STRUKTUR MEMBRAN

Membran plasma merupakan batas kehidupan, yang memisahkan sel hidup dari sekelilingnya yang mati. Lapisan tipis yang luar biasa ini, tebalnya hanya kira-kira 8 nm- dibutuhkan lebih dari 8000 membran plasma untuk menyamai tebal kertas halaman ini. Membran plasma mengontrol lalu lintas kedalam dan keluar sel yang dikelilingnya. Seperti semua membran biologis, membran plasmma memiliki permaebilitas selektif, yakni membran ini memungkinkan beberapa substansi dapat melintasinya dengan lebih mudah daripada substansi yang lainnya. Salah satu episode paling awal dalam evolusi kehidupan, mungkin berupa pembentukan membran yang membatasi suatu larutan yang mempunyai komposisi yang berbeda dari larutan sekelilingnya, tetapi masih bisa melakukan penyerapan nutrien dan pembuangan produk limbahnya. Kemampuan sel untuk  membedakan pertukaran kimiawinya ini dengan lingkungannya merupakan hal yang mendasar bagi kehidupan, dan membran plasma inilah yang membuat selektifan ini bisa terjadi.

Dalam bab ini kita akan mempelajari bagaimana membran seluler mengontrol perlintasan zat-zat. Kita akan memusatkan perhatian pada membran plasma, membran terluar sel, yang di perlihatkan dalam gambar, pada halaman ini, akan tetapi, beberapa prinsip umum yang sama untuk lalu lintas membran berlaku juga untuk berbagai membran internal yang memisahkan sel eukariotik.  

Pengertian Struktur dan fungsi membran

Model molekuler membran mulai dikembangkan beberapa dasawarsa sebelum membran untuk pertama kalinya dapat dilihat dengan mikroskop elektron pada tahun 1950-an. Postulat pertama dikemukakan oleh Charles Overton bahwa membran terbuat dari lipid, atas dasar pengamatannya bahwa zat yang larut dalam lipid memasuki sel lebih cepat. Baru dua puluh tahun kemudian diketahui bahwa membran tersusun atas lipid dan protein. Oleh karena itu lipid dan protein adalah penyusun utama dari membran. (Champbell :2002, 141)

Sumber : rc84.wordpress.com

Gambar 1 Struktur Membran

1.  Lipid

Lipid adalah salah satu katagori molekul biologis yang besar yang tidak mencakup polimer. Senyawa yang disebut lipid dikelompokkan bersama karena memiliki satu ciri penting, lipid yang tidak memiliki atau sedikit sekali afinitasnya terhadap air. Perilaku lipid didasarkan pada struktur molekulernya, meskipun lipid bisa memiliki beberapa ikatan molar yang berkaitan dengan oksigen, lipid sebagian besar terdiri atas hidrokarbon. Lipid lebih kecil dibandingkan dengan makromolekul atau polimerik dan merupakan gugus yang sama beragam bentuk maupun fungsinya. Lipid meliputi waks atau lilin dan pigmen-pigmen tertentu, akan tetapi kita akan memfokuskan perhatian terhadap golongan lipid yang paling penting yaitu lemak, fosfolipid dan steroid.Lipid yang menyusun membran terdiri atas fosfolipid (rantai asam lemak, gliserol, fosfat, dan alkohol) dan kolesterol. Fosfolipid mampu membentuk membran karena struktur molekulernya. Fosfolipid bersifat amfipatik, yaitu memiliki daerah hidrofobik dan daerah hidrofilik. (Champbell :2002, 70)

Irving Langmuir (1917) membuat model membran buatan yang terdiri dari selapis fosfolipid dengan ekor hidrofobik mengarah ke udara sedangkan kepala hidrofilik tercelup air. Itu tidak menjawab bagaimana jika sel berada di lingkungan akuatik, yang mendasari E. Gorter dan F. Grendel (1925) mengemukakan model bilayerfosfolipid yang tebalnya dua molekul. Bilayer seperti ini dapat menjadi suatu batas stabil antara dua ruangan aquaeous karena susunan molekulernya melindungi bagian hidrofobik dan membiarkan bagian hidrofiliknya menyentuh cairan.

Davson dan Danielli (1935) melengkapi model tersebut dengan melapisi kedua permukaan itu dengan protein hidrofilik. Karena protein membran memiliki daerah hidrofobik dan hidrofilik juga, maka pada tahun 1972 J. Singer dan G. Nicolson menunjukkan protein tersebut sebenarnya terdispersi dan secara individual disisipkan ke daerah bilayer fosfolipid dengan daerah hidrofobik di dalam dan daerah hidrofilik menghadap cairan (Champbell :2002, 148).

Suatu fosfolipid memiliki satu kepala hidrofilik ( polar ) dan dua ekor hidrofobik. Keragaman fosfolipid didasarkan pada perbedaan asam lemak dan gugus yang terikat dengan gugus fosfat dikepalanya. (Champbell :2002, 72).

Sumber: rc84.wordpress.com

Gambar 1.1 Fosfolipid

Membran bersifat fluid agar dapat bekerja dengan baik. Disinilah fungsi kolesterol steroid yang terjepit di antara molekul-molekul fosfolipid dalam membran plasma hewan membantu menstabilkan membran tersebut. Kolesterol menghambat penyusunan-rapat fosfolipid, kolesterol juga membantu menurunkan suhu membran jika suhu disekitar naik. Jika membran membeku permeabilitasnya berubah, protein enzimatik di dalamnya mungkin menjadi inaktif.

     2.  Protein

Membran merupakan suatu mozaik fluida yang terdiri atas lipid, protein, dan karbohidrat. Protein menentukan sebagian besar fungsi spesifik membran. Ada dua protein utama membran yaitu protein integral dan protein periferal. Protein integral adalah protein transmembran dengan daerah hidrofobik membentang sepanjang interior hidrofobik membran tersebut. Daerah hidrofobik protein integral terdiri atas satu atau lebih rentangan asam amino nonpolar, yang biasanya tergulung menjadi heliks-a. Bagian yang hidrofilik berada pada kedua sisi yang aqueous. Protein periferal tidak tertanam dalam bilayer lipid melainkan terikat longgar pada permukaan membran. (Champbell :2002, 143 )

Sumber: wordbiology.wordpress.com

Gambar 1.2 Protein Penyusun Membran 

3.  KARBOHIDRAT

Karbohidrat membran memiliki fungsi untuk mengenali satu jenis sel tetangga, yang menjadi dasar penolakan terhadap sel asing. Karbohidrat pada membran biasanya berbentuk oligosakarida. Beberapa oligosakarida secara kovalen terikat dengan lipid (membentuk glikolipid) dan sebagian besar terikat secara kovalen dengan protein (membentuk glikoprotein). Molekul dan lokasi yang beragam pada permukaan sel membuat oligosakarida dapat berfungsi sebagai penanda yang membedakan sel yang satu dengan yang lainnya.

  

Sumber: kid.blogspot.com

Gambar 1.3 Struktur Karbohidrat Membran

TRANSPOR YANG MELINTASI MEMBRAN

Membran sel adalah komponen sel yang sangat penting yaitu menjadi jalan utama keluar masuknya molekul ataupun ion ke dalam dan keluar sel. Organisasi molekuler membran mengakibatkan permeabilitas selektif. Hal ini berarti membran mengatur molekul dan ion yang bisa keluar dan masuk sel sehingga substansi-substansi tersebut tidak dapat melintas secara sembarangan. Sel tersebut dapat mengambil berbagai macam molekul dan ion kecil dan menolak yang lainnya.

Molekul yang dapat melintasi bilayer lipid dengan cepat adalah molekul kecil, larut dalam lipid, hidrofobik, dan nonpolar. Molekul hidrofobik seperti hidrokarbon, CO₂, dan O₂ dapat larut dalam membran dan melintasinya dengan mudah. Molekul sangat kecil yang polar tetapi tidak bermuatan juga dapat melewati membran dengan lebih lambat. Contohnya ialah air, urea,gliserol, dan etanol.Bilayer lipid tidak sangat permeabel terhadap molekul polar tak bermuatan yang lebih besar seperti glukosa dan sukrosa. Bilayer ini relatif tidak permeabel terhadap ion, sekalipun ion-ion kecil seperti H⁺, K⁺, dan Na⁺.

Ada dua mekanisme transpor berdasarkan jumlah molekul yang melintasi membran yaitu uniport (transpor satu molekul) dan co-transport (transpor dua molekul). Co-transport berdasarkan kedua arah molekul yang ditranspor dibagi menjadi symport (dua molekul ditranspor dengan arah yang sama), misalnya glukosa dan Na⁺, dan antiport (kedua molekul ditranspor dengan arah berlawanan), misalnya pompa Na-K.

Transpor melalui membran berdasarkan aliran gradien elektrokimia dibagi menjadi transpor aktif dan transpor pasif. Transpor pasif artinya molekul melewati membran tanpa melawan gradien konsentrasi dan sel tidak mengeluarkan energi, misalnya air secara osmosis dan O₂ secara difusi. Ada juga mekanisme difusi yang dipermudah dengan menggunakan protein spesifik atau sering juga disebut transpor terfasilitasi.  Sedangkan transpor aktif membutuhkan energi karena harus melawan gradien konsentrasi, misalnya pompa Na⁺ dan K⁺.

untuk lebih jelas bisa dilihat di sini..... "vidio transfortasi yang melintasi membran sel" !!!

Transport pasif merupakan transport ion, molekul, dan senyawa yang tidak memerlukan energi untuk melewati membran plasma. Transpor pasif dapat di bedakan menjadi dua, yaitu difusi dan osmosis.

1.  Transpor Pasif Merupakan Difusi Melintasi Suatu Membran.

Sumber: http://www.google.co.id/imgres

Secara umum, difusi berarti berpindahnya

suatu zat-zat atau molekul terlarut dari

konsentarasi tinggi menuju konsentrasi

rendah baik melalui membran atau tidak

sehingga konsentrasinya sama.

Gambar di samping merupakan contoh

Peristiwa difusi, yakni setetes tinta yang

diteteskan pada air jernih dalam sebuah

gelas. Pada peristiwa tersebut setetes tinta di anggap sebagai larutan berkonsentrasi tinggi dan air jernih dianggap sebagai larutan berkonsentrasi rendah, molekul -molekul tinta akan menyebar dalam air.

Molekul memiliki energi kinetik intrinsik yang di sebut 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. Penyebaran zat pewarna yang melintasi membran akan berlanjut hingga kedua 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 yang sebaliknya, setiap detik.

Kita sekarang dapat menyatakan aturan sederhana difusi: Dalam ketiadaan gaya-gaya lain, suatu substansi akan berdifusi dari tempat yang konsentrasinya tinggi menuju tempat yang konsentrasinya rendah. Dengan kata lain, setiap substansi akan berdifusi menuruni Gradien Konsentrasinya.

Difusi suatu substansi melintasi suatu 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 sendiri bersifat selektif permeabel sehingga mempengaruhi laju difusi berbagai molekul. Suatu molekul yang berdifusi secara bebas melintasi sebagian besar membran ialah air, suatu kenyataan yang memiliki akibat penting bagi sel.

Sumber : rauf-xerophyte.blogspot.com

Gambar 2 Peristiwa transpor pasif pada membran

a. Difusi pada satu larutan

Suatu zat akan berdifusi dari tempat yang lebih pekat ke tempat yang kurang pekat. Membran tampak disini dalam sayatan melintang, memiliki pori yang cukup besar sehingga molekul pewarna dapat melintasinya. Difusi menuruni gradien konsentrasi menyebabkan kesetimbangan dinamik, molekul zat terlarut terus melintasi membran, tetapi pada laju yang sama dalam kedua arah (ke kiri dan ke kanan).

b. Difusi pada dua larutan

Dalam kasus ini, larutan dua zat pewarna yang berbeda dipisahkan oleh membran yang permeabel terhadap kedua zat tersebut. Setiap zat pewarna tersebut berdifusi menuruni gradien konsentrasinya sendiri. akan terdapat selisih difusi zat pewarna kuning ke arah kiri, sekalipun konsentrasi zat terlarut total pada awalnya lebih tinggi pada sisi kiri.

Tidak semua zat atau molekul dapat melewati membran sel dengan cara difusi, contohnya glukosa dan asam amino. Keduanya dapat melewati membran sel, dengan cara difusi terikat atau difusi terfasilitasi. Dengan cara tersebut, glikosa dan asam amino akan terikat pada permease. Permease adalah suatu molekul protein pengangkut (Protein Transpor) yang membantu pengangkutan melewati membran sel. Kerja permease mirip dengan enzim. Arah perpindahan difusi terikat adalah dari larutan berkonsentrasi tinggi menuju larutan berkonsentrasi rendah.

mungin untuk lebih jelasnya bisa di lihat dengan media vidio proses difusi terjadi !!

2.  Osmosis Merupakan Transpor Pasif Air.

Osmosis merupakan perpindahan zat-zat pelarut dari konsentrassi rendah (Hipotonis) menuju konsentrasi yang lebih tinggi (Hipertonis) melaluli selaput atau membran semipermeabel. Osmosis termasuk transpor pasif karena tidak menggunakan energi. Contoh dari peristiwa osmosis yaitu perpindahan air gula pada pipa kaca berskala yang sudah dilapisi kertas selofan (sebagai membran semipermeabel) dalam bejana yang berisi air jernih. Setelah beberapa saat, molekul-molekul air dalam bejana akan berpindah masuk kedalam pipa berskala melewati

kertas selofan sehingga volime air gula akan bertambah (sebagai larutan berkonsentrasi rendah) menuju ke air gula (larutan berkonsentrasi tinggi) melalui kertas selofan.

Sumber : hanynucifera.blogspot.com

   Gambar 2.1 Proses Osmosis pada larutan

vidio proses osmosis terjadi bisa dilihait di bawah ini ...... !!!! hehe silahkann.....!!

Semua sel hidup selalu berusaha untuk menjaga tekanan osmosisnya sesuai dengan cairan medianya. Jika ada gangguan pada tekanan osmosis sel akan rusak. Usaha sel hidup untuk menjaga tekana osmosisnya disebut Homeostatis.

1.  Hipertonik (konsentrasi tinggi)

Konsentrasi di luar sel lebih pekat daripada konsentrasi di dalam sel. Apabila sel darah merah (eritrosi) di masukan dalam larutan hipertonik (misalnya larutan garam) maka sitoplasmanya akan keluar sehingga sel darah merahmenjadi berkerut (krenasi). Pada tumbuhan disebut Plasmolisis.

2.  Isotonik (konsentrasi sama)

Isotonik merupakan larutan-larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang sama. Contohnya, jika sel tumbuhan dimasukan kedalam isotonik sebanyak 10% dan sel berjumlah 10%,  maka kondisi sel akan tetap.

3.  Hipotonik (konsentrasi rendah)

Merupakan larutan-larutan dimana konsentrasi di dalam sel lebih pekat dari pada konsentrasi di luar sel. Contohnya, sel darah merah akan mengembung jika dimasukan dalam larutan hipotonis. Jika hal tersebut terjadi, sel darah merah akan pecah akibat dimasukan dalam larutan hipotonis, peristiwa tersebut disebut sitolisis.

  

Sumber : web.ipb.ac.id

Gambar 2.2 Keseimbangan Air Pada Sel Hidup

                     

Bagaimana sel hidup bereaksi terhadap perubahan konsentrasi zat larut lingkungannya tergantung pada apakah sel itu mengalami dinding sel atau tidak. Sel hewan tidak memiliki dinding sel, sel tumbuhan memilikinya. Kecuali sel itu mengalami adaptasi khusus untuk mengimbangi penyerapan atau pelepasan osmotik air, sel hewan berada pada kondisi paling baik dalam lingkungan isotonik. Sel tumbuhan bengkak (kaku) dan umumnya berada pada kondisi paling sehat dalam lingkungan hipotonik, dimana kecenderungan untuk menyerap air secra terus menerus akan diimbangi olah dinding lentur yang mendorong sel.

               

Transpor aktif menggunakan energi untuk menggerakkan zat terlarut melawan gradiennya.

Dalam transpor aktif, beberapa protein transpor bekerja sebagai pompa yang memindahkan zat melintasi membran melawan gradien konsentrasinya (atau elektrokimiawinya). Energi yang digunakan dalam transpor aktif disuplai oleh ATP. Seperti pada tipe kerja seluler lain, ATP menyediakan energi bagi sebagian besar transpor aktif.

Sumber : nadjeeb.wordpress.com

Gambar 3 Perbandingan antara Transpor Pasif dan Transpor Aktif

Salah satu cara ATP dapat menyuplai tenaga bagi transpor aktif adalah dengan mentransfer gugus fosfat terminalnya secara langsung ke protein transpor. Ini dapat menginduksi protein agar berubah bentuk sedemikian rupa

sehingga mentranslokasi zat terlarut yang terikat ke protein sehingga melintasi membran. Salah satu sistem transpor yang bekerja seperti ini adalah pompa natrium-kalium (sodium-potassium pump). Sistem transpor ini memompa ion melawan gradient konsentrasi yang curam: konsentrasi ion natrium (Na⁺) tinggi di luar sel dan rendah di dalam, sementara konsentrasi kalium (K⁺) rendah di luar sel dan tinggi di dalam. Pompa ini mengalami perubahan dua bentuk silih-berganti dalam siklus pemompaan yang mentranslokasi tiga ion natrium keluar sel untuk setiap dua ion kalium yang dipompakan di dalam sel. Kedua bentuk pompa memiliki afinitas yang berbeda untuk kedua jenis ion. ATP menyuplai tenaga bagi perubahan bentuk ini dengan cara memfosforilasi protein transpor tersebut (artinya dengan mentransfer satu gugus fosfat ke protein).

Sumber : apbiologydodd.wikispaces.com  

Gambar 3.1 Proses Pompa Ion Natrium (Na⁺) dan Kalium (K⁺)

Transpor massal melintasi membran plasma terjadi melalui eksositosis dan endositosis.

Eksositosis merupakan proses dimana sel menyekresikan molekul biologis tertentu melalui penyatuan (fusi) vesikel dengan membran plasma. Vesikel transpor yang telah bertunas dari aparatus golgi bergerak disepanjang mikrotubulus skeleton ke membran plasma. Ketika membran vesikel dan membran plasma bersentuhan, molekul-molekul lipid pada kedua lapisan ganda menyusun ulang dirinya sendiri sehingga kedua membran berdifusi. Kandungan vesikel kemudian tumpah ke luar sel, sementara membran vesikel menjadi bagian dari membran plasma. Berikut ini contoh proses eksositosis pada lisosom.

Sumber : herbetsimanjuntak.blogspot.com

Gambar 3.2 Terjadinya eksositosis pada suatu sel

Banyak sel sekresi mengunakan eksositosis untuk mengekspor produk. Misalnya, beberapa sel di pankreas membuat dan menyekresikan insulin ke dalam cairan ekstraseluler melalui eksositosis. Contoh lainnya adalah neuron (sel saraf) yang menggunakan eksositosis untuk melepaskan neurotransmiter yang memberikan sinyal kepada neuron lain atau sel otot. Ketika sel tumbuhan membuat dinding, eksositosis mengantarkan protein ke karbohidrat dari vesikel golgi ke luar sel.

ENDOSITOSIS

Endositosis merupakan sel yag mengambil molekul biologis dan parrtikel dengan cara membentuk vesikel baru dari membrane plasma. Daerah kecil pada membrane plasma melekuk kea lam membentk kantong. Ketika bertambah dalam, kantongpun terlepas dari membrane plasa membentuk vesikel yang mengandung materi yang sebeumnya berada di luar sel. Ada tiga tipe endositosis fagositosis (pemakan seluler), pinositosis (peminum seluler) dan endositosis diperantarai-reseptor.

Sumber: biologigonz.blogspot.com

Gambar 3.3 Tiga tipe endositosis fagositosis, pinositosis dan endositosis diperantarai-reseptor.

Sumber: http://scribd.com

Gambar 3.4 Proses Fagositosis

Dalam fagositosis, sel menelan partikel dengan cara menyelubungi patikel dengn pseudopodia dan mengemasnya dalam kantong berselaput-membran yang cukup besar untuk digolongkan sabagai vakuola partikel dicerna setelah vakuola berfusi dengan lisosom yang mengandung enzim-enzim hidrolitik.

sumber: hayubelajar.blogspot.com

Gambar 3.5 Proses Pinositosis

Dalam pinositosis, sel meneguk droplet-droplet pada cairan ekstraseluler ke dalam vesikel kecil. Bukan cairan itu sendiri yang dibutuhkan oleh sel, melainkan molekul-molekul yang terlarut dalam droplet-droplet tersebut. Karena semua zat yang terlarut ditelan oleh sel, zat-zat yang ditranspor oleh pinositosis tidak bersifat spesifik.

Sumber: id.wikipedia.org

Gambar 3.6 Proses Endositosis uang diperantarai Reseptor

Endositosis diperantarai reseptor memungkinkan sel memperoleh zat spesifik dalam jumlah besar, meskipun zat tersebut mungkin tidak dapat terlalu banyak dalam cairan ekstraseluler. Dalam membran, tertanam protein-protein dengan situs reseptor spesifik yang terpapar ke cairan ekstraseluler. Protein reseptor biasanya telah mengumpul di wilayah-wilayah membran yang disebut ceruk berselaput, dengan bagian yang menghambat sitoplasma dilapisi oleh lapisan rapat protein selaput. Zat-zat spesifik (ligan) berikatan dengan reseptor-reseptor ini. Ketika pengikat terjadi, ceruk berselaput membentuk vesikel yang menganduk molekul ligan. Setelah materi yang ditelan ini dibebaskan dari vesikel, reseptor dikembalikan ke membran plasma oleh vesikel yang sama.  

Sel manusia menggunakan endositosis diperantarai-reseptor untuk mengambil kolesterol yang dimanfaatkan dalam sintesis membran dan steroid-steroid lain. Kolesterol mengalir dalam darah sebagai partikel yang disebut lipoprotein berdensitas rendah (low-density lipoprotein LDL). LDL bekerja sebagai ligan (istilah untuk molekul apapun yang berkaitan secara spesifik dengan situs reseptor mlekul lain) dengan cara berikatan dengan reseptor LDL pada membran plasma dan kemudian memasuki sel melalui endositosis.

Sumber : database artikel.com

Gambar 3.7 Terjadinya endositosis pada sel

mari yukkk perjelas dengan media vidio proses endositosis dan eksositosis  ..... hehe!!

DAFTAR PUSTAKA

Campbell, Nell, A, JB. Reece and L. G. Michell.2000. Biologi Jilid 2. Jekarta: Erlangga.

Campbell, Nell, A, JB. Reece 2008. Biologi Jilid  1. Jekarta: Erlangga.

Riandari, Henny. 2007. Sains Biologi 2. Jakarta: Tiga Serangkai