Membran Sel

BAB I

PENDAHULUAN

1.1         Latar Belakang

Membran sel atau membran plasma tersusun atas molekul lemak dan protein. molekul lemak tersusun atas dua lapis, terdapat dibagian tengah membran. disebelah luarnya terdapat lapisan protein perifer(protein tepi), yang yang menyusun tepi luar dan dalam membran. selain protein perifer, terdapat pula molekul-molekul protein tertentu yang masuk kedalam lapisan lemak. Bahkan ada yang masuk hingga menenbus dua lapisan lemak. Protein yang masuk ke lapisan lemak itu disebut protein integral. Pada tempat tertentu, terbentuk pori yang dibatasi oleh molekul protein. Tebal membran plasma antara 5-10 nm. Molekul protein dan lemak tidak bersifat statis, melainkan senantiasa bergerak. Banyangkan molekul lemak sebagai "benda cair" yang diatasnya dan didalamnya terdapat molekul protein yang "berenang - renang". Itulah sebabnya struktur membran yang demikian disebut sebagai "membran mosaik cair"(fluid mosaic membrane).

Lemak membran tersusun atas fosfolifid (lemak yang bersenyawa dengan fosfat), gilikolipid (lemak yang bersenyawa dengan karbohidrat), dan Sterol (lemak alkohol, misalnya kolesterol). sedangkan protein membran tersusun atas gilikoprotein (protein yang bersenyawa dengan karbohidrat).

1.2     Rumusan Masalah

1.        Apa pengertian dari membran sel?

2.        Seperti apakah struktur dan fungsi dari membran sel?

3.        Bagaimana proses system transpor dari membran sel?

1.3         Tujuan

1.      Mengetahui pengertian dari membran sel.

2.      Mengetahui struktur dan fungsi dari membran sel.

3.      Mengetahui bagaimana proses system transpor dari membrane sel.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1     Pengertian

Membran sel di sebut juga membran plasma adalah suatu bagian dari sel yang mempunyai lapisan ganda (bilayer). Membran sel tersusun atas molekul lemak dan protein. Molekul lemak dan protein itu tidak statis, melainkan senantiasa bergerak. Molekul lemak sebagai “benda cair” yang di dalamnya terdapat molekul protein yang“berenang-renang”. Karena kondisi tersebut, struktur membran sel disebut sebagai membran mosaik cair (fluid mosaic membrane).

2.2     Struktur

Gortel & Grendel (1925) _Lipid bilayer

Ø  Membran berupa struktur yang membatasi sel, terdiri atas lipid yang mengandung gugus polar dan gugus yang bersifat hidrofob

Ø  gugus polar mengarah ke bagian luar dari bilayer, sedangkan gugus hidrofob (rantai asam lemak) berada di bagian tengah dari lipid bilayer

Davson & Danielli (1954)

Ø  membran merupakan struktur lipid bilayer yang disisipi dengan protein globular yang melintasi membran dan terdapat pula protein di permukaan luar dan dalam membran.

Singer & Nicholson (1972)_model mosaik / ‘fluid mozaic’

Ø  membran plasma terdiri atas lipid bilayer yang berada dalam keadaan fluid dan dapat bergerak lateral dalam daerah membrane, struktur dinamis, interaksi yang sementara atau semipermanen.

Ø  Protein terdistribusi secara mosaik yang berbeda dengan lipid, partikel tidak membentuk suatu lapisan yang kontinyu. Protein dapat melintasi membran fosfolipid, atau berada di bagian tepi sel

2.3       Dinamika Membran Plasma

o   Pergerakan Flip flop_adanya enzim flippase gerakan transmembran pasif.

o   Pergerakan ke arah lateral

Komposisi Dari Membran Plasma. Membran mengandung :

ü  Lipid bilayer _kerangka struktur membran dan berfungsi sebagai penghalang (‘barrier’) yang membatasi pergerakan molekul secara acak

ü  Protein_fungsi khusus

ü  Karbohidrat_berikatan dengan lipida (glikolipid ) atau protein (glikoprotein)

1.    Lipid

Molekul lipid menyusun membran sebagai dua lapis lipid yang kontinyu. Lemak pada membran sel memiliki tingkat variasi yang tinggi tergantung pada jenis spesies, sel hewan atau sel tumbuhan. Molekul lemak tersebut terdiri dari fosfogliserida, spingolipid, dan kolesterol sebagai kelompok mayor atau kelompok besar. Fosfogliserida dan spingolipid merupakan senyawa yang terdiri dari gugus fosfat dan secara umum dikenal dengan sebutan fosfolipid. Sedangkan lemak yang memiliki gugus karbohidrat dan tidak memiliki gugus fosfat dinamakan sebagai glikolipid. Berikut merupakan penjelasan beberapa makromolekul lipid dalam membran :

•         Fosfogliserida

Fosfogliserida merupakan polimer dari asam lemak dan fosfat yang berikatan kovalen pada rangka karbon gliserol. Pada fosfogliserida, gugus fosfat mengikat alkohol pada gugus polarnya. Alkohol tersebut dapat berupa cholin, ethanolamine, inositol, serine atau treonin.

•         Sfingolifida

Merupakan fosfolipid yang tidak diturunkan dari gliserol, kerangka karbonnya adalah sfingosin, suatu alkohol amino yang mengandung rantai hidrokarbon panjang dan tak jenuh. Dalam molekul sfingomielin, gugus amino pada kerangka karbon sfingosin berikatan dengan suatu asam lemak melalui pembentukan amida.

•         Kolesterol

Merupakan komponen membran pada sel hewan. Kolesterol merupakan turunan asam lemak berantai karbon siklik, sehingga sangat hidrofobik.

Kolesterol ssangat berperan penting pada fluiditas membran. Pada tremperatur tinggi, kolesterol mejaga membran agar tidak terlalu fluid dan menjadikan membran kurang permeabel terhadap molekul kecil dengan ikatannya terhadap dengan  interaksi antar ikatan asam lemaknya. Begitu pula sebaliknya, dengan interaksi antar ikatan asam lemak tersebut pada temperatur yang sangat rendah kolesterol mencegah membran dari kekakuan.

2.       Protein

Jumlah dan tipe protein yang ada pada membran sangat bervariasi pada setiap membran dari sel tergantung pada fungsi spesifik yang diembannya. Secara umum protein membran digolongkan menjadi dua, yaitu protein integral dan protein membran.

a.       Protein Integral

Protein membran terpadu (integral membrane proteins) adalah protein yang menembus membran pada kedua permukaannya atau membentang diantara kedua permukaan membran.

Protein ini meliputi beberapa jenis, yaitu :

•         Protein Transmembran

Merupakan protein yang menembus membran pada kedua sisi, baik yang satu kali menembus membran (singlepass protein) ataupun yang beberapa kali menembus membran (multipass protein). Setiap tembusan membran merupakan struktur α-heliks dengan bagian yang tertanam dalam lipid bilayer, sehingga masuk akal bila bagian struktur primer protein yang menembus membran tersusun oleh jenis asam amino yang hidrofobik. Bagian hidrofobik dari protein tersebut berinteraksi dengan bagian ekor dari fosfolipid, sementara bagian hidrofiliknya muncul pada kedua permukaan membran (sisi luar dan sisi dalam sitoplasmik). Bagian protein yang menyembul pada kedua sisi permukaan tentulah bersifat hidrofilik, sehingga mampu berinteraksi dengan lingkungan air.

•         Protein Integral yang Bagian Utamanya Terletak di Permukaan Membran Sisi Interior Sel

Protein ini berasosiasi dengan membran bilayer melalui perantaraan ikatan kovalen dengan rantai asam lemak atau rantai lipid khusus seperti gugus prenyl. Protein ini disintesis sebagai protein terlarut pada sitosol dan mengalami modifikasi berikatan dengan gugus lipid secara kovalen pasca translasi, yaitu di dalam retikulum endoplasma dan badan golgi.

•         Protein Integral yang Bagian Utamanya Terletak di Permukaan Membran Sisi Luar Sel

Protein ini berikatan dengan fosfatidil kolin inositol dengan perantaraan oligosakarida yang berikatan secara kovalen.

b.   Protein Perifer

Protein ini merupakan protein yang terletak di daerah perifer dari kedua sisi membran (sisi sitoplasmik dan sisi luar) dan berinteraksi dengan protein membran lain secara non kovalen.

c.       Protein Anchored

Merupakan protein yang terjangkar pada plasma membran oleh ikatan kovalen lipid atau glikolipid.

Fungsi dari protein integral dan perifer dalam membran plasma sangat bervariasi, diantaranya :

a.       Sebagai enzim yang melekat membran

Contoh enzim beta glukosidase untuk membebaskan auksin pada sel-sel saat perkecambahan dan protein integral pada membran mitokondria atau kloroplas yang berfungsi untuk enzim-enzim transpor elektron (peristiwa oksidasi dan reduksi molekul pembawa protin dan elektron sambil membentuk ATP secara bersamaan).

b.      Sebagai mediator transpor aktif

Contoh pada sel dinding usus halus pada saat menyerap sari makanan ke dalam pembuluh darah.

c.       Sebagai elemen struktural membran plasma

d.      Sebagai pompa proton pada membran dalam mitokondria

e.       Sebagai reseptor (penerima) hormon dan faktor pertumbuhan sel

Contoh hormon estrogen menempel ke reseptor estrogen dan memberi pesan perintah sel tersebut untuk melaksanakan sintesis protein sesuai yang dikehendaki (misal sel penanda pertumbuhan sekunder hewan) untuk kedewasaan seksual.

f.        Sebagai identitas sel

Identitas ini biasa dikenali karena protein yang menghadap keluar sel mengandung oligosakarida. Protein tersebut dinamakan glikoprotein.

g.       Sebagai cara membedakan antara sel diri (self) dan sel asing (non self)

Contoh pada reaksi pencangkokan sel asing, sel diri mengenali sel asing karena adanya perbedaan glikoprotein.

3.       Karbohidrat

Semua sel eukariotik mempunyai karbohidrat pada permukaan sel, baik sebagai oligosakarida maupun polisakarida yang berikatan secara kovalen dengan lipid atau protein integral. Persenyawaan karbohidrat dengan lipid disebut glikolipid. Pada membran plasma, prosentase glikolipid berkisar antara 2-10% dari berat total membran. Glikolipid hanya didapatkan pada sisi eksoplasmik dari membran. Fungsi dari glikolipid antara lain adalah :

a.    Sebagai pelindung sel atauu glikocalyx (contoh pada permukaan apikal sel epidermis intestinum)

b.    Sebagai insulator sel (contoh pada sel saraf)

c.    Sebagai penanda sel atau cell recognition (contoh sebagai reseptor toksin kolera)

d.    Sebagai penambat sel terhadap matrik extraseluler atau sel lain.

Selain glikolipid, membran biologi juga mempunyai glikoprotein, yaitu protein membran yang mempunyai residu karbohidrat.

Fungsi dari glikoprotein antara lain :

a.        Komunikasi antara sel dengan sel, sel dengan virus.

Contoh virus HIV menyerang sel darah putih (Sel T Penolong) karena mengenali glikoprotein yang dinamakan CD4

b.       Pengingat respon sistem kekebalan

Distribusi karbohidrat pada membran lipid bersifat asimetrikdan nampaknya hanya terdapat pada permukaan membran sel bagian luar (sisi eksoplasmik)

2.3     Fungsi

1.      Pembatas

•    lapisan yang bersinambungan

•       melingkupi sel, inti, organel

2.      pembatas yang bersifat selektif permeabel

•   mencegah pertukaran molekul dari satu sisi ke bagian lainnya.

•       memungkinkan substansi tertentu masuk ke sitoplasma dari lingkungan luar

•   mencegahmasuknya senyawa tertentu masuk ke sitoplasma

3.      komunikasi antara sel

4.      Mendukung aktivitas biokimia yang berlangsung di dalam sel

•   Beberapa proses di dalam sel tergantung pada suatu serial reaksi yang dikatalis oleh enzimyang terdapat dalam membran, produk suatu reaksi akan bertindak sebagai reaktan untuk reaksi selanjutnya. Jika enzim yang berbeda pada membran berada dalam susunan yang berurutan, produk suatu reaksi dapat dilepaskan ke dekat enzim untuk reaksi berikutnya.

Fungsi Membran pada Transport Ion dan Molekul

Ada beberapa cara suatu molekul melewati membran plasma, diantaranya :

1.      Transpor Molekul-Molekul Kecil

Pengangkutan molekul-molekul kecil melalui membran dilakukan secara pasif (transpor pasif) maupun secara aktif (transpor aktif). Kedua macam transpor ini dilakukan secara terpadu untuk mempertahankan kondisi intraseluler agar tetap konstan.

a.       Transpor Pasif

Dapat berlangsung karena adanya perbedaan konsentrasi larutan di antara kedua sisi membran. Pada transpor pasif tidak rnemerlukan energi rnetabolik. Transpor pasif dibedakan menjadi tiga, yaitu difusi sederhana (simple diffusion), difusi dipermudah atau difasilitasi, dan osmosis.

1)      Difusi Sederhana (simple diffusion)

Difusi merupakan perpindahan suatu molekul atau zat terlarut dari larutan yang konsentrasinya tinggi (hipertonis) menuju larutan yang konsentrasinya lebih renhah (hipotonis). Molekul yang dapat berdifusi melewati sela-sela lapisan lipid bilayer yaitu :

a)      Molekul yang bersifat non-polar, seperti oksigen, nitrogen, benzen, etilen, dan eter.

b)      Molekul yang bersifat polar namun tidak bermuatan dan berukuran kecil, seperti air.

Kecepatan masing-masing molekul untuk berdifusi tergantung pada daya larutnya dalam lipid serta ukuran molekulnya. Walaupun air tidak dapat larut dalam lemak, namun molekul-molekulnya dapat melintasi lapisan lipid ganda dengan cepat. Hal ini disebabkan karena ukuran molekulnya memang kecil dan mungkin juga karena struktur molekulnya bipolar.

Difusi sederhana ini dapat terjadi melalui dua cara:

a)      Melalui celah pada lapisan lipid ganda, khususnya jika bahan berdifusi terlarut lipid.

Salah satu faktor paling penting yang menentukan kecepatan suatu zat melalui lapisan lipid ganda ialah kelarutan lipid dan zat terlarut. Seperti misalnya kelarutan oksigen,nitrogen, karbon dioksida dan alkohol dalam lipid sangat tinggi,sehingga semua zat ini langsung larut dalam lapisan lipid ganda dan berdifusi melalui membran sel sama seperti halnya dengan difusi yang teradi dalam cairan. Kecepatan zat-zat ini berdifusi melalui membran berbanding langsung dengan sifat kelarutan lipidnya.

b)      Melalui saluran licin pada beberapa protein transpor.

Molekul lain yang bersifat tidak larut dalam lipid dapat berjalan melalui saluran pori protein dengan cara yang sama seperti molekul air jika ukuran molekulnya cukup kecil. Semakin besar ukurannya,kemampuan penetrasinya menurun secara cepat. Saluran protein dibedakan atas dua sifat khas :

1)      Saluran ini bersifat permeabel selektif terhadap zat.

Sebagian besar saluran protein bersifat sangat selektif untuk melakukan transpor satu atau lebih ion atau molekul spesifik. Ini akibat dari ciri khas saluran itu sendiri seprti diameternya, bentuknya dan jenis muatan listrik di sepanjang permukaan dalamnya.

2)      Saluran ini dapat dibuka dan ditutup oleh gerbang.

Pembukaan dan penutupan gerbang diatur dalam dua cara:

•         Voltase gerbang (Voltage-gated Channels)

Pada saat terdapat muatan negatif kuat pada bagian dalam membran sel,gerbang natrium dibagian luar akan tertutup rapat, sebaliknya bila bagian dalam membran keilangan muatan negatifnya,gerbang ini akan akan terbuka secara tiba-tiba sehingga memungkinkan sejumlah besar ion natrium mengalir masuk melalui pori-pori natrium. Pada gerbang kalium akan membuaka bila bagian dalam membran sel menjadi bermuatan positif.

•         Gerbang kimiawi (Ligand-gated Channels)

Gerbang saluran protein akan terbuka karena mengikat molekul lain dengan protein, hal ini akan menyebabkan perubahan pada molekul protein sehingga gerbang akan terbuka atau tertutup. Contohnya efek saluran asetilkolin.

2)      Difusi fasilitasi

Difusi difasiltasi (facilitated diffusion) adalah pelaluan zat melalui rnembran plasrna yang melibatkan protein pembawa atau protein transforter. Protein transporter tergolong protein transmembran yang memliki tempat perlekatan terhadap ion atau molekul vang akan ditransfer ke dalam sel. Setiap molekul atau ion memiliki protein transporter yang khusus, misalnya untuk pelaluan suatu molekul glukosa diperlukan protein transforter yang khusus untuk mentransfer glukosa ke dalam sel.  Protein transporter untuk glukosa 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.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi:

1.      Permeabilitas membran

2.      Perbedaan konsentrasi

3.      Potensial listrik

4.      Perbedaan tekanan.

3)      Osmosis

Osmosis adalah proses perpindahan atau pergerakan molekul zat pelarut, dari larutan yang konsentrasi zat pelarutnya tinggi menuju larutan yang konsentrasi zat pelarutya rendah melalui selaput atau membran selektif permeabel atau semi permeabel.

b.      Transpor Aktif

Pada transpor aktif diperlukan adanya protein pembawa atau pengemban dan memerlukan energi metabolik yang tersimpan dalam bentuk ATP, karena dalam transpor aktif, molekul diangkut melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif dibedakan menjadi dua, yaitu transpor aktif primer dan sekunder.

1)       Transpor aktif primer secara langsung berkaitan dengan hidrolisis ATP yang akan menghasilkan energi untuk transpor ini. 

Contoh transpor aktif primer adalah pompa ion Na+ dan ion K+. Konsentrasi ion K+ di dalam sel lebih besar dari pada di luar sel, sebaliknya konsentrasi ion Na+ diluar sel lebih besar daripada di dalam sel. Untuk mempertahankan kondisi tersebut, ion-ion Na- dan K+ harus selalu dipompa melawan gradien konsentrasi dengan energi dari hasil hidrolisis ATP. Tiga ion Na+ dipompa keluar dan dua ion K+ dipompa ke dalam sel. Untuk hidrolis ATP diperlukan ATP-ase yang merupakan suatu protein transmembran yang berperan sebagai enzim. Salah satu fungsi terpenting dari pompa natrium-kalium ialah untuk mengatur volume sel. Tanpa fungsi pompa ini, kebanyakan sel tubuh akan membengkak sampai kemudian pecah (lisis).

2)      Tranpor aktif sekunder merupakan transpor pengangkutan gabungan yaitu pengangkutan ion-ion bersama dengan pengangkutan molekul lain. Misalnya pengangkutan asam amino dan glukosa dari lumen usus halus menembus membran sel epitel usus selalu bersama dengan pengangkutan ion-ion Na+. Pada transpor aktif sekunder juga melibatkan protein pembawa dan membutuhkan energi dari hasil hidrolisis ATP.

Perbedaan antara transport aktif dengan transport pasif adalah :

1)      Pada transpor aktif, substansi/molekul dapat bergerak melawan gradien elektrokimia.

2)      Pada transpor aktif diperlukan energi, yang terutama bersumber pada ATP

2. Transpor Molekul-molekul Besar

Di samping molekul polar dan non-polar yang kecil, terkadang molekul partikel yang besar juga harus masuk ke dalam sel atau meninggalkan sel, seperti protein, polinukleotida, dan polisakarida. Substansi yang semacam ini, tentu saja tidak dapa melintasi membran plasma dengan cara menembus lapisan lipid ganda maupun dengan mekanisme transpor-protein. Karena bersifat cair dan dinamis, membran plasma dapat bnerubah bentuk dan robek untuk sementara waktu guna membentuk semacam kantong kecil di dalam sel. Pada saat yang demikian lapisan lipi ganda secara otomatis akan menutup diri sehingga kembali menjadi membran permukaan yang kontinu.

a.       Endositosis

Endositosis merupakan proses pengambilan suiatu substansi oleh sebuah sel dari sekitarnya (luar sel) ke dalam sel melalui membran plasma. Tahapan utama pada endositosis yaitu tahap pengenalan oleh membran sehingga terbentuk ikatan antara partikel yang hendak masuk dengan bagian membran, setelah terjadinya pengenalan selanjutnya membran mengalami invaginasi kea rah dalam, setelah itu pembentukan vesikel. Pemasukan makromolekul ke dalam sel melibatkan pembentukan vakuola atau vesikel endositik. Ukuran vakuola yang terbentuk tergantung pada materi yang dimasukkan. Berdasarkan ukuran vakuolanya, endositosis dibedakan atas pinositosis dan fagositosis.

1)      Fagositosis

Berasal dari bahasa Yunani, “Phagein” yang berarti makan. Fagositosis diartikan sebagai proses pengambilan partikel-partikel padat yang ukurannya agak besar, misalnya bakteri atau fragmen-fragmen sel yang rusak.

2)      Pinositosis

Berasal dari bahasa Yunani, “pinein” yang berarti minum. Pinositosis diartikan sebagai proses pengambilan molekul yang bebentuk cair dari sekitar sel atau partikel- partikel yang sangat kecil yang larut dalam larutan tersebut. Membran plasma mengadakan invaginasi, membentuk vakuola. Vakuola tersebut lama-kelamaan melepaskan diri sehingga isina dapat diserap oleh sitoplasma.

3)      Endositosis dengan Perantaraan Reseptor

Beberapa partikel, misalnya protein dan lipoprotein diambil oleh sel secara selektif. Partikel tersebut lebih dahulu harus melekat pada reseptor protein yang terdapat pada membrane plasma dan selanjutnya membrane plasma mengadakan invaginasi bersama-sama dengan reseptor yang mengikat partikel yang diperlukan. Partikel lipoprotein yang diambil oleh sel mengandung kolesterol dan lemak untuk kepentingan membran.

b.      Eksositosis

Eksositosis merupakan pengeluaran makromolekul dari dalam sel. Proses eksositosis merupakan kebalikan dari endositosis. Vakuola yang berisi makromolekul yang akan dikeluarkan, berfusi dengan membran plasma, selanjutnya isi vakuola akan dikeluarkan dari sel. Pengeluaran sekret oleh vesikel sekretori yang dihasilkan oleh Aparatus Golgi tergolong sebagai peristiwa eksositosis.

BAB III

PENUTUP

3.1       Kesimpulan

            Berdasarkan pembahasan dapat disimpulkan fungsi membran sel yaitu membatasi isi sel dengan lingkungannya,mengatur permeabilitas terhadap senyawa-senyawa atau ion ion yang melewatinya yang diatur oleh protein integral, Bertindak sebagai reseptor, misal terhadap zat kimia dan hormon. Berperan sangat penting dalam dalam transpor berbagai molekul, baik mikromolekul maupun makromolekul.

DAFTAR PUSTAKA

Campbell,dkk. 2004. Biologi. Edisi Kelima Jilid III. Jakarta: Penerbit Erlangga.

Satifani, Reza. 2010, Struktur dan Fungsi Membran Sel (http://oryza-sativa135rsh.blogspot.com/2010/03/struktur-dan-fungsi-membran-sel.html) diakses pada tanggal 3 Oktober 2013.

Endang Sri Lestari, dkk. 2009. Biologi. Makhluk Hidup dan Lingkungannya SMA/MA. Jakarta: Penerbit Pusat Pembukuan Departemen Pendidikan Nasional