Retikulum Endoplasma

A.  Retikulum Endoplasma

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 lempen. 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 menjelang.yang disebut dengan retikulum endoplasma (artinya jala-jala dalam plasma).

Porter dkk (1945) menemukan jala-jala yang halus pada sitoplasma fibroblas ayam. Pada irisan tipis jala-jala ini tampak seperti saluran buntu, gelembung memanjang atau berupa terusan. Pada irisan seri yang diamati si bawah mikroskop elektron, Fry Wyssling dan Muhlethaler (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 halu 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.

1. Retikulum Endoplasma Kasar (Granular)

Retikulum endoplasma halus (SER) 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:

i.                    sintesis hormon steroid pada kelenjar gonad dan korteks ginjal

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

iii.                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.

2. Retikulum Endoplasma Halus (Agranular)

Retikulum endoplasma kasar, 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:

• Protein yang terstruktur dan lemak (30% atau 50%)
• 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:

• Kandungan fosfolipida lebih tinggi pada REL dari REG.
• Perbandingan kuantitas fosfolipidal kuantitas kolesterol adalah 15 untuk REG dan 4 untuk REL.
• Glukosa 6-fosfat terutama terdapat pada REG.
• 5-nukleotidase terutama terdapat pada REL.
• Susunan dari lemak dan protein sesuai dengan model Singer - Nicolson.

C. Fungsi Endoplasma

Ada beberapa fungsi dari RE, diantaranya adalah :

1. Fungsi sintesa

Sintesa protein ini dilakukan bersama-sama dengan ribosom, di mana protein yang dibebaskan masuk dalam cavite RE.

Ø  Sintesa lemak : RE bertanggung jawab pada sintesa lemak, membrannya mengandung sistem enzimatik yang bertanggung jawab pada pemanjangan dan saturasi dari asam lemak.

Ø  Sintesa glyciprotein : protein disintesa oleh REG, dapat berasosiasi pada gula. Sintesa glycoprotein ini disebut glycosilasi. Berawal pada REG dan berakhir pada AG.

Ø  Sintesa membran; Sistem membraner ini sangat berbeda di mana disintesa fosfolipida dan protein yang berasal dari pembentukan membran sel.

2. Fungsi Penyimpanan

RE menyimpan dan mengkonsentrasikan substansi yang berasal dari miliu ekstraseluler, juga dapat dari intraseluler

3. Fungsi detoxifikasi
4. Semua sel, mulai dari ruang perinukleir sampai miliu ekstraseluler.

3. Mekanisme Sorting dan Distribusi Protein.

o   mRNA terikat pada ribosom bebas

o   Pada ribosom terjadi sintesis sinyal peptida (6-15 asam amino nonpolar) → diperlukan untuk penempatan polipeptida dalam lumen RE.

o   Sinyal peptida dikenali oleh “Partikel pengenalan sinyal” (SRP): 7 polipeptida + 7S Rrna → SRP berikatan dengan reseptor → Ribosom berikatan dengan RE → sinyal peptida terlepas dari SRP → masuk ke channel protein – translokon – terikat pada ‘binding site’ → protein yang disintesis masuk ke lumen RE _protein akan diikat oleh BiP atau chaperone lain untuk diproses lebih lanjut.

4. Mekanisme Targeting Protein ke RE

Protein nasens  yang dibentuk pada ribosom mengandung sinyal yang menentukan tujuan akhirnya. Pada organism prokariotik, protein yang baru disintesis mungkin tinggal di sitosol atau dikirim ke membrane plasma. Pada sel eukariotik protein hasil sintesis akan dikirim menuju lisosom, mitokondria kloroploas dan inti. Pada sel eukariotik langkah proses pemindahan protein akan segera terjadi setelah selesai disintesis. Suatu ribosom yang terdapat pada sotosol akan menuju ke RE oleh suatu sinyal protein nasens yang sedang disintesis. Rantai polipeptida yang dibentuk oleh ribosom yang terikat pada membrane dipindahkan melintasi membrane RE, dalam lumen RE banyak protein ini yang mengalami glikosilasi dan diubah dengan cara lain.

Ribosom yang berada di membrane RE mensintesis 3 kelas protein utama, yaitu protein sekresi (protein yang diekspor sel). Protein lisosom dan protein yang terlentang lintas tebal membrane. Ribosom yang bebas diambil sitosol dan ditambahkan ke membrane RE yang telah dilucuti dari ribosom. Ribosom yang diperoleh dari RE berbintil sepenuhnya mampu mensintesis protein yang biasanya dilepaskan di sitosol. Ribosom yang terikat pada membrane dan yang terbebas secara intrinsic sama, macam perotein yang dibuatlah yang menentukan melwekat atau tidaknya ribosom ke RE. Pelekatan ribosom yang sedang mensintesis protein ke membrane RE adalah peristiwa kunci untuk memindahkan protein melintasi membrane. Protein yang disintesis ribosom mempunyai gugus asam amino bebas, gugus ini yang diduga adalah urutan sinyal yang memadu inisiasi transkripsi. Sifat dari gugus ini adalah bagian ujung amino pada ujung sinyal bermuatan positif, suatu bentangan yang sangat hidrofob menjadi pusat urutan sinyal dan apabila residu non poloar di bagian hidrofob diganti, maka kemampuan urutan sinyal sebagai pemandu akan hilang. Namun tidak semua protein sekresi/ membrane plasma mengandung suatu urutan sinyal ujung amino yang dipotong setelah melintasi membrane RE. sejumlah oprotein mengandung suatu urutan sinyal internal yang berperan sama.

Cara untuk mengetahui bahwa protein sinyal dapat menembus membrane RE dilakukan dengan teknik DNA rekombinan. Dalam percobaan ini urutan sinyal berasal dari beta laktamase. Urutan sinyal sepanjang 25 residu dan 5 residu yang bersebelahan diikatkan ke ujung amino rantai alfa hemoglobin dengan membentuk gen hybrid. Penambahan suatu urutan sinyal ke global alfa mengubah protein ini dari protein sotosol menjadi protein sekresi. Percobaan ini juga menunjukkan bahwa urutan sinyal bakteri dan eukariotik sama.

Blobel dan Peter Walter memperlihatkan bahwa yang merangkaikan pesawat sintesis protein dalam sitosol dengan pesawat pemindah protein dengan protein dalam membrane RE adalah suatu adalah suatu ribonukleoprotein bersama partikel pengenal sinyal  (SRP). SRP yang berikatan erat dengan ribosom yang mengandung polipeptida nasens beserta urutan sinyal yang tidak berikatan dengan ribosom lain. Pengikatan ini segera terjadi ketika munculnya urutan sinyal ujung amino dari ribosom. Perpanjangan polipeptida berhenti atau melambat ketika SRP diikat. Selanjutnya komplek SRP ribosom. Selanjutnya komplek SRP ribosom berdifusi ke membrane RE ke tempat terikatnya SRP ke reseptor SRP (protein penghalang). Suatu proses yang digerakkan GTP menggerakkkan ribosom dengan polipeptida nasens. Ke pesawat penmindah. Pelepasan SRP dari ribosom secara bersamaan memungkinkan lagi terjadinya perpanjangan. SRP bertindak secara katalitik untuk mengikatkan ribosom dengan suatu urutan sinyal ke membrane RE. SRP juga mencegah perpanjangan dan pelipatan diri polipeptida nasens, yang dapat menggangu perpindahan.

Urutan sinyal polipeptida nasens harus dikungkung oleh SRP sampai penyerahan pesawat pemindah di membran RE. Reseptor GTP akan mengikat dengan erat sekali. Sehingga SRP melepaskan genggamannya pada peptida sinyal. Peptida sinyal yang dibebaskan dengan cepat beriakatan di pesawat pemindah. Ribosom yang mengemban urutan sinyal akan dipandu ke membran RE secara vektorial karena jalur GTP=GDP berjlan satu arah, seperti yang terlihat pada ilustrasi diatas.

Pesawat pemindah yang dinamai translokon adalah gabungan sub unit protein membran yang perifer dan integral. Penyelldikan elektrofisiologi akhir-akhir ini memperlihatkan adanya saluran penghantar protein dalam mebran RE, yang mungkin sekali dibentuk oleh translokon yang diaktifkan. Penambahan peptida sinyal ke sisi sitosol dan bukan ke sisi periplasma dari membran dwilapis datar yang mengandung membran sel bakteri yang terlebur menyebabkan terbukanya saluran. Gerbang hanya terbuka bila ada protein nasens yang siap untuk dipindahkan. Protein seperti bakal perkawinan pada ragi dapat dipindahkan dengan sintesis lengkap dan dibebaskan dari ribosom. Sehingga dapat diketahui bahwa perpindahan dan perpanjangan adalah proses yang berbeda. Polipeptida yang belum terlipat adalah substrat optimum yang mudah dipindahkan ke membran. Ribosom juga ikut memungkinkan protein nasens dipindahkan. Perlu diketahui bahwa tidak semua rantai polipeptida dipindahkan

Rantai polipeptida nasens dalam lumen RE tidak segera terlipat,polipeptida ini mengikat protein chaperon. Protein nasens berpeluang untuk sangat besar untuk berinteraksi sembarang yang mengacaukan. Chaperon membantu pelipatan dengan menghalangi interaksi intermolekul yang tidak dibenarkan. Chaperon mempertahankan protein bagian nasens yang baru muncul sampai sintesis lengkap terlaksana. Chaperon utama dalam lumen RE adalah BiP(protein pengikat, yaitu suatu anggota kelompok protein kejut panas. Selain chaperon, lumen RE juga mengandung protein disulfida isomerase juga mempercepat pelipatan protein. Glikoprotein memperoleh gula inti dari dolikol sebagai donor ke RE.apabila gula inti ini telah tiada maka suatu glikoprotein telah terlipat sempurna dan siap dikirim ke aparatus golgi. Jalur perolehan dan penghilangan glukosa yang terjadi berulang-ulang dan kalneksin yang hanya mengikat glikoprotein, sangat penting dalam mengendalikan mutu bahan kiriman dari RE.

Kompleks golgi adalah pusat pemilahan sebelum protein diarahkan ke lisosom, vesikel sekresi dan membran plasma. Fungsi utama kompleks golgi adalah mengubah dan menyempurnakan unit karbohidrat pada glikoprotein serta sebagai pusat pemilahan protein utama dalam sel. Sisi cis menerima vesikel dari RE. Seperangkat vesikel lain memindahkan protein kompartmen golgi. Cis ke medial selanjutnya ke trans. Sisi trans mengirimkan protein yang berbeda-beda ke berbagai tujuan. Protein juga dipindahkan oleh vesikel dari kompartmen golgi yang satu dengan kompartmen golgi yang lain. Unit karbohidrat pada glikoprotein diubah di tiap kompartmen ini. Enzim yang akan dikirim ke lisosom mengandung suatu corak dengan konformasi yang menyebabkan penambahan unit manosa 6 posfat. Gula posfat ini dikendali dengan suatu reseptor membran yang membawa glikoprotein ke prelisosom yang selanjutnya melebur dengan lisosom.