A. FUNGSI DAN STRUKTUR MEMBRAN 1) STRUKTUR MEMBRAN 1. Lipida Membran Sel Lipida pada membran sel terdiri atas dua lapisan. Setiap molekul lipida bersifat amfifatik. Lipida amfifatik mengandung komponen yang bersifat hidrofobik (non polar/tidak suka air) dan komponen yang bersifat hidrofilik(polar/suka air). Lipida membran terdiri dari 4 kelas utama, yaitu (i) Fosfolipida, (ii) Sfingolipida, (iii) Glikolipida, dan (iv) Sterol. Keempat kelas lipida tersebut bersifat amfifatik. Lapisan lipida bilayer. Lapisan ini terdiri atas molekul yang bersifat amfifatik. Lipida amfifatik mengandung komponen yang bersifat hidrofobik (non polar/tidak suka air) dan komponen hidrofilik (polar/suka air)(Adnan,2011). .a. Fosfolipida Fosfolipida pada umumnya mengandung gliserol. Gugus hidroksil 1 dan 2 diesterifikasi dengan asam lemak dengan rentang karbon 12-24. Esterifikasi dengan rentang karbon 16 dan 18 paling umum dijumpai pada hewan berdarah panas. Suatu kelompok fosfat terikat secara kuat pada posisi karbon 3, dan pada posisi tersebut ia dapat berikatan dengan salah satu molekul seperti residu kolin, serin, etaol amin atau inositol. Fosfolifida meliputi (i) asam fosfatidat dan fosfatidilgliserol, (ii) fosfatidilkolin, (iii) fosfatidiletanolamin, (iv) fosfatidil-inositol, dan (v) fosfatidilserin Fosfatidilkolin atau lesitin mengandung gliserol dan asam lemak serta asam fosfat dan kolin. Tersebar luas di dalam selsel tubuh dan mempunyai fungsi metabolik dan struktural yang sangat penting pada membran sel. Fosfatidiletanolamin atau sefalin mirip dengan fosfatidilkolin, hanya kolinnya diganti dengan etanolamin. Seperti halnya fosfatidilserin dan fosfatidiletanolamin, fosfatidilinositol juga merupakan komponen membran yang sangat penting. Fosfatidilserin mengandung asam amino serin sebagai pengganti etanolamin. Sfingomielin merupakan jenis fosfolipida yang banyak dijumpai pada jaringan otak dan saraf Asam fosfatidat penting sebagai perantara pada sintesis triasilgliserol dan fosfolipida, tetapi tidak banyak ditemukan di dalam jaringan. Kardiolipin adalah fosfolipida yang ditemukan dalam membran mitokondria yang diben-tuk dari fosfatidilgliserol.dalam membran plasma hepatosit(Adnan,2011). b. Sfingolipida
Sfingolipida merupakan lipida yang tidak mengandung gliserol amfifatik, terutama berlimpah di dalam jaring-an otak dan saraf. Lipida ini diturunkan dari sfingosin. Sfingolipida yang paling berlimpah, yaitu sfingomyelin yang terdapat di dalam jaringan otak dan saraf(Adnan,2011). c. Glikolipida Glikolipida mengandung seramida dan galaktosa. Oleh sebab itu, sfingolipida dapat dikelompokkan ke dalam glikolipida. Glikolipida sederhana hanya mengandung galaktosa, asam lemak dengan berat molekul besar, dan sfingosin atau serebrosida. Masing-masing serebrosida dibedakan oleh jenis asam lemak dalam molekulnya. Glikolipida hanya dijumpai pada permukaan luar sel. Pada sel hewan dibentuk dalam jumlah yang banyak dari sfingosin, jarang dari gliserol. Ada dua kelas utama yaitu gangliosida dan serebrosida, keduanya secara khusus penting dalam system saraf pusat(Adnan,2011). d. Steroid Semua steroid memiliki inti siklik serupa yang menyamai fenanteren (cincin A, B, dan C) yang merupakan tempat perlekatan cincin siklopentana (D). Posisi karbon pada inti.Kandungan lipida membran dapat bervariasi pada satu. jenis sel pada spesies yang berbeda, misalnya eritrosit pada tikus, sapi liar, babi, dan biri-biri(Adnan,2011). 2. Protein Protein plasma memiliki fungsi yang sangat luas, antara lain sebagai protein pembawa (carrier) senyawa yang melewati membran plasma, menerima isyarat (signal) hormonal, dan meneruskan isyarat tersebut ke bagian sel sendiri atau ke sel lainnya. Protein membran plasma juga berfungsi sebagai pangkal pengikat komponen-komponen sitoskeleton dengan senyawa-senyawa ekstraseluler. Molekul-molekul protein permukaan luar memberikan ciri-ciri individual tiap sel dan macam protein dapat berubah sesuai dengan differensiasi sel. Protein perifer tidak berinteraksi dengan bagian tengah membran hidrofobik, tetapi terikat secara langsung melalui asosiasi dengan protein integral membran atau secara langsung berinteraksi dengan bagian polar lipida membran. Misalnya protein sitokeleton, protein kinase (pada permukaan sitoplasmik membran), dan protein matriks ekstraseluler (permukaan eksoplasmik). Protein transmembran
mengandung segemen panjang asam-asam amino hidrofobik yang tertanam padabilayer
lipida. Ada dua tipe interaksi yang menstabilkan protein integral membran, yaitu interaksi ionic dengan daerah kepala yang bersifat polar dan interaksi hidrofobik dengan bagian tengah yang bersifat hidrofobik, misalnya glikoforin. (Anonim, 2007c). Beberapa protein integral berikatan dengan membrane melalui ikata koovalen pada rantai hidrokarbon. Dikenal ada tiga tipe protein integral berdasarkan perlekatannya pada rantai hidrokarbon, yaitu Glycosyl-phosphatidylinositol-Proteins, Myristate-Proteins, dan Farnesyl-
Proteins. Kedudukan dan orientasi protein pada membrane bervariasi sesuai macam membran, sel dan jaringan. Ia dapat berupa protein integral atau protein perifer. Glikoprotein pada membran eritrosit merupakan suatu protein yang menembus membran sel. Protein integral membran terdiri atas empat kelas, yaitu protein tipe A, protein tipe B, protein tipe C, dan protein tipe D. Protein tipe A dan C secara struktural sama, tetapi tertanam pada setengah lapisan membran yang berbeda. Contoh protein tipe A adalah Cytochrom b5 pada reticulum endoplasma. Protein B adalah kompleks protein yang berperan dalam sistim transpor. Protein D adalah protein trans membran. Protein tipe B merupakan kumpulan molekul yang memiliki struktur yang terdiri atas Na+, K+, ATPase dan suatu anion protein transpor. Contoh protein tipe D adalah glikoforin pada membran eritrosit. Pada uraian terdahulu telah diuraikan bahwa protein membran plasma dapat berfungsi sebagai enzim. Enzim-enzim pada membran plasma dapat dikelompokkan menjadi dua kategori berdasarkan tempat aktivitas katalitiknya, yaitu:i.
Ektoenzim, yaitu enzim dimana aktivitas katalitiknya berlangsung pada permukaan luar membran plasma.
ii.
Endoenzim, yaitu enzim dimana aktivitas katalitiknya berlangsung pada permukaan dalam membrane plasma.Beberapa jenis enzim yang biasanya dijumpai pada membranplasma, yaitu: Asetilfosfatase, Asetilkolinesterase, Asam fosfatase, Adenil siklase, Alkalin fosfatase, Alklin fosfodiesterase,
Cellobiase,Kolesterol esterase, Guanilat siklase Laktase, Maltase, 3. Karbohidrat Karbohidrat pada membran plasma terikat pada protein atau lipida dalam bentuk glikolipida dan glikoprotein. Glikolipida merupakan kumpulan berbagai jenis unit-unit monosakarida yang berbeda seperti gula-gula sederhana D-glukosa, Dgalaktosa, Dmanosa, L-fruktosa, L-arabinosa, D-xylosa, dan sebagainya. Karbohidrat ini memegang
peranan penting dalam berbagai aktivitas sel, antara lain dalam sistim kekebalan. Karbohidrat pada membran plasma merupakan hasil sekresi sel dan tetap berasosiasi dengan membran membentuk glikokaliks(Adnan,2011). 2). FUNGSI MEMBRAN (Anonim.2012), adapun beberapa fungus membrane yaitu : 1. Pembatas lapisan yang bersinambungan melingkupi sel, inti, organel 2. pembatas yang bersifat selektif permeabel mencegah pertukaran molekul dari satu sisi ke bagian lainnya. memungkinkan substansi tertentu masuk ke sitoplasma dari lingkungan luar mencegahmasuknya senyawa tertentu masuk ke sitoplasma 3. komunikasi antara sel 4. mendukung aktivitas biokimia yang berlangsung di dalam sel Beberapa proses di dalam sel tergantung pada suatu serial reaksi yang dikatalis oleh Enzim yang terdapat dalam membran, produk suatu reaksi akan bertindak sebagai reaktan untuk reaksi selanjutnya. Jika enzim yang berbeda pada membran berada dalam susunan yang berurutan, produk suatu reaksi dapat dilepaskan ke dekat enzim untuk reaksi berikutnya. 5. perpindahan suatu senyawa terlarut 6. Memberikan respons terhadap rangsangan luar 7. berperan dalam memberi respons terhadap rangsangan luar_ transduksi sinyal _reseptor + ligand. 8. Tipe sel yang berbeda memiliki molekul reseptor yang berbeda 9. interaksi interselular 10. membran plasma mengantarai interaksi antar sel dalam organisme multiselular 11. Transduksi energy 12. terlibat dalam proses perubahan energy ke bentuk energi lain.
B. TRANSPOR MOLEKUL MELALUI MEMBRAN 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 Difusi dapat diartikan perpindahan zat (padat, cair, dan gas) dari larutan konsentrasi tinggi (hipertonis) ke larutan dengan konsentrasi rendah (hipotenis). Dengan kata lain setiap zat akan berdifusi menuruni gradien konsentrasinya. Hasil dari difusi adalah konsentrasi yang sama antara larutan tersebut dinamakan isotonis. Kecepatan zat berdifusi melalui membran sel tidak hanya tergantung pada gradien konsentrasi, tetapi juga pada besar, muatan, dan daya larut dalam lemak (lipid). Membran sel kurang permeabel terhadap ion-ion (Na+, Cl, K+) dibandingkan dengan molekul kecil yang tidak bermuatan. Dalam keadaan yang sama molekul kecil lebih cepat berdifusi melalui membran sel daripada molekul besar. Molekul-molekul yang bersifat hidrofobik dapat bergerak dengan mudah melalui membran daripada molekul-molekul hidrofolik. Molekul-molekul yang besar dan ion dapat bergerak melalui membran. b. Difusi terfasilitasi Difusi terfasilitasi melibatkan difusi dari molekul polar dan ion melewati membrane dengan bantuan protein transpor. Protein transpor merupakan protein khusus yang menyediakan suatu ikatan sik bagi molekul yang sedang bergerak.
Protein transpor juga merentangkan membran sel sehingga menyediakan suatu mekanisme untuk pergerakan molekul. Difusi terfasilitasi juga merupakan transpor pasif karena hanya mempercepat proses difusi dan tidak merubah arah gradien konsentrasi. c. Osmosis Osmosis merupakan difusi air melalui selaput semipermeabel. Air akan bergerak dari daerah yang mempunyai konsentrasi larutan rendah ke daerah yang mempunyai konsentrasi larutan tinggi. Tekanan osmosis dapat diukur dengan suatu alat yang
disebut osmometer. Air akan bergerak dari daerah dengan tekanan osmosisrendah ke daerah dengan tekanan osmosis tinggi. Sel akan mengerut jika berada pada lingkungan yang mempunyai konsentrasi larutan lebih tinggi. Hal ini terjadi karena air akan keluar meninggalkan sel secara osmosis. Sebaliknya jika sel berada pada lingkungan yang hipotonis (konsentrasi rendah) sel akan banyak menyerap air, karena air berosmosis dari lingkungan ke dalam sel. Jika sel-sel tersebut adalah sel tumbuhan, maka akan terjadi tekanan turgor apabila dalam lingkungan hipotonis. Sebaliknya jika sel tumbuhan beradapada lingkungan hipertonis, dapat mengalami plasmolisis yaitu terlepasnya sel dari dinding sel. 2.Transport aktif Pada transpor aktif diperlukan energi dari dalam sel untuk melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif sangat diperlukan untuk memelihara keseimbangan molekul-molekul di dalam sel. Sumber energi untuk transpor aktif adalah ATP (adenosin trifosfat). Transpor aktif primer dan sekunder Transpor aktif primer membutuhkan energi dalam bentuk ATP, sedangkan transpor aktif sekunder memerlukan transpor yang tergantung pada potensial membran. Kedua jenis transpor tersebut saling berhubungan erat karena transpor aktif primer akan menciptakan potensial membran dan ini memungkinkan terjadinya transpor aktif sekunder.Transpor aktif primer dicontohkan pada keberadaan ion K+ dan Na+ dalam membran. Kebanyakan sel memelihara konsentrasi K+ lebih tinggi di dalam sel daripada di luar sel. Sementara onsentrasi Na+ di dalam sel lebih kecil daripada di luar sel.Transpor aktif sekunder dicontohkan pada asam amino dan glukosa dengan molekul pengangkutannya berupa protein transpor khusus. Pengangkutan tersebut bersama dengan pengangkutan Na+ untuk berdifusi ke dalam sel. Pengangkutan Na+ adalah transpor aktif primer yang memungkinkan terjadinya pontensial membran, sehingga asam amino dan glukosa dapat masuk ke dalam sel.
a.11 transpor aktif primer
a.12 transpor aktif sekunder C. KOMUNIKASI ANTAR SEL Organisme haruslah mampu berkomunikasi. Umumnya komunikasi dilakukan untuk memediasi perkawinan atau mating. Dengan perkembangan organisme multiseluler, kelompok sel yang berbeda memiliki fungsi yang berbeda dan menjadi penting bagi sel untuk mengkomunikasikan banyak aspek hidupnya. Beberapa kelompok sel juga berperan dalam memgontrol tingkah laku kelompok sel lain. Terdapat tiga tipe intercellular signaling :a. b.
Parakrin Sel mengsekresikan substansi yang mempengaruhi sel lain di sekitarnya Sinaptik Pensinyalan pada sel saraf dimana sel saraf melepaskan molekul neurotransmitter ke sinapsis
c.
Endokrin/Hormonal Sel di satu bagian tubuh mengirimkan hormon melalui aliran darah untuk mempengaruhi bagian lain
Melihat pembagian tipe diatas, jelas bahwa tipe signaling interseluler didefinisikan juga berdasarkan jarak antara sel yang sel yang menghasilkan dengan sel target. Signaling interseluler juga dapat diklasifikasikan berdasarkan cara molekul pada sel penghasil sinyal mempengaruhi sel target. Hal ini disebut modes of intercellular communication yang dapat dibedakan menjadi:y y y y
Komunikasi melalui molekul yang dapat berdifusi Komunikasi melalui kontinuitas seluler Komunikasi melalui kontak sel Komunikasi melalui matriks ekstraseluler
Molekul yang dapat berdifusi: Reseptor permukaany y y y
Molekul yang larut dalam air (tidak dapat berdifusi melalui lipid bilayer) Contoh : hormon peptida & growth factors; neurotransmitters Mengatur fisiologi sel dalam jangka pendek, mengatur aktivitas gendalam jangka panjang Mengarah pada intracellular signaling dengan melibatkan ion kalsium, cAMP, fosforilasi protein, dll.
Molekul yang dapat berdifusi: Reseptor intraselulery y
Molekul yang larut dalam lipid yang dapat berdifusi melewati lipid bilayer Misalnya hormone sex: estrogen & progesteron; pheromon
Kontinuitas Seluler 1. Yang tidak terspesialisasi: -plasmodesmata pada tumbuhan dan koneksi antara sel yang membelah pada perkembangan embrio awal; -dapat sangat besar pada tanaman sehingga sering organel sel dapat lewat dari sel yang satu ke sel lainnya. 2. Yang terspesialisasi: -merupakan Gap Junctions yang mengijinkan terjadinya coupling elektrik atau fisiologis sel melalui difusi interseluler molekul-molekul kecil (seperti ion, cAMP, cGMP, dll.)
Komunikasi dimediasi oleh adanya kontak Adhesi sel menyebabkan terjadinya respon seluler
Dimediasi ECM (ekstraseluler matriks) Matrik ekstraseluler berpengaruh terhadap cara sel menjalani kehidupannya dan bagaimana sel berkomunikasi dengan sel lainnya.y y y
Matriks ekstraseluler terdapat di antara semua sel dan jaringan Merupakan network proteins & karbohidrat Terspesialisasi sebagai lamina basal, membrane basal
y
Mengatur komunikasi interseluler
Transduksi sinyal melalui reseptor permukaan Ketika sebuah ligan yang tidak permeable terhadap membrane (misal hormone peptida) berikatan dengan reseptor, maka akan mengaktifkan reseptor tersebut. Aktivasi ini biasanya melibatkan perubahan formasi protein. Perubahan ini memiliki implikasi yang berbeda tergantung pada ligan dan reseptor. Misalnya dapat menyebabkan reseptor/ligan berikatan dengan protein lain (misalnya enzim) menyebabkan kompleks reseptor teraktivasi. Kompleks reseptor yang teraktivasi selanjutnya mengaktifkan efektor (enzim) yang mengakibatkan perubahan fisiologi sel. Atau dapat langsung mengakibatkan aktivasi faktor transkripsi yang mengatur aktivitas gen. Tipe reseptor permukaan Terdapat beberapa tipe reseptor permukaan yaitu:y y y
Reseptor yang berhubungan dengan ion channel Resptor yang berkaitan dengan G-Protein Reseptor yang berhubungan dengan tirosin kinase
Reseptor yang berhubungan dengan ion channel Pada tipe ini reseptor adalah sebuah ion channel. Ligan berikatan pada reseptor dan membuka channel. Akibatnya ion mengalir ke dalam sel, berikatan dengan berbagai protein dan mengaktifkan berbagai protein.
G-Protein Coupled Receptor (GPCR) Reseptor ini juga disebut G-Protein Linked Receptor (GPLR). Pada tipe ini reseptor menggunakan G protein sebagai intermediet. Ligan berikatan dengan reseptor membentuk Ligand/Receptor complex binds G protein. G protein diaktifkan dan berikatan dengan efektor (dapat berupa enzim). Selanjutnya enzim menjadi aktif.
G Proteins dan Siklus G protein G protein berada pada membrane sel dan memediasi fungsi G protein linked receptors (GPCRs). G protein merupakan heterotrimeric karena terdiri dari tiga subunit yang berbeda. Subunitsubunit tersebut adalah , , . Subunit merupakan komponen enzimatik. Subunit ini mengikat dan tetap berikatan satu sama lain dan
GTP dan menghidrolisisnya menjadi GDP. Subunit berasosiasi dengan subunit
saat berikatan dengan GDP.
Tipe G protein linked receptors ini berupa protein membrane yang bekerjasama dengan protein G dan protein lainnya, biasanya sebuah enzim (atau disebut juga efektor). Jika tidak ada molekul sinyal ekstraseluler spesifik untuk reseptor, protein berada dalam keadaan tidak aktif. Protein G inaktif memiliki satu molekul GDP yang terikat padanya. Jika molekul sinyal terikat pada reseptor, reseptor akan berubah bentuk sehingga reseptor ini mengikat dan mengaktifkan G protein. Satu molekul GTP menggantikan GDP pada protein G. Protein G aktif mengikat dan mengaktifkan enzim dan memicu langkah selanjutnya dalam jalur dan menghasilkan respon sel. Protein G kemudian mengkatalis hidrolisis GTP dan melepaskannya dari enzim, sehingga siap digunakan kembali. Reseptor tirosin kinase Reseptor untuk faktor pertumbuhan sering berupa reseptor tirosin kinase yaitu salah satu kelas reseptor membrane plasma yang dicirikan dengan adanya aktivitas enzimatik. Bagian dari protein reseptor pada sisi sitoplasmik membrane berfungsi sebagai enzim yang disebut tirosin kinase yang mengkatalisis transfer gugus fosfat dari ATP ke asam amino tirosin pada protein substrat. Reseptor tirosin kinase merupakan reseptor membrane yang melekatkan fosfat ke protein tirosin. Sebelum molekul sinyal terikat, reseptor merupakan polipeptida tunggal. Pengikatan molekul sinyal pada reseptor tidak mengakibatkan perubahan konformasi untuk mengaktifkan sisi sitoplasmik secara langsung. Aktivasi terjadi karena pengikatan ligan menyebabkan dua polipeptida mengumpul membentuk dimer. Pengumpulan ini mengaktifkan tirosin kinase dari kedua polipeptida yang kemudian memfosforilasi tirosin pada ekor polipeptida lainnya
DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2012. http://id.wikipedia.org/wiki/fungsi_membran. Diakses pada tanggal 12 februari 2012 Adnan. 2011. Fisiologi Hewan. Makassar : Jurusan Biologi FMIPA UNM. Campbell, N.A., reece, J. B., Mitchell, L. G. 2000. Biologi. Editor Safitri, A., Simarmata, L., hardadi, H.W. Diterjemahkan oleh Penerbit Erlangga, Jakarta. ODay, D. 2006. Advance Cell Biology. University of Toronto, Mississauga.
