MEMBRAN SEL DAN TRANSPORT MEMBRAN MATERI BIOLOGI UNTUK SMA/MA KELAS XI

 

 

MEMBRAN SEL DAN TRANSPORT MEMBRAN

 

A.       MEMBRAN SEL

Membran sel (membrane plasma) adalah batas kehidupan, perbatasan yang memisahkan sel hidup dari lingkungan sekelilingnya. Memiliki ketebalan hanya 8 nm yang bertugas mengontrol lalu-lintas keluar-masuk sel yang diselubunginya. Seperti semua membrane biologis, membrane sel menunjukkan permeabilitas selektif (selective permeability); artinya, memungkinkan beberapa zat untuk menembus membrane tersebut secara lebih mudah daripada zat-zat yang lain. Keluar masuknya zat melalui membran sel disebut sebagai transport membran.

 

Struktur Membran Sel

Gambar struktur membran sel

Membran sel tersusun atas lipid (lemak) dan protein yang merupakan unsur utama penyusunya, dan juga terdapat karbohidrat yang tidak kalah penting sebagai unsur penyusun membran sel. Lipid yang paling melimpah di sebagian besar membran adalah fosfolipid. Fosfolipid adalah molekul amfipatik (amphipathic), yang berarti memiliki wilayah hidrofilik (dapat bereaksi dengan air) dan hidrofobik (sukar bereaksi dengan air).

Gambar Fosfolipid Membran Sel

Fluiditas Membrane Sel

Membrane sel bukanlah lembaran statis yang tersusun dari molekul-molekul yang terkunci dan kaku di tempatnya. Sebagian besar lipid dan beberapa protein dapat bergeser kesana-kemari secara lateral dalam bidang membran, seperti sekumpulan orang dalam satu ruangan yang sesak dan dapat berdesak-desakan dengan orang lain.

Protein Membran Sel

Membran sel memiliki lapisan ganda fosfolipid yang di dalamnya tertanam protein, yang dapat melekat secara permanen atau sementara. Terdapat dua jenis protein membran, yaitu protein integral dan protein perifer. Protein integral melekat secara permanen ke membran dan biasanya transmembran (membentang melintasi lapisan ganda fosfolipid), sedangkan protein perifer terikat sementara oleh interaksi non-kovalen dan berhubungan dengan salah satu permukaan membran sel. Struktur asam amino protein membran terlokalisir menurut polaritas. Asam amino non-polar (hidrofobik) berhubungan langsung dengan fosfolipid bilayer, sedangkan asam amino polar (hidrofilik) terletak secara internal dan dapat berhubungan dengan larutan berair. Bagian polar (hidrofilik) ini disebut dengan kanal/saluran, karena memungkinkan zat tertentu dapat melewatinya. Berikut ini adalah gambar protein membrane dan letaknya di dalam fosfolipid bilayer.

Gambar Protein Membran Sel

 

Fungsi Protein Membran Sel

•      Menghubungkan dan menggabungkan dua sel yang berdekatan
•          Mengatur jalur metabolisme sel.
•          Bertanggung jawab dalam transportasi zat tertentu yang masuk dan keluar sel.
•          Dapat dijadikan tanda/ ciri khusus dalam identifikasi seluler.
•          Tempat melekatnya matriks sitoskeleton.
•         Berfungsi sebagai reseptor untuk hotmon peptide.

 

Karbohidrat Membran Sel

Salah satu komponen membran sel adalah karbohidrat membran yang terikat secara kimiawi dengan glikolipid dan glikoprotein. Meskipun beberapa karbohidrat dapat ditemukan menempel pada membran intraseluler, sebagian besar dari mereka berada di lapisan luar membran sel, menghadap ruang ekstraseluler. Sintesis karbohidrat membran dimulai pada retikulum endoplasma, dan dimodifikasi di kompleks Golgi untuk menambahkan banyak monomer baru sehingga terbentuk molekul karbohidrat kompleks.

Karbohidrat membran melakukan dua fungsi utama, yaitu berpartisipasi dalam pengenalan/persinyalan, dan adhesi sel. Karbohidrat membrane memiliki peran struktural sebagai alat untuk mengenal dan berinteraksi dengan sel lain, serta dianggap sebagai penghalang fisik dari pathogen. Misalnya, golongan darah ditentukan oleh karbohidrat permukaan sel eritrosit, dan mereka juga memiliki kemampuan untuk memicu respons imunologis. Karbohidrat sebagai molekul pengenal juga penting selama perkembangan embrionik.

 

B.        TRANSPORT MEMBRAN

Interaksi sel dengan sel lain atau dengan lingkunganya sangat dibutuhkan untuk mempertahankan kelangsungan hidup sel tersebut. Interaksi sel dilakukan dengan cara transport melalui membran plasma. Transport melalui membran dapat dibedakan menjadi dua, yaitu transport pasif dan transport aktif.

Transport Pasif

Transport pasif merupakan transportasi sel yang dilakukan melalui membran sel tanpa membutuhkan energi. Transport pasif terjadi karena adanya perbedaan konsentrasi zat yang berada di dalam sel dengan zat yang berada di luar sel. Transport pasif meliputi difusi, difusi terfasilitasi, dan osmosis.

1.    Difusi

Molekul memiliki tipe energi yang disebut gerak termal (panas atau kalor). Salah satu gerak termal adalah difusi (diffusion), yaitu pergerakan molekul zat sehingga tersebar merata di dalam ruang yang tersedia . Pergerakan molekul/zat terlarut pada difusi terjadi dari tempat yang konsentrasinya tinggi ke tempat yang konsentrasinya lebih rendah untuk mencapai kesetimbangan. Dengan kata lain, zat apapun akan berdifusi (bergerak) menuruni gradient konsentrasi. Untuk memahaminya, mari kita bayangkan selembar membran sintetik yang memisahkan air murni dengan larutan pewarna dalam air. Anggaplah membran ini memiliki pori-pori mikroskopis dan bersifat permeabel terhadap molekul pewarna. Setiap molekul pewarna akan bergerak secara acak dan akan ada perpindahan molekul pewarna melintasi membrane ke sisi yang awalnya beisi air murni. Molekul pewarna akan terus menyebar melintasi membran hingga kedua larutan memiliki konsentrasi pewarna yang sama. Setelah dicapai konsentrasi yang sama, kesetimbangan dinamik akan berlangsung dengan pewarna yang sama banyak akan bergerak melintasi membran dalam dua arah dalam setiap detik. Gambar dapat di lihat di bawah ini.

Gambar Difusi satu zat terlarut

 

2.    Difusi terfasilitasi

Fungsi lapisan ganda (phospholipid bilayer) membran sel yaitu mengatur keluar masuknya zat di dalam sel. Banyak zat seperti molekul polar dan ion yang dihalangi lapisan ganda tersebut sehingga tidak dapat berdifusi secara pasif. Zat-zat tersebut dapat berdifusi secara pasif berkat bantuan protein transport yang membentang di dalam membran. Fenomena ini dikenal sebagai difusi terfasilitasi atau difusi dipermudah (facilitated diffusion). Menurut para ahli biologi yang mempelajari tentang protein transport yang memfasilitasi difusi, sebagian besar protein transport sangat spesifik. Protein tersebut mentransport beberapa zat tetapi tidak meloloskan zat-zat lain. protein yang biasanya membantu proses difusi terfasilitasi adalah protein integral. Ada dua tipe protein transport yang melaksanakan difusi terfasilitasi. Ke duanya dapat mentransport/mengangkut zat terlarut ke dua arah, dan pergerakan netto (zat terlarut) terjadi menuruni gradient konsentrasi.

a.       Protein saluran memiliki saluran yang dapat dilalui oleh molekul air atau zat terlarut spesifik.

 

b.      Protein pembawa berubah bentuk untuk membawa zat terlarut menyeberangi membran.

3.    Osmosis

Pada dasarnya, osmosis adalah termasuk peristiwa difusi. Yang membedakan keduanya adalah pada osmosis, yang bergerak melalui membran sel (selekif-permeabel) ialah air dari larutan hipotonis (larutan dengan konsentrasi air tinggi dan konsentrasi zat terlarut rendah) ke larutan hipertonis (larutan dengan konsentrasi air rendah dan konsentrasi zat terlarut tinggi).

 

Transport aktif

pada difusi terfasilitasi, transport membrane dibantu oleh protein, akan tetapi dianggap sebagai transport pasif karena zat terlarut bergerak menuruni gradient konsentrasi. Difusi terfasilitasi mempercepat transport zat terlarut dengan cara menyediakan saluran yang efisien melalui membran, namun tidak mengubah arah transport sehingga tidak membutuhkan energi. Akan tetapi beberapa protein transport dapat memindahkan zat terlarut melawan gradient konsentrasinya, melintasi membran sel dari sisi yang konsentrasinya rendah ke sisi yang konsentrasinya lebih tinggi.

Kerja dari protein transport yang membawa zat terlarut dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi (melawan gradient konsentrasi), dibutuhkan energi (ATP) sehingga sel harus mengeluarkan energi agar perpindahan zat dapat terjadi. Tipe lalu-lintas membran sel ini disebut transport aktif (active transport). Protein transport yang bekerja dalam transport aktif adalah protein pembawa, bukan protein saluran. Protein saluran hanya membiarkan zat terlarut mengalir menuruni gradient konsentrasi, bukan mengambil dan mentransportnya melawan gradient konsentrasi. Lalu, bagaimana ATP mensuplai energi selama transport?

Salah satu cara ATP mensuplai tenaga/energi bagi transport aktif adalah dengan mentransfer gugus fosfst terminalnya secara langsung ke protein transport. Fosfat yang diberikan ATP akan menginduksi protein sehingga berubah bentuk sehingga zat terlarut dapat terikat ke protein dan dapat melintasi membran sel. Salah satu contoh sistem transport aktif adalah pompa natrium-kalium (sodium-potasium pump). Pompa ini bekerja  mempertukarkan natrium (Na⁺)dengan Kalium (K⁺) melewati membran sel hewan.

Sistem transport pompa natrium-kalium bekerja memompa ion melawan gradient konsentrasi yang sangat curam. Konsentrasi ion natrium (disimbolkan dengan [Na⁺]) tinggi di luar sel dan rendah di dalam sel. Sementara ion kalium  ([K⁺]) rendah di luar sel dan tinggi di dalam sel. Pompa ini mengalami perubahan dua bentuk silih-berganti dalam siklus pemompaan, yaitu mentranspotr tiga ion natrium ke luar sel untuk setiap dua ion kalium yang dimasukkan ke dalam sel. Kedua bentuk pompa memiliki afinitas yang berbeda untuk kedua jenis ion. ATP menyuplai energi untuk perubahan bentuk ini dengan cara memfosforilasi protein transport (mentransfer satu gugus fosfat ke protein transport). berikut ini adalah mekanisme peristiwa pompa natrim-kalium. 

	1.       Na+ pada sitoplasma berikatan dengan pompa natrium-kalium. Pada saat seperti ini, afinitas terhadap Na+ tinggi.   Pengikatan Na+ merangsang fosforilasi (penampahan ggugus fosfat) protein oleh ATP.
	2.       Fosforilasi menyebabkan protein berubah bentuk, sehingga afinitasnya terhadap Na+ menurun, dan dilepaskan ke luar sel.
	3.       Bentuk baru protein memiliki afinitas tinggi terhadap K+ yang ada di luar sel sehingga berikatan dengan protein transport, dan memicu pelepasan gugus fosfat.
	4.  Hilangnya fosfat mengembalikan bentuk protein, yang memiliki afinitas lebih rendah terhadap K+.   K+ dilepaskan, afinitas terhadap Na+ tinggi lagi, dan siklus ini berulang.

 

Eksositosis dan Endositosis

Air dan zat terlarut yang berukuran kecil memasuki dan meninggalkan sel secara berdifusi melalui lapisan ganda lipid membran sel atau dengan cara dipompa oleh protein transport. Bagaimana dengan molekul besar? Molekul besar, seperti protein, dan polisakarida, atau molekul lain berukuran besar, biasanya melintasi membran secara massal melalui mekanisme pengemasan oleh vesikel. Seperti transport aktif, proses ini membutuhkan energi.

1.       Eksositosis

Biasanya terjadi ketika sel akan mengeluarkan sekret (molekul biologis) tertentu. Vesikel transport dibentuk oleh golgi bergerak di sepanjang mikrotubulus ke membran sel. Ketika membrane vesikel dan membrane sel bersentuhan, molekul lipid kedua membran akan berfusi dan membentuk lapisan ganda membran sel. Isi vesikel akan tumpah dan keluar dari sel, sementara membrane vesikel akan menjadi bagian dari membran sel. Inilah yang disebut eksositosis.  

Sel-sel sekretori meggunakan eksositosis untuk mengekspor produknya. Misalnya sel-sel pancreas membuat dan menyekresikan insulin ke luar sel. Contoh lainya adalah neuron (sel saraf) yang menggunakan eksositosis untuk mengeluarkan neurotrasnmiter yang memberikan sinyal kepada neuron lain atau sel otot.

 

2.       Endositosis

Pada endositosis, sel mengambil partikel atau molekul lain dengan cara membentuk vesikel baru dari membran sel. Walaupun protein yang bekerja berbeda, proses endositosis seperti kebalikan dari eksositosis. Proses terjadinya endositosis dimulai dengan membran sel membentuk lekukan seperti kantong ke arah dalam sel. Setelah bertambah dalam, kantong terlepas dari membran sel dan membentuk vesikel yang mengandung materi yang diangkut. Terdapat tiga tipe endositosis, yaitu fagositosis, pinositosis, dan endositosis yang diperantarai reseptor.

a.    Fagositosis, terjadi saat sel menelan partikel padat dengan cara menyelubungi partikel dengan pseudopodia (kaki semu) dan megemasnya dalam kantong berselaput yang cukup besar (vakuola).

b.  Pinositosis, terjadi saat memasukkan cairan ekstraseluler ke dalam sel dengan membentuk kantong vesikel.

c.  Endositosis yang diperantarai reseptor, terjadi saat fluida (cairan) ekstraseluler terikat pada reseptor spesifik spesifik yang berkumpul pada lubang yang dilapisi protein pada membran sel, kemudian membentuk vesikel.

 

 

DAFTAR PUSTAKA

Bio Ninja. 2018. Membrane Proteins. https://ib.bioninja.com.au/standard-level/topic-1-cell-biology/13-membrane-structure/membrane-proteins.html

Campbell, dkk. 2010. Biologi Edisi Kedelapan Jilid I. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Irnaningtyas. 2016. Biologi Untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta. Penerbit Erlangga.