PENDAHULUAN 1| Sel hidup, dalam melakukan aktivitasnya melibatkan enzim-enzim. Enzim-enzim tersebut hanya dapat bekerja pada komposisi dan keadaan intraselular yang tertentu. Untuk dapat terus beraktivitas, sel akan memelihara kondisi internal sel ada dalam kisaran tertentu yang sangat sempit. Pemeliharaan keadaan internal tersebut antara lain pada pH, kadar ion-ion, banyaknya mikro dan makromolekul. Jika kondisi internal dipelihara disekitar nilai konstan, tidak demikian halnya dengan lingkungan sel (cairan ekstraselular). Keadaan ekstraselular senantiasa berubah, tidak selalu sama dari waktu ke waktu. Membran sel merupakan barrier terhadap perubahan lingkungan sekaligus penyeleksi lalu lintas bahan dari dan ke luar sel. Membran sel dengan struktur dasar bilayer lipid hanya permeabel terhadap bahan-bahan yang hidrofobik dan molekul-molekul hidrofilik berkuran kecil, tetapi tidak permeabel terhadap molekul-molekul polar berukuran cukup besar, molekul-molekul kompleks
Membran sel merupakan barrier terhadap perubahan lingkungan sekaligus penyeleksi lalu lintas bahan dari dan ke luar sel. Membran sel dengan struktur dasar bilayer lipid hanya permeabel terhadap bahan-bahan yang hidrofobik dan molekul-molekul hidrofilik berkuran kecil, tetapi tidak permeabel terhadap molekul-molekul polar berukuran cukup besar, molekul-molekul kompleks dan ion-ion
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PENDAHULUAN 1|
Sel hidup, dalam melakukan aktivitasnya melibatkan enzim-enzim. Enzim-enzim
tersebut hanya dapat bekerja pada komposisi dan keadaan intraselular yang
tertentu. Untuk dapat terus beraktivitas, sel akan memelihara kondisi internal sel
ada dalam kisaran tertentu yang sangat sempit. Pemeliharaan keadaan internal
tersebut antara lain pada pH, kadar ion-ion, banyaknya mikro dan makromolekul.
Jika kondisi internal dipelihara disekitar nilai konstan, tidak demikian halnya
dengan lingkungan sel (cairan ekstraselular). Keadaan ekstraselular senantiasa
berubah, tidak selalu sama dari waktu ke waktu.
Membran sel merupakan barrier terhadap perubahan lingkungan sekaligus
penyeleksi lalu lintas bahan dari dan ke luar sel. Membran sel dengan struktur
dasar bilayer lipid hanya permeabel terhadap bahan-bahan yang hidrofobik dan
molekul-molekul hidrofilik berkuran kecil, tetapi tidak permeabel terhadap
molekul-molekul polar berukuran cukup besar, molekul-molekul kompleks dan
ion-ion. Molekul-molekul polar berukuran cukup besar, molekul-molekul
kompleks dan ion-ion dapat melintas membran melalui protein membran yang
membentuk saluran (protein channel) atau menggunakan protein carrier.
Perpindahan ion-ion dan sifat permeabilitas membran yang berbeda-beda
mengakibatkan distribusi muatan antara bagian luar dan bagian dalam membran.
Perbedaan distribusi muatan menimbulkan beda potensial antara bagian dalam dan
luar membran.
Stimulus tertentu dapat mengakibatkan perubahan potensial membran.
Perubahan potensial membran dapat menjadi stimulus bagi protein channel
tertentu sehingga permeabilitas membran terhadap ion tertentu meningkat.
Peningkatan permeabilitas membran tersebut akan mengakibatkan laju ion
tertentu tersebut melintas membran meningkat. Perpindahan ini akan mengubah
beda potensial membran. Jika perpindahan ion tersebut mengakibatkan
depolarisasi membran hingga nilai potensial tertentu, akan menimbulkan lonjakan
potensial yang kemudian kembali ke potensial awal, yang disebut potensial aksi.
Pada sel saraf (neuron), potensial aksi dapat dijalarkan, sehingga stimulus yang
diberikan, merupakan informasi yang dapat ditransmisikan dari organ sensorik
(penerima stimulus) ke sistem saraf pusat (untuk diintegrasikan) dan kemudian ke
organ/jaringan sasaran sehingga timbul respons individu terhadap stimulus
tersebut.
MEMBRAN SEL DAN TRANSPOR LINTAS MEMBRAN 2|
Kehidupan sel tergantung pada organisasi molekul di dalam sel. Adanya
gangguan pada kadar molekul-molekul tertentu di dalam sel atau kehadiran bahan
yang tidak sesuai dapat menyebabkan terganggunya aktivitas sel bahkan
kematian sel. Kadar molekul dan ion dipelihara dalam jenis dan jumlah tertentu
oleh membran sel, yang mengatur semua bahan yang masuk dan keluar sel dan
antar kompartemen interior yang berbatas membran (antara lain : retikulum
endoplasma, aparatus Golgi, lisosom, membran inti dan mitokondria).
Sebagai bagian dari pemeliharaan, secara konstan bahan-bahan masuk dan keluar
sel melalui membran sel. Metabolit, termasuk bahan bakar, masuk ke dalam sel,
dan bahan sisa dan produk sel yang disekresikan ke luar sel. Ion-ion mengalir
secara konstan ke kedua arah dan antara kompartemen yang berbeda di dalam sel.
Struktur Membran Sel
Membran sel menyelubungi sel, memisahkan sel (intraselular) dengan
lingkungannya (ekstraselular). Membran sel merupakan barrier antara intraselular
dan ekstraselular. Semua membran biologis, termasuk membran sel dan membran
kompartemen interior sel Eukariotik mempunyai struktur umum sama, tersusun
atas molekul-molekul lipid dan protein yang umumnya berinteraksi secara
nonkovalen. Membran sel –berdasar fluid mozaic model merupakan struktur
dinamis, berstruktur fluida, dan molekul-molekul protein dan lipid umumnya yang
dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain sepanjang membran. Struktur
umum membran sel –berdasar fluid mozaic model-terlihat pada Gambar 1.
Bilayer lipid merupakan struktur dasar membran, tersusun terutama atas fosfolipid
dan sebagian kecil kolesterol dan glikolipid. Tiap molekul fosfolipid mempunyai
bagian kepala (head) yang bersifat polar, hidrofilik dan bagian ekor (tail) yang
bersifat nonpolar, hidrofobik. Bagian polar menghadap langsung dengan
ekstraselular dan intraselular, yang terutama tersusun atas air, sedangkan bagian
hidrofobik berada di bagian tengah membran. Dengan struktur fosfolipid yang
demikian, menyebabkan sel tertutup membran, dan mudah menutup kembali jika
terjadi kerusakan kecil.
Kolesterol menyusun sekitar 20% lipid membran sel, fungsinya menstabilkan
ikatan antar fosfolipid. Bagian dalam dan luar membran berbeda pada kandungan
lipid khasnya. Sekitar 10% fosfolipid yang menghadap ke ekstraselular
merupakan glikolipid.-lipid yang berikatan dengan gugus gula. Adanya gugus
gula menyebabkan ujung glikolipid bersifat polar. Istilah glikokaliks menunjuk
pada bagian permukaan luar membran sel yang kaya gugus gula
(glikokaliks=sugar covering). Bagian glikokaliks berperan dalam pengenalan
antar sel, karena tiap-tiap jenis sel memiliki glikokaliks khas (sebagai contoh,
sperma mengenal sel telur karena sel telur mempunyai glikokaliks khas).
Protein yang menyusun membran tersusun seperti mozaik (Gambar 1). Protein
membran sel dapat dibedakan menjadi protein integral dan protein periferal.
Protein integral terbenam dalam bilayer lipid, dan beberapa diantaranya hanya
tersisip pada satu permukaan membran, dengan satu ujung menghadap ke
ekstraselular atau intraselular, tetapi yang terbanyak adalah yang merupakan
protein transmembran menyisip mulai bagian yang menghadap ekstraselular
sampai intraselular (Gambar 1).
Gambar 1. Struktur membran menurut fluid mozaic model
Protein integral mempunyai bagian yang hidrofilik, dan hidrofobik. Bagian
hidrofobik diperlukan saat melintasi bagian tengah membran yang hidrofobik.
Sedangkan protein periferal , tidak terbenam pada bilayer lipid, tetapi hanya
berikatan longgar pada permukaan protein integral atau lipid pada bagian
membran yang menghadap ekstraselular atau intraselular.
Protein membran dapat berperan dalam reaksi enzimatik, yang merupakan bagian
dari tahap-tahap berantai reaksi metabolisme sel. Protein yang permukaannya
hanya menghadap ke ekstraselular berfungsi sebagai reseptor hormon atau duta
kimia (chemical messenger) yang lain dan berperan dalam mengirim isyarat dari
luar sel ke intraselular (proses pengiriman ini disebut dengan signal
transduction). Sedangkan
Gambar 2. Hubungan antar sel (cell junctions) yaitu tight junctions, desmosomes
dan gap junctions, yang diperankan oleh protein transmembran. Pada tight
junction, sebagian protein transmembran pada dua sel yang berhubungan berfusi,
impermeabel bagi transpor molekul. Desmosome merupakan hubungan mekanik
antar sel. Gap junction menghubungkan satu sel dengan sel yang lain melalui
protein yang membentuk silinder, sehingga memungkinkan transpor molekul-
molekul berukuran kecil melintas.
protein transmembran dapat berperan dalam membentuk hubungan antar sel (cell
junction) (Gambar 2), atau transpor molekul berukuran kecil. Protein
transmembran yang berperan dalam transpor adalah protein channel dan protein
carrier. Protein transpor dapat tersusun oleh satu atau lebih protein integral. Pada
protein channel, protein penyusunnya membentuk terusan/saluran yang
menghubungkan ekstraselular dan intraselular yang memungkinkan molekul-
molekul dapat melintas dari dan ke ekstraselular (Gambar 4). Saluran-saluran
tersebut ada yang selalu terbuka (leak channels) dan ada yang membuka hanya
jika ada stimulus tertentu (gated channels). Jika gated channels terbuka sebagai
tanggapan atas agen tertentu- suatu ligan- disebut dengan ligand-gated channels,
jika terbuka sebagai tanggapan atas perubahan potensial membran disebut sebagai
voltage- gated channels. Voltage-gated channel dapat menutup segera setelah
terbuka, bahkan saat stimulus yang mampu membukanya masih ada. Protein
carrier dapat memindahkan ion/molekul tertentu dengan memanfaatkan perubahan
konformasi protein.
2.2. Transpor Lintas Membran
Tidak semua bahan yang berpindah dari dan ke intraselular tergantung pada
transpor langsung melalui membran sel. Beberapa bahan , terutama molekul besar
atau molekul kompleks berpindah melalui pembentukan vesikula atau fusi
membran plasma. Perpindahan demikian, ke dalam sel disebut endositosis,
sedangkan perpindahan ke luar disebut eksositosis. Eksositosis dan endositosis
tidak dibahas dalam bahan ajar ini.
Ion-ion dan molekul kecil dapat masuk dan ke luar sel melalui dua cara,
yaitu transpor pasif dan transpor aktif. Transpor pasif tergantung pada gradien
kadar antara intraselular dan ekstraselular. Jika suatu molekul lebih tinggi
kadarnya di dalam sel, maka arah transpor ke luar sel. Transpor pasif ion-ion
selain dipengaruhi kadar, juga dipengaruhi perbedaan muatan antara kedua sisi
membran (gradien elektrokimia). Karena tergantung gradien kadar, transpor pasif
tidak memerlukan energi. Pada transpor aktif, bahan-bahan berpindah melawan
gradien kadar. Tak sama dengan transpor pasif, transpor aktif memerlukan energi.
Transpor aktif tak akan terjadi tanpa tersedianya energi dalam sel.
Sifat hidrofobik pada interior membran sel hanya memungkinkan beberapa
kelompok molekul dengan mudah dapat melintas membran yaitu molekul-
molekul yang hidrofobik, dan molekul-molekul polar berukuran kecil tak
bermuatan. Molekul-molekul polar berukuran besar dan ion –seberapapun
ukurannya-tidak dapat melintas membran tanpa adanya bantuan protein membran
(Gambar 3). Transpor lintas membran tanpa bantuan protein membran, hanya
tergantung pada gradien kadar disebut dengan difusi biasa/ simple diffusion
(merupakan transpor pasif), sedangkan jika dengan bantuan protein membran dan
tergantung gradien kadar (pasif) disebut dengan difusi terfasilitasi (facilitated
diffusion). Transpor aktif memerlukan bantuan protein membran (protein carrier)
dan energi, karena melawan gradien kadar (Gambar 4). Perubahan konformasi
protein carrier akan memindahkan ion/molekul dari satu sisi ke sisi lain membran.
Tabel 1. Kadar beberapa jenis ion di dalam dan di luar akson cumi dan sel
mamalia
Jenis ion Akson cumi Mamalia
Sel
(intraselula
r)
Darah
(ekstraselula
r)
Sel
(intraselul
ar)
Darah
(ekstraselula
r)
K+ (mM)
Na+(mM)
(mM)
Ca2+ (mM)
400
50
40-150
0,0003
20
440
560
10
139
12
4
<0,0002
4
145
116
1,8
Kadar ion-ion dan molekul intraselular tidak selalu sama dengan
ekstraselular. Kadar ion potasium (K+) cairan intraselular dipertahankan lebih
besar dibanding kadarnya dalam cairan ekstraselular. Sedangkan kadar ion sodium
(Na+), klorida (Cl-), dan kalsium (Ca2+) lebih tinggi di cairan ekstraselular.
Dengan keadaan tersebut ion potasium cenderung ke luar sel dan ion sodium (juga
ion klorida dan kalsium) cenderung masuk ke sel melalui protein channel (pasif).
Gambar 3. Permeabilitas relatif bilayer lipid artifisial (tanpa protein) terhadap
berbagai kelompok molekul. Semakin kecil ukuran molekul, semakin cepat
berdifusi melintas bilayer. Ion-ion tidak dapat melintas bilayer lipid
Gambar 4. Diagram skematik transpor pasif dan aktif. Difusi biasa (simple
diffusion) dan difusi terfasilitasi (facilitated diffusion) merupakan transpor pasif,
tidak memerlukan energi. Sedangkan transpor aktif memerlukan energi
Gambar 5. Perbandingan kinetika difusi biasa dengan difusi terfasilitasi
Untuk mempertahankan kadar ion potasium tetap tinggi dan pada kisaran kadar
tertentu di intraselular dan sodium tetap tinggi di ekstraselular, protein membran