materi kuliah biologi, biologi kesehatan, biologi sel, karakteristik mahluk hidup, klasifikasi mahluk hidup, plantae, animalia dan kerugian dan keuntungan biologi bagi kehidupan

Thursday, 24 August 2017

Mekanisme trasnpor melalui membran

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
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
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. Zat- zat 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
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
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. Protein-protein 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
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
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 vakuola-vakuola.  (GAMBAR 8).


Gambar 8. Fagositosis
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
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
Gambar 10Endositosis 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
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
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
 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 muka trans. 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
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



                                       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
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
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
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. 


Gambar 20. Kloroplas
Gambar 20. Kloroplas

Share on Facebook
Share on Twitter
Share on Google+
Tags :

Related : Mekanisme trasnpor melalui membran

Comments
0 Comments

0 komentar:

Post a Comment

Loading...
Loading...