Laporan Physio Ex [PDF]

Citation preview

LAPORAN HASIL PRAKTIKUM MEKANISME TRANSPOR SEL DAN PERMEABILITAS MODUL SEL DAN GENETIKA



Disusun Oleh: Tomi Rita Noviana Dellaneira Ananda Solideo Gloria Tering



I1011161003 I1011161028 I10111610 I10111610



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN DOKTER FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS TANJUNGPURA PONTIANAK 2017



CHAPTER I INTRODUCTION 1.1 Background Study Transport of materials across the plasma membrane is essential to the life of a cell. Certain substances must move into the cell to support metabolic reactions. Other substances that have been produced by the cell for export or as cellular waste products must move out of the cell. [1] Substances generally move across cellular membranes via transport processes that can be classified as passive or active, depending on whether they require cellular energy. In passive processes, a substance moves down its concentration or electrical gradient to cross the membrane using only its own kinetic energy (energy of motion). Kinetic energy is intrinsic to the particles that are moving. There is no input of energy from the cell. An example is simple diffusion. In active processes, cellular energy is used to drive the substance “uphill” against its concentration or electrical gradient. The cellular energy used is usually in the form of ATP. An example is active transport. Another way that some substances may enter and leave cells is an active process in which tiny, spherical membrane sacs referred to as vesicles are used. Examples include endocytosis, in which vesicles detach from the plasma membrane while bringing materials into a cell, and exocytosis, the merging of vesicles with the plasma membrane to release materials from the cell. [1] 1.2 Literature Review 1.2.1 Diffusion Diffusion {diffundere, to pour out} may be defined as the movement of molecules from an area of higher concentration of the molecules to an area of lower concentration of the molecules. Several factors influence the diffusion rate of substances across plasma membranes: [1]  Steepness of the concentration gradient. The greater the difference in concentration between the two sides of the membrane, the higher the rate of diffusion



1







Temperature. The higher the temperature, the faster the rate of diffusion. All of the body’s diffusion processes occur more rapidly







in a person with a fever. Mass of the diffusing substance. The larger the mass of the diffusing particle, the slower its diffusion rate. Smaller molecules







diffuse more rapidly than larger ones. Surface area. The larger the membrane surface area available for







diffusion, the faster the diffusion rate. Diffusion distance. The greater the distance over which diffusion must occur, the longer it takes. Simple diffusion is a passive process in which substances move



freely through the lipid bilayer of the plasma membranes of cells without the help of membrane transport proteins. Nonpolar, hydrophobic molecules move across the lipid bilayer through the process of simple diffusion. Such molecules include oxygen, carbon dioxide, and nitrogen gases; fatty acids; steroids; and fat-soluble vitamins (A, D, E, and K). Small, uncharged polar molecules such as water, urea, and small alcohols also pass through the lipid bilayer by simple diffusion. Simple diffusion through the lipid bilayer is important in the movement of oxygen and carbon dioxide between blood and body cells, and between blood and air within the lungs during breathing. It also is the route for absorption of some nutrients and excretion of some wastes by body cells. [1] Solutes that are too polar or highly charged to move through the lipid bilayer by simple diffusion can cross the plasma membrane by a passive process called facilitated diffusion. In this process, an integral membrane protein assists a specific substance across the membrane. The integral membrane protein can be either a membrane channel or a carrier. In channel-mediated facilitated diffusion, a solute moves down its concentration gradient across the lipid bilayer through a membrane channel. Most membrane channels are ion channels, integral 2



transmembrane proteins that allow passage of small, inorganic ions that are too hydrophilic to penetrate the nonpolar interior of the lipid bilayer. Each ion can diffuse across the membrane only at certain sites. [1]



In carrier-mediated facilitated diffusion, a carrier (also called a transporter) is used to move a solute down its concentration gradient across the plasma membrane). The solute binds to a specific carrier on one side of the membrane and is released on the other side after the carrier undergoes a change in shape. The solute binds more often to the carrier on the side of the membrane with a higher concentration of solute. Once the concentration is the same on both sides of the membrane, solute molecules bind to the carrier on the cytosolic side and move out to the extracellular fluid as rapidly as they bind to the carrier on the extracellular side and move into the cytosol.



The



number of carriers available in a plasma membrane places an upper limit, called the transport maximum, on the rate at which facilitated diffusion can occur. Once all of the carriers are occupied, the transport maximum is reached, and a further increase in the concentration gradient does not increase the rate of facilitated diffusion and exhibits saturation. [1] 1.2.2



Tekanan Osmotik Jika larutan dengan konsentrasi zat terlarut berbeda (dan karenanya konsentrasi airnya juga berbeda) dipisahkan oleh suatu membran yang memungkinkan lewatnya air, misalnya membran plasma, maka air akan berpindah secara pasif mengikuti penurunan gradien konsentrasinya dari daerah dengan konsentrasi air tinggi (konsentrasi zar terlarut rendah) ke daerah dengan konsentrasi air rendah (konsentrasi zat terlarut tinggi) . Difusi netto air ini dikenal sebagai osmosis. Karena larutan selalu disebut dalam kaitannya dengan konsentrasi zat terlarut, maka air berpindah dengan osmosis ke daerah dengan konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi. Meskipun ada kesan bahwa zat terlarut "menarik" air namun osmosis tidaklah lebih dari



3



difusi air mengikuti penurunan gradien konsentrasinya menembus membran. Karena membran permeabel terhadap zat terlarut dan air maka zat terlarut dapat berpindah mengikuti penurunan gradien konsentrasinya dalam arah yang berlawanan dengan arah perpindahan netto air. [2] Tekanan osmotik suatu larutan adalah ukuran kecenderungan air untuk berpindah ke dalam larutan tersebut karena konsentrasi relatif zat terlarut yang tidak dapat menembus membran dan air. Perpindahan netto air berlanjut sampai tekanan hidrostatik yang berlawanan mengimbangi tekanan osmotik. Besar tekanan osmotik setara dengan besar tekanan hidrostatik yang diperlukan untuk menghentikan osmosis secara total. Semakin besar konsentrasi zat terlarut nonpenetrans (yang tidak dapat menembus membrane)  semakin rendah konsentrasi air  semakin besar dorongan bagi air untuk berpindah dengan osmosis dari air murni ke larutan  semakin besar tekanan yang diperlukan untuk menghentikan aliran osmotik  semakin besar tekanan osmotik larutan. Karena itu, larutan dengan konsentrasi zat terlarut nonpenerrans yang tinggi menimbulkan tekanan osmotik yang lebih besar daripada laruran dengan konsentrasi zat terlarut nonpenetrans yang rendah. Osmosis adalah gaya utama yang berperan dalam perpindahan netto air masuk dan keluar sel. Setiap detik membran plasma dilewati oleh air yang.jumlahnya sekitar 100 kali daripada volume air di dalam suatu sel. Namun



volume



sel



tubuh



normal



biasanya



tidak



bertambah



(membengkak) atau berkurang (menciut) karena konsen trasi zat-zat terlarut nonpenetrans di CES nomalnya diatur secara cermat (terutama oleh ginjal) sehingga tekanan osmotik di CES sama dengan tekanan osmotik di dalam sel. osmosis-menyebabkan perpindahan netto molekul-molekul yang mampu menembus membran plasma berkat 1.2.3



ukuran nya yangkecil atau kelarutannya dalam lemak. [2] Filtration The direction of fluid movement can be either into or out of capillary. When net fluid is out of the capillary into the interstitial fluid, it is called filtration. Filtration can also defined as the movement 4



of solute molecules and water across a membrane. In the body filtration is also achieved by means of a physical pump, the heart, which effects the rate of filtration by effecting the pressure of the blood vessels. The size of the membrane pores dictate the molecules that may pass. Some functions of the liver and kidneys are based upon filtration. [1]



1.2.4



Transpor Aktif Transpor aktif merupakan salah satu transpor membran yang menggunakan protein pembawa untuk memindahkan bahan tertentu menembus membran, tetapi dalam hal ini pembawa memindahkan bahan melawan gradient konsentrasinya. Sebagai contoh, penyerapan iodium oleh sel kelenjar tiroid mengharuskan transpor akrif karena 99% iodium dalam tubuh terkonsentrasi di tiroid. Untuk memindahkan iodium dari darah ke dalam tiroid, yang konsentrasinya jauh lebih rendah jika dibandingkan konsentrasinya di dalam tiroid maka diperlukan energi untuk menjalankan molekul pembawa. [2] Terdapat dua bentuk transpor aktif, yaitu transpor aktif primer dan transpor aktif sekunder. [2] a. Transpor Aktif Primer Pada transpor aktif primer, energi dalam bentuk ATP dibutuhkan oleh protein pembawa untuk berubah bentuk. Semua protein pembawa transpor aktif primer bekerja sebagai enzim yang memiliki aktivitas ATPase, yang berarti bahwa ATPase memutus fosfat terminal dari molekul ATP guna menghasilkan adenosine diphosphate (ADP) dan phosphate inorganic (Pi). Berikut cara kerja transpor aktif primer: [2] 1) Pompa Na+-K+ memiliki 3 tempat pengikatan afinitas-tinggi Na+ dan 2 pengikatan afinitas-rendah K+ ketika bentuk protein pembawa menghadap ke CIS. 2) Ketika 3 Na+ dari CIS terikat ke pompa, ATP akan dipecah menjadi ADP dan fosfat; gugus fosfat akan terikat ke pompa juga. 3) Fosforilasi



akan



menyebabkan



pompa



berubah



bentuk



sedemikian rupa sehingga tempat pengikatan Na+ terpajan ke sisi



5



membran yang berlawanan. 3 Na+ akan dilepaskan ke CES yang konsentrasi Na+-nya lebih tinggi. 4) Perubahan bentuk juga akan menyebabkan pengikatan 2 ion K+. 5) Ketika 2 K+ dari CES terikat ke pompa, gugus fosfat akan dilepaskan. Defosforilasi menyebabkan pompa kembali kebentuk semula 6) Dua K+ dilepaskan ke CIS (yang yang konsentrasi K +-nya lebih tinggi). Pada saat yang bersamaan afinitas tempat pengikatan Na + juga akan mengalami peningkatan sehingga kembali ke langkah 1). Pompa Na+-K+ memiliki tiga peran penting: [2] 1) Pompa ini membentuk gradien konsentrasi Na+ dan K+ di kedua sisi membran plasma semua sel; gradien ini sangar penring dalam kemampuan sel saraf dan otot untuk menghasilkan sinyal listrik yang esensial bagi fungsi mereka 2) Pompa ini membantu mengatur volume sel dengan mengontrol konsentrasi zat-zat terlarut di dalam sel sehingga efek osmotik yang dapat menyebabkan pembengkakan atau penciutan sel berkurang. 3) Energi yang digunakan unruk menjalankan pompa Na +-K+ juga secara tidak langsung berfungsi sebagai sumber energi bagi kotranspor glukosa dan asam amino menembus sel usus dan ginjal. Proses ini dikenal sebagai transpor aktif sekunder. b. Transpor Aktif Sekunder Contoh aplikasi dari transpor aktif sekunder adalah saat sel usus dan ginjal secara aktif memindahkan glukosa dan asam amino dari daerah dengan konsentrasi rendah ke daerah dengan konsentrasi tinggi. Sel usus memindahkan nutrien-nutrien ini dari bagian dalam lumen usus ke dalam darah, memekatkan mereka di darah sampai tidak ada lagi molekul-molekul ini yang tertinggal di lumen untuk keluar melalui tinja. Sel ginjal menyelamatkan molekul-molekul nutrien ini untuk tubuh dengan memindahkan mereka keluar dari cairan yang akan menjadi urin, mengangkut mereka melawan gradien konsentrasi ke dalam darah. Namun, pada mekanisme ini energi tidak secara langsung diberikan ke molekul pembawa. [2]



6



Pembawa yang mengangkut glukosa melawan gradien konsentrasinya dari lumen usus dan ginjal berbeda dengan pembawa pada difusi terfasilitasi glukosa. Pembawa di sel usus dan ginjal adalah pembawa kotranspor (simport) yaitu mereka memiliki dua tempat pengikatan, satu untuk Na+ dan yang lain untuk molekul nutrien. [2] Pengikatan Na+ ke pembawa kotranspor meningkatkan afinitas pembawa terhadap penumpang lainnya (misalnya glukosa), sehingga pembawa memiliki afinitas tinggi terhadap glukosa ketika terpajan ke luar. Ketika Na+ dan glukosa terikat ke protein pembawa, protein pembawa mengalami perubahan bentuk dan membuka ke bagian dalam sel. Baik Na + maupun glukosa akan dilepaskan ke CIS. [2] Perpindahan Na+ ke dalam sel oleh pembawa kotranspor ini mengikuti penurunan gradien konsentrasi karena konsentrasi Na+ intrasel



yang



rendah,



tetapi



perpindahan



glukosa



bersifat



“menanjak” karena glukosa mengalami pemekatan intrasel. [2] Na+ yang dibebaskan dengan cepat dipompa keluar oleh mekanisme transpor aktif Na+-K+ sehingga kadar Na+ intrasel dijaga tetap rendah. Energi yang digunakan dalam proses ini tidak secara Iangsung digunakan untuk menjalankan pembawa kotranspor, karena tidak diperlukan fosforilasi untuk mengubah afinitas tempar pengikatan terhadap glukosa. [2] Pembentukan gradien konsentrasi Na+ oleh mekanisme transpor aktif primerlah yang menjalankan mekanisme transpor aktif sekunder ini untuk memindahkan glukosa melawan gradient konsentrasinya. Pada transpor aktif primer, energi secara hngsung digunakan untuk memindahkan suatu bahan melawan gradien konsentrasinya. [2] Pada transpor aktif sekunder, energi dibutuhkan pada keseluruhan proses, tetapi tidak secara langsung diperlukan untuk menjalankan pompa. Pompa menggunakan energi "bekas" yang tersimpan dalam bentuk gradien konsentrasi ion (misalnya gradien



7



Na+) untuk memindahkan molekul kotransport melawan gradien (menanjak). [2] Hal ini sangat eftsien, karena Na+ tetap harus dipompa keluar untuk mempertahankan integritas listrik dan osmotik sel. Glukosa dibawa masuk ke sel menembus membran luminal oleh transpor aktif sekunder kemudian secara pasif mengalir keluar sel menembus membran basolateral oleh difusi terfasilitasi mengikuti penurunan gradien konsentrasi dan masuk ke darah. [2] Lain halnya dengan antiport (juga dikenal sebagai kontratranspor), solut dan Na+ bergerak berlawanan arah melintasi membran – Na+ ke dalam sel sedangkan solutnya ke luar sel. Contoh dari antiport ini adalah Na+- Ca2+ dan Na+- H+. Pada Na+- Ca2+ sel menjaga kadar Ca2+ tetap rendah supaya Ca2+ tidak mengaktifkan enzim yang proapoptotik. Sedangkan, Na+- H+ memegang peran penting dalam mempertahankan pH yang pas di dalam sel. [2]



CHAPTER II METHODOLOGY This experiment was done using Physio-Ex 9.0 version, Exercise 1 Cell Transport Mechanisms and Permeability, Activity 1-5.



8



9



CHAPTER III RESULTS AND DISCUSSION *The experiment results and discussions were attached.



10



CHAPTER IV CONCLUSION Substances move across the membrane of the cell via transport processes that can be classified as passive of active, depending on whether they require cellular energy. Passive transports do not require energy in the form of ATP but the kinetic energy from the constant motion of the molecules. Diffusion and filtration are the examples of passive transport. Active transports require ATP for the movement against the concentration gradient.



11



REFERENCES 1. Tortora GJ and Bryan D. Principles of Anatomy and Physiology 12 th Edition. USA: John Wiley & Sons. 2009. 2. Sherwood, Lauralee. Fisiologi Manusia dari Sel ke Sistem Edisi Ke-6. Jakarta: EGC. 2012.



12