lisosom adalah organel yang dikelilingi membran sel yang terletak di dalam sel-sel hewan. Mereka adalah kompartemen yang memiliki pH asam dan kaya akan enzim pencernaan, yang mampu mendegradasi semua jenis molekul biologis: protein, karbohidrat, dan asam nukleat.
Selain itu, mereka dapat mendegradasi bahan dari luar sel. Untuk alasan ini, lisosom memiliki banyak fungsi dalam metabolisme sel dan berkat komposisinya yang kaya akan enzim hidrolitik, mereka sering disebut “perut” sel.
Lisosom dibentuk oleh peleburan vesikel yang muncul dari aparatus Golgi. Sel mengenali urutan tertentu yang berfungsi sebagai “tag” pada enzim hidrolitik dan mengirimkannya ke lisosom pembentuk.
Vakuola ini berbentuk bulat dan ukurannya sangat bervariasi, menjadi struktur sel yang cukup dinamis.
Indeks artikel
Perspektif penemuan dan sejarah
Lisosom ditemukan lebih dari 50 tahun yang lalu oleh peneliti Christian de Duve. Tim De Duve sedang melakukan eksperimen yang melibatkan teknik fraksinasi subseluler, untuk menyelidiki lokasi enzim tertentu.
Protokol eksperimental ini memungkinkan penemuan organel, karena para peneliti memperhatikan bahwa pelepasan enzim hidrolitik meningkat saat mereka menambahkan senyawa yang merusak membran.
Selanjutnya, perbaikan teknik biologi molekuler dan keberadaan peralatan yang lebih baik – seperti mikroskop elektron, berhasil menguatkan keberadaannya. Bahkan, dapat disimpulkan bahwa lisosom menempati 5% dari volume intraseluler.
Beberapa waktu setelah penemuannya, keberadaan enzim hidrolitik dibuktikan di bagian dalamnya, mengubah lisosom menjadi semacam pusat degradasi. Selanjutnya, lisosom dikaitkan dengan kehidupan endositik.
Secara historis, lisosom dianggap sebagai titik akhir endositosis, hanya digunakan untuk degradasi molekul. Saat ini, lisosom dikenal sebagai kompartemen sel yang dinamis, mampu menyatu dengan berbagai organel tambahan.
Karakteristik lisosom
Pemompaan proton melalui membran lisosom. Sumber: Alejandro Porto [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]
Morfologi lisosom
Lisosom adalah kompartemen unik sel hewan yang menampung berbagai enzim yang mampu menghidrolisis protein dan mencerna molekul tertentu.
Mereka padat, vakuola bulat. Ukuran struktur sangat bervariasi, dan tergantung pada bahan yang telah ditangkap sebelumnya.
Lisosom, bersama dengan retikulum endoplasma dan aparatus Golgi, merupakan bagian dari sistem endomembran sel. Meskipun ketiga struktur ini adalah jaring-jaring membran, mereka tidak bersambungan satu sama lain.
Lisosom mengandung banyak enzim
Karakteristik utama lisosom adalah baterai enzim hidrolitik di dalamnya. Ada sekitar 50 enzim yang mampu mendegradasi berbagai biomolekul .
Ini termasuk nuklease, protease, dan fosfatase (yang menghilangkan gugus fosfat dari mononukleotida fosfolipid dan senyawa lainnya). Selain itu, mereka mengandung enzim lain yang bertanggung jawab untuk degradasi polisakarida dan lipid.
Logikanya, enzim pencernaan ini harus dipisahkan secara spasial dari komponen seluler lainnya untuk menghindari degradasi yang tidak terkendali. Dengan demikian sel dapat “memilih” senyawa yang akan dieliminasi, karena dapat mengatur unsur-unsur yang masuk ke dalam lisosom.
Lingkungan lisosom bersifat asam
Bagian dalam lisosom bersifat asam (mendekati 4,8), dan enzim yang dikandungnya bekerja dengan baik pada kondisi pH ini. Untuk alasan ini, mereka dikenal sebagai hidrolase asam.
Karakteristik pH asam dari kompartemen sel ini dipertahankan berkat adanya pompa proton dan saluran klorida di dalam membran. Bersama-sama, mereka mengangkut asam klorida (HCl) ke dalam lisosom. Pompa terletak berlabuh di membran organel.
Fungsi pH asam ini adalah untuk mengaktifkan berbagai enzim hidrolitik yang ada dalam lisosom dan untuk menghindari – sejauh mungkin – aktivitas enzimatiknya pada pH netral sitosol.
Dengan cara ini, kita sudah memiliki dua penghalang yang berfungsi sebagai perlindungan terhadap hidrolisis yang tidak terkontrol: menjaga enzim dalam kompartemen yang terisolasi, dan bahwa enzim ini bekerja dengan baik pada pH asam kompartemen ini.
Bahkan jika membran lisosom pecah, pelepasan enzim tidak akan banyak berpengaruh – karena pH netral sitosol.
Fitur
Lisosom dalam sel manusia
Komposisi internal lisosom didominasi oleh enzim hidrolitik, itulah sebabnya mereka merupakan wilayah penting dari metabolisme seluler di mana pencernaan protein ekstraseluler yang masuk ke dalam sel melalui endositosis, daur ulang organel dan protein sitosol berlangsung.
Kita sekarang akan mengeksplorasi secara mendalam fungsi lisosom yang paling menonjol: degradasi molekul oleh autophagy dan degradasi oleh fagositosis.
Autofagi
Apa itu autofagi?
Salah satu mekanisme yang berhasil menangkap protein seluler disebut autophagy “makan sendiri”. Peristiwa ini membantu menjaga homeostasis sel, mendegradasi struktur sel yang tidak lagi dibutuhkan dan berkontribusi pada daur ulang organel.
Melalui fenomena ini, pembentukan vesikel yang disebut autofagosom terjadi. Ini adalah daerah kecil dari sitoplasma atau kompartemen seluler lainnya, yang berasal dari retikulum endoplasma yang menyatu dengan lisosom.
Kedua organel memiliki kemampuan untuk melebur, karena dibatasi oleh membran plasma yang bersifat lipid. Ini analog dengan mencoba mencocokkan dua gelembung sabun – Anda membuat yang lebih besar.
Setelah fusi, kandungan enzim lisosom bertanggung jawab untuk mendegradasi komponen yang ada di dalam vesikel lain yang terbentuk. Penangkapan molekul-molekul ini tampaknya merupakan proses yang kurang selektif, menyebabkan degradasi protein yang terletak di sitosol berumur panjang.
Autophagy dan periode puasa
Di dalam sel, peristiwa autophagy tampaknya diatur oleh jumlah nutrisi yang tersedia.
Ketika tubuh mengalami kekurangan nutrisi atau mengalami periode puasa yang lama, jalur degradasi diaktifkan. Dengan cara ini, sel berhasil mendegradasi protein yang tidak esensial dan mencapai penggunaan kembali organel tertentu.
Mengetahui bahwa lisosom memainkan peran penting selama periode puasa telah meningkatkan minat para peneliti pada organel ini.
Autophagy dan perkembangan organisme
Selain partisipasi aktif mereka dalam periode kandungan nutrisi rendah, lisosom memainkan peran penting selama pengembangan garis keturunan tertentu dari makhluk organik.
Dalam beberapa kasus, perkembangan menyiratkan recaraling total organisme, yang menyiratkan bahwa organ atau struktur tertentu harus dihilangkan selama proses tersebut. Dalam metamorfosis serangga, misalnya, kandungan hidrolitik lisosom berkontribusi pada recaraling jaringan.
Endositosis dan fagositosis
Endositosis dan fagositosis memiliki peran dalam pengambilan unsur di luar sel dan degradasi selanjutnya.
Selama fagositosis, sel-sel tertentu – seperti makrofag – bertanggung jawab untuk menelan atau mendegradasi partikel besar, seperti bakteri atau puing-puing sel.
Molekul tersebut dicerna oleh vakuola fagosit, yang disebut fagosom, yang, seperti dalam kasus sebelumnya, akan menyatu dengan lisosom. Fusi menimbulkan pelepasan enzim pencernaan di dalam fagosom dan partikel terdegradasi.
Jenis lisosom
Beberapa penulis membedakan kompartemen ini menjadi dua tipe utama: tipe I dan tipe II. Lisosom tipe I atau primer terlibat dalam penyimpanan enzim hidrolitik, sedangkan lisosom sekunder terkait dengan proses katalisis.
Pembentukan lisosom
Pembentukan lisosom dimulai dengan pengambilan molekul dari luar melalui vesikel endositik. Yang terakhir bergabung dengan struktur lain yang disebut endosom awal.
Kemudian, endosom awal menjalani proses pematangan, sehingga menimbulkan endosom akhir.
Komponen ketiga muncul dalam proses pembentukan: vesikel transportasi. Ini mengandung hidrolase asam dari jaringan trans aparatus Golgi. Kedua struktur – vesikel pengangkut dan endosom akhir – menyatu dan menjadi lisosom, setelah memperoleh set enzim lisosom.
Selama proses tersebut, daur ulang reseptor membran terjadi dengan cara mendaur ulang endosom.
Hidrolase asam dipisahkan dari reseptor fosfat mannose-6 selama proses fusi organel yang menimbulkan lisosom. Reseptor ini masuk kembali ke jaringan trans Golgi.
Perbedaan Endosom dan Lisosom
Kebingungan antara istilah endosom dan lisosom sering terjadi. Yang pertama adalah kompartemen sel yang terikat membran – seperti lisosom. Namun, perbedaan penting antara kedua organel adalah bahwa lisosom tidak memiliki reseptor mannose-6-fosfat.
Selain dua entitas biologis ini, ada jenis vesikel lainnya. Salah satunya adalah vakuola, yang isinya terutama air.
Vesikel transportasi, seperti namanya, berpartisipasi dalam pergerakan zat ke lokasi lain di dalam sel. Vesikel sekretori, sementara itu, menghilangkan bahan limbah atau bahan kimia (seperti yang terlibat dalam sinapsis neuron.)
Penyakit terkait
Pada manusia, mutasi pada gen yang mengkode enzim lisosom dikaitkan dengan lebih dari 30 penyakit bawaan. Patologi ini dicakup oleh istilah “penyakit penyimpanan lisosom.”
Anehnya, banyak dari kondisi ini timbul dari kerusakan pada enzim lisosom tunggal.
Pada individu yang terkena, konsekuensi memiliki enzim non-fungsional di dalam lisosom adalah akumulasi produk limbah.
Perubahan deposisi lisosom yang paling umum dikenal sebagai penyakit Gaucher, dan ini terkait dengan mutasi pada gen yang mengkode enzim yang bertanggung jawab atas glikolipid. Sebagai fakta yang aneh, penyakit ini menunjukkan frekuensi yang cukup tinggi di antara populasi Yahudi, mempengaruhi 1 dari setiap 2.500 individu.
Referensi
- Cooper, GM, Hausman, RE, & Hausman, RE (2000). Sel: pendekatan molekuler . pers ASM.
- Holtzman, E. (2013). Lisosom . Ilmu Pengetahuan & Media Bisnis Springer.
- Hsu, VW, Lee, SY, & Yang, JS (2009). Pemahaman yang berkembang tentang pembentukan vesikel COPI. Tinjauan Alam Biologi sel molekuler , 10 (5), 360.
- Kierszenbaum, AL, & Tres, L. (2015). Histologi dan Biologi Sel: pengantar E-Book patologi . Ilmu Kesehatan Elsevier.
- Luzio, JP, Hackmann, Y., Dieckmann, NM, & Griffiths, GM (2014). Biogenesis lisosom dan organel terkait lisosom. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi , 6 (9), a016840.
- Luzio, JP, Pryor, PR, & Bright, NA (2007). Lisosom: fusi dan fungsi. Tinjauan Alam Biologi sel molekuler , 8 (8), 622.
- Luzio, JP, Rous, BA, Bright, NA, Pryor, PR, Mullock, BM, & Piper, RC (2000). Fusi lisosom-endosom dan biogenesis lisosom. J Sel Sci , 113 (9), 1515-1524.
