---
title: "Lalu Lintas Membran dan Penyortiran Protein"
book: "Biologi Universitas — Tahun 3"
subject: biology
language: id
chapter: 8
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/8-lalu-lintas-membran-dan-penyortiran-protein
---

# Bab 8 — Lalu Lintas Membran dan Penyortiran Protein

Sebuah sel pankreas membuat sekitar sepuluh juta molekul enzim pencernaan tiap menit, mengemasnya menjadi butiran, lalu melepaskannya ke dalam sebuah saluran atas isyarat dari ususnya — tanpa sekali pun membiarkan satu molekul tripsin lepas di dalam sitoplasmanya sendiri. Sebuah sel hati mengambil kolesterol dari darah dengan menelan butiran pengusungnya secara utuh, dengan laju ribuan tiap menit, lalu mengembalikan tiap reseptornya ke permukaan demi butiran berikutnya. Sebuah protein yang baru dibuat dan ditujukan ke mitokondria, nukleus, [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis), membran, atau dunia luar mencapai alamatnya di antara selusin kompartemen dengan laju galat yang akan memalukan sebuah layanan pos. Bab ini membahas penyortirannya: isyarat yang tertulis di dalam protein, mesin yang membacanya, vesikel yang mengusung membran dan muatan antarkompartemen, [salut](#def-b3-membrane-traffic-coats) yang membentuk vesikelnya dan protein yang membuatnya berfusi dengan sasaran yang benar, serta lalu lintas dua arah — sekresi keluar, endositosis masuk — yang dijaga sebuah sel eukariot setiap detik hidupnya.

## 8.1 Isyarat dan alamat

**Definisi 8.1 (Isyarat penyortiran).**

Sebuah *isyarat penyortiran* adalah segmen sebuah protein, atau sebuah modifikasinya, yang dibaca sebuah reseptor yang mengantarkan protein itu ke satu kompartemen. *Peptida isyarat*, yaitu bentangan $15\text{ sampai }30$ residu pada ujung aminonya dengan inti hidrofob, mengirim sebuah protein ke dalam retikulum endoplasma selagi protein itu dibuat; dari situ rute bakunya menuju Golgi lalu ke membran plasma atau ke luar, dan isyarat lanjutan membelokkannya ke [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) (sebuah gula terfosforilasi) atau kembali ke retikulumnya (urutan karboksi-terminal KDEL). Sebuah *isyarat penempatan nukleus*, yaitu tambalan basa yang pendek seperti PKKKRKV, diikat importin yang mengusung protein terlipat itu melewati pori intinya; sebuah *praurutan* mitokondria, yaitu heliks amfipatik sepanjang $20\text{ sampai }50$ residu, dikenali reseptor pada membran luarnya lalu disusupkan, dalam keadaan tak terlipat, melewati translokase kedua membrannya; enzim peroksisom berakhir dengan SKL. Protein yang tak memiliki satu pun isyarat itu tinggal di dalam sitosol. Setiap isyarat ditemukan dengan cara yang sama: menghapusnya meninggalkan proteinnya di dalam sitosol, mencangkokkannya pada protein sitosol mengirim protein itu ke kompartemennya.

**Bukti eksperimental.** Blobel dan Dobberstein (1975) mentranslasikan RNA duta sebuah rantai ringan antibodi di dalam sistem bebas sel. Tanpa membran, hasilnya lebih panjang kira-kira dua puluh residu daripada protein yang disekresikan; dengan pecahan retikulum endoplasma yang ditambahkan *selama* translasi, hasilnya berukuran seperti protein sekresinya dan terlindung dari protease tambahan — hasilnya berada di dalam vesikel — sedangkan membran yang ditambahkan sesudah translasi tidak berbuat apa-apa. Segmen amino-terminal tambahan itu, yaitu [peptida isyarat](#def-b3-membrane-traffic-signals), dibutuhkan untuk masuk ke retikulumnya, dibuang di dalamnya, dan hanya bekerja selagi rantainya dibuat: itulah *hipotesis isyarat*, yang terkukuhkan dalam segala rinciannya ketika reseptornya (partikel pengenal isyarat, Walter dan Blobel 1981) dan salurannya (Sec61) dimurnikan. ∎

![Hipotesis isyarat. Sebuah peptida isyarat pada awal rantai nasennya diikat partikel pengenal isyarat, yang menghentikan translasinya sejenak lalu melabuhkan ribosomnya pada saluran Sec61; rantainya lalu menyeberangi membrannya selagi disintesis, isyaratnya dipotong di dalam lumennya, dan gulanya ditambahkan.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-membrane-traffic/fig-f2a4ce7320ce.svg)

*Hipotesis isyarat. Sebuah [peptida isyarat](#def-b3-membrane-traffic-signals) pada awal rantai nasennya diikat partikel pengenal isyarat, yang menghentikan translasinya sejenak lalu melabuhkan ribosomnya pada saluran Sec61; rantainya lalu menyeberangi membrannya selagi disintesis, isyaratnya dipotong di dalam lumennya, dan gulanya ditambahkan.*

**Proposisi 8.2 (Protein membran dan topologinya).**

Sebuah bentangan hidrofob sepanjang kira-kira dua puluh residu di tengah rantai yang sedang ditranslokasikan bertindak sebagai urutan *henti-pindah*: salurannya membuka ke samping lalu melepaskannya ke dalam lapis rangkapnya sebagai heliks lintas membran, dengan bagian yang sudah ditranslokasikan berada di dalam lumennya dan sisanya dibuat ke arah sitosol. Bentangan kedua semacam itu memulai kembali translokasinya, dan sebuah protein dengan $n$ isyarat berselang-seling berakhir dengan $n$ heliks yang menembus membran. Orientasi yang ditetapkan di dalam retikulumnya tak pernah berubah: apa yang menghadap lumen retikulumnya menghadap lumen Golgi dan lumen setiap vesikel sesudahnya, dan menghadap *luar* sel sesudah fusi dengan membran plasmanya. Karena itu gulanya, yang hanya ditambahkan di dalam lumennya, selalu berada pada muka ekstrasel sebuah protein permukaan, dan topologi sebuah reseptor dapat dibaca dari tempat tapak glikosilasinya berada.

**Metode 8.3 (Denyut–kejar).**

Untuk mengikuti sekumpulan molekul yang baru dibuat melewati selnya: (1) paparkanlah selnya sejenak (yaitu *denyutnya*, beberapa menit) pada pendahulu yang radioaktif atau bertanda lain — leusina bertritium bagi proteinnya; (2) gantilah dengan pendahulu tak berlabel yang berlebih (yaitu *kejarnya*), sehingga tak ada label baru yang disisipkan; (3) fiksasilah contoh selnya pada selang waktu tertentu lalu temukan labelnya dengan autoradiografi pada mikrograf elektron, atau dengan memisahkan kompartemennya lalu mencacahnya; (4) plotlah bagian label di tiap kompartemennya terhadap waktu. Urutan pengisian dan pengosongan kompartemennya adalah rutenya; penataan waktunya memberi waktu tinggal di masing-masing. Laboratorium Palade (dasawarsa 1960-an) menerapkannya pada sel asinar pankreas dan menemukan labelnya di dalam retikulum kasar pada $3\,\mathrm{min}$, di dalam Golgi pada $20\,\mathrm{min}$, di dalam vakuola pemekat dan butiran pada $40\,\mathrm{min}$, dan di dalam salurannya sesudah sejam dan atas sebuah isyarat: itulah jalur sekresi, yang terbentang dalam waktu.

**Teorema 8.4 (Kompartemen berurutan dan kurva denyut–kejarnya).**

Misalkan sedenyut protein berlabel meninggalkan kompartemen $A$ menuju $B$ dengan laju orde satu $k_{1}$ lalu meninggalkan $B$ menuju $C$ dengan laju $k_{2}$, dengan $C$ menahannya. Dengan seluruh labelnya di $A$ pada $t = 0$,

$$
A(t) = e^{-k_{1}t},\qquad
B(t) = \frac{k_{1}}{k_{2} - k_{1}}\bigl(e^{-k_{1}t} - e^{-k_{2}t}\bigr),
\qquad
C(t) = 1 - A - B,
$$

dan label di $B$ memuncak pada $t^{*} = \ln(k_{2}/k_{1})/(k_{2} - k_{1})$. Waktu tinggal rata-rata di $A$ adalah $1/k_{1}$ dan di $B$ adalah $1/k_{2}$, apa pun urutan kedua lajunya.

**Bukti.** $\mathrm{d}A/\mathrm{d}t = -k_{1}A$ memberi eksponensialnya. Bagi $B$, $\mathrm{d}B/\mathrm{d}t = k_{1}A - k_{2}B = k_{1}e^{-k_{1}t} - k_{2}B$; cobalah $B = \beta(e^{-k_{1}t} - e^{-k_{2}t})$: turunannya adalah $\beta(-k_{1}e^{-k_{1}t} + k_{2}e^{-k_{2}t})$ dan $-k_{2}B = \beta(-k_{2}
e^{-k_{1}t} + k_{2}e^{-k_{2}t})$, sehingga persamaannya menuntut $\beta(k_{2}
- k_{1})e^{-k_{1}t} = k_{1}e^{-k_{1}t}$, $\beta = k_{1}/(k_{2} -
k_{1})$, dan $B(0) = 0$ seperti yang dituntut. Dengan menetapkan $\mathrm{d}B/\mathrm{d}t =
0$: $k_{1}e^{-k_{1}t} = k_{2}e^{-k_{2}t}$, sehingga diperoleh $t^{*}$. Waktu rata-rata sebuah molekul tinggal di kompartemen yang ditinggalkannya dengan laju $k$ adalah $\int_{0}^{
\infty} t\,k e^{-kt}\,\mathrm{d}t = 1/k$. ∎

**Contoh 8.5 (Sel Palade dalam angka).**

Ambillah $k_{1} = 0.1\,\mathrm{min}^{-1}$ (sepuluh menit di dalam retikulumnya) dan $k_{2} = 0.05\,\mathrm{min}^{-1}$ (dua puluh menit di dalam Golginya). Golginya memuncak pada $t^{*} = \ln 2/0.05 = 13.9\,\mathrm{min}$, dan ketika itu menahan $B = 2(e^{-1.39} -
e^{-0.69}) = 2(0.25 - 0.50)\cdot(-1) = 0.50$: separuh labelnya. Pada $40\,\mathrm{min}$, $A = 0.018$, $B = 2(0.018 - 0.135) \to 0.23$, $C = 0.75$: tiga perempat proteinnya telah mencapai butirannya. Kurva yang teramati di laboratorium Palade berbentuk seperti itu, dan mencocokkannya adalah cara waktu tinggalnya pertama kali diukur.

![Kurva denyut–kejar dari model dua laju dengan k_1 = 0.1\, min-1 dan k_2 = 0.05\, min-1: labelnya meninggalkan retikulumnya secara eksponensial, melewati Golginya dengan puncak pada 14\, min, lalu menumpuk di dalam butirannya.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-membrane-traffic/fig-d9c6f980e593.svg)

*Kurva denyut–kejar dari model dua laju dengan $k_{1} =
0.1\,\mathrm{min}^{-1}$ dan $k_{2} = 0.05\,\mathrm{min}^{-1}$: labelnya meninggalkan retikulumnya secara eksponensial, melewati Golginya dengan puncak pada $14\,\mathrm{min}$, lalu menumpuk di dalam butirannya.*

## 8.2 Retikulum endoplasma: pelipatan, gula, dan mutu

**Definisi 8.6 (N-glikosilasi dan kendali mutu).**

Begitu rantainya masuk ke lumennya, sebuah oligosakarida berisi empat belas gula yang telah dirakit lebih dahulu (dua N-asetilglukosamina, sembilan manosa, tiga glukosa) dipindahkan dari pengusung lipid ke asparagina di dalam urutan Asn-X-Ser/Thr — itulah *N-glikosilasi*. Ketiga glukosanya lalu dipangkas satu demi satu, dan pemangkasannya menjadi jam pelipatan: protein yang masih mengusung satu glukosa ditahan [pendamping](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/7-biologi-struktur-protein#def-b3-structural-biology-chaperones) bernama kalneksin; protein yang glukosa terakhirnya telah dibuang tetapi belum terlipat diglukosilasi ulang oleh enzim yang mengenali tambalan hidrofob yang terpapar, lalu kembali ke kalneksin — itulah *daur kalneksin*. Protein yang gagal berulang kali ditarik kembali ke dalam sitosol, diubikuitinasi, lalu dimusnahkan proteasom: itulah *penguraian terkait RE* (ERAD). Ketika protein tak terlipat menumpuk lebih cepat daripada yang dapat dilipat atau dimusnahkan, pengindera pada membran retikulumnya melancarkan *tanggapan protein tak terlipat*: translasinya diperlambat, gen [pendampingnya](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/7-biologi-struktur-protein#def-b3-structural-biology-chaperones) diimbas, retikulumnya diperluas, dan, bila cekamannya bertahan, selnya dibunuh. Mutasi fibrosis kistik yang paling lazim ($\Delta$F508 pada CFTR) membuat sebuah saluran yang sebenarnya akan bekerja tetapi terlalu lambat melipat, tertangkap ERAD, dan tak pernah mencapai permukaannya; obat yang membantunya melipat kini menjadi pengobatan.

![Sebuah sel asinar pankreas di bawah mikroskop elektron: retikulum endoplasma kasar yang bertumpuk dan bertaburan ribosom memenuhi bagian dasarnya, Golginya terletak di atas nukleusnya, dan butiran sekresi yang padat berisi enzim pencernaan terkemas di bawah permukaan apikalnya, menunggu sebuah isyarat.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-membrane-traffic/img-0eab95b6ccef.jpg)

*Sebuah sel asinar pankreas di bawah mikroskop elektron: retikulum endoplasma kasar yang bertumpuk dan bertaburan ribosom memenuhi bagian dasarnya, Golginya terletak di atas nukleusnya, dan butiran sekresi yang padat berisi enzim pencernaan terkemas di bawah permukaan apikalnya, menunggu sebuah isyarat.*

## 8.3 Vesikel: pertunasan, penyasaran, fusi

**Definisi 8.7 (Salut dan pertunasan vesikel).**

Sebuah vesikel angkutan dibentuk oleh *salut* protein yang dirakit pada muka sitosol sebuah membran, yang melengkungkan membrannya menjadi tunas sebesar $60\text{ sampai }100\,\mathrm{nm}$, mengumpulkan muatannya lewat reseptor yang menembus membrannya, lalu dilepaskan sesudah vesikelnya mencuwil. Tiga salut melayani rute utamanya: *COPII* bagi vesikel yang meninggalkan retikulumnya menuju Golgi, *COPI* bagi lalu lintas balik dari Golgi ke retikulumnya dan antarsisterna Golgi, serta *klatrin* — protein berkaki tiga yang berpolimerisasi menjadi sangkar heksagon dan pentagon — bagi vesikel yang meninggalkan trans-Golgi menuju [endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) dan bagi endositosis pada membran plasma, dan di situ protein adaptor menghubungkan sangkarnya dengan reseptor yang sedang diinternalisasi. Tiap salut direkrut sebuah *GTPase kecil* (Sar1 bagi COPII, Arf1 bagi COPI dan klatrin) yang menyisip ke dalam membrannya dalam bentuk GTP-nya dan, begitu menghidrolisis GTP sesudah pertunasan, membiarkan salutnya luruh. Isyarat pengambilan kembali menjaga kompartemennya tetap berbeda: protein retikulum yang lolos dan mengusung KDEL diikat sebuah reseptor di dalam Golgi lalu dibawa kembali di dalam vesikel COPI.

![Kiri: sebuah sangkar klatrin, yaitu kisi polihedral berisi satuan berkaki tiga yang membentuk sebuah vesikel endositik (dipotong agar membrannya di dalam terlihat). Kanan: sebuah tumpukan Golgi di bawah mikroskop elektron, yaitu setumpuk sisterna gepeng dengan vesikel yang bertunas dari tepinya.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-membrane-traffic/img-a6c219ca4999.jpg)

![Kiri: sebuah sangkar klatrin, yaitu kisi polihedral berisi satuan berkaki tiga yang membentuk sebuah vesikel endositik (dipotong agar membrannya di dalam terlihat). Kanan: sebuah tumpukan Golgi di bawah mikroskop elektron, yaitu setumpuk sisterna gepeng dengan vesikel yang bertunas dari tepinya.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-membrane-traffic/img-6c4faf2a89dc.jpg)

*Kiri: sebuah sangkar [klatrin](#def-b3-membrane-traffic-coats), yaitu kisi polihedral berisi satuan berkaki tiga yang membentuk sebuah vesikel endositik (dipotong agar membrannya di dalam terlihat). Kanan: sebuah tumpukan Golgi di bawah mikroskop elektron, yaitu setumpuk sisterna gepeng dengan vesikel yang bertunas dari tepinya.*

**Definisi 8.8 (Penyasaran dan fusi).**

Sebuah vesikel menemukan sasarannya lewat dua lapis pengenalan. *GTPase Rab* — sekitar enam puluh di dalam sel manusia, masing-masing pada membran satu kompartemen — merekrut protein penambat yang panjang yang menangkap vesikel datang yang mengusung Rab yang cocok. Lalu *SNARE* bekerja: sebuah v-SNARE pada vesikelnya dan t-SNARE pada sasarannya, yakni protein heliks yang tertambat pada membrannya masing-masing, melilit satu sama lain dari ujung jauhnya ke arah membrannya, dan energi berkas empat heliks yang terbentuk itu menarik kedua lapis rangkapnya sampai berfusi. Tiap pasangan SNARE bersifat khas, yakni pemeriksaan kedua atas alamatnya. Sesudah fusinya, berkasnya dicungkil terpisah oleh ATPase bernama NSF agar dapat dipakai lagi. Fusinya dapat dibuat menunggu sebuah isyarat: di dalam terminal saraf, SNARE-nya ditahan setengah terkancing oleh kompleksin sampai *sinaptotagmin*, yang mengikat kalsium yang masuk ketika sebuah potensial aksi tiba, menuntaskan pengancingannya dalam kurang dari satu milidetik — yakni pelepasan neurotransmiter yang dibahas pada jilid Tahun 2. Neurotoksin tetanus dan botulisme adalah protease yang memotong SNARE.

**Bukti eksperimental.** Novick dan Schekman (1980) memisahkan mutan khamir yang peka suhu yang berhenti menyekresi pada $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ lalu menimbun proteinnya di kompartemen mana pun yang terhalang cacatnya — retikulum, Golgi, atau vesikel yang menumpuk di bawah permukaannya; ke-$23$ gen *sec* itu menetapkan langkahnya dan, begitu diklon, ternyata menyandikan [salutnya](#def-b3-membrane-traffic-coats), GTPase-nya, serta [SNARE-nya](#def-b3-membrane-traffic-fusion). Rothman menyusun ulang angkutan antarsisterna Golgi di dalam tabung reaksi dengan membran, sitosol, dan ATP yang telah dimurnikan, lalu dari situ memurnikan NSF dan [SNARE-nya](#def-b3-membrane-traffic-fusion); kedua pendekatan itu memusat pada protein yang sama, dan mesin khamir serta mesin mamalianya ternyata sama. ∎

![Fusi dalam tiga langkah. Sebuah Rab pada vesikelnya dan sebuah penambat pada sasarannya membawa kedua membrannya ke dalam jangkauan; SNARE vesikel dan SNARE sasarannya (merah dan hijau) terkancing menjadi berkas empat heliks yang menyeret kedua lapis rangkapnya bersatu; keduanya berfusi dan muatannya masuk ke kompartemen sasarannya.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-membrane-traffic/fig-a3a7be2b16c8.svg)

*Fusi dalam tiga langkah. Sebuah Rab pada vesikelnya dan sebuah penambat pada sasarannya membawa kedua membrannya ke dalam jangkauan; [SNARE](#def-b3-membrane-traffic-fusion) vesikel dan [SNARE](#def-b3-membrane-traffic-fusion) sasarannya (merah dan hijau) terkancing menjadi berkas empat heliks yang menyeret kedua lapis rangkapnya bersatu; keduanya berfusi dan muatannya masuk ke kompartemen sasarannya.*

**Proposisi 8.9 (Golgi).**

Golgi adalah tumpukan empat sampai delapan sisterna gepeng, dengan muka cis menghadap retikulumnya dan muka trans menghadap membran plasmanya, dan tiap sisternanya memuat perangkat enzim yang berlainan yang memangkas dan membangun ulang gula glikoprotein yang lewat serta menambahkan gula berpaut-O, sulfat, dan fosfat. Muatannya melaju terutama lewat *[pematangan sisterna](#prop-b3-membrane-traffic-golgi)*: sebuah sisterna baru terbentuk pada muka cisnya dari vesikel yang datang, bergerak melewati tumpukannya sebagaimana sisterna sebelumnya, lalu matang seiring vesikel [COPI](#def-b3-membrane-traffic-coats) mengusung enzim tiap sisterna mundur ke sisterna yang lebih muda di belakangnya; pada muka transnya sisterna itu pecah menjadi vesikel yang menuju tujuannya. Di situlah penyortirannya diputuskan: hidrolase [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis), yang ditandai di dalam Golgi cis dengan *manosa-6-fosfat*, diikat reseptornya lalu dikemas ke dalam vesikel [klatrin](#def-b3-membrane-traffic-coats) menuju [endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis); protein sekresi yang teratur menggumpal pada pH yang agak asam menjadi butiran pemekat; selebihnya pergi lewat arus konstitutif menuju permukaannya. Pada penyakit sel-I, enzim pemfosforilasinya tak ada, hidrolasenya disekresikan alih-alih diantarkan, dan [lisosomnya](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) terisi bahan yang tak tercerna.

![Peta lalu lintas membran. Ke luar (hijau): retikulum ke Golgi di dalam vesikel COPII, Golgi ke permukaan entah secara konstitutif entah lewat butiran yang menunggu sebuah isyarat. Ke belakang (merah): vesikel COPI mengembalikan protein retikulum yang lolos. Ke bawah (jingga): enzim lisosom yang ditandai manosa-6-fosfat menuju endosom dan lisosom. Ke dalam (biru): endositosis dari permukaannya, dengan sebagian besar reseptornya didaur ulang.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-membrane-traffic/fig-adfa9178cfab.svg)

*Peta lalu lintas membran. Ke luar (hijau): retikulum ke Golgi di dalam vesikel [COPII](#def-b3-membrane-traffic-coats), Golgi ke permukaan entah secara konstitutif entah lewat butiran yang menunggu sebuah isyarat. Ke belakang (merah): vesikel [COPI](#def-b3-membrane-traffic-coats) mengembalikan protein retikulum yang lolos. Ke bawah (jingga): enzim [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) yang ditandai manosa-6-fosfat menuju [endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) dan [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis). Ke dalam (biru): endositosis dari permukaannya, dengan sebagian besar reseptornya didaur ulang.*

## 8.4 Endositosis dan lisosom

**Definisi 8.10 (Endositosis).**

*Endositosis diperantarai reseptor* memekatkan sebuah ligan yang terikat pada reseptor permukaan ke dalam lubang bersalut [klatrin](#def-b3-membrane-traffic-coats), yang lalu mencuwil (GTPase bernama dinamin menjepit lehernya) sebagai vesikel sebesar $100\,\mathrm{nm}$ — seribu tiap menit di dalam sebuah fibroblas, sehingga seluruh membran permukaannya berganti dalam sejam. Vesikelnya berfusi menjadi *endosom dini*, yang lumennya diasamkan sampai pH 6 oleh sebuah pompa proton; sebagian besar ligannya melepaskan reseptornya di situ, reseptornya kembali ke permukaan di dalam vesikel daur ulang, dan ligannya melanjut seiring endosomnya matang menjadi endosom lanjut (pH 5.5) lalu berfusi dengan sebuah *lisosom*: sebuah kompartemen pada pH 4.5–5 yang memuat sekitar enam puluh hidrolase — protease, nuklease, lipase, glikosidase — yang hanya aktif pada pH itu, sehingga rembesan ke dalam sitosol yang netral sedikit saja merugikan. Lisosomnya juga mencerna bahan milik selnya sendiri yang diantarkan *autofagi*: sebuah membran rangkap tumbuh mengelilingi sebagian sitoplasma atau organel yang aus, menutup menjadi sebuah autofagosom, lalu berfusi dengan lisosomnya; hasilnya dikembalikan ke sitosol. Autofagi diimbas kelaparan (ia mendaur ulang zat milik selnya sendiri demi energi) dan membersihkan gumpalan serta mitokondria yang rusak; kegagalannya dikaitkan dengan kemunduran saraf.

**Bukti eksperimental.** Brown dan Goldstein (dasawarsa 1970-an) mengikuti lipoprotein berkerapatan rendah (LDL), yaitu butiran pengusung kolesterol di dalam darah, ke dalam fibroblas biakan. LDL-nya terikat secara jenuh pada sekitar $20\,000$ tapak permukaan tiap sel, diinternalisasi dalam hitungan menit ke dalam lubang bersalut, dan kolesterolnya dilepaskan di dalam [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) lalu mematikan sintesis kolesterol sel itu sendiri. Fibroblas dari pasien hiperkolesterolemia turunan tidak mengikat LDL (reseptornya tak ada) atau mengikatnya tetapi tidak menginternalisasinya (sebuah mutasi pada ekor sitosol reseptornya yang mencegah penangkapannya oleh adaptor [klatrin](#def-b3-membrane-traffic-coats)): penyakitnya adalah cacat endositosis, ekor reseptornya memuat isyarat internalisasi, dan reseptor yang didaur ulang — yang masing-masing menempuh ratusan perjalanan bolak-balik — tegak sebagai mekanisme umum penyerapannya. ∎

**Proposisi 8.11 (Penyerapan lewat reseptor yang didaur ulang).**

Misalkan sebuah sel memiliki $R$ reseptor seluruhnya, dan $S$ di antaranya berada di permukaan sedangkan $R - S$ berada di dalam dalam perjalanan kembalinya. Sebuah reseptor permukaan terisi dengan peluang $\theta = [L]/(K_{d} + [L])$, reseptor yang terisi diinternalisasi dengan laju $k_{i}$, dan reseptor yang terinternalisasi kembali dengan laju $k_{r}$. Pada keadaan tunak, fluks ligan ke dalam selnya adalah

$$
J = \frac{R\,k_{i}k_{r}\,\theta}{k_{r} + k_{i}\theta},
$$

yang menjenuh, seiring naiknya kepekatan ligannya, pada $J_{\max} =
R\,k_{i}k_{r}/(k_{i} + k_{r})$: penyerapan sebuah sel dibatasi bukan oleh reseptornya saja melainkan oleh secepat apa ia dapat membawanya kembali.

**Bukti.** Reseptor permukaannya hilang dengan laju $k_{i}\theta S$ dan diperoleh kembali dengan laju $k_{r}(R - S)$; pada keadaan tunak keduanya berimbang, sehingga $S = R\,k_{r}/(k_{r}
+ k_{i}\theta)$. Tiap internalisasi mengusung satu ligan, sehingga $J =
k_{i}\theta S$, yang memberi rumusnya. Ketika $\theta \to 1$ fluksnya menuju $R\,k_{i}k_{r}/(k_{r} + k_{i})$ — reseptornya berdaur secepat yang diizinkan kedua lajunya, dengan bagian $k_{r}/(k_{i} + k_{r})$ di antaranya berada di permukaan pada tiap saat. ∎

**Contoh 8.12 (Kolesterol butir demi butir).**

Sebuah fibroblas dengan $R = 20\,000$ reseptor LDL, waktu internalisasi $5\,\mathrm{min}$ ($k_{i} = 0.2\,\mathrm{min}^{-1}$) dan waktu kembali $10\,\mathrm{min}$ ($k_{r} = 0.1\,\mathrm{min}^{-1}$) menyerap, pada LDL yang menjenuhkan, sebesar $J_{\max} = 20\,000\times 0.2\times 0.1/0.3 \approx 1300$ butir tiap menit, dengan sepertiga reseptornya berada di permukaan pada tiap saat; tiap butirnya membawa sekitar $1500$ molekul kolesterol, yakni dua juta tiap menit, cukup untuk membangun kira-kira sepersepuluh mikrometer persegi membran. Seorang heterozigot bagi hiperkolesterolemia turunan, yang reseptornya separuh, menyerap separuhnya; kolesterol darahnya berlipat dua, dan penyakit jantungnya datang dua puluh tahun lebih awal. Statin menaikkan $R$ dengan melaparkan sel hatinya akan kolesterolnya sendiri.

![Penyerapan LDL lewat reseptor yang didaur ulang, dari rumus proposisinya dengan k_i = 0.2\, min-1 dan k_r = 0.1\, min-1: menjenuh dengan ligannya, dan menjadi separuh ketika separuh reseptornya tak ada.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-membrane-traffic/fig-40ef6c9b48cc.svg)

*Penyerapan LDL lewat reseptor yang didaur ulang, dari rumus proposisinya dengan $k_{i} = 0.2\,\mathrm{min}^{-1}$ dan $k_{r} =
0.1\,\mathrm{min}^{-1}$: menjenuh dengan ligannya, dan menjadi separuh ketika separuh reseptornya tak ada.*

**Catatan 8.13 (Satu membran, banyak kompartemen).**

Setiap membran sistem sekresi dan endositiknya, secara topologi, adalah satu membran: lumen retikulumnya bersinambung, lewat vesikelnya, dengan bagian luar selnya, dan sebuah lipid atau protein yang dibuat di dalam retikulumnya dapat mencapai permukaannya tanpa sekali pun menyeberangi sebuah lapis rangkap. Yang menjaga kompartemennya tetap berbeda bukanlah dinding melainkan lalu lintasnya — pengemasan terpilih ke luar, pengambilan terpilih ke belakang, dan sepasang molekul pengenal yang khas pada tiap fusinya. Kompartemennya adalah keadaan tunak sebuah aliran, seperti lubuk sebuah sungai, dan sel yang berhenti berlalu lintas kehilangan geografinya dalam hitungan jam.

## 8.5 Latihan

**Latihan 8.1 ★.**

Berikanlah isyarat dan tujuannya bagi masing-masing: bentangan dua puluh residu hidrofob pada ujung aminonya; PKKKRKV; sebuah heliks amfipatik amino-terminal; KDEL pada ujung karboksinya; sebuah manosa-6-fosfat pada gulanya.

**Solusi Latihan 8.1.**

Bentangan amino-terminal yang hidrofob: [peptida isyarat](#def-b3-membrane-traffic-signals), menuju ke dalam retikulum endoplasma (lalu secara baku terus ke permukaannya). PKKKRKV: [isyarat penempatan nukleus](#def-b3-membrane-traffic-signals), menuju ke dalam nukleus lewat porinya. Heliks amfipatik amino-terminal: [praurutan](#def-b3-membrane-traffic-signals) mitokondria, menuju ke dalam matriks mitokondria. KDEL: pengambilan kembali dari Golgi ke retikulumnya. Manosa-6-fosfat: dari trans-Golgi menuju [endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) dan [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis).

**Latihan 8.2 ★.**

Uraikanlah ketiga pengamatan kunci percobaan Blobel–Dobberstein dan apa yang ditunjukkan masing-masing.

**Solusi Latihan 8.2.**

(1) Tanpa membran, rantai yang ditranslasikan lebih panjang daripada protein sekresinya kira-kira dua puluh residu: sebuah segmen dibuang selama sekresinya. (2) Dengan membran yang hadir selama translasinya, hasilnya berukuran matang dan terlindung dari protease: hasilnya telah masuk ke vesikelnya lalu kehilangan segmennya di dalamnya. (3) Membran yang ditambahkan sesudah translasinya tidak berbuat keduanya: masuknya terkopel dengan sintesisnya — kotranslasi — dan segmen itu, yaitu [peptida isyarat](#def-b3-membrane-traffic-signals), hanya bekerja pada rantai yang nasen.

**Latihan 8.3 ★.**

Sebutkanlah [salut](#def-b3-membrane-traffic-coats) dan arah angkutannya bagi: retikulum ke Golgi; Golgi ke retikulum; trans-Golgi ke [endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis); membran plasma ke [endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis).

**Solusi Latihan 8.3.**

Retikulum ke Golgi: [COPII](#def-b3-membrane-traffic-coats), maju. Golgi ke retikulum: [COPI](#def-b3-membrane-traffic-coats), mundur. Trans-Golgi ke [endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis): [klatrin](#def-b3-membrane-traffic-coats) beserta adaptornya, maju menuju [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis). Membran plasma ke [endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis): [klatrin](#def-b3-membrane-traffic-coats), ke dalam (endositosis).

**Latihan 8.4 ★.**

Mengapa gula sebuah protein membran plasma selalu berada di bagian luar selnya?

**Solusi Latihan 8.4.**

Gula hanya ditambahkan di dalam lumen retikulum dan Golginya. Muka lumenal setiap vesikel tetap lumenal sepanjang pertunasan dan fusinya, dan ketika sebuah vesikel berfusi dengan membran plasmanya, muka lumenalnya menjadi bagian luar selnya; orientasinya tak pernah terbalik, sehingga apa yang terglikosilasi di dalam berakhir di luar.

**Latihan 8.5 ★★.**

Di dalam model [Teorema 8.4](#thm-b3-membrane-traffic-pulse-chase) dengan $k_{1}
= 0.2\,\mathrm{min}^{-1}$ dan $k_{2} = 0.05\,\mathrm{min}^{-1}$, carilah kapan label Golginya memuncak dan berapa banyak yang ada di sana pada puncaknya; lalu bagian yang berada di dalam butirannya pada $60\,\mathrm{min}$.

**Solusi Latihan 8.5.**

$t^{*} = \ln(0.05/0.2)/(0.05 - 0.2) = \ln 4/0.15 = 9.2\,\mathrm{min}$; $B(t^{*}) = (0.2/(-0.15))(e^{-1.85} - e^{-0.46}) = 0.63$. Pada $60\,\mathrm{min}$ $A \approx 0$, $B = 1.33\,(e^{-3} - e^{-12}) = 0.066$, sehingga $C = 0.93$.

**Latihan 8.6 ★★.**

Sebuah protein membran memiliki bentangan hidrofob sepanjang $22$ residu pada kedudukan 30, 90, 150, dan 210 serta sebuah [peptida isyarat](#def-b3-membrane-traffic-signals) amino-terminal. Gambarkanlah atau uraikanlah topologinya: berapa heliksnya, dan tiap segmen di antaranya menghadap sisi yang mana. Di mana ia dapat diglikosilasi?

**Solusi Latihan 8.6.**

[Peptida isyaratnya](#def-b3-membrane-traffic-signals) menaruh ujung aminonya di dalam lumennya; tiap bentangan hidrofobnya secara berselang-seling menjadi henti-pindah atau mulai-pindah, sehingga ada empat heliks lintas membran (kira-kira residu 30–52, 90–112, 150–172, 210–232). Segmennya: ujung aminonya lumenal; 52–90 sitosolik; 112–150 lumenal; 172–210 sitosolik; ujung karboksinya lumenal. Glikosilasinya hanya pada segmen lumenal — yaitu ujung aminonya, 112–150, dan ujung karboksinya — yang menjadi ekstrasel pada permukaannya.

**Latihan 8.7 ★★.**

Dengan [Proposisi 8.11](#prop-b3-membrane-traffic-uptake) dan $R = 30\,000$, $k_{i} = 0.25\,\mathrm{min}^{-1}$, $k_{r} = 0.05\,\mathrm{min}^{-1}$, hitunglah $J_{\max}$ dan bagian reseptor yang berada di permukaan pada kejenuhan. Perubahan tunggal apa yang akan melipatduakan penyerapannya?

**Solusi Latihan 8.7.**

$J_{\max} = 30\,000\times 0.25\times 0.05/0.30 = 1250$ tiap menit; bagian permukaannya $k_{r}/(k_{i} + k_{r}) = 0.05/0.30 = 0.17$. Melipatduakan $R$ melipatduakan $J$ secara persis; laju kembalinya adalah lehernya (sebagian besar reseptornya berada di dalam), dan melipatduakan $k_{r}$ akan memberi $30\,000\times 0.25
\times 0.1/0.35 \approx 2140$, yakni faktor $1.7$.

**Latihan 8.8 ★★.**

Ramalkanlah nasib hidrolase [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis), dan fenotipenya, pada (a) sel yang tak memiliki reseptor manosa-6-fosfat, (b) sel yang tak memiliki fosfotransferase yang menambahkan tandanya, (c) sel yang diobati dengan obat yang menetralkan pH [endosomnya](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis).

**Solusi Latihan 8.8.**

(a) Tanpa reseptor: hidrolase yang bertanda itu mengikuti rute bakunya lalu disekresikan; [lisosomnya](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) kekurangan enzim lalu terisi bahan yang tak tercerna — sebuah penyakit penimbunan. (b) Tanpa fosfotransferase: fenotipe yang sama lewat cacat yang berbeda (penyakit sel-I), dengan enzimnya tak bertanda lalu disekresikan. (c) [Endosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) yang dinetralkan: reseptornya tak dapat melepaskan muatannya, sehingga ia tidak didaur ulang dan hidrolasenya salah antar atau disekresikan; LDL dan reseptor lain pun berhenti berdaur.

**Latihan 8.9 ★★.**

Mutasi JD pada reseptor LDL mengubah sebuah tirosina pada ekor sitosolnya. Sel yang mengikat LDL secara normal gagal menyerapnya. Jelaskanlah mekanismenya, lalu ramalkan di mana reseptornya ditemukan pada permukaan sel relatif terhadap lubang bersalutnya.

**Solusi Latihan 8.9.**

Tirosinanya termasuk [motif](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/5-bioinformatika-dan-analisis-urutan#def-b3-bioinformatics-motif) ekor yang dikenali adaptor [klatrin](#def-b3-membrane-traffic-coats); tanpa tirosina itu reseptornya tidak terkumpul ke dalam lubang bersalut. Reseptornya mengikat LDL secara normal tetapi tersebar merata di seluruh permukaannya, tersingkir dari lubangnya, dan ligannya tinggal di luar — sebuah penyakit penyortiran, bukan penyakit pengikatan.

**Latihan 8.10 ★★★.**

Pecahkanlah model denyut–kejarnya bagi kasus $k_{1} = k_{2} = k$ (rumus teoremanya singular di situ): tunjukkanlah bahwa $B(t) = kt\,e^{-kt}$ lalu carilah puncaknya. Lalu jelaskanlah mengapa mengukur bagian butirannya $C(t)$ saja tak dapat menentukan kedua lajunya secara terpisah.

**Solusi Latihan 8.10.**

Dengan $k_{1} = k_{2} = k$, cobalah $B = kt\,e^{-kt}$: $\mathrm{d}B/\mathrm{d}t
= k e^{-kt} - k^{2}t e^{-kt} = kA - kB$, seperti yang dituntut, dengan $B(0) = 0$. Puncaknya ketika $1 - kt = 0$: $t^{*} = 1/k$, $B = e^{-1} = 0.37$. Secara umum $C(t) = 1 - (k_{2}e^{-k_{1}t} - k_{1}e^{-k_{2}t})/(k_{2} - k_{1})$, yang setangkup di bawah pertukaran $k_{1}$ dan $k_{2}$: kurva butirannya saja tak dapat mengatakan kompartemen yang mana yang cepat.

**Latihan 8.11 ★★★.**

Sebuah fibroblas menginternalisasi $1000$ vesikel [klatrin](#def-b3-membrane-traffic-coats) bergaris tengah $100\,\mathrm{nm}$ tiap menit dan berpermukaan $3000\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$. Berapa lama untuk menginternalisasi setara seluruh permukaannya? Mengapa selnya tidak mengerut, dan apa yang tersirat dari keseimbangannya tentang laju eksositosisnya serta volume cairan yang diserapnya tiap jam?

**Solusi Latihan 8.11.**

Tiap vesikelnya berluas $4\pi(50\,\text{nm})^{2} = 0.031\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$; seribu tiap menit berarti $31\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}/\mathrm{min}$, sehingga seluruh permukaannya dalam $3000/31 \approx 95\,\mathrm{min}$. Selnya tidak mengerut karena membrannya kembali lewat eksositosis (vesikel daur ulang) dengan laju yang sama — yakni keseimbangan aliran. Tiap vesikelnya memuat $5\times 10^{-19}$ L; seribu tiap menit selama sejam berarti $3\times 10^{-14}$ L, kira-kira $1.5\,\%$ volume sel $2\,\mathrm{pL}$ tiap jam.

**Latihan 8.12 ★★★.**

Toksin botulinum memotong sebuah [SNARE](#def-b3-membrane-traffic-fusion) di dalam terminal saraf motor; toksin tetanus memotong [SNARE](#def-b3-membrane-traffic-fusion) yang sama di dalam antarneuron penghambat sumsum tulang belakang. Jelaskanlah mengapa yang pertama menimbulkan kelumpuhan lemas dan yang kedua kelumpuhan kaku, dan mengapa toksin yang menghalangi fusi berguna dalam kedokteran pada dosis yang sangat kecil.

**Solusi Latihan 8.12.**

Toksin botulinum bekerja di dalam terminal motornya: tak ada asetilkolina yang dilepaskan, ototnya tak menerima perintah lalu terkulai lemas — kelumpuhan lemas. Toksin tetanus dibawa naik sepanjang akson motornya lalu menyeberang ke antarneuron penghambat yang biasanya mengekang neuron motornya; dengan [SNARE-nya](#def-b3-membrane-traffic-fusion) terpotong, tak ada glisina atau GABA yang dilepaskan, neuron motornya menyala tanpa lawan dan setiap ototnya berkerut — kelumpuhan kaku. Beberapa nanogram toksin botulinum yang disuntikkan ke dalam otot yang terlalu aktif membungkamnya secara setempat selama berbulan-bulan (sampai [SNARE](#def-b3-membrane-traffic-fusion) baru dibuat dan terminalnya pulih): sebuah pengobatan bagi distonia, kekakuan, juling, dan kerutan.

## 8.6 Soal: Sehari Sebuah Sel Pankreas

**Soal 8.1.**

Soal akhir pekan — keluaran sebuah sel sekresi yang dicacah dalam molekul, vesikel, dan mikrometer persegi, kurva denyut–kejarnya yang dipecahkan, penyerapan kolesterol sebuah sel hati yang dihitung lewat reseptor daur ulang, dan sebuah lisosom yang diasamkan proton demi proton, berakhir pada waktu puncak Golginya, vesikel yang bertunas tiap menit, dan butiran LDL yang terserap tiap jam

Data: sebuah sel asinar membuat $10^{7}$ molekul enzim tiap menit, yang masing-masing $25\,\mathrm{kDa}$, $4\,\mathrm{nm}$ lebarnya. Vesikel angkutannya bola bergaris tengah $70\,\mathrm{nm}$; sebuah butiran adalah bola $1\,\text{µ}\mathrm{m}$. Luas membran tiap molekul lipid $0.7\,\mathrm{nm}^{2}$, dua lembarannya. Retikulum selnya berluas $6000\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$. Denyut–kejarnya: $k_{1} = 0.1\,\mathrm{min}^{-1}$, $k_{2} = 0.05\,\mathrm{min}^{-1}$. Sebuah sel hati: $R = 50\,000$ reseptor LDL, $k_{i} = 0.2\,\mathrm{min}^{-1}$, $k_{r} = 0.1\,\mathrm{min}^{-1}$, $K_{d} = 2\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$, kepekatan butiran LDL plasmanya $2\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$; $1500$ molekul kolesterol tiap butirnya. Sebuah [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis): bola $0.5\,\text{µ}\mathrm{m}$, pH dari $7.2$ menjadi $4.7$, dengan kapasitas dapar sedemikian sehingga $50$ proton harus dipompa bagi tiap proton yang tinggal bebas; sebuah pompa proton memindahkan $200$ proton tiap detik.

**Bagian I — Keluarannya.**

1. Berapa massa enzim yang dibuat selnya tiap menit, dan tiap hari? Bandingkanlah dengan kandungan protein selnya sendiri, kira-kira $300\,\mathrm{pg}$ .
2. Berapa molekul enzim yang muat di dalam sebuah vesikel bila semuanya mengisi $30\,\%$ volumenya (bola $4\,\mathrm{nm}$ )? Berapa vesikel tiap menit yang meninggalkan retikulumnya?
3. Berapa luas membran yang diusung vesikel itu tiap menit, dan dalam berapa lama vesikel itu akan menghabiskan seluruh retikulumnya andaikan tak ada yang kembali?
4. Berapa molekul lipid jumlahnya tiap menit? Apa yang harus dikerjakan selnya agar retikulumnya terjaga?
5. Berapa molekul enzim yang muat di dalam sebuah butiran pada pengemasan yang sama, dan berapa butiran yang diisi selnya tiap jam?
6. Sekali makan mengosongkan $300$ butiran dalam sepuluh menit lewat fusi dengan membran apikalnya, sehingga membrannya bertambah pada permukaan seluas $50\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ . Dengan faktor berapa permukaan apikalnya tumbuh, dan apa yang harus menyusul?

**Bagian II — Penataan waktunya.**

7. Dengan laju yang diberikan, kapan label Golginya memuncak, dan berapa bagian yang ada di sana?
8. Berapa bagian sedenyut yang berada di dalam retikulum, Golgi, dan butirannya pada $30\,\mathrm{min}$ ?
9. Berapa waktu tinggal rata-rata di kedua kompartemennya? Berapa waktu total rata-rata dari sintesis sampai butirannya?
10. Sebuah obat memperlambat keluar dari Golginya menjadi $k_{2} = 0.01\,\mathrm{min}^{-1}$ . Berapa waktu puncak dan bagian puncaknya yang baru; seperti apa Golginya tampak di bawah mikroskop?
11. Jelaskanlah mengapa bagian puncak Golginya adalah $k_{1}/k_{2}$ yang dipangkatkan (sebutkan pangkatnya) dan karena itu selalu di bawah $1$ .
12. Andaikan langkah retikulumnya jauh lebih cepat daripada langkah Golginya, apa yang akan didekati $B(t)$ ? Tafsirkanlah.

**Bagian III — Kolesterol.**

13. Hitunglah $\theta$ pada kepekatan LDL plasmanya, dan penyerapan $J$ dalam butir tiap menit dan tiap jam.
14. Berapa molekul kolesterol tiap jam? Membran selnya memuat $5\times 10^{9}$ molekul kolesterol; berapa lama untuk menggantinya semua dari LDL saja?
15. Hitunglah bagian reseptor yang berada di permukaan, dan cacah perjalanan bolak-balik tiap reseptornya sepanjang umur $20\,\mathrm{h}$ -nya.
16. Seorang heterozigot memiliki $R = 25\,000$ : hitunglah ulang $J$ . LDL plasmanya naik sampai penyerapannya menyamai produksinya: dengan faktor berapa, bila $\theta$ masih jauh di bawah kejenuhannya?
17. Sebuah statin melipatduakan $R$ di dalam sel hati heterozigot itu. Apa yang terjadi pada LDL plasmanya, menurut penalaran yang sama?
18. Jelaskanlah mengapa homozigot yang tanpa reseptor, dengan LDL plasma lima kali normal, tetap lebih buruk keadaannya daripada yang disarankan aritmetika pertanyaan 16 saja.

**Bagian IV — Asam.**

19. Hitunglah volume [lisosomnya](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) dalam liter dan cacah proton bebasnya pada pH $7.2$ dan pada pH $4.7$ .
20. Berapa proton yang harus dipompa seluruhnya, dengan daparnya? Berapa lama itu memakan waktu dengan $50$ pompa?
21. Pompanya memindahkan proton ke dalam melawan landaiannya. Masalah listrik apa yang timbul, dan bagaimana masalah itu dipecahkan (pikirkanlah sebuah ion lawan)?
22. Mengapa hidrolasenya dibuat aktif hanya pada pH 5, dan apa yang dilindungi oleh hal itu?
23. Mengapa reseptor LDL melepaskan LDL-nya pada pH 6 sedangkan reseptor manosa-6-fosfat melepaskan muatannya pada pH yang sama — apa yang pasti dimiliki bersama kedua protein itu?
24. Klorokuin adalah basa lemah yang menyeberangi membran dalam keadaan tak bermuatan lalu terperangkap begitu terprotonasi. Dengan faktor berapa ia memekat di dalam sebuah [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) pada pH $4.7$ relatif terhadap sitosol pada pH $7.2$ (nisbah kepekatan protonnya), dan apa akibatnya bagi [lisosomnya](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) ?
25. Ringkaskanlah: waktu puncak Golginya (pertanyaan 7), vesikel yang meninggalkan retikulumnya tiap menit (pertanyaan 2), dan butiran LDL yang terserap tiap jam (pertanyaan 13).

**Solusi Soal 8.1.**

**1.** $10^{7}\times 25\,000\,\mathrm{Da}\times 1.66\times 10^{-24}$ g $= 0.42\,\mathrm{pg}$ tiap menit, $600\,\mathrm{pg}$ tiap hari — dua kali kandungan proteinnya sendiri. **2.** Volume vesikelnya $\tfrac{4}{3}\pi\,35^{3} = 1.8\times 10^{5}$ nm$^{3}$, dan $30\,\%$ di antaranya $5.4\times 10^{4}$; satu molekul enzim $\tfrac{4}{3}\pi\,2^{3} = 34$ nm$^{3}$: sekitar $1600$ molekul tiap vesikel; $10^{7}/1600 \approx 6200$ vesikel tiap menit. **3.** Luasnya $4\pi\,35^{2} = 0.0154\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ masing-masing, $95\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ tiap menit: seluas $6000\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ retikulumnya dalam kira-kira sejam andaikan tak ada yang kembali. **4.** $95\,\text{µ}\mathrm{m}^{2} = 9.5\times 10^{7}$ nm$^{2}$, dua lembaran pada $0.7\,\mathrm{nm}^{2}$: $2.7\times 10^{8}$ lipid tiap menit. Selnya mengembalikan membrannya lewat vesikel [COPI](#def-b3-membrane-traffic-coats) dan daur ulang, lalu mensintesis lipid untuk mengganti yang pergi untuk selamanya di dalam butirannya. **5.** Volume butirannya $5.2\times 10^{8}$ nm$^{3}$, dan $30\,\%$ di antaranya $1.6\times 10^{8}$: $4.7\times 10^{6}$ molekul tiap butiran; $6\times
10^{8}$ molekul tiap jam mengisi sekitar $130$ butiran. **6.** Tiap butirannya menambahkan $\pi d^{2} = 3.1\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$; $300$ butiran menambahkan $940\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$ pada $50\,\text{µ}\mathrm{m}^{2}$: dua puluh kali lipat. Membrannya harus diambil kembali lewat endositosis penggenap dalam hitungan menit. **7.** $t^{*} = \ln 2/0.05 = 13.9\,\mathrm{min}$, $B = 0.50$. **8.** $A = e^{-3} = 0.05$; $B = 2(e^{-1.5} - e^{-3}) = 0.35$; $C = 0.60$. **9.** $10\,\mathrm{min}$ dan $20\,\mathrm{min}$; totalnya rata-rata $30\,\mathrm{min}$. **10.** $t^{*} = \ln(0.1)/(-0.09) = 25.6\,\mathrm{min}$; $B(t^{*}) =
(0.1/(-0.09))(e^{-2.56} - e^{-0.256}) = 0.77$: Golginya membengkak, sarat dengan tiga perempat muatannya. **11.** Pada puncaknya $k_{1}e^{-k_{1}t^{*}} = k_{2}e^{-k_{2}t^{*}}$; dengan mensubstitusikannya ke dalam $B$ diperoleh $B_{\max} = (k_{1}/k_{2})^{\,k_{2}/(k_{2} -
k_{1})}$: pangkatnya adalah $k_{2}/(k_{2} - k_{1})$. Bagi $k_{1} > k_{2}$ pangkatnya negatif dan basisnya di atas $1$; bagi $k_{1} < k_{2}$ basisnya di bawah $1$ dan pangkatnya positif — pada kedua kasus nilainya berada di bawah $1$ (periksalah: $2^{-1} = 0.5$ di sini). **12.** Bagi $k_{1} \gg k_{2}$, $B(t) \to e^{-k_{2}t}$: labelnya langsung berada di dalam Golginya lalu pergi pada $k_{2}$ — langkah retikulumnya tak terlihat dan kurva Golginya menjadi peluruhan sederhana. **13.** $\theta = 2/(2+2) = 0.5$; $J = 50\,000\times 0.2\times
0.1\times 0.5/(0.1 + 0.1) = 2500$ butir tiap menit, $150\,000$ tiap jam. **14.** $1.5\times 10^{5}\times 1500 = 2.3\times 10^{8}$ molekul kolesterol tiap jam; $5\times 10^{9}/2.3\times 10^{8} \approx 22$ jam. **15.** Bagian permukaannya $k_{r}/(k_{r} + k_{i}\theta) = 0.5$; satu perjalanan bolak-balik memakan $1/(k_{i}\theta) + 1/k_{r} = 10 + 10 = 20\,\mathrm{min}$: sekitar $60$ perjalanan dalam dua puluh jam. **16.** $J = 1250$ tiap menit. Di bawah kejenuhannya $J \propto R\,[L]$, sehingga dengan separuh reseptornya LDL plasmanya harus berlipat dua demi pembersihan yang sama. **17.** $R$ kembali ke $50\,000$: pembersihannya pulih, LDL plasmanya turun kembali menuju normal — itulah pengaruh statinnya. **18.** Tanpa reseptor, LDL-nya hanya dibersihkan lewat rute tak khas yang lambat, sehingga ia beredar berhari-hari alih-alih berjam-jam, teroksidasi, lalu diserap reseptor pemulung makrofag, yang menjadi sel busa plak aterosklerosis; dan statin, yang bekerja dengan mengimbas reseptor, tak punya apa pun untuk diimbas. **19.** $V = \tfrac{4}{3}\pi(0.25)^{3} = 0.065\,\text{µ}\mathrm{m}^{3} =
6.5\times 10^{-17}$ L. Pada pH $7.2$: $6.3\times 10^{-8}\times 6.5\times
10^{-17} = 4\times 10^{-24}$ mol — kira-kira $2$ proton bebas. Pada pH $4.7$: $2\times 10^{-5}\times 6.5\times 10^{-17} = 1.3\times 10^{-21}$ mol, sekitar $780$. **20.** $50\times 780 \approx 39\,000$ proton; $50$ pompa pada $200$ tiap detik memindahkan $10\,000$ tiap detik: sekitar $4\,\mathrm{s}$. **21.** Memompa muatan positif ke dalam membuat lumennya positif, dan beberapa ribu muatan akan menghentikan pompanya; klorida masuk lewat sebuah saluran (atau kation keluar) untuk menetralkan muatannya. **22.** Enzim yang tak aktif pada pH netral tak merugikan bila sebuah [lisosom](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) bocor atau bila enzimnya salah sortir ke sitosol atau ke permukaannya: tuntutan asamnya mengurung pencernaannya di dalam kompartemen yang dibangun untuk itu. **23.** Keduanya pasti mengusung sebuah pengindera pH — histidina, yang protonasinya di dekat pH 6 mengubah permukaan pengikatnya: reseptor LDL melipat sebuah [domain](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/7-biologi-struktur-protein#def-b3-structural-biology-levels) menutupi tapak pengikatnya sendiri ketika terprotonasi, dan reseptor manosa-6-fosfat kehilangan kegemarannya dengan cara serupa. **24.** Pemekatan $10^{7.2 - 4.7} = 10^{2.5} \approx 300$ kali lipat; basa yang terperangkap itu memakan proton, menaikkan pH [lisosomnya](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis), lalu menonaktifkan hidrolasenya — dan begitulah klorokuin membunuh parasit malaria di dalam vakuola makanannya serta menghalangi [autofagi](#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) pada percobaan. **25.** Puncak Golginya pada $14\,\mathrm{min}$; sekitar $6200$ vesikel meninggalkan retikulumnya tiap menit; $150\,000$ butir LDL terserap tiap jam.