[Biology] Pengertian Membran Sel
Februari 24, 2013
0
komentar
Membran Sel
Membran
sel (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.
1.
Membran sel eukariota
Pada sel eukariota adalah 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.
1.1 Struktur membran
Komponen
penyusun membran sel antara lain adalah fosfolipid, protein, oligosakarida, glikolipid, dan kolesterol.
·
Fosfolipid, merupakan golongan senyawa lipid dan merupakan
bagian dari membran sel makhluk hidup; bersama dengan protein, glikolipid dan
kolesterol.
·
Protein.
adalah senyawa organik kompleks berbobot molekul tinggi yang merupakan polimer
dari monomer-monomer asam amino yang dihubungkan satu sama lain dengan ikatan
peptida. Molekul protein mengandung karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen dan
kadang kala sulfur serta fosfor. Protein berperan penting dalam struktur dan
fungsi semua sel makhluk hidup dan virus.
·
Oligosakarida,
merupakan gabungan dari molekul-molekul monosakarida yang jumlahnya antara 2
(dua) sampai dengan 8 (delapan) molekul monosakarida. Sehingga oligosakarida
dapat berupa disakarida, trisakarida dan lainnya.
·
Glikolipid,
termasuk ke dalam sfingolipid dan merupakan turunan lemak sfingosin.
Sfingolipid ini mencakup serebrosida dan gangliosida. Sfingolipid di bentuk
dalam kompleks golgi
·
Kolestrol,
adalah metabolit yang mengandung lemak sterol (bahasa Inggris: waxy steroid)
yang ditemukan pada membran sel dan disirkulasikan dalam plasma darah.
Merupakan sejenis lipid yang merupakan molekul lemak atau yang menyerupainya.
Kolesterol ialah jenis khusus lipid yang disebut steroid. Steroids ialah
lipid yang memiliki struktur kimia khusus. Struktur ini terdiri atas 4 cincin atom
karbon.
1.1.1 Model mosaik fluida
Pada tahun
1972, Seymour
Jonathan Singer dan Garth
Nicholson mengemukakan
model mosaik fluida yang disusun berdasarkan hukum-hukum termodinamika untuk menjelaskan struktur membran sel.[3]
Pada model ini, protein
penyusun membran dijabarkan sebagai sekelompok molekul
globular heterogenus yang tersusun dalam struktur amfipatik, yaitu dengan gugus
ionik dan polar menghadap ke fase
akuatik, dan gugus non-polar menghadap ke dalam interior membran yang disebut matriks fosfolipid
dan bersifat hidrofobik. Himpunan-himpunan molekul globular
tersebut terbenam sebagian ke dalam matriks fosfolipid tersebut. Struktur
membran teratur membentuk lapisan ganda fluida yang diskontinu, dan sebagian
kecil dari matriks fosfolipid berinteraksi dengan molekul globular tersebut
sehinggal struktur mosaik fluida merupakan analogi
lipoprotein
atau protein integral
di dalam larutan membran ganda fosfolipid.
1.1.2 Lapisan ganda fosfolipid
Umumnya, membran sel
memiliki bagian kepala polar hidrofilik
dengan daya ikat gliserofosforilester yang
terdiri dari gliserol, fosfat, dan gugus
tambahan seperti kolina, serina, dll; dengan dua rantai hidrofobik asam lemak
yang membentuk ikatan ester. Pada rantai primer, ditempati oleh asam lemak jenuh
dan pada rantai sekunder ditempati oleh asam lemak tak jenuh. Bagian kepala
dapat berinteraksi dengan air maupun larutan fase akuatik, sedangkan bagian rantai akan berhimpit
membentuk matriks fosfolipid yang disebut fase internal. Antara fase internal dan fase akuatik
terjadi tegangan potensial antara 220-280 mV yang disebut tegangan potensial dipol, atau potensial membran.
Penamaan dan sifat bagian kepala fosfolipid bergantung pada jenis gugus
tambahan yang dimilikinya, antara lain terdapat sebutan fosfokolina (pc), fosfoetanolamina (pe), fosfoserina (ps), dan fosfoinositol (pi); dan masing-masing nama
senyawa fosfolipid terkait yang terbentuk pada membran sel adalah fosfatidil kolina, fosfatidil etanolamina, fosfatidil serina, dan fosfatidil inositol. Membran juga dapat
terbentuk dari senyawa lipid seperti sfingomielin, sardiolipin, atau ikatan dengan senyawa kolesterol, dan glikolipida.
Penamaan dan
sifat bagian kepala fosfolipid bergantung pada jenis gugus tambahan yang
dimilikinya, antara lain terdapat sebutan fosfokolina (pc), fosfoetanolamina (pe), fosfoserina (ps), dan fosfoinositol (pi); dan masing-masing nama senyawa
fosfolipid terkait yang terbentuk pada membran sel adalah fosfatidil kolina, fosfatidil
etanolamina, fosfatidil
serina, dan fosfatidil
inositol. Membran juga
dapat terbentuk dari senyawa lipid seperti sfingomielin, sardiolipin, atau ikatan dengan senyawa kolesterol, dan glikolipida.
1.2 Protein integral membran
Protein integral memiliki domain membentang di luar sel dan di sitoplasma.
Protein intregral juga berfungsi untuk memasukkan zat-zat yang ukurannya lebih
besar.
1.3 Protein transmembran
Protein ini terintegrasi pada lapisan lipid dan menembus 2 lapisan lipid /
transmembran. Bersifat amfipatik, mempunyai sekuen helix protein, hidrofobik,
menembus lapisan lipida, dan untaian asam amino hidrofilik. Banyak diantaranya
merupakan glikoprotein, gugus gula pada sebelah luar sel. Di sintesis di RE,
gula dimodifikasi di badan golgi
1.4 Kerangka membran
Kerangka membran atau disebut juga sitoskeleton mempunyai tiga macam jenis
yaitu mikrotubulus, mikrofilamen,dan filamen intermediet.
2. 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 daripada interstitium.
2.1 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.
2.2 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.
3. Interaksi fosfolipid
Pembentukan dwilapis
lipid adalah proses yang menguras banyak energi ketika gliserofosfolipid yang dijelaskan di atas berada di dalam lingkungan
basah. Di dalam sistem basah, gugus polar lipid berjejer menuju polar,
lingkungan basah, sedangkan ekor hidrofobik memperkecil hubungannya dengan air
dan cenderung menggerombol bersama-sama, membentuk vesikel;
bergantung pada konsentrasi
lipid, interaksi biofisika ini dapat berujung pada pembentukan misel, liposom, atau dwilapis
lipid. Penggerombolan lainnya juga
diamati dan membentuk bagian dari polimorfisma perilaku amfifila (lipid). Polimorfisme lipid adalah
cabang pengkajian di dalam biofisika
dan merupakan mata pelajaran penelitian akademik saat ini. Bentuk dwilapis dan
misel di dalam medium polar oleh proses yang dikenal sebagai efek
hidrofobik. Ketika memecah zat
lipofilik atau amfifilik di dalam lingkungan polar, molekul polar (yaitu, air
di dalam larutan air) menjadi lebih teratur di sekitar zat lipofilik yang
pecah, karena molekul polar tidak dapat membentuk ikatan hidrogen
ke wilayah lipofilik daru amfifila. Jadi, di dalam lingkungan basah, molekul air
membentuk kurungan "senyawa
klatrat" tersusun di sekitar
molekul lipofilik yang terpecah.
Pada teori mozaik fluida membran merupakan 2 lapisan lemak dalam bentuk fluida dengan molekul lipid yang dapat
berpindah secara lateral di sepanjang lapisan membran. Protein membran tersusun
secara tidak beraturan yang menembus lapisan lemak. Jadi dapat dikatakan
membran sel sebagai struktur yang dinamis dimana komponen-komponennya bebas bergerak dan dapat
terikat bersama dalam berbagai bentuk interaksi semipermanen komponen muchus
membran sel semipermanen di lapisan membran
Secara alami di alam
fosfolipid akan membentuk struktur misel (struktur menyerupai bola) atau
membran lipid 2 lapis. Karena strukturnya yang dinamis maka komponen fosfolipid
di membran dapat melakukan pergerakan dan perpindahan posisi. Pergerakan yang
terjadi antara lain adalah pergerakan secara lateral (Pergerakan molekul lipid
dengan tetangganya pada monolayer membran) dan pergerakan secara flip flop
(Tipe pergerakan trans bilayer).
4. Membran mitokondria
Hingga saat ini terdapat tiga teori mengenai membran mitokondria. Teori pertama
mengatakan bahwa mitokondria memiliki satu lapisan membran. Teori kedua
mengatakan bahwa terdapat dua lapisan membran, yaitu membran sisi dalam dan
membran sisi luar. Teori ketiga mengatakan bahwa mitokondria memiliki tiga
lapisan, yaitu membran sisi dalam, membran sisi luar dan membran plasma.
Baca Selengkapnya ....
