Badan Mikro

Badan mikro hampir menyerupai lisosom, berbentuk agak bulat, diselubungi membran tunggal, dan di dalamnya berisi enzim katalase & oksidase. Organela ini disebut badan mikro karena ukurannya kecil, hanya bergaris tengah 0,3–1,5 μm.

Terdapat dua tipe badan mikro, yaitu peroksisom & glioksisom. Peroksisom terdapat pada sel hewan, fungi, dan daun tanaman tingkat tinggi. Perhatikan Gambar untuk mengetahui letak peroksisom di dalam sel. Peroksisom berperan dalam oksidasi substrat menghasilkan H₂O₂ (bersifat racun bagi sel) & selanjutnya dipecah menjadi H₂O + O₂. Peroksisom penting dalam penyerapan cahaya & respirasi sehingga berhubungan erat dengan kloroplas & mitokondria. Peran lain peroksisom selain melindungi sel dari H₂O₂, juga berperan dalam perubahan lemak menjadi karbohidrat & perubahan purin dalam sel. Glioksisom terdapat pada sel tanaman. Glioksisom berperan dalam metabolisme asam lemak & tempat terjadinya siklus glioksilat.

Fungsi badan mikro adalah sebagai:

1. oksidasi substrat  pada mamalia
2. oksidasi asam lemak mamalia
3. oksidasi asam lemak pada endosperm biji tanaman 
4. jalur glikolat

Penjelasan Fungsi dari Badan Mikro
Dari point-point fungsi pada badan mikro di atas, maka bisa diuraikan sebagai berikut:

1. Oksidasi subtrat pada Mammalia
Reaksi oksidasi pada peroksisom jaringan mammalia dipicu oleh enzim flavin oksidase dengan menggunakan oksigen sebagai penerima electron kemudian mengubahnya menjadi H2O2. H2O yang terjadi sifatnya toksik bagi sel, karena itu harus segera diubah menjadi H2O & 1/2O2 oleh enzim katalase di dalam peroksisom.

Contoh spesifik dari reaksi ini misalnya terjadi pada asam D-amino jika memasuki perosisom. Asam amino biasanya akan mengalami deaminasi karena oksidasi dengan enzim FAD-oksidase sehingga terbentuklah asam α-keto.

Asam D-amino  +  H2O  +  E-FAD  ===>  asam α-keto  +  NH3  +  E-FADH2
E-FADH2  +  O2  ===>  E-FAD  +  H2O2
H2O2  ==katalase==>  H2O  + ½ O2

Enzim flavin adenine dinukleotid (E-FAD), tidak hanya terdapat pada badan mikro, enzim ini juga berperan dalam transport elektron pada mitokondria. Namun aktivitas katalisisnya di badan mikro berbeda secara mendasar dengan aktivitasnya dimana terjadi di mitokondria. Pada badan mikro elektronnya diberikan langsung ke O2 dari pada ke aseptor lain seperti koenzim Q atau nonheme besi. Dalam transfer langsung badan mikro itu dihasilkan H2O2 & dibutuhkan enzim katalase untuk menghilangkan efek toksiknya.

Adanya enzim D-amino oksidase pada jaringan mammalian baru merupakan dugaan bersamaan dengan ditemukannya enzim tersebut. Jika ada sedikit metabolic asan D-amino mungkin terbawa dari makanan. Namun dinding sel bakteri mengandung asam D-amino. Diduga peran asam D-amino oksidase pada jaringan hati & ginjal adalah untuk degradasi asam D-amino yang berasal dari pemecahan & absorpsi peptidoglikan bakteri usus.

2. β-oksidasi asam lemak Mammalia
peran baru pada peroksisom jaringan mammalian di antaranya adalah oksidasi asam lemak. Sebelumnya hanya berkembang satu pendapat bahwa asam lemak netral yaitu transil gliserol dimana merupakan cadangan lemak dalam sitosol, akan dihidrolisis oleh lipase menjadi asam lemak bebas. Asam lemak bebas kemudian akan diangkut oleh karier (pembawa) ke dalam mitokondria untuk dioksidasi & menghasilkan asetil Koenzim A (asetil KoA).

Sekarang telah diketahui bahwa peroksisom jaringan hati tikus mampu mengoksidasi palmitoil KoA menjadi asetil KoA. Oksidasi ini dikenal dengan β-oksidasi. Asetil KoA kemudian akan diangkut ke mitokondria untuk memasuki daur krebs atau daur asam sitrat. Jika tetap berada dalam sitosol maka akan diubahmenjadi asam lemak dan kemudian menjadi lemak netral.

Jalur β-oksidasi mempunyai kesamaan dengan jalur oksidasi yang terjadi di dalam mitokondria dengan suatu kekecualian. Oksidasi yang terjadi pada mitokondria, enzim flavin dehidrogenase memberikan elektronnya ke rantai respirasi & tidak bereaksi dengan O2. Sedangkan oksidasi yang terjadi pada badan mikro enzim flavin dehidrogenase bereaksi langsung dengan O2 & menghasilkan H2O2. Mitokondria tidak memiliki katalase karena itu tidak menghasilkan H2O2. Untuk badanmikro hal itu tidak merupakan suatu masalah, karena badan mikro memiliki katalase.

3. β-oksidasi asam lemak pada endosperm biji tanaman
enzim-enzim yang dibutuhkan untuk β-oksidasi asam lemak dalam badan mikro untuk pertama kalinya ditemukan pada glioksisom endosperm tumbuhan oleh Cooper & Beever. Jalur β-oksidasi ini sama, baik pada peroksisom mamalia maupun yang terjadi di glioksisom tumbuhan.

Endosperm adalah cadangan makanan dalam biji. Cadangan makanan itu diantaranya lemak. Banyak biji yang cadangan makanannya berupa lemak, seperti kacang-kacangan, biji jarak, biji kepuh & sebagainya. Cadangan makanan penting artinya dalam perkecambahan. Sumber energi utama dalam perkecambahan adalah karbohidrat. Jadi kalau cadangan makanan dalam biji tadi berupa lemak, maka lemak harus dikonversi menjadi karbohidrat. Reaksi ini terjadi di dalam glioksisom & dipacu oleh enzim-enzim didalamnya.

Hasil oksidasi asam lemak ini adalah asetil KoA, yang kemudian akan digunakan di dalam glioksisom untuk membentuk senyawa (asam) dengan 4 atom C, yaitu asam suksinat melalui jalur glikosilat. Selanjutnya suksinat dibawa ke mitokondria sebagai bahan untuk proses glukoneogenesis. Di mitokondria asam suksinat akan dikonversi menjadi asam malat, kemudian selanjutnya akan dibawa ke sitosol. Di sitosol asam malat diubah menjadi fosfoenol piruvat, & digunakan untuk sintesis glukosa.

Jadi inilah konversi cadangan lemak menjadi karbohidrat dimana terjadi di dalam glioksisom endosperm selama berlangsungnya perkecambahan. Pada biji yang sedang berkecambah daur glikosilat seluruhnya terjadi di glioksisom, sedangkan pada ragi & ganggang Tetrahymena daur ini merupakan kerja sama antara glioksisom & mitokondria. Ada yang mengatakan bahwa daur ini sebagai modifikasi dari daur asam sitrat, dengan langkah-langkah reaksi dimana menghasilkan CO2, dengan satu-satunya sumber karbon yaitu asetil KoA.

Hewan tingkat tinggi tidak dapat mensintesis glukosa dari asam lemak karena tidak mempunyai enzim isositrat liase & enzim malat sintetase. Karena itu asetil KoA akan memasuki siklus asam sitrat dan akhirnya membebaskan CO2.

4. Jalur glikolat
Jalur glikolat merupakan serangkaian reaksi kimia dimana terjadi di peroksisom & bergandeng dengan siklus karbon di kloroplas. Jalur glikolat melibatkan kloroplas, peroksisom, mitokondria, dan sitosol. Jalur ini meliputi pengubahan senyawa dimana tidakk mengandung fosfat (nonphosphorilated) yakni gliserat menjadi glisin, serin, dan persenyawaan “C1”, dan ini penting sebagai precursor dalam biosintesis asam inti.

Jalur glikolat dimulai di kloroplas, di mana fosfoglikolat, glikolat, & fosfogliserat dibentuk dalam fotosintesis. Kloroplas memiliki enzim fosfatase, dimana dapat melepas fosfat dari dua subtrat yang mengandung fosfat (yaitu fosfogliserat dan fosfoglikolat) menjadi glikolat.

Glikolat meninggalkan kloroplas menuju peroksisom dengan perantaraan suatu pengemban atau pengangkut dan disebut glikolat-glikolat shuttle. Dalam peroksisom glikosilat dioksidasi menghasilkan glioksilat & membebaskan H2O2. Dengan adanya katalase di peroksisom ini, H2O2 diubah menjadi H2O dan ½ O2. Glioksilat akan disintesis menjadi asam amino serin atau kembali ke kloroplas. Kembalinya glioksilat ke kloroplas ini di duga sebagai mekanisme untuk menghabiskan NADPH dalam kloroplas dan dihasilkan dalam fotosintesis. NADPH direoksidasi dalam kloroplas dengan mekanisme tanpa menghasilkan H2O2 karena di kloroplas tidak ada katalase.

Asam amino glisin dibentuk dari glikosilat, melalui reaksi interkonversi dalam mitokondria menjadi asam amino serin, suatu bagian dari siklus yang belum diketahui dengan jelas. Serin ditranspor kembali ke peroksisom, lalu mengalami deaminasi menjadi oksalat dan kemudian direduksi menjadi gliserat. Gliserat kemudian ditranspor kembali ke kloroplas kemudian mengalami fosforilasi menjadi fosfogliserat. Dengan demikian selesailah siklus ini, dengan catatan bahwa sebagian reaksi ini searah & sebagian lainnya bolak balik. Jadi serin dapat dihasilkan secara langsung dari fosfogliserat dibandingkan dari fosfoglikolat.

Jalur ini membebaskan 1 molekul CO2, menghasilkan satu molekul serin atau gliserat dari dua molekul fosfoglikolat, atau menghasilkan 1 molekul serin atau 1 molekul glisin ditambah persenyawaan “C1” dari satu molekul fosfogliserat. Pola metabolic ini penting bagi sel tumbuhan karena setengah dari karbon yang difiksasi berlangsung dengan cara ini.

Reaksi glikolat juga dikenal sebagai fenomena fotorespirasi. Fotorespirasi adalah suatu reaksi yang membebaskan CO2 dari organ yang berwarna hijau karena pengaruh cahaya. Fotorespirasi didorong oleh kondisi atmosfer di mana tekanan O2 tinggi, sedangkan tekanan CO2 rendah. Diduga O2 berkompetisi dengan CO2 terhadap enzim RuBP-karboksilase, yang umumnya enzim tersebut adalah enzim untuk memfikasai CO2. Bila O2 telah digunakan oleh enzim tersebut, senyawa antara tak stabil terbentuk & akan segera terurai menjadi 3-P-gliserat dan P-glikolat. Terbentuknya fosfoglikolat dalam reaksi ini akan menambah konsentrasi asam glikolat dengan cara membebaskan P-group, dank arena itu kelebihan glikolat akan dioksidasi dan lepaslah CO2.

Itulah sebabnya fotorespirasi dikatakan sebagai proses merugikan bagi tanaman. Hal ini menyangkut enzim-enzim pengikat CO2 & hasil-hasil pengikatannya. Rate fotorespirasi dapat mendekati 50% dari rate bersih fotosintesis, dan hal ini akan menyebabkan fotosintesis menjadi tidak efisien. Fotorespirasi merupakan problem bagi tanaman C3, dimana mudah dipengaruhi adanya tekanan CO2 yang rendah, sebaliknya tanaman C4 lebih efisien. Inilah tujuan pertanian yang dikembangkan agar dapat mengembangkan tanaman-tanaman dengan memiliki efisiensi fotosintesis tinggi.

Struktur peroksisom

Struktur Badan Mikro & Penyebaran dari Badan Mikro

Mikro sendiri memiliki arti kecil atau bisa dikatakan sangat kecil. Dari pengertian mikro ini sendiri jika kita kaitkan dengan pengamatan dari organel sel berbentuk mikro, maka kita membutuhkan alat optik berupa mikroskop yang mampu mengamati hingga ukuran terkecil atau mikro size.

Mikroskop elektron sendir mampu mengamati berbagai object berukuran mikro. Biasanya untuk mengamati object berukuran mikro ini bisa dilakukan mikroskop ini hingga pembesaran 2 juta kali dari objek berukuran mikro yang sedang diamati. Mikro organisme juga merupakan objek penelitian dimana paling sering menggunakan alat ini, sehingga untuk mengamati bagian organel sel yang umumnya berukuran mikro bisa menggunakan mikroskop elektron ini untuk mempermudah pekerjaan pengamatan objek berukuran mikro ini.

Berdasarkan pengertian mikro yang bisa diartikan kecil diatas, maka organel badan mikro yang terdapat pada sel memerlukan alat bantu yang bisa mengamati ukuran mikro untuk melihatnya. Badan mikro sangat mudah untuk dibedakan dengan organel lainnya dikarenakan  mengandung enzim katalase. Enzim katalase ini bisa diamati dengan menggunakan mikroskop elektron yang mampu mengamati ukuran mikro. Pada saat mengamati dengan mikroskop elektron untuk pengamatan ukuran mikro object ini, kita bisa menggunakan pengecatan 3,3-diaminobenzidine (DAB) jika memang diperlukan.

Pada  sel yang mengandung enzim katalase ini jika diamatai menggunakan mikroskop elektron maka hasilnya akan tampak seperti area gelap dikarenakan enzim katalase ini tidak mampu di tembus elektron. Dengan cara menggunakan mikroskop elektron ini,  badan mikro dari sampel  sel pada hewan & tumbuhan akan tampak seperti sebuah bangunan dengan pembatas membrane tunggal. Bagian dalam dari badan mikro mengandung susunan matriks atutomorf/glandular.

Badan mikro dengan kondisi tertentu akan berisi jaringan matriks struktur neukloid Kristal atau dikenal dengan crystalline nucleoid structure. Bentuk dari Kristal ini biasanya beupa urat oksidase yang merupakan salah satu enzim yang terdapat pada badan mikro.

Distribusi dari badan mikro pada sel hewan umumnya tersebar di dalam sel di daerah sekitar reticulum endoplasma. Sedangkan pada sel dari tumbuhan, posisi badan mikro biasanya berdekatan dengan bagian kloroplas.

Posisi badan mikro yang berdekatan dengan kloroplas ini disebabkan pada sel tumbuhan kedua organel sel ini terlibat pada proses metabolisme dari jalur glikolat. Perlu diketahui bahwa proses dari metabolisme jalur glikolat ini melibatkan 3 organel sel diantaranya mitokondria, kloroplas & badan mikro (khususnya peroksisom).

Permeabilitas dari Badan mikro dan Komposisi Kimianya
Membran yang membatasi badan-mikro lebih tipis dari membrane plasma, tebalnya hanya 6-8 nm. Ini kurang lebih sama tebalnya dengan membran retikulum endoplasma & membrane luar mitokondria. Badanmikro intak memiliki tingkat osmotikum yang relatif stabil, tetapi akan pecah bila berada dalam larutan pirofosfat.

Badan mikro akan pecah bila dimasukkan ke dalam 0,01 M pirofosfat dengan sebab-sebab yang belum diketahui. Ternyata setelah pecah begitu sulit memisahkan membran dengan enzim-enzim dalam matriksnya, salah satu sebab diantaranya adalah karena enzim-enzim itu melekat pada membrannya.

Sudah diketahui ada dua jenis enzim, yang juga merupakan protein integral pada membran retikulum endoplasma, terdapat pada membran badan mikro yaitu sitokrom b5 dan NADH-sitokrom b5 reduktase. Beberapa enzim lain yang terdapat pada membran ditemukan pada glioksisom. Enzim-enzim itu dapat merupakan protein perifer membran maupun sebagai protein integral membran, karena itu mudah diekstrak. Beberapa contoh di antaranya adalah sitrat dan malat sintetase, malat dehidrogenase, 3-hidroksil-KoA-dehidrogenase, & krotonase.

Dilihat dari komposisi lemaknya, membran badan-mikro sama dengan membran mikrosom. Membran peroksisom & mikro-som dari hati tikus tidak menunjukkan adanya perbedaan, tetapi berbeda secara nyata dengan membran mitokondria dalam hal rendahnya kandungan kardiopolin. Kardiopolin sangat banyak jumlahnya di membran dalam mitokondria. Membran glioksisom dari endosperm tanaman jarak, berbeda komposisi lemaknya dengan membran retikulum endoplasma hati tikus. Membran glioksisom mengandung lebih rendah fosfatidil inositol dan mungkin fosfatidil serin, dan lebih tinggi kandungannya lemak yang tak teridentifikasi. Perbedaan kandungan lemak antara hati tikus dan membran badanmikro endosperm mungkin disebabkan oleh karena perbedaan peran dari kedua jaringan tersebut.

Dalam banyak hal, permeabilitas badan mikro terhadap berbagai molekul mirip seperti pada mikrosom. Hal ini disebabkan karena keduanya mempunyai komposisi yang hampir sama. Membran badanmikro sangat permeable terhadap sejumlah substansi yang alaminya sebagai substrat dari beberapa enzim di dalamnya, seperti asam-asam amino, asam α-hidroksi, & asam urat. Sukrosa juga dapat berdifusi melalui membran badan-mikro.

Ternyata nukleotida piridin seperti NADH & NADPH tidak dapat masuk melewati membran badan mikro. Hal ini dapat menjadi bahan pertanyaan, mengingat koenzim-koenzim ini penting sebagai aseptor (penerima) electron untuk enzim oksidatif tertentu. Kalau koenzim tersebut tidak dapat melewati membran, lalu bagaimana terjadinya oksidasi yang harusnya terjadi secara kontinue?

Sekarang sudah diketahui bahwa pada membran badanmikro terdapat subtansi yang dapat menerima H+ dari NADH untuk diangkut keluar dari badan mikro. Di luar badan-mikro H+ diberikan kepada NAD sitosol. Setelah itu pengangkut masuk kembali ke dalam badan mikro untuk mengulang tugasnya. Mekanisme ini sama dengan mekanisme yang terjadi di membran mitokondria. Pengangkut (shuttle) ini ada dua jenis, yaitu malat-oksaloasetat (aspartat) shuttle & gliserol-3-phosphat shuttle. Malat-oksaloasetat (aspartat)shuttle adalah tipe pengangkut pada peroksisom dari sel-sel tanaman, sedangkan gliserol-3-phosphat shuttle adalah tipe pengangkut pada sel-sel hati atau ginjal.