Membran Dan Permukaan Sel

MEMBRAN DAN PERMUKAAN SEL

PENDAHULUAN

Membran memiliki sejumlah fungsi seluler yang essensial. Membran menyusun batasan dari sel dan organel-organel intraseluler. Membran juga menyediakan suatu permukaan sebagai tempat terjadinya berbagai proses dan reaksi biologis.

Membran memiliki protein yang berperan sebagai perantara, mengatur transpor metabolit, makromolekul dan ion-ion.

Hormon, agen-agen pengatur, dan molekul pemberi signal biologis menunjukkan efeknya dengan interaksi pada membran

Fotosintesis, transpor elektron, fosforilasi oksidatif, kontraksi otot bergantung pada membran dan protein yang ada di dalamnya.

Membran biologis merupakan lipid dan protein (salah satu di antaranya dapat mengandung gugus karbohidrat) yang tersusun secara unik dan rapi

Lipid yang ditemukan pada sistem biologis merupakan molekul amfifatik (memiliki gugus polar dan gugus non-polar)

Bagian polar dari molekul amfifatik akan berada pada permukaan membran dan berinteraksi dengan molekul=molekul polar

Protein berinteraksi dengan lipid dalam berbagai cara yang akan dijelaskan pada bab ini

1. MEMBRAN Semua sel memmiliki membran sitoplasmik (plasma

membrane) yang berfungsi untuk memisahkan sitoplasma dari lingkungan di sekeliling

Membran sitoplasma memiliki kewajiban untuk 1. Mengeluarkan ion-ion atau molekul-molekul yang bersifat

toksik terhadap sel2. Mengumpulkan nutrien-nutrien yang dibutuhkan oleh sel3. Transduksi energi 4. Lokomosi sel5. Reproduksi sel6. Proses transduksi sinyal7. Interaksi dengan molekul atau sel lain yang berada di

dekatnya Membran sitoplasma pada sel prokariotik relatif kompleks

karena tidak ada organel intraseluler, sehingga tidak ada pembagian kerja. Bakteri menjalankan semua aktivitasnya pada membran plasma atau di dalam sitoplasmanya

Pada sel eukariotik, terdapat sejumlah organel intraseluler yang memiliki tugas masing-masing.

Proses yang terjadi pada masing-masing organel melibatkan peran membran secara aktif.

Beberapa enzim yang terlibat dalam metabolisme asam nukleat terasosiasi dengan membran.

Sistem yang terasosiasi dengan rantai transpor elektron untuk mensintesis ATP terikat pada membran mitokondrial

Enzim yang terlibat dalam biosintesis lipid terdapat pada membran rektikulum endoplasma

1.1 Struktur Lipid yang terbentuk dengan spontan

A. Monolayers dan misel Lipid yang bersifat amfifatik membentuk variasi

struktur ketika ditambahkan pada larutan. Struktur-struktur tersebut terbentuk untuk meminimalkan kontak antara rantai lipid yang hidrofobik dan larutan.

Sebagai contoh, apabila asam lemak dalam jumlah yang sedikit ditambahkan pada larutan, akan terbentuk monolayer lipid pada perbatassan air dan udara, dengan kepala gugus polar yang berhubungan dengan permukaan air dan ekor hidrofobik yang berhubungan dengan udara.

Penambahan asam lemak yang lebih lanjut mengakibatkan pembentukan misel,

Misel yang dibentuk dari molekul lipid amfifatik di dalam air, menempatkan bagian ekor di dalam pusat dan bagian kepala pada bagian permukaan misel

Molekul amfifatik yang membentuk misel dikarakterisasi oleh nilai CMC (critical micelle concentration) yang unik.

Di bawah nilai CMC, molekul lipid individual mendominasi

Di atas nilai CMC, molekul lipid membentuk misel secara spontan

B. Lipid Bilayers Lipid bilayers terdiri atas pengaturan

monolayers yang disusun bertolak-belakang Fosfolipid lebih cenderung membentuk

struktur bilayer dikarenakan pasangan rantau asam lemaknya tidak terbungkus dengan baik pada bagian dalam misel

Bilayers dapat terbentuk secara spontan pada luas daerah yang besar

Dikarenakan bagian ujung dari bilayers tidak tertutup dan bagian yang ter-expose pada pelarut sangat tidak diinginkan, maka bilayers yang ekstensif pada umumnya membungkus dirinya dan membentuk vesikel yang tertutup.

Fosfolipid dapat membentuk vesikel unilamelar (dengan lipid bilayer tunggal), yang dikenal juga sebagai liposom; atau vesikel multilamelar yang dikenal juga dengan istilah bangosomes

Liposom merupakan struktur dengan tingkat kestabilan yang tinggi dan dapat dimanipulasikan dengan kromatografi gel filtrasi dan dialisis

Liposom dapat digunakan sebagai sistem transpor obat-obatan dan enzim dalam aplikasi terapi

Sebagai contoh, liposom dapat digunakan sebagai agen yang mengintroduksi agen kontras ke dalam tubuhuntuk prosedur CT dan MRI

Liposom dapat bergabung dengan sel. Jika liposom dapat diarahkan enuju sel-sel tertentu , maka liposom dapat digunakan untuk mengantarkan obat, enzim atau agen kontras menuju sel tertentu, misalnya sel kanker.

Bentuk vesikel dan liposom merupakan konsekuensi atas sifat lipid yang amfifatik dari molekul fosfolipid

Interaksi antara gugus polar pada kepala dengan air dimaksimalkan sedangkan interaksi hidrofobik terjadi diantara rantai-rantai hidrokarbon

Pembentukan vesikel mengakibatkan peningkatan entropi di dalam lartua, karena molekul air menjadi tidak teratur di sekeliling lipid.

Bilayers memiliki bagian polar dan non-polar. Bagian non-polar menghalangi masuknya ion maupun pelarut air. Hal ini mengakibatkan pergerakan ion melewati membran akan sangat lambat

1.2 Fluid Mosaic Model

Pada tahun 1972, S.J. Singer dan G.L. Nicolson mengajukan fluid mosaic model untuk struktur membran, yang mengusulkan bahwa mwembran merupakan struktur dinamis yang tersusun atas protein dan fosfolipid

Pada model ini. Bilayer merupakan matriks fluida yang secara essensial merupakan pelarut dua dimensi untuk protein

Lipid dan protein dapat bergerak rotasi atau ke arah lateral.

Kedua peneliti tersebut mendefinisikan dua buah kelas protein membran : protein periferal dan protein integral

Protein periferal (atau protein ekstrinsik) meliputi protein-protein yang bagian molekulnya tidak mempenetrasi lapisan bilayer. Protein tersebut hanya menempel pada permukaan bilayer atas dasar interaksi ionik dan ikatan hidrogen antara permukaan membran dengan permukaan protein.

Protein periferal dapat didisosiasikan dari membran dengan cara penambahan larutan garam, maupun dengan perubahan pH yang dapat mengganggu ikatan yang terhjadi.

Protein Integral (atau protein intrinsik), memiliki permukaan hidrofobik sehingga dapat menpenetrasi ke dalam lapisan bilayer. Protein ini dapat tertanam sebagian atau tertanam menembus kedua sisi bilayer

Fluid Mosaic Models merupakan paradigma untuk penelitian struktur dan fungsi membran.

A. Ketebalan Membran Bilayer Model Singer-Nicolson mengusulkan ketebalan

membran bernilai sekitar 5 nm, sama dengan ketebalan lipid bilayer

Difraksi sinar-X dengan sudut rendah, pada awal tahun 1970, menunjukkan banyak membran alami memiliki ketebalan sekitar 5 nm

Diketahui pula bahwa bagian interior dari membran tersebut memiliki densitas elektron yang rendah. Hal ini konsisten dengan model yang diajukan karena rantai hidrokarbon memiliki densitas elektron yang rendah

Bagian luar dari membran yang sama menunjukkan densitas elektron yang tinggi. Hal ini konsisten dengan pengaturan gugus kepala yang berada di luar permukaan membran

B. Orientasi Rantai Hidrokarbon dalam lapisan bilayer

Pada umumnya rantai hidrokarbon di dalam biayer digambarkan tegk lurus terhadap bidang permukaan membran

Pada kenyataannya, fosfolipid dapat memiliki orientasi yang miring berkelok atau variasi lainnua

Pada umumnya, rantai non-polar pada lipid yang terletak paling dekat dengan permukaan akan memiliki orientasi yang tegak lurus terhadap bidang membran, dan bagian rantai yang terletak lebih jauh dari permukaan membran akan berkurang keteraturan orientasinya.

C. Mobilitas membran bilayer Percobaan pertama yang mendemonstrasikan

pergerakan protein lateral di dalam membran dideskripsikan oleh L.Fyre dan M. Edidin pada 1970.

Pasa percobaan itu, sel manusia dan sel tikus difusikan bersama untuk menentukan apakah protein membran integral dari dua sel yang berbeda dapat bergerak di dalam sel fusi yang baru.

Antobodi yang spesifik untuk protein sel manusia ditandai dengan rhodamine (fluoroesen merah)dan antibodi yang spesifik untuk protein sel tikus ditandai dengan fluorescein (fluoroesen hijau)

Ketika kedua antibodi ditambahkan ke dalam sel fusi, terindikasikan bahwa protein membran integral dari kedua sel telah bergerak dalam arah lateral dan terdisperdi ke seluruh permukaan sel fusi

1.3 Membran memiliki Struktur Asimetri

A. Lipid menunjukkan asimetri membran lateral Lipid pada sistem pada umumnya ditemukan dalam

kelompok asimetrik. Kelakuan tersebut dinamakan sebagai pemisahan fasa, yang mana muncul secara spontan maupun akibat pengaruh dari luar

Sebagai contoh, Ca2+ menginduksi pemisahan fasa di dalam membran yang terbentuk dari fosfatidilserin (PS), dan fosfatidiletanolamin (PE) atau membran yang terbentuku dari PS, PE dan fosfatidilkolin. Ca2+ yang ditambahkan ke dalam membran membentuk kompleks dengan karboksil serin yang bermuatan negatif, sehingga mengakibatkan PS untuk membentuk kelompok dan berpisah dengan lemak lain.

Contoh lain, Kolesterol dapat berada di antara rantai asam lemak membran bilayers dalam kondisi tidak simetri.

B. Protein menunjukkan asimetri membran lateral

Protein membran pada umumnya terdistribusi secara acak pada bidang membran secara menyeluruh. Hal ini ditunjukkan denan mikrograf elektron

Akan tetapi, protein membran dapat juga terdistribusi dalam keadaan yang tidak acak pada membran. Hal ini dapat terjadi karena beberapa sebab. Beberapa protein harus berinteraksi erat dengan protein lain, sehingga membentuk kompleks dengan multisubunit yang memiliki fungsi spesifik

Bakteriorhodopsin membentuk pengelompokkan yang sangat teratur pada membran Holobacterium halobium, dikenal juga sebagai bercak ungu pada membran.

C. Asimetri transverse Protein Penemuan fakta bahwa protein membran tidak simetri

dalam arah transverse ditemukan karena percobaan dengan glikophorin secara tidak sengaja

Glikophorin merupakan glikoprotein pada membran eritrosit. Perlakuan keseluruhan eritrosit dengan tripsin dapat melepaskan gugus karbohidrat dari glikophorin.

Dikarenakan tripsin terlalu besar dan tidak dapat masuk melalui membran eritrosit, maka ujung-N dari glikophorin yang mengandung karbohidrat harus dikeluarkan dari sel eritrosit.

Bretscher menunjukkan bahwa [35S]-formilmetionilsulfon metil fosfat dapat mengenali ujung-C dari glikophorin pada saat membran eritrosit dipecahkan, namun ujung-C tidak dapat dikenali ketika membran eritrosit masih bersifat utuh.

Hal ini menunjukkan bahwa ujung-C hanya ter-expose pada bagian interior sel eritrosit.

D. Asimetri Transverse Lipid Fosfolipid juga terdistribusikan secara asimetrik pada

membran. Pada eritrosit, fosfatidilkolin (PC) menyusun hampir

30% dari fosfolipid total pada membran. Dari jumlah tersebut, 76% dari PC ditemukan pada bagian luar dari monolayer dan 24% ditemukan pada bagian dalam dari monolayer.

Distribusi lipid secara asimetrik penting untuk sel dalam beberapa hal. Gugus karbohidrat dari glikolipid (dan glikoprotein) akan selalu mengarah ke permukaan luar membran plasma dan berperan dalam pengenalan sel.

Muatan total pada permukaan dalam dan permukaan luar membran bergantung pada persebaran lipid. Perbedaan muatan mempengaruhi potensial membran, yang kemudian mengaktifkan membran protein sebagai penyalur ion

Dari sudut pandang termodinamika, asimetri hanya dapat terjadi karena sintesis bilayer yang asimetri pula atau dikarenakan mekanisme transpor yang bergantung pada energi dan tidak simetri.

Pada sel-sel eukariotik, fosfolipid, glikolipid dan kolesterol disintesis oleh enzim yang terdapat di dalam atau pada permukaan rektikulum Endoplasma dan sistem golgi. Sebagian besar dari proses biosintetik tersusun tidak simetri pada membran RE dan golgi. Selain itu, terdapat protein transfer lipid yang mentransfer fosfolipid, glikolipid, dan kolesterol menuju membran lain.

E. Flippase protein yang dapat membalikkan fosfolipid

dari satu sisi bilayer menuju sisi lainnya Protein ini mengurangi waktu yang

dibutuhkan oleh fosfolipid untuk menyeberangi membran dari 10 hari menjadi hanya dalam beberapa menit saja.

Beberapa sistem dapat beroperasi tanpa input energi, namun pergerakan pasif tidak dapat mempertahankan bentuk asimetri transverse

Pergerakan yang bergantung pada energi mungkin bertanggung jawab terhadap pembentukan lapisan lipid asimetri transverse.

1.4 Transisi Fasa Membran Lipid pada lapisan bilayer mengalami perubahan radikal

pada keadaan fisik di dalam rentang temperatur tertentu (temperatur transisi atau tempertur leleh) yang dinamakan transisi fasa.

Melibatkan perubahan substansial pada organisasi dan pergerakan rantai asil lemak di dalam bilayer.

Pada keadaan sebelum transisi, bilayer menunjukkan kondisigel yang tersusun secara rapi. Pada kondisi ini ikatan karbon-karbon pada rantai lipid mengadopsi konformasi anti. Luas permukaan per jumlah lipid diminimalkan dan ketebalan bilayer menjadi maksimal.

Pada keadaan setelah transisi, terbentuk kristalin cair, yang mana mobilitas rantai asil lemak menjadi intermediate antara alkana padat dan alkana cair. Ikatan karbon-karbon pada rantai lemak mengadopsi konformasi gauche. Sebagai akibatnya, luas permukaan per lipid meningkat dan ketebalan bilayer menurun.

Karakteristik umum pada transisi fasa bilayer :1. Transisi selalu endotermik2. Fosfolipid khusus menunjukkan sifat temperatur transisi

yang khas. Tm meningkat seiring dengan bertambahnya panajang rantai; menurun seiring dengan sifat ketidakjenuhan, dan bergantung pada sifat kepala (gugus polar)

3. Pada fosfolipid bilayer yang murni, transisi terjadi pada rentang temperatur yang sempit. Transisi fasa pada dimiristol lesitin hanya memiliki rentang 0,2 °C

4. Membran biologi menunjukkan transisi fasa yang luas dan bergantung pada komposisi lipid dan protein pada membran

5. Pada lipid bilayer tertentu, keadaan pra-transisi terjadi 5° hingga 15 °Cdi bawah fasa transisi

6. Pada transisi fasa lipid bilayer, juga terjadi perubahan volume

7. Transisi fasa bilayer sangat sensitif terhadap keberadaan zat terlarut yang berinteraksi dengan lipid, seperti kation multivalen, peptida, dll.

2. Struktur protein membran Lipid bilayer menyusun unit struktural fundamental pada

semua membran biologis Protein mengerjakan semua fungsi aktif membran, seperti

aktivitas transpor, fungsi reseptor, dan proses lainnya Protein periferal adalah protein globular yang

berinteraksi dengan membran melalui interaksi elektrostatik dan ikatan hidrogen dengan protein integral.

Protein integrl adalah protein yang terasosiasi secara kuat dengan lapisan lipid bilayer, yang mana sebagian dari protein tertanam pada bilayer ataupun menembus lapisan bilayer

Protein yang terjangkar pada lipid (lipid-anchored protein) merupakan protein yang berasosiasi dengan membran dikarenakn jangkar lipid yang terhubung secara kovalen dengan protein

2.1 Protein membran Integral Dapat dibedakan ke dalam dua buah kelas:- Protein yang terhubung atau tersangkut pada

membran oleh sebagian kecil segmen hidrofobik, sementara sebagian besar segmen lainnya berhubungan dengan pelarut air, baik hanya pada satu sisi membran atau pada kedua sisinya

- Protein yang berbentuk globular dan tertanam secara hampir sempurna di dalam membran, hanya mengeluarkan permukaan yang sangat kecil untuk berhubungan dengan air di luar membran.protein yang berada pada pusat non-polar dari lapisan lipid bilayer didominasi bentuk α-heliks atau lembaran-β, karena struktur-struktur ini dapat menetralisasi gugus N-H dan C=O yang sangat polar pada rantai tulang belakang peptida, dengan pembentukan ikatan hidrogen.

A. Protein dengan segmen transmembran tunggal

Pada protein yang hanya terhubung pada membran oleh segmen polipeptida hidrofobik yang kecil , segmen tersebut cenderung membentuk struktur α-heliks

Sejumlah protein membran terhubung pada membran dengan bagian hidrofobik yang membentuk struktur α-heliks, sementara bagian hidrofilik berhubungan dengan sitoplasma atau ruang ekstraseluler. Protein sejenis ini pada umumnya berperan sebagai reseptor molekul ekstraseluler atau sebagai tempat pengenalan yang membuat sistem imun dapat mengenali dan membedakan sel virus atau bakteri

Contoh : Glikophorin. Sebagian besar dari glikophorin berorientasi pada permukaan luar sel. Bagian ekstraseluler berperan sebagai reseptor untuk virus influenza. Glikophorin memiliki berat molekuler total sekitar 31.000 serta terdiri dari 40% protein dan 60% karbohidrat

B. Protein dengan 7 segmen transmembran - Bakteriorhodopsin

Protein membran yang mengadopsi bentuk globular pada umumnya sering terlibat dalam aktivitas transpor dan fungsi lain yang memerlukan bagian tertentu dari peptida untuk tertanam di dalam membran

Protein-protein ini dapat mengandung sejumlah α-heliks hidrofobik yang terhubung dengan daerah ‘engsel’ sehingga protein dapat berbentuk zig-zag melewati membran

Sebagai contoh : Bakteriorhodopsin berkelompok dalam pola heksagonal. Rantai polipeptida ini memnyeberangi membran sebanyak 7 kali dalam bentuk 7 segmen α-heliks, hanya sedikit bagian yang terpapar pada bagian luar membran.

C. Protein membran dengan motif lembaran-β : Porin

Protein porin yang ditemukan pada bagian luar membran dari bakteri gram negatif dan bagian luar membran mitokondrial sel eukariotik menggulung membran dengan lembaran-β yang sangat luas

Sebagai contoh maltoporin (Protein LamB atau reseptor Lambda) yang berpartisipasi dalam memasukkan maltosa dan maltodekstrin ke dalam E.Coli

2.2 Protein Membran yang terhubung dengan Lipid Dikenal dengan istilah protein yang

terjangkar pada lipid Beberapa protein ditemukan terhubung

secara kovalen dengan molekul lipid. Molekul lipid tersembunyi ke dalam lapisan bilayer, sehingga protein berada dalam keadaan terhubung pada permukaan membran.

Lipid yang mengikat dapat dipasangkan dan dipisahkan dari protein secara reversibel. Hal ini merupakan faktor dalam pengendalian jalur transduksi sinyal pada sel eukaryotik

A. Jangkar miristoil yang terhubung dengan amida

Asam miristat dapat terhubung dengan ikatan amida pada gugus α-amino pada ujung terminal N residu glisin pada protein tertentu.

Proses ini dinamakan n-miristoilasi dan dikatalisis oleh miristoil-CoA, protein N-miristoiltransferase (NMT)

B. Jangkar asil lemak yang terhubung dengan tioester

Sejumlah protein viral dan seluler mengandung asam lemak yang terhubung secara kovalen melalui ikatan ester pada rantai samping residu sistein atau serin atau threonin yang terdapat pada rantai polipeptida

Miristat, palmitat, stearat dan oleat dapat terseterifikasi dengan cara ini.

C. Jangkar Prenil yang terhubung secara tioeter Poliprenil atau prenil merupakan rantai

panjang gugus poliisoprenoid yang diturunkan dari unit isopren

Melibatkan gugus farnesil atau geranilgeranil Penambahan gugus prenil terjadi pada residu

sistein dari ujung karboksil urutan CAAX dari protein target (C=sistein, A=residu alifatik, X=Asam amino apa saja)

Hasilnya adalah farnesil atau geranilgeranil yang terhubung secara tioeter

Setelah reaksi prenilasi terjadi protease akan memotong tiga residu dengan ujung karboksil dan gugus karboksil dari residu tersisa (sistein) dimetilais untuk memproduksi ester

D. Jangkar glikosil fosfatidilinositol Glikosil Fosfattidilinositol (GPI) memodifikasi

asam amino dengan ujung karboksil dari protein target melalui residu etanolamin yang terhubung pada oligisakarida, yang terhubung pula pada bagian inositol dari Fosfatidilinositol

Oligosakarida pada umumnya terdiri dari pusat tetrasakarida dengan tiga residu manosa dan satu buah glukosamin, yang dapat diubah dengan memodifikasi residu manosa atau penambahanrantai samping galaktosil dengan berbagai ukuran, fosfoetanolamin ekstra, atau penambahan N-asetilgalaktosa atau residu manosil.

3. Membran dan Polisakarida permukaan sel

3.1 Dinding sel bakteri Beberapa dari polisakarida yang menarik

ditemukan pada dinding sel bakteri Bakteri menggunakan polisakarida untuk

melindungi sel karena kekuatan dan kekakuan yang merupakan sifat polisakarida

Bakteri memiliki tekanan osmotik internal yang relatif tinggi dan sering menghadapi kondisi lingkungan yang hipotonik, atau sebaliknya. Dinding sel berguna untuk mempertahankan bentuk sel dan ukurannya, mencegah terjadi penyusutan ataupun pembengkakan

A. Peptidoglikan Semua dinding sel bakteri memiliki lapisan peptida-

polisakarida yang kuat dan protektif, yang dinamakan peptidoglikan

Peptidoglikan merupakan sebuah molekul tunggal yang dibuat mengelilingi sel dengan struktur ikatan silang yang kontinu

Rantai tulang belakang adalah polimer dari N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramik yang saling bergantian dan terhubung dengan ikatan β (14)

Bakteri gram positif memiliki dinding sel yang tebal (sekitar 25 nm) yang terdiri atas lapisan peptidoglikan yang banyak

Bakteri gram negatif memiliki dinding sel yang lebih tipis (hanya 2-3 nm) yang terdiri atas hanya satu lapisan peptidoglikan yang terjepit di antara membran lipid bilayer luar dan dalam

B. Dinding sel dari bakteri gram negatif Pada bakteri gram negatif,dinding peptidoglikan

merupakan bingkai kaku yang menyusun struktur membran yang detail.

Lapisan peptidoglikan terhubung dengan membran luar melalui sekelompok protein hidrofobik. Protein-protein tersebut, masing-masing memiliki 57 residu asam amino yang dihubungkan melalui ikatan amida dari rantai samping residu lisin pada ujung-C protein dengan gugus asam diaminopimelik pada peptidoglikan.

Asam diaminopimelik menggantikan salah satu dari residu D-alanin pada 10% dari peptida pada peptidoglikan. Pada ujung lain dari protein hidrofobik, residu ujung-N (serin) membuat ikatan kovalen dengan lipid yang merupakan bagian dari membran luar

Bagian luar dari membran bakteri gram negatif dilapisi dengan kompeks lipopolisakarida, yang terdiri atas gugus lipid pada membran luar dan polisakarida rantai panjang dari struktur yang berbeda-beda.

Unit yang berbeda-beda dan unik menentukan antigenesitas dari bakteri (antigenesitas = sistem imun hewan mengenali sebagai zat asing dan meningkatkan antibodi terhadap mereka). Determinan antigenik dinamakan O-antigen

C. Dinding sel dari bakteri gram-positif

Bagian eksterior sel bakteri gram positif lebih sederhana

Dikarenakan tidak ada membran luar, sel gram positif memiliki dinding sel yang lebih tebal.

Asam teichoic (polimer dari ribitol fosfat atau gliserol fosfat yang terhubung dengan ikatan fosfodiester) terhubung secara kovalen pada lapisan peptidoglikan

3.2 Polisakarida pada Permukaan sel

Bagian unik dari setiap sel dimulai dari bagian permukaan sel. Hal ini dikarenakan sel menghabiskan seluruh kehidupannya berkontak dengan sel lain, sehingga diperlukan komunikasi antar sel

Sel mampu mempertukarkan informasi. Sebagai contoh, miosit dari jantung, ketika

dibiakan pada kultur mengjasilkan sinkronisasi ketika terjadi kontak, sehingga miosit-miosit tersebut berdetak dengan seragam. Ketika sel-sel tersebut dipisahkan, sifat kesinkronan antara kedua sel hilang. Ketika kedua sel dihubungkan kembali, maka kesinkronan antara kedua sel kembali terwujud.

Contoh lainnya sel ginjal yang ditumbuhkan pada kultur sel hati akan memisahkan diri, mencari sel ginjal yang lain dan menghindari kontak dengan sel hati. Pertumbuhan kedua sel akan terjadi secara bebas hingga suatu saat pertumbuhan terhenti karena sel ginjal bertemu dengan sel hati. Fenomena ini dinamakan inhibisi kontak

Struktur molekular dari sel mengenali dan memberikan respon terhadap sel yang berdekatan. Banyak dari interaksi ini melibatkan glikoprotein pada permukaan sel dan proteoglikan pada matriks ekstrseluler.

4. Glikoprotein Banyak protein yang ditemukan di alam merupakan

glikoprotein, karena mengandung gugus oligo sakarida dan polisakarida yang terhubung secara kovalen. Glikoprotein meliputi protein struktural, enzim, reseptor membran, protein transpor dan imunoglobin

Gugus karbohidrat dapat terhubung dengan rantai polipeptida melalui gugus hidroksil dari serin, threonin, atau hidroksilisin (dalam sakarida yang terhubung dengan O) atau melalui nitrogen amida dari asparagin (dalam sakarida yang terhubung dengan N)

Sakarida yang terhubung dengan O (O-linked saccharides) sering ditemukan pada glikoprotein permukaan sel dan di dalam musin (glikoprotein besar yang melapisi dan melindungu membran mukos dalam daerah pernafasan dan pencernaan

Interaksi sterik yang permanen antara residu gula dan residu protein mengakibatkan inti peptida terlipat dan menghasilkan konformasi yang relatif keras

Glikoprotein membran yang mengandung sakarida yang terhubung dengan O (O-linked saccarides) dapat dibedakan menjadi dua buah kelompok : Glikoprotein yang terglikosilasi pada O sepanjang

domain ekstraseluler. Contoh :Leukosialin.Leukosialin mengadopsi struktur terulur yang mengakibatkan glikoprotein menjulur jauh, mungkin ditujukan untuk melindungi sel dari interaksi yang tidak diinginkan

Glikoprotein yang terglikosilasi pada O hanya pada batang protein yang memisahkan domain transmembran dengan domain globular. Contoh : LDL. Batangan protein yang terglikosilasi berfungsi untuk menjauhkan domain globular sehingga dapat berinteraksi dengan molekul tertentu .

Glikoprotein anti-beku Glikoprotein anti beku atau Antifreeze

glycoproteins (AFGPs) ditemukan pada darah hampir semua ikan antartika dan setidaknya lima ikan artik.

Glikoprotein itersebut memiliki struktur peptida : [Ala-Ala-Thr]n-Ala-Ala, yang mana n dapat berupa 4,5,6,12,17,28,35,45,atau 50.

Setiap residu threonin diglikosilasikan dengan disakarida β-galaktosil-(13)-α-N-asetilgalaktosamin

Glikoprotein anti beku menghambat pembentukan es pada ikan dengan mengikat secara spesifik pada tempat pertumbuhan kristal es, sehingga menginhibisi pertumbuhan kristal lebih jauh

Oligosakarida yang terhubung dengan N Oligosakarida yang terhubung dengan N

ditemukan pada banyak protein yang berbeda, termasuk imunoglobin G dan M, Ribonuklease B, Ovalbumin, dan hormon peptida

Banyak gugus yang diketahui atau dicurigai merupakan glikosilasi N pada protein

Glikosilasi dapat mempengaruhi sifat fisik dan kimiawi dari protein

Karbohidrat yang diglikosilasikan telah dibuktikan dapat menstabilkan konformasi protein dan melindungi protein dari proteolisis

Pemotongan oligosakarida sebagai penentu waktu degradasi protein

Pemotongan residu monosakarida secara perlahan-lahan dari glikoprotein yang terhubung dengan N (N-linked glycoproteins) yang mengalir di dalam darah berfungsi untuk menargetkan degradasi protein pada waktunya.

Hati memiliki protein reseptor spesifik yang mengenali dan mengikat glikoprotein yang siap didegradasi dan didaur ulang

Serum glikoprotein yang baru disintesis memiliki tiga rantai oligosakarida (triantennary) yang terhubung dengan N, yang mana asam sialic menutupi residu galaktosa

Ketika glikoprotein disirkulasikan di dallam darah, enzim di dalam darah akan memotong gugus asam sialic , memaparkan residu galaktosa.

Di dalam hati, reseptor asialoglikoprotein mengikat galaktosa yang terpapar dari glikoprotein dengan afinitas yang sangat tinggi

Kompleks reseptor dan glikoprotein kemudian dibawa ke dalam sel dengan cara endositosis. Glikoprotein didegradasai di dalam lisosom seluler.

Afinitas pengikatan glikoprotein oleh reseptor asialoglikoprotein akan semakin besar apabila jumlah galaktosayang terpapar semakin banyak, dan sebaliknya

Dalam periode waktu tertentu, enzim di dalam darah akan memotong asam sialic pada glikoprotein, sehingga galaktosa hanya akan terpapar ketiga-tiganya setelah selang waaktu tertentu.

Semakin lamah glikoprotein telah bersirkulasi dalam darah, semakin besar pulakemungkinan asam sialic telah diputuskan.

Hal ini merupakan sistem pengaturan di dalam tubuh yang sangat elegan

5. Proteoglikan Merupakan kerabat dari glikoprotein, yang mana bagian

karbohidratnya merupakan glikosaminoglikan. Hanya sedikit dari struktur proteoglikan yang diketahui

Memiliki variasi ukuran, dari serglisin dengan 104 residu asam amino hingga Versikan dengan 2409 residu asam amino.

Pada proteoglikan yang telah dikenali, unit glikosaminoglikan terhubung dengan O pada residu serin dari urutan dipeptida Ser-Gly

Serglisin dinamakan karena keunikan domain pusat dari 49 asam amino yang tersusun atas residu glisin dan serin secara bergantian

Proteoglikan pada matriks kartilago memiliki 117 pasang Ser-Gly

Decorin, proteoglikan kecil yang disekresikan oleh fibrblas dan ditemukan pada matriks ekstraseluler dari jaringan penghubung, hanya mengandung tiga pasang Ser-gly, yang amana hanya satu yang diglikosilasi dengan normal

Fungsi dari Proteoglikan

Proteoglikan dapat larut dan terletak di dalam matriks ekstraseluler (pada kasus serglisin, versikan dan proteoglikan matriks kartilago) atau merupakan protein integral transmembran

Berfungsi dengan berinteraksi dengan molekul lain melalui komponen glikosaminoglikan dan domain reseptor spesifik di dalam polipeptida tersebut

Sindekan, Merupakan proteoglikan transmembran yang berasosiasi dengan aktin sitoskeleton di dalam sel, namun apabila berada di luar sel berinteraksi dengan fibronektin

Proteoglikan dapat membuat kartilago menjadi fleksibel dan resilient

Pada kartilago, filamen panjang dari asam hialuronik didibungkus oleh molekul proteoglikan

Rantai haluronik dapat memiliki panjang 4μm dan mengendalikan 100 atau lebih unit proteoglikan

Proteoglikan kartolago memiliki domain pengikatan asam hialuronik pada bagian ujung terminal NH2 polipeptida, yang berikatan dengan asam hialuronat dengan bantuan protein penghubung.

Agregat proteoglikan-hialuronat memiliki berat molekul sebesar 2 juta atau lebih

Agregat proteoglikan-hialuronat sangat terhidrasi dikarenakan interaksi yang kuat anatara molekul air dan kompleks polianionik

Ketika kartilago ditekan (pada saat berjalan atau berlari), air diperas dari jaringan kartilago. Akan tetapi, ketika tekanan dihilangkan, air kembli diabsorbsi

Hidrasi reversible memberikan sifat kartilago yang reversibel, pengamanan bagi sambungan tulang yang menghindari terjadi cedera jaringan pada saat aktivitas berat, dan lainnya