�������� 209

BAB IX

LISOSOM Adnan (UNM, 2011)

A. PENDAHULUAN

Lisosom ditemukan oleh de Duve dkk., pada awal tahun 1950 setelah mempelajari distribusi beberapa jenis enzim yang terlibat di dalam metabolisme karbohidrat. Salah satu enzim yang dipelajari adalah fosfatase asam yang memecah gugus fosfat pada beberapa fosfat yang mengandung ester fosfat.

Gambar-9.1 Foto mikrograf electron kelompok lisosom

dekat mitokondria (Sheeler dan Bianchii, 1983)

Lisosom adalah vesikula yang berbatas membran dimana di dalamnya terkandung enzim-enzim hidrolase. Suatu organel dapat didefinisikan sebagai lisosom bilamana memenuhi beberapa kriteria, yaitu:

�����������210

1. Organel yang bersangkutan berbatas membran; 2. Mengandung dua atau lebih enzim-enzim hidrolase yang

semua-nya adalah asam hidrolase; 3. Memiliki sifat kelatenan enzim.

Gambar-9.2 Sifat kelatenan enzim (Thorpe, 1984)

Lisosom dibatasi oleh membran tunggal dan di dalamnya terkandung kurang lebih 40 jenis enzim yang semuanya adalah enzim hidrolase seperti protease, nuklease, glikosidase, lipase, fosfolipase, fosfatase, dan sulfatase. Enzim-enzim hidrolase bekerja dengan baik pada pH kurang lebih 5,0. Untuk mempertahankan pH tersebut, maka secara terus menerus terjadi pemompaan ion hidrogen ke dalam lumen lisosom dengan melibatkan hidrolisis ATP sebagai sumber energi (Thorpe, 1984; Allar, 2005). Lisosom memiliki protein maker

�������� 211

yang disebut sebagai “Docking-marker acceptor”. Dengan demikian, lisosom akan dapat berfusi dengan vesikula-vesikula target dengan tepat.

Sumber : http://faculty.harrisburgu.net/~allar/Golgi%20Lyso%20Pero%20

Mito%20TTh.ppt Gambar-9.3 Pompa hidrogen pada lisosom (Allar, 2005)

Beberapa molekul sederhana dapat menembus membran

lisosom, misalnya quinakrin. Quinakrin dapat meningkatkan pH di dalam lisosom jika diberikan ke dalam sel. Quinakrin digunakan di laboratorium sebagai inhibitor fungsi lisosom. Lisosom memiliki fungi pencernaan intra sel yang sangat luas meliputi pencernaan bahan-bahan intra dan ekstra sel, mikroorganisme yang telah difagositosis dan program kematian sel selama organogenesis.

�����������212

Gambar-9.4 Peristiwa fagositosis sel bakteri oleh sel fagosit (Thorpe, 1984)

Enzim-enzim hidrolase memiliki kemampuan untuk meme-

cahkan berbagai jenis molekul organik seperti polisakarida, protein, lipida, fosfolipida, dan asam-asam nukleat.

B. PEMBENTUKAN DAN NASIB LISOSOM Asal dan pembentukan lisosom telah dipelajari dengan

sangat intensif. Dari berbagai hasil temuan, ada dua pendapat yang berkenaan dengan asal dan pembentukan lisosom, yaitu: 1. Berbagai bukti telah ditemukan bahwa protein-protein

hidrolitik dibentuk oleh ribosom yang terdapat pada retikulum endoplasma. Dari retikulum endoplasma kasar, selanjutnya protein tersebut ditranslokasikan menuju permukaan pembentukan badan golgi untuk diproses lebih lanjut. Setelah itu, protein-protein hidrolitik dikemas dan dibungkus dalam bentuk vesikula-vesikula untuk selanjutnya dilepaskan sebagai lisosom primer.

2. Protein-protein hidrolitik dibentuk pada ribosom yang terdapat pada retikulum endoplasma kasar, selanjutnya ia dilepaskan dalam bentuk vesikula menuju daerah GERL

�������� 213

(Golgi associated Endoplasmic Reticulum giving rise to Lisosom) yang berdekatan dengan daerah permukaan matang badan golgi. Dari GERL, selanjutnya dilepaskan vesiula-vesikula yang disebut lisosom primer .

Lisosom yang pertama dibentuk oleh sel dan belum terlibat dalam aktivitas pencernaan sel disebut lisosom primer. Sedangkan lisosom sekunder adalah lisosom yang merupakan hasil fusi berulang antara lisosom primer dengan berbagai substrat yang berbatas membran (Albert et al., 1983). Dengan demikian, lisosom sekunder telah terlibat dalam aktivitas pencernaan sel dan di dalam lumennya terdapat substrat dan enzim-enzim hidrolitik. Lisosom sekunder memiliki dua fungsi yang berbeda, yaitu: (i) Heterolisosom, yaitu bila substrat yang dicerna berasal dari luar sel. Dengan demikian, heterolisosom dibentuk dari hasil fusi antara lisosom primer dengan fagosom atau endosom. Heterolisosom sering disebut sebagai vakuola pencerna dan (ii) Vakuola autofagi atau autolisosom, yaitu lisosom yang mengandung dan mungkin mencerna substrat-substrat intraseluler yang berbatas membran (sitosegresom), misalnya organel-organel intraseluler seperti mitokondria. Autolisosom dibentuk dari hasil fusi antara sitosegresom dengan lisosom primer.

Gambar-9.5 Dua ide tentang pembentukan lisosom

(Thorpe, 1984)

�����������214

Albert et al. (1983) membagi heterolisosom menjadi dua tipe, yaitu: (i) Vakuola pencerna, yaitu hasil fusi antara fagosom (partikel-partikel yang difagositosis seperti bakteri) dengan lisosom primer, dan (ii) Badan-badan multivesikula, yaitu hasil fusi antara beberapa endosom (substrat yang masuk secara endositosis dan bukan dalam bentuk partikel) dengan lisosom primer. Dengan demikian, badan-badan multivesikula merupa-kan kantung-kantung berbatas membran dimana di dalamnya mengandung banyak vesikula-vesikula kecil dengan diameter berkisar 50 nm.

Gambar-9.6 Pembentukan dan fungsi lisosom pada

heterofagi dan autofagi seluler (Sheeler dan Bianchii, 1983)

Di dalam sel, sesungguhnya terdapat kerjasama yang erat antara heterolisosom dengan autolisosom. Selama heterofagi berlangsung, protein-protein ditempatkan di dalam vesikula-vesikula endosom, kemudian berfusi dengan lisosom primer dan selanjutnya mengalami hidrolisis. Selama auto-fagi, sitosegresom berfusi dengan lisosom primer membentuk

�������� 215

autolisosom dan memasuki siklus pencernaan intrasel (Gambar-9.7)

Gambar-9.7 Siklus pencernaan intrasel (Thorpe, 1984)

Tergantung pada keadaan fisiologisnya, vakuola pencerna atau vakuola autofagi pada akhirnya mengalami satu dari tiga kemungkinan yang terjadi, yaitu : 1. Mengosongkan kandungannya dengan cara eksositosis

atau defekasi seluler; 2. Menjadi bahan residu tanpa bahan hidrolase; 3. Menghidrolisis kandungannya secara sempurna untuk dapat

berdifusi dan selanjutnya siap untuk siklus aktivitas yang baru.

�����������216

Gambar-9.8 Nasib lisosom (Thorpe, 1984)

Tentang pembentukan sitosegresom, ada beberapa

pandangan yang diusulkan, yaitu : 1. Sitosegresom dibentuk dari suatu membran sisterna yang

melingkupi mitokondria secara sempurna dan selanjutnya diikuti dengan berdegenerasinya membran dalam;

2. Sitosegresom dibentuk dari suatu membran yang melingkupi mitokondria secara sempurna;

3. Sitosegresom dibentuk dari vesikula endosom yang melingkupi mitokondria secara sempurna yang selanjutnya diikuti dengan berdegenerasinya membran dalam;

4. Sitosegresom dibentuk dari vesikula endosom, dimana mitokondria memasuki vesikula endosom melalui suatu celah.

�������� 217

Gambar-9.9 Pembentukan sitosegresom (Thorpe, 1984)

Bentuk akhir heteroslisosom dan autolisoson disebut telolisosom atau postlisosom atau badan residu. Bahan-bahan yang terkandung di dalam telo-lisosom sewaktu-waktu dapat dilepaskan. Proses pelepasannya dinamakan defekasi seluler. Bahan-bahan yang telah dicerna di dalam lisosom dapat kembali dilepaskan ke dalam sitoplasma dan selanjutnya terlibat di dalam proses katabolisme atau anabolisme.

Gambar-9.10 Perbedaan bentuk lisosom (a) vakuola

autofagi yang mengandung mitokondria dan mikrobodi, (b) badan residu pada sel sertoli testis (Thorpe, 1984)

�����������218

C. ULTRASTRUKTUR DAN KOMPOSISI LISOSOM

Lisosom merupakan vesikula berbatas membran tunggal, dimana di dalamnya terdapat enzim-enzim proteolitik. Membran lisosom mengandung karbohidrat netral, hexoamina, dan asan N-asetilmuramat yang lebih banyak dibandingkan dengan membran plasma.

Pengamatan dengan mikroskop elektron menunjukkan bahwa membran lisosom memiliki membran dengan tebal 9 nm, lebih tebal dari membran mitokondria. Membran lisosom memiliki kemampuan untuk berfusi secara selektif dengan membran sel yang lain, seperti fusi yang terjadi antara membran lisosom dengan fagosom atau endosom selama pencernaan intra sel. Demikian pula antara lisosom dengan membran plasma selama berlangsungnya sekresi sel.

Salah satu ciri lisosom adalah adanya kandungan berbagai enzim hidrolase seperti fosfatase, nuklease, hidrolase, protease, dan enzim-enzim untuk perombak lipida (Tabel-9.1).

Tabel-9.1 Beberapa jenis enzim lisosom (Sheeler & Bianchi, 1983)

Jenis Enzim Substrat Asal Lisosom Fosfatase Fosfatase asam Sebahagian besar

ester monofosfat Jaringan hewan, tumbuhan dan protista

Fosfodiesterase asam

Oligonukleotida dan diesterfosfat

Jaringan hewan, tumbuhan dan protista

Nuklease RNA-ase RNA Jaringan hewan, tumbuhan

dan protista DNA-ase DNA Jaringan hewan, tumbuhan

dan protista Hidrolase β-Galaktosidase Galaktosidase Jaringan hewan, tumbuhan

dan protista Glikosidase Glikogen Jaringan hewan Mannosidase Mannosida Jaringan hewan

�������� 219

Tabel-9.2 (Lanjutan)

Jenis Enzim Substrat Asal Lisosom β-glukuronidase Polisakarida dan

Mukopolisakarida Jaringan hewan

Lisosom Dinding bakteri Mukopolisakarida

Ginjal

Hialuronidase Asam hialuronat kondritin sulfat

Hati

Asilsulfatase Sulfat organic Hati, Tumbuhan Protease Katepsin Protein Sel hewan Kolagenase Kolagen Sel tulang Peptidase Peptida Jaringan hewan, tumbuhan

dan protista Enzim perombak lipida Esterase Ester asam lemak Jaringan hewan, tumbuhan

dan protista Fosfolipase Fosfolipida Tumbuhan

D. PERANAN LISOSOM Peranan fisiologi lisosom umumnya berhubungan dengan

pencernaan intraseluler. Misalnya pencernaan makanan yang berlangsung pada protozoa dimana bahan-bahan yang berasal dari luar dicerna secara intraseluler atau heterofagi. Beberapa fungsi lisosom adalah sebagai berikut: 1. Fungsi nutrisi melalui proses pencernaan yang berlangsung

pada protozoa dan sel-sel metazoan. 2. Fungsi nutrisi melalui proses autofagi selama kondisi

lingkungan yang tidak menguntungkan. 3. Lisis organel selama diferensiasi seluler dan metamorfosis. 4. Penghancuran sel-sel darah merah yang telah tua. 5. Pertahanan tubuh dari invasi bakteri dan virus melalui

sirkulasi makrofag. 6. Penandukan kulit

�����������220

7. Sekresi hidrolase oleh sperma untuk penetrasi telur selama pembuahan.

8. Pencernaan yolk atau kuning telur selama perkembangan embrio.

9. Resorbsi tulang. 10. Reabsorbsi pada ginjal dan kantung kemih.

Endositosis merupakan persyaratan bagi pencernaan intraseluler bahan eksogen dengan molekul tinggi. Bukti menunjukkan bahwa vakuola makanan dihasilkan dari fusi antara endosom dengan lisosom primer.

Dalam darah, terdapat banyak sel-sel fagosit yang bekerja sebagai penghalang yang efektif dari invasi mikroorganisme atau benda-benda asing lainnya. Ada empat tipe fagosit darah, yaitu (i) Polymorpho Nuclear Neutrofic Leukocytes (PMNs), (ii) Eosinofil, (iii) Basofil, dan (iv) Monosit. Meskipun keempat tipe tersebut bersirkulasi di dalam darah, neutrofil dan manosit memiliki kemampuan untuk meninggalkan aliran darah dan mengembara di seluruh jaringan untuk menghilangkan bahan-bahan asing dalam jaringan dengan cara memfagositosisnya.

Monosit di dalam jaringan akan berkembang menjadi dewasa dan menjadi sel-sel makrofag. Berbagai jenis makrofag antara lain histiosit dalam jaringan pengikat, makrofag alveolar di dalam paru-paru, sel-sel kuffer di dalam jaringan hati, makrofag pelural di dalam peritoneal, osteoklas di dalam tulang, sel mikroglia di dalam sistim saraf pusat, sel schwann di dalam serabut saraf perifer, sel sinvial tipe A di dalam ruang sendi, dan makrofag di dalam jaringan limfoid dan jaringan ikat (Subowo, 1990).

Lisosom memainkan peranan yang sangat penting dalam reabsorbsi tulang yang dilakukan oleh osteoklas (Gambar-9.11)

�������� 221

Gambar-9.11 Peranan lisosom dalam resorbsi tulang

(Thorpe, 1984)

Mekanisme resorbsi tulang melibatkan hormon paratiroid. Hormon paratiroid terikat pada reseptor permukaan sel-sel osteoklas. Interaksi antara hormone dengan reseptor permuka-an membran mengaktifkan enzim adenil siklase. Enzim adenil siklase selanjutnya menghidrolisis ATP menjadi siklik AMP yang berperan sebagai pesuruh kimia kedua di dalam sel. Siklik AMP selanjutnya mengaktifkan sejumlah enzim dan menigkat-kan proses glikolisis.

Peningkatan glikolisis menyebabkan produksi ion H+ meningkat (produksi asam). Ion H+ selanjutnya dipompa keluar sel menuju matriks ekstraseluler. Ion H+ yang berada pada matriks ekstraseluler menyebabkan lingkungan matriks dalam suasana asam dan menyebabkan demineralisasi matriks tulang.

�����������222

Pengaktifan sejumlah enzim oleh cAMP juga meningkatkan aktivitas enzim-enzim lisosom. Enzim-enzim aktif lisosom dikeluarkan ke dalam matriks melalui proses eksositosis. Keberadaan enzim lisosom di dalam matriks diperuntukkan agar komponen-komponen jaringan tulang mengalami hidrolisis menjadi fragmen-fragmen yang lebih kecil. Fragmen-fragmen jaringan selanjutnya dimasukkan ke dalam sel dengan cara endositosis, dan membentuk endosom. Ion H+ yang dihasilkan selama glikolisis sebagian diantaranya dipompakan masuk ke dalam lisosom agar suasana lingkungan internal lisosom tetap berada dalam pH asam (berkisar pH 5). Selanjutnya lisosom primer berfusi dengan endosom. Enzim-enzim lisosom selanjutnya mencerna fragmen-fragmen jaringan yang terdapat di dalam endosom untuk selanjutnya digunakan dalam pembentukan tulang yang baru.

Selain itu, lisosom memegang peranan penting di dalam sekresi kelenjar tiroid oleh sel-sel epitel dari folikel tiroid (Gambar-9.12). Uraian selengkapnya lihat pada reticulum endoplasma.

�������� 223

Gambar-9.12. Peranan lisosom dalam sekresi kelenjar

tiroid (Thorpe, 1984)

Lisosom memainkan peranan yang sangat penting selama berlangsungnya fertilisasi pada berbagai jenis hewan termasuk manusia, terutama selama berlang-sungnya reaksi akrosom. Enzim-enzim yang dilepaskan dari vesikula akrosom melakukan pencernaan terhadap selaput-selaput pelindung telur sehingga memungkinkan sel pronuklei jantan masuk menembus membran telur untuk berfusi dengan pronuklei betina .

�����������224

Pada Gambar-9.13 ditunjukkan tahap-tahap berlangsung-nya reaksi akrosom pada bintang laut. Bila sperma kontak dengan selaput lendir, menyebabkan vesikula akrosom pecah diikuti dengan terjadinya polimerisasi aktin untuk membentuk tonjolan akrosom yang menembus selaput lendir. Protein-protein enzim yang dilepaskan dari vesikula akrosom akan melekat pada permukaan tonjolan akrosom, dan selanjutnya mengikatkan sperma pada membran vitellin dan sekaligus mencerna lapisan tersebut. Kejadian selanjutnya dalah fusi diantara membran akrosom dengan membran telur diikuti dengan terjadinya perombakan filamen aktin, dan selanjutnya sperma memasuki sel telur. (Albert et al., 1983).

Gambar-9.13 Tahap-tahap reaksi akrosom pada bintang

laut (Albert et al, 1983)

E. VAKUOLA PADA TUMBUHAN

Sel-sel pada tumbuhan umumnya mengandung satu atau lebih vakuola. Pada saat sel-sel masih muda, jumlah vauola lebih banyak dan berukuran kecil, namun pada saat sel-sel tumbuhan mencapai kedewasaan yang optimal, jumlah vakuola

�������� 225

persel hanya satu dan ukurannya besar. Vakuola tersebut dinamakan vakuola sentral (Gambar-9.14).

Gambar-9.14 .......................................

Vakuola sentral memiliki peranan yang sangat penting dalam mempertahankan turgor sel. Sel dengan tekanan turgor yang rendah menyebabkan tanaman menjadi layu, sebaliknya bila tekanan turgor tinggi meningkatkan riditas sel, khususnya daun dan bagian-bagian tanaan yang masih mudah. Vakuola sentral menempati lebih 80% volume total sel tumbuhan. Seperti lisosom, vakuola sel tumbuhan juga mengandung enzim-enzim hidrolitik (Sheeler dan Bianchii, 1983). Selain itu, vakuola juga mengandung, gula, garam-garam, asam, komponen-komponen yang mengandung nitrogen seperti alkaloid dan pigmen-pigmen antosianin. pH vakuola tumbuhan sangat tinggi, yaitu berkisar pH 9-10 bila mengandung subtansi-subtansi alkalin yang banyak, namun dapat pula pH berkisar 3 manakala mengakumulasi subtansi-subtansi asam seperti asam sitrat, asam oksalat dan asam tartarat.

�����������226