SISTEM TRANSPOR PROTEIN INTRASEL ~ PROTEIN SORTING

  Kuliah ke-8 Biologi Sel

  

SISTEM TRANSPOR PROTEIN INTRASEL ~ PROTEIN SORTING REVIEW 1: Kompartemen Intraselular

  Organel bermembran -

  1. Sistem endomembran

  a. retikulum endoplasma - RE

  b. inti sel

• – selubung inti

  c. alat/badan/kompleks Golgi

  d. lisosom

• – pada sel hewan

  e. peroksisom

• – pada sel tumbuhan

  f. vakuola, endosom, mikrosom, vesikula, dll

  2. Endosimbiosis

  a. mitokondria

  b. kloroplast

  Kompleks enzim/protein ~ organel tanpa membran -

  1. ribosom REVIEW 1: Kompartemen Intraselular

  REVIEW 2: Sel-sel fungsional  hidup

• distribusi material antar kompartemen sel berbeda-beda
• sistem transportasi antar kompartemen

  1. pasif : mengikuti gradien konsentrasi

  a. difusi sederhana: non polar & kecil

  b. difusi berbantuan: selektif & spesifik

  c. osmosis: pelarut

  2. aktif : melawan gradien konsentrasi

  a. mengakumulasi material dalam suatu organel

  b. membutuhkan energi c. kecendrungan evolusi “ sel hiperosmotik terhadap lingkungan d. mis: kanal/pompa ion, kanal/pompa molekular, REVIEW 3: Modus-modus Transpor Aktif

• melibatkan protein membran

  1. protein karier

• – transporter/translokator

  2. protein kanal , yang diatur oleh

  a. perubahan voltage/konsentrasi ion

  b. perubahan konformasi molekul/

  3. protein pompa

• selektif dan spesifik
• transportasi material per sekali transpor, bukan pengaliran massal

  materi kuliah hari ini:

Sistem Transpor Protein Intraselular ~ protein sorting

• Runutan asam amino suatu polipeptida: penyandian oleh genom melalui mekanisme transkripsi dan translasi
• Translasi mRNA dalam kompleks ribosom = sintesis protein
• Sebagian besar terjadi dalam kompleks ribosom dalam sitoplasma, kecuali

  Organel endosimbion -

  : kloroplas dan mitokondria  sistem genom tersendiri 10% kompleks ribosom masih dalam inti : - mekanisme RNA proofreading: aktifitas 3’  5’

• eksonuklease RNA survaillance: memonitor misplace stop - codon akibat base-paring errors during transcription

SINTESIS PROTEIN

  Ekspor RNA ke Sitosol: nuclear pore compleks modifikasi pascatranslasi: pelipatan, pemotongan SINTESIS PROTEIN: modifikasi protein

  PROTEIN SORTING setelah mitosis/meiosis

  1. Organel endosimbion , yi mitokondria & kloroplas:

• mengalami duplikasi selama inter>terdistribusi seimbang setelah sitokin
• kinetika jumlah organel: didikte oleh kebutuhan energi

  2. Sistem Endomembran

• Profase: selubung inti menyisih dan melonggar
• Akhir Profase: pembentukan vesikula-vesikula kecil
• setiap vesikula berisi beragam protein sebagaimana kondisi awalnya
• Telofase: pembentukan kembali selubung inti dan sistem endomembran yang lain

PROTEIN SORTING setelah mitosis/meiosis

  

PROTEIN SORTING sedang/setelah sintesis

  Dari ribuan jenis protein yang sedang/telah disintesis, siapa yang mengarahkan tujuan akhirnya ?

  salah tujuan ? bagaimana caranya ?

  Inisiasi sintesis protein: dalam sitosol ribosom menempel membran RE

• RE & sistem endomembran: kotranslational import  vesicular transport

  Ribosom bebas

• sitosol, inti, mt, chl & peroksisom, dll: modifikasi/pematangan

Hipotesis Sinyal Blobel & Sabatini 1971 - Polipeptida untuk tujuan RE:

   ujung N dari polipeptida yang sedang disintesis dalam ribosom mengandung runutan sinyal sortir RE

  mRNA-ribosom-polipeptida menempel ke

   kompleks membran RE melalui protein penambat  polipeptida terus disintesis sambil masuk ke lumen RE

  Cesar Milstein dkk

• – bukti adanya runutan sinyal
• dalam cell- free system, ujung N’ polipeptida IgG yang baru disintesis lebih panjang 20 asam amino
• jika ditambah membran RE, maka IgG normal

  runutan sinyal

   20 asam amino tambahan = Hipotesis sinyal mengalami banyak validasi lanjutan dan berdampak luas terhadap pemahaman Biologi Sel

Runutan Sinyal Sortir

• ₊ Fungsi runutan asam amino

  ke lumen RE H N- - - Met Met -Ser- Phe Val - -Ser- Leu - - Leu Leu Val -Gly-

3<
• Ile Leu - Phe - - - - Trp Ala -Thr- Glu Ala Glu -Gln- Leu -Thr- - Lys _-

• - - Cys- Glu Val Phe -Gln-

• Lys Asp Glu Leu -COO - tetap dalam

  (sering disingkat KDEL) lumen RE

• _{+ 3}

• ke mt H N- Met Leu - -Ser- Leu Arg - - -Ser- Ile Arg -Phe-Phe- Lys Pro- Ala -Thr- Arg -Thr- Leu -Cys-Ser-Ser- - - - Arg Tyr Leu Leu - Lys - Lys - ke inti

  Arg - -Pro-Pro- - Lys Lys Val

• ke peroksisom -Ser- Lys Leu

  Penentuan runutan asam amino sinyal:

• teknologi rekayasa genetik  paling populer
• 15-30 asam amino dan sangat beragam
• sifat-sifat fisik sinyal: hidrofobisitas &amp; penempatan asam

Sinyal Sortir &amp; Preprotein

  Teknologi rekayasa genetik Percobaan 1:

• ruas DNA penyandi runutan sinyal sortir RE dipotong dari gen penyandi protein lumen RE
• protein lumen tidak masuk ke lumen RE
• – ada di sitosol Percobaan 2:
• gen penyandi protein sitosol + DNA penyandi sinyal sortir

  RE

• protein sitosol mengandung runutan sinyal sortir RE
• protein sitosol masuk ke dalam lumen RE

   polipeptida w/ intrinsic signal = preprotein  tujuan akhir kompartemen organellar

   polipeptida  tetap di sitosol

  w/o intrinsic signal Membran RE, Peran SRP &amp; translocon

  Hasil validasi sinyal penyortir RE berbeda dengan hipotesis

  

  sinyal awal ada peran signal-recognition particle (SRP)

  

Awal sintesis suatu protein terjadi di ribosom bebas

• runutan sinyal penyortir muncul ke permukaan ribosom  dikenali &amp; diikat oleh SRP  sintesis polipeptida distop
• kompleks ribosom-sinyal-SRP berikatan dengan translocon  polipeptida melintas membran RE

  kompleks translocon = SRP receptor + pore protein + ribosom receptor + signal peptidase

translocon + GTP  SRP lepas &amp; sintesis polipeptida dilanjutkan

• Sinyal penyortir masih terikat translocon  polipeptida tumbuh • melengkung karena sintesis terus jalan
• porsi sinyal penyortir dipotong oleh signal peptidase  polipeptida lengkap berada dalam lumen
• ribosom lepas dari membran RE dan sisa mRNA didegradasi

Membran RE, Peran SRP &amp; translocon

  

Nasib Polipeptida dalam Lumen RE

  dimodifikasi  dilipat membentuk struktur tersier: segmen

  hidrofobik dilipat ke

  bagian tengah  digabung membentuk struktur kuartener:

  ikatan disulfida  glikosilasi (+sinyal

  penyortir)  organellar vesikula transport gagal modifikasi  ekspor ke sitosol Lumen RE, Peran BiP &amp; PDI, KDEL seq.

  BiP -binding protein- keluarga chaperon HSP70: •

  mengikat segmen hidrofobik polipeptida, terutama yang kaya dengan Trp, Phe &amp; Leu 

  Porsi hidrofobik tertanam dalam struktur tersier/kuartener protein

  PDI -protein disulfide isomerase: pembentukan dan •

  penguraian ikatan disulfida  sampai diperoleh konformasi protein yang stabil

  Glikosilasi mannosa-6-fosfat :

• – penambahan gugus gula
• polipeptida akan dibungkus oleh vesikula transpor  alat Golgi untuk dimodifikasi lebih lanjut dan didistribusikan Jika ujung C polipeptida: KDEL sequence
Protein Integral Membran

  Segmen transmembran PIM: α-heliks, 20-30 asam amino &amp; hidrofobik Protein hanya satu segmen transmembran:

• setelah sintesis, polipeptida tidak lepas dari membran RE
• ujung C ada runutan stop-transfer dekat segmen hidrofobik  polipeptida selanjutnya tumbuh di sitosol

Protein Integral Membran

  Ujung N di sitosol

• runutan start-transfer di segmen hidrofobil
• – bukan di ujung N

Protein Integral Membran

  Protein &gt; 1 segmen transmembran:

• ada kombinasi runutan start-transfer dan stop-transfer

Vesikula Transport

• protein lumen RE

   glikosilasi

• protein integral membran

  vesikula transpor

KOMPLEKS GOLGI: Fungsi & Organisasi

• Stacks closest to ER (“cis” face) receive vesicles’ contents from ER
• Proteins modified (e.g., glycosylation or clipping) in subsequent cisternae
• Transport via series of fission and fusion events
• Furthermost stacks (“trans” face) release vesicles that travel to PM
• Each compartment contains unique enzymes; thus, gradient of immature to mature proteins

Vesikula Transport: Docking System

  Vesikula Transport: Docking System

  Kompleks Golgi: menyortir protein

  Kompleks Golgi: menyortir protein

PROTEIN SORTING POSTRANSLASI

  tanpa sinyal sortir w/ sinyal sortir Inti Sel dan Pori Inti

  akhir abad 19: sifat-sifat osmotik inti sel  selubung inti 1950-an - mikroskop elektron  selubung inti terdiri atas dua lapis membran sel yang saling konsentris

  : nuclear lamina  bagian dalam

• protein penambat kromosom
• struktur penguat inti ~ sitoskeleton

   bagian luar : membran RE  diantara keduanya : rongga perinuklear, 20-40 nm  ada pori inti

  2

   densitas 10-20 pori per m  tersusun atas beragam jenis protein kompleks protein pori dg konfigurasi oktagonal  bagian tengah: protein transporter untuk molekul Struktur Pori Inti

  Posttraslational Transport ke Inti Sel

  sintesis polipeptida dalam sitosol  modifikasi postranslasi sinyal sortir penentu tujuan akhir, mis. inti sel melalui pori inti protein transporter dilengkapi nuclear localization signal

  1. Protein sitosolik fungsional mengandung runutan nuclear localization signal - NLS 2. dikenali dan diikat oleh importin

  Posttraslational Transport ke Inti Sel

• – suatu protein reseptor 3. kompleks NLS-protein berikatan dengan protein fibril pori inti  GTP mengaktifkan kompleks pori inti  masuk ke nukleosol

  4. dalam nukleosol, importin diikat oleh protein Ran  lepas dari protein yang dibawanya 5. kompleks importin + Ran keluar ke sitosol melalui pori inti yang lain  nolekul Ran lepas 6. importin siap menangkap protein yang mengandung NLS Pori Inti dan Sinyal Sortir Inti

  Posttraslational Transport ke mt &amp; chl

  1. mt &amp; chl mempunyai membran dua lapis

• membran luar: TOM (~ TOC untuk kloroplas)

   tersusun atas protein reseptor + protein kanal

• membran dalam: TIM (~TIC untuk kloroplas)
• membran yang ada TOM dan TIM berhadapan dan saling mendekat membentuk kompleks TOM - TIM sehingga tidak menyisakan ruang antar membran

  2. Protein sitosolik belum matang mengandung runutan sinyal sortir untuk mt dan chl

• – transit

Posttraslational Transport ke mt &amp; chl

  Posttraslational Transport ke mt &amp; chl

  Posttraslational Transport ke mt &amp; chl

  TUGAS 2.