RETIKULUM ENDOPLASMA. Clara Khoirunnisa Dian Putri Permatasari Shyfa F. Ruyani Yussa Annisa Syabilla

Transkripsi

1 RETIKULUM ENDOPLASMA Clara Khoirunnisa Dian Putri Permatasari Shyfa F. Ruyani Yussa Annisa Syabilla

2 PENDAHULUAN Retikulum endoplasma (RE) merupakan organel sel yang tidak statis dan dapatdianggap sebagai salah satu komponen dari suatu sistem dinamik yang lebih besar yaitusistem membran di dalam sel yang terdiri atas berbagai organel. Jaringan sistemmembran ini disebut jaringan cytocavitary yang di dalamnya termasuk mitokondria, lisosom, badan golgi, badan mikro, dan membran inti. Bersama-sama mereka membentuk sebuah jaringan didalam sel, memisahkannya menjadi dua kompartemen yaitu kompartemen sitoplasmik dan kompartemen intracavitary. Jadi, membran yang membangun sistem itu disatu sisi permukaan menghadap sitoplasma ekstra organel (sitosol) dan permukaan lain menghadap lumen dari sistem membran.

3 Umumnya semua organel dari jaringan cytocavitary secara terus menerus melakukan komunikasi dan pertukaran diantara pasangan tertentu atau antar tetangga, sehingga terlihat melakukan sebuah interaksi baik secara langsung maupun tidak langsung. Struktur dan fungsi dari retikulum endoplasma bergantung dan tergantung pada organel dari jaringan cavitary.

4 Jaringan Cytocavitary

5 6.1 SIFAT UMUM DARI RETIKULUM ENDOPLASMA Tanpa adanya sistem membran yang dinamis, bagian interior dari sel eukariotik akan sulit dijangkau. Substrat-substrat yang tidak mampu didifusikan dengan cepat sesuai yang dibutuhkan dan produkproduk buangan akan terakumulasi dengan sia-sia menjadi racun. Hal tersebut bukan merupakan masalah yg besar bagi sel prokariotik karena pendeknya jarak metabolisme yang terjadi. Tetapi jarak metabolisme pada sel eukariotik yang menjadi masalah besar.

6 Jaringan cavitary khususnya retikulum endoplasma, mencegah stagnasi pembentukan sistem sirkulasi interseluler dan secara luas penyebaran enzim pada aktivitas katabolisme dan anabolisme. Substrat-substrat vital bisa menjangkau interior dari sel dengan cepat oleh adanya fusi membran dan pergerakan, dan material-material yang disintesis dan dirakit di dalam sel dapat dengan cepat di transportasikan ke permukaan.

7 RETIKULUM ENDOPLASMA SECARA MIKROSKOPI Secara mikroskopi, pada sel hati, terdapat dua bagian besar dibentuk dari membran-membran membentuk retikulum endoplasma. Membran-membran yang memiliki rupa yang kasar, karena diselubungi partikel ribosom, disebut Retikulum Endoplasma Kasar (RER). Membran-membran yang tidak memiliki partikel ribosom dikenal sebagai Retikulum Endoplasma Halus (SER).

8 RETIKULUM ENDOPLASMA KASAR DAN HALUS RER adalah tempat dari sintesis protein di dalam sel, khususnya, sintesis dari protein sekresi dan protein dari retikulum endoplasma itu sendiri. SER memperantarai berbagai reaksi sintesis lainnya baik seperti modifikasi kimia dari material-material molekular. Kehadiran dari keduanya RER dan SER pada sel hati berhubungan dengan peran hati dalam metabolisme. Secara virtual semua reaksi dari metabolisme intermediary mengambil tempat di liver, dan beberapa reaksi terbagi diantara dua tipe dari membran.

9 Rasio REK dan REH pada setiap sel berbeda-beda tergantung pada fisiologis dari sel yang bersangkutan. Sel-sel yang lebih sering dilibatkan dalam sintesis protein sekresi, seperti pancreatic acinar atau sel plasma, memiliki lebih banyak RER. Tugas utama RER adalah untuk merakit dan mengekspor protein. Sel-sel yang terkonsentrasi pada produksi steroid, seperti pembuatan jaringan dari adernal bagian kortex, mengandung retikulum endoplasma yang didominasi bagian halus. Sintesis kolesterol juga terjadi di RE halus tersebut seperti halnya beberapa reaksi dari modifikasi steroid membentuk progesteron dan deoxycorticosterone.

10 LAMELLAR, VESIKULAR, DAN TUBULAR Selain adanya RER dan SER, retikulum endoplasma biasanya juga hadir dalam tiga bentuk fisik yang berbeda di dalam sel. Lamellar RER paling sering terlihat dalam bentuk lamellar. Bentuk ini tidak semata-semata timbunan dari lembaran-lembaran membran, tapi juga kumpulan dari kantung membran yang memipih. Salah satu sifat dari bentuk lamellar adalah adanya ribosom yang tidak merata (asimetri) pada membran ini yang mana terdapat sebuah ruang yang disebut Sisterna.

11 Vesikular Bentuk kantung (vesikular), kebanyakan terdapat dalam retikulum endoplasma halus. Penelitian secara in vivo menunjukan membran memiliki kecendrungan alami membentuk vesikel-vesikel. Secara in vitro menunjukan wujud membran tersebut sebagai sebuah vesikel di dalam sel. Tubullar Bentuk tubular (pembuluh). Bentuk ini terutama dimiliki oleh retikulum endoplasma halus, menunjukkan sifat yang dinamik dari RE dan mempunyai hubungan erat dengan gerakan membran, pemisahan dan fusi dalam sistem membran (jaringan cytocavitary)

12 ISOLASI : FRAKSI MICROSOMAL Membran dari retikulum endoplasma dapat diisolasikan dengan teknik homogenized jaringan ke dalam sentrifugasi yang berbeda. Membran tersebut berputar ke bawah seperti sebuah peluru setelah mitokondria dihilangkan. Mikroskop elektron menunjukan bahwa membranmembran tersebut membentuk vesikel-vesikel tersebut dari salah satu antara bagian yang halus maupun kasar dari membran. ( Gambar 6.6) Membran yang berupa vesikel tersebut adalah miscrosomes.

13 Retikulum endoplasma terdisrupsi dari bentuk asalnya sebagai sebuah kumpulan dari vesikel membran. Vesikel-vesikel yang dihasilkan merupakan turunan dari RER ditunjukan dengan adanya ribosom yang melekat pada vesikel dibagian permukaan luar. Dapat disimpulkan semua vesikel miscrosomal memiliki orientasi luar dan dalam yang sama seperti yang ada pada permukaan luar permukaan sitoplasma didalam sel yang utuh. (Gambar 6.7) Dapat dijelaskan bahwa microsomes bukan benar-benar sebagai organel dari sel, pada kenyataanya, merupakan hasil isolasi. Istilah microsomes digunakan ketika mengacu pada retikulum endoplasma yang terisolasi dan istilah retikulum endoplasma untuk struktur membran sebagai mana yang ada pada sel yang utuh.

14

15 Struktur Fisik RE Struktur fisik RE terlihat sama seperti model mozaik fluid Pada mikroskop elektron ketebalan membran RE 5nm lebih tipis dibandingkan membran plasma 8-10nm Adanya daerah jembatan micelles lipoprotein trilaminar, diduga daerah ini mejadi sistem yang memfasilitasi kegiatan membran untuk melakukan fusi dan fisi

16 Struktur Kimia Pada hati tikus, membran dari microsomenya memiliki berat yang 60%-70% mengandung protein dan 30%-40% sisanya mengadung phospholipid. Setidaknya terdapat 33 polypeptides yang memiliki struktur fisika dan kimia yang berbeda serta pembagian dari microsomal phospholipid sebagai berikut : phosphatidylcholine (55%) phosphatidylethanolamine (20-25%) phosphatidylserine (5-10%) phosphatidylinositol (5-10%) sphingomyelin (4-7%)

17 Unsur-unsur Pokok Enzim

18 Glukosa-6-fosfatase umumnya dibuat sebagai penanda enzim untuk RE membran. Kita akan membahas perannya ketika kita berurusan dengan metabolisme karbohidrat dalam RE. Enzim yang melimpah di RE adalah sitokrom P-450. Hal ini terjadi pada tingkat setinggi 10% protein microsomal. Sitokrom ini merupakan salah satu anggota RE dalam pengangkutan elektron jaringan yang meliputi NADPH-sitokrom p-450 reduktase dan phosphatidylcholine. Kompleks ini terlibat dalam reaksi hidroksilasi yang kita membahas secara lebih rinci dalam Bagian 6.4. enzim membran penting lain yang berpartisipasi dalam aspek-aspek tertentu dari pengangkutan elektron ini adalah sitokrom b5. Ini juga memiliki sifat reduktase, enzim yang mengandung NADH. Ada banyak enzim RE yang kita tidak bisa bahas dalam lingkup teks ini. Diantaranya memiliki fungsi biosynthetic, seperti sintesis eter yang terkait dengan glycerolipids, sekelompok kompleks membran lipid. Serta lainnya yg memiliki peran katabolik serta mengenai kerusakan membran lipid

19 Topography of Enzyme in Lateral Plane Vesikel-vesikel microsomal heterogen tergantung dengan kerapatan, ukuran, dan muatan permukaan, yang memungkinkan bagian-bagian kecil menjadi kelompok sesuai dengan sifat-sifatnya. Semakin kecil vesikula, semakin besar tingkat heterogenitas. Vesikula yang lebih kecil akan memiliki ruang yg sedikit untuk enzim, secara statistik diduga akan ditemukannya satu vesikel yang tidak sempurna pada beberapa komponen enzim jika enzim yang didistribusikan secara acak dalam membran. Di sisi lain, tingkat kehidupan ditandai dengan asosiasi lateral kelompok-kelompok enzim tertentu

20 data-data sejauh ini menunjukkan kuantitatif tetapi perbedaan-perbedaan qualitatitve tidak ada dalam susunan enzim dari vesikel. Jadi, misalnya, Semua vesikel mengandung glukosa-6- fosfatase, sitokrom b5 dan NADH-sitokrom p-450 reduktase. Meskipun semua enzim sama dalam setiap vesikel, vesikel yg berbeda mungkin berisi enzim dalam rasio yang berbeda. Heterogenitas mencerminkan mobilitasnya dibatasi oleh protein dalam lapisan lipid bilayer atau mungkin mengungkapkan tingkat struktural interaksi penting bagi kegiatan enzimatik. Selain itu, heterogenitas mungkin karena variasi dalam sifat ER dalam sel tunggal atau dalam sel yang berbeda dalam satu jaringan atau organ, daripada heterogenitas dalam kurun waktu terus-menerus dari membran ER.

21 Topography of Enzyme in the Transverse Plane Tabel 6.1 termasuk lokalisasi topografi berbagai enzim ER. Hasil lebih jelas daripada studi lateral distribusi. Semua enzim yang terdaftar, kecuali sitokrom p-450. Sitokrom p-450 terlihat seperti protein transmembran. Posisi enzim ini dalam membran yang tidak diragukan lagi berhubungan dengan fungsi katalitik. Studi rinci pada sitokrom b5 telah menyediakan beberapa wawasan yang luar biasa terhadap sifat topografi enzim. Sitokrom b5 adalah protein membran integral (berat molekul daltons) yang condong ke arah permukaan sitoplasma. Hasil dari studi dalam sejumlah laboratorium telah mengarah pada kesimpulan bahwa enzim memiliki hydrophilichead yang mengandung sisi aktif catalytically dan hidrofobik ekor yang tidak aktif catalytically. Ekor hidrofobik larut dalam lemak bilayer membran. Kepala catalytic bebas berikatan dengan daerah permukaan hidrofil membran dimana berinteraksi dengan molekul substrat yang sesuai.

22 Bukti menunjukan bahwa NADH-sitokrom b5 reduktase, enzim ini menyuplai elektron ke sitokrom b5. Kedua enzim mungkin berinteraksi secara fisik dalam melaksanakan fungsi katalitik mereka. Meskipun jenis interaksi protein integral membran dengan kedua bagian hidrofobik dan hidrofil membran mungkin umum, nampaknya tidak melanggar aturan. Protein membran tertentu yang lain menampilkan sifat yg kurang amphipathic, dan mungkin lebih, atau benar-benar, tenggelam di wilayah hidrofobik membran.

23

24 HUBUNGAN ANTARA RE KASAR DAN HALUS Seperti telah ditunjukkan, terdapat perbedaan fungsional antara RE halus dan kasar. SER terlibat dalam sintesis dan metabolisme molekul kecil tertentu dan mekanisme cellular detocification, sedangkan RER terlibat dalam sintesis dan transportasi protein.

25 RE Kasar Memberikan Perkembagan Pada RE Halus Dua bentuk yang berbeda dari segi morfologi yg berdekatan dalam sel. Salah satu bentuk SER, mungkin berasal dari yang lain. Point pada kasus ini, Phenobarbital(sejenis obat yg memiliki efek penenang) merangsang proliferasi membran RE. Hal ini terjadi dlm dua tahap proses. Pertama, RER proliferasi dan kemudian SER berproliferasi. Fungsi dari SER yg terkait dengan Phenobarbital yaitu reaksi detoksifikasi, enzim detoksifikasi(yg telah dibentuk) bergabung ke dalam membran dengan ribosom terikat. Maka munculnya RER pertama, diikuti dengan peningkatan SER.

26 Dengan demikian, RER dan SER memiliki fungsional berkaitan tetapi tidak sama. Sejumlah penelitian telah menunjukkan bahwa microsomes kasar dan halus, dapat dipisahkan oleh tekhnik kepadatan gradien. Namun, banyak peneliti telah melaporkan perbedaan antara microsomes kasar dan microsome halus, ada bukti yg menunjukkan setidaknya terdapat dua protein membran yang merupakan karakteristik dari microsomes kasar dan memiliki fungsi sebagai tempat melekatnya ribosom. Protein ini disebut ribophorin, memiliki berat molekul dan daltons. Diduga bahwa fungsi lain dari ribophorin yaitu dapat membentuk jaringan perancah seluruh membran interkoneksi sisi pelekatan ribosom. Jaringan filamen ini memberi RER bentuk lamellar yang khas, yang cenderung lebih kaku dan stabil daripada bentuk vesikuler dan tubular pada SER

27 Ribosome Binding Sites on ER Sintesis protein dibawa keluar kedua ribosom bebas dan terikat menuju RE. Ribosom bebas menghasilkan protein larut di sitosol, sedangkan ribosom terikat menerjemahkan sekresi protein dan protein membran integral. Dalam sel hewan ribosom berbaris di messenger RNA yang membentuk polysomes, yang mungkin juga bebas atau terikat di ER ketika memproduksi protein. Ketika ribosom melekat di ER, mereka menempel pada subunit besar. Umumnya diterima ribophorins I dan II, dua protein integral transmembran, adalah protein yang mengikat ribosom dan dengan demikian dpt menempel pada membran. Teknik membekukan-fraktur 11-nm partikel telah diamati pada ER membran yang tampaknya setara struktur ribosom mengikat situs. Diperkirakan bahwa setiap partikel tersusun atas satu molekul ribophorins I dan II ditambah dengan minculnya rantai polypeptida.

28 Gambar 6.9 mocrograph elektron terdapat bekas polysome pada membran RER. Pada umumnya, satu partikel 11 nm untuk setiap ribosom jejak di polysome dan partikel ini terletak di peripherally dekat jejak. Oleh karena itu akan muncul seolah-olah subunit besar ribosom berlabuh di partikel integral membran tidak secara langsung di pusat subunit tetapi lebih paada ke satu sisi. Hubungan antara ribophorins dan partikel-partikel yang dilihat dengan mikroskop elektron tidak pasti, namun diyakini bahwa mereka sama. Dengan demikian kita dapat melihat protein kompleks yang bertugas untuk mengikat ribosom di RER. SER dan RER dalam segi fungsi dan struktural saling terkait, namun berbeda dalam sifat dasar mereka

29

30 The Hydroxylation System of The Endoplasmic Reticulum

31 The Mixed-Function Oxidase System Pada proses ini terjadi penambahan elektron Reaksi diatas disebut reaksi mixed-function oxidase atau monooxygenases yang akan dikatalisasi oleh enzim

32

33

34 Induction of Enzym of Endoplasmic Reticulum Phenobarbital akan berperan sebagai induktor untuk meningkatkan kerja enzim. Pertama aktivitas enzim terdapat di RER Setelah 6 jam pemberian obat, aktivitas enzim meningkat di SER Hal ini menunjukkan bahwa obat menginduksi pembentukan enzim baru yang di translasi di RER kemudian enzim tersebut akan berpindah ke SER

35 Selain meningkatkan kerja enzim induksi obat juga menstimulasi proses biosintesis seperti sintesis kolesterol dan fosfolipid Sintesis fosfolipid berlangsung lebih awal dibandingkan dengan sintesis protein Komponen monooxygenase sistem akan ditambahkan pada cytochrome P-450 dan NADPH-cytochrome P- 450 tertentu

36 Membran akan terus berpoliferasi dan kemudian terlepas membentuk formasi autofagosom Membran RE hasil poliferasi tidak membawa semua enzim hasil induksi, karena tidak semua enzim bertambah ketika terjadi proses induksi

37 Properties of Cytochrome P-450 Cytochrome P-450 merupakan protein integral transmembran yang juga merupakan enzim utama dalam RE yang ada di sel hati. Komposisi Cytochrome sebesar 10% dari total protein non-induksi Jika diinduksi akan bertambah menjadi % dari total protein

38

39 Biosintesis Kolesterol Kolesterol merupakan molekul penting yang memiliki peran pada struktur membran sebagai prekusor sintesis hormon steroid, asam empedu dan vitamin d Biosintesis kolesterol yang berlangsung di dalam RE melibatkan sejumlah enzim. Enzim-enzim tersebut ada dalam bentuk enzim terlarut, dan yang lain dalam bentuk enzim yang terikat pada membran.

40

41 Tahapan Biosintesis Kolesterol kolesterol disintesis dari asetat dan secara bertahap menghasilkan β-hidroksi-β-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

42 Semua enzim yang berperan dalam perubahan mevalonat menjadi Farnesyl pirofosfat merupakan enzim-enzim terlarut. Farnesyl pirofosfat selanjutnya diubah menjadi squalen dengan bantuan squalen sintetase. Squalen sintetase selanjutnya diubah secara bertahap menjadi kolesterol.

43

44

45 Biosintesis Asam Empedu Biosintesis asam empedu menggambarkan pola enzim dan produk yang sangat kompleks (Gambar 6.16). Enzim kolesterol 7α-hidroksilasi mengkatalisis reaksi pertama pada biosintesis asam empedu Reaksi hidroksilasi yang mengubah 7α-hidroksilasi pada kolesterol menjadi asam empedu membutuhkan NADPH dan molekul oksigen, dan tergantung pada sitokrom P-450 dan NADPHsitokrom P-450 reduktase.

46 Biosintesis Asam Empedu

47 Biosintesis Hormon Steroid Hormon steroid yang disintesis dalam sel yang menyusun jaringan korteks adrenal, ovarium, testis, dan plasenta. Hormon steroid diproduksi secara terkoordinasi oleh enzim yang sebagian terletak di mitokondria dan sebagian di retikulum endoplasma. Karena itu, kunci metabolit harus bolak-balik melintasi membran mitokondria untuk menyelesaikan jalur biosintesis. Pregnenolon adalah prekursor utama untuk semua hormon steroid. Pregnenolon berasal dari kolesterol oleh pembelahan oksidatif dari rantai sisi dalam mitokondria.

48 Biosintesis Hormon Steroid

49 Konversi kolesterol untuk hormon steroid pada korteks adrenal.

50 Reaksi hidroksilasi akhir yang membubuhkan kelompok hidroksil pada posisi 11β dari dua produk ini dikatalisasi oleh campuran-fungsi oksidase yang beroperasi di dalam mitokondria. Ini tergantung pada sitokrom P-450 rantai transport elektron yang sama dalam banyak hal tetapi tidak identik dengan P-450 di retikulum endoplasma. Reaksi mitokondria dengan demikian diperlukan untuk menyelesaikan pembentukan tiga hormon steroid adrenal utama: kortikosteron, aldosteron, dan kortisol.

51 METABOLISME KARBOHIDRAT Retikulum endoplasma berperan dalam metabolisme karbohidrat, tetapi bukti keterlibatan langsung tidak jelas dan konklusif. Sistem di mana retikulum endoplasma mungkin memiliki peran penting, yaitu : 1. Homeostasis Glukosa darah 2. Sintesis glikoprotein

52 Homeostasis Glukosa Darah Glukosa-6-fosfatase adalah enzim yang terikat erat dengan membran retikulum endoplasma. Hal ini biasanya dianggap sebagai gluconeogenic phosphohydrolase yang mengkatalisis pelepasan glukosa bebas dari bentuk terfosforilasi dalam hati, sehingga dapat mempertahankan tingkat homeostatis glukosa dalam darah untuk pemeliharaan sel-sel darah merah dan jaringan saraf. ini mungkin berfungsi dalam pemecahan glikogen (glikogenolisis).

53 Pada mamalia, sebelum kelahirannya belum memiliki enzim, karena embrio menerima pasokan glukosa melalui plasenta dari sirkulasi maternal. Segera setelah lahir ada peningkatan yang signifikan pada aktivitas glukosa-6-fosfatase. Dalam kehidupan hewan yang dimulai dengan telur, enzim sudah ada dalam telur, karena tidak ada pasokan eksogen glukosa.

54 Reaksi Glukosa-6-fosfatase

55 Lokasi glukosa-6-fosfatase tidak terbatas pada hati, meskipun aktivitasnya dalam bentuk sintetis dan hidrolitik telah diamati dalam hati lebih dari 20 spesies mamalia, burung, amfibi, dan invertebrata. Tetapi juga telah sering diamati pada jaringan ginjal dan telah dipantau dalam sel epitel usus kecil, dan dalam jumlah yang lebih rendah tetapi signifikan dalam organ seperti otak, pankreas, kelenjar adrenal, dan testis.

56 Sintesis Glikoprotein Sebagian besar protein yang ditakdirkan untuk transportasi ke luar sel adalah glikoprotein. Ini adalah protein kompleks yang mempunyai satu atau lebih unit karbohidrat yang melekat. Peran retikulum endoplasma menyerap protein sekretori ke sisterna dan mulai modifikasi awal berbagai jenis protein sekretori melalui penambahan residu karbohidrat pada ujung proksimal dari polipeptida dan proses selanjutnya berlangsung di dalam badan golgi seperti dirangkum pada gambar 6.20.

57 peran retikulum endoplasma dalam berbagai mekanisme sekresi