BAB II MEMBRAN SEL I. PENDAHULUAN Bab ini

BAB II
MEMBRAN SEL
I.
PENDAHULUAN
Bab ini menerangkan struktur membran sel dan fungsi-fungsinya.
Bagaimana membran sel berperan dalam proses transport dan dan/atau keluar
sel. Model struktur membran sel juga diterangkan sebagai gambaran sejarah
penemuan struktur membran.
Setelah mengikuti mata kuliah pokok bahasan ini diharapkan mahasiswa
dapat menyebut dan menggambarkan bagian-bagian struktur membran sel,
menganalisis fungsi membran sel, menerangkan model struktur membran sel dan
dapat menerangkan model transport ion dan molekul rnelalui membrane.
II.
MATERI
A. STRUKTUR DAN FUNGSI MEMBRAN SEL
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.
Gambar 2.1. Sel membran secara aktual. Tampak terlihat dua sel membran
yang berdekatan.
Semua membran terdiri dan phospholipid dan proteins. Rasio
protein:lipid (lemak) bervariasi: membran dalarn mitokondria mengandung 76%
protein, membran myelin hanya 18% protein dan protein sel darah manusia
44%. Komposisi lipid bervariasi antarmembran yang satu dengan yang lain.
Semua
membran
mengandung
phospholipid
sebagian
besar
berupa
phosphogliserol.
Gambar 2.2. Struktur sel membran (model fluid mosaic)
Sel membran berupa lapisan lemak ganda (bilayer) (Gambar 2.2).
Lemak tersebut bersifat amfipatik, mempunyai bagian kepala yang bersifat
hidrofilik polar dan bagian hidrofobik yang menghadap inti. Protein terdapat
didalam lapisan lemak, dalam bentuk protein trasmembran yang melewati
lapisan lemak atau hanya terdapat pada sitoplasma atau bagian permukaan
(Gambar 2.3).
2.3. Lapisan ganda (bilayer) lemak (a) dan protein yang terdapat didalamnya
(b) (Albert et al, 1994)
Model Membran
Pada awal 1930-40an, Danielli dan Davson mempelajari lapisan ganda
lemak trigiliserida dalam air. Diketahui bahwa lemak bagiam polar menghadap
keluar dan membentuk tetesan (minyak dalam air) dimana tegangan
permukaan lebih besar daripada dalam sel. Jika ditambahkan protein,
tegangan permukaan berukuran dan membran menjadi datar.
(c)
Gambar 2.4. Model struktur membran (a) model Danielli-Davson (b) model
Robertson (c) model hasil teknik freeze fracture 9, (d) model fluid mosaic
Tahun 1950an 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.
Tahun 1966, Lenard dan Singer menyatakan bahwa lebih dari 30%
protein membran berputar membentuk alfa helix yang memungkinkan
pembentukan protein sferik. Singer mempelajari lapisan ganda phospholipid
dan menemukan bahwa mereka dapat membentuk lapisan permukaan datar
dalarn air tanpa membutuhkan lapisan protein. Modeling ini ditemukan dengan
teknik “freeze fracture”. FLUID MOSAIC MODEL (Singer dan Nicholson, 1972)
sekarang diterima sebagai hipoteis struktur membran.
Membran Phospholipid
Phospholipid adalah salah satu jenis lemak utama membran,
mempunyai kelompok kepala yang bersifat polar dan dua ekor hidrokarbon.
Sebagai contoh adalah yang tampak pada gambar 2.5. dimana daerah ujung
atas adalah NH3 yang bersifat polar yang dihubungkan dengan dua ekor asam
lemak oleh gliserol. Salah satu ekor lurus (saturasi) dan yang lain bengkok
karena adanya ikatan ganda cis (unsaturasi). Struktur yang bengkok membuat
membran tidak mampat dan susah membeku.
Gambar 2.5. Struktur membran phospholipid (Wolfe, 1993) (a) Adanya ikatan
cis mencegah pemampatan dan pembekuan membran (Alberts et al., 1994) (b)
Membran Kolesterol
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 (Gambar 2.6). 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 kolestero suatu sel
membutuhkan dinding sel.
•
Kolesterol mencegah terjadinya kristalisasi hidrokarbon dan pergeseran
fase membran.
(a)
(b)
Gambar 2.6. (a) Struktur kolesterol (Alberts at al., 1994)
(b) struktur phospholipid dengan kolesterol diantaranya (Wolfe, 1993)
Membran Glycolipid
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.
Pembentukan mikrodomain
Sphingolipid dan cholesterol bekerja secara bersama-sarna untuk
membantu protein dalam daerah yang disebut “mikrodomain”. Mereka
berfungsi sebagai platform tempat pengikatan protein dan juga selama signal
transduksi.
Gambar 2.7. Membran glikolipid
Membran Protein
Protein transrnembran bersifat amfifatik, mempunyai daerah hidrofobik
dan hidrofilik yang berorientasi pada daerah yang sama pada lapisan ganda
lipid. Nama lain protein ini adalah protein integral. Sebagian protein yang lain
berikatan pada daerah permukaan sitoplasma (dengan pelekatan pada suatu
rantai asam lemak) atau pada daerah eksternal oleh oligosakarida. Protein
non-transmembran ini dapat juga berikatan pada membran protein yang lain
yang disebut protein membran periferal.
Gambar :2.8. Protein transmembran melapis lapisan lemak ganda (Wolfe,
1993)
B. MEKANISME MEMBRAN TRANSPORT
Mengingat pentingnya transport membran sel rnenggunakan beberapa
cara mekanisme. Secara sederhana mekanisme transport membran terbagi
atas difusi, difusi dipermudah (facilitated diffusion) dan trasport aktif.
Difusi
Proses difusi mengandung arti bahwa molekul 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.
Difusi Dipermudah (Facilitated Diffusion)
Difusi dipermudah menggunakan chanel protein membran yang
rnemungkin-kan 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.
Gambar 2.9. Grafik yang menunjukkan hubungan kecepatan proses transport
dan konsentrasi
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. Sebagai contoh adalah pompa Na+-K+. Pompa Na+K+ mentrasport K+ ke dalam sel dan Na+ ke luar sel dalam waktu yang sama
dan memerlukan ATP. Transport aktif sekunder menggunakan energi untuk
membentuk gradien konsentrasi yang pada akhirnya digunakan untuk
memfasilitasi proses transport molekul. Sebagai contoh adalah E.coli yang
menggunakan energi untuk membentuk gradien proton (H+), memompa proton
keluar dari sel. Proton ini kemudian berikatan dengan Iaktosa pada permease
laktosa dari protein transmembran. Permease laktosa menggunakan energi
proton untuk mentrasport Iaktosa ke dalam sel (gambar 2.10). Proses trasport
mi bergerak dalam arah yang sama dan biasa disebut symport. Proses ini
berlaku juga untuk mentrasport arabinosa dan beberapa asam amino.
Gambar 2.10. Proses transport proton-Iaktosa
Proses transport aktif sekunder yang lain adalah penggunaan pompa
Na+-K+ menghasilkan gradien Na+ yang kuat. Kemudian symport glukose-Na+
menggunakan gradien Na+ untuk mentrasport glukosa ke dalam sel.
Gambar 2.11. Proses transport glukosa-Na+
Contoh yang lain adalah sistem yang digunakan pada sel epiteliel
saluran pencernaan. Sel ini mengambil glukosa dan Na+ dari usus halus dan
mentransportnya ke dalam aliran darah menggunakan symport Na+-glucose,
glucose permeases (suatu protein difusi dipermudah), dan pompa Na+-K+.
Gambar 2.12. Sistem transport pada sel epitelial
C. TUGAS DAN LATIHAN SOAL
1. Terangkan proses aksi pompa Na+K+ pada sel hewan!
2. Sebutkan karakteristik pembeda antara transport aktif primer dan
sekunder!
III. PENUTUP
Ringkasan
•
Membran sel merupakan barier permeabel yang selektif, terorganisasi sebagai
mosaic protein dalam lapisan bimolekuler dan fosolipid yang amfipatik.
•
Suatu molekul secara selektif dapat melalui membran sel dengan proses difusi,
transport atau sitosis.
Pada pokok bahasan berikutnya akan dipelajari sistem selaput sitoplasmik,
komponen sel lain yang penting dalam organisasi sel.