Sistem endomembran terdiri dari jaringan kompartemen tertutup membran yang bekerja sama untuk memodifikasi, menyortir, dan mengemas protein dan lipid untuk dikirim ke tujuan seluler yang benar. Perdagangan protein, pergerakan protein yang terarah di antara kompartemen-kompartemen ini, sangat penting untuk organisasi dan fungsi seluler.
Retikulum Endoplasma
Retikulum endoplasma kasar (RER) dipenuhi dengan ribosom yang mensintesis protein sekretori dan membran, yang secara kotranslasi ditranslokasi ke dalam lumen ER melalui translocon Sec61. Di dalam lumen ER, protein pendamping seperti BiP membantu pelipatan protein, dan isomerase protein disulfida mengkatalisis pembentukan ikatan disulfida. Glikosilasi terkait-N dimulai di UGD dengan transfer oligosakarida yang telah dirakit sebelumnya dari dolichol fosfat ke residu asparagin pada polipeptida yang baru lahir. RE halus (SER) tidak memiliki ribosom dan merupakan tempat utama sintesis lipid dan steroid, penyimpanan dan pelepasan kalsium melalui reseptor IP₃, dan metabolisme karbohidrat, termasuk pemecahan glikogen.
Aparatus Golgi
Aparatus Golgi terdiri dari serangkaian sisterna pipih yang disusun dalam kompartemen cis, medial, dan trans, masing-masing berisi kumpulan enzim residen yang berbeda. Protein yang datang dari RE dalam vesikel COPII memasuki Golgi di jaringan cis-Golgi (CGN). Saat protein melintasi tumpukan Golgi, mereka mengalami modifikasi pasca-translasi berurutan: pemrosesan N-glikan oleh mannosidase dan glikosiltransferase, glikosilasi terkait-O, sulfasi residu tirosin, dan pembelahan proteolitik proprotein. Jaringan trans-Golgi (TGN) berfungsi sebagai pusat penyortiran utama, mengarahkan protein ke membran plasma, lisosom, atau vesikel sekretorik berdasarkan sinyal penyortiran.
Mekanisme Transportasi Vesikular
Pertunasan vesikel didorong oleh lapisan protein yang memusatkan muatan spesifik dan merusak membran. Vesikel berlapis COPII muncul dari UGD dan membawa muatan menuju Golgi, berkumpul di lokasi keluar UGD melalui aksi GTPase Sar1 kecil. Vesikel berlapis COPI memediasi transpor retrograde dari Golgi kembali ke UGD, mendaur ulang protein residen ER yang mengandung motif pengambilan KDEL. Vesikel berlapis clathrin muncul dari TGN dan membran plasma, dengan protein adaptor (kompleks AP) memilih muatan seperti enzim lisosom yang mengandung tag mannose-6-fosfat. Pembongkaran lapisan dipicu oleh hidrolisis GTP, memungkinkan fusi vesikel dengan membran target.
Biogenesis dan Fungsi Lisosom
Hidrolase lisosom disintesis di RER dan memperoleh penanda mannose-6-fosfat (M6P) di cis-Golgi, yang dikenali oleh reseptor M6P di TGN untuk dikemas ke dalam vesikel berlapis clathrin yang ditujukan untuk endosom. Lingkungan asam lisosom (pH ~4,5–5,0) dipertahankan oleh vakuolar ATPase (V-ATPase) dan menyediakan kondisi optimal untuk lebih dari enam puluh hidrolase asam yang berbeda, termasuk protease (katepsin), nuklease, lipase, dan glikosidase. Lisosom berfungsi dalam degradasi bahan endositosis, autophagy organel yang rusak dan agregat protein, dan sekresi enzim untuk remodeling matriks ekstraseluler.
Penyortiran dan Daur Ulang Endosom
Endosom awal menerima muatan dari membran plasma melalui endositosis dan dari TGN, menyortir bahan dalam lingkungan yang agak asam (pH ~6,0–6,5). Kargo yang ditujukan untuk degradasi disimpan dalam endosom matang yang secara bertahap mengasamkan dan memperoleh karakteristik lisosom, sementara kargo daur ulang dikembalikan ke membran plasma melalui daur ulang endosom. Kompleks retromer memediasi transpor retrograde reseptor M6P dari endosom kembali ke TGN, memastikan pemanfaatannya kembali.
Sekresi Teregulasi versus Sekresi Konstitutif
Sekresi konstitutif adalah penghantaran protein non-spesifik secara kontinyu ke membran plasma dan ruang ekstraseluler yang terjadi di semua sel, terutama melibatkan komponen membran dan konstituen matriks ekstraseluler. Sekresi yang diatur mengkonsentrasikan protein ke dalam vesikel sekretori khusus yang disimpan sampai sinyal eksternal, biasanya peningkatan Ca²⁺ di sitosol, memicu fusi protein dengan membran plasma — jalur ini sangat berkembang di sel endokrin, neuron, dan kelenjar eksokrin.
ER Stres dan Respon Protein yang Tidak Terungkap
Akumulasi protein yang salah lipatan dalam lumen ER mengaktifkan respon protein terbuka (UPR), yang dimediasi oleh tiga sensor transmembran ER: IRE1, PERK, dan ATF6. UPR mengurangi sintesis protein, meningkatkan produksi pendamping ER, dan meningkatkan degradasi terkait ER (ERAD) dari protein yang salah lipatan. Jika tekanan ER parah atau berkepanjangan, UPR memicu apoptosis melalui transkripsi yang dimediasi CHOP dan aktivasi caspase, yang menghubungkan disfungsi ER dengan kondisi seperti diabetes, degenerasi saraf, dan kanker.
