STRUKTUR DAN FUNGSI MEMBRAN

Membran Sel

Membran sel atau membran plasma adalah batas yang memisahkan sel dari sel lain atau dari benda disekelilingnya. Lapisan tipis ini tebalnya kira-kira hanya 8 nm.

Membran sel berfungsi untuk mengontrol lalulintas ke dalam dan keluar sel yang dikelilinginya.

Seperti semua membran biologis, membran plasma memiliki sifat selektif permeabel. Sifat ini memungkinkan beberapa substansi dapat melintasinya dengan mudah dan substansi lain tidak bisa melintasinya.

Menurut salah satu teori evolusi kehidupan, pembentukan membran adalah hal pertama yang terjadi. Membran membatasi suatu larutan yang mempunyai komposisi berbeda dari larutan sekelilingnya, tetapi masih bisa melakukan penyerapan nutrisi dan pembuangan limbah.

Struktur membran sel terdiri atas lapisan fosfolipid, hidrofilik, dan hidrofobik

Kemampuan sel untuk membedakan pertukaran kimiawinya ini dengan lingkungannya merupakan hal yang mendasar bagi kehidupan, dan membran plasma inilah yang membuat keselektifan ini bisa terjadi.

Fungsi Membran Sel

Membran sel berfungsi sebagai barier/tameng semipermeabel yang memungkinkan molekul yang berukuran 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 utama 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.

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 seluler 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 disebabkan oleh 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 ini 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 lipida terbanyak yang menyusun selaput sel.

Karbohidrat

Peran membran karbohidrat sebagai penyusun sel adalah untuk membedakan tipe-tipe sel di sekitarnya. Karbohidrat juga berperan penting untuk memilih sel menjadi penyusun berbagai jaringan dan organ dalam embrio hewan.

Pengenalan sel dengan sel juga menjadi dasar penolakan sel asing (penolakan organ cangkokan atau transplantasi) oleh sistem kekebalan.

Karbohidrat pada membran biasanya  merupakan rantai pendek bercabang yang tersusun kurang dari 15 unit gula sebagjan diantaranya berikatan kovalen dengan lipid, membentuk molekul yang disebut glikolipid (glycolipid). 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 berbeda. Protein ini tidak disusun secara acak tetapi setiap lokasi dan orientasinya disusun pada posisi relatif tertentu pada lipid bilayer.

Protein pada membran tidak simetris yakni bagian luar membran dan bagian dalam membran tersusun berbeda. Posisi seperti ini memungkinkan membran sebelah luar berinteraksi dengan dengan ligan sektraseluer 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 berpenetrasi 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 periferal sama sekali tidak tertanam dalam lipid bilayer. Seluruhnya berlokasi 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

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 senyawa-senyawa 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 stoplasma.

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 kompatemen 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 lur dan dalam pada saat yang tepat.

Transport 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 membrane 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 membrane plasma.

Meskipun lalu lintas melalui membrane ini padat membrane sel itu bersifat selektif permeable (membrane 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 membrane 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 organel-organel 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 natrium-kalium 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 kedalam 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 kearah dalam sel.
6. Ion kalium dilepaskan kedalam 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 cairan.

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 kemudia berfusi membentuk sutau vakuola (fagosom) yang akan terpisah dengan membran plasma. Fagosom selanjutnya akan bergabung dengan lisosom untuk mencena makanan secara intraseluler.

Pada beberapa hewan tingkat tinggi, fagositosis lebih merupakan suatu mekanisme protektif dibandingkan cara pengambilan makanan. Mammalia 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 ataupun debris.
Endositosis

Pada endositosis, sel memasukan makro molekul dan materi yang sangat kecil dengan cara membentuk vesikula baru dari membrane plasma. Langkah-langkahnya pada dasarnya merupakan kebalikan dari eksositosis.

Sebagian kecil luas membrane plasma terbenam terdalam membentuk kantong. Begitu kantong ini semakin dalam, kantong ini terjepit, membentuk vesikula yang berisi materi yang telah terdapat diluar selnya. Terdapat tiga jenis endositosis, yaitu fagositosis (pemakanan 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. bulk-phase 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 membrane plasma disebut dengan eksositosis. Vesicula transfor yang lepas dari apparatus golgi dipindahkan oleh sitoskeleton ke membrane plasma. Ketika membrane vesikula dan membrane plasma bertemu, molekul lipid keduan bilayer menyusun ulang dirinya sendiri sehingga kedua membrane bergabung. Kandungan vesikulanya kemudian tumpah dari sel.

Demikian posting Biologi hari ini, semoga bermanfaaat.