TRANSPORTASI SUBSTANSI MELINTASI MEMBRAN
A. Pengertian Membran Sel
Membran sel (bahasa Inggris: cell
membrane, plasma membrane, plasmalemma) adalah fitur universal yang
dimiliki oleh semua jenis sel berupa
lapisan antarmuka yang
disebut membran plasma, yang memisahkan sel dengan lingkungan di luar sel,
terutama untuk melindungi inti sel dan
sistem kelangsungan hidup yang bekerja di dalam sitoplasma.
Membran sel
Eukariota
Pada sel eukariota, membran sel yang
membungkus organel-organel di dalamnya,
terbentuk dari dua macam senyawa yaitu lipid dan protein, umumnya berjenis fosfolipid seperti senyawa
antara fosfatidil etanolamina dan kolesterol, yang membentuk
struktur dengan dua lapisan dengan permeabilitas tertentu sehingga tidak semua molekul dapat melalui
membran sel, namun di sela-sela molekul fosfolipid tersebut,
terdapat transporter yang merupakan jalur
masuk dan keluarnya zat-zat yang dibutuhkan dan tidak dibutuhkan oleh sel.
Nilai permeabilitas air pada membran ganda
dari berbagai komposisi lipid berkisar antara 2 hingga 1.000 × 10−5 cm2/dt.
Angka tertinggi ditemukan pada membran plasma pada sel epitelial ginjal, beberapa sel glia dan beberapa sel yang dipengaruhi oleh protein membran dari
jenis akuaporin. Akuaporin-2 memungkinkan adanya transporter air yang peka
terhadap vasopresin, sedang ekspresi
akuaporin-4 ditemukan sangat tinggi pada beberapa sel glia dan ependimal.
B.
Sistem Transpor Membran
Salah satu fungsi dari membran sel
adalah sebagai lalu lintas molekul dan ion secara dua arah. Molekul yang dapat
melewati membran sel antara lain ialah molekul hidrofobik(CO2, O2),
dan molekul polar yang sangat kecil (air, etanol).
Sementara itu, molekul lainnya seperti molekul polar dengan ukuran besar
(glukosa), ion, dan substansi hidrofilik membutuhkan mekanisme khusus agar
dapat masuk ke dalam sel.
Banyaknya molekul yang masuk dan keluar
membran menyebabkan terciptanya lalu lintas membran. Lalu lintas membran
digolongkan menjadi dua cara, yaitu dengan transpor pasif untuk molekul-molekul
yang mampu melalui membran tanpa mekanisme khusus dan transpor aktif untuk molekul
yang membutuhkan mekanisme khusus. Lalu lintas membran akan membuat perbedaan
konsentrasi ion sebagai akibat dari dua proses yang berbeda yaitu difusi dan transpor
aktif, yang dikenal sebagai gradien ion. Lebih
lanjut, gradien ion tersebut membuat sel memiliki tegangan
listrik seluler. Dalam
keadaan istirahat, sitoplasma sel memiliki tegangan antara 30 hingga
100 mV lebih rendah daripadainterstitium
C. Transpor pasif
Transpor pasif merupakan suatu
perpindahan molekul menuruni gradien konsentrasinya. Transpor pasif ini
bersifat spontan. Difusi, osmosis, dan difusi terfasilitasi merupakan contoh dari transpor pasif.
Difusi terjadi akibat gerak termal yang meningkatkan entropi atau ketidakteraturan sehingga
menyebabkan campuran yang lebih acak. Difusi akan berlanjut selama respirasi
seluler yang mengonsumsi O2 masuk.
Osmosis merupakan difusi pelarut melintasi membran selektif yang arah
perpindahannya ditentukan oleh beda konsentrasi zat terlarut total (dari
hipotonis ke hipertonis). Difusi terfasilitasi juga masih dianggap ke dalam
transpor pasif karena zat terlarut berpindah menurut gradien konsentrasinya.
Contoh molekul yang berpindah dengan
transpor pasif ialah air dan glukosa. Transpor pasif air dilakukan lipid bilayer dan transpor pasif glukosa
terfasilitasi transporter. Ion polar berdifusi dengan bantuan protein transpor.
Osmosis
Efek larutan dengan berbagai varian pada sel
darah merah.
Osmosis adalah
kasus khusus dari transpor pasif, dimana molekul air berdifusi melewati membran
yang bersifat selektif permeabel. Dalam sistem osmosis, dikenal larutan
hipertonik (larutan yang mempunyai konsentrasi terlarut tinggi), larutan
hipotonik (larutan dengan konsentrasi terlarut rendah), dan larutan isotonik
(dua larutan yang mempunyai konsentrasi terlarut sama). Jika terdapat dua larutan
yang tidak sama konsentrasinya, maka molekul air melewati membran sampai kedua
larutan seimbang.
Dalam proses
osmosis, pada larutan hipertonik, sebagian besar molekul air terikat (tertarik)
ke molekul gula (terlarut), sehingga hanya sedikit molekul air yang bebas dan
bisa melewati membran. Sedangkan pada larutan hipotonik, memiliki lebih banyak
molekul air yang bebas (tidak terikat oleh molekul terlarut), sehingga lebih
banyak molekul air yang melewati membran. Oleh sebab itu, dalam osmosis aliran
netto molekul air adalah dari larutan hipotonik ke hipertonik.
Proses osmosis
juga terjadi pada sel hidup di alam. Perubahan bentuk sel terjadi jika terdapat
pada larutan yang berbeda. Sel yang terletak pada larutan isotonik, maka
volumenya akan konstan. Dalam hal ini, sel akan mendapat dan kehilangan air
yang sama. Banyak hewan-hewan laut, seperti bintang laut (Echinodermata) dan
kepiting (Arthropoda) cairan selnya bersifat isotonik dengan lingkungannya.
Jika sel terdapat pada larutan yang hipotonik, maka sel tersebut akan
mendapatkan banyak air, sehingga bisa menyebabkan lisis (pada sel hewan), atau
turgiditas tinggi (pada sel tumbuhan). Sebaliknya, jika sel berada pada larutan
hipertonik, maka sel banyak kehilangan molekul air, sehingga sel menjadi kecil
dan dapat menyebabkan kematian. Pada hewan, untuk bisa bertahan dalam
lingkungan yang hipo- atau hipertonik, maka diperlukan pengaturan keseimbangan
air, yaitu dalam proses osmoregulasi.
Difusi
Difusi pada membran sel.
Difusi adalah peristiwa
mengalirnya/berpindahnya suatu zat dalam
pelarut dari bagian berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah.
Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi.
Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata
atau mencapai keadaan kesetimbangan dimana perpindahan molekul tetap
terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi. Contoh yang sederhana adalah
pemberian gula pada cairan teh tawar. Lambat laun
cairan menjadi manis. Contoh lain adalah uap air dari cerek yang berdifusi dalam udara.Difusi yang
paling sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi
ini terjadi jika terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul yang
diam dari solid atau fluida.
Ada beberapa
faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, yaitu:
·
Ukuran
partikel. Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan
bergerak, sehingga kecepatan difusi semakin tinggi.
·
Ketebalan
membran. Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi.
·
Luas suatu
area. Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya.
·
Jarak.
Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya.
·
Suhu.
Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih
cepat. Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya
Difusi terfasilitasi (Difusi terbantu)
Difusi terbantu pada membran sel.
Adalah difusi
yang dibantu oleh protein kotranspor (protein pembawa) atau dengan saluran
protein
Difusi dipermudah dengan
saluran protein
Substansi seperti
asam amino, gula, dan substansi bermuatan tidak dapat berdifusi melalui
membrane plasma. Substansi-substansi tersebut melewati membran plasma melalui
saluran yang di bentuk oleh protein. Protein yang membentuk saluran ini
merupakan protein integral.
Difusi dipermudah dengan
protein pembawa
proses difusi
ini melibatkan protein yang membentuk suatu salauran dan mengikat substansi
yang ditranspor. Protein ini disebut protein pembawa. Protein pembawa biasanya
mengangkut molekul polar, misalnya asam amino dan glukosa.
D. Transpor aktif
Definisi transport aktif, pertama kali
dicetuskan oleh Rosenberg sebagai sebuah proses yang menyebabkan
perpindahan suatu substansi dari sebuah area yang mempunyai potensial elektrokimiawi lebih rendah menuju ke tempat dengan
potensial yang lebih tinggi. Proses
tersebut dikatakan, memerlukan asupan energi dan suatu mekanisme kopling agar
asupan energi dapat digunakan demi menjalankan proses perpindahan substansi.
Transpor aktif merupakan kebalikan dari
transpor pasif dan bersifat tidak spontan. Arah perpindahan dari transpor ini
melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif membutuhkan bantuan dari beberapa
protein. Contoh protein yang terlibat dalam transpor aktif ialah channel protein dan carrier
protein, serta ionofor. Ionofor merupakan antibiotik yang menginduksi transpor ion melalui
membran sel maupun membran buatan.
Yang termasuk transpor aktif ialah coupled carriers, ATP driven pumps, dan light driven pumps. Dalam transpor
menggunakan coupled carriers dikenal dua istilah, yaitu simporter
dan antiporter. Simporter ialah suatu protein yang mentransportasikan kedua
substrat searah, sedangkan antiporter mentransfer kedua substrat dengan arah
berlawanan. ATP driven pump merupakan suatu siklus transpor Na+/K+ ATPase. Light driven pump umumnya ditemukan pada sel bakteri.
Mekanisme ini membutuhkan energi cahaya dan contohnya terjadi pada
Bakteriorhodopsin.
Hormon tri-iodotironina yang dikenal sebagai aktivator enzim fosfatidil inositol-3 kinase dengan mekanisme dari dalam sitoplasma dengan bantuan integrin alfavbeta3.
Lintasan enzim fosfatidil inositol-3 kinase, lebih lanjut akan memicu transkripsi genetik dari Na+ ATP sintase, K+ ATP sintase, dll, beserta penyisipan
ATP sintase tersebut pada membran plasma, berikut regulasi dan modulasi
aktivitasnya.
E. Proses Transportasi Aktif
Sel merupakan pusat dinamis di mana ada
banyak proses dan fungsi yang terjadi secara bersamaan. Untuk tujuan ini, ada
kebutuhan untuk zat dan produk akhir dari proses metabolisme untuk bergerak
masuk dan keluar dari sel. Proses transpor aktif adalah gerakan dari suatu zat
terhadap gradien konsentrasi. Jadi, ini merupakan proses penting dalam biologi
yang membutuhkan energi. Pada sebagian besar sel, ini biasanya berkaitan dengan
akumulasi konsentrasi tinggi molekul dalam sel yang dibutuhkan, seperti ion,
glukosa, asam amino, dll transportasi aktif melibatkan transportasi zat dari
daerah konsentrasi rendah ke daerah yang konsentrasi yang lebih tinggi. Jika
proses menggunakan energi kimia, seperti yang berasal dari adenosin trifosfat
(ATP), hal ini disebut sebagai transpor aktif utama dalam sel. Transpor aktif
sekunder, di sisi lain, melibatkan penggunaan gradien elektrokimia. Perbedaan
utama antara transpor aktif dan transpor pasif adalah bahwa proses transpor
aktif menggunakan energi, seperti transpor pasif, yang tidak memerlukan energi.
Contoh transpor aktif pada manusia termasuk penyerapan glukosa di usus dan
penyerapan ion mineral ke dalam sel-sel rambut akar tanaman.
APA PROSES TRANSPORTASI AKTIF?
Jadi, bagaimana proses transpor aktif
terjadi? Ketika substansi yang telah secara aktif diangkut ke dan dari sel, ada
khusus trans-membran protein yang mengakui substansi dan memungkinkan akses di
seluruh membran ketika tidak sebaliknya. Ini akan terjadi karena baik itu
adalah salah satu yang lapisan ganda lipid membran kedap atau karena sedang
bergerak melawan arah gradien konsentrasi. Kasus terakhir, yang dikenal sebagai
proses transportasi utama aktif umumnya memiliki protein yang terlibat di
dalamnya sebagai pompa dan biasanya menggunakan energi kimia ATP. Kasus-kasus
lain, yang biasanya memperoleh energi mereka melalui eksploitasi gradien
elektrokimia yang hadir, yang dikenal sebagai transpor aktif sekunder dan
melibatkan protein yang terpisah untuk membentuk saluran atau pori-pori melalui
membran sel untuk memungkinkan bagian zat melalui membran sel. Baca lebih lanjut
tentang fungsi membran sel.
Kadang-kadang sistem transport satu zat
dalam satu arah, sementara pada saat yang sama, co-mengangkut zat lain ke arah
lain. Ini dikenal sebagai antiport. Symport adalah nama yang diberikan ke
proses transportasi dimana dua substrat sedang diangkut dalam arah yang sama
melintasi membran. Antiport dan symport berkaitan dengan transpor aktif
sekunder, yaitu, salah satu dari dua zat diangkut ke arah gradien konsentrasi
mereka memanfaatkan energi yang berasal dari transportasi dari substansi kedua,
umumnya sebuah proton, penurunan gradien konsentrasi.
Partikel bergerak dari daerah konsentrasi
rendah ke daerah konsentrasi tinggi, yaitu, dalam arah yang berlawanan seperti
yang dilakukan oleh gradien konsentrasi, memerlukan kehadiran yang sangat
spesifik trans-membran protein pembawa. Protein ini memiliki reseptor yang
mengikat molekul tertentu, seperti glukosa dan dengan demikian, transportasi
mereka ke dalam sel. Sebagai energi yang dibutuhkan untuk proses ini
berlangsung, itu dikenal sebagai transpor aktif. Contoh transpor aktif termasuk
transportasi natrium keluar dari sel dan kalium ke dalam sel, yang dilakukan
oleh pompa natrium-kalium.
Ini semua tentang proses transportasi aktif.
Transpor aktif adalah proses yang sangat penting, seperti yang dibutuhkan oleh
sel untuk mempertahankan negara normal homeostasis. Proses transpor aktif
sering terjadi di dalam lapisan internal dari usus kecil. Pada tumbuhan, ada
kebutuhan untuk menyerap garam mineral dari tanah namun garam-garam ini ada dalam
konsentrasi yang sangat minimal. Aktif transportasi memungkinkan sel-sel untuk
mengambil garam dari konsentrasi encer melawan arah gradien konsentrasi.
E. Fagositosis adalah proses seluler dari fagosit dan protista yang menggulung partikel padat dengan membran sel dan membentuk fagosom internal. Fagositosis adalah bentuk
spesifik dari endositosis yang melibatkan internalisasi
vesikular terhadap partikel padat, seperti bakteri, dan
bentuk lain yang cukup berbeda dengan fagositosis, yaitu pinositosis,
yaitu internalisasi vesikular terhadap berbagai cairan. Fagositosis bertanggung
jawab terhadap akuisisi nutrisi pada beberapa sel, dan di dalam sistem
imunitas, fagositosis adalah mekanisme utama untuk menghilangkan patogen dan serpihan sel. Bakteri, sel mati jaringan, dan partikel mineral kecil adalah contoh objek yang akan
difagositasi.
Proses ini mirip dengan proses memakan
pada tingkat sel tunggal organisme. Di
makhluk multiseluler,
proses telah diadaptasi untuk mengeliminasi serpihan dan patogen.
Fagositosis di sistem imunitas mamalia diaktifkan oleh penempelan Pathogen-associated
moleculer patterns (PAMPS),
yang mengaktivasi NF-κB. Oposin seperti C3b dan antibodibisa
beraksi sebagai tempat penempelan dan membantu fagositosis patogen.
Fagositosis adalah sebuah proses yang
aktif dimana patogen yang telah terikat oleh pencerap, akan diliputi oleh
membran makrofaga dengan kontraksi sistem aktin-miosin,
dan masuk ke dalam vesikel yang disebut fagosom. Setelah fagosom menjadi
asam, beberapa lisosom makrofaga akan terinduksi dan
membentuk fusi guna mengeluarkan enzim, protein untuk mendegradasi
patogen. Fusi antara fagosom dan granula makrofaga disebut fagolisosom dengan respon antomikrobial
intraselular. Degradasi bisa dilakukan dengan menggunakan oksigen ataupun tanpa oksigen
·
Degradasi menggunakan oksigen
bergantung pada NADPH. Hidrogen peroksida dan myeloperoksidase mengaktifkan sistem berhalogenasi yang
memicu penghancuran bakteri. Beberapa zat yang disekresi di dalam fagolisosom
antara lain adalah hidrogen peroksida (H2O2), anion
superoksida (O2-), nitrit oksida (NO). Zat ini diperoleh
dengan bantuan enzim NADPH lysosomal dan enzim lain melalui proses kimiawi
yang disebut respiratory burst yang disertai peningkatan konsumsi oksigen dalam rentang waktu yang sangat
singkat.[1]
·
Degradasi tanpa oksigen
bergantung pada pelepasan granula, berisi enzim proteolitik seperti defensin, lisozim, dan protein kationik. Peptida antimikrobial juga muncul dalam granula ini,
termasuk laktoferin yang melepaskan zat besi untuk
menyediakan kondisi yang tidak baik bagi pertumbuhan bakteri.
Di berbagai protista,
fagositosis digunakan sebagai cara untuk mencari makan untuk menyediakan semua
kebutuhan nutrisi mereka. Hal ini disebut nutrisi fagotropik, berbeda dengan
nutrisi osmotrofik yang melakukan penyerapan, bukan fagositosis.
F. Pinositosis ("peminuman seluler")
merupakan salah satu jenis endositosis di mana 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 bersifat sangat spesifik karena adanya reseptor berupa ligan yang hanya terikat pada molekul
tertentu. Pinositosis sebagai
salah satu jenis endositosis dibutuhkan untuk berbagai macam fungsi
yang penting bagi sel, karena endositosis dapat meregulasi berbagai macam
proses seperti pengambilan nutrisi, adhesi dan migrasi sel, reseptor sinyal,
masuknya patogen,
neurotransmisi, presentasi antigen,
polaritas sel, mitosis,
pertumbuhan dan diferensiasi, dan masuknya obat.
G. Endositosis dan
Eksositosis
Endositosis adalah memasukkan zat ke dalam
sel, sedangkan eksositosis adalah mengeluarkan zat
keluar sel. Kedua proses tersebut termasuk ke dalam transport aktif.
Endositosis dilakukan oleh organism bersel tunggal dan sel darah putih.
Endositosis yang terjadi pada zat padat disebut Fagositosis, dan endositosis
yang terjadi pada larutan disebut Pinositosis. Contoh fagositosis, misalnya sel
darah putih memakan protein asing (kuman penyakit)atau ameba yang memakan
bakteri. Zat-zat yang dimakan dimasukkan ke dalam vakuola makanan. Eksositosis
dapat dijumpai pada proses sekresi zat oleh sel-sel kelenjar. Contohnya sekresi
enzim pencerna ke dalam usus. Sekret (zat yang dikeluarkan) biasanya terbungkus
dalam kantung membrane atau vakuola. Kantung-kantung itu menuju ketepi sel,
terbuka dan keluarlah sekretnya.
Referensi
1.
Campbell NA, Reece JB, Mitchell LG. 2002.
Biologi, Edisi Kelima, Jilid I. Jakarta: Erlangga.
2.
Miaczynska M, Pelkmans L, Zerial M (August 2004). Not just
a sink: endosomes in control of signal transduction. Current Opinion in
Cell Biology
3.
Medina-Kauwe LK. 2007. Alternative" endocytic
mechanisms exploited by pathogens: new avenues for therapeutic delivery?. Advanced Drug
Delivery Reviews 59 (8): 798–809.
4.
Miaczynska M, Stenmark H. 2008. "Mechanisms and
functions of endocytosis". The Journal of Cell Biology 180 (1): 7–11.
5. Marsh M, McMahon HT
(July 1999). "The structural era of endocytosis". Science (New York,
N.Y.) 285 (5425): 215–20.
No comments:
Post a Comment