MEKANISME TRANSPOR ZAT MELALUI MEMBRAN

Sel merupakan penyusun jaringan tumbuhan dan hewan. Segala aktivitas terjadi dalam sel, sehingga fungsi jaringan pun dapat dilakukan dengan baik. Tentunya di sini ada hubungan antara sel satu dengan yang lain, terutama dalam hal transpor zat-zat untuk proses metabolisme tumbuhan. Zat-zat tersebut keluar masuk sel dengan melewati membran sel.

Cara zat melewati membran sel melalui beberapa mekanisme berikut.

1. Transpor Pasif

Transpor pasif merupakan perpindahan zat yang tidak memerlukan energi. Perpindahan zat ini terjadi karena perbedaan konsentrasi antara zat atau larutan. Transpor pasif melalui peristiwa difusi, osmosis, dan difusi terbantu.

a. Difusi

Proses ini merupakan perpindahan molekul larutan berkonsentrasi tinggi menuju larutan berkonsentrasi rendah tanpa melalui selaput membran.

CONTOH DIFUSI

Gambar tersebut menunjukkan proses terjadinya difusi. Pada permulaan percobaan semula molekul glukosa ada di bagian A. Setelah beberapa saat, proses difusi menyebabkan konsentrasi glukosa di A turun dan di B naik dengan kecepatan yang sama.

Setelah 3 jam, konsentrasi pada kedua ruang tersebut sama dan keseimbangan akan tercapai. Difusi pada membran sel (selaput plasma) dapat terlihat pada Gambar berikut

Proses difusi sering terjadi pada tubuh kita. Tanpa kita sadari, tubuh kita selalu melakukan proses ini, yaitu pada saat kita menghirup udara. Ketika menghirup udara, di dalam tubuh akan terjadi pertukaran gas antarsel melalui proses difusi.

Contoh lain proses difusi adalah saat kita membuat minuman sirup. Sirup yang kita larutkan dengan air akan bergerak dari larutan yang konsentrasinya tinggi ke larutan yang konsentrasinya rendah.

Pada masing-masing zat, kecepatan difusi berbeda-beda. Untuk contoh kasus yang dijelaskan, yaitu antara sirup dan gas, maka kecepatan difusi sirup lebih besar pada gas.

Gambar tersebut menunjukkan proses osmosis. Air akan berpindah dari A menuju B melalui membran semi permeabel sehingga diperoleh hasil larutan isotonis, yaitu konsentrasi air sama untuk dua larutan antara A dan B, walaupun hasil akhirnya nanti volume antara A dan B berbeda. Setelah terjadi osmosis, maka gambar prosesnya menjadi seperti gambar di atas

Dari ilustrasi itu dapat disimpulkan bahwa osmosis adalah prosesperpindahan air dari zat yang berkonsentrasi rendah (hipotonis) ke larutan yang berkonsentrasi tinggi (hipertonis) melalui membran semipermeabel, sehingga didapatkan larutan yang berkonsentrasi seimbang (isotonis). Peristiwa osmosis dapat kita temukan dalam kehidupan sehari-hari antara lain pada penyerapan air melalui bulu-bulu akar, dan mengerutnya sel darah merah yang dimasukkan ke dalam larutan hipertonis

C. DIFUSI TERBANTU

Proses difusi terbantu difasilitasi oleh suatu protein. Difusi terbantu sangat tergantung pada suatu mekanisme transpor dari membran sel.

Difusi terbantu dapat ditemui pada kehidupan sehari-hari, misalnya pada bakteri Escherichia coli yang diletakkan pada media laktosa. Membran sel bakteri tersebut bersifat impermeabel sehingga tidak dapat dilalui oleh laktosa. Setelah beberapa menit kemudian bakteri akan membentuk enzim dari dalam sel yang disebut permease, yang merupakan suatu protein sel. Enzim permease inilah yang akan membuatkan jalan bagi laktosa sehingga laktosa ini dapat masuk melalui membran sel.

2. TRANSPOR AKTIF

Transpor aktif merupakan transpor partikel-partikel melalui membran semipermeabel yang bergerak melawan gradien konsentrasi yang memerlukan energi dalam bentuk ATP. Transpor aktif berjalan dari larutan yang memiliki konsentrasi rendah ke larutan yang memiliki konsentrasi tinggi, sehingga dapat tercapai keseimbangan di dalam sel. Adanya muatan listrik di dalam dan luar sel dapat mempengaruhi proses ini, misalnya ion K+, Na+dan Cl+. Peristiwa transpor aktif dapat dilihat pada peristiwa masuknya glukosa ke dalam sel melewati membran plasma dengan menggunakan energi yang berasal dari ATP.

Contoh lain terjadi pada darah di dalam tubuh kita, yaitu pengangkutan ion kalium (K) dan natrium (Na) yang terjadi antara sel darah merah dan cairan ekstrasel (plasma darah). Kadar ion kalium pada sitoplasma sel darah merah tiga puluh kali lebih besar daripada cairan plasma darah. Tetapi kadar ion natrium plasma darah sebelas kali lebih besar daripada di dalam sel darah merah.

Adanya pengangkutan ion bertujuan agar dapat tercapai keseimbangan kadar ion di dalam sel. Mekanisme transpor ion ini dapat terlihat pada Gambar berikut.

ENDOSITOSIS

Endositosis merupakan peristiwa pembentukan kantong membran sel. Endositosis terjadi karena ada transfer larutan atau partikel ke dalam sel. Peristiwa endositosis dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut.

1) Pinositosis

Pinositosis merupakan peristiwa masuknya sejumlah kecil medium kultur dengan membentuk lekukan-lekukan membran sel. Peristiwa ini dapat terjadi bila konsentrasi protein dan ion tertentu pada medium sekeliling sel sesuai dengan konsentrasi didalam sel. Proses pinositosis dapat diamati dengan mikroskop elektron.

Sel-sel yang melakukan proses pinositosis ini antara lain sel darah putih, epitel usus, makrofag hati, dan lain-lain.

Tahapan proses pinotosis adalah sebagai berikut.

KETERANGAN GAMBAR: 1. Molekul-molekul medium kultur mendekati membran sitoplasma. 2. Molekul-molekul mulai melekat (menempel) pada plasma, hal ini

terjadi karena adanya konsentrasi yang sesuai antara protein dan ion tertentu pada medium sekeliling sel dengan di dalam sel.

3. Mulai terbentuk invaginasi pada membran sitoplasma. 4. Invaginasi semakin ke dalam sitoplasma. 5. Terbentuk kantong dalam sitoplasma dan saluran pinositik. 6. Kantong mulai lepas dari membran plasma dan membentuk

gelembunggelembung kantong. 7. Gelembung-gelembung kantong mulai mempersiapkan diri untuk

melakukan fragmentasi. 8. Gelembung pecah menjadi gelembung yang lebih kecil.

2) FAGOSITOSIS

Fagositosis merupakan peristiwa yang sama seperti pada pinositosis tetapi terjadi pada benda padat yang ukurannya lebih besar. Fagositosis dapat diamati dengan mikroskop misalnya yang terjadi pada Amoeba. Tahap-tahap fagositosis dapat terlihat pada Gambar berikut

Keterangan gambar: 1. Sebuah sel Amoeba mendekati sel Paramaecium. 2. Amoeba membentuk kaki semu (pseudopodia) dan semakin

mendekati Paramaecium. 3. Amoeba mengurung sel Paramaecium dengan kaki semu dan

memasukkannya ke dalam vakuola makanan. 4. Lisosom pada Amoeba mulai bergabung (fusi) dengan vakuola

makanan untuk mengeluarkan enzim pencernaan.

EKSOSITOSISEksositosis adalah proses keluarnya suatu zat ke luar

sel. Proses ini dapat dilihat pada proses kimia yang terjadi dalam tubuh kita, misalnya proses pengeluaran hormon tertentu.

Semua proses sekresi dalam tubuh merupakan proses eksositosis. Sel-sel yang mengeluarkan protein akan berkumpul di dalam badan golgi. Kantong yang berisi protein akan bergerak ke arah permukaan sel untuk mengosongkan isinya.

STRUKTUR DAN FUNGSI STRUKTUR DAN FUNGSI MEMBRAN SELMEMBRAN SEL

STRUKTUR DASAR• Selaput/ membran sel merupakan selaput yang berfungsimembatasi isi sel dari lingkungannya• mempunyai sifat hidrofobik di bagian tengah dan hidrofilikdi bagian permukaan luar maupun permukaan sitosolik•Terdiri dari senyawa-senyawa lipid, protein dankarbohidtar•Sifat hidrofobik terutama disebabkan oleh komponen lipid walaupun terdapat bagian tertentu dari senyawa lipid yang bersifat hidrofilik, yaitu bagian molekul lipid yang berikatandengan gugus fosfat/senyawa organik yang bersifathidrofilik

Gambar Struktur membranGambar Struktur membran

• Senyawa protein dan karbohidrat bersifat hidrofilik• Struktur dasar membran sel tersebut mendukung

fungsinya sebagai pembatas lingkungan darilingkungan dalam sel dan lingkungan luar organelladari lingkungan dalamnya

• Komposisi lipid, protein dan karbohidrat (padaglikoprotein dan glikolipid) bervariasi sesuai denganmacam selaputnya dan dapat berubah sesuai dengantingkat perkemanagn sel, umur, dan lingkungannya

• Keberadaan selaput plasma dapat dibuktikan padawaktu sel mengalami plasmolisis atau sel yang dihilangkan dinding selnya

• Dari segi fisiologis, keberadaan selaput plasma dapatdilihat dengan adanya peremeabilitas selektif terhadapsenyawa-senyawa tertentu

• Selaput plasma memperlihatkan sifat-sifat yang dinamis antara lain:

pada Pertumbuhan, fragmentasi, deferensiasidanperubahan struktur tiga dimensinya.

• Komposisi masing-masing fraksi selaput plasma terutama fraksi lipid sangat menentukan kecairanselaput, menyangkut ciri-ciri: keknyalan, kekentalan/kemudahan untuk melakukan perubahansifat fisik dan kemis

• Perubahan fisikokemis terjadi dari keadaan gel kekeadaan lebih encer. Perubahan tersebut diikutidengan peningkatan gerakan ikatan antara atom C molekul asam lemak pada porosnya, sehingga terjadisusunan yang acak

• Perubahan tersebut menyerap tenaga panas yang besar

• Dengan demikian kebanyakan sel mampu melakukanadaptasi terhadap suhu lebih rendah denganmeningkatkan bagian kandungan asam lemak tidakjenuh pada selaput plasma, sehingga keenceranselaput plasma tetap dipertahankan.

Komposisi selaput plasma pada Komposisi selaput plasma pada berbagai organellaberbagai organella

Selaput Protein(%)

Lipid(%)

Karbohiodrat(%)

Myelin 18 79 3

Selaput sitoplasmik:-Eritrosit manusia- sel hati mencit-Amoeba- Holobakterium

49445475

43524225

6440

Selaput dalam mitokondria 76 24 0

Lamella kloroplast 70 30 0

PERKEMBANGAN MODEL SELAPUT PERKEMBANGAN MODEL SELAPUT PLASMAPLASMA

• 1925 E. Gorter dan G. Grendel meneliti ekstrakphospholipid dari sel darah merah danmengatakan bahwa hanya ada 2 lapis phospholipid mengelilingi sel, yaitu lapisanhidrofobik (nonpolar) di bagian dalam dan hidrofilik(polar) di bagian luar

• 1940 J.Danielli dan H. Davson menyempurnakanbahwa protein globular juga merupakan bagiandari membran dan menunjukkan adanya dwilapislipid yang diapit secara “Sandwiched” molekulprotein globular, sehingga membuat suatu saluranmelalui substansi polar.

Membran menurut Gorter dan Membran menurut Gorter dan GrendelGrendel

Gambar Membran menurut Gambar Membran menurut Danielli dan DavsonDanielli dan Davson

• 1950 J.D. Robertson : “Konsep selaput Kesatuan”, yaitu lapisan lipid sebagai 2 lembaran molekul lipid di bagian hidrofiliknya bersinggungan denganlapisan molekul protein berkonfigurasi memanjang.Model Robertson diterima sampai ± 10 th, kemudianmulai ada pemikiran baru ,misalnya “tidak semuamembran mempunyai kemampuan yang samadalam elektron mikrograf, dan umumnya tidak samadalam fungsinya”, contoh: membran dalammitokondria dilapisi dengan barisan partikel yang berfungsi dalam respirasi sel, sehingga kelihatanjauh berbeda dengan membran plasma

• 1972 S. Singer dan G. Nicolson memperkenalkan“Model Mozaik Cair”, yang mengatakan bahwamembran merupakan phospholipid bilayer dengankandungan minyak dengan molekul protein tidakmerupakan lapisan yang berkesinambungan melainkansebagai sebaran molukul-molekul protein yang terpisah-pisah.Orientasi protein dalam interaksinya dengan lapisanlipid dapat berbeda-beda, yaitu dengan adanya protein yang terbenam dalam lapisan lipid yang disebut Protein Integral, menempel pada permukaan lapisan lipid yang disebut Preotein perifer.Model Mozaik cair ditemukan dengan cara elektronmikrograf dari teknik pengelupasan beku.Sampai sat ini yang diretima adalah Model Mozaik Cair

KOMPONEN LEMAKKOMPONEN LEMAK• Komponen lemak pada membran sebagian besar

merupakan lemak dwiasilgliserol, triasil gliserol, fosfolipid dan glikolipid

• Senyawa-senyawa asil gliserol disusun dari senyawagliserol, fosfogliserol yang berikatan ester denganasam-asam lemak. Macam senyawa asam lemaksangat menentukan kenceran selaput plasma

• Membran plasma memiliki asimetris spesifik, sebagaicontohnya fosfolipid pada permukaan luar dan dalammembran dapat berbeda, yaitu antara lain lapisandalam membran eritrosit manusia mengandungfosfatidiletanolamin dan fosfatidilserin, sedangkanlapisan luar mangandung fosfatidilkolin danspingomielin

• Pada sel Hewan, kolesterol merupakan kandunganterbanyak pada membran lipid, kolesterol terdapatpada bagian hidrofilik dan hidrofobik.

• Kolesterol membuat membran lebih impermeabelbagi molekul-molekul biologi. Molekul kecil sepertiasam amino dan gula todak dapat dengan mudahmeluli membran karena mereka piolar, sedangkantengah membran nonpolar. Jalan bagi molekul-molekul melalui membran tergantung padakomponen protein.

KOMPONEN PROTEINKOMPONEN PROTEIN• Protein membran plasma mempunyai fungsi yang

sangat luas, antara lain:• 1. Sebagai pembawa (Carrier) bagi senyawa yang

melewati membran• 2. Sebagai penerima isyarat (Signal) hormonal dan

meneruskan isyarat tersebut ke bagian sel itu sendiri/ ke sel lain

• 3. Sebagai pangkal pengikat komponen-komponensitoskeleton dengan senyawa ekstraseluler

• 4. Beberapa protein berfungsi sebagai enzim danberperan pada reaksi metabolik, terutama membranpada mitokondria, kloroplast, dan retikulumendoplasma

Hubungan antar sel (Pertautan Hubungan antar sel (Pertautan Antar Sel)= Cell junctionsAntar Sel)= Cell junctions

Cell junctions merupakan situs hubungan yang menghubungkan banyak sel dalam jaringan dengan sel lainnya dan dengan matriks ekstraseluler. Cell junctions merupakan suatu struktur dalam jaringan organisme multiseluler. Cell junctions dapat diklasifikasikan ke dalam 3 grup fungsional yaitu 1.occluding junctions (menempelkan sel bersama-sama dalam epitel dengan cara mencegah molekul-molekul kecil dari kebocoran satu sisi sel ke sel lainnya), 2.anchoring junctions (melekatkan sel-sel (dan sitoskeleton) ke sel tetangga atau ke matriks ekstraseluler)3.communicating junctions (memerantarai jalan lintasan sinyal-sinyal kimiawi atau elektrik dari satu sel yang sedang berinteraksi ke sel lainnya

Klasifikasi fungsional cell junctions:1.Occluding junctions, terdiri atas: Tight junctions (hanya vertebrata) Septate junctions (invertebrata)2. Anchoring junctions Situs-situs pelekatan filamen aktin Cell-cell junctions (adherens junctions) Cell-matrix junctions (focal adhesions) Situs-situs pelekatan intermediate filament Cell-cell junctions (desmosom) Cell-matrix junctions (hemidesmosom)3. Communicating junctions Gap junctions Chemical synapses Plasmodesmata (hanya tumbuhan)

Occluding junctionsOccluding junctions Fungsi occluding junctions adalah menghubungkan sel

epitel yang satu dengan sel epitel yang lain, membagi sel atas 2 domain yaitu domain apikal dan basolateral, mencegah protein membran di domain apikal bergerak ke domain basolateral, dan menyegel ruang antar 2 sel serta mencegah lalu lintas molekul di ruang antar sel. Contoh Occluding junctions adalah:

Tight junctions : merupakan occluding junctions yang penting dalam mempertahankan perbedaan konsentrasi molekul-molekul hidrofilik kecil diseberang lembaran-lembaran sel epitel. Protein transmembran utama pada tight junctions adalah claudin yang penting untuk pembentukan tight junctions dan fungsinya berbeda dalam tight junctions yang berbeda. Protein transmembran utama yang kedua pada tight junctions adalah occludin, fungsinya tidak jelas. Claudin dan occludin berikatan dengan protein membran periferal intraseluler yang disebut protein ZO. Claudin, occludin, dan protein ZO ditemukan dapat berikatan dengan tight junctions.

Septate junctions merupakan occluding junctions Septate junctions merupakan occluding junctions yang utama pada invertebrata. yang utama pada invertebrata. Morfologinya berbeda dengan tight junctions. Morfologinya berbeda dengan tight junctions. Protein yang disebut DiscsProtein yang disebut Discs--large, yang large, yang dibutuhkan untuk pembentukan septate junctions dibutuhkan untuk pembentukan septate junctions pada Drosophila, secara struktur berhubungan pada Drosophila, secara struktur berhubungan dengan protein ZO yang ditemukan dalam tight dengan protein ZO yang ditemukan dalam tight junctions vertebrata.junctions vertebrata.

Anchoring junctionsAnchoring junctions Anchoring junctions menghubungkan sitoskeleton suatu

sel ke sitoskeleton sel tetangganya atau ke matriks ekstraseluler. Anchoring junctions tersebar luas dalam jaringan-jaringan hewan dan paling melimpah dalam sel-sel jantung, otot, dan epidermis. Fungsi anchoring junctions adalah menghubungkan sel dengan sel, menghubungkan sitoskeleton 2 sel yang berdampingan, menyatukan sel dalam satu kesatuan kokoh, dan menghubungkan sel dengan matriks ekstraseluler.

Protein penyusun anchoring junctions adalah intracellular anchor proteins dan transmembrane adhesion proteins.

Anchoring junctions terdapat dalam 4 bentuk yang berbeda secara fungsional yaitu adherens junctions dan desmosom (memegang sel bersama-sama dan dibentuk oleh transmembrane adhesion proteins yang termasuk dalam famili cadherin), focal adhesions dan hemidesmosom (mengikat sel-sel pada matriks ekstraseluler dan dibentuk oleh transmembrane adhesion proteins pada famili integrin).

Communicating junctionsCommunicating junctionsGap junctions merupakan celah sempit diantara

membran 2 sel atau dinding sel (sekitar 2-4 nm) yang dihubungkan oleh channel protein.

Gap junctions disusun oleh connexon (12 satuan protein), connexon tersusun atas 6 subunit connexin transmembran.

Komunikasi gap junctions juga dapat diregulasi oleh sinyal-sinyal ekstraseluler. Contohnya adalah neurotransmitter dopamine yang mengurangi komunikasi gap junctions diantara kelas neuron dalam retina sebagai jawaban atas peningkatan dalam intensitas cahaya.

Fungsi gap junctions adalah membolehkan jalan lintasan ion-ion dan molekul-molekul kecil yang dapat larut dalam air.

DesmosomDesmosomDesmosom menghubungkan intermediate

filaments dari sel ke sel. Desmosom biasanya ada di epitel (misalnya kulit). Desmosom juga ditemukan dalam jaringan otot dimana mereka mengikat sel-sel otot ke sel yang lainnya.

Protein pelekatan sel pada desmosom, desmoglein dan desmokolin, merupakan anggota famili cadherin pada molekul-molekul pelekatan sel yang merupakan protein transmembran yang menjembatani ruang antara sel-sel epitel yang berdekatan dengan cara pengikatan homofilik pada domain ekstraseluler ke cadherin desmosom lainnya pada sel yang berdekatan.

Kedua protein tersebut memiliki 5 domain ekstraseluler dan memiliki domain pengikatan kalsium.

1.tight junction 2.(zonula occludens)3.Desmosom (zonula adhaerens)Desmosom (macula adhaerens)4.gap junction (nexus)

PlasmodesmataPlasmodesmataPlasmodesmata merupakan hanya junction

interseluler dalam tumbuhan. Suatu sel tumbuhan mungkin memiliki antara 103 dan 105 plasmodesmata yang menghubungkannya dengan sel-sel yang berdekatan. Di tumbuhan, plasmodesmata melakukan banyak fungsi yang sama seperti gap junctions. Plasmodesmata berfungsi menghubungkan sel yang satu dengan sel lainnya melalui retikulum endoplasma dengan celah yang disebut desmotubul; memberikan suatu rute yang mudah untuk pergerakan ion-ion, molekul-molekul kecil seperti gula dan asam amino, dan makromolekul seperti RNA antar sel.