MEMBRAN SEL

Membran sel atau membranplasmaadalah bagian terluar dari sel. Membran sel disebut juga plasmalema.Membran sel memiliki ketebalan berkisar 70 A-100 A (1A=10 m). Membran sel terdiri atas dua lapis lipid sehingga struktur membran disebut jugalipid bilayer(Campbell, 1998: 144).Selain itu, membran sel juga mengandung molekulprotein. Membran sel memiliki protein ekstrinsik (protein perifer)dan protein intrinsik (protein integral). Protein integral mencapai jumlah sekitar 70%. Protein integral yang berikatan dengan karbohidrat membentukglikoprotein. Protein perifer berikatan dengan fosfolipid membentuklipoprotein.Membran sel memiliki sifatsemipermeabeldanselektif permeabel. Semipermeabel artinya mudah dilewati oleh molekulair. sementara itu, selektif permeabel memiliki arti bahwa membran hanya dapat dilewati oleh ion dan molekul polar tertentu.Sebagai komponen membran sel, molekul fosfolipid terdiri atas molekul fosfat dan molekul lemak. molekul fosfat bersifathidrofilik(dapat mengikat air), sedangkan molekul lemak bersifathidrofobik(tidak mengikat air).

Membran sel memiliki fungsi dalam pergerakan ion atau molekul dari dalam ataupun dari luar sel. Menurut Campbell (1998: 147), bagian tengah membran yang bersifat hidrofobik merintangi pengangkutan ion dan molekul polar yang keduanya bersifat hidrofilik. Molekul hidrofobik, seperti senyawa hidrokarbon dan oksigen, dapat larut dalam membran dan melaluinya dengan mudah. Molekul yang sangat kecil, bersifat polar, tetapi tidak bermuatan dapat menembus membran dengan cepat.Sebagai contoh,air dankarbon dioksida memiliki ukuran yang cukup kecil untuk menembus diantara lapisan lipid pada membran.Lipid bilayersangat tidak permeabel (impermeabel) terhadap molekul polar berukuran besar, dan tidak bermuatan seperti glukosa dan jenis gula lainnya.Selai itu, membran sel juga impermeabel terhadap semua jenis ion, termasuk ion ukuran kecil, seperti H dan Na. Struktur lipidbilayermerupakan penyebab adanya sifat selektif permeabel pada membran. Protein integral pada membran berperan penting dalam mengatur transportasi ion dan molekul.

Gerakan molekul atau ion yang terjadi pada membran sel dan organel-organel lainnya adalahdifusi ,osmosis,endositosis,eksositosis, dantranspor aktif. Difusidanosmosisdisebutgerakan pasif karena tidak membutuhkanenergi. Transpor aktif, seperti endositosis, dan eksositosis, disebut gerakangerakan aktifkarena gerakan ini membutuhkan energi.

Mekanismetransportmelalui membran

1. Transport aktifPerpindahan zat melawan gradien kosentrasi dengan menggunakanenergi(ATP/Adenosina trifosfat) melalui pemompaan ion Na + & K +.Transport aktif terjadi melalui :1. EndositosisPemasukan zat dengan cara membentuk pelekukan pada membran plasma dengan bantuan energi.Contoh= peristiwa fagositosisFagositosis merupakanproses masuknya molekul padat ke dalam sel, sedangkan bahan cair masukke dalam sel secara pinositosis. Sebagai contoh peristiwa fagositosisadalah proses memakan bakteri atau benda mikroskopis lainnya olehAmoeba, kemudian proses memakan kuman olehsel-sel darah putih

2. EksositosisPeristiwa pengeluaran zat dengan cara membentuk pelekukan pada membran plasma dengan bantuan energi.Contoh= pengeluaran enzim, hormon

Beberapa mekanisme sel dalam memperoleh bahan-bahan yang dibutuhkan, antara lain difusi ,osmosis,transporaktif , endositosis, dan eksositosis.1.DifusiDifusi merupakan proses perpindahan suatu zat yang terjadi secara spontan ketika ada perbedaan tekanan difusi, dari tekanan yang tinggi ke arah tekanan yang lebih rendah. Tekanan difusi berkorelasi positif dengan konsentrasi zat tersebut. Artinya, semakin tinggi konsentrasinya, semakin tinggi pula tekanan difusi zat tersebut.Ada beberapa faktor yang memengaruhi kecepatan difusi, di antaranya suhu dan zat yang berdifusi. Dengan naiknya suhu,energikinetik yang dimiliki molekul suatu zat menjadi lebih tinggi sehingga pergerakan molekul zat menjadi lebih cepat.Zat yang memiliki berat molekul kecil akan lebih cepat berdifusi dibandingkan zat dengan berat molekul besar. Oleh karena itu, zat yang paling mudah berdifusi adalah gas. Cairan relatif lebih lambat berdifusi dibandingkan dengan gas.Tidak seluruh molekul dapat berdifusi masuk ke dalam sel. Membran sel terdiri atas molekul-molekul fosfolipid dengan pori-pori ultramikroskopik yang dapat melewatkan molekul-molekul berukuran kecil dan ion. Molekul-molekul yang dapat melewati membran sel di antaranya adalah oksigen, karbon dioksida,air, dan beberapa mineral yang larut dalam air.Molekul berukuran sedang, seperti molekul gula danprotein, tidak dapat berdifusi melewati membran sel. Membran sel juga mampu menyediakan kemudahan biokimiawi untuk memindahkan ion-ion mineral, gula, asam-asam amino, elektron, serta metabolit lain melewati membran. Substansi-substansi dalam larutan ini melewati membran dengan cara difusi dan transpor aktif serta proses osmosis tidak spesifik. Pertukaran oksigen dan CO2 pada proses respirasi hewan merupakan salah satu contoh difusi.Pada prinsipnya, difusi membran sel bersifat pasif. Membran sel tidak mengeluarkan energi untuk memindahkan molekul ke luar maupun ke dalam sel.Gambar: Sebuah osmometer. Osmometer sederhana dapat mengukur tekanan osmotik. Osmosis akan bergerak dari air murni ke larutan hingga tekanan osmotiknya seimbang.

2.OsmosisSecara luas, proses osmosis diartikan sebagai proses perpindahan pelarut melewati sebuah membran semipermeabel. Secara sederhana, osmosis dapat diartikan sebagai proses difusi air sebagai pelarut, melewati sebuah membran semipermeabel. Masuknya air ini dapat menyebabkan tekanan air yang disebut tekanan osmotik . Pada sel tanaman disebuttekanan turgor.Terdapat tiga sifat larutan yang dapat menentukan pergerakan air pada osmosis, yaituhipertonik,hipotonik, danisotonik. Suatu larutan dikatakanhipertonikjika memiliki konsentrasi zat terlarut lebih tinggi dibandingkan larutan pembandingnya. Dalam hal ini, larutan pembanding akan bersifathipotonikkarena memiliki konsentrasi zat terlarut lebih kecil. Larutanisotonik, memiliki konsentrasi zat terlarut yang sama dengan larutan pembanding.Pergerakan molekul air melalui membran semipermeabel selalu dari larutan hipotonis menuju ke larutan hipertonis sehingga perbandingan konsentrasi zat terlarut kedualarutan seimbang (isotonik). Misalnya, sebuah sel diletakkan di dalam air murni. Konsentrasi zat terlarut di dalam sel lebih besar (hipertonik) karena adanya garam mineral, asam-asam organik, dan berbagai zat lain yang dikandung sel. Dengan demikian, air akan terus mengalir ke dalam sel sehingga konsentrasi larutan di dalam sel dan di luar sel sama. Namun, membran sel memiliki kemampuan yang terbatas untuk mengembang sehingga sel tersebut tidak pecah. Pada sel darah merah, peristiwa ini disebuthemolisis.Pada sel tumbuhan, peristiwa ini dapat teratasi karena sel tumbuhan memiliki dinding sel yang menahan sel mengembang lebih lanjut. Pada sel tumbuhan keadaan ini disebutturgid. Keadaan sel turgid membuat tanaman kokoh dan tidak layu. Di alam, air jarang ditemukan dalam keadaan murni, air selalu mengandung garam-garam dan mineral-mineral tertentu. Dengan demikian, air aktif keluar atau masuk sel. Hal tersebut berkaitan dengan konsentrasi zat terlarut pada sitoplasma. Pada saat air di dalam sitoplasma maksimum, sel akan mengurangi kandungan mineral garam dan zat-zat yang terdapat di dalam sitoplasma. Hal ini membuat konsentrasi zat terlarut di luar sel sama besar dibandingkan konsentrasi air di dalam sel.Jika sel dimasukkan ke dalam larutan hipertonik, air akan terus-menerus keluar dari sel. Sel akan mengerut, mengalami dehidrasi, dan bahkan dapatmati. Pada sel tumbuhan, hal ini menyebabkan sitoplasma mengerut dan terlepas dari dinding sel. Peristiwa ini disebutplasmolisis. Dengan demikian, pada saat tertentu, sel perlu meningkatkan kembali kandungan zat-zat dalam sitoplasma untuk menaikkan tekanan osmotik di dalam sel. Cara sel mempertahankan tekanan osmotiknya ini disebutosmoregulasi(Campbell, et al , 2006 : 83).Demikian seterusnya, sel selalu aktif dan hal tersebut dilakukan untuk mempertahankan kondisi setimbang antara sel dan lingkungannya. Proses metabolisme membutuhkanair danmineral atau garam dan berbagai zat yang terkandung dalam sitoplasma. Akibatnya, tekanan osmotik dan konsentrasi molekul-molekul lain berubah sehingga terjadi aliran difusi dan osmosis yang terus-menerus dari sel ke luar atau dari luar ke dalam sel.

3. Transpor AktifPerbedaan utama antara transpor aktif, osmosis, dan difusi adalah energi yang dikeluarkan sel. Pada osmosis dan difusi, sel tidak mengeluarkan energi apapun untuk memindahkan zat melewati membran sel karena zat berpindah sesuai dengan gradien konsentrasi. Dengan kata lain, difusi dan osmosis terjadi secara spontan.Transpor aktif merupakan mekanisme pemindahan molekul atau zat tertentu melalui membran sel, berlawanan arah dengan gradien konsentrasi. Oleh karena itu, harus ada energi tambahan dari sel yang digunakan untuk membantu perpindahan tersebut.Energi tambahan yang digunakan dalam proses transpor aktif berasal dari ATP yang dihasilkan oleh mitokondria melalui proses respirasi. Selain itu, pada membran sel terdapat lapisan protein. Salah satu jenis protein yang terdapat di membran sel tersebut adalah protein transpor. Protein transpor mengenali zat tertentu yang masuk atau keluar sel.Zat yang dipindahkan dengan cara transpor aktif pada umumnya adalah zat yang memiliki ukuran molekul cukup besar sehingga tidak mampu melewati membran sel. Sel mengimbangi tekanan osmosis lingkungannya dengan cara menyerap atau mengeluarkan molekul-molekul tertentu. Dengan demikian, terjadi aliran air masuk atau keluar sel. Kemampuan mengimbangi tekanan osmosis dengan transpor aktif menjadi sangat penting untuk bertahan hidup.Pompa natrium kalium merupakan contoh transpor aktif yang banyak ditemukan pada membran sel. Perpindahan molekul ini menggunakan energi ATP untuk mengeluarkan natrium (Na+) keluar sel dan bersama dengan itu memasukkan kalium (K+) ke dalam sel. Perhatikan gambar berikut.Ion Na+ dan K+ dengan transpor aktif dapat melewati membran sel. (1) Ion Na+ terikat pada suatu tempat di protein membran. (2) Ion Na+ tersusun dengan formasi tertentu untuk dilepaskan ke luar sel. (3) Ion K+ dari luar diikat.(4) Hal ini m erangsang memb ran sel untuk kembali ke bentuk semula. (5) Ion K+ dilepaskan protein membran dan masuk ke dalam sel.4. EndositosisEndositosis merupakan mekanisme pemindahan benda dari luar ke dalam sel. Istilah endositosis berasal dari bahasa Yunani, endo artinya ke dalam dan cytos artinya sel. Membran sel membentuk pelipatan ke dalam (invaginasi) dan memakan benda yang akan dipindahkan ke dalam sel.Di dalam sel, benda tersebut dilapisi oleh sebagian membran sel yang terlepas membentuk selubung. Proses makan pada Amoeba adalah contoh mudah untuk menggambarkan proses endositosis. Endositosis membran sel pada Amoeba , akan membentuk vakuola.Terdapat tiga bentukendositosis,yaitufagositosis,pinositosis,danendositosis dengan bantuan reseptor. Proses makan pada Amoeba merupakan contoh fagositosis. Pada proses fagositosis, benda yang dimasukkan ke dalam sel berupa zat atau molekul padat. Adapun pada pinositosis berupa zat cair.Berbeda dengan fagositosis dan pinositosis, pada endositosis dengan bantuan reseptor hanya menerima molekul yang sangat spesifik. Di dalam lekukan membran plasma terdapat reseptor protein yang akan berikatan dengan protein molekul yang akan diterima sel.5. EksositosisProses Amoeba mengeluarkan sisa-sisa makanan melalui vakuolanya adalah satu contoh eksositosis. Istilah eksositosis berasal dari bahasa Yunani,exo artinya keluar dancytosartinya sel. Vakuola atau selubung membran melingkupi sisa zat makanan yang sudah dicerna. Kemudian, bergabung kembali denganmembran sel dan sisa zat makanan untuk di buang keluar sel.Jadi, eksositosis adalah proses mengeluarkan benda dari dalam sel ke luar sel. Membran yang menyelubungi sel tersebut akan bersatu atau berfusi dengan membran sel. Cara ini adalah salah satu mekanisme yang digunakan sel-sel kelenjar untuk menyekresikan hasil metabolisme. Misalnya, sel-sel kelenjar di pankreas yang mengeluarkan enzim ke saluran pankreas yang bermuara di usus halus. Sel-sel tersebut mengeluarkan enzim dari dalam sel menggunakan mekanisme eksositosis.Proses pengeluaran sekret dapat dilakukan dengan cara eksositosis.Pada umumnya, eksosistosis dan endositosis digunakan untuk memindahkan benda-benda yang berukuran besar. Kedua proses tersebut, saling menyeimbangkan luas permukaan plasma membran sehingga volume sel tidak harus menjadi lebih kecil dari semula.Difusi ini adalah perembesan zat dari ruang yang berkonsentrasi tingggi ke ruang yang berkonsentrasi lebih rendah. Perembesan ini mungkin tanpa lewat sekat, mungkin pula lewat sekat. Perembesan tanpa lewat sekat berlangsung baikdalam protoplasma sendiri, seperti dari ujung retikulum endoplasma ke ujung lain. Perembesan lewat sekat, berlangsung baik antara intra dan ekstra-sel, antara sitoplasma dan nukleoplsama., ataupun antara sitoplasma dan organel. Perembesan itu lewat unit membran. Difusi berlangsung menurutgradient(kemiringan) konsentrasi. Yakni dari ruang yang konsentrasi zat A tinggi ke ruang zat yang konsentrasi zat A itu rendah (Yatim, 1990).Difusi merupakan suatu proses lewatnya bahan-bahan tertentu lewat suatu membran sebagai akibat konsentrasi yang berbeda. Apabila membranplasmaini bersifat permeabel maka hanya bahan-bahan tertentu saja yang dapat melewatinya dengan cara difusi. Difusi melewati membran plasma ini padaumunya bersifat khas karena membutuhkan enzim tertentu sehingga membran selbersifat enzyme controlledpermeable. Mekanisme dapat dilihat pada pemasukan gerakan molekul ion cenderung mengisi seluruh ruangan yang tersedia (Juwono, 2000).Cara difusi umum terdapat pada sel dan tanpa butuh energi. Proses difusi dapat terjadi bagi oksigen, CO2,air, elektrolit dan bahan organis molekul sederhana. Difusi lewat sekat jauh lebih pelan dan sulit dari pada tanpa lewat sekat. Karena molekul zat itu harus melewati molekul-molekul membran yang bersusun rapat. Air mudah berdifusi lewat pori yang banyak tersebar pada membran sel (Yatim, 1990).Pada umumnya ,air danbahan yang larut didalamnya, masuk dan keluar sel bukan sebagai aliran massa, melainkan satu per suatu molekul setiap kali. Pergerakan neto dari satu tempat ke tempat lain, akibat aktivitas kinetik acak atau gerak darimolekul ion, disebut difusi. Karena difusi zat cair yang menempuh jarak makroskopis itu berlangsung lambat, dan aliran massa gas dan zat cair sangatlah lazim, maka difusi bukanlah suatu kejadian yang mudah terlihat. Walaupun demikian, sebenarnya difusi mudah diamati (Frank, 1995).

3.MEKANISME DIFUSIa.Transport PasifDifusi 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), dan difusi difasilitasi (fasiliated difusion). Difusi sederhana melalui membrane 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, memmbran 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 (Fadilla, 2012).b.Transpor aktifPada sel-sel akar tumbuhan terdapat penumpukan mineral. Artinya, konsentrasi mineral di dalam sel lebih tinggi daripada di luar sel, atau potensial air di luar sel lebih tinggi dibandingkan dengan potensial air di dalam sel. Oleh karena itu, osmosis dari luar sel ke dalam sel tetap berlangsung untuk mencegah plasmolisis. Akan tetapi, keadaan ini menghambat pengambilan mineral dari luar ke dalam sel melalui difusi, terutama karena membran sel memiliki permeabilitas yang sangat rendah. Untuk mengatasi hal tersebut, diperlukan transpor aktif yang melibatkan energi dari ATP agar ion-ion dapat masuk ke dalam sel. ATP adalah molekul pembawa energi di dalam sel (Kimball, 1999).

ENDOSITOSISDalam rangka untuk berfungsi dengan baik dan tetap sehat, sel-sel harus menyerap nutrisi tertentu dan zat lainnya. Banyak molekul yang diperlukan untuk kesehatan sel, termasuk protein dan nutrisi lainnya, terlalu besar untuk melewati membran sel, sehingga sel tergantung pada proses yang disebutendositosisuntuk menyerap zat ini. Endositosis memungkinkan sel untuk mengelilingi molekul vital dengan membran selnya, sehingga menyerap mereka ke dalam tubuh sel.

Selama endositosis, sebagian dari membran sel mengelilingi substansi yang akan diserap, membentuk kantung ke bagian dalam sel. Membran ini kemudian menutup jalan keluar sekitar substansi, menciptakan vesikel yang disebutendosomeatauphagosomeyang kemudian bermigrasi ke dalam sitoplasma sel. Endosome memberikan isinya dengan struktur lain dalam sel yang disebutlisosom. Endosomes dan lisosom menyatu bersama-sama, memungkinkan proses pencernaan terjadi dalam lisosom. Sebuah proses serupa, yang disebuteksositosis, terjadi secara terbalik untuk mengeluarkan zat dari dalam sel.Tergantung pada jenis zat yang diserap, endositosis dapat disebut dengan istilah yang berbeda.Fagositosismelibatkan penyerapan sel bahan padat, danpinositosis, sel menyerap cairan.Macropinocytosismenyerap cairan, tetapi juga sering membawa bahan padat pada saat yang sama. Banyak virus mengeksploitasi macropinocytosis untuk masuk sel. Virus merangsang sel untuk menyerap cairan ekstraselular, kemudian melakukan perjalanan ke dalam sel bersama dengan cairan.Endositosis dimediasi Clathrin (Clathrin-mediated endocytosis) menggunakan reseptor khusus untuk menarik dan menyerap bahan tertentu seperti lipoprotein dan antibodi. Dalam clathrin-mediated endositosis, sel membentuk lubang, atau caveolae, pada membran eksterior. Lubang ini dilapisi dengan reseptor. Ketika lubang menjadi penuh dengan lipoprotein atau molekul lain yang dimaksudkan untuk melekat pada reseptor yang ada, daerah diadu membentuk vesikel dan diserap ke dalam sel. Kebanyakan sel memiliki caveolae pada permukaan membran mereka, tetapi beberapa, terutama neuron, atau sel saraf, tidak punya.Endositosis juga berfungsi sebagai mekanisme pertahanan terhadap bakteri dengan menyerap bakteri ke dalam sel, kemudian menghancurkan mereka dalam liposom. Bakteri seperti bakteri salmonella membuat hubungan arus pendek, proses ini dengan memproduksi protein yang membuat mustahil bagi phagosome menyatu dengan liposom. Tuberkulosis menyebar melalui sel dengan cara yang sama. Dalam kondisi normal, phagosome dilapisi dengan triptofan-aspartat yang mengandung protein, yang dihapus ketika menyatu phagosome dan lisosom. Pada bakteri tuberkulosis mencegah protein mantel dari yang dihapus sehingga phagosome tidak bisa berfusi dengan lisosom.