Retikulum Endoplasma (Kasar & Halus): Struktur & Fungsi (dengan Diagram)

Salah satu cara paling sederhana untuk memahami struktur dan fungsi organel ditempatkan di dalam sel – dan biologi sel secara keseluruhan – adalah membandingkannya dengan hal-hal dunia nyata.

Misalnya, masuk akal untuk menggambarkan aparatus golgi sebagai pabrik pengepakan atau kantor pos karena perannya untuk menerima, memodifikasi, memilah dan mengirimkan muatan sel.

Organel tetangga badan Golgi, the retikulum endoplasma, paling baik dipahami sebagai pabrik pembuatan sel. Pabrik organel ini membangun biomolekul yang diperlukan untuk semua proses kehidupan. Ini termasuk protein dan lipid.

Anda mungkin sudah tahu betapa pentingnya membran untuk sel eukariotik; retikulum endoplasma, yang meliputi kedua retikulum endoplasma kasar dan retikulum endoplasma halus, mengambil lebih dari setengah dari real estate membran dalam sel hewan.

Akan sulit untuk melebih-lebihkan betapa pentingnya organel pembentuk biomolekul bermembran ini bagi sel.

Ilmuwan pertama yang mengamati retikulum endoplasma – saat mengambil mikrograf elektron pertama dari sebuah sel – dikejutkan oleh penampilan retikulum endoplasma.

Bagi Albert Claude, Ernest Fullman dan Keith Porter, organel itu tampak “seperti renda” karena lipatan dan ruang kosongnya. Pengamat modern lebih cenderung menggambarkan penampilan retikulum endoplasma seperti pita yang dilipat atau bahkan permen pita.

Struktur unik ini memastikan bahwa retikulum endoplasma dapat melakukan peran pentingnya di dalam sel. Retikulum endoplasma paling baik dipahami sebagai membran fosfolipid dilipat kembali untuk menciptakan struktur seperti labirin yang khas.

Cara berpikir lain tentang struktur retikulum endoplasma adalah sebagai jaringan kantong dan tabung datar yang dihubungkan oleh membran tunggal.

Membran fosfolipid yang terlipat ini membentuk lengkungan yang disebut tangki air. Cakram datar membran fosfolipid ini tampak bertumpuk saat melihat penampang retikulum endoplasma di bawah mikroskop yang kuat.

Ruang yang tampaknya kosong di antara kantong-kantong ini sama pentingnya dengan membran itu sendiri.

Daerah-daerah ini disebut lumen. Ruang internal yang membentuk lumen penuh dengan cairan dan, berkat cara melipatnya meningkatkan luas permukaan keseluruhan organel, sebenarnya membentuk sekitar 10 persen dari sel volume keseluruhan.

Retikulum endoplasma mengandung dua bagian utama, dinamai berdasarkan penampilannya: retikulum endoplasma kasar dan retikulum endoplasma halus.

Struktur area organel ini mencerminkan peran khusus mereka di dalam sel. Di bawah lensa mikroskop, membran fosfolipid dari membran endoplasma kasar tampak tertutup titik-titik atau tonjolan.

Ini adalah ribosom, yang memberikan retikulum endoplasma kasar tekstur bergelombang atau kasar (dan karenanya namanya).

Ribosom ini sebenarnya adalah organel yang terpisah dari retikulum endoplasma. Sejumlah besar (hingga jutaan!) dari mereka terlokalisasi di permukaan retikulum endoplasma kasar karena mereka sangat penting untuk tugasnya, yaitu sintesis protein. RER ada sebagai lembaran bertumpuk yang berputar bersama, dengan tepi berbentuk heliks.

Sisi lain dari retikulum endoplasma – retikulum endoplasma halus – terlihat sangat berbeda.

Sementara bagian organel ini masih mengandung sisterna terlipat, seperti labirin dan lumen berisi cairan, permukaan sisi membran fosfolipid ini tampak halus atau licin karena retikulum endoplasma halus tidak mengandung ribosom.

Bagian retikulum endoplasma ini mensintesis lemak daripada protein, sehingga tidak memerlukan ribosom.

Retikulum endoplasma kasar, atau RER, mendapatkan namanya dari penampilannya yang kasar atau bertabur berkat ribosom yang menutupi permukaannya.

Ingatlah bahwa seluruh retikulum endoplasma bertindak seperti pabrik untuk for biomolekul yang diperlukan untuk kehidupan, seperti protein dan lipid. RER adalah bagian dari pabrik yang didedikasikan untuk hanya memproduksi protein.

Beberapa protein yang diproduksi di RER akan tetap berada di retikulum endoplasma selamanya.

Untuk alasan ini, para ilmuwan menyebut protein ini protein penduduk. Protein lain akan mengalami modifikasi, penyortiran, dan pengiriman ke area sel lainnya. Namun, sejumlah besar protein yang dibangun di RER diberi label untuk sekresi dari sel.

Ini berarti bahwa setelah modifikasi dan penyortiran, protein sekretori ini akan berjalan melalui transporter vesikel melalui membran sel untuk pekerjaan di luar sel.

Lokasi RER di dalam sel juga penting untuk fungsinya.

RER berada tepat di sebelah inti dari sel. Faktanya, membran fosfolipid retikulum endoplasma sebenarnya terhubung dengan penghalang membran yang mengelilingi nukleus, yang disebut nukleus. amplop nuklir atau membran inti.

Susunan ketat ini memastikan bahwa RER menerima informasi genetik yang dibutuhkan untuk membangun protein langsung dari nukleus.

Hal ini juga memungkinkan RER untuk memberi sinyal ke nukleus ketika pembentukan protein atau pelipatan protein menjadi serba salah. Berkat kedekatannya, retikulum endoplasma kasar dapat dengan mudah mengirimkan pesan ke nukleus untuk memperlambat produksi sementara RER mengejar backlog.

Sintesis protein umumnya bekerja seperti ini: Inti setiap sel berisi satu set lengkap DNA.

DNA ini seperti cetak biru yang dapat digunakan sel untuk membangun molekul seperti protein. Sel mentransfer informasi genetik yang diperlukan untuk membangun protein tunggal dari nukleus ke ribosom di permukaan RER. Para ilmuwan menyebut proses ini transkripsi karena sel menyalin, atau menyalin, informasi ini dari DNA asli menggunakan pembawa pesan.

Ribosom yang melekat pada RER menerima pembawa pesan yang membawa kode yang ditranskripsikan dan menggunakan informasi itu untuk membuat rantai spesifik asam amino.

Langkah ini disebut terjemahan karena ribosom membaca kode data pada pembawa pesan dan menggunakannya untuk memutuskan urutan asam amino dalam rantai yang mereka bangun.

Rangkaian asam amino ini adalah unit dasar protein. Akhirnya, rantai tersebut akan terlipat menjadi protein fungsional dan bahkan mungkin menerima label atau modifikasi untuk membantu mereka melakukan pekerjaan mereka.

Lipatan protein umumnya terjadi di bagian dalam RER.

Langkah ini memberikan protein bentuk tiga dimensi yang unik, yang disebut konformasi. Pelipatan protein sangat penting karena banyak protein berinteraksi dengan molekul lain menggunakan bentuknya yang unik untuk terhubung seperti kunci yang pas ke gembok.

Protein yang salah lipat mungkin tidak berfungsi dengan baik, dan kerusakan ini bahkan dapat menyebabkan penyakit pada manusia.

Sebagai contoh, para peneliti sekarang percaya bahwa masalah dengan lipatan protein dapat menyebabkan gangguan kesehatan seperti tipe 2. diabetes, fibrosis kistik, penyakit sel sabit, dan masalah neurodegeneratif seperti penyakit Alzheimer dan Parkinson penyakit.

Enzim adalah kelas protein yang memungkinkan terjadinya reaksi kimia di dalam sel, termasuk proses-proses yang terlibat dalam metabolisme, yang merupakan cara sel mengakses energi.

Enzim lisosom membantu sel memecah isi sel yang tidak diinginkan, seperti organel tua dan protein yang salah lipat, untuk memperbaiki sel dan memanfaatkan bahan limbah untuk energinya.

Protein membran dan protein pensinyalan membantu sel berkomunikasi dan bekerja sama. Beberapa jaringan membutuhkan sejumlah kecil protein sementara jaringan lain membutuhkan banyak. Jaringan ini biasanya mendedikasikan lebih banyak ruang untuk RER daripada jaringan lain dengan kebutuhan sintesis protein yang lebih rendah.

•••Sains

Retikulum endoplasma halus, atau SER, tidak memiliki ribosom, sehingga membrannya terlihat seperti tubulus halus atau licin di bawah mikroskop.

Ini masuk akal karena bagian retikulum endoplasma ini membangun lipid, atau lemak, daripada protein, dan karenanya tidak membutuhkan ribosom. Lipid ini mungkin termasuk asam lemak, fosfolipid dan molekul kolesterol.

Fosfolipid dan kolesterol dibutuhkan untuk membangun membran plasma di dalam sel.

SER menghasilkan hormon lipid yang diperlukan untuk berfungsinya sistem endokrin.

Ini termasuk hormon steroid yang terbuat dari kolesterol, seperti estrogen dan testosteron. Karena peran utama SER dalam produksi hormon, sel-sel yang membutuhkan banyak hormon steroid, seperti yang ada di testis dan ovarium, cenderung mendedikasikan lebih banyak real estat seluler ke SER.

SER juga terlibat dalam metabolisme dan detoksifikasi. Kedua proses ini terjadi di sel hati, sehingga jaringan hati biasanya memiliki SER yang lebih banyak.

Ketika sinyal hormon menunjukkan bahwa simpanan energi rendah, ginjal dan sel hati memulai jalur penghasil energi yang disebut glukoneogenesis.

Proses ini menciptakan glukosa sumber energi penting dari sumber non-karbohidrat di dalam sel. SER dalam sel hati juga membantu sel-sel hati membuang racun. Untuk melakukan ini, SER mencerna bagian dari senyawa berbahaya untuk membuatnya larut dalam air sehingga tubuh dapat mengeluarkan racun melalui urin.

Bentuk retikulum endoplasma yang sangat terspesialisasi muncul di beberapa sel otot, dipanggil miosit. Bentuk ini disebut retikulum sarkoplasma, biasanya ditemukan di jantung (jantung) dan sel otot rangka.

Dalam sel-sel ini, organel mengatur keseimbangan ion kalsium yang digunakan sel untuk mengendurkan dan mengontraksikan serat otot. Ion kalsium yang tersimpan menyerap ke dalam sel-sel otot saat sel-sel rileks dan dilepaskan dari sel-sel otot selama kontraksi otot. Masalah dengan retikulum sarkoplasma dapat menyebabkan masalah medis yang serius, termasuk gagal jantung.

Anda sudah tahu bahwa retikulum endoplasma adalah bagian dari sintesis dan pelipatan protein.

Pelipatan protein yang tepat sangat penting untuk membuat protein yang dapat melakukan tugasnya dengan benar, dan seperti yang disebutkan sebelumnya, salah melipat dapat menyebabkan protein berfungsi dengan tidak benar atau tidak berfungsi sama sekali, mungkin menyebabkan kondisi medis yang serius seperti tipe 2. diabetes.

Untuk alasan ini, retikulum endoplasma harus memastikan bahwa hanya protein yang terlipat dengan benar yang diangkut dari retikulum endoplasma ke aparatus Golgi untuk pengemasan dan pengiriman.

Retikulum endoplasma memastikan kontrol kualitas protein melalui mekanisme yang disebut respons protein yang tidak terlipat, atau UPR.

Ini pada dasarnya adalah pensinyalan sel yang sangat cepat yang memungkinkan RER untuk berkomunikasi dengan inti sel. Ketika protein yang tidak dilipat atau salah lipatan mulai menumpuk di lumen retikulum endoplasma, RER memicu respons protein yang tidak dilipat. Ini melakukan tiga hal:

1. Ini memberi sinyal pada nukleus untuk memperlambat laju sintesis protein dengan membatasi jumlah molekul pembawa pesan yang dikirim ke ribosom untuk diterjemahkan.
2. Respons protein yang tidak terlipat juga meningkatkan kemampuan retikulum endoplasma untuk lipat protein dan degradasi protein yang gagal melipat.
3. Jika tidak satu pun dari langkah-langkah ini menyelesaikan tumpukan protein, respons protein yang tidak dilipat juga mengandung failsafe. Jika semuanya gagal, sel-sel yang terkena akan hancur sendiri. Ini adalah kematian sel terprogram, juga disebut apoptosis, dan merupakan opsi terakhir yang dimiliki sel untuk meminimalkan kerusakan yang dapat disebabkan oleh protein yang tidak terlipat atau salah melipat.

Bentuk UGD berkaitan dengan fungsinya dan dapat berubah sesuai kebutuhan.

Misalnya, meningkatkan lapisan lembaran RER membantu beberapa sel mengeluarkan lebih banyak protein. Sebaliknya, sel-sel seperti neuron dan sel otot yang tidak mensekresi protein sebanyak mungkin memiliki lebih banyak tubulus SER.

Itu RE perifer, yang merupakan bagian yang tidak terhubung dengan selubung inti, bahkan dapat ditranslokasikan sesuai kebutuhan.

Alasan dan mekanisme untuk ini adalah subjek penelitian. Ini mungkin termasuk tubulus SER geser di sepanjang mikrotubulus dari sitoskeleton, menyeret RE di belakang organel lain dan bahkan cincin tubulus RE yang bergerak di sekitar sel seperti motor kecil.

Bentuk RE juga berubah selama beberapa proses sel, seperti: mitosis.

Para ilmuwan masih mempelajari bagaimana perubahan ini terjadi. Komplemen protein mempertahankan bentuk keseluruhan organel RE, termasuk menstabilkan lembaran dan tubulusnya dan membantu menentukan jumlah relatif RER dan SER dalam sel tertentu.

Ini adalah bidang studi yang penting bagi para peneliti yang tertarik pada hubungan antara UGD dan penyakit.

Kesalahan lipatan protein dan stres ER, termasuk stres dari aktivasi UPR yang sering, dapat berkontribusi pada perkembangan penyakit manusia Ini mungkin termasuk cystic fibrosis, diabetes tipe 2, penyakit Alzheimer dan paraplegia spastik.

Virus juga dapat membajak UGD dan menggunakan mesin pembuat protein untuk menghasilkan protein virus.

Ini dapat mengubah bentuk ER dan mencegahnya melakukan fungsi normalnya untuk sel. Beberapa virus, seperti dengue dan SARS, membuat vesikel bermembran ganda pelindung di dalam membran RE.