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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar