Struktur dan Fungsi Lisosom, Peroksisom, dan Sitoskeleton A. Lisosom Lisosom adalah organel yang termasuk dalam sistem endomembran, produk atau hasil ER kasar dan Golgi aparatus. Lisosom merupakan kantung terikat membran yang berisi enzim hidrolitik yang digunakan untuk mencerna makromolekul. Nama lisosom berasal dari dua kata Latin yang berarti badan pemecahan. Terdapat enzim lisosom yang dapat menghidrolisis protein, polisakarida, lemak, dan asam nukleat. Enzim-enzim tersebut bekerja sangat baik pada keadaan asam kira-kira pada ph 5. Struktur Lisosom 1. Membran lisosom Membran lisosom sebagai suatu kompartemen di mana enzim pencernaan disimpan secara aman terpisah dari bagian sitoplasma yang lain. Untuk menyediakan pH asam bagi enzim hidrolitik, membran lisosom mempunyai pompa H+ yang menggunakan energi dari hidrolisis ATP. Membran lisosom juga sangat terglikosilasi yang dikenal denganlysosomal-associated membrane proteins (LAMP). Sampai saat ini sudah terdeteksi LAMP-1, LAMP-2, dan CD63/LAMP-3. LAMP berguna sebagai reseptor penerimaan kantong vesikel pada lisosom. 2. Enzim Hidrolitik Enzim hidrolitik dibuat pada retikulum endoplasma, yang mengalami pemaketan di badan Golgi dan kemudian ke endosom lanjut yang nantinya akan menjadi lisosom. Untuk prosesnya ini, enzim ini mempunyai molekul penanda unik, yaitu manosa 6fosfat (M6P) yang berikatan dengan oligosakarida terikat-N. Fungsi Lisosom Fungsi utama lisosom adalah berperan dalam pencernaan intrasel. Fungsi lisosom ada 3 yaitu endositosis, fagositosis, dan autofagi. 1. Endositosis Endositosis ialah pemasukan makromolekul dari luar ke dalam sel melalui mekanisme endositosis, yang kemudian materi-materi ini akan dibawa ke vesikel kecil dan tidak beraturan, yang disebut endosom awal. Beberapa materi tersebut dipilah, ada yang digunakan kembali (dibuang ke sitoplasma), yang tidak dibawa ke endosom lanjut. Di endosom lanjut, materi tersebut bertemu pertama kali dengan enzim hidrolitik. Di dalam endosom awal, pH sekitar 6. Terjadi penurunan pH (5) pada endosom lanjut sehingga terjadi pematangan dan membentuk lisosom. 2. Fagositosis Fagositosis merupakan proses pemasukan partikel berukuran besar dan mikroorganisme seperti bakteri dan virus ke dalam sel. Pertama, membran akan membungkus partikel atau mikroorganisme dan membentuk fagosom. Kemudian, fagosom akan berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (endosom lanjut). 3. Autofagi Proses autofagi untuk pembuangan dan degradasi bagian sel sendiri, organel yang tidak berfungsi lagi. Bagian dari retikulum endoplasma kasar menyelubungi organel dan membentuk autofagosom. Lalu autofagosom berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (atau endosom lanjut). Proses ini berguna pada sel hati, transformasi berudu menjadi katak, dan embrio manusia. Fungsi lain: y y y · Lisosom memiliki beberapa tipe fungsi pencernaan. Lisosom bergabung dengan vakuola makanan, sehingga makanan dapat dicerna enzim yang dimiliki lisosom menjadi molekul-molekul kecil. Molekul kecil hasilnya meninggalkan lisosom dan digunakan lagi oleh sel. · Lisosom juga menghancurkan bakteri yang membahayakan. Sel darah putih kita memasukkan bakteri ke dalam vakuola untuk mencernakan dinding sel bakteri. · Lisosom juga berfungsi penting pada perkembangan embrio. Contohnya, enzim lisosom menghancurkan sel-sel selaput yang menghubungkan antara jari-jari pada tahapan perkembangan awal manusia. Lisosom yang abnormal menyebabkan penyakit yang fatal atau menyebabkan kematian. B. Peroksisom Peroksisom (bahasa Inggris: peroxysome) adalah ruangan metabolisme (organel) yang terbungkus oleh membran tunggal dari lipid dwilapis yang mengandung protein pencerap (reseptor). Peroksisom tidak memiliki genom dan mengandung sekitar 50 enzim, seperti katalase dan ureat oksidase yang mengkristal di pusatnya. Peroksisom ditemukan pada semua sel eukariota. Peroksisom mengandung enzim yang mentransfer hydrogen peroksida (H2O2) sebagai produk samping. Peroksisom sel hewan dan Tumbuhan y Pada tumbuhan terdapat dua macam peroksisom sedangkan pada hewan terdapat satu macam peroksisom. Salah satu fungsi penting biosintetik dari peroksisom hewan adalah untuk mengkatalisis reaksi pertama dari pembentukan plasmalogen. Plasmalogen merupakan jenis phospolipid terbanyak pada myelin. Kekurangan plasmalogen ini menyebabkan myelin pada sel saraf menjadi abnormal, karena itulah kerusakan peroksisom berujung pada kerusakan saraf. y Peroksisom juga sangat penting dalam tumbuhan. Terdapat dua jenis peroksisom sudah yang diteliti secara ekstensif. Tipe pertama terdapat pada daun, yang berfungsi untuk mengkatalisis produk sampingan dari reaksi pengikatan CO2 pada karbohidrat, yang disebut fotorespirasi. Reaksi ini disebut fotorespirasi karena menggunakan O2 dan melepaskan CO2. Tipe peroksisom lainnya, terdapat dalam biji yang sedang berkecambah. Peroksisom khusus yang disebut glioksisom ditemukan dalam jaringan penyimpan lemak biji tumbuhan. Mengandung enzim yang mengawali pengubahan asam lemak menjadi gula, digunakan biji yang sedang tumbuh sebagai sumber energy dan sumber karbon sampai tumbuhan tersebut bisa menghasilkan gula sendiri melalui proses fotosintesis. Fungsi Peroksisom y y y Beberapa peroksisom menggunakan oksigen untuk memecah asam lemak dan diangkut ke mitokondria sebagai bahan bakar respirasi seluler. Dalam hati peroksisom menawarkan racun alkohol dan senyawa beracun lainnya, dengan mentransfer hydrogen dari racun ke oksigen. H2O2 yang dihasilkan juga berbahaya kemudian diubah menjadi air oleh enzim di peroksisom. Peroksisom tumbuh dengan menggabungkan lipid dan protein dalam sitosol, berkembang dengan membelah diri menjadi dua sampai ukuran tertentu. C. Sitoskeleton Awalnya organel sel eukariotik mengambang di sitosol. Tetapi penyempurnaan membuktikan adanya sitoskeleton. Sitoskeleton berperan dalam pengaturan aktivitas dan struktur sel. Fungsinya memberikan dorongan mekanis dan mempertahankan bentuk sel. Ini sangat penting untuk sel hewan yang tidak memiliki dinding sel. Sitoskeleton juga ikut berperan dalam motilitas (gerak). Motilitas biasanya membutuhkan interaksi antara sitoskeleton dengan protein (molekul motor). Molekul motor sitoskeleton menggoyangkan flagel dan silia sehingga otot berkontraksi Sitoskeleton atau rangka sel tersusun atas tiga jenis serabut yang berbeda, yaitu: mikrofilamen, mikrotubulus, dan filamen antara. 1. Mikrofilamen atau filamen aktin Sekitar 6 nm diameter, filamen jenis ini terdiri dari dua rantai terjalin dan tipis. Mikrofilamen yang paling terkonsentrasi tepat di bawah membran sel , dan bertanggung jawab untuk melawan ketegangan dan mempertahankan bentuk sel, membentuk tonjolan cytoplasmatic (seperti pseudopodia dan mikrovili ± meskipun ini dengan mekanisme yang berbeda), dan partisipasi dalam beberapa sel-sel atau sambungan sel-ke-matriks. Dalam kaitannya dengan peran ini terakhir, mikrofilamen penting untuk transduksi . Mereka juga penting untuk sitokinesis (khusus, pembentukan alur belahan dada ) dan, bersama dengan myosin , kontraksi otot . aktin /myosin interaksi juga membantu menghasilkan sitoplasma streaming dalam sel yang paling. 2. Mikrotubulus Mikrotubulus adalah silinder berongga sekitar 23 nm dan berbentuk benang silindris, kaku, berfungsi untuk mempertahankan bentuk sel dan sebagai ³rangka sel´. Contoh organel ini antara lain benang-benang gelembung pembelahan. Mikrotubulus tersusun atas bola-bola molekul yang disebut tubulin. Selain itu mikrotubulus berguna dalam pembentukan sentriol, flagela dan silia. Sentriol berbentuk silindris dan disusun oleh mikrotubulus yang sangat teratur. Pada saat membelah, sentriol akan membentuk benang-benang gelendong inti. Silia dan flagella merupakan tonjolan yang dapat bergerak bebas dan dijulurkan. Dalam sembilan set triplet (berbentuk bintang), mereka membentuk sentriol , dan di sembilan doublet berorientasi sekitar dua mikrotubulus tambahan (roda berbentuk) mereka membentuk silia dan flagela. Pembentukan yang terakhir ini sering disebut sebagai ³9 +2 pengaturan, dimana setiap doublet terhubung ke lain dengan protein dynein . Karena kedua flagella dan silia merupakan komponen struktural dari sel, dan dipelihara oleh mikrotubulus, mereka dapat dianggap sebagai bagian dari sitoskeleton. Mikrotubulus merupakan serabut penyusun sitoskeleton terbesar. Mikrotubulus mempunyai fungsi mengarahkan gerakan komponen-komponen sel, mempertahankan bentuk sel, serta membantu pembelahan sel secara mitosis. Jadi, mereka memainkan peran kunci dalam: § transportasi intraseluler (terkait dengan dyneins dan kinesins , mereka transportasi organel seperti mitokondriaatau vesikel ). § yang axoneme dari silia dan flagela . § itu gelendong mitosis . § sintesis dinding sel pada tumbuhan 3. Filamen Intermediet (Serabut antara) Filamen intermediet adalah rantai molekul protein yang berbentuk untaian saling melilit, berdiameter 8-10 nm. Disebut serabut antara karena berukuran diantara ukuran mikrotubulus dan mikrofilamen. Serabut ini tersusun atas protein yang disebut fimetin. Akan tetapi, tidak semua sel tersusun atas fimetin, contohnya sel kulit tersusun oleh protein keratin. filamen intermediate yang berbeda: § terbuat dari vimentins , menjadi dukungan struktural umum banyak sel. § terbuat dari keratin , yang ditemukan di kulit sel-sel, rambut dan kuku . § neurofilaments sel saraf. § terbuat dari Lamin , memberikan dukungan struktural pada amplop nuklir. Siklus Krebs merupakan tahapan utama kedua dalam reaksi respirasi sel. Siklus ini dipublikasikan oleh Hans Krebs (1900-1981). Reaksi tersebut dinamakan juga dengan siklus asam sitrat atau daur asam trikarboksilat. Siklus Krebs terjadi di mitokondria dengan menggunakan bahan utama berupa asetil-CoA, yang dihasilkan dari proses dekarboksilasi oksidatif. Ada delapan tahapan utama yang terjadi selama siklus Krebs. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Kondensasi Isomerasi sitrat Produksi CO2 oleh enzim dengan bantuan NADH Dekarboksilasi oksidatif kedua Fosforilasi tingkat substrat Dehidrogenasi terpaut flavin Hidrasi ikatan ganda karbon fumarat Reaksi dehidrogenasi yang menghasilkan oksaloasetat (Sumber: Krebs Cycle) Masing-masing tahapan dari siklus Krebs memiliki enzim spesifik dan senyawa yang berbedabeda (Sumber: Citric acid cycle). 1. Kondensasi Kondensasi merupakan reaksi penggabungan molekul asetil-CoA dengan oksaloasetat membentuk asam sitrat. Enzim yang bekerja dalam reaksi ini adalah enzim asam sitrat sintetase. 2. Isomerase sitrat Tahapan ini dibantu oleh enzim aconitase, yang menghasilkan isositrat. 3. Produksi CO2 Dengan bantuan NADH, enzim isositrat dehidrogenase akan mengubah isositra menjadi alfaketoglutarat. Satu molekul CO2 dibebaskan setiap satu reaksi. 4. Dekarboksilasi oksidatif kedua Tahapan reaksi ini mengubah alfa-ketoglutara menjadi suksinil-CoA. Reaksi dikatalisasi oleh enzim alfa-ketoglutarat dehidrogenase. 5. Fosforilasi tingkat substrat Respirasi seluler juga menghasilkan ATP dari tahapan ini. Reaksi pembentukan ATP inilah yang dinamakan dengan fosforilasi, karena satu gugus posfat akan ditambahkan ke ADP menjadi ATP. Pada awalnya, suksinil-CoA akan diubah menjadi suksinat, dengan mengubah GDP + Pi menjadi GTP. GTP tersebut akan digunakan untuk membentuk ATP. 6. Dehidrogenasi Suksinat yang dihasilkan dari proses sebelumnya akan didehidrogenasi menjadi fumarat dengan bantuan enzim suksinat dehidrogenase. 7. Hidrasi dan regenerasi oksaloasetat Dua tahapan ini merupakan akhir dari Siklus Krebs. Hidrasi merupakan penambahan atom hidrogen pada ikatan ganda karbon (C=C) yang ada pada fumarat sehingga menghasilkan malat. Malat dehidrogenase mengubah malat menjadi oksaloasetat. Oksaloasetat yang dihasilkan berfungsi untuk menangkap asetil-CoA, sehingga siklus Krebs akan terus berlangsung. Adapun hasil dari Siklus Krebs adalah ATP, FADH2, NADH dan CO2. Siklus akan menghasilkan 2 molekul CO2, yang dilepaskan. Jumlah molekul NADH yang dihasilkan adalah 6 molekul, sedangkan FADH adalah 2 molekul. ATP yang diproduksi secara langsung ada sebanyak 2 molekul, yang merupakan hasil dari reaksi fosforilasi tingkat substrat. FADH2 dan NADH merupakan molekul penting yang akan digunakan dalam tahapan transpor elektron. Kedua molekul tersebut membawa elektron yang dihasilkan dari berbagai tahapan reaksi dalam Siklus Krebs. Setiap molekul NADH akan dioksidasi lewat transpor elektron sehingga menghasilkan 3 ATP per molekul, sedangkan satu molekul FADH2 menghasilkan 2 molekul ATP.