STRUKTUR DAN FUNGSI RETIKULUM ENDOPLASMA

Oleh Trisna Amelia, S.Pd., M.Pd

Membran pada sel tidak hanya membrane plasma dan membrane inti saja. Namun, pada bagian sitosol dari sel terdapat struktur yang disebut dengan organel yang juga dibatasi oleh sistem membrane. Sistem membrane ini kemudian disebut sistem endomembrane (kumpulan membran-membran di dalam sel yang membentuk suatu sistem), yang membatasi 7 organel pada sel hewan (nucleus, reticulum endoplasma, badan golgi, lisosom, vesikel, vakuola, mitokondria) dan 7 organel pada sel tumbuhan (nucleus, reticulum endoplasma, badan golgi, kloroplas, vesikel, vakuola, mitokondria) [6] [3].

Organel-organel ini memiliki fungsi dan aktivitas yang mendukung kehidupan sel, di mana sturktur dan fungsi tiap organel ini tidak identic. Ketebalan membran, komposisi molekuler, dan tipe reaksi kimia yang ada pada tiap organel tidak tetap/ berubah-ubah. Retikulum endoplasma merupakan salah satu organel yang dibatasi oleh sistem endomembrane ini.

Gambar 1. RE sebagai Bagian dalam Sistem Endomembran (Alberts, dkk., 2009)

   Retikulum endoplasma merupakan struktur membran yang memanjang (struktur yang merupakan perpanjangan dari membran nucleus).

Kata endoplasma (endoplasmic) berarti dalam sitoplasma

Kata reticulum berarti jala kecil

Jumlah RE mencapai 50% dari total membran yang ada di sel eukariotik (sel mamalia 50-90% ditutupi oleh RE). Namun ada sel yang tidak memiliki RE, contohnya sel darah merah dan spermatozoa [6].

Diskusikan, apakah sel prokariotik memiliki RE? Mengapa sel darah merah dan spermatozoa tidak memiliki RE? 

Gambar 2. Mikrograf Retikulum Endoplasma (Alberts, dkk., 2009)

Karakteristik RE

  1. Retikulum endoplasma (RE) jika diamati tampak berupa lembaran berlipat-lipat, mengelilingi suatu ruangan yang disebut lumen atau sisternae yang berbentuk labirin.
  2. Jika diteliti, RE terdiri dari tubulus-tubulus, vesikel, dan kantong pipih yang menempati ruang sitoplasma.
  3. Membrane RE bersifat kontinu dan tidak terputus, serta tertutup membentuk lumen yang memisahkan dengan lingkungan sitoplasma.
  4. Secara umum RE  berperan dalam biosintesis

Semua protein transmembran yang ada pada membrane plasma dan membrane organel awalnya disintesis di RE. demikian juga protein yang berada pada lumen RE dan aparat golgi, lisosom, maupun protein yang akan disekresikan, semuanya terlebih dahulu masuk ke dalam RE. Hal inilah kemudian yang menyebabkan RE dikatakan sebagai pusat biosintesis sel.

 

  1. Dua macam RE; RE kasar (REK) atau RE granular (REG), jika permukaan membran luarnya ditempeli ribosom, dan RE halus (REH) atau RE agranular (REA) jika membrannya tidak ditempeli ribosom [2].

Gambar 3. RE Halus dan RE Kasar (Alberts, dkk., 2009)

  1. Fungsi membrane RE tidak simetris, salah satunya ditandai dengan tidak pernah ditemukan ribosom pada membrane dalam RE (baik REK maupun REH). Namun, tidak simetrisnya fungsi membrane RE tidak hanya tergantung dari ada tidaknya ribosom.
  2. Jumlah RE pada sel-sel bervariasi tergantung pada fungsi sel tersebut. Ex: pada pangkreas REK lebih banyak, sementara pada sel-sel epitel jumlah REH lebih banyak.

Jumlah total REK dan REH berubah-ubah tergantung  pada kondisi metabolism sel. Sel-sel yang mensintesis dan mensekresikan protein memiliki REK lebih banyak dibandingkan REH.

  1. Dibandingkan membrane plasma, membrane RE lebih tipis dikarenakan perbedaan komponen molekulnya.
    1. Pada membrane RE, kadar protein lebih tinggi daripada lipidnya.
    2. Kadar kolesterolnya lebih rendah dibandingkan membrane plasma sehingga membrane RE lebih stabil dan kental.
    3. Rantai asam  lemak pospolipid membrane RE lebih pendek dan banyak yang tidak jenuh, sehingga membrane RE lebih dinamis.
    4. Membran RE lebih tipis, lebih stabil dan kurang cair dibandingkan membran sel [6].  

Gambar 4. Perbandingan Membran RE dan Membran Sel (Sheeler dan Bianchi, 1987)

    1. Pada membran RE, terdapat flippase (phospholipid translocator), yaitu protein membran yang mengkatalis translokasi/ memudahkan pergerakan molekul (lipid) dari sitosol ke RE halus [6]

Gambar 5. Flippase pada Membran RE (Alberts, dkk., 2009)

  1. RE kaya akan enzim

Enzim yang banyak terdapat pada RE adalah:

  1. Enzim hydrolase; terutama glukosa-6 pospatase, dan nukleosida pospatase
  2. Enzim-enzim yang berperan dalam metabolism asam lemak, sintesis pospolipida, dan steroid
  3. Glikosiltransferase yang berperan sebagai katalisator dalam proses sintesis glikolipid dan glikoprotein
  4. Enzim yang berperan dalam pengangkutan electron; sitokrom P450 dan sitokrom b5

Tabel 1. Enzim pada Retikulum Endoplasma

 

        1. RE Kasar (REK) atau RE Granular (REG)

Permukaan membran luarnya ditempeli ribosom, karena memiliki senyawa protein reseptor ribosom (ribophorins), protein translocon, SRP (Signal Recognition Particel), SRP reseptor, dan signal peptidase. Struktur membrannya menyerupai tumpukan kantong-kantong pipih yang disebut sisterna, terhubung dengan membran luar nucleus [2].

Gambar 6. Mikrograf RE Kasar (Alberts, dkk., 2009)

Ribosom bisa menempel ke RE kasar dengan mekanisme berikut.

Ribosome “ditarget” ke RE dengan Signal Sequence pada ujung N (N-terminus) polipeptida. Signal Sequence RE terdiri dari 16-30 asam amino hidrofobik. Signal Sequence RE diikat oleh SRP masuk melalui protein translocon, melekuk dan diputus oleh signal peptidase [3].

Gambar 7. Mekanisme Pelekatan Ribosom pada Membran RE Kasar

(Alberts, dkk., 2009)

RE kasar berfungsi untuk:

    • Mensekresikan protein (Ex: pada sel pankreas yang menghasilkan insulin di RE)
    • Biosintesis (Sintesis dan Sekresi) protein membran (ex: membran plasma dan membran nukleus)
    • Modifikasi “Post-Translational” protein membran (ex: glikosilasi (glycosylation) )
    • Quality Control Protein (menyusun/ merangkai, melipat protein)

 

Peran/ Fungsi RE Kasar

  1. Biosintesis protein

Granula ribosom yang menempel pada membrane RE mensintesis rantai polipeptida yang perpanjangannya tidak berada pada sitosol, melainkan menembus membrane RE. Sebagian protein tersebut tetap berada pada membrane RE menjadi protein transmembran [4].

  • Protein transmembran diperuntukkan bagi membrane plasma atau membrane organel lain, kemudian disebut protein transmembran
  • Protein yang menembus membrane RE (masuk lumen) diperuntukkan bagi organel ataupun disektresikan ke luar sel, kemudian disebut protein luminal

Sintesis protein pada retikulum endoplasma melibatkan dua reseptor, yaitu :

  1.  reseptor yang mengenali ribosom sub unit besar dengan rantai polipeptidanya yang baru terbentuk dan
  2. reseptor yang mengikat ujung 3’mRNA yang pada eukariota ditandai dengan poli A [4].

Sintesis protein dilakukan oleh polisom atau ribosom pada membran retikulum endoplasma. Pada mRNA terdapat kodon untuk protein isyarat (signal peptida).

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

  1. mRNA keluar dari inti dan berlekatan dengan ribosom untuk memulai sintesis protein. Ribosom pada mRNA bergerak menuju start codon, dan selanjutnya mentranslasi kodon untuk protein isyarat menghasilkan protein isyarat atau signal peptida. Translasi berlangsung di dalam sitosol, dan di dalam sitosol terdapat partikel pengenal isyarat (signal recognition particel = SRP).
  2. Protein isyarat (signal peptide) berikatan partikel pengenal isyarat (SRP). Protein pengenal isyarat selanjutnya terikat pada reseptor yang terdapat pada permukaan membran reticulum endoplasma
  3. Ikatan antara protein pengenal isyarat dengan reseptornya menyebabkan saluran translokasi protein pada membrane RE terbuka dan memungkinkan polipeptida (protein isyarat) masuk ke dalam lumen retikulum endoplasma. Untuk sementara sintesis protein terhenti hingga protein isyarat menembus celah yang terdapat pada membran reticulum endoplasma.
  4. Setelah protein isyarat menembus membran reticulum endoplasma, sintesis polipeptida baru dimulai. Protein isyarat yang terdapat di dalam lumen retikulum endoplasma selanjutnya dilepaskan oleh signal peptidase.
  5. Seiring dengan terlepasnya protein isyarat, perpanjangan polipeptida berlangsung di dalam lumen hingga ribosom mencapai kodon stop. Selanjutnya polipeptida baru dilepaskan kedalam lumen. Ribosom yang telah selesai melaksanakan translasi mengalami disosiasi dan terlepas di dalam sitoplasma [1].

Gambar 8. Mekanisme Sintesis Protein pada RE (Alberts, dkk., 2009)

  1. Glikosilasi

Glikolisasi merupakan modifikasi pasca translasi yang terjadi di dalam sistem ekspresi sel eukariotik dgn penambahan gugus gula (glikosil) pada untaian polipeptida Sebagian besar protein yang berada di sisternae RE sebelum dibawa ke golgi, lisosom, membrane sel atau ruang antar sel, merupakan molekul glikoprotein, yaitu molekul protein yang memiliki rantai oligosakarida. Rantai oligosakarida ini terdiri dari 14 molekul monosakarida yang masing-masing berupa N-Asetil-glukosamin, manosa dan glukosa [4].

Proses glikosilasi dapat terjadi dalam 2 bentuk: O-linked glycosylation, dan N-linked glycosylation.

O-linked glycosylkation:

      • Penambahan gugus gula pada gugus OH dari asam amino Ser (Serine) dan Thr (Threonin)
      • Kebanyakan hanya terjadi penambahan 1-4 kelompok gula

N-linked glycosylation:

      • Penambahan gula pada gugus amine-N dari Asn (Asn-X-Ser/Thr atau pada atom N asparagin)
      • Penambahan gugus gula dengan cara ini lebih kompleks karena melibatkan lebih banyak gugus gula.
      • Molekul oligosakarida terikat pada molekul lipid yang terdapat pada selaput RE. Molekul lipid ini disebut sebagai dolichol. Pengikatan oligosakatida pada dolichol terjadi secara bertahap, gula per gula diikat pada dolikol, setelah lengkap kemudian diikatkan pada protein yang terbentuk di dalam lumen [1].

Gambar 9. Glikosilasi (Alberts, dkk., 2009)

 

  1. Mengontrol kualitas protein

Protein adalah molekul yang konfirmasinya dinamis dan dapat mengalami pelipatan (folding) dan penguraian dalam kisaran waktu milidetik. Secara umum, urutan protein asli sel melipat menjadi unik tiga-dimensi (3D), yaitu struktur yang mampu melaksanakan fungsi spesifik protein.  Teori lama menyatakan protein melipat (folding) untuk menciptakan bentuk karakteristik dan fungsi biologis [5].

Gambar 10. Proses Folding Protein (Alberts, dkk., 2009)

Protein yang terfolding sempurna akan menjadi protein fungsional, sedangkan protein unfolded (tidak terlipat) atau misfolded (kesalahan lipatan) tidak dapat berfungsi dan akan memicu terjadinya denaturasi protein. Pelipatan protein ini berlangsung di RE.

Protein yang unfold, akan memberi signal ke RE, sehingga dibutuhkan Chaperon yang akan mengaktivasi enzim transmembran kinase. Protein regulator gen akan masuk ke nucleus mengaktivasi chaperon RE [3].

Gambar 11. Pelipatan Protein dengan Bantuan Chaperon (Alberts, dkk., 2009)

Chaperon merupakan protein yang membantu pelipatan/ pembongkaran lipatan nonkovalen dan pemasangan/ pelepasan protein dengan struktur makromolekul lain, berfungsi terutama jika terjadi kesalahan pelipatan protein. 

Gambar 12. Mekanisme Penjagaan Kualitas Protein pada RE dengan Bantuan Chaperon (Alberts, dkk., 2009)

 

  1. Mensekresikan protein

Sekresi protein merupakan mekanisme mengeluarkan protein dari RE ke tempat di mana protein dibutuhkan. Terdapat 2 jalur dalam sekresi protein: jalur sekresi (secretory pathway), dan jalur endositik (endocytic pathway) [5].

Jalur sekresi terjadi jika protein yang disintesis di RE, ditransport ke badan golgi (untuk modifikasi protein), kemudian disekresikan ke berbagai tujuan melalui pembentukan lisosom. Tujuan ini bisa ke luar sel, ke membran sel, atau ke organel yang membutuhkan.

Jalur endositik terjadi jika jalurnya melawan jalur sekresi, artinya protein  yang dikeluarkan dari badan golgi tidak disekresikan namun berfusi dengan endosome. 

Gambar 13. Dua Jalur Sekresi Protein (Alberts, dkk., 2009)

B.    RE halus (REH) atau RE agranular (REA)

Membran RE halus tidak ditempeli ribosom. Struktur membrannya menyerupai anyaman saluran-saluran halus.

Gambar 14. Retikulum Endoplasma Halus (Alberts, dkk., 2009)

 

Fungsi/ Peran RE Halus

  1. Biosintesis fosfolipid dan kolesterol

Semua lipid yang digunakan untuk mengganti membrane plasma dibentuk pada REH, yaitu fosfolipid, glikolipid dan kolesterol. Fosfolipid yang disintesis adalah pospatidilcolin (PC). PC dibuat dari gliserol-pospat dari kalin.

RE juga menghasilkan seramida. Seramida dibawa ke golgi, pada golgi menjadi glikosfingolipida dan sfingomielin. Jadi dua jenis molekul lipid ini dibuat di golgi karena enzim yang berperan sebagai katalisator pembentukkannya berada pada membrane golgi.

Sintesis kolesterol dari asam asetat berlangsung di selaput RE. dari membrane RE, kolesterol dibawa ke membrane mitokondria untuk diubah menjadi pregnenolon, yang merupakan zat hormone steroid. Proses ini melibatkan mitokondria karena melibatkan O2, NADPH, dan sitokrom P450. Kemudian pregnenolon dibawa kembali ke RE untuk diselesaikan pembentukkannya menjadi hormone steroid [5].

  1. Detoksifikasi

Detoksifikasi artinya proses menetralkan senyawa-senyawa racun, senyawa-senyawa yang berbahaya diubah menjadi tidak berbahaya. Enzim pada RE halus yang banyak berperan dalam detoksifikasi adalah Sitokrom P450.  Proses detoksifikasi banyak berlangsung di hati, tapi juga ada di usus, ginjal, paru-paru, dan kulit. Di dalam selaput RE halus pada sel-sel organ ini, racun yang sebagian besar terlarut di dalam lipid, dibuat tidak aktif oleh serangkaian reaksi yang umumnya adalah reaksi oksidasi. Contohnya adalah reaksi hidroksilasi, yaitu reaksi kimia yang dapat meningkatkan saya larut senyawa-senyawa tersebut dalam air, sehingga lebih mudah dikeluarkan dari tubuh.

  1. Pengaturan Gula (Glukosa) dalam Darah (Melalui Hidrolisis Glikogen menjadi Glukosa)

Gula tersimpan di liver (jaringan hati) dalam bentuk glikogen, di keluarkan ke darah dalam bentuk glukosa. Ketika diperlukan, glikogen diubah menjadi glukosa 1-pospat oleh enzim glikogen posporilase. Kemudia diubah menjadi glukosa 6-pospat oleh enzim phosphoglucomutase yang ada di sitosol.

Kondisinya, membran plasma impermeable (tidak dapat dilalui) oleh gula terphosporilasi, maka glukosa 6-pospat harus didephosphorilasi terlebih dahulu dengan enzim glukosa 6-phosphatase. Enzim ini terikat pada membran RE halus. Dengan bantuan enzim ini, glukosa 6-pospat diubah menjadi glukosa. Glukosa keluar melewati membran plasma dengan bantuk enzim permease, yang juga ada pada membran RE halus.

Gambar 15. Mekanisme Mengeluarkan Glukosa dengan Melibatkan Enzim dari REH (Alberts, dkk., 2009)

  1. Pengaturan Ion Kalsium (pada Otot Rangka/)

Retikulum sarkoplasma merupakan istilah bagi RE halus yang terdapat pada sel otot, fungsinya menyimpan dan melepaskan ion kalsium pada badan sel otot.

Retikulum sarkoplasma mirip dengan struktur retikulum endoplasma, kecuali untuk bermacam-macam protein yang dikandungnya. Perbedaan ini menyebabkan fungsinya cukup berbeda dalam tubuh. Retikulum sarkoplasma menyimpan jumlah besar kalsium dan kemudian melepaskan ketika otot-otot menjadi terangsang,

Gambar 16. Retikulum Sarkoplasma pada Sel Otot (Alberts, dkk., 2009)

Gambar 17. Pelepasan Ion Kalsium pada Retikulum Sarkoplasma (Alberts, dkk., 2009)

Cermati dan pelajari video mengenai Struktur dan Fungsi Retikulum Endoplasma pada link berikut.

 

REFERENSI

  1. Alberts, Bruce,  Hopkin Johnson, Lewis Raff, Roberts Walter, 2009, Essential Cell Biology: 3rd Edition. Retrieved on July 20 2015 from http://www.garlandscience.com
  2. Bolsover, Stephen, Jeremy S. Hyam, Elizabeth A. Stephard, Hugh A, White, Claudia G. Wiedemann, 2003, Cell Biology; A Short Course, Retrieved on July 20 2015 from http://www.garlandscience.com
  3. English, Amber, Gia K. Voeltz. 2013. Endoplasmic Reticulum Structure and Interconnections with Other Organelles, Cold Spring Harb Perspect Biol, Retrieved on September 7 2017 from http://cshperspectives.cshlp.org/content/5/4/a013227.full.pdf+html
  4. Karp, Gerald, 2010, Cell and Molecular Biology: Concept and Experiment, Retrieved on August 4th 2017 from http://dosequis.colorado.edu/Courses/MCDB3145/Docs/Karp-120-171.pdf
  5. Sheeler, P. and D. E. Bianchi. 1987. Cell and Molecular Biology. Third Edition. John Wesley and Sons, Inc. New York.
  6. Kimbal, J. W. 1990. Biologi. Terjemahan dari Biology oleh Hj. Siti Sutarmi dan N. Sugiri. IPB. Bogor. Bumi Aksara. Jakarta.