MEKANISME TRANSPOR ZAT MELALUI MEMBRAN
(Apakah yang terjadi jika sel tumbuhan atau hewan, misalnya sel darah merah ditempatkan dalam suatu tabung yang berisi larutan dengan sifat larutan yang berbeda-beda?
- Pada larutan isotonis, sel tumbuhan dan sel darah merah akan tetap normal bentuknya.
- Pada larutan hipotonis, sel tumbuhan akan mengembang dari ukuran normalnya dan mengalami peningkatan tekanan turgor sehingga sel menjadi keras.
- Berbeda dengan sel tumbuhan, jika sel hewan/sel darah merah dimasukkan dalam larutan hipotonis, sel darah merah akan mengembang dan kemudian pecah /lisis, hal ini karena sel hewan tidak memiliki dinding sel.
- Pada larutan hipertonis, sel tumbuhan akan kehilangan tekanan turgor dan mengalami plasmolisis (lepasnya membran sel dari dinding sel),
- Sedangkan sel hewan/sel darah merah dalam larutan hipertonis menyebabkan sel hewan/sel darah merah mengalami krenasi sehingga sel menjadi keriput karena kehilangan air)
Membran sel adalah komponen sel yang sangat penting yaitu menjadi jalan utama keluar masuknya molekul ataupun ion ke dalam dan keluar sel.
- Organisasi molekuler membran mengakibatkan permeabilitas selektif.
- Hal ini berarti membran mengatur molekul dan ion yang bisa keluar dan masuk sel sehingga substansi-substansi tersebut tidak dapat melintas secara sembarangan.
- Sel tersebut dapat mengambil berbagai macam molekul dan ion kecil dan menolak yang lainnya.
- Molekul yang dapat melintasi bilayer lipid dengan cepat adalah molekul kecil, larut dalam lipid, hidrofobik, dan nonpolar.
- Molekul hidrofobik seperti hidrokarbon, CO2, dan O2 dapat larut dalam membran dan melintasinya dengan mudah.
- Molekul sangat kecil yang polar tetapi tidak bermuatan juga dapat melewati membran dengan lebih lambat.
- Contohnya ialah air, urea,gliserol, dan etanol. Bilayer lipid tidak sangat permeabel terhadap molekul polar tak bermuatan yang lebih besar seperti glukosa dan sukrosa. Bilayer ini relatif tidak permeabel terhadap ion, sekalipun ion-ion kecil seperti H+, K+, dan Na+.
Zat-zat atau materi keluar masuk sel dengan melewati membran sel.berdasarkan aliran gradien elektrokimia dibagi menjadi transpor aktif dan transpor pasif.
- Transpor pasif artinya molekul melewati membran tanpa melawan gradien konsentrasi dan sel tidak mengeluarkan energi,
- misalnya air secara osmosis
- dan O2 secara difusi.
- Ada juga mekanisme difusi yang dipermudah dengan menggunakan protein spesifik atau sering juga disebut transpor terfasilitasi.
- Sedangkan transpor aktif membutuhkan energi karena harus melawan gradien konsentrasi, misalnya pompa Na dan K.
- Transpor aktif dan pasif diperantarai oleh protein carrier yang berikatan dengan sumber energi.
- Protein ini akan mengikat senyawa yang akan ditranspor dengan adanya perubahan pada konformasi protein.
- Protein carrier membantu molekul keluar masuk sel dengan mekanisme “ping-pong”.
- Transpor ini relatif lambat karena molekul yang masuk ditahan dulu dalam protein carrier yang memediasi difusi kemudian baru dikeluarkan ke dalam sel.
- Selain protein carrier, transpor pasif juga dapat melewati protein channel.
- Protein ini tidak mengikat senyawa yang akan ditranspor, berupa lubang hidrofilik sepanjang lipid bilayer.
- Transpor melalui channel lebih cepat daripada melalui carrier.
1. Transpor Pasif
- Transpor pasif merupakan perpindahan zat yang tidak memerlukan energi.
- Perpindahan zat ini terjadi karena perbedaan konsentrasi antara zat atau larutan.
- Transpor pasif melalui peristiwa difusi, osmosis, dan difusi terbantu.
Difusi
- Proses ini merupakan perpindahan molekul larutan berkonsentrasi tinggi menuju larutan berkonsentrasi rendah tanpa melalui selaput membran.
- Teansport menunjukkan proses terjadinya difusi.
- Pada permulaan percobaan semula molekul glukosa ada di bagian A.
- Setelah beberapa saat, proses difusi menyebabkan konsentrasi glukosa di A turun dan di B naik dengan kecepatan yang sama.
- Setelah 3 jam, konsentrasi pada kedua ruang tersebut sama dan keseimbangan akan tercapai.
- Difusi pada membran sel (selaput plasma)
- Proses difusi sering terjadi pada tubuh kita.
- Tanpa kita sadari, tubuh kita selalu melakukan proses ini, yaitu pada saat kita menghirup udara.
- Ketika menghirup udara, di dalam tubuh akan terjadi pertukaran gas antarsel melalui proses difusi.
- Contoh lain proses difusi adalah saat kita membuat minuman sirup.
- Sirup yang kita larutkan dengan air akan bergerak dari larutan yang konsentrasinya tinggi ke larutan yang konsentrasinya rendah.
- Pada masing-masing zat, kecepatan difusi berbeda-beda.
- Untuk contoh kasus yang dijelaskan, yaitu antara sirup dan gas, maka kecepatan difusi sirup lebih besar pada gas.
- Silahkan anda cari lagi contoh proses difusi lain yang pernah anda ketahui!
- Air akan berpindah dari A menuju B melalui membran semi permeabel sehingga diperoleh hasil larutan isotonis,
- Isotonis yaitu konsentrasi air sama untuk dua larutan antara A dan B,
- Walaupun hasil akhirnya nanti volume antara A dan B berbeda.
- Setelah terjadi osmosis, maka gambar prosesnya menjadi seperti berikut.
- Dari ilustrasi itu dapat disimpulkan bahwa osmosis adalah proses perpindahan air dari zat yang berkonsentrasi rendah (hipotonis) ke larutan yang berkonsentrasi tinggi (hipertonis) melalui membran semipermeabel
- Sehingga didapatkan larutan yang berkonsentrasi seimbang (isotonis).
- Peristiwa osmosis dapat kita temukan dalam kehidupan sehari-hari antara lain pada penyerapan air melalui bulu-bulu akar, dan mengerutnya sel darah merah yang dimasukkan ke dalam larutan hipertonis.
Difusi Terbantu
- Proses difusi terbantu difasilitasi oleh suatu protein.
- Difusi terbantu sangat tergantung pada suatu mekanisme transpor dari membran sel.
- Difusi terbantu dapat ditemui pada kehidupan sehari-hari, misalnya pada bakteri Escherichia coli yang diletakkan pada media laktosa.
- Membran sel bakteri tersebut bersifat impermeabel sehingga tidak dapat dilalui oleh laktosa.
Setelah beberapa menit kemudian bakteri akan membentuk enzim dari dalam sel yang disebut permease, yang merupakan suatu protein sel.
- Enzim permease inilah yang akan membuatkan jalan bagi laktosa sehingga laktosa ini dapat masuk melalui membran sel.
2. Transpor Aktif
- Transpor aktif merupakan transpor partikel-partikel melalui membran semipermeabel yang bergerak melawan gradien konsentrasi yang memerlukan energi dalam bentuk ATP.
- Transpor aktif berjalan dari larutan yang memiliki konsentrasi rendah ke larutan yang memiliki konsentrasi tinggi, sehingga dapat tercapai keseimbangan di dalam sel.
- Adanya muatan listrik di dalam dan luar sel dapat mempengaruhi proses ini, misalnya ion K+, Na+dan Cl+.
- Peristiwa transpor aktif dapat Anda lihat pada peristiwa masuknya glukosa ke dalam sel melewati membran plasma dengan menggunakan energi yang berasal dari ATP.
- Contoh lain terjadi pada darah di dalam tubuh kita, yaitu pengangkutan ion kalium (K) dan natrium (Na) yang terjadi antara sel darah merah dan cairan ekstrasel (plasma darah).
- Kadar ion kalium pada sitoplasma sel darah merah tiga puluh kali lebih besar daripada cairan plasma darah.
- Tetapi kadar ion natrium plasma darah sebelas kali lebih besar daripada di dalam sel darah merah.
- Adanya pengangkutan ion bertujuan agar dapat tercapai keseimbangan kadar ion di dalam sel. Mekanisme transpor ion
- Demikian animasinya .OK
- Endositosis
- Eksositosis.
Endositosis
- Endositosis merupakan peristiwa pembentukan kantong membran sel.
- Endositosis terjadi karena ada transfer larutan atau partikel ke dalam sel.
- Peristiwa endositosis dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut.
Pinositosis
- Pinositosis merupakan peristiwa masuknya sejumlah kecil medium kultur dengan membentuk lekukan-lekukan membran sel.
- Peristiwa ini dapat terjadi bila konsentrasi protein dan ion tertentu pada medium sekeliling sel sesuai dengan konsentrasi di dalam sel.
- Proses pinositosis dapat diamati dengan mikroskop elektron.
- Sel-sel yang melakukan proses pinositosis ini antara lain sel darah putih, epitel usus, makrofag hati, dan lain-lain.
- Tahapan proses pinotosis adalah sebagai berikut.
Keterangan gambar:
- Molekul-molekul medium kultur mendekati membran sitoplasma.
- Molekul-molekul mulai melekat (menempel) pada plasma, hal ini terjadi karena adanya konsentrasi yang sesuai antara protein dan ion tertentu pada medium sekeliling sel dengan di dalam sel.
- Mulai terbentuk invaginasi pada membran sitoplasma.
- Invaginasi semakin ke dalam sitoplasma.
- Terbentuk kantong dalam sitoplasma dan saluran pinositik.
- Kantong mulai lepas dari membran plasma dan membentuk gelembunggelembung kantong.
- Gelembung-gelembung kantong mulai mempersiapkan diri untuk melakukan fragmentasi.
- Gelembung pecah menjadi gelembung yang lebih kecil.
Fagositosis
- Fagositosis merupakan peristiwa yang sama seperti pada pinositosis tetapi terjadi pada benda padat yang ukurannya lebih besar.
- Fagositosis dapat diamati dengan mikroskop misalnya yang terjadi pada Amoeba.
- Keterangan gambar:
- Sebuah sel Amoeba mendekati sel Paramaecium.
- Amoeba membentuk kaki semu (pseudopodia) dan semakin mendekati Paramaecium.
- Amoeba mengurung sel Paramaecium dengan kaki semu dan memasukkannya ke dalam vakuola makanan.
- Lisosom pada Amoeba mulai bergabung (fusi) dengan vakuola makanan untuk mengeluarkan enzim pencernaan.
Eksositosis
- Eksositosis adalah proses keluarnya suatu zat ke luar sel.
- Proses ini dapat Anda lihat pada proses kimia yang terjadi dalam tubuh kita, misalnya proses pengeluaran hormon tertentu.
- Semua proses sekresi dalam tubuh merupakan proses eksositosis.
- Sel-sel yang mengeluarkan protein akan berkumpul di dalam badan golgi.
- Kantong yang berisi protein akan bergerak ke arah permukaan sel untuk mengosongkan isinya.
TRANSPOR YANG MELINTASI MEMBRAN
- Membran sel adalah komponen sel yang sangat penting yaitu menjadi jalan utama keluar masuknya molekul ataupun ion ke dalam dan keluar sel.
- Organisasi molekuler membran mengakibatkan permeabilitas selektif.
- Hal ini berarti membran mengatur molekul dan ion yang bisa keluar dan masuk sel sehingga substansi-substansi tersebut tidak dapat melintas secara sembarangan.
- Sel tersebut dapat mengambil berbagai macam molekul dan ion kecil dan menolak yang lainnya.
- Molekul yang dapat melintasi bilayer lipid dengan cepat adalah molekul kecil, larut dalam lipid, hidrofobik, dan nonpolar.
- Molekul hidrofobik seperti hidrokarbon, CO2, dan O2 dapat larut dalam membran dan melintasinya dengan mudah.
- Molekul sangat kecil yang polar tetapi tidak bermuatan juga dapat melewati membran dengan lebih lambat.
- Contohnya ialah air, urea,gliserol, dan etanol. Bilayer lipid tidak sangat permeabel terhadap molekul polar tak bermuatan yang lebih besar seperti glukosa dan sukrosa.
- Bilayer ini relatif tidak permeabel terhadap ion, sekalipun ion-ion kecil seperti H+, K+, dan Na+.
- uniport (transpor satu molekul)
- co-transport (transpor dua molekul).
- Co-transport berdasarkan kedua arah molekul yang ditranspor dibagi menjadi
- symport (dua molekul ditranspor dengan arah yang sama), misalnya glukosa dan Na+,
- antiport (kedua molekul ditranspor dengan arah berlawanan), misalnya pompa Na-K.
- Transpor melalui membran berdasarkan aliran gradien elektrokimia dibagi menjadi
- transpor aktif
- transpor pasif.
- Transpor pasif artinya molekul melewati membran tanpa melawan gradien konsentrasi dan sel tidak mengeluarkan energi, misalnya air secara osmosis dan O2 secara difusi.
- Ada juga mekanisme difusi yang dipermudah dengan menggunakan protein spesifik atau sering juga disebut transpor terfasilitasi.
- Sedangkan transpor aktif membutuhkan energi karena harus melawan gradien konsentrasi, misalnya pompa Na dan K.
- Transpor aktif dan pasif diperantarai oleh protein carrier yang berikatan dengan sumber energi.
- Protein ini akan mengikat senyawa yang akan ditranspor dengan adanya perubahan pada konformasi protein.
- Protein carrier membantu molekul keluar masuk sel dengan mekanisme “ping-pong”.
- Transpor ini relatif lambat karena molekul yang masuk ditahan dulu dalam protein carrier yang memediasi difusi kemudian baru dikeluarkan ke dalam sel.
- Selain protein carrier, transpor pasif juga dapat melewati protein channel.
- Protein ini tidak mengikat senyawa yang akan ditranspor, berupa lubang hidrofilik sepanjang lipid bilayer.
- Transpor melalui channel lebih cepat daripada melalui carrier.
Transport Molekul Melalui Membran
TRANSPORT PASIF
- Difusi merupakan proses perpindahan atau pergerakan molekul zat atau gas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah.
- Persyaratan yang harus dimiliki oleh suatu senyawa nonelektrolit agar dapat berdifusi secara pasif melalui membrane yaitu konsentrasi senyawa pada satu sisi lebih dari sisi lain serta membran harus permeable terhadap substansi tersebut.
- Difusi melalui membran dapat berlangsung melalui tiga mekanisme, yaitu
- difusi sederhana (simple difusion)
- difusi melalui saluran yang terbentuk oleh protein transmembran (simple difusion by chanel formed)
- difusi difasilitasi (fasiliated difusion).
l. Difusi Sederhana
- Difusi sederhana melalui membran berlangsung karena molekul-molekul yang berpindah atau bergerak melalui membran bersifat larut dalam lemak (lipid) sehingga dapat menembus lipid bilayer pada membran secara langsung.
- Membran sel permeabel terhadap molekul larut lemak seperti hormon steroid, vitamin A, D, E, dan K serta bahan-bahan organik yang larut dalam lemak,
- Selain itu, membran sel juga sangat permeabel terhadap molekul anorganik seperti O, CO2, HO, dan H2O.
- Beberapa molekul kecil khusus yang terlarut dalam serta ion-ion tertentu, dapat menembus membran melalui saluran atau chanel.
- Saluran ini terbentuk dari protein transmembran, semacam pori dengan diameter tertentu yang memungkinkan molekul dengan diameter lebih kecil dari diameter pori tersebut dapat melaluinya.
- Sementara itu, molekul – molekul berukuran besar seperti asam amino, glukosa, dan beberapa garam – garam mineral , tidak dapat menembus membrane secara langsung, tetapi memerlukan protein pembawa atau transporter untuk dapat menembus membrane.
- Proses masuknya molekul besar yang melibatkan transforter dinamakan difusi difasilitasi.
2. Difusi dan Difasilitasi
- Difusi difasiltasi (facilitated diffusion) adalah pelaluan zat melalui membran plasma yang melibatkan protein pembawa atau protein transporter.
- Protein transporter tergolong protein transmembran yang memliki tempat perlekatan terhadap ion atau molekul yang akan ditransfer ke dalam sel.
- Setiap molekul atau ion memiliki protein transforter yang khusus, misalnya untuk pelaluan suatu molekul glukosa diperlukan protein transporter yang khusus untuk mentransfer glukosa ke dalam sel.
- Protein transporter untuk grukosa banyak ditemukan pada sel-sel rangka, otot jantung, sel-sel lemak dan sel-sel hati, karena sel – sel tersebut selalu membutuhkan glukosa untuk diubah menjadi energi.
Difusi Difasilitasi
3. Osmosis
- Osmosis adalah proses perpindahan atau pergerakan molekul zat pelarut, dari larutan yang konsentrasi zat pelarutnya tinggi menuju larutan yang konsentrasi zat pelarutnya rendah melalui selaput atau membran selektif permeabel atau semi permeabel.
- Jika di dalam suatu bejana yang dipisahkan oleh selaput semipermiabel,
- Jika dalam suatu bejana yang dipisahkan oleh selaput semipermiabel ditempatkan dua larutan glukosa yang terdiri atas air sebagai pelarut dan glukosa sebagai zat terlarut dengan konsentrasi yang berbeda dan dipisahkan oleh selaput selektif permeabel
- Maka air dari larutan yang berkonsentrasi rendah akan bergerak atau berpindah menuju larutan glukosa yang konsentrasinya tinggi melalui selaput permeabel.
- Jadi, pergerakan air berlangsung dari larutan yang konsentrasi airnya tinggi menuju kelarutan yang konsentrasi airnya rendah melalui selaput selektif permiabel.
- Larutan yang konsentrasi zat terlarutnya lebih tinggi dibandingkan dengan larutan di dalam sel dikatakan sebagai larutan hipertonis sedangkan larutan yang konsentrasinya sama dengan larutan di dalam sel disebut larutan isotonis.
- Jika larutan yang terdapat di luar sel, konsentrasi zat terlarutnya lebih rendah daripada di dalam sel dikatakan sebagai larutan hipotonis.
Osmosis pada Sel Hewan dan Tumbuhan
- Apakah yang terjadi jika sel tumbuhan atau hewan, misalnya sel darah merah ditempatkan dalam suatu tabung yang berisi larutan dengan sifat larutan yang berbeda-beda?
- Pada larutan isotonis, sel tumbuhan dan sel darah merah akan tetap normal bentuknya.
- Pada larutan hipotonis, sel tumbuhan akan mengembang dari ukuran normalnya dan mengalami peningkatan tekanan turgor sehingga sel menjadi keras.
- Berbeda dengan sel tumbuhan, jika sel hewan/sel darah merah dimasukkan dalam larutan hipotonis, sel darah merah akan mengembang dan kemudian pecah /lisis, hal ini karena sel hewan tidak memiliki dinding sel.
- Pada larutan hipertonis, sel tumbuhan akan kehilangan tekanan turgor dan mengalami plasmolisis (lepasnya membran sel dari dinding sel), sedangkan sel hewan/sel darah merah dalam larutan hipertonis menyebabkan sel hewan/sel darah merah mengalami krenasi sehingga sel menjadi keriput karena kehilangan air.
TRANSPORT AKTIF
ATP DRIVEN PUMP
Mekanisme pompa Na-K adalah sebagai berikut:
- Pengikatan Na+ sitoplasmik dengan protein menstimulasi fosforilasi oleh ATP
- Fosforilasi menyebabkan perubahan konformasi protein
- Perubahan konformasi mengusir Na+ keluar dan K+ ekstraseluler diikat
- Pengikatan K+ memicu pelepasan gugus fosfat
- Kehilangan fosfat membentuk kembali konformasi asli
- K+ dilepaskan dan tempat Na+ mampu mengikat kembali; siklus berulang kembali.
Mekanisme Pompa Na-K
- Pompa proton mentranslokasikan muatan positif dalam bentuk ion hidrogen dengan menggunakan ATP sebagai penggeraknya.
- Tegangan dan gradien H+ menggambarkan sumber energi ganda yang dapat digunakan sel untuk menggerakkan proses lain, seperti penyerapan gula dan nutrien lainnya.
- Pompa proton merupakan pompa elektrogenik utama tumbuhan, fungi, dan bakteri.
Couple Carrier
- Couple carrier adalah sepasang protein yang pengangkutan ion dari suatu larutan di luar sel ke dalam sel melewati membran. Couple carrier dibagi dua yaitu symporter (coupled transport yang melewatkan ion pertama dan kedua pada arah yang sama) dan antiporters (coupled transport yang melewatkan ion kedua dari arah berlawanan).
- Couple carriers termasuk dalam transport aktif tidak langsung, pada transport ini menggunakan energi yang dihasilkan dari pompa sodium-potasium. Molekul-molekul yang masuk atau keluar sel dengan transport tidak langsung selalu bergerak melewati membran bersama-sama dengan gerakan ion, maka mekanisme transpot aktif ini juga disebut cotransport.
- Couple carriers terjadi dalam dua pola, symport dan antiport. Pada symport, substansi yang dicotransport bergerak searah gerakan ion. Diantara metabolit penting dan ion yang digerakkan secara aktif ke dalam sel dengan symport adalah gula dan Na++.
- Pada antiport, substansi yang di cotransport bergerak dalam arah berlawanan dengan gerakan ion. Pola ini umumnya terbatas untuk ion.
Couple Transport
Light Driven Pump
- Di dalam membran plasma archea halofilik ekstrem terdapat mekanisme transpor aktif yang di induksi oleh cahaya. Transpor aktif ini difasilitasi oleh protein bakteriorhodopsin yang tertanam di dalam membran plasma. Penelitian terakhir menjelaskan bahwa rhodopsin yang berperan dalam transpor aktif ini juga terdapat di dalam organisme lain. Termasuk juga pada bakteri yang hidup di permukaan air laut.
- Rhodopsin terbagi dalam dua tipe yang berbeda berdasarkan fungsinya, rhodopsin yang berfungsi secara visual dan rhodopsin yang berfungsi sebagai pompa proton yang diinduksi oleh cahaya (bacteriorhodopsin), pompa ion klorida (Halorhodopsin) dan sensor cahaya (sensory rhodopsin) pada archaea.
- Pada mebran sel arkhea, terdapat protein bakteriorhodopsin yang memiliki fotosistem yang peka cahaya. Pada saat cahaya (yang juga merupakan energi dalam bentuk elektron) terkumpul dalam fotosistem, maka fotosistem akan memiliki kelebihan energi. Kondisi ini akan membuat protein rhodopsin akan melepaskan elektron. Elektron yang dilepaskan ini yang menjadi energi yang dibutuhkan untuk melakukan transpor aktif intermembran
BULK TRANSPORT
- Molekul-molekul besar seperti protein ditranspor dengan eksositosis dan endositosis. Pada eksositosis, vesikula transpor bermigrasi ke membran plasma, bergabung dengannya, dan melepaskan kandungannya. Pada endositosis, molekul besar memasuki sel di dalam vesikula yang dijepit ke dalam dari membran plasma. Ketiga jenis endositosis ialah fagositosis, pinositosis, dan endositosis yang diperantarai reseptor.
Transport Bulk Melalui Membran
APLIKASI
- Begitu besarnya peranan membran sel terhadap kelangsungan hidup sel membuat orang tidak pernah puas dan berhenti mempelajarinya. Banyak penemuan di berbagai bidang yang berhubungan dengan struktur, komposisi, maupun sistem transpor.
- Salah satu penelitian menunjukkan batu-batu sistein di ginjal terbentuk karena ketidakmampuan seseorang untuk mentranspor asam-asam amino termasuk sistein dari urin atau darah. Penyakit ini disebut cystuaria. Masih di bidang kesehatan, kelebihan kadar kolesterol di membranlah yang membuat transpor ke dalam sel menjadi terganggu.
- Semua sistem pemupukan dan irigasi juga harus memperhatikan betul-betul mengenai sistem transpor agar mendapatkan hasil yang maksimal.
Daftar Pustaka
Johnson, R. Biology. Sixth Edition.
Lethwait, J.P., Hopson, J.L., Holt, Rineheart & Winston. Modern Biology. Texas: 2006.
Robinson, R. Biology. Macmillan Scince Library: 2001
Freud, G. & G. Hademenos. Schaum Outline of Biology. Mc.Graww Hill Company
