STRUKTUR DAN FUNGSI MEMBRAN SEL

Struktur Membran

Lipid dan protein merupakan bahan penyusun utama membran, walaupun karbohidrat juga merupakan bahan penting. Akhir-akhir ini, model yang dapat diterima untuk penyusunan molekul-molekul tersebut dalam membran adalah model mosaik fluida.
Membran plasma atau membran sel tersusun atas molekul lemak dan protein. Molekul lemak terdiri atas dua lapis, terdapat di bagian tengah membran. Di sebelah luarnya terdapat lapisan protein perifer (protein tepi), yang menyusun tepi luar dan dalam membran. Selain protein perifer, terdapat pula molekul-molekul protein tertentu yang masuk ke dalam lapisan lemak. Bahkan ada yang masuk hingga menembus dua lapisan lemak. Protein yang masuk ke lapisan lemak itu disebut protein integral. Pada tempat-tempat tertentu, terbentuk pori yang dibatasi oleh molekul protein. Tebal membran plasma antara 5-10 nm.
Molekul protein dan lemak itu tidak statis, melainkan senantiasa bergerak. Dapat dibayangkan molekul lemak sebagai “benda cair” yang di atasnya dan di dalamnya terdapat molekul protein yang “berenang-renang”. Itulah sebabnya struktur membrane yang demikian disebut sebagai “mosaik fluida”.
Lemak membran tersusun atas fosfolipid (lemak yang bersenyawa dengan fosfat),glikolipid (lemak yang bersenyawa dengan karbohidrat), dan sterol (lemak yang bersenyawa dengan kolesterol). Sedangkan protein membran tersusun atas glikoprotein (protein yang bersenyawa dengan karbohidrat).

Kualitas fluida membran
Membran bukanlah lembaran molekul statis yang terikat kuat di tempatnya. Membran ditahan bersama terutama oleh interaksi hidrofobik, yang jauh lebih lemah dari ikatan kovalen. Sebagian besar lipid dan sebagian protein dapat berpindah secara acak dalam bidang membrannya. Akan tetapi, jarang terjadi suatu molekul bertukar tempat secara melintang melintasi membran, yang beralih darri satu lapisan fosfolipid ke lapisan lainnya; untuk melakukan hal seperti itu, bagian hidrofilik molekul tersebut harus melintasi inti hidrofobik membrannya.
Fosfolipid bergerak di sepanjang bidang membran dengan cepat, kira-kira 2 µm per detik. Protein jauh lebih besar daripada lipid dan bergerak lebih lambat, tetapi sebagai protein membran, sebenarnya berpindah. Dan sebagian protein membran sepertinya bergerak dengan cara yang sangat terarah, mungkin digerakkan di sepanjang serabut eksoskeleton oleh protein motor yang dihubungkan dengan ujung-ujung sitoplasmik protein membran. Akan tetapi, banyak protein membran lain sepertinya dibuat tidak bergerak dengan keterikatannya pada sitoskeleton.
Suatu membran tetap berwujud fluida begitu suhu turun, hingga akhirnya, pada bebeapa suhu kritis, fosfolipid mengendap dalam suatu susunan yang rapat dan membrannya membeku, tak ubahnya seperti minyak babi yang membentuk kerak lemak ketika minyaknya mendingin. Suhu beku membran tergantung pada komposisi lipidnya. Membran tetap berwujud fluida pada suhu yang lebih rendah jika membran itu mengandung banyak fosfolipid dengan ekor hidrokarbon tak jenuh. Karena adanya kekusutan di tempat ikatan gandanya, hidrakarbon tak jenuh tidak tersusun serapat hidrokarbon jenuh.
Kolesterol steroid, yang terjepit di antara molekul-molekul fosfolipid dalam membran plasma hewan, membantu menstabilkan membran tersebut. Pada suhu yang relative hangat (37oC) kolesterol membuat membran kurang bersifat fluida dengan mengontrol gerakan fosfolipid. Akan tetapi, karena kolesterol juga menghambat penyusunan – rapat fosfolipid, kolesterol ini menurunkan suhu yang dibutuhkan membrannya agar bisa membeku.
Membran haruslah bersifat fluida agar dapat bekerja dengan baik, membran itu biasanya sekental minyak salad. Apabila membran membeku, permeabilitasnya berubah,dan protein enzimatik di dalamnya mungkin menjadi inaktif. Suatu sel dapat mengubah komposisi lipid membrannya dalam tingkatan tertentu sebagai penyesuaian terhadap suhu yang berubah. Misalnya, dalam banyak tumbuhan yang dapat bertahan dalam kondisi yang sangat dingin, seperti gandum musim dingin, presentase fosfolipid tak jenuh meningkat dalam musim gugur, suatu adaptasi yang menghalangi pembekuan membran selama musim dingin.

Membran sebagai mosaik struktur dan fungsi
Membran merupakan kolase banyak protein berbeda-beda yang tertanam dalam matriks fluida bilayer lipid. Bilayer lipid ini merupakan penyusun utama membran tersebut, tetapi protein menentukan sebagian besar fungsi spesifik membran. Membran plasma dan membran berbagai macam organel masing-masing memiliki koleksi protein yang unik. Sampai saat ini telah ditemukan lebih dari 50 jenis protein dalam membran plasma sel darah merah.

Terdapat dua lapisan utama protein membran, yaitu protein integral dan protein poriferal. Protein integral umumnya merupakan protein transmembran, dengan daerah hidrofobik yang seluruhnya membentang sepanjang interior hidrofobik membran tersebut. Daerah hidrofobik protein integral terdiri atas satu atau lebih rentangan asam amino non polar yang biasanya bergulung menjadi heliks α. Ujung hidrofilik molekul ini dipaparkan ke larutan aqueous pada kedua sisi membran. Protein poriferal sama sekali tidak tertanam dalam bilayer lipid; protein ini merupakan anggota yang terikat secara longgar pada permukaan membran, sering juga pada bagian protein integral yang dibiarkan terpapar.
Pada sisi sitoplasmik membran plasma, sejumlah protein membran diikat di tempatnya melalui pelekatan pada sitoskeleton. Pada sisi bagian luarnya (eksterior), protein membran tertentu diikat pada serabut-serabut matriks akstaseluler. Pelekatan-pelekatan ini berkombinasi untuk memberi sel hewan kerangka luar yang lebih kuat daripada yang diberikan oleh membran plasma itu sendiri.
Membran memiliki muka sisi dalam dan sisi luar yang sangat berbeda. Kedua lapisan lipid mungkin bebrbeda komposisi lipid spesifiknya., dan setiap protein memiliki orientasi terarah dalam membrannya. Membran plasma juga memiliki karbohidrat, yang dibatasi pada permukaan luar saja. Distribusi protein, lipid, dan karbohidrat yang taksimetris ini ditentukan sewaktu membrannya sedang dibuat oleh reikulum endoplasmik. Molekul yang berawal pada muka sisi dalam RE berakhir pada muka sisi luar membran plasma.

Fungsi protein membrane :

Transpor
a)protein yang membentang (melintang) membrane mungkin memberikan suatu saluran hidrofilik melintasi membrane yang bersifat selektif untuk zat terlarut tertentu
b)beberapa protein transport menghidrolisis ATP sebagai sumber energi untuk memompa bahan melintasi membrane tersebut secara aktif.

Aktivitas enzimatik
Protein yang berada dalam membrane mungkin berupa enzim dengan sisi aktifnya yang dipaparkan ke zat-zat pada alrutan sebelahnya. Dalam beberapa kasus, sejumlah enzim dalam membrane disusun sebagai suatu tim atau satuan yang melaksanakan langkah-langkah berurutan suatu jalur metabolisme.

Transduksi sinyal
Protein membrane mungkin memiliki tempat pengikatan dengan bentuk spesifik yang sesuai dengan bentuk-bentuk mesenjer kimiawi, seperti hormone. Mesenjer eksternal (sinyal) mungkin menyebabkan perubahan konformasi protein yang merelai pesan ke bagian dalam sel.

Penggabungan interseluler
Protein membrane dari sel-sel yang bersebelahan mungkin dikaitkan bersama-sama dalam berbagai bentuk junction.

Pengenalan sel-sel
Beberapa glikoprotein (protein dengan rantai gula pendek) berfungsi sebagai label identifikasi yang secara khusus dikenali oleh sel lain.

Pelekatan ke sitoskeleton dan matriks ekstraseluler (ECM)
Mikrofilamen atau elemen lain sitoskeleton mungkin terikat ke protein membrane, suatu fungsi yang membantu mempertahankan bentuk sel dan menetapkan lokasi protein membrane tertentu. Protein yang mendekat ke ECM dapat mengkoordinasikan perubahan ektraseluler dan intraseluler.

Gambar di atas memperlihatkan suatu gambaran umum tentang enam jenis fungsi utama yang diperlihatkan oleh protein membran plasma. Suatu sel tunggal mungkin memiliki protein membran yang melakukan sejumlah fungsi ini, dan suatu protein tunggal memiliki mungkin memiliki banyak fungsi. Dengan demikian membran itu sebenarnya merupakan mosaik fungsional, disamping sebagai mosaik struktural.

Karbohidrat membran dan pengenalan sel-sel
Pengenalan sel-sel, kemampuan sel untuk membedakan satu jenis sel tetangga dari sel jenis lain, merupakan hal yang krusial bagi fungsi suatu organisme. Misalnya, hal itu penting dalam memilah sel menjadi jaringan dan organ di dalm embrio hewan. Pengenalan itu juga merupakan dasar bagi penolakan sel asing (termasuk sel-sel organ cangkokan) oleh system imun, suatu garis perahanan penting dalam hewan vertebrata. Cara sel mengenali sel lain ialah dengan memberi kunci pada molekul permukaan yang seringkali berupa karbohidrat, pada membran plasma.
Karbohidrat membran biasanya berupa oligosakarida bercabang dengan kurang dari 15 satuan gula. Beberapa oligosakarida ini secara kovalen terikat dengan lipid, dan membentuk molekul yang disebut glikolipid. Akan tetapi, sebagian besar oligosakarida terikat secara kovalen dengan protein, sehingga disebut glikoprotein.
Oligosakarida pada sisi luar membran plasma berbeda-beda dari satu spesies ke spesies lain, dan bahkan dari satu sel ke sel lainnya dalam satu individu. Keberagaman molekul dan lokasinya pada permukaan membuat oligosakarida dapat berfungsi sebagai penanda yang membedakan satu sel dari yang lain. Misalnya, empat kelompok darah manusia yang ditandai dengan A, B, dan O mencerminkan keragaman oligosakarida pada permukaan sel darah merah.

Fungsi Membran Plasma

Membran plasma sangat penting unuk menjaga kehidupan sel. Fungsi membran sel anatara lain melindungi isi sel, yaitu membrane sel befungsi mempertahankan isi sel; mengatur lalulintas molekul-molekul, membran plasma bersifat selektif permeabel artinya ada zat-zat tertentu yang dapat melewati membrane dan ada pula yang tidak. Molekul-molekul tersebut berguna untuk mempertahankan kehidupan sel; sebagai reseptor rangsangan dari luar sel, rangsangan itu berupa zat-zat kimia seperti hormon,racun,rangsangan listrik,dan rangsangan mekanik.Bagian sel yang berfungsi sebagai reseptor yaitu glikoprotein.

Organisasi molekuler membran mengakibatkan permeabilitas selektif
Suatu lalulintas yang tunak dari molekul dan ion kecil bergerak melintasi membran plasma dalam dua arah. Perhatikan pertukaran kimiawi antara sel otot dengan fluida ekstraseluler yang membasahinya. Gula, asam amino, dan nutrien lain memasuki sel, dan produk limbah metabolisme meninggalkan sel. Sel menyerap oksigen untuk respirasi seluler dan mengeluarkan karbondioksida. Sel itu juga mengatur konsentrasi ion anorganiknya, seperti Na+,K+,Ca2+,dan Cl-, dengan cara membolak-balik arahnya dari satu arah ke arah lainnya melintasi membran plasma. Walaupun lalu lintas melalui membran ini padat, membran sel itu permeabel secara selektif, dan substansi-substansi tidak dapat melintasi rintangan tersebut secara sembarangan. Sel tersebut dapat mengambil berbagai macam molekul dan ion kecil dan menolak yang lainnya. Di samping itu, substansi-substansi gerak melintasi membran pada laju yang berbeda-beda.

Permeabilitas bilayer lipid
Inti hidrofobik membran menghalngi transport ion dan molekul polar,yang bersifat hidrofilik. Molekul hidrofobik, seperti hidrokarbon, karbondioksida, dan oksigen, dapat larut dalam membran dan melintasinya dengan mudah. Molekul sangat kecil yang polar tetapi tidak bermuatan juga dapat lewat melalui membran dengan cepat. Contoh-contohnya ialah air dan etanol, yang cukup kecil untuk dapat lewat di antara lipid-lipid membran. Bilayer lipid tidak sangat permeabel terhadap molekul polar tak bermuatan yang lebih besar, seperti glukosa dan gula lain. Bilayer ini juga relatif tidak permeabel terhadap semua ion, sekalipun ion kecil seperti H+ dan Na+. Atom atau molekul bermuatan dan lapisan airnya sulit menembus lapisan hidrofobik membran. Akan tetapi, bilayer lipid hanyalah salah satu bagian cerita tentang permeabilitas selektif membran. Protein yang ada di dalam membran memainkan peran penting dalam pengaturan transpor.

Protein transpor
Membran sel bersifat permeabel terhadap ion dan molekul polar spesifik. Subtansi hidrofilik menghindari kontak dengan bilayer lipid dengan lewat melalui protein transpor yang membentangi membran. Sejumlah protein transpor berfungsi karena memiliki saluran hidrofilik yang digunakan oleh molekul tertentu sebagai saluran untuk melewati membran. Protein transpor lain mengikat senyawa yang dibawanya dan secara fisik menggerakkannya melintasi membran. Dalam kedua kasus tersebut, setiap protein transpor itu bersifat spesifik untuk substansi yang ditranslokasikannya, berarti hanya substansi atau kelas yang berkaitan erat dengan substansi itu saja yang dapat melintasi membran. Misalnya, glukosa yang diangkut dalam darah ke hati manusia memasuki sel hati secara cepat melalui protein transpor spesifik dalam membran plasma. Protein itu begitu selektifnya sehinnga protein itu bahkan menolak fruktosa, isomer struktural glukosa.
Dengan demikian permeabilitas selektif membran bergantung pada rintangan pembeda pada bilayer lipid maupun protein transpor spesifik yang ada di dalam membran.
Pergerakan substansi keluar –masuk sel terdiri daripada 2 jenis:

1. transpor pasif
2. transpor aktif

Transpor pasif
Transpor pasif ialah bentuk pergerakan molekul yang tidak memerlukan tenaga apabila melintasi membran sel dan laju pergerakan bergantung pada besar konsentrasi substansi dibandingkan dengan membran tersebut.

Transpor pasif merupakan difusi melintasi suatu membran.

Molekul memiliki energi kinetik intrinsik yang disebut gerak termal (kalor). Suatu akibat gerak termal ialah difusi, kecenderungan molekul setiap zat untuk menyebar ke seluruh ruangan yang ada. Setiap molekul bergerak secara acak, namun difusi populasi molekul mungkin mempunyai arah. Misalnya, bayangkanlah suatu membran yang memisahkan air murni dari larutan zat pewarna dalam air. Anggaplah bahwa membran ini permeabel terhadap molekul pewarna tersebut. Setiap molekul pewarna akan mengembara secara acak, tetapi akan terdapat gerak netto(selisih) molekul pewarna melintasi membran ke sisi yang semula adalah air murni. Penyebaran zat pewarna melintasi membran akan berlanjut hingga kedua larutan memiliki konsentrasi pewarna yang sama. Begitu titik itu tercapai, akan terdapat kesetimbangan dinamik, yaitu molekul pewarna yang melintasi membran dalam satu arah jumlahnya sebanyak molekul pewarna yang melintasi membran dalam arah sebaliknya, setiap detik.
Dalam ketiadaan gaya-gaya lain, suatu substansi akan berdifusi dari tempat yang konsentrasinya tinggi ke tempat yang konsentrasinya lebih rendah. Dengan kata lain, setiap substansi akan berdifusi menuruni gradien konsentrasinya. Tidak ada kerja yang harus dilakukan untuk membuat hal ini terjadi; difusi merupakan proses spontan karena difusi itu menurunkan energi bebas. Ingat bahwa dalam setiap sistem terdapat suatu kecenderungan untuk meningkatnya entropi, atau ketidakteraturan. Difusi zat terlarut dalam air meningkatkan entropi dengan menghasilkan campuran yang lebih acak daripada ketika terdapat konsentrasi zat terlarut yang terlokalisir. Penting untuk diperhatikan bahwa setiap substansi berdifusi menuruni gradien konsentrasi substansi miliknya sendiri, yang tidak dipengaruhi oleh perbedaan konsentrasi substansi lain.
Banyak lalulintas melintasi membran terjadi dengan cara difusi. Apabila suatu substansi lebih tinggi konsentrasinya pada satu sisi membran daripada sisi lain, substansi tersebut cenderung berdifusi melintasi membran menuruni gradien konsentrasinya. Satu contoh penting ialah penyerapan oksigen oleh sel yang melakukan respirasi seluler. Oksigen terlarut berdifusi ke dalam sel melintasi membran plasmanya. Selama respirasi seluler mengonsumsi O2 yang masuk, difusi ke dalam sel akan berlanjut, karena gradien konsentrasi akan mendukung pergerakan molekul ke arah tersebut.
Difusi suatu substansi melintasi membran biologis disebut transpor pasif, karena sel tidak harus mengeluarkan energi untuk membuat hal itu terjadi. Gradien konsentrasi itu sendiri merupakan energi potensial dan mengarahkan difusi.akan tetapi, harus diingat bahwa membran itu permeabel selektif sehingga mempengaruhi laju difusi berbagai molekul. Suatu molekul yang berdifusi bebas melintasi sebagian besar membran ialah air, suatu kenyataan yang memiliki akibat penting bagi sel.

Osmosis merupakan transpor pasif
Dalam membandingkan dua larutan yang konsentrasi zat terlarutnya berbeda, larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi disebut sebagai hipertonik. Larutan dengan konsentrasi zal terlarut yang lebih rendah disebut sebagai hipertonik. Larutan-larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang sama disebut sebagai isotonik.Difusi zat pelarut melintasi membran permeabel selektif merupakan suatu kasus khusus transpor pasif yang disebut osmosis. Arah osmosis ditentukan hanya oleh perbedaan konsentrasi zat terlarut total.

Bertahan hidupnya sel tergantung pada keseimbangan penyerapan dan pelepasan air

Keseimbangan air pada sel tanpa dinding
Jika suatu sel hewan dicelupkan ke dalam lingkungan yang isotonik terhadap sel tersebut, tidak akan ada selisih perpindahan air melintasi membran tersebut. Air mengalir melintasi membran, tetapi pada laju sama pada kedua arah. Dalam suatu lingkungan yang isotonik, volume sel hewan stabil. Sekarang kita pindahkan sel tersebut ke dalam larutan yang hipertonik terhadap sel tersebut. Sel ini akan kehilangan air yang berpindah ke lingkungannya, mengkerut, dan mungkin saja mati. Inilah salah satu alasan mengapa peningkatan salinitas (keasinan) danau dapat membunuh hewan di danau tersebut. Akan tetapi, sel hewan yang menyerap terlalu banyak air menghadapi bahaya yang sama seperti saat kehilangan air. Jika kita tempatkan sel tersebut dalam larutan yang hipotonik terhadap sel itu, air akan masuk lebih cepat daripada yang meninggalkannya, sel ini akan membengkak dan lisis (pecah) seperti balon yang etrus ditiup sampai melewati batas.
Sel tanpa dinding kaku tidak dapat menerima penyerapan atau pelepasan air yang berlebihan. Masalah keseimbangan air ini secara otomatis terselesaikan jika sel tersebut hidup dalam lingkungan yang isotonik. Air laut bersifat isotonik terhadap banyak invertebrata laut. Sel sebagian besar hewan terestrial dilingkupi oleh fluida ekstraseluler yang isotonik terhadap sel tersebut. Hewan dan organisme lain yang tidak memiliki dinding sel kaku yang hidup dalam lingkungan hipertonik atau hipotonik harus memiliki adaptasi khusus untuk osmoregulasi, yaitu kontrol keseimbangan air.

Keseimbangan air pada sel berdinding
Sel tumbuhan, prokariota, fungi, dan sejumlah protista memiliki dinding. Apabila sel seperti ini berada dalam larutan hipotonik, dindingnya akan membantu mempertahankan keseimbangan air sel tersebut. Perhatikan sel tumbuhan. Seperti sel hewan, sel tumbuhan ini membengkak ketika air masuk melalui osmosis. Akan tetapi, dindingnya yang lentur akan mengembang hanya sampai pada ukuran tertentu sebelum dinding ini mengerahkan tekanan balik pada sel yang melawan penyerapan air lebih lanjut. Pada saat ini, sel tersebut membengkak, yang merupakan keadaan yang sehat untuk sebagian besar se tumbuhan. Tumbuhan yang tidak berkayu, seperti sebagian besar tumbuhan rumahan, tergantung pada dukungan mekanis dari sel yang dijaga untuk tetap bengkak oleh larutan hipotonik sekelilingnya. Jika sel tumbuhan dan sekelilingnya isotonik, tidak ada kecenderungan bagi air untuk masuk dan selnya menjadi lembek, yang menyebabkan tumbuhan menjadi layu. Di lain pihak, dinding tidak mendapatkan keuntungan apapun jika selnya dicelupkan ke dalam lingkungan hipertonik. Dalam kasus ini, sel tumbuhan, seperti sel hewan, akan kehilangan air yang berpindah ke sekelilingnya dan akan mengerut. Begitu sel ini berkerut, membran plasmanya tertarik menjauhi dindingnya. Fenomena ini yang disebut plasmolisis, biasanya menyebabkan tumbuhan mati. Sel dinding bakteri dan fungi juga berplasmolisis dalam lingkungan hipertonik.

Protein spesifik mempermudah transpor pasif zat terlarut terseleksi
Banyak molekul dan ion polar yang ditahan oleh bilayer lipid membran berdifusi dengan bantuan protein transpor yang membentangi membran tersebut. Fenomena ini disebut difusi yang dipermudah (facilitated diffusion).
Protein transpor memiliki banyak sifat enzim. Persis seperti enzim yang bersifat spesifik untuk substratnya, protein transpor dispesialisasikan untuk zat terlarut yang diangkutnya dan bahkan mungkin memiliki tempat pengikatan spesifik yang bertalian erat dengan tempat aktif suatu enzim. Seperti enzim, protein transpor dapat dijenuhkan. Terdapat begitu banyak molekul dari setiap jenis protein transpor yang telah ada di dalam membran plasma, dan apabila molekul-molekul ini sedang mentranslokasikan zat yang diangkutnya secepat kemampuannya, transpor akan terjadi pada laju maksimum. Seperti juga halnya enzim, protein transpor dapat dihambat oleh molekul yang menyerupai “substrat” normal. Ini terjadi apabila si peniru bersaing dengan zat terlarut yang normalnya ditranspor dengan cara terikat ke protein transpor. Akan tetapi, tidak seperti enzim, protein transpor biasanya tidak mrngkatalisis reaksi kimiawi. Fungsinya ialah mengkatalisis proses fisik.
Dalam banyak kasus, protein kemungkinan mengalami perubahan bentuk yang samar, yang mentranslokasikan tempat pengikatan zat terlarut dari satu sisi membran ke yang lain. Perubahan bentuk ini dapat dipicu oleh pengikatan dan pelepasan molekul yang ditranspor. Protein transpor lain hanyalah memberikan koridor selektif yang memungkinkan suatu zat terlarut tertentu dapat melintasi membran ini. Sebagian protein ini berfungsi sebagai saluran bergerbang; suatu rangsangan menyebabkannya membuka atau menutup. Rangsangan itu dapat bersifat listrik atau kimiawi;jika bersifat kimiawi, rangsangan itu berupa substansi selain substansi yang sedang ditranspor.

Transpor aktif
Transpor aktif merupakan faktor utama yang menentukan kemampuan suatu sel untuk mempertahankan konsentrasi internal molekul kecil yang berbeda dari konsentrasi lingkungannya. Oleh karena itu, ia memerlukan tenaga (yang terdiri daripada Adenosine Trifosfat atau ‘ATP’) untuk menggerakkan bahan-bahan melalui membran plasma. Umumnya, bahan-bahan ini terdiri daripada molekul-molekul berukuran besar seperti protein-protein tertentu dan mikroorganisme. Bahan-bahan ini bergerak melintasi membran sel melalui salah satu dari 2 bentuk utama transpor aktif,yaitu endositosis, atau eksositosis.

Transpor aktif merupakan pemompaan zat terlarut melawan gradiennya
Disamping membantu protein transpor, difusi yang dipermudah masih dianggap transpor pasif karena zat terlarutnya berpindah menuruni gradien konsentrasinya. Difusi yang dipermudah mempercepat transpor zat terlarut dengan memberikan lintasan melalui membrane yang efisien, tetapi tidak mengubah arah transpornya. Akan tetapi, sebagian protein transpor dapat memindahkan zat terlarut melawan gradien konsentrasinya, melintasi membran plasma dari satu sisi yang konsentrasi zat terlarutnya kurang ke sisi yang konsentrasi zat terlarutnya lebih tinggi. Transpor ini bersifat “naik bukit” dan sehingga membutuhkan kerja. Untuk memompa molekul melintasi membran melawan gradiennya, sel yang bersangkutan haruslah mengorbankan energi metabolismenya. Oleh karena itu lalulintas membran seperti ini disebut transpor aktif.
Transpor aktif merupakan faktor utama yang menentukan kemampuan suatu sel untuk mempertahankan konsentrasi internal molekul kecil yang berbeda dari konsentrasi lingkungannya.
Kerja transpor aktif dilakukan oleh protein spesifik yang tertanam dalam membran. Seperti pada jenis kerja seluler lainnya, ATP menyediakan energi untuk sebagian besar transpor aktif. Salah satu cara bagi ATP untuk dapat menggerakkan transpor aktif ialah dengan cara mentransfer gula fosfat terminalnya langsung ke protein transpor. Hal ini dapat menginduksi protein untuk mengubah konformasinya dalm suatu cara yang bisa mentranslokasikan suatu zat terlarut yang terikat pada protein ini melintasi membrannya. Satu system transpor yang bekerja seperti ini ialah pompa natrium – kalium, yang mempertukarkan natrium dan kalium melintasi membran plasma sel hewan.

Beberapa pompa ion membangkitkan tegangan melintasi membran
Semua sel memiliki tegangan melintasi membran plasmanya. Tegangan ialah potensial listrik (pemisahan muatan yang berlawanan). Sitoplasma sel bermuatan negatif dibandingkan dengan fluida ekstraseluler disebabkan oleh distribusi anion dan kation pada sisi membran yang berlawanan yang tidak sama. Tegangan melintasi suatu membran, yang disebut potensial membran, berkisar dari sekitar -50 hingga -200 minivolt.
Potensial membran bertindak seperti baterai, suatu sumber energi yang mempengaruhi lalulintas semua substansi bermuatan yang melintasi membran. Karena di dalam sel itu negatif dibandingkan dengan di luarnya, potensial membran ini mendukung transpor pasif kation ke dalam sel dan anion ke luar sel. Dengan demikian, dua gaya menggerakkan difusi ion melintasi suatu membran;gaya kimiawi dan gaya listrik. Kombinasi gaya yang bekerja pada satu ion ini disebut gradien elektrokimiawi. Suatu ion tidak begitu saja berdifusi menuruni gradien konsentrasinya, tetapi berdifusi menuruni gradien elektrokimiawinya. Misalnya, konsentrasi ion natrium (Na+) di dalam sel saraf yang diam jauh lebih rendah daripada di luarnya. Apabila sel ini dirangsang, saluran bergerbang yang mempermudah difusi Na+ akan terbuka. Ion natrium kemudian “jatuh” menuruni gradien elektrokimiawinya, yang digerakkan oleh gradien konsentrasi Na+ dan oleh tarikan kation ke sisi negatif membran.
Beberapa protein membran yang secara aktif mentranspor ion ikut menentukan potensial membran ini. Misalnya ialah pompa natrium-kalium. Pompa ini tidak mentranslokasikan Na+ dan K+ satu lawan satu, tetapi sebenarnya memompa tiga ion natrium keluar sel untuk setiap dua ion kalium yang dipompakannya ke dalam sel tersebut. Dengan setiap langkah pompanya, terdapat selisih perpindahan satu muatan positif dari sitoplasma ke fluida ekstraseluler, suatu proses yang menyimpan energi dalam bentuk tegangan. Protein transpor yang membangkitkan tegangan melintasi suatu membran disebut pompa elektrogenik. Pompa natrium-kalium tampaknya merupakan pompa elektrogenik utama sel hewan. Pompa elektrogenik utama tumbuhan, bakteri, dan fungi ialah pompa proton, yang secara aktif mentraspor ion hydrogen (proton) ke luar sel. Pemompaan H+ mentransfer muatan positif dari sitoplasma ke larutan ekstraseluler.
Dengan membangkitkan tegangan melintasi membran, pompa elektrogenik menyimpan energi yang dapat digunakan untuk kerja seluler, termasuk jenis lalulintas membran yang disebut kotranspor.

Dalam kotranspor, protein membran mengkopel transport suatu zat terlarut dengan zat terlarut lainnya.

Pompa bertenaga ATP tunggal yang mentranspor zat terlarut spesifik dapat menggerakkan transport aktif beberapa zat terlarut lain secara tidak langsung dalam suatu mekanisme yang disebut kotranspor. Substansi yang telah dipompakan melintasi membran dapat melakukan kerja begitu substasi tersebut mengalir kembali melalui difusi, analog dengan air yang telah dipompakan ke atas dan melakukan kerja ketika air tersebut mengalir kembali ke bawah.protein transport khusus lain, yang terpisah dari pompanya, dapat mengkopel difusi “turun bukit” substansi ini ke transport “naik bukit” substansi kedua melawan gradien konsentrasinya sendiri.

Eksositosis dan endositosis mentranspor molekul besar

Air dan zat terlarut memasuki dan meninggalkan sel dengan melintasi bilayer lipid membran plasma, atau dengan dipompakan atau diangkut melintasi membran oleh protein transpor. Molekul besar seperti protein dan polisakarida, umumnya melintasi membran dengan mekanisme yang berbeda yang melibatkan vasikula. Sel mensekresi makromolekul dengan cara menggabungkan vasikula dengan membran plasma, ini disebut eksositosis. Vesikula transpor yang lepas dari aparatus golgi dipindahkan oleh sitoskeleton ke membran plasma. Ketika membran vesikula dan membran plasma bertemu, molekul lipid kedua bilayer menyusun ulang dirinya sendiri sehingga kedua membran bergabung. Kandungan vesikulanya kemudian tumpah ke luar sel.
Pada endositosis, sel memasukkan makromolekul dan materi yang sangat kecil dengan cara mambentuk vesikula baru dari membran plasma. Sebagian kecil luas membran plasma terbenam ke dalam membentuk kantong. Begitu kantong ini semakin dalam, kantong ini terjepit, membentuk vesikula yang berisi materi yang telah terdapat di luar selnya.
Terdapat tiga jenis endositosis : fagositosis (pemakanan seluler (cellular eating)), pinositosis (peminuman seluler (cellular drinking)), dan endositosis yang diperantarai reseptor.
Pada fagositosis, sel menelan suatu partikel dengan pseudopod yang membalut di sekeliling partikel tersebut dan membungkusnya di dalam kantong yang berlapis-membran yang cukup besar untuk bias digolongkan sebagai vakuola. Partikel ini dicerna setelah vakuola bergabung dengan lisosom yang mengandung enzim hidrolitik. Pada pinositosis, sel “meneguk” tetesan fluida ekstraseluler dalam vesikula kecil. Karena salah satu atau seluruh zat terlarut yang larut dalam tetesan tersebut dimasukkan ke dalam sel, pinositosis tidak bersifat spesifik dalam substansi yang ditranspornya. Sebaliknya, endositosis yang diperantarai reseptor sangat spesifik. Yang tertanam dalam membran adalah protein dengan tempat reseptor spesifik yang dipaparkan ke fluida ekstraseluler. Ekstraseluler yang terikat pada reseptor disebut ligan, suatu istilah umum untuk setiap molekul yang terikat khususnya pada tempat reseptor molekul lain. Protein reseptor biasanya mengelompok dalam daerah membran yang disebut membran terlapisi, yang sisi sitoplasmiknya dilapisi oleh lapisan protein samara. Protein pelapis ini mungkin membantu memperdalam lubang dan membentuk vesikula.
Endositosis yang diperantarai reseptor memungkinkan sel dapat memperoleh substansi spesifik dalam jumlah yang melimpah, sekalipun substansi iu mungkin saja konsentrasinya tidak tinggi dalam fluida ekstraseluler.
Vesikula tidak saja mentranspor substansi antara sel dan sekelilingnya, vesikula ini juga memberikan suatu mekanisme untuk memudakan dan membentuk kembali membran plasma. Endositosis dan eksositosis terjadi secara kontinu hingga ke tingkat tertentu dalam sebagian besar sel eukariotik, namun jumlah membran plasma dalam sel yang tidak tumbuh agak konstan dalam waktu lama. Agaknya, penembahan membrane oleh satu proses mengimbangi kehilangan membran oleh proses yang lain.
Pinositosis ialah pergerakan yang membawa masuk bahan cairan, khususnya cairan ekstraseluler. Mula-mula sekali, membran plasma akan membentuk lekukan pada suatu kawasan di lapisan membran. Lekukan ini menjadi semakin mendalam, dan akhirnya lekukan tersebut akan membentuk vesikel yang mengandungi cairan. Melalui vesikel inilah cairan ekstrseluler dibawa masuk ke dalam sel.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>