Mekanisme Transpor 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.

Pada pembahasan berikut ini, kita akan mengetahui tentang;

1. Jenis-jenis Transfor Melalui Membran.

2. Bagaimana Model Bilayer dan Model Mosaik Fluida?

3. Bagaimana Proses Defusi?

4. Pengertian dan Proses Osmosis.

5. Perbedaan Transpor Aktif dan Transpor Pasif.

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

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

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

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

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

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.

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.

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.

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. 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.