lain melalui kompleks pori inti dan dengan demikian kontinyu secara topologis (meskipun secara fungsional berbeda); (2) semua organel yang berfungsi di jalur sekretori dan endositik — termasuk RE, aparatus Golgi, endosom, dan lisosom, berbagai kelas zat antara transpor seperti vesikel transpor yang bergerak di antara mereka, dan peroksisom; (3) mitokondria; dan (4) plastida (hanya pada tumbuhan).
Protein Dapat Bergerak Antar Kompartemen dengan Cara Berbeda
Semua sintesis protein dimulai dari ribosom di dalam sitosol, kecuali beberapa protein yang disintesis pada ribosom mitokon- dria dan plastida. Nasib mereka selanjutnya tergantung pada urutan asam amino mereka, yang dapat berisi sinyal penyorti- ran yang mengarahkan pengirimannya ke lokasi di luar sitosol
atau ke permukaan organel. Beberapa protein tidak memiliki sinyal penyortiran dan akibatnya tetap berada di sitosol sebagai penghuni permanen. Namun, banyak lainnya yang memiliki sinyal penyortiran spesifik yang mengarahkan transpornya dari sitosol ke nukleus, ER, mitokondria, plastida, atau peroksisom; sinyal pe- nyortiran juga dapat mengarahkan pengangkutan protein dari ER ke tujuan lain di dalam sel.
Gambar 4. Kompartemen yang secara topologis setara di jalur sekretori dan endositik dalam sel eukariotik. Kompartemen dikatakan ekivalen secara topologis jika mereka dapat berkomunikasi satu sama lain, dalam arti bahwa molekul dapat berpindah dari satu ke yang lain tanpa harus melewati membran. Ruang yang ekuiva- len secara topologi ditunjukkan dengan warna merah. (A) Mole- kul dapat dibawa dari satu kompartemen ke kompartemen lain yang secara topologis ekivalen oleh vesikula yang bertunas dari satu dan menyatu dengan yang lain. (B) Pada prinsipnya, siklus tunas dan fusi membran memungkinkan lumen organel mana pun yang ditunjukkan untuk berkomunikasi dengan yang lain dan dengan bagian luar sel melalui vesikula transportasi. Panah biru menunjukkan lalu lintas vesikuler keluar dan masuk yang luas. Beberapa organel, terutama mitokondria dan (dalam sel tumbuhan) plastida, tidak mengambil bagian dalam komunikasi ini dan diisolasi dari lalu lintas vesikuler antara organel yang di- tunjukkan di sini.
Gambar 5. Sebuah “peta jalan” yang disederhanakan dari lalu lintas protein dalam sel eukariotik. Protein dapat berpindah dari satu kom- partemen ke kompartemen lainnya dengan transpor berpagar (merah), translokasi protein (biru), atau transpor vesikuler (hijau).
Sinyal penyortiran yang mengarahkan pergerakan protein ter- tentu melalui sistem, dan dengan demikian menentukan lokasi akhirnya di dalam sel, terkandung dalam setiap urutan asam ami- no protein. Perjalanan dimulai dengan sintesis protein pada ribo- som di sitosol dan, bagi banyak protein, berakhir ketika protein mencapai tujuan akhirnya. Protein lain berpindah bolak-balik antara nukleus dan sitosol. Di setiap stasiun perantara (kotak), keputusan dibuat, apakah protein akan disimpan di komparte- men itu atau diangkut lebih jauh. Sinyal penyortiran dapat men- garahkan retensi masuk atau keluar dari kompartemen. Kita akan sering mengacu pada gambar ini sebagai panduan dalam bab ini dan selanjutnya, menyoroti dengan warna jalur tertentu yang sedang dibahas.
Untuk memahami prinsip-prinsip umum yang dengannya sinyal pengurutan beroperasi, penting untuk membedakan tiga cara yang berbeda secara fundamental yang digunakan protein
untuk berpindah dari satu kompartemen ke kompartemen lainnya. Ketiga mekanisme ini dijelaskan di bawah :
1. Dalam transpor berpagar, protein dan molekul RNA bergerak di antara sitosol dan nukleus melalui kompleks pori inti pada selubung inti. Kompleks pori inti berfung- si sebagai gerbang selektif yang mendukung transpor aktif makromolekul tertentu dan kumpulan makromole- kul antara dua ruang yang ekuivalen secara topologis, meskipun mereka juga memungkinkan difusi bebas dari molekul yang lebih kecil.
2. Dalam translokasi protein, translocator protein transmem- bran secara langsung mengangkut protein tertentu melin- tasi membran dari sitosol ke dalam ruang yang secara to- pologis berbeda. Molekul protein yang diangkut biasanya harus terbuka ke ular melalui translocator. Transpor awal protein yang dipilih dari sitosol ke dalam lumen ER atau mitokondria, misalnya, terjadi dengan cara ini. Protein membran integral sering menggunakan translocator yang sama tetapi hanya mentranslokasi sebagian melintasi membran, sehingga protein menjadi tertanam di lapisan ganda lipid.
3. Dalam transpor vesikuler, transpor intermediet yang tertutup membran — yang mungkin kecil, vesikel transpor bola atau lebih besar, fragmen organel berbentuk tidak teratur — mengangkut protein dari satu kompartemen yang secara topologis ekivalen ke kompartemen lain.
Vesikel pengangkut dan fragmen menjadi sarat dengan muatan molekul yang berasal dari lumen salah satu kom- partemen saat mereka bertunas dan mencubit dari mem- brannya; mereka membuang muatan mereka ke kom- partemen kedua dengan melebur dengan membran yang menutupi kompartemen itu (Gambar 6).
Gambar 6.
Tunas vesikel dan fusi selama transpor- tasi vesikuler. Mengangkut tunas vesikel dari satu kompartemen (donor) dan berfu- si dengan kompartemen lain yang secara topologi ekivalen (target). Dalam pros- esnya, komponen yang dapat larut (titik merah) dipindahkan dari lumen ke lumen.
Perhatikan bahwa membran juga dipin- dahkan dan orientasi asli dari protein dan lipid dalam membran kompartemen do- nor dipertahankan dalam membran kom- partemen target. Jadi, protein membran mempertahankan orientasi asimetrisnya, dengan domain yang sama selalu meng- hadap sitosol.
Transfer protein terlarut dari ER ke aparatus Golgi, misalnya, terjadi dengan cara ini karena protein yang diangkut tidak melewati membran, transpor vesi- kuler hanya dapat memindahkan protein antara kompartemen yang secara topolo- gis ekivalen (lihat Gambar 4). Setiap mode transfer protein biasanya dipandu oleh sinyal penyortiran dalam protein yang di- angkut, yang dikenali oleh reseptor peny- ortiran komplementer.
Misalnya, jika protein besar akan di- impor ke dalam nukleus, ia harus memiliki sinyal penyortiran yang dikenali oleh pro- tein reseptor untuk membimbingnya me- lalui kompleks pori inti. Jika protein akan ditransfer langsung melintasi membran, ia harus memiliki sinyal penyortiran yang dikenali oleh penerjemah. Demikian pula, jika protein akan dimuat ke dalam jenis vesikel tertentu atau disimpan dalam or- ganel tertentu, reseptor pelengkap dalam membran yang sesuai harus mengenali sinyal penyortirannya.