplasma yang dilakukan oleh ribosom atau polisom. (Albert et. al 1983). Terdapat perbedaan target antara protein yang disintesis di dalam sitoplasma oleh ribosom bebas dengan protein yang disintesis oleh ribosom yang terikat pada permukaan membrane retikulum endoplasma kasar. Sintesis protein yang disintesis oleh ribosom bebas di dalam sitoplasma ditujukan untuk antara lain protein inti, protein mitokondria, protein kloroplas dan protein peroksisom. Sintesis protein yang berlangsung pada ribosom yang terikat membran reticulum endoplasma kasar ditujukan untuk antara lain protein membrane plasma, protein vesikula sekresi dan protein lisosom. (Allar, 2005a).

Gambar 7.8. Target sintesis protein

http://faculty.harrisburgu.net/~allar/Golgi%20Lyso%20Pero%20Mito%20TTh. Ppt

Seperti diuraikan sebelumnya bahwa sitosol mengandung dua populasi ribosom, yaitu ribosom bebas dan ribosom yang menempel pada retikulum endoplsma kasar. Kedua set ribosom tersebut secara struktural identik (Allar, 2005b). Ribosom yang mentranslasi protein yang diperuntukkan untuk RE melekat pada permukaan hialoplasmik membran retikulumendoplasma. Ribosom yang mensintesis protein sitoplasma tetap dalam keadaan bebas di dalam sitoplasma. Protein yang disintesis pada ribosom yang menempel pada RE ditranslokasi ke dalam lumen melalui saluran aqueous yang ada pada membran RE.

Shennan (2005) mengemukakan adanya perbedaan antara translokasi protein terlarut dan yang diperuntukkan untuk membran. Untuk protein yang diperuntukkan pada membrane RE, protein pengenal isyarat (SRP) lebih dahulu dilepaskan pada saat translokasi berlangsung. Selanjutnya ribosom sub unit besar menempel pada saluran translokasi dan sintesis protein dilanjutkan.

Gambar 7.9. Sintesis protein membrane RE

http://www.abdn.ac.uk/sms/ugradteaching

Integrasi protein transmembran sederhana ke dalam membrane RE erat kaitannya dengan proses translokasi. Beberapa protein transmembran tertanam ke dalam membrane RE dari pada ditranslokasi secara sempurna. Signal peptide menginisiasi translokasi secara normal. Pada protein transmembran terdapat tambahan urutan asam amino hidrofobik yang aktif sebagai stop transfer sequence, dan mencegah translokasi lebih lanjut. Stop transfer sequence dilepaskan secara lateral ke dalam membran untuk berperan sebagai jangkar membran

Gambar 7.10. Translokasi protein transmembran RE

http://www.abdn.ac.uk/sms/ugradteaching

Gambar 7.11. Translokasi protein terlarut pada membran RE

http://www.abdn.ac.uk/sms/ugradteaching

Untuk protein terlarut, mekanismenya sama dengan translokasi yang berlangsung pada protein transmembran, hanya protein ini tidak memiliki urutan asam amino hidrofobik yang aktif sebagai stop transfer sequence, sehingga translokasi berlangsung sempurna (Shennan, 2005).

Sebagian besar protein yang masuk ke dalam sisterna atau lumen retikulum endoplasma mengalami glikosilasi sebelum diangkut ke bagian lain dari sel. Glikosilasi pendahuluan berlangsung di dalam retikulum endoplasma dimana karbohidrat dipindahkan ke protein dan menghasilkan glikoprotein, yaitu suatu molekul yang memiliki rantai oligosakarida

Gambar 7.12. Ikatan kovalen antara oligosakarida dengan gugus NH2 dari residu asparagin

Molekul-molekul oligosakarida tersebut terikat pada fosfolipida (fosfatidilkolin). Pada mulanya oligosakarida tersebut terikat pada lipida membran dengan orientasi ke arah sitoplasma. Melalui bantuan enzim pemindah yang disebut flipase, fosfatidilkolin dipindahkan melalui gerakan flip-flop. Sehingga ia berada pada permukaan luminal dari reticulum endoplasma. Rantai oligosakarida ini terdiri dari 14 buah monosakarida yang terdiri atas dua molekul N-acetyl glukosamin (Nag), 9 molekul mannosa (man), dan 3 molekul glukosa.

Oligosakarida terikat secara kovalen pada gugus NH2 residu asparagin (Oligosakarida berikatan N), kadang-kadang terikat pada gugus OH, suatu residu serin, treonin atau hidroksilisin. Pemindahan oligosakarida ke molekul protein dibantu oleh enzim transmembran, yaitu glukosil transferase. Pada waktu oligosakarida masih berada di dalam lumen retikulum endoplasma, satu mannosa dan tiga unit glukosa dihilangkan, dan selanjutnya glikoprotein dipindahkan ke permukaan kompleks golgi.

Gambar 7.13. Glikosilasi

http://www.abdn.ac.uk/sms/ugradteaching

Glukosa-6-fosfatase adalah enzim retikulum endoplasma bebas dari bentuk tesfosforilasi di dalam sel hati. Oleh sebab itu, glukosa-6-fosfatase berperan menjaga tingkat homeostasis glukosa dalam darah. Reaksi secara singkat adalah sebagai berikut :

1. Glukosa-6-P + H20 -----_ Glukosa + Pi

2. PPi + H20 -----------_ 2 Pi

3. PPi + Glukosa -----------_ Glukosa-6-P + Pi

4. Karbamil-P + Glukosa --------_ Glukosa-6-P

Lesitin atau fosfatidilkolin disintesis dari asam lemak, gliserolfosfat dan kolin. Sintesis lesitin terdiri atas tiga tahap, yaitu tahap I, II, dan III. Setiap tahap dikatalisis oleh enzim terlarut dalam bilayer lipida retikulum endoplasma. Tempat aktivitas enzim mengarah ke sitosol (Gambar 6.13). Tahaptahap sintesis lesitin adalah sebagai berikut :

Tahap I Asiltransferase menggabungkan asam lemak fosfat KoA menghasilkan asam fosfatidat.

Tahap II Asam fosfatidat membebaskan gugus fosfat oleh enzim fosfatalase, berbentuk digliserida.

http://www.life.umd.edu/classroom/bsci421/goode/lectures/420L200Pro%20Glycos%20&%20SER .

Tahap III Kolinfosfotransferase menggabungkan gliserida dengan CPP kolin menghasilkan fosfati-dilkolin atau lesitin.

Biosintesis kolesterol yang berlangsung di dalam retikulum endoplasma melibatkan sejumlah enzim. Enzim-enzim tersebut ada dalam bentuk enzim terlarut, dan yang lain dalam bentuk enzim yang terikat pada membran. Tahap-tahap sintesis ditunjukkan pada gambar 8.15. Pada gambar 8.15 diatas, menunjukkan bahwa kolesterol disintesis dari asetat dan secara bertahap menghasilkan _-hidroksi-_-metilglutaril coenzim A (HMG-CoA). HMG-CoA selanjutnya diubah menjadi mevalonat dengan bantuan enzim HMG-CoA reduktase yang merupakan enzim terikat membran. Mevalonat selanjutnya diubah secara bertahap menjadi Fernesyl pirofosfat.

Semua enzim yang berperan dalam perubahan mevalonat menjadi Fernesyl pirofosfat. Semua enzim yang berperan dalam perubahan mevalonat menjadi Farnesyl pirofosfat merupakan enzim-enzim terlarut. Farnesyl pirofosfat selanjutnya diubah menjadi squalen dengan bantuan squalen sintetase. Enzim squalen sintetase merupakan enzim yang terikat membran. Squalen sintetase selanjutnya diubah secara bertahap menjadi kolesterol. Semua enzim yang membantu dalam proses perubahan squalen menjadi kolesterol merupakan enzim-enzim yang terikat membran.

Prekursor untuk biosintesis hormon steroid adalah kolesterol yang disintesis dari asetat. Untuk berlangsungnya proses tersebut, diperlukan kerja sama dengan mitokondria.

Kolesterol sendiri disintesis di retikulum endoplasma halus. Kolesterol yang dihasilkan dibawa ke mitokondria dan diproses lebih lanjut hingga menghasilkan pregnenolon. Kemudian pregnenolon diubah secara bertahap melalui serangkaian reaksi enzimatis menjadi hormon steroid seks, misalnya testosteron. Selain itu kolesterol juga dapat dijadikan prekuersor untuk pembentukan hormon-hormon aldosteron seperti mineralokortikoid dan hormon kortisol.

Berbagai jenis protein yang akan ditranspor ke bagian luar sel biasanya dalam bentuk glikoprotein. Proses awal dari pembentukan glikoprotein berlangsung didalam lumen reticulum endoplasma melalui proses glikosilasi seperti yang telah dibahas pada bagian terdahulu. Retikulum endoplasma dengan sendirinya terlibat di dalam modifikasi berbagai jenis protein sekretori melalui penambahan residu karbohidrat pada ujung proksimal dari polipeptida dan proses selanjutnya berlangsung di dalam badan golgi.

Retikulum endoplasma secara kimiawi memodifikasi xenobiotiks, yaitu bahan-bahan toksik yang berasal dari dalam dan luar sel. Retikulum endoplasma membuat bahan-bahan tersebut menjadi lebih hidrofilik sehingga lebih mudah disekresi. Bahan-bahan tersebut antara lain obat-obatan, insektisida, obat bius, hasil-hasil petrolium dan bahan-bahan karsinogen lainnya. Dengan demikian retikulum endoplasma berperan dalam mendetoksifikasi berbagai bahan-bahan toksik yang terdapat di dalam sel.

Didalam sitoplasma, terdapat sejumlah organel-organel berbatas membran seperti mitokondria, lisosom, badan golgi, mikrobodi dan inti. Retikulum endoplasma bersama-sama dengan sistim membran yang lain membentuk suatu jalinan di dalam sel yang disebut jaringan rongga sel (Cytocavity). Jalinan rongga sel tersebut memisahkan sel menjadi dua kompartemen, yaitu kompartemen sitoplasma dan kompartemen rongga dalam (intracavity). Dengan satu sisi mengarah ke sitosol dan sisi yang lain menghadap ke lumen jalinan rongga sel.

Jalinan rongga sel pada umumnya dan reticulum endoplasma pada khususnya membentuk suatu sistim peradaran didalam sel dan enzim-enzim disebarkan secara  meluas untuk aktivitas katabolisme dan anabolisme. Dengan adanya jalinan rongga sel tersebut, maka substrat-substrat yang penting dengan cepat mencapai bagian dalam sel dengan cara fusi membran dan gerakkan membran. Sehingga bahan-bahan yang disintesis dan dirakit dibagian dalam sel dapat dengan cepat diangkut ke permukaan sel.

Bila sistim membran tidak dinamis, maka substrat tidak mampu berdifusi ke enzim-enzimnya secepat yang diinginkan. Demikian pula bahan-bahan sisa dan bahan pembangun yang penting tertimbun sehingga mencapai konsentrasi yang tidak berguna.

BAB III

PENUTUP