Struktur Dan Fungsi Membran [PDF]

Citation preview

STRUKTUR DAN FUNGSI MEMBRAN Ditulis oleh Bio duarebu 6/11/2012 Tambah Komentar



Membran Sel



Membran sel atau membran plasma adalah batas yang memisahkan sel dari sel lain atau dari benda di sekelilingnya. Struktur membran sel terdiri atas lapisan tipis yang tebalnya sekitar 8 nm.



1 nm = 0,000000001 M Fungsi membran sel adalah untuk mengontrol lalulintas zat yang masuk dan keluar dari sel. Baca Juga 



Pengertian Sel







3 Proses Pembentukan Urine Beserta Gambar dan Tabel (Singkat)







Ribosom dan Fungsinya (Lengkap Dengan Gambar)



Seperti membran biologis lainnya, membran plasma juga memiliki sifat selektif permeabel. Sifat selektif permeabel adalah kemampuan membran untuk menyeleksi beberapa substansi yang dapat melintasinya dengan mudah dan substansi lain tidak bisa melintasinya. Membran sel tidak bisa dilalui (ditembus) oleh larutan yang mempunyai komposisi berbeda dari larutan sekelilingnya, tetapi masih bisa dilalui oleh nutrisi dan pembuangan limbah. Struktur membran sel terdiri atas lapisan fosfolipid, hidrofilik, dan hidrofobik. Adapun gambar strukturnya bisa Anda lihat pada gambar dibawah:



Struktur membran sel terdiri atas lapisan fosfolipid, hidrofilik, dan hidrofobik Kemampuan sel untuk membedakan suatu zat kimiawi merupakan kemampuan mendasar yang sangat dibutuhkan untuk kehidupan, dan membran plasma adalah bagian sel yang memiliki kemampuan tersebut.



Fungsi Membran Sel Membran sel berfungsi sebagai barier/tameng semipermeabel yang memungkinkan molekul kecil dapat keluar masuk ke dalam sel. Hasil pengamatan mikroskop elektron terhadap membran sel menunjukkan bahwa membran sel merupakan lipid bilayer. (disebut sebagai fluid-mosaic model).



Molekul penyusun utamanya adalah fosfolipid, yang terdiri dari bagian kepala yang polar (hidrofilik) dan dua ekor nonpolar (hidrofobik). Fosfolipid ini tersusun atas bagian nonpolar membentuk daerah hidrofobik yang diapit oleh daerah kepela yang pada bagian dalam dan luar membran.



Hidrofilik = Suka air Hidro fobik = Mengusir air [sumber]



Struktur Membran Sel Struktur membran sel disusun dari lemak dan protein di mana setiap komponen diikat oleh ikatan nonkovalen. Selain lemak dan protein, struktur membran sel juga terdiri dari karbohidrat. Rasio antara lemak dan protein bervariasi bergantung tipe membran sel. Misalnya antara membran plasma dan retikulum endoplasma. Tipe organisme prokariot dan eukariot juga memiliki rasio struktur yang berbeda. Membran mitokondria memiliki rasio struktur protein/lemak yang tinggi dibandingkan membran plasma pada sel darah merah.



Lipid



Lipid pada membran tersusun atas fosfolipid (lemak yang bersenyawa dengan fosfat). Fosfolipid merupakan lipid yang jumlahnya paling melimpah dalam sebagian besar membran. Fosfolipid berperan untuk membentuk membran sesuai dengan struktur molekulernya. Fosfolipid merupakan suatu molekul amfipatik yang berarti bahwa molekul ini memiliki daerah hidrofilik maupun daerah hidrofobik.



Sebagian besar membran mengandung fosfat. Molekul fosfat bersifat hidrofilik (dapat mengikat air) sedangkan molekul lemak bersifat hidrofobik (tidak dapat mengikat air). Komponen lemak lain adalah kolesterol di mana pada hewan tertentu dapat mencapai 50% dari molekul lemak yang terdapat pada membran plasma. Kolesterol tidak terdapat pada sebagai besar membran plasma tumbuhan dan bakteri. Lipid yang terdapat pada selaput dapat diekstrak dengan kloroform, eter dan benzene. Dengan menggunakan kromatografi lapis tipis dan kromatografi gas, dapat diketahui komposisi lipid pada selaput sel. Lipid yang selalu dijumpai adalah fosfolipid, sfingolipid, glikolipid dan sterol. Kolesterol merupakan lipid terbanyak yang menyusun selaput sel.



Karbohidrat Karbohidrat pada membran berperan sebagai penyusun sel dan untuk membedakan tipe-tipe sel di sekitarnya. Karbohidrat juga berperan penting sebagai pemilih sel yang menjadi penyusun berbagai jaringan dan organ dalam embrio hewan. Pengenalan sel juga menjadi dasar penolakan sel asing (penolakan organ cangkokan atau transplantasi) oleh sistem kekebalan tubuh. Karbohidrat pada membran biasanya merupakan rantai pendek bercabang yang tersusun kurang dari 15 unit gula, sebagian diantaranya berikatan kovalen dengan lipid, membentuk molekul yang disebut glikolipid. Akan tetapi sebagian besar karbohidrat berikatan kovalen dengan protein, membentuk glikoprotein.



Protein Membran protein tersusun atas glikoprotein atau protein yang bersenyawa dengan karbohidrat. Bergantung pada tipe sel dan organel tertentu dalam sel, membran memiliki 12 sampai lebih dari 50 macam protein yang berbeda. Protein ini tidak disusun



secara acak tetapi setiap lokasi dan orientasinya disusun pada posisi tertentu pada lipid bilayer. Protein pada membran tidak simetris pada bagian luar membran dan bagian dalam membran, alias tersusun dengan posisi berbeda-beda. Posisi seperti ini memungkinkan membran sebelah luar berinteraksi dengan dengan ligan ektraseluler seperti hormon dan faktor pertumbuhan, sedangkan bagian dalam dapat berinteraksi dengan molekul sitoplasma seperti protein G atau protein kinase. Terdapat dua lapisan utama membran protein.



Protein integral Protein integral adalah protein yang bercampur kedalam lipid bilayer. Protein ini dapat menembus membran sehingga memiliki domain pada sisi ekstra seluler dan sitoplasmik dari membran. Protein integral umumnya merupakan protein transmembran, dengan daerah hidrofobik yang seluruhnya membentang sepanjang interior membran hidrofobik tersebut. Daerah hidrofobik protein integral terdiri atas satu atau lebih rentangan asam amino nonpolar, yang biasanya bergulung menjadi helix a pada ujung hidrofilik molekul ini dipaparkan kelarutan aqueous pada kedua sisi membran.



Protein perifer Protein perifer sama sekali tidak ditemukan dalam lipid bilayer. Seluruhnya terdapat dibagian luar dari lipid bilayer, baik itu di permukaan sebelah ekstraseluler maupun sitoplasmik dan berhubungan dengan membran malalui ikatan non kovalen. Protein ini merupakan anggota yang terikat secara longgar pada permukaan membran, sering juga pada bagian protein integral yang dibiarkan terpapar. Protein pada membran menentukan sebagian besar fungsi spesifik membran.



Lipid anchor protein



Struktur sel terdiri atas banyak bagian seperti karbohidrat, glikoprotein, protein, kolesterol dan lain-lain Lipid anchor protein terdapat disebelah luar lipid bilayer tetapi berikatan secara kovalen dengan molekul lemak yang terdapat pada lipid bilayer. Protein membran plasma memiliki fungsi yang sangat luas antara lain sebagai protein pembawa (carrier) senyawa melalui membran sel, penerima isyarat (signal) hormonal dan meneruskan isyarat tersebut ke bagian sel sendiri atau sel lainnya. Protein selaput plasma juga berfungsi sebagai pengikat komponen sitoskeleton dengan senyawasenyawa ekstraseluler. Protein-protein permukaan luar memberikan ciri individual sel dan macam protein dapat



berubah sesuai dengan diferensiasi sel. Protein-protein pada membran sel banyak juga yang berfungsi sebagai enzim terutama yang terdapat pada selaput mitokondria, retikulum endoplasma dan kloroplas. Sebagai contoh, senyawa-senyawa fosfolipid membran plasma disintesis oleh enzim-enzim yang terdapat pada membran retikulum endoplasma. Protein membran sel memiliki kemampuan bergerak, sehingga dapat berpindah tempat. Perpindahan berlangsung ke arah lateral dengan jalan difusi. Namun tidak semu protein mampu berpindah tempat. Beberapa jenis protein integral tertahan dalam selaput oleh anyaman molekul-molekul protein yang berada tepat di bawah permukaan dalam selaput plasma. Anyaman ini berhubungan dengan sitoskelet atau rangka sel. Struktur fisiko-kimia protein selaput sel kurang diketahui, mengingat bahwa bentuknya sangat bervariasi. Berdasarkan kajian mikroskopis dan teknik freeze fracture diketahui bahwa protein dalam selaput sel berbentuk globular.



Kompartemen Membran plasma membagi protoplasma menjadi beberapa kompartemen (ruangan). Membran sel membungkus seluruh protoplasma. Membran inti memisahkan nukleoplasma dari sitoplasma. Selain itu selaput plasma membagi sitoplasma menjadi beberapa kompartemen yang disebut dengan organel. Adanya selaput ini pembatas ini sangat penting karena memungkinkan kegiatan setiap kompartemen dapat berlangsung tanpa gangguan dari kompartemen lain namun tetap dapat bekerja sama.



Barier selektif permeabel



Membran sel mencegah pertukaran materi secara bebas dari satu sisi ke sisi lain pada saat bersamaan. Membran plasma harus menjamin pertukaran molekul antara bagian luar dan dalam pada saat yang tepat.



Transpor molekul Membran plasma mengandung mesin transpor molekul dari satu sisi ke sisi lain yang mencegah molekul dengan konsentrasi rendah masuk ke dalam sel daerah yang memeiliki konsentrasi tinggi. Mesin ini memungkinkan sel mengakumulasi molekul tertentu dalam konsentari yang lebih tinggi di bandingkan di sebelah luar. Penghantaran signal Membran plasma memainkan peran penting dalam respon sel terhadap signal. Proses itu disebut dengan penghantaran signal. Membran sel memiliki resptor yang berkombinasi dengan molekul tertentu (ligan). Setiap sel berbeda memiliki reseptor berbeda, yang mampu mengenali dan berespon terhadap ligan pada lingkungan berbeda. Interaksi interseluler Membran sel memperantarai interaksi antar sel pada organisme multiseluler. Membran sel memungkinlkan sel mengenal satu sama lain, berikatan dan saling bertukar materi dan informasi Mekanisme Pengangkutan Melalui Membran Sel Molekul dan ion kecil bergerak melintasi membran plasma dalam dua arah seperti gula, asama amino dan nutrient lain memasuki sel, dan produk limbah metabolism meninggalkan sel. Sel menyerap oksigen untuk respirasi seluler dan mengeluarkan karbon dioksidal. Sel juga mengatur konsentrasi ion anorganiknya seperti Na+, K+, Ca2+ dan Ca- dengan cara mebolak-balik arahnya dari satu arah ke arah lainnya melintasi membran plasma. Meskipun lalu lintas melalui membran ini padat membran sel itu bersifat selektif



permeable (membran hanya dapat dilewati oleh ion dan molekul polar tertentu), semipermeable (mudah dilewati oleh molekul air) dan subtansi-subtansi tidak dapat melintasi rintangan tersebut secara sembarangan. Sel tersebut dapat mengambil berbagai macam molekul dan ion kecil dan menolak yang lainnya disamping itu substansi-suubstansi bergerak melintasi membran pada laju yang berbeda. Membran sel memiliki fungsi dalam pergerakkan ion atau molekul dari dalam ataupun dari luar sel. Menurut Campbell bagian tengah membran yang bersifat hidrofibik merintangi pengangkutan ion dan molekul polat yang keduanya bersifat hidrofilik. Stuktur lipid bilayer merupakan penyebab adanya sifat selektif permeabel pada membran. Gerakan molekul atau ion yang terjadi pada membran sel dan organelorganel lainnya adalah :



Difusi Difusi Sederhana



Ulustrasi proses difusi pada larutan Difusi adalah suatu proses spontan di mana molekul-molekul bergerak dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke daerah yang memiliki konsentrasi rendah. Membran bersifat selektif permeabel sehingga berpengaruh terhadap laju difusi beberapa jenis molekul. Satu jenis molekul yang berdifusi bebas menembus banyak jenis membran adalah air.



Difusi bergantung pada pergerakan secara acak dari suatu zat terlarut. Molekul-molekul dapat melewati selaput plasma dengan jalan difusi sederhana sangat terbatas jumlahnya dan untuk inipun selaput plasma masih memiliki penghalang. Mikromolekul terutama jenis hidrofobik dapat melewati membran plasma dengan mudah. Kemampuan sel untuk dapat memilah senhyaya hidrofilik dengan berat molekul (BM) kecil dari senyawa yang memiliki BM bsar sering kali disebabkan oleh adanya porus pada selaput plasma. Terdapat dua jenis porus. Jenis pertama yang dapat menembus protein integral atau di antara kelompok molekul protein transmembran. Porus jenis kedua disebut porus statistik yang terbentuk secara acak pada selaput plasma dan menembus lipid bilayer. Difusi Terfasilitasi



Difusi dari suatu senyawa atau molekul melewati membran selalu terjadi dari daerah dengan konsentasi tinggi ke daerah dengan konsentrasi rendah, akan tetapi difusi tidak selalu terjadi melalui lipid bilayer atau suatu saluran terbuka.



Sejumlah substansi diketahui berdifusi dengan terlebih dahulu berikatan dengan suatu protein mebran yang disebut dengan fasilitatif transporter yang memfasilitasi proses difusi. Pengikatan molekul atau senyawa pada fasilitastif transporter pada satu sisi akan memicu perubahan komformasi pada protein dan menyebabkan zat terlarut dapat berdifusi ke daerah yang berkonsentrasi rendah. Senyawa yang melewati membran plasma dengan jalan difusi dipermudah juga tidak memerlukan keterlibatan ATP, seperti halnya difusi sederhana. Namun gerakan senyawa dari luar ke dalam atau sebaliknya lebih cepat dari pada difusi sederhana. Hal ini disebabkan oleh adanya protein pembawa yang mempercepat pengangkutan. Molekul protein pembawa setelah mengikat senyawa atau molekul yang akan di bawa, segera memindahkan senyawa/molekul dari luar ke dalam atau sebaliknya.



Osmosis Osmosis adalah peristiwa perpindahan molekul air (pelarut) melalui membran semipermeabel dari larutan yang berkonsentrasi rendah ke larutan yang berkonsentrasi tinggi. Peristiwa osmosis ini terjadi pada sel. Peristiwa tersebut bergantung pada perbandingan konsentrasi larutan didalam dan diluar sel. Jika konsentrasi larutan diluar sel lebih rendah daripada larutan di dalam sel, berarti sel berada dalam larutan hipotenik. Konsentrasi larutan diluar sel lebih tinggi dari pada larutan didalam sel, berarti sel berada dalam larutan hipertonik.



Transpor Aktif Transpor aktif adalah transpor yang menggunakan energi untuk mengeluarkan dan memasukkan ion-ion dan molekul melalui membran sel yang bersifat selektif permeabel. Transpor aktif dipengaruhi oleh muatan listrik di dalam sel dan di luar sel. Muatan listrik ini ditentukan oleh ion natrium (Na+), ion kalium (K+), dan ion klor (C1-).



Keluar masuknya ion Na+ dan K+ diatur oleh pompa natrium-kalium. Pompa natriumkalium bertanggung jawab terhadap transpor aktif ganda Na+ dan K+ dari dalam keluar sel. ATP menyediakan energi untuk transpor. Pompa mengeluarkan tiga ion Na+ dari dalam sel untuk setiap dua ion K+ yang dimasukkan ke dalam sel. Pada protein pengangkut, terdapat untuk Na+ dan K+ yang dinamakan binding sites.



Berikut adalah gambar dan keterangan 6 tahap transpor aktif pada membran sel:



Tahapan transpor aktif yang terjadi pada membran sel 1. Tiga ion natrium (Na+) diambil dalam sel dan menempati binding sites (tempat terjadinya ikatan ion atau molekul pada membran). 2. Energi diperlukan untuk mengubah bentuk protein integral pada membran agar membuka ke bagian luar sel. 3. Protein integral pada membran membuka ke arah luar sel, kemudian melepaskan ion natrium keluar dari sel. 4. Dua ion kalium (K+) dari luar sel menempati binding sites pada protein integral.



5. Protein integral pada membran kembali pada bentuk semula, yakni membuka ke arah dalam sel. 6. Ion kalium dilepaskan ke dalam sel.



Pengangkutan Makromolekul Melewati Selaput Plasma Makromolekul seperti protein atau atau polisakarida tidak dapat lewat melalui protein transmembran yang berperan sebagai pembawa. Namun sel tetap dapat memasukkan dan mengeluarkan makromolekul-makromolekul tersebut. Pengangkutan makromolekul sangat berbeda dengan pengangkutan mikromolekul. Mekanisme pengangkutan makromolekul dari lingkungan eksternal ke dalam suatu vesikula dilakukan melalui suatu lipatan atau invaginasi membran plasma. Pengambilan makromolekul dari matriks ekstraseluer dapat dibagi menjadi dua kategori yaitu fagositosis yaitu pengambilan maromolekul padat dan pinositosis pengambilan materi berupa zat cair.



Fagositosis Fagosistosis (cell eating) adalah pengambilan bahan padat yang umum dilakukan oleh beberapa jenis sel tertentu untuk selanjutnya dibawa menuju lisosom. Organisme bersel tunggal seperti Amoeba dan Ciliata mengambil makanan dengan menangkap partikel makanan atau organisme kecil dengan melingkupinya dengan merman plasma. Lipatan kemudian berfusi membentuk sutau vakuola (fagosom) yang akan terpisah dengan membran plasma. Fagosom selanjutnya akan bergabung dengan lisosom untuk mencerna makanan secara intraseluler. Pada beberapa hewan tingkat tinggi, fagositosis lebih merupakan suatu mekanisme protektif dibandingkan cara pengambilan makanan. Mamalia memiliki berbagai macam sel fagosit seperti makrofag dan neutrofil yang terdapat di dalam darah dan jaringan lain



yang akan “memakan” organisme, sel-sel yang telah rusak, sel darah merah yang telah tua atau debris.



Endositosis



Pada endositosis, sel memasukan makro molekul dan materi yang sangat kecil dengan cara membentuk vesikula baru dari membran plasma. Langkah-langkahnya pada dasarnya merupakan kebalikan dari eksositosis. Sebagian kecil luas membran plasma terbenam terdalam membentuk kantong. Begitu kantong ini semakin dalam, kantong ini terjepit, membentuk vesikula yang berisi materi yang telah terdapat di luar selnya. Terdapat tiga jenis endositosis, yaitu fagositosis (pemakan seluler) pinositosi (peminuman seluler) dan endositosis yang diperantai reseptor. Endositosis secara umum dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu: bulk-phase endocytosis dan receptor-mediated endocytosis. Bulk-phase endocytosis mengambil cairan ektraseluler tanpa adanya proses pengenalan oleh permukaan membran plasma. bulkphase endocytosis dapat diamati dengan memberikan bahan tertentu pada medium kultur seperti enzim horseradish peroxidase yang akan di ambil oleh sel-sel pada umumnya. Receptor-mediated endocytosis merupakan pengambilan makromolekul tertentu (ligand) yang akan berikatan dengan reseptor pada permukaan luar membran.



Eksositosis Sel mensekresi makro molekul dengan cara menggabungkan vesikula dengan membran plasma disebut dengan eksositosis. Vesicula transpor yang lepas dari aparatus golgi dipindahkan oleh sitoskeleton ke membran plasma. Ketika membran vesikula dan membran plasma bertemu, molekul lipid keduan bilayer menyusun ulang



dirinya sendiri sehingga kedua membran bergabung. Kandungan vesikulanya kemudian tumpah dari sel.



I.



STRUKTUR MEMBRAN SEL (MEMBRAN PLASMA)



Membran sel sangatlah vital karena membran sel memisahkan sel dari dunia luar. Membran sel juga memisahkan kompartemen di dalam sel dan melindungi proses-proses penting. Membran sel mempunyai fungsi berbeda pada daerah dan organela yang berbeda. Akan tetapi membran sel secara umum mempunyai struktur umum yang sama. Pada sel hewan, membrane plasma merupakan struktur terluar yang membatasi sel. Dalam gambatr-gambar yang mengilustrasikan sel hewan, garis gelap terluar dari sel hewan kemudian ditunjukkan sebagai membrane plasma. Pada kenyataannya, dengan menggunakan mikroskop cahaya kita tidak akan mampu melihat membrane plasma karena ukuran ketebalannya hanya sekitar 75-95 angstrom unit. Jadi yang terlihat sebagai garis gelap yang membatasi sel di bagian luar sejatinya bukanlah membrane plasma, namun bagian dari sitoplasma yang berwarna akibat perembesan zat warna yang digunakan untuk memudahkan pengamatan.



Gambar 1. Mikrograf Membran Plasma (Sheeler dan Bianchi, 1987) Dengan menggunakan mikroskop electron membrane plasma akan nampak lebih jelas dan ternyata terdiri dari 3 lapisan yang secara fungsional merupakan satu kesatuan yang oleh Robertson disebut “unit membrane”. Sebelum membrane plasma diisolasi, sebagian teori tentang membrane plasma ini hanya didasarkan atas hasil penelitian/data yang diperoleh secara tidak langsung. Ada beberapa pendapat ahli tentang struktur membrane plasma, di antaranya sebagai berikut.



a.



Model Danielli-Davson Danielli dan Davson mempelajari lapisan ganda lemak trigiliserida dalam air. Danielli dan Davson mendasarkan struktur membrane plasma berdasarkan penelitian-penelitian fisiko-kimia, yaitu dengan membandingkan tegangan permukaan yang terjadi antara tetes minyak pada ekstrak membrane plasma dan air. Tegangan permukaan yang terjdi antara tetes minyak dengan ekstrak membrane plasma lebih rendah dibandingkan tegangan permukaan antara tetes minyak dengan air. Hal ini menunjukkan adanya zat



tertentu pada ekstrak sel yang mampu menurunkan tegangan permukaan pada batas kedua fasa. Pengamatan ini kemudian menghasilkan model membrane plasma DanielliDavson. Diketahui bahwa lemak bagiam polar menghadapkeluar dan membentuk tetesan (minyak dalam air) dimana teganganpermukaan lebih besar daripada dalam sel. Jika ditambahkan protein,tegangan permukaan berukuran dan membran menjadi datar [6].



Gambar 2. Model Membran Plasma Menurut Danielli-Davson (Sheeler dan Bianchi, 1987)



b.



Model Robertson (1950an) Pengamatan menggunakan mikroskop electron terhadap membrane sel, menunjukkan gambaran dua garis sejajar seperti sel kereta api. Robertson melihat bahwa tidak terdapat daerah pori pada membran dan menduga bahwa celah yang terlihat pada mikrograf elektron adalah merupakan ikatan antara osmium tetroxide dengan protein dan daerah polar dari lemak.



Dari kenampakan gambar tersebut, Robertson mengusulkan suatu konsep struktur baru, yaitu selaput kesatuan. Dalam konsep tersebut digambarkan lapisan lipida sebagai dua lembaran lipida, disebut dwilembar lipida (bimolecular leaflet) yang bagian hidrofiliknya bersinggungan dengan lapisan molekul protein berkonfigurasi memanjang [6].



Gambar 3. Model Membran Plasma Menurut Robertson (Sheeler dan Bianchi, 1987) Dengan model ini dapat diduga bahwa lapisan membentuk ketebalan 3,5 nm dan lapisan molekul protein setebal 2,0 nm. Dengan demikian, model ini dapat menjelaskan ketebalan membrane plasma pada umumnya 7,5 nm.



c.



Model Singer dan Nicolson (1960an-1970an) Dengan ditemukannya teknik pengelupasan beku (freeze fracture) pada mengamatan mikroskopi electron, teknik-teknik pelacakan seperti dikroisme sirkuler dan teknik penandaan protein, timbul gagasan baru tentang struktur membrane plasma, yaitu bahwa lapisan molekul protein pada membrane plasma bukan merupkan lapisan yang berkesinambungan melainkan sebagai sebaran molekul-molekul protein yang terpisah-pisah. Orientasi protein dalam interaksinya dengan lapisan lipida dapat berbeda-beda, di antaranya protein yang terbenam dalam lapisan lipida (protein integral), dan protein yang menempel pada permukaan lapisan lipida (protein perifer) [6]. Terdapat dua kelompok protein intergral:



 



Protein transmembran  terentang dari permukaan dalam ke permukaan luar Protein yang sebagian terbenam pada lapisan lipid dan sebagiannya tersembul keluar lapisan dwilembar lipid.



Berdasarkan model ini, membrane plasma diperkirakan ketebalannya sekitar 8,5 nm. Ketebalan ini sesuai dengan adanya molekul protein globuler pada membrane plasma. Model ini selanjutnya disebut dengan FLUID MOSAIC MODEL (Singer dan Nicholson, 1972), sekarang diterima sebagai hipoteis struktur membran.



Gambar 4. Model Fluid-Mozaic Model Membran Plasma (Alberts, dkk., 2009)



Cermati dan pelajari video mengenai struktur membran mozaik-cair membran plasma pada link berikut. Komponen Penyusun Membran Plasma Struktur dasar membrane sel sangat mendukung fungsinya sebagai pembatas lingkungan luar dari lingkungan dalam sel, dan lingkungan luar organel dari lingkungan dalamnya. Komposisi lipid, protein, dan karbohidrast (pada glikoprotein dan glikolipid) bervariasi sesuai dengan macam selaputnya dan dapat berubah sesuai tingkat perkembangan sel, umur, dan lingkungan. Tabel 1 komposisi membrane plasma pada berbagai organel Membran



Protein



Lipid



Karbohidrat



Myelin



18



79



3



Eritrosit manusia



49



43



6



Sel hati mencit



44



52



4



Amoeba



54



42



4



Halobacterium



75



25



0



Mitokondria: membrane dalam



76



24



0



Kloroplas bayam: Lamela



70



30



0



Membran plasma pada:



Selanjutnya, komposisi masing-masing fraksi plasma sangat menentukan kecairan selaput. Pengertian kecairan menyengkut ciri-cirikekenyalan, kekentalan, dan kemudahana melakukan perubahan sifat fisikokemis, untuk dapat mempertahankan keutuhan fungsi selaput plasma. Perubahan fisikokemis tersebut dapat terjadi dari keadaan seperti agar-agar (gel) menjadi lebih encer (sol). Membran sel dalam Fosfolipid Bilayer Struktur dan fungsi sel sangat bergantung pada membran plasma. Secara umum, struktur penyusun membran sel berada dalam bentuk fosfolipid bilayer. Fosfolipid bilayer (dua lapis pospolipid), terdiri dari:  



Kepala hidrofilik (penyuka air) yang berada pada bagian luar (di luar sel dan pada sitoplasma) Ekor hidrofobik (tidak suka air) yang terbenam di dalam lapisan.



Gambar 5. Struktur fosfolipif bilayer (Alberts, dkk., 2009) Secara structural, ekor pospolipid terdiri dari ikatan C tidak jenuh (mengandung ikatan rangkap), terlihat sebagai berikut.



Gambar 6. Struktur Fosfolipid (Alberts, dkk., 2009) Pada membran plasma, kepala hindrofilik dari pospolipid terpapar ke lingkungan kaya air (luar sel dan sitoplasma), sementara ekor hifrofobik terkurung di bagian dalam lapisan, sebagai berikut.



Gambar 7. Posisi Fosfolipif Bilayer terhadap Air (Alberts, dkk., 2007) Dengan adanya membran pospolipid bilayer secara langsung membentuk stabilitas pada membran plasma, dengan adanya kepala pospat terpapar ke air di lingkungan luar dan dalam dan ekor hidrofobik terbenam di dalam membran. Lipid membangun sekitar 50% dari massa membran, namun porsi ini bervariasi seusai dengan tipe memran. Sebagai contoh, membran sel dibangun oleh 50% lipid dan 50% protein sementara membran dalam mitokondria mengandung sekitar 75% protein yang sebagian besar tersebar sebagai kompleks transport elektron dan posporilasi oksidatif [4].



Cermati dan pelajari video mengenai struktur fosfolipif membran plasma pada link berikut. 1.



Struktur dan Fungsi Protein Membran Plasma



Protein pada membrane plasma terdiri dari:



a.



b.



protein intergral, terletak di dalam fosfolipid bilayer, ada yang menembus seluruh lapisan dan ada yang tidak. Protein amfifatik dengan bagian polarnya menghadap air. Protein amfifatik, mempunyai daerah hidrofobik dan hidrofilik yang berorientasi pada daerah yang sama pada lapisan ganda lipid. Protein perifer, bukan merupakan protein amfifatik, sebagian besar terdapat pada permukaan sitoplasma dari membrane plasma dan melekat pada bagian polt integral [1].



Protein integral bisa bergerak, seperti perahu yang mengapung di atas air (phospholipid diibaratkan sebagai air), tetapi jika berikatan dengan protein perifer akan lebih sulit untuk bergerak. Protein pada membrane plasma mempunya fungsi yang luas;



a. b. c. d. e.



fungsi sebagai pembawa (carrier) senyawa yang melewati plasma, menerima isyarat (signal)hormonal dan meneruskan isyarat tersebut ke bagian sel itu sendiri atau ke sel lainnya, sebagai pengikat komponen sitoskeleton dengan senyawa-senyawa ektrasel, molekul protein permukaan dapat berperan sebagai penciri sel, dikarenakan jenis protein permukaan dapat berubah sesuai diferensiasi sel, protein membrane plasma juga dapat berperan sebagai enzim (biokatalisator) teruatama pada selaput mitokondria, kloroplas, dan reticulum endoplasma, sebagai contoh; senyawa-senyawa pospolipid membrane plasma disintesis oleh enzim-enzim membrane reticulum endoplasma [2].



Beberapa jenis protein membran adalah sebagai berikut.



Gambar 7. Jenis Protein Integral pada Membran Plasma (Alberts, dkk., 2007)



2.



Struktur dan Fungsi Lipid Membran Plasma



Membran plasma terutama disusun dari molekul-molekul lipid dan protein. Kedua jenis molekul ini dapat mengalami glikosilasi menjadiglikolipid. Glikolipid sangat bervariasi dalam hal panjang rantai dan pola ikatan glikosil yang akan menentukan sifat dan fungsi selaput plasma. Senyawa lemak berperan dalam menentukan keenceran membrane plasma [3].



3.



Struktur dan Fungsi Karbohidrat Membran Sel



Semua sel eukariotik memiliki molekul karbohidrat pada permukaan luarnya dengan berat total 2-10% dari total berat membran. Senyawa tersebut berupa oligosakarida ataupun polisakarida yang terikat kovalen dengan protein atau lipid membrane, sehingga membentuk glikoprotein atau glikolipid. Glikolipid termasuk dalam komponen membran. Glikolipid kemungkinan mengalami mikroagregasi. Komponen ini berperan sebagai pelindung, insulator, dan tempat ikatan reseptor. Racun sel termasuk kolera dan tetanus berikatan melalui glikosfingolipid.



Selubung sel/ glikokaliks pada sel eukariotik merupakan daerah permukaan luar membrane sel yang banyak mengandung karbohidrat. Karbohidrat diduga berperan penting dalam proses pengenalan sel dengan sel. 4. Fungsi Kolesterol Membran Sel Kolesterol juga termasuk komponen membran yang jumlahnya bervariasi tergantung dan tipe membran. Membran plasma mempunyai satu kolesterol tiap satu molekul phospholipid. Membran lain yang menyeliputi bakteri tidak mempunyai kolesterol. Molekul kolesterol menyisip dalam membran seperti phospholipid. Kolesterol dalam membran mempunyai beberapa fungsi antara lain: 



 



Memobilisasi beberapa kelompok hidrokarbon pertama dari phospholipid. Hal ini membuat lapisan ganda lemak mudah berubah bentuk dan menurunkan permeabilitas molekul larut air. Tanpa kolesterol suatu sel membutuhkan dinding sel. Kolesterol mencegah terjadinya kristalisasi hidrokarbon dan pergeseran fase membran. Keberadaan kolesterol pada membran plasma menyebabkan membran menjadi kurang cair [3].



Gambar 8. Struktur Kolesterol



Gambar 9. Kolesterol di dalam Membran Plasma (Alberts, dkk., 2009)



II. 1. 2. 3. 4.



III. 1.



FUNGSI MEMBRAN PLASMA Membentuk suatu batas yang fleksibel untuk melindungi isi sel dan memisahkan sel dari lingkungannya Membuat kontak dengan sel lain atau zat di luar sel Menyediakan reseptor hormone, enzim, nutrisi, antigen, atau antibody Menyeleksi zat yang akan masuk atau keluar sel [5].



KARAKTERISTIK MEMBRAN PLASMA Makromolekul tidak dapat melewati membrane plasma sehingga sitoplasma yang sebagian besar adalah protein tetap berada di dalam sel



2. 3. 4. 5. 6.



IV.



Membrane plasma dapat menjaga keseimbangan elektrolit Membrane plasma mempunyai kemampuan memfasilitasi transpor aktif Membrane plasma mempunyai kemampuan memfasilitasi transportasi air Zat-zat yang larut dalam lemak dapat melewati membrane plasma Membrane plasma mampu mengadakan invaginasi. Hal ini memungkinkan terjadinya mekanisme pinositosis dan fagositosis, serta memungkinkan dimasukkannya membrane plasma dari kelompok organel sel [4].



MEKANISME TRANSPORT MEMBRAN



Mengingat pentingnya transport membran sel rnenggunakan beberapa cara mekanisme. Secara sederhana mekanisme transport membran terbagi atas difusi, difusi dipermudah (facilitated diffusion) dan trasport aktif.



A. Transport Pasif 1.



Difusi



Proses difusi mengandung arti bahwa molekul-molekul kecil dapat bergerak melewati membran secara langsung. Difusi selalu mengikuti gradien konsentrasi yang membatasi konsentrasi maksimum dalam sel (atau luar sel jika yang lewat adalah produk samping). Efektifitas proses difusi juga dibatasi oleh kecepatan difusi molekul sehingga selain difusi (yang umumnya digunakan oleh air) sel harus menggunakan proses transport yang lain sesuai butuhannya [1].



Gambar 10. Difusi (Alberts, dkk., 2009) Kecepatan difusi dipengaruhi oleh:   



Ukuran molekul Gradient konsentrasi Kelarutan lemak



2.



Osmosis



Osmosis terjadi pada molekul air (H2O), yang bergerak dari daerah dengan tekanan air tinggi ke daerah dengan tekanan air rendah.



Gambar 11. Osmosis (Alberts, dkk., 2009)



3.



Difusi Dipermudah (Facilitated Diffusion)



Difusi dipermudah menggunakan protein chanel dan protein carrier pada membran yang rnemungkinkan molekul bermuatan untuk berdifusi. Chanel ini sebagian besar digunakan oleh ion-ion seperti K+, Na+, dan CI-. Kecepatan proses ini dibatasi oleh ketersediaan chanel protein yang terbatas. Molekul yang ditransport melalui mekanisme ini adalah ion, asam amino, dan gula.



Gambar 12. Difusi terfasilitasi (Alberts, dkk., 2009)



Gambar 13. Grafik yang menunjukkan hubungan kecepatan proses transport dan konsentrasi (Alberts, dkk., 2009)



B. Transport Aktif Transport aktif memerlukan energi untuk mentrasport molekul melalui membran. Proses transport aktif merupakan satu-satunya proses yang dapat mentrasport molekul dari gradient konsentrasi rendah ke tinggi (up concentration gradient). Seperti juga difusi dipermudah, trasport aktif juga dibatasi oleh ketersediaan protein transporter. Terdapat dua kategori urnum proses transport aktif, primer dan sekunder. Transport aktif primer membutuhkan energi (biasanya hidrolisis ATP) yang mengakibatkan perubahan konformasi dan tnemfasilitasi transport molekul lewat membran.



Gambar 14. Transport Aktif (Alberts, dkk., 2009)



C. Endositosis dan Eksositosis Endositosis dan eksositosis terjadi melalui pembentukan vesikel. Disebut endositosis jika partikel bergerak menuju ke dalam sel. Endositosis bisa berupa pinositosis, jika partikel yang masuk berupa cairan, dan fagositosis jika partikel yang masuk berupa molekul besar.



Gambar 15. Endositosis (Alberts, dkk., 2009) Eksositosis adalah jika partikel bergerak ke luar sel. Biasanya vesikel yang mengeluarkan partikel ini adalah vesikel sekretori.



Gambar 16. Eksositosis (Alberts, dkk., 2009)



REFERENSI



1. 2.



Alberts, Bruce, Hopkin Johnson, Lewis Raff, Roberts Walter, 2009, Essential Cell Biology: 3rd Edition. Retrieved on July 20 2015 fromhttp://www.garlandscience.com Bolsover, Stephen, Jeremy S. Hyam, Elizabeth A. Stephard, Hugh A, White, Claudia G. Wiedemann, 2003, Cell Biology; A Short Course, Retrieved on July 20 2015 from http://www.garlandscience.com



3. 4. 5. 6.



Coscun, Unal, kai Simons, 2011, Cell Membranes: The Lipid Perspective, Retrieved on September 7 2017 from https://publications.mpi-cbg.de/Coskun_2011_4586.pdf Karp, Gerald, 2010, Cell and Molecular Biology: Concept and Experiment, Retrieved on August 4th 2017 fromhttp://dosequis.colorado.edu/Courses/MCDB3145/Docs/Karp120-171.pdf Kimbal, J. W. 1990. Biologi. Terjemahan dari Biology oleh Hj. Siti Sutarmi dan N. Sugiri. IPB. Bogor. Bumi Aksara. Jakarta Sheeler, P. and D. E. Bianchi. 1987. Cell and Molecular Biology. Third Edition. John Wesley and Sons, Inc. New York.



Struktur Fungsi Membran sel Sridianti24/03/2019



Membran sel adalah meliputi luar dari sel yang melindungi organel internal. Atau dikenal sebagai membran plasma, melaksanakan berbagai fungsi vital. Ini adalah fakta umum bahwa sel adalah blok bangunan dasar kehidupan. Sebuah sel membentuk unit struktural dan fungsional dasar dari setiap makhluk hidup. Sementara beberapa organisme, seperti bakteri bersel tunggal, sebagian besar makhluk hidup lainnya yang multiseluler. Dalam kasus organisme multiseluler, ada berbagai jenis sel, yang ditugaskan dengan tugas yang berbeda. Ketika fungsi dari berbagai jenis sel bervariasi, bagian-bagian individu dari sel juga memiliki tugas mereka sendiri. Ilustrasi berikut menunjukkan membran plasma (membran sel) serta organel internal sel. Pada dasarnya ada dua jenis sel – eukariotik serta prokariotik. Sedangkan tanaman, hewan, jamur, protozoa, dll memiliki sel eukariotik, sel prokariotik ditemukan pada bakteri saja. Struktur dasar sel eukariotik yang bersangkutan termasuk bagian seperti Ribosom, DNA, vesikel, retikulum endoplasma (RE) aparatus Golgi, sitoskeleton, mitokondria, vakuola, sentriol, lisosom, sitoplasma, membran plasma dan dinding sel. Sementara sel-sel tumbuhan memiliki vakuola besar dan dinding sel tertentu, sel-sel hewan tidak memiliki dinding sel tetapi beberapa mungkin memiliki vakuola yang sangat kecil. Jadi dalam kasus sel hewan, membran sel adalah penutup terluar.



Struktur Membran sel Atau dikenal sebagai membran plasma atau plasmalemma, membran sel adalah salah satu bagian penting dari sebuah sel yang membungkus organel internal. Membran ini memisahkan interior sel dari lingkungan luar. Lebih tepatnya, membran ini secara fisik memisahkan isi sel dari lingkungan luar, tetapi pada tanaman, jamur, dan beberapa bakteri, ada dinding sel yang mengelilingi membran ini. Namun, dinding sel bertindak sebagai dukungan mekanis yang pejal. Fungsi sebenarnya dari membran sel adalah sama dalam kedua kasus dan tidak banyak diubah oleh kehadiran semata dari dinding sel.



Bagian-bagian Sel



Fosfolipid: Membran sel terbuat dari dua lapis fosfolipid dan setiap molekul fosfolipid memiliki kepala dan sepasang ekor. Kepala daerah hidrofilik (ketertarikan terhadap molekul air) dan ujung ekor hidrofobik (tinggal jauh dari molekul air). Kedua lapisan fosfolipid yang diatur sedemikian rupa sehingga daerah kepala membentuk permukaan luar dan dalam membran ini dan ekor berakhir mendekati ke tengah membran sel. Selain fosfolipid, membran sel menampung jenis molekul protein, yang tertanam di lapisan fosfolipid. Sebagian besar dari molekul protein ini serta fosfolipid ini mampu pergerakan lateral.



Struktur Membran sel (klik untuk memperbesar)



Protein Membran: Protein ini dapat diklasifikasikan menjadi tiga subdivisi utama – integral, protein perifer dan lipid-anchored. Bagian integral menjangkau seluruh lebar membran sel, sedangkan yang perifer ditemukan pada permukaan bagian dalam atau luarnya. Mereka yang berada di kategori ketiga ditemukan berlabuh ke membran dengan bantuan molekul lipid. Sementara beberapa molekul protein memberikan dukungan struktural pada membran, beberapa lainnya yang melekat pada sitoskeleton yang tersuspensi dalam sitoplasma. Ada protein tertentu yang bertanggung jawab untuk transportasi ion dan molekul melintasi membran sel. Beberapa protein memiliki fungsi lain, seperti sel untuk komunikasi sel, identifikasi, aktivitas enzimatik dan sinyal. Beberapa protein membran plasma yang terletak di lapisan ganda lipid dan disebut protein integral. Protein lain, yang disebut protein perifer, berada di luar dari lapisan ganda lipid. Protein perifer dapat ditemukan di kedua sisi lapisan ganda lipid: dalam sel atau di luar sel. Membran protein dapat berfungsi sebagai enzim untuk mempercepat reaksi kimia, bertindak sebagai reseptor untuk molekul tertentu, atau bahan transportasi melintasi membran sel. Komponen lain: Komponen utama dari membran sel fosfolipid dan protein. Namun, ia memiliki molekul kolesterol yang membuat membran kaku dan fleksibel. Mereka juga membuat sulit untuk zat larut air untuk melewati membran. Pada permukaan luar membran sel, glikolipid dan glikoprotein ditemukan. Mereka adalah apa-apa selain lipid dan molekul protein melekat pada karbohidrat rantai pendek. Semua komponen ini bekerja bersama-sama untuk melaksanakan fungsi membran sel.



Kolesterol Ketika Anda mendengar kata kolesterol, hal pertama yang Anda mungkin pikirkan adalah bahwa itu buruk. Namun, kolesterol sebenarnya merupakan komponen yang sangat penting dari membran sel. Molekul kolesterol terdiri dari empat cincin hidrogen dan atom karbon. Mereka adalah hidrofobik dan ditemukan di antara ekor hidrofobik dalam lipid bilayer. Molekul kolesterol sangat penting untuk menjaga konsistensi dari membran sel. Mereka memperkuat membran dengan mencegah beberapa molekul kecil



dari persimpangan itu. Molekul kolesterol juga menjaga ekor fosfolipid sampai bersentuhan dan pemadatan. Hal ini memastikan bahwa membran sel tetap cairan dan fleksibel.



Karbohidrat Karbohidrat, atau gula, kadang-kadang ditemukan menempel pada protein atau lipid pada bagian luar membran sel. Artinya, mereka hanya ditemukan di sisi ekstraseluler membran sel. Bersama karbohidrat ini membentuk glikokaliks. Glikokaliks sel memiliki banyak fungsi. Hal ini dapat memberikan bantalan dan perlindungan bagi membran plasma, dan juga penting dalam pengenalan sel. Berdasarkan struktur dan jenis karbohidrat dalam glikokaliks, tubuh Anda dapat mengenali sel dan menentukan apakah mereka harus berada di sana atau tidak. Mereka Glikokaliks juga dapat bertindak sebagai perekat untuk menempelkan sel bersama-sama. Membran sel sendiri mempunyai mirip seperti ‘rangka’ yang akan memberikan dukungan bentuk pada sel yang dinamakan dengan jangkar Sitoskeleton, dan membran sel juga berperan dalam tranportasi atau keluar masuknya zat dalam sel. Membran sel juga berfungsi untuk: Interaksi dengan sel lain; Komunikasi dengan sel lain; Melakukan Aktivitas Metabolik. Uraian topik ini akan dibahas pada judul lain yaitu transportasi membran sel pada artikel berikutnya.



Fungsi membran Membran plasma sel memiliki dua peran utama: Ini adalah penghalang fisik. Ini mengatur pertukaran materi dengan lingkungannya.



Fungsi membran sebagai Penghalang fisik Membran sel penting karena memisahkan dan melindungi sel dari lingkungannya. Hal ini memungkinkan kondisi intraseluler sel menjadi sangat berbeda dengan kondisi ekstraseluler. Sebagai contoh, sel-sel saraf dalam tubuh Anda akan mempertahankan konsentrasi tinggi kalium dibagian dalam. Di luar, dalam cairan ekstraselular, ada sangat sedikit kalium dan banyak



sodium. Perbedaan konsentrasi ini mutlak diperlukan untuk fungsi sel-sel saraf, yang mengirim sinyal atau impuls saraf.



Fungsi membran sebagai Selektif permeabel Suatu struktur membran sel dan sifat, seperti memiliki daerah luar hidrofilik dan daerah bagian hidrofobik, mencegah banyak zat memasuki atau meninggalkan sel. Ini bagus karena itu berarti bahwa bahan-bahan yang tidak diinginkan tidak sengaja masuk ke dalam sel. Namun, banyak bahan, seperti glukosa nutrisi, perlu untuk menyeberangi membran sel. Selain itu, zat-zat limbah harus keluar dari sel. Jika mereka tidak, limbah akan menumpuk dan menjadi racun bagi sel. Membran sel mampu mengatur apa yang masuk dan apa yang keluar dari sel. Ini disebut permeabilitas selektif. Hanya molekul yang sangat kecil, seperti air, oksigen atau karbon dioksida, dapat dengan mudah melewati lipid bilayer dari membran sel. Setiap zat lain yang harus melintasi membran sel harus melewati protein transport. Protein ini sangat spesifik tentang apa yang mereka transportasikan. Misalnya, membran sel Anda memiliki transporter yang hanya akan memungkinkan pergerakan molekul glukosa. Ada yang lain dengan struktur yang berbeda yang hanya mengangkut sodium.



Ringkasan Membran sel, atau membran plasma, mengelilingi dan melindungi lingkungan internal sel, namun, ini tidak semata fungsinya. Sebuah membran sel juga dapat menentukan apa bahan memasuki atau meninggalkan sel. Hal ini memastikan bahwa sel-sel akan dapat menyingkirkan limbah dan mengambil nutrisi penting dan gas. Membran plasma adalah mosaik fluida. Ini berarti bahwa itu adalah fleksibel dan terdiri dari berbagai jenis molekul. Fosfolipid membentuk struktur dasar dari membran sel, yang disebut lapisan ganda lipid. Tersebar di lapisan ganda lipid adalah molekul kolesterol yang membantu untuk menjaga cairan membran. Membran protein penting untuk mengangkut zat melintasi membran sel. Mereka juga dapat berfungsi sebagai enzim atau reseptor. Di sisi cairan ekstraselular dari membran sel, Anda menemukan karbohidrat. Mereka membantu sel untuk diakui sebagai jenis tertentu dari sel dan penting untuk memegang sel bersama-sama.



Mekanisme trasnpor melalui membran - Sebagai substansi yang hidup, sel melakukan suatu kerja yang memerlukan zat-zat dari luar sebagai bahan baku dan mengeluarkan zat-zat sisa sebgai hasil metabolisme internal. Sel harus melakukan pembatasan terhadap “mileu” internalnya yang memiliki komposisi yang berbeda dengan lingkungan sekitarnya, agar kerja internalnya dapat berjalan maksimal karena didukung kondisi lingkungan yang sesuai. Untuk menjalankan kegiatan keluar masuk zat ke dalam sel, substansi hidup ini di lengkapi dengan selaput berupa membran yang berketebalan 8 nm. Membran tipis inilah yang menjadi pintu gerbang dalam keluar masuknya zat dari dan ke sel. Satu sifat penting yang harus ada dalam membrane ini untuk menunjang fungsinya yaitu permeabilitas selektif. Permeabilitas selektif di ketahui sebagai suatu sifat yang mengizinkan suatu jenis zat untuk lewat lebih cepat dari zat lainnya atau bahkan tidak mengizinkan sama sekali suatu jenis zat untuk melewatinya.



Dalam mengkaji suatu materi biologis, struktur dan fungsi sangat bertalian erat. Membran plasma dalam menunjang fungsinya sebagai pintu gerbang aliran zat tentu memiliki struktur khusus. Menurut Gorter dan Grendel (dalam Campbell, 2002:142), membran sel sebenarnya harus berupa bilayer fosfolipid, yang tebalnya dua molekul. Bilayer seperti ini dapat menjadi suatu batas stabil antara dua ruangan aqueous karena susunan molekulernya melindungi ekor hidrofobik fosfolipid dari air dan membiarkan kepala kepala hidrofilik masuk ke air (GAMBAR 1).



Gambar 1. Model sederhana bilayer



Teori tersebut mengalami penyempurnaan dengan menambahkan protein integral dan perifer sebagai bagian dari struktur membran, sehingga dibuatlah suatu model baru



membran yang disebut mosaik fluida. Protein ini menyebar di seluruh permukaan membran sebagai protein intergral yang membujur di lapisan membran dan sebagai protein perifer yang menempel di permukaan membran. (GAMBAR 2).



Gambar 2. Model mosaik fluida Model mosaik yang dijelaskan sebelumnya adalah model paling mutakhir yang menjelaskan adanya protein sebagai bagian dari arsitektur membran sel. Pengaturan keluar masuknya zat melalui membran sangat terbantu dengan adanya model ini. Zatzat yang keluar masuk melintasi membran mengalami dua jenis transpor. Yaitu transpor pasif dan transpor aktif. Transpor pasif adalah mekanisme transpor zat baik itu keluar ataupun masuk yang terjadi secara spontan berdasarkan suatu kecenderungan materi untuk bergerak dari tempat yang memiliki konsentrasi lebih tinggi ke tempat yang memiliki konsentrasi lebih rendah. Singkatnya zat-zat bergerak menuruni gradien konsentrasi. Sebagai contoh adalah molekul-molekul oksigen yang bergerak melintasi membran semi permeabel dengan menuruni gradien konsentrasinya (GAMBAR 3). Artinya molekul gula berpindah dari konsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi lebih rendah. Sel tidak memerlukan energi untuk gerakan spontan ini, karena perbedaan gradien konsentrasi itulah yang merupakan energi potensial bagi perpindahan zat.



Gambar 3. Difusi molekul oksigen melintasi membran



Tidak hanya partikel selaku zat padat yang memiliki pergerakan melintasi membran, namun air juga memiliki jenis pergerakan sendiri. Pergerakan air sangat bergantung pada konsentrasi zat terlarut di dalamnya. Transpor pasif air atau osmosis adalah pergerakan air melalui membran semi permeabel dari larutan yang memiliki konsentrasi zat terlarut lebih rendah (hipotonik) ke larutan yang memiliki konsentrasi zat terlarut lebih tinggi (hiperosmotik). Pergerakan ini memiliki makna apabila terdapat dua jenis larutan yang berbeda konsentrasinya. Sehingga dapat diketahui ke mana arah pergerakan air berdasarkan konsentrasi zat terlarut pada masing-masing larutan yang tentu saja dibatasi oleh membran semi permeabel. Pergerakan air ini akan berhenti atau mencapai titik kesetimbangan saat perbedaan nilai konsentrasi zat terlarut pada kedua larutan mencapai titik yang sama (GAMBAR 4).



Gambar 4. Proses osmosis Protein pada pemukaan membran yang telah disinggung di penjelasan mengenai model membran memiliki fungsi khusus sebgai bagian dari struktur membran dan dalam kaitannya dengan transpor zat melalui membran. Difusi yang dipermudah atau terfasilitasi adalah difusi pertikel melalui membran sel yang mengunakan protein



spesifik yang ada di permukaan membran untuk membantu proses difusi. Proteinprotein spesifik tertentu dapat mengubah konformasinya dan menangkap molekul zat tertentu yang spesifik terhadap protein tersebut, untuk kemudian di salurkan ke sisi lain membran. Pada jenis difusi ini, hanya zat-zat tertentu yang bisa melakukan interaksi dengan protein spesifik membran. Jenis pergerakan kedua untuk zat melintasi membran adalah transpor aktif yang membutuhkan energi sebagai penggerak prosesnya. Energi dibutuhkan karena pada transpor aktif pergerakan zat yang terjadi adalah melawan gradien konsentrasinya. Sehingga dapat diibaratkan pergerakan yang melawan arus, dan tentu saja membutuhkan energi dari luar untuk menjalankan prosesnya. Energi yang digunakan dalam proses trasnpor aktif adalah dalam bentuk ATP atau adenosin tripospat, yang merupakan molekul energi umum pada hampir seluruh proses biologis. Secara singkat proses transpor aktif membutuhkan pelepasan satu buah ikatan pospat berenergi tinggi dari molekul ATP untuk berikatan dengan protein spesifik yang tertanam di membran sel. Perlekatan ini akan mengubah konformasi protein sedemikian rupa sehingga cocok dengan molekul zat akan di transpor (GAMBAR 6). ATP yang kehilangan satu ikatan pospatnya akan menjadi molekul ADP atau adenosin di pospat. ADP akan mengalami metabolisme untuk penambahan satu ikatan pospat berenergi tinggi untuk menjadi molekul ATP yang siap pakai untuk menjalankan proses biologis lainnya.



Gambar 6. Proses transpor aktif Untuk molekul-molekul dengan ukuran yang besar, tidak dimungkinkan untuk melewati membran dengan berdifusi atau melalui transpor aktif. Sebagai gantinya terdapat mekanisme eksositosis dan endositosis yang memungkinkan makromolekul untuk melewati membran. Eksositosis adalah mekanisme untuk mentranspor materi keluar dari sel. Organel sel yang memiliki peran dalam proses ini adalah aparatus golgi yang melakukan pengemasan mejadi vesikula-vesikula untuk disekresikan. Vesikula yang terbentuk dari aparatus golgi akan dipindahkan menuju membran sel. Vesikula



tersebut nantinya akan mengalami penyatuan dengan membran dan melepaskan materinya ke lingkungan di luar sel (Gambar 7).



Gambar.7 Eksositosis



Sementara itu endositosis adalah mekanisme untuk memasukkan makromolekul ke dalam sel melalui membran sel. Terdapat tiga jenis proses endositosis, yang pertama adalah fagositosis. Pada dasarnya fagositosis adalah kebalikan dari eksositosis, dimana materi ekstraselular melekat di membran dan terjadi pelekukan ke dalam atau cleavage. Zat yang dimasukkan ke dalam sel dengan fagositosis adalah materi yang berukuran besar. Sebagai contoh suatu amuba yang ”memakan” bakteri dengan menggunakan kaki semu (pseudopodia). Kedua pseudopodia nantinya akan menyatu di baian ujung dan menyelubungi seluruh bakteri. Pelekukan yang semakin dalam ini nantinya akan memisahkan diri dari membran sel dan menjadi vakuolavakuola. (GAMBAR 8).



Gambar 8. Fagositosis Kedua, pinositosis. Proses ini hampir sama dengan fagositosis namun untuk molekul yang memiliki ukuran lebih kecil. Biasanya berupa droplet atau tetesan cairan yang di dalamnya mengandung bahan-bahan makanan (GAMBAR 9).



Gambar 9. Pinositosis Ketiga, endositosis yang di perantarai reseptor. Kita sudah mengetahui dari pembahasan sebelumnya bahwa terdapat protein-protein spesifik yang tertanam di lapisan membran sel. Fungsi protein ini selain menunjang proses difusi terfasilitasi juga mendukung terjadinya proses endositosis yang diperantarai reseptor. Dalam proses pinositosis, materi ekstraselular yang dimasukkan tidaklah seragam dan masih memungkinkan materi lain yang tidak diperlukan tercampur dalam droplet. Namun, hal ini bisa dihindari dengan menggunakan protein-protein sebagai reseptor spesifik bagi suatu molekul. Protein yang merupakan reseptor spesifik suatu molekul berkumpul di suatu tempat pada permukaan luar membran plasma. Molekul-molekul tertentu yang memiliki konformasi yang sesuai akan melekat pada reseptor tersebut. Hasil pelekatan tersebut akan mengubah konformasi komplek molekul-reseptor dan membran sel tempat reseptor tertanam, untuk kemudian membentuk pelekukan ke dalam (Gambar 10). Pelekukan ini semakin dipermudah dengan adanya protein pelapis di wilayah tampat banyak reseptor spesifik tertanam. Protein pelapis ini yang berperan dalam mengubah bentuk membran sel agar terbentuk suatu lekukan ke dalam. Pelekukan yang semakin dalam akan didapatkan jika molekul yang menempel pada reseptor semakin banyak. Endositosis yang diperantarai reseptor memungkinkan sel mendapatkan suatu jenis molekul dalam jumlah yang besar ketika kandungan molekul tersebut kecil di lingkungan ekstraselular.



Gambar 10. Endositosis yang diperantarai reseptor



Struktur dan fungsi organel selular Semua organisme tersusun dari sel, yang merupakan unit struktural dan fungsional terkecil yang bisa dikatakan hidup. Seperti dalam semua kajian dalam bidang biologi bahwa struktur berkaitan erat dengan fungsinya, sama halnya dengan sel. Semua sel berasal dan memiliki tingkat keterkaitan dengan sel-sel pendahulunya. Struktur internal sel merupakan suatu unit struktural dan fungsional terkecil yang dapat dikatakan ”hidup”. Sehingga terdapat kerumitan yang cukup mengesankan dari organisasi bagian-bagiannya. Kondisi internal sel berdasarkan fungsinya dibagi menjadi organel-organel. Organel-organel tersebut dimiliki oleh semua sel, baik itu sel hewan maupun sel tumbuhan. Terdapat beberapa perbedaan mendasar antara sel tumbuhan dan sel hewan. Diantaranya adalah terdapatnya dinding sel dan vakuola pusat yang besar hanya pada sel tumbuhan, terdapatnya flagela dan sentriol hanya pada sel hewan, dan terdapatnya lisosom hanya di sel hewan. Masing-masing organel memiliki fungsinya masing-masing sesuai dengan struktur yang dimilikinya. Terdapat beberapa organel yang sama-sama dimiliki baik itu oleh sel hewan atau pun sel tumbuhan. Pertama, inti sel. Inti sel merupakan pusat pengendali semua aktivitas seluler, di mana semua sinyal-sinyal kimiawi untuk menjalankan kegiatan sel berawal. Pada sel eukariotik, di dalam inti sel terdapat materi genetik yang berisi informasi-informasi genetis suatu sel. Materi-materi genetis dalam inti sel terdiri atas benang-benang kromatin. Benang-beng kromatin ini terdiri dari DNA dan protein. Di dalam inti sel terdapat anak inti (nukleolus) yang berfungsi dalam pembuatan ribosom (GAMBAR 12).



Inti sel memiliki pori-pori yang berkelompok membentuk kompleks, yang berfungsi sebagai tempat keluar masuknya zat dari dan menuju inti sel. Inti dipisahkan dari lingkungan sitoplasma oleh selubung inti yang merupakan membran ganda. Lapisan dalam selubung inti sel dilapisi oleh lamina nukleus yang berfungsi memperkuat selubung inti.



Gambar 12. Struktur inti sel Kedua, ribosom. Organel ini berfungsi sebagai pabrik yang memproduksi protein. Jumlah ribosom terkait erat dengan aktivitas pembentukan protein. Semakin tinggi aktivitasnya akan semakin banyak pula ribosom yang terdapat dalam sel tersebut. Ribosom terbuat dari RNA ribosomal dan protein. Dalam pembuatan protein, ribosom dapat menempati lokasi di sitoplasma yaitu berupa ribosom bebas dan ribosom terikat di sistem endomembran (GAMBAR 13).



Gambar 13. Ribosom



Seperti di sebutkan sebelumnya bahwa terdapat ribosom yang terikat di sistem endomembran. Sistem endomembran itu sendiri adalah komponen yang mengatur lalu lintas protein dan menjalankan fungsi metabolik di dalam sel. Terdapat beberapa komponen dalam sistem endomembran, yaitu selubung inti, retikulum endoplasma, aparatus golgi, lisosom, vakuola, dan membran plasma. Retikulum endoplasma yang kemudian akan disebut RE, sebagai organel yang menyediakan tempat bagi produksi protein menempati setengah dari jumlah membran yang ada di kebanyakan sel eukariotik. RE terdiri dari RE kasar dan RE halus yang bersambungan langsung dengan selubung inti di bagian hulunya (GAMBAR 14).



Gambar 14. Retikulum endoplasma



RE halus, dinamakan demikan karena penampakannya yang halus jika dilihat menggunakan mikroskop elektron. Fungsi utama dari RE halus adalah sebagai tempat pembentukan lipid, termasuk fosfolipid dan steroid. RE halus juga berperan dalam detosifikasi berbagai jenis racun.



Jenis RE yang kedua adalah RE kasar. Disebut demikian karena jika dilihat menggunakan mikroskop elektron akan tampak permukaannya yang kasar. Hal ini



terkait dengan ribosom yang menempel padanya, sebagai bagian dari sistem endomembran. Fungsi utama dari RE adalah membentuk protein sekretoris, yaitu protein yang akan dikemas untuk keperluan ekstraselular. Protein yang disintesis pada ribosom teikat dijaga oleh jalinan RE kasar agar tidak tercampur dengan protein hasil sintesis oleh ribosom bebas. Nantinya produk tersebut akan dibungkus oleh vesikula untuk dilanjutkan ke organel sel lainnya untuk persiapan sekresi. Terkait dengan produk sekretoris, terdapat aparatus Golgi yang merupakan bagian dari sistem endomembran. Aparatus Golgi banyak terkandung dalam sel-sel yang mensekresikan produk, karena fungsinya untuk melakukan penyortiran, penyimpanan, dan pengiriman produk ke luar sel. Organel ini terdiri dari banyak tumpukan membran pipih, yang disebut sisterne, yang memisahkan ruang antar membran dengan sitosol. Terdapat dua bagian dalam tumpukan sisterne, yaitu bagaian muka cis dan bagian mukatrans. Muka cis berhadapan dengan ujung RE yang menerima vesikula dan melakukan proses lebih lanjut terhadap isi dari vesikula tersebut. Sedangkan muka trans berhadapan dengan membran sel untuk mengeluarkan produk yang telah diolah oleh sisterne untuk kemudian di sekresikan ke ruang ekstraselular (Gambar 15). Tidak semua produk yang diolah oleh aparatus Golgi adalah berasal dari RE. Organel ini juga memproduksi beberapa jenis zat sendiri. Sebagai contoh adalah asam hialuronat, cairan yang berfungsi membantu merekatkan sel-sel hewan agar menjadi sesuatu yang padu.



Gambar 16. Aparatus Golgi



Organel-organel lainnya yang dimiliki bersama oleh sel hewan maupun tumbuhan adalah mitokondria dan peroksisom. Mitokondria dapat disebut sebagai ”baterai” bagi sel karena menghasilkan energi dalam bentuk ATP sebagai hasil dari respirasi selular yang terjadi di dalamnya. Mitikondria memiliki membran ganda yang merupakan fosfolipin bilayer dengan komposisi protein tertanam membran yang unik. Membran dalam mitokondria, yang disebut krista, menjadi tempat bagi proses transpor elektron sebagai langkah terakhir dalam respirasi selular yang menghasilkan energi berwujud



ATP dalam jumlah besar. Sementara bagian yang berisi substansi cair di antara krista adalah matriks mitokondria (GAMBAR 17). Jumlah mitikondria sebagai penghasil energi terkait erat dengan tingkat aktivitas suatu sel. Dengan demikian semakin tinggi aktivitas selulernya maka akan semakin banyak mitokondria yang dapt ditemukan dalam suatu sel.



Gambar 17. Mitokondria



Gambar 17. Mitokondria Kemudian peroksisom yang merupakan organel metabolik khusus yang memiliki satu buah membran. Fungsi utama dari organel ini adalah untuk mengoksidasi zat-zat karena mengandung enzim pengoksidasi. Hasil dari metabolisme tersebut adalah zat beracun yang disebut hidrogen peroksida yang akan diolah menjadi air. Pada tumbuhan, peroksisom memiliki nama lain yaitu glioksisom, yang terdapat pada daerah penyimpan zat lemak di biji. Fungsi glioksisom adalah spesifik yaitu melakukan metabolisme yang memulai suatu proses pengubahan asam lemak menjadi gula, sebagai zat makanan untuk tumbuh bagi biji (GAMBAR 18).



Gambar 18. Glioksisom pada sel tumbuhan Salah satu kegiatan sel lainnya adalah melakukan pemasukan zat-zat dari lingkungan ekstraselular ke lingkungan intarselular. Caranya adalah dengan menggunakan mekanisme endositosis yang telah dibahas sebelumnya. Setelah zat-zat asing masuk sel akan melakukan pengolahan dan ”pencernaan” terhadap zat asing tersebut. Organel yang berperan dalam proses ini adalah lisosom dan hanya dimiliki oleh sel hewan. Nama organel ini diambil dari kata ”lisis” yang berarti pecah, sesuai dengan fungsinya untuk mencerna, merombak, dan memecah materi komplek menjadi lebih sederhana. Pencernaan yang dilakukan di dengan lisosom di dalam sel dinamakan pencernaan intraselular. Lisosom sendiri merupakan suatu kantung yang mengandung enzim hidrolitik yang dapat merombak makromolekul besar menjadi molekul-molekul sederhana penyusunnya. Nantinya molekul penyusun sederhana ini akan dikeluarkan ke sitosol sebagai bahan baku kegiatan intraselular. Enzim hidrolitik bekerja aktif dalam keadaan asam yang disebabkan oleh pemompaan ion hidrogen ke dalam lisosom. Setelah suatu vakuola makanan terbentuk, yang biasanya melalui proses fagositosis, dan bergerak di dalam sitosol, lisosom akan bergabung dengan vakuola makanan dan mengeluarkan semua enzim hidrolitiknya untuk mencerna zat di dalam vakuola tersebut (GAMBAR 19a).



Gambar 19a. Pencernaan molekul hasil fagositosis



Suatu sel dapat mencerna organel-organelnya sendiri yang sudah tidak berfungsi, yang disebut autofagi. Proses ini berjalan dengan melingkupi organel-organel non-fungsional dengan vesikula dan kemudian lisosom akan menggabungkan diri ke dalam vesikula tersebut. Enzim hidrolitik dari lisosom akan mencerna dan memecah organel menjadi molekul sederhana dan mengeluarkannya ke sitosol (GAMBAR 19b)



Gambar 19b. Autofagi



Terakhir, ada satu organel yang hanya dimiliki oleh sel tumbuhan. Terkait tumbuhan yang merupakan organisme autotrof atau yang dapat menghsilkan makanan sendiri, terdapat organel yang disebut kloroplas. Organel kloroplas banyak mengandung pigmen hijau atau klorofil. Selain itu organel ini memunyai membran ganda. Struktur internal kloroplas terdiri dari banyak tumpukkan membran pipih yang mengandung pigmen klorofil, disebut tilakoid. Kemudian tilakoid ditumpuk menjadi komplek grana. Cairan di luar tilakoid disebut stroma (GAMBAR 20). Fungsi utama organel ini adalah sebagai tempat fotosintesis untuk pembentukan amilum atau pati sebagai zat makanan.