BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Membran pada sel memiliki fungsi sebagai pelindung
sekaligus pintu gerbang keluar masuknya zat dari dan ke dalam sel. Sel
eukariotik dikenal sebagai sel yang memiliki sistem organisasi lingkungan
internal yang rapih dengan adanya sistem membran di dalamnya. Pada sel
eukariotik, membran juga dimiliki oleh organel mitokondria yang berada di dalam
sel. Membran pada mitokondria merupakan membran ganda -yaitu membran dalam dan
membran luar organel- yang membungkus struktur mitokondria.
Mitokondria sebagai organel semiotonom -karena
memiliki materi genetik- memiliki keterbatasan dalam menghasilkan protein yang
diperlukan dalam proses respirasi. Sebagai konsekuensi dari hal tersebut,
mitokondria harus memasukan protein tertentu yang dihasilkan oleh gen
kromosomal pada inti sel. Mekanisme transportasi protein tersebut melibatkan
membran mitokondria sebagai fasilitatornya. Hal ini menarik untuk dipelajari
sebab mitokondria adalah organel yang penting dalam respirasi internal sel.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian yang
telah disampaikan dapat dirumuskan pertanyaan berikut, “Bagaimana sistem
transport protein yang terjadi pada membran ganda mitokondria?”
C. Tujuan
Tujuan
dari penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui sistem transport protein yang
terjadi pada membran mitokondria.
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
Membran
merupakan bagian yang membatasi suatu lingkungan dengan lingkungan lain.
Membran pada sel berfungsi untuk membatasi lingkungan internal sel dan
lingkungan eksternal sel. Pada organel, membran berfungsi untuk memisahkan
lingkungan internal organel dengan lingkungan sitoplasma.
Mitokondria
merupakan organel sel yang memiliki membran ganda. Membran mitokondria terdiri
atas membran luar dan membran dalam. Keberadaan membran ganda ini membuat
mitokondria memiliki dua daerah yaitu daerah ruang antar membran dan daerah di
dalam membran dalam yang berisi matriks mitokondria. Pada prinsipnya, membran
mitokondria tersusun atas komponen dasar yang sama dengan membran sel, yaitu
fosfolipid. Meskipun demikian, membran dalam dan membran luar mitokondria
memiliki asesoris yang berbeda sehingga terdapat beberapa fungsi yang berbeda
pula pada keduanya.
A. Struktur
Membran Mitokondria
Membran
luar pada mitokondria berperan dalam membatasi lingkungan sitoplasma dengan
ruang antar membran mitokondria sedangkan membran dalam mitokondria berperan
membatasi ruang antar membran dengan bagian matriks mitokondria. Selain
perbedaan fungsi tersebut, membran ganda pada mitokondria memiliki perbedaan
komponen protein asesoris sehingga menambah kekhususan fungsi masing-masing
membran.
1.
Membran
luar mitokondria
Membran luar mitokondria merupakan komponen
fosfolipid bilayer yang memisahkan ruang antar membran mitokondria dengan
lingkungan sitoplasma. Seperti halnya membran plasma pada sel eukariot pada
umumnya, fungsi utama dari membran luar mitokondria adalah untuk mengatur apa
yang masuk dan keluar dari mitokondria. Pada membran luar mitokondria,
diketahui bahwa perbandingan antara protein yang terintegrasi pada membran
dengan fosfolipid bilayer sebesar 1:1 (Gauthier, www.study.com).
Protein-protein tersebut adalah bagian yang bertanggungjawab untuk mengatur
keluar masuknya zat pada mitokondria.
Banyak
protein yang diperlukan oleh mitokondria disintesis di luar mitokondria. Oleh
sebab itu, membran luar mitokondria memiliki bagian yang dapat digunakan untuk
mengatur transportasi protein ke dalam mitokondria.
Pada transportasi molekul protein yang kecil,
membran luar mitokondria memiliki porin yang mengatur keluar masuk protein
tersebut. Sedangkan untuk protein yang besar, membran luar mitokondria memiliki
TOM (translocase of the outer membrane)
yang mengatur transportasi protein tersebut. Membran luar mitokondria terkadang
juga berasosiasi dengan retikulum endoplasma. Hal ini untuk memudahkan
transportasi materi dari retikulum endoplasma ke dalam mitokondria.
2. Membran dalam mitokondria
2. Membran dalam mitokondria
Membran dalam mitokondria bersifat permeabel untuk
oksigen, karbondioksida, dan air. Permukaan membran dalam mitokondria ini
sangat komplek dengan adanya beragam protein enzim sesuai perannya dalam
mekanisme transport elektron dan fosforilasi oksidatif. Membran dalam
mitokondria memiliki lekukan-lekukan krista yang khas. Lekukan krista tersebut
berperan penting dalam memperluas permukaan sehingga transport elektron dan
fosforilasi oksidatif memiliki ruang yang lebih luas untuk dilaksanakan.
B.
Mekanisme
Transfer Protein Melalui Membran Mitokondria
Transport
protein pada mitokondria adalah hal yang sangat penting mengingat bahwa
mitokondria tidak dapat memenuhi seluruh kebutuhan protein hanya dengan
mensintesisnya sendiri dari DNA mitokondria. Oleh sebab itu, mitokondria
memerlukan protein yang dikodekan oleh DNA kromosomal.
1.
Pengenalan
prekursor protein spesifik
Protein yang akan dimasukan ke dalam
mitokondria biasanya merupakan hasil sintesis protein oleh ribosom yang berada
di area sitoplasma. Berbeda dengan protein yang kemudian mengalami postranslasi
melalui retikulum endoplasma, protein untuk mitokondria biasanya berbentuk
protein prekusor. Protein prekusor dengan struktur tersier yang stabil tidak
dapat melintasi membran mitokondria. Oleh sebab itu, saat sebelum dan sedang
ditranslokasi protein harus berada dalam bentuk tidak terlipat. Dalam hal ini
maka protein prekursor berinteraksi dengan protein chaperone sehingga bentuknya
tetap terjaga tanpa mengalami pelipatan.
Pada bagian N-terminus dari protein prekusor
biasanya dilengkapi dengan sekuens signal. Sekuens signal ini juga biasa
disebut dengan preprekursor, berupa pemanjangan asam amino di bagian
N-terminus. Sekuens signal ini diperlukan sebagai penanda yang berikatan dengan
protein chaperone dalam sitosol yang kemudian akan mengantarnya pada
mitokondria, juga penanda bagi molekul reseptor pada membra mitokondria. Ciri lain
dari protein prekursor yang akan dimasukan ke dalam mitokondria yaitu
seringkali memiliki struktur yang amphiphilik dengan adanya struktur bermuatan
positif dan bermuatan negatif (Pfanner & Walter, 1989). Dengan adanya
signal dari preprekursor ini kemudian molekul reseptor pada membran luar
mitokondria dapat mengenali sekuens protein untuk kemudian ditranslokasikan ke
dalam mitokondria.
2.
Translokasi
protein prekusor melintasi membran mitokondria
Translokasi protein pada membran mitokondria
difasilitasi oleh protein-protein translokator yang berada di membran. Bagian
preprekursor protein akan dikenali oleh reseptor pada membran luar mitokondria
yang berikatan dengan protein translokator membentuk suatu kompleks (Neupert,
1994), hal tersebut terlihat pada nomor 1 Gambar 1. Pada membran luar
mitokondria terdapat kompleks protein membran TOM sedangkan pada membran dalam
mitokondria terdapat kompleks membran TIM23 dan TIM22 (Gambar 2).
Gambar 2. Mekanisme Transport Protein pada
Membran Mitokondria ( & )
Pada prinsipnya protein memasuki matriks mitokondria
setelah berhasil melewati membran ganda mitokondria. Protein prekursor dapat
melintasi kedua membran mitokondria secara bersamaan. Pada membran luar
mitokondria, protein memasuki ruang antar membran melalui kompleks TOM. Saat
mencapai ruang antar membran maka protein kemudan berikatan dengan kompleks TIM
dan membuka channel pada kompleks TIM untuk kemudian mencapai matriks mitokondria
(nomor 2 Gambar 2). Meskipun kompleks TOM dan TIM seringkali bekerja secara
simultan dalam translokasi protein, keduanya dapat bekerja secara independen.
Oleh sebab itu, setelah melewati channel TOM, protein prekursor dapat
menggunakan kompleks yang berbeda pada membran dalam mitokondria.
TIM 23 berperan dalam mentransfer materi yang memang
ditujukan untuk matriks. Beberapa protein dilepaskan secara lateral dari TIM 23
ke daerah hidrofobik di membran dalam mitokondria (nomor 3 Gambar 2). Salah satunya adalah transfer protein ke bagian
MIA. Bagian MIA berfungsi mengendalikan mekanisme import dan pelipatan oksidatif
dari protein-protein intermembran (nomor 5 Gambar 2). Protein dari kompleks TIM
23 yang mencapai matriks mitokondria biasanya kemudian mengalami pemrosesan
lebih lanjut berupa pemotongan sekuens signal (preprekursor) serta mengalami
proses pelipatan tertentu untuk membentuk fungsinya di dalam matriks
mitokondria.
Pada nomor 6 Gambar 2, kompleks chaperone Tim9-Tim10
mentransfer prekusor protein melalui ruang intermembran ke kompleks SAM.
Protein tersebut kemudian menjadi protein beta barrel pada membran luar. Prekursor
protein beta barrel juga dapat ditranslokasikan pada membran luar mitokondria
tanpa melalui kompleks TOM, akan tetapi melalui protein MIM (nomor 8 Gambar 2).
Selain itu, protein dari Tim 9-Tim10 juga dapat ditransfer ke kompleks TIM 22
untuk ditranslokasikan menjadi protein pada membran dalam mitokondria.
Beberapa protein prekursor yang disintesis di dalam
matriks mitokondria juga terkadang ditranslokasikan sebagai bagi dari membran
dalam mitokondria. Sama halnya dengan protein
prekursor dari luar mitokondria, struktur protein prekursor yang
dihasilkan oleh mitokondria harus dalam bentuk yang tidak mengalami pelipatan
(nomor 9 Gambar 2). Dalam hal ini, protein hsp70 di dalam matriks mitokondria
pula yang berperan menjaga struktur protein. Protein prekursor tersebut
kemudian mengalami pemrosesan lebih lanjut sesuai dengan perannya pada membran
mitokondria (nomor 4 Gambar 2).
BAB III
PENUTUP
Mitokondria memerlukan protein produk gen kromosomal
untuk aktifitasnya. Protein tersebut ditransfer dalam bentuk prekursor protein yang tidak dilipat,
sehingga memerlukan bantuan protein chaperone untuk menjaga strukturnya tidak
terlipat. Protein prekursor ditranslokasikan melalui membran luar dan membran
dalam mitokondria dengan bantuan protein membran. Kompleks protein utama pada
membran luar berupa kompleks TOM, sedangkan pada membran dalam berupa kompleks
TIM22 dan TIM23.
Protein yang dihasilkan oleh mitokondria sendiri
juga terkadang ditranslokasikan keluar dari matriks mitokondria. Translokasi
ini juga memerlukan struktur protein yang tidak terlipat. Kompleks protein yang
diperlukan untuk melintasi membran dalam mitokondria berupa kompleks OXA. Di ruang
antar membran, protein tersebut kemudian diproses lebih lanjut dan
ditranslokasikan untuk memenuhi keperluan mitokondria.
DAFTAR PUSTAKA
Nicholas
gauthier. Mitochondrial Outer Membrane:
Definition & Overview. Online, http://study.com/academy/lesson/mitochondrial-outer-membrane-definition-lesson-quiz.html diakses 7
Januari 2016
Bruce Albert,
et. al. 2002. Molecular Biology of The
Cell. Garland Science
& Mitochondrial protein import: from proteomics to functional mechanisms. Online Journal. Nature Reviews
Molecular Cell Biology 11, 655-667
W. Neupert. 1994. Transport of
Proteins Across Mitochondrial Membranes. Journal. Clinical Investigator 72: 251-261
N. Pfanner & W. Neupert. 1989. Transport
of Proteins into Mitochondria. Journal. Current Opinion in Cell Biology 1:
624-629
No comments:
Post a Comment