Informasi

W2018_Bis2A_Lecture22_reading - Biologi

W2018_Bis2A_Lecture22_reading - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Sintesis protein

pengantar

Proses dari terjemahan dalam biologi adalah decoding pesan mRNA menjadi produk polipeptida. Dengan kata lain, pesan yang ditulis dalam bahasa kimia nukleotida "diterjemahkan" ke dalam bahasa kimia asam amino. Asam amino dirangkai secara linier melalui ikatan kovalen (disebut ikatan peptida) antara amino dan karboksil termini dari asam amino yang berdekatan. Proses decoding dan "linking" dikatalisis oleh kompleks ribonukleoprotein yang disebut ribosom dan dapat menghasilkan rantai asam amino dengan panjang mulai dari puluhan hingga lebih dari 1.000.

Protein yang dihasilkan sangat penting bagi sel sehingga sintesisnya menghabiskan lebih banyak energi sel daripada proses metabolisme lainnya. Seperti replikasi dan transkripsi DNA, translasi adalah proses molekuler kompleks yang dapat kita dekati menggunakan rubrik Kisah Energi dan Tantangan Desain. Menggambarkan proses keseluruhan, atau langkah-langkah dalam proses, memerlukan perhitungan materi dan energi sebelum proses dan setelah proses dan deskripsi tentang bagaimana materi itu diubah dan energi ditransfer selama proses. Dari sudut pandang Tantangan Desain, kita dapat - bahkan sebelum menggali lebih jauh tentang apa yang dipahami atau tidak tentang terjemahan - mencoba menyimpulkan beberapa pertanyaan dasar yang perlu kita jawab terkait proses ini.

Mari kita mulai dengan mempertimbangkan masalah dasar. Kami memiliki untaian RNA (disebut mRNA) dan sekelompok asam amino dan kami perlu merancang mesin yang akan:

(a) memecahkan kode bahasa kimia nukleotida ke dalam bahasa asam amino,
(b) menggabungkan asam amino dengan cara yang sangat spesifik,
(c) menyelesaikan proses ini dengan akurasi yang wajar, dan
(d) lakukan ini dengan kecepatan yang wajar. Wajar, tentu saja ditentukan oleh seleksi alam.

Seperti sebelumnya, kita dapat mengidentifikasi submasalah

(a) Bagaimana mesin molekuler kami menentukan di mana dan kapan harus mulai bekerja?
(b) Bagaimana mesin molekuler mengoordinasikan penguraian kode dan pembentukan ikatan?
(c) dari mana energi untuk proses ini berasal dan berapa banyak?
(d) bagaimana mesin tahu di mana harus berhenti?

Pertanyaan dan masalah/tantangan fungsional lainnya pasti akan muncul saat kita menggali lebih dalam.

Intinya, seperti biasa, adalah bahwa bahkan tanpa mengetahui secara spesifik tentang terjemahan, kita dapat menggunakan imajinasi, rasa ingin tahu, dan akal sehat kita untuk membayangkan beberapa persyaratan untuk proses yang perlu kita pelajari lebih lanjut. Memahami pertanyaan-pertanyaan ini sebagai konteks untuk apa yang berikut ini adalah kuncinya.

Ikatan peptida menghubungkan ujung karboksil dari satu asam amino dengan ujung amino yang lain, mengeluarkan satu molekul air. R1 dan R2 sebutan mengacu pada rantai samping asam amino dua asam amino.
Atribusi: Marc T. Facciotti (karya asli).

Mesin Sintesis Protein

Komponen yang masuk ke dalam proses

Banyak molekul dan makromolekul yang berbeda berkontribusi pada proses translasi. Sementara komposisi yang tepat dari "pemain" dalam proses dapat bervariasi dari spesies ke spesies - misalnya, ribosom dapat terdiri dari jumlah yang berbeda dari rRNA (RNA ribosom) dan polipeptida tergantung pada organisme - fungsi umum dari mesin sintesis protein sebanding dari bakteri ke sel manusia. Kami fokus pada kesamaan ini. Setidaknya, penerjemahan membutuhkan template mRNA, asam amino, ribosom, tRNA, sumber energi, dan berbagai tambahan enzim aksesori dan molekul kecil.

Pengingat: Asam amino

Mari kita ingat kembali bahwa struktur dasar asam amino terdiri dari tulang punggung yang terdiri dari gugus amino, karbon pusat (disebut -karbon), dan gugus karboksil. Terlampir pada -karbon adalah kelompok variabel yang membantu menentukan beberapa sifat kimia dan reaktivitas asam amino.

Asam amino generik.
Atribusi: Marc T. Facciotti (karya sendiri)

20 asam amino yang umum.
Atribusi: Marc T. Facciotti (karya sendiri)

Ribosom

A ribosom adalah makromolekul kompleks yang terdiri dari rRNA struktural dan katalitik, dan banyak polipeptida yang berbeda. Saat kita mulai mencoba berpikir tentang penghitungan energi di dalam sel, perlu dicatat bahwa ribosom tidak datang "bebas". Bahkan sebelum mRNA diterjemahkan, sel harus menginvestasikan energi untuk membangun setiap ribosomnya. Di dalam E. coli, ada antara 10.000 dan 70.000 ribosom hadir di setiap sel pada waktu tertentu.

Ribosom ada di sitoplasma pada bakteri dan archaea dan di sitoplasma dan pada retikulum endoplasma kasar pada eukariota. Mitokondria dan kloroplas juga memiliki ribosom sendiri dalam matriks dan stroma, yang terlihat lebih mirip dengan ribosom bakteri (dan memiliki kepekaan obat yang serupa), daripada ribosom di luar membran luarnya di sitoplasma. Ribosom berdisosiasi menjadi subunit besar dan kecil ketika mereka tidak mensintesis protein dan bergabung kembali selama inisiasi translasi. coli, subunit kecil digambarkan sebagai 30S, dan subunit besar adalah 50S. Ribosom mamalia memiliki subunit kecil 40S dan subunit besar 60S. Subunit kecil bertanggung jawab untuk mengikat template mRNA, sedangkan subunit besar secara berurutan mengikat tRNA. Setiap molekul mRNA secara simultan diterjemahkan oleh banyak ribosom, semua mensintesis protein dalam arah yang sama: membaca mRNA dari 5' ke 3' dan mensintesis polipeptida dari ujung N ke ujung C. Struktur mRNA/poli-ribosom yang lengkap disebut a polisom.

Mesin sintesis protein mencakup subunit besar dan kecil dari ribosom, mRNA, dan tRNA.
Sumber: http://bio1151.nicerweb.com/Locked/m.../ribosome.html

TRNA

tRNA adalah molekul RNA struktural yang ditranskripsi dari gen. Tergantung pada spesiesnya, 40 hingga 60 jenis tRNA ada di sitoplasma. Berfungsi sebagai adaptor, tRNA spesifik mengikat urutan pada template mRNA dan menambahkan asam amino yang sesuai ke rantai polipeptida. Oleh karena itu, tRNA adalah molekul yang sebenarnya "menerjemahkan" bahasa RNA ke dalam bahasa protein.

Dari 64 kemungkinan mRNA kodon—atau kombinasi triplet A, U, G, dan C, tiga menentukan penghentian sintesis protein dan 61 menentukan penambahan asam amino ke rantai polipeptida. Dari 61 ini, satu kodon (AUG) juga mengkode inisiasi terjemahan. Setiap tRNA antikodon dapat memasangkan basa dengan salah satu kodon mRNA dan menambahkan asam amino atau menghentikan translasi, sesuai dengan kode genetik. Misalnya, jika urutan CUA terjadi pada templat mRNA dalam kerangka pembacaan yang tepat, itu akan mengikat tRNA yang mengekspresikan urutan komplementer, GAU, yang akan dikaitkan dengan asam amino leusin.

Struktur sekunder terlipat dari tRNA. Lingkaran antikodon dan batang akseptor asam amino ditunjukkan.
Sumber: http://mol-biol4masters.masters.grkr...ansfer_RNA.htm

Sintetase Aminoasil tRNA

Proses sintesis pra-tRNA oleh RNA polimerase III hanya menciptakan bagian RNA dari molekul adaptor. Asam amino yang sesuai harus ditambahkan kemudian, setelah tRNA diproses dan diekspor ke sitoplasma. Melalui proses “pengisian” tRNA, setiap molekul tRNA dihubungkan dengan asam amino yang benar oleh sekelompok enzim yang disebut aminoasil tRNA sintetase. Setidaknya ada satu jenis aminoasil tRNA sintetase untuk masing-masing dari 20 asam amino; jumlah pasti sintetase aminoasil tRNA bervariasi menurut spesies. Enzim-enzim ini pertama-tama mengikat dan menghidrolisis ATP untuk mengkatalisis ikatan berenergi tinggi antara asam amino dan adenosin monofosfat (AMP); molekul pirofosfat dikeluarkan dalam reaksi ini. Asam amino yang diaktifkan kemudian ditransfer ke tRNA, dan AMP dilepaskan.

Mekanisme Sintesis Protein

Sama seperti sintesis mRNA, sintesis protein dapat dibagi menjadi tiga fase: inisiasi, elongasi, dan terminasi. Proses translasi serupa pada bakteri, archaea dan eukariota.

Inisiasi Penerjemahan

Secara umum, sintesis protein dimulai dengan pembentukan kompleks inisiasi. Subunit ribosom kecil akan berikatan dengan mRNA pada tempat pengikatan ribosom. Segera setelah itu, metionin-tRNA akan berikatan dengan kodon awal AUG (melalui ikatan komplementer dengan antikodonnya). Kompleks ini kemudian bergabung dengan subunit ribosom besar. Kompleks inisiasi ini kemudian merekrut tRNA kedua dan dengan demikian terjemahan dimulai.

Translasi dimulai ketika antikodon tRNA mengenali kodon pada mRNA. Subunit ribosom besar bergabung dengan subunit kecil, dan tRNA kedua direkrut. Saat mRNA bergerak relatif terhadap ribosom, rantai polipeptida terbentuk. Masuknya faktor pelepasan ke dalam situs A akan menghentikan translasi dan komponen-komponennya terdisosiasi.

Inisiasi Bakteri vs Eukariotik

Di dalam E. coli mRNA, urutan hulu kodon AUG pertama, yang disebut Urutan Shine-Dalgarno (AGGAGG), berinteraksi dengan molekul rRNA. Interaksi ini menambatkan subunit ribosom 30S di lokasi yang benar pada template mRNA. Berhentilah sejenak untuk menghargai pengulangan mekanisme yang pernah Anda temui sebelumnya. Dalam hal ini, mendapatkan kompleks protein untuk mengasosiasikan - dalam register yang tepat - dengan polimer asam nukleat dilakukan dengan menyelaraskan dua untai antiparalel nukleotida komplementer satu sama lain. Kami juga melihat ini dalam fungsi telomerase.

Alih-alih mengikat pada urutan Shine-Dalgarno, kompleks inisiasi eukariotik mengenali tutup 7-metilguanosin pada ujung 5' mRNA. Protein pengikat tutup (CBP) membantu pergerakan ribosom ke tutup 5'. Setelah di tutup, kompleks inisiasi melacak sepanjang mRNA dalam arah 5' ke 3', mencari kodon awal AUG. Banyak mRNA eukariotik diterjemahkan dari AUG pertama, tetapi ini tidak selalu terjadi. Berdasarkan Aturan Kozak, nukleotida di sekitar AUG menunjukkan apakah itu adalah kodon awal yang benar. Aturan Kozak menyatakan bahwa urutan konsensus berikut harus muncul di sekitar AUG gen vertebrata: 5'-gccRccAUGG-3'. R (untuk purin) menunjukkan situs yang dapat berupa A atau G, tetapi tidak dapat berupa C atau U. Pada dasarnya, semakin dekat urutannya dengan konsensus ini, semakin tinggi efisiensi translasi.

Perpanjangan Terjemahan

Selama elongasi translasi, template mRNA memberikan spesifisitas. Saat ribosom bergerak di sepanjang mRNA, setiap kodon mRNA muncul, dan pengikatan spesifik dengan antikodon tRNA bermuatan yang sesuai dipastikan. Jika mRNA tidak ada dalam kompleks pemanjangan, ribosom akan mengikat tRNA secara nonspesifik. Perhatikan lagi penggunaan pasangan basa antara dua untai antiparalel nukleotida komplementer untuk membawa dan menjaga mesin molekuler kita tetap terdaftar dan dalam hal ini juga untuk menyelesaikan tugas "menerjemahkan" antara bahasa nukleotida dan asam amino.

Subunit ribosom besar terdiri dari tiga kompartemen: situs A mengikat tRNA bermuatan yang masuk (tRNA dengan asam amino spesifik yang melekat padanya), situs P mengikat tRNA bermuatan yang membawa asam amino yang telah membentuk ikatan dengan rantai polipeptida yang sedang tumbuh tetapi belum terdisosiasi dari tRNA yang sesuai, dan situs E yang melepaskan tRNA terdisosiasi sehingga dapat diisi ulang dengan asam amino bebas lainnya.

Pemanjangan berlangsung dengan tRNA bermuatan memasuki situs A dan kemudian bergeser ke situs P diikuti oleh situs E dengan masing-masing “langkah” kodon tunggal ribosom. Langkah-langkah ribosom diinduksi oleh perubahan konformasi yang memajukan ribosom dengan tiga basa dalam arah 3'. Energi untuk setiap langkah ribosom disumbangkan oleh faktor pemanjangan yang menghidrolisis GTP. Ikatan peptida terbentuk antara gugus amino dari asam amino yang melekat pada tRNA situs-A dan gugus karboksil dari asam amino yang melekat pada tRNA situs-P. Pembentukan setiap ikatan peptida dikatalisis oleh peptidil transferase, enzim berbasis RNA yang terintegrasi ke dalam subunit ribosom 50S. Energi untuk setiap pembentukan ikatan peptida berasal dari hidrolisis GTP, yang dikatalisis oleh faktor pemanjangan yang terpisah. Asam amino yang terikat pada tRNA situs-P juga terkait dengan rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Saat langkah ribosom melintasi mRNA, tRNA situs P sebelumnya memasuki situs E, terlepas dari asam amino, dan dikeluarkan. Ribosom bergerak di sepanjang mRNA, satu kodon pada satu waktu, mengkatalisis setiap proses yang terjadi di tiga situs. Dengan setiap langkah, tRNA bermuatan memasuki kompleks, polipeptida menjadi satu asam amino lebih lama, dan tRNA yang tidak bermuatan pergi. Hebatnya, proses ini terjadi dengan cepat di dalam sel, E. coli aparatus translasi hanya membutuhkan 0,05 detik untuk menambahkan setiap asam amino, yang berarti bahwa polipeptida 200-asam amino dapat diterjemahkan hanya dalam 10 detik.

Diskusi yang disarankan

Banyak antibiotik menghambat sintesis protein bakteri. Misalnya, tetrasiklin memblokir situs A pada ribosom bakteri, dan kloramfenikol memblokir transfer peptidil. Efek spesifik apa yang Anda harapkan dari masing-masing antibiotik ini terhadap sintesis protein?

Kode Genetik

Untuk meringkas apa yang kita ketahui sampai saat ini, proses transkripsi seluler menghasilkan messenger RNA (mRNA), salinan molekuler seluler dari satu atau lebih gen dengan alfabet A, C, G, dan urasil (U). Terjemahan template mRNA mengubah informasi genetik berbasis nukleotida menjadi produk protein. Urutan protein terdiri dari 20 asam amino yang umum terjadi; oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa alfabet protein terdiri dari 20 huruf. Setiap asam amino didefinisikan oleh urutan tiga nukleotida yang disebut triplet kodon. Hubungan antara kodon nukleotida dan asam amino yang sesuai disebut kode genetik. Mengingat jumlah "huruf" yang berbeda dalam mRNA dan "abjad" protein, berarti ada total 64 (4 × 4 × 4) kemungkinan kodon; oleh karena itu, asam amino tertentu (total 20) harus dikodekan oleh lebih dari satu kodon.

Tiga dari 64 kodon menghentikan sintesis protein dan melepaskan polipeptida dari mesin translasi. Kembar tiga ini disebut hentikan kodon. Kodon lain, AUG, juga memiliki fungsi khusus. Selain menentukan asam amino metionin, itu juga berfungsi sebagai mulai kodon untuk memulai terjemahan. Kerangka pembacaan untuk translasi diatur oleh kodon awal AUG di dekat ujung 5' mRNA. Kode genetik bersifat universal. Dengan beberapa pengecualian, hampir semua spesies menggunakan kode genetik yang sama untuk sintesis protein, yang merupakan bukti kuat bahwa semua kehidupan di Bumi memiliki asal usul yang sama.

Gambar ini menunjukkan kode genetik untuk menerjemahkan setiap triplet nukleotida, atau kodon, dalam mRNA menjadi asam amino atau sinyal terminasi dalam protein yang baru lahir. (kredit: modifikasi karya oleh NIH)
Berlebihan, tidak Ambigu

Informasi dalam kode genetik berlebihan. Beberapa kodon mengkode asam amino yang sama. Misalnya, dengan menggunakan grafik di atas, Anda dapat menemukan 4 kodon berbeda yang mengkodekan Valin, demikian juga ada dua kodon yang mengkode Leusin, dll. Tetapi kode tersebut tidak ambigu, artinya jika Anda diberi kodon Anda akan mengetahui secara pasti asam amino mana yang dikodekan, kodon hanya akan mengkode asam amino tertentu. Misalnya, GUU akan selalu mengkodekan Valin, dan AUG akan selalu mengkodekan Metionin. Ini penting, Anda akan diminta untuk menerjemahkan mRNA menjadi protein menggunakan bagan kodon seperti yang ditunjukkan di atas.

Penghentian Terjemahan

Terminasi translasi terjadi ketika kodon stop (UAA, UAG, atau UGA) ditemukan. Ketika ribosom bertemu dengan kodon stop, tidak ada tRNA yang masuk ke situs A. Sebaliknya protein yang dikenal sebagai faktor pelepasan mengikat kompleks. Interaksi ini mengacaukan mesin translasi, menyebabkan pelepasan polipeptida dan disosiasi subunit ribosom dari mRNA. Setelah banyak ribosom menyelesaikan translasi, mRNA didegradasi sehingga nukleotida dapat digunakan kembali dalam reaksi transkripsi lainnya.

Diskusi yang disarankan

Apa keuntungan dan kerugian menerjemahkan satu mRNA beberapa kali?

Kopling antara Transkripsi dan Terjemahan

Seperti dibahas sebelumnya, bakteri dan archaea tidak perlu mengangkut transkrip RNA mereka antara nukleus yang terikat membran dan sitoplasma. Oleh karena itu, RNA polimerase mentranskripsi RNA langsung ke dalam sitoplasma. Di sini ribosom dapat mengikat RNA dan memulai proses translasi, dalam beberapa kasus saat transkripsi masih terjadi. Penggabungan kedua proses ini, dan bahkan degradasi mRNA, difasilitasi tidak hanya karena transkripsi dan translasi terjadi dalam kompartemen yang sama tetapi juga karena kedua proses tersebut terjadi dalam arah yang sama - sintesis transkrip RNA terjadi pada 5' ke 3 ' arah dan terjemahan membaca transkrip dalam arah 5' ke 3'. "Penggabungan" transkripsi dengan translasi ini terjadi pada bakteri dan archaea dan, pada kenyataannya, penting untuk ekspresi gen yang tepat dalam beberapa kasus.

Beberapa polimerase dapat mentranskripsi gen bakteri tunggal sementara banyak ribosom secara bersamaan menerjemahkan transkrip mRNA menjadi polipeptida. Dengan cara ini, protein tertentu dapat dengan cepat mencapai konsentrasi tinggi dalam sel bakteri.

Penyortiran Protein

Dalam konteks Tantangan Desain sintesis protein, kami juga dapat mengajukan pertanyaan/masalah tentang bagaimana protein mencapai tujuan yang seharusnya. Kita tahu bahwa beberapa protein ditujukan untuk membran plasma, yang lain dalam sel eukariotik perlu diarahkan ke berbagai organel, beberapa protein, seperti hormon atau protein pemulung nutrisi, dimaksudkan untuk disekresikan oleh sel sementara yang lain mungkin perlu diarahkan ke bagian-bagian. sitosol untuk melayani peran struktural. Bagaimana ini terjadi?

Karena berbagai mekanisme telah terungkap, rincian proses ini tidak mudah diringkas dalam satu atau dua paragraf singkat. Namun, beberapa elemen umum kunci dari semua mekanisme dapat disebutkan. Pertama, adalah kebutuhan akan "tag" spesifik yang dapat memberikan beberapa informasi molekuler tentang di mana protein yang diinginkan ditujukan. Tag ini biasanya berbentuk untaian pendek asam amino - yang disebut peptida sinyal - yang dapat mengkodekan informasi tentang di mana protein dimaksudkan untuk berakhir. Komponen kedua yang diperlukan dari mesin pemilah protein harus berupa sistem untuk benar-benar membaca dan menyortir protein. Dalam sistem bakteri dan archaeal ini biasanya terdiri dari protein yang dapat mengidentifikasi peptida sinyal selama translasi, mengikatnya, dan mengarahkan sintesis protein yang baru lahir ke membran plasma. Dalam sistem eukariotik, pemilahan dengan kebutuhan lebih kompleks, dan melibatkan seperangkat mekanisme pengenalan sinyal yang agak rumit, modifikasi protein, dan perdagangan vesikel antara organel atau membran. Langkah-langkah biokimia ini dimulai di retikulum endoplasma dan selanjutnya "dimurnikan" di aparatus Golgi di mana protein dimodifikasi dan dikemas ke dalam vesikel yang terikat untuk berbagai bagian sel.

Beberapa dari berbagai mekanisme khusus dapat didiskusikan oleh instruktur Anda di kelas. Kuncinya untuk semua siswa itu sangat menghargai masalah dan memiliki gagasan umum tentang persyaratan tingkat tinggi yang telah diadopsi sel untuk menyelesaikannya.

Modifikasi Protein Pasca-translasi

Setelah translasi, masing-masing asam amino dapat dimodifikasi secara kimiawi. Modifikasi ini menambah variasi kimia dan sifat baru yang berakar pada kimia gugus fungsi yang ditambahkan. Modifikasi umum termasuk gugus fosfat, metil, asetat, dan gugus amida. Beberapa protein, biasanya ditargetkan ke membran akan dilipidasi - lipid akan ditambahkan. Protein lain akan diglikosilasi - gula akan ditambahkan. Modifikasi pasca-translasi umum lainnya adalah pembelahan atau pengikatan bagian-bagian dari protein itu sendiri. Sinyal-peptida dapat dibelah, bagian-bagian dapat dipotong dari bagian tengah protein, atau ikatan kovalen baru dapat dibuat antara sistein atau rantai samping asam amino lainnya. Hampir semua modifikasi akan dikatalisis oleh enzim dan semuanya mengubah perilaku fungsional protein.

Ringkasan Bagian

mRNA digunakan untuk mensintesis protein melalui proses translasi. Kode genetik adalah kodon antara kodon mRNA tiga nukleotida dan asam amino. Kode genetik "diterjemahkan" oleh molekul tRNA, yang mengasosiasikan kodon tertentu dengan asam amino tertentu. Kode genetik mengalami degenerasi karena 64 kodon triplet dalam mRNA hanya menspesifikasikan 20 asam amino dan tiga kodon stop. Ini berarti bahwa lebih dari satu kodon sesuai dengan asam amino. Hampir setiap spesies di planet ini menggunakan kode genetik yang sama.


Para pemain dalam terjemahan termasuk template mRNA, ribosom, tRNA, dan berbagai faktor enzimatik. Subunit ribosom kecil mengikat template mRNA. Terjemahan dimulai pada AUG awal pada mRNA. Pembentukan ikatan terjadi antara asam amino sekuensial yang ditentukan oleh template mRNA sesuai dengan kode genetik. Ribosom menerima tRNA bermuatan, dan saat ia melangkah di sepanjang mRNA, ia mengkatalisis ikatan antara asam amino baru dan ujung polipeptida yang sedang tumbuh. Seluruh mRNA diterjemahkan dalam “langkah” tiga nukleotida ribosom. Ketika kodon stop ditemukan, faktor pelepasan mengikat dan memisahkan komponen dan membebaskan protein baru.

Sistem Endomembran

Sistem endomembran (endo = "dalam") adalah sekelompok membran dan organel dalam sel eukariotik yang bekerja sama untuk memodifikasi, mengemas, dan mengangkut lipid dan protein. Ini termasuk amplop nuklir, lisosom, dan vesikel, yang telah kami sebutkan, dan retikulum endoplasma dan aparatus Golgi, yang akan segera kita bahas. Meskipun tidak secara teknis di dalam sel, membran plasma termasuk dalam sistem endomembran karena, seperti yang akan Anda lihat, ia berinteraksi dengan organel endomembran lainnya. Sistem endomembran tidak termasuk membran mitokondria atau kloroplas.

Protein membran dan sekretori disintesis dalam retikulum endoplasma kasar (RER). RER juga terkadang memodifikasi protein. Dalam ilustrasi ini, protein membran integral (hijau) di RE dimodifikasi dengan perlekatan karbohidrat (ungu). Vesikel dengan tunas protein integral dari RE dan menyatu dengan permukaan cis aparatus Golgi. Saat protein melewati sisterna Golgi, protein tersebut dimodifikasi lebih lanjut dengan penambahan lebih banyak karbohidrat. Setelah sintesisnya selesai, ia keluar sebagai protein membran integral dari vesikel yang bertunas dari Golgi trans wajah dan ketika vesikel menyatu dengan membran sel, protein menjadi bagian integral dari membran sel itu. (kredit: modifikasi karya Magnus Manske)

Kemungkinan diskusi

Jika protein membran perifer disintesis di lumen (dalam) RE, apakah akan berakhir di dalam atau di luar membran plasma?

Retikulum Endoplasma

NS retikulum endoplasma (RE) (lihat gambar di atas) adalah serangkaian kantung dan tubulus membran yang saling berhubungan yang secara kolektif memodifikasi protein dan mensintesis lipid. Namun, kedua fungsi ini dilakukan di area RE yang terpisah: masing-masing RE kasar dan RE halus.

Bagian berongga dari tubulus RE disebut lumen atau ruang cisternal. Membran RE, yang merupakan bilayer fosfolipid tertanam dengan protein, terus menerus dengan amplop nuklir.

RE kasar

NS retikulum endoplasma kasar (RER) Dinamakan demikian karena ribosom yang menempel pada permukaan sitoplasmanya memberikan tampilan yang bertabur jika dilihat melalui mikroskop elektron (lihat gambar di bawah).

Mikrograf elektron transmisi ini menunjukkan retikulum endoplasma kasar dan organel lain dalam sel pankreas. (kredit: modifikasi karya Louisa Howard)

Ribosom mentransfer protein yang baru disintesis ke dalam lumen RER di mana mereka mengalami modifikasi struktural, seperti pelipatan atau perolehan rantai samping. Protein yang dimodifikasi ini akan dimasukkan ke dalam membran sel—membran RE atau membran organel lain—atau disekresikan dari sel (seperti hormon protein, enzim). RER juga membuat fosfolipid untuk membran sel.

Jika fosfolipid atau protein yang dimodifikasi tidak ditakdirkan untuk tinggal di RER, mereka akan mencapai tujuannya melalui vesikel transpor yang tumbuh dari membran RER.

Karena RER terlibat dalam memodifikasi protein (seperti enzim, misalnya) yang akan disekresikan dari sel, Anda akan benar dengan mengasumsikan bahwa RER berlimpah dalam sel yang mengeluarkan protein. Ini adalah kasus dengan sel-sel hati, misalnya.

RE halus

NS retikulum endoplasma halus (SER) kontinu dengan RER tetapi memiliki sedikit atau tidak ada ribosom pada permukaan sitoplasmanya. Fungsi SER termasuk sintesis karbohidrat, lipid, dan hormon steroid; detoksifikasi obat dan racun; dan penyimpanan ion kalsium.

Dalam sel otot, SER khusus yang disebut retikulum sarkoplasma bertanggung jawab untuk penyimpanan ion kalsium yang diperlukan untuk memicu kontraksi terkoordinasi dari sel otot.

Aparat Golgi

Kami telah menyebutkan bahwa vesikel dapat bertunas dari RE dan mengangkut isinya ke tempat lain, tetapi ke mana vesikel pergi? Sebelum mencapai tujuan akhirnya, lipid atau protein di dalam vesikel pengangkut masih perlu disortir, dikemas, dan diberi tag sehingga berakhir di tempat yang tepat. Penyortiran, penandaan, pengemasan, dan distribusi lipid dan protein berlangsung di Aparatus Golgi (juga disebut badan Golgi), serangkaian membran pipih (lihat gambar di bawah).

Aparatus Golgi dalam sel darah putih ini terlihat sebagai tumpukan cincin setengah lingkaran yang rata di bagian bawah gambar. Beberapa vesikel dapat dilihat di dekat aparatus Golgi. (kredit: modifikasi karya Louisa Howard)

Sisi penerima aparatus Golgi disebut cis wajah. Sisi yang berlawanan disebut trans wajah. Vesikel pengangkut yang terbentuk dari RE bergerak ke cis menghadap, menyatu dengannya, dan mengosongkan isinya ke dalam lumen aparatus Golgi. Saat protein dan lipid berjalan melalui Golgi, mereka mengalami modifikasi lebih lanjut yang memungkinkan mereka untuk disortir. Modifikasi yang paling sering adalah penambahan rantai pendek molekul gula. Protein dan lipid yang baru dimodifikasi ini kemudian ditandai dengan gugus fosfat atau molekul kecil lainnya sehingga dapat diarahkan ke tujuan yang tepat.

Akhirnya, protein yang dimodifikasi dan diberi tag dikemas ke dalam vesikel sekretori yang tumbuh dari trans wajah Golgi. Sementara beberapa vesikel ini menyimpan isinya ke bagian lain dari sel di mana mereka akan digunakan, vesikel sekretorik lainnya menyatu dengan membran plasma dan melepaskan isinya di luar sel.

Dalam contoh lain dari fungsi berikut bentuk, sel-sel yang terlibat dalam banyak aktivitas sekretori (seperti sel-sel kelenjar ludah yang mengeluarkan enzim pencernaan atau sel-sel sistem kekebalan yang mengeluarkan antibodi) memiliki banyak Golgi.

Pada sel tumbuhan, aparatus Golgi memiliki peran tambahan untuk mensintesis polisakarida, beberapa di antaranya dimasukkan ke dalam dinding sel dan beberapa di antaranya digunakan di bagian lain sel.

Lisosom

Selain perannya sebagai komponen pencernaan dan fasilitas daur ulang organel sel hewan, lisosom dianggap sebagai bagian dari sistem endomembran. Lisosom juga menggunakan enzim hidrolitiknya untuk menghancurkan patogen (organisme penyebab penyakit) yang mungkin masuk ke dalam sel. Contoh yang baik dari hal ini terjadi pada sekelompok sel darah putih yang disebut makrofag, yang merupakan bagian dari sistem kekebalan tubuh Anda. Dalam proses yang dikenal sebagai fagositosis atau endositosis, bagian dari membran plasma makrofag berinvaginasi (melipat) dan menelan patogen. Bagian invaginasi, dengan patogen di dalamnya, kemudian terlepas dari membran plasma dan menjadi vesikel. Vesikel menyatu dengan lisosom. Enzim hidrolitik lisosom kemudian menghancurkan patogen (gambar di bawah).

Makrofag telah menelan (memfagosit) bakteri yang berpotensi patogen dan kemudian bergabung dengan lisosom di dalam sel untuk menghancurkan patogen. Organel lain ada di dalam sel tetapi untuk penyederhanaan tidak diperlihatkan.

Ringkasan Endomembran

Sistem endomembran meliputi selubung nukleus, lisosom, vesikel, RE, dan aparatus Golgi, serta membran plasma. Komponen seluler ini bekerja sama untuk memodifikasi, mengemas, menandai, dan mengangkut protein dan lipid yang membentuk membran.

RER memodifikasi protein dan mensintesis fosfolipid yang digunakan dalam membran sel. SER mensintesis karbohidrat, lipid, dan hormon steroid; terlibat dalam detoksifikasi obat-obatan dan racun; dan menyimpan ion kalsium. Penyortiran, penandaan, pengemasan, dan distribusi lipid dan protein berlangsung di aparatus Golgi. Lisosom dibuat oleh tunas membran RER dan Golgi. Lisosom mencerna makromolekul, mendaur ulang organel usang, dan menghancurkan patogen.

Respons Gratis

Latihan 1

Dalam konteks biologi sel, apa yang dimaksud dengan bentuk mengikuti fungsi? Apa setidaknya dua contoh dari konsep ini?

"Bentuk mengikuti fungsi" mengacu pada gagasan bahwa fungsi bagian tubuh menentukan bentuk bagian tubuh itu. Sebagai contoh, bandingkan lengan Anda dengan sayap kelelawar. Sementara tulang keduanya bersesuaian, bagian-bagian tersebut memiliki fungsi yang berbeda pada setiap organisme dan bentuknya telah beradaptasi untuk mengikuti fungsi tersebut.

Latihan 2

Menurut Anda, apakah membran nukleus merupakan bagian dari sistem endomembran? Mengapa atau mengapa tidak? Pertahankan jawaban Anda.

Karena permukaan luar membran nukleus bersambungan dengan retikulum endoplasma kasar, yang merupakan bagian dari sistem endomembran, maka benar dikatakan bahwa itu adalah bagian dari sistem.