SISTEM TRANSPORT MELALUI MEMBRAN

Makalah

Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Biologi Sel

yang dibimbing oleh Ibu Dr. Umie Lestari, M.Si.

Disusun oleh :

Kelompok 4, Biologi Offering H

Waskita Martha S. (110342422011)

Dila Handayani (110342422016)

Alfi Laila Z. (110342422019)

JURUSAN BIOLOGI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

Oktober 2012

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam kehidupannya, sel melakukan pertukaran gas-gas respirasi,

menyerap vitamin, nutrisi, memasukkan dan mengeluarkan air, serta membuang

sisa hasil metabolisme. Zat-zat ini ada yang harus dimasukkan dan ada pula yang

harus dikeluarkan dari sel. Proses masuk dan keluarnya zat-zat tersebut

dinamakan transportasi zat. Karena sel hidup membutuhkan makan, minum,

respirasi, ekskresi, dan lain-lain. Sehingga sel hidup harus terus melakukan

transport zat.

Pada umumnya transport zat melewati membran sel. Transportasi zat bisa

terjadi secara aktif ataupun pasif. Transport pasif merupakan transport yang tidak

membutuhkan energi, sedangkan transport aktif membutuhkan energi. Proses

transport zat melewati membran meliputi difusi, osmosis, transport aktif,

endositosis, dan eksositosis.

Untuk memperjelas mengenai masing-masing mekanisme sistem transpor

melalui membran tersebut, maka di dalam makalah ini akan dijelaskan secara

lebih rinci dari masing-masing proses tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

1.2.1 Bagaimanakah mekanisme transport pasif dan transport aktif pada

sistem transport molekul-molekul kecil ?

1.2.2 Bagaimanakah mekanisme endositosis dan eksositosis pada transport

makromolekul ?

1.2.3

1.3 Tujuan

1.3.1 Menjelaskan mekanisme transport pasif dan transport aktif pada

sistem transport molekul-molekul kecil.

1.3.2 Menjelaskan mekanisme endositosis dan eksositosis pada transport

makromolekul.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Sistem Transpor Molekul-molekul Kecil

Pengangkutan partikel melewati membran dengan cara transpor pasif dan

transpor aktif.

2.1.1 Transpor Pasif

Transpor pasif merupakan mekanisme transpor yang tidak membutuhkan

energi metabolik dan materi bergerak dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi

rendah. Transpor pasif dibedakan atas difusi sederhana dan difusi terfasilitasi.

a. Difusi Sederhana

Molekul memiliki energi kinetik intrinsik yang disebut gerak termal

(kalor). Aturan sederhana difusi yaitu, dalam ketiadaan gaya-gaya lain, suatu

substansi akan berdifusi dari tempat konsentrasinya tinggi ke tempat yang

konsentrasinya lebih rendah. Dengan kata lain, substansi akan berdifusi menuruni

gradien konsentrasinya.

Difusi sederhana terjadi dengan cara menembus lapisan penyusun

membran, yaitu lapisan lipida. Lapisan lipida disini terdiri atas fosfolipid, yang

memiliki bagian hidrofilik pada bagian kepala dan bagian hidrofobik pada bagian

ekornya. Karena lapisan dalam dari membran tersebut bersifat hidrofobik, maka

dalam difusi sederhana ini molekul yang dapat melewatinya yaitu molekul yang

dapat larut dalam fosfolipid. Molekul yang dapat menembus lapisan lipida antara

lain molekul-molekul hidrofobik seperti oksigen, molekul polar yang tidak

bermuatan dan berukuran kecil seperti karbondioksida dan ethanol. Salah satu

contoh difusi yaitu penyerapan oksigen oleh sel yang melakukan respirasi seluler.

Gambar 1.2 Molekul menembus lapisan lipida

b. Osmosis (merupakan transpor pasif air)

Dalam membandingkan dua larutan yang konsentrasi zat terlarutnya

berbeda, larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi disebut

hipertonik. Larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang lebih rendah disebut

sebagai hipotonik.

Difusi air melintasi membran selektif permeabel merupakan suatu kasus

khusus transpor pasif yang disebut osmosis. Arah osmosis ditentukan hanya oleh

perbedaan konsentrasi zat terlarut total. Larutan dengan konsentrasi zat terlarutnya

lebih tinggi (hipertonik) memiliki konsentrasi air yang lebih rendah. Sehingga air

akan berdifusi melintasi membran dari larutan hipotonik ke larutan hipertonik

(Gambar 2.1).

Gambar 2.1 Osmosis

Air yang mempengaruhi kemampuan bertahan hidup sel. Karena

pergerakan air melintasi membran sel dan lingkungannya sangat penting bagi

organisme.

- Keseimbangan air pada ael tanpa dinding

Jika suatu sel hewan dicelupkan ke dalam lingkungan yang isotonik

terhadap sel tersebut, tidak akan ada selisih perpindahan air melintasi membran

tersebut. Tetapi jika sel tersebut dipindahkan pada larutan yang ipertonik, maka

sel ini akan kehilangan air yang berpindah ke lingkungannya. Sel akan mengkerut

dan mungkin saja bisa mati. Akan tetapi sel yang menyerap air terlalu banyak juga

akan menghadapi bahaya. Jika sel ditempatkan pada larutan yang hipotonik

terhadap sel tersebut, air akan masuk lebih cepat ke dalam sel. Sel akan

membengkak dan lisis (pecah).

Sel tanpa dinding kaku tidak dapat menerima penyerapan atau pelepasan

air yang berlebihan. Organisme yang tidak memiliki dinding kaku harus memiliki

adaptasi khusus untuk mengontrol keseimbangan air dalam tubuhnya. Misalnya

Paramaecium sp. yang memiliki vakuola kontraktil yang dapat memaksa air

keluar dari sel.

Gambar 2.2 Kesetimbangan air pada sel tak berdinding (sel darah merah)

- Keseimbangan air pada sel berdinding

Sel tumbuhan, prokariota, dan fungi memiliki dinding sel. Apabila sel

dimasukkan ke dalam larutan hipotonik, sel akan membengkak, tetapi karena

dindingnya yang lentur akan mengembang hanya sampai pada ukuran tertentu

sebelum dinding mengarahkan tekanan balik pada sel. Jika sel tumbuhan dan

sekelilingnya isotonik, tidak ada kecenderungan bagi air untuk masuk dan selnya

menjadi lembek yang menyebabkan tumbuhan layu. Jika sel dimasukkan ke dalam

larutan yang hipertonik, sel tumbuhan akan kehilangan air karena berpindah ke

sekelilingnya dan akan mengerut. Begitu sel ini mengerut, membran plasmanya

tertarik menjauhi dindingnya. Peristiwa ini disebut plasmolisis, biasanya

menyebabkan tumbuhan mati.

Hypotonic Isotonic Hypertonic

Gambar 2.2 Kesetimbangan air pada sel berdinding (se; tumbuhan)

c. Difusi Terfasilitasi

Protein transpor memiliki banyak sifat enzim. Seperti enzim yang bersifat

spesifik untuk substratnya, protein transpor dispesialisasikan untuk zat terlarut

yang diangkutnya. Difusi terfasilitasi terjadi dengan cara melewati saluran yang

dibentuk oleh protein membran (channel protein) atau dibawa oleh carrier protein.

Misalnya ion-ion dapat lewat saluran protein atau dibawa oleh carrier protein,

gula dan asam amino dibawa carrier protein. Protein yang menyusun saluran dan

protein pembawa (carrier protein) adalah protein transmembran, keduanya disebut

protein transpor.

Protein yang sudah mengikat molekul yang akan dibawa mengalami

perubahan konformasi, seingga dapat membawa molekul tersebut menembus

membran. Saluran protein berisi air, dapat dilewati oleh ion-ion anorganik yang

muatan dan ukurannya sesuai dengan muatan dan ukuran saluran. Protein disini

sifatnya spesifik, sehingga molekul yang dapat diangkut hanya molekul-molekul

tertentu yang memiliki kecocokan (memiliki side) pada protein tersebut.

Gambar 3.1 Difusi terfasilitasi

2.1.2 Transpor Aktif

Berbeda dengan transpor pasif, transpor aktif selalu memerlukan energi

metabolik yang tersimpan dalan ATP. Pada transpor aktif, molekul diangkat oleh

protein pembawa (carrier protein) untuk melawan gradien konsentrasinya

melewati membran plasma dari satu sisi yang konsentrasi zat terlarutnya rendah,

ke sisi yang konsentrasi zat terlarutnya tinggi.

a. Pompa Natrium Kalium

Transpor aktif merupakan faktor utama yang menentukan kemampuan

suatu sel untuk memprtahankan konsentrasi internal molekul kecil yang berbeda

dari konsentrasi lingkungannya. Misalnya, dibandingkan dengan sekelilingnya, sel

hewan memiliki konsentrasi ion kalium yang jauh lebih tinggi dan konsentrasi ion

natrium yang lebih rendah. Membran plasma membantu mempertahankan gradien

dengan memompakan natrium ke luar dari sel dan kalium ke dalam sel dengan

energi dari hidrolisis ATP. Pada setiap hidrolisis satu ATP, tiga ion Natrium

dipompa keluar dan 2 ion Kalium dipompa ke dalam sel. Untuk hidrolisis ATP

diperlukan enzim ATP ase. Dalam proses hidrolisis, ATP akan diubah menjadi

ADP dan akan melepaskan satu gugus fosfat yang nantinya akan dipompakan

dalam proses transpor aktif. Selama proses pengangkutan, ATP ase selalu

mengalami fosforilasi dan defosforilasi. Fosforilasi menyebabkan terjadinya

perubahan konfigurasi enzim, sedangkan defosforilasi menyebabkan enzim

kembali pada konfigurasi semula.

Kerja transpor aktif dilakukan oleh protein spesifik yang tertanam dalam

membran. Seperti pada jenis kerja sel lainnya, ATP menyediakan energi untuk

sebagian besar transpor aktif. Salah satu cara bagi ATP untuk menggerakkan

transpor aktif yaitu dengan cara mentransfer gugus fosfat terminalnya langsung ke

protein transpor.

Gambar 4.1 Transpor Aktif Pompa Natrium Kalium

Berdasarkan pada gambaran secara skematis gambar 4.1, tahapan-tahapan

yang terjadi pada saat proses Pompa Natrium Kalium yaitu:

1. 3 molekul ion Natrium akan menempel pada sisi protein yang memang

khusus untuk ion Natrium.

2. Penempelan ion natrium tersebut akan menstimulasi ATP untuk

melakukan hidrolisis dan kemudian mentransfer gugus fosfatnya untuk

menggerakkan pompa tersebut. Gugus fosfat disini akan menempel pada

side khusus yang terdapat pada protein. Pada tahap ini adapat dikatakan

terjadi peristiwa fosforilasi oleh ATP.

3. Fosforilasi akan menyebabkan perubahan konformasi protein yang akan

mengusir ion Natrium keluar.

4. Ion kalium ekstraseluler akan masuk dan diikat oleh protein yang memiliki

side khusus bagi ion kalium tersebut.

5. Pengikatan ion kalium akan memicu pelepasan gugus fosfat yang tadinya

menempel pada protein. Pelepasan gugus fosfat akan membentuk kembali

konformasi asli dari protein.

6. Ion kalium akan dilepaskan dan tempat (side) ion Natrium mampu

mengikat kembali. Kemudian siklus akan kembali terjadi seperti pada

tahap awa.

b. Kotranspor

Pompa bertenaga ATP yang mentranspor zat terlarut spesifik dapat

menggerakkan transpor aktif beberapa zat terlarut lain melewati membran secara

tidak langsung dalam suatu mekanisme yang disebut kotranspor. Kotranspor

melibatkan dua protein membran. Sebagai contoh, sel-sel tumbuhan

memompakan ion hidrogen untuk mengaktifkan transpor sukrosa ke dalam sel.

Sukrosa dapat masuk ke dalam sel melalui protein membran melawan gradien

konsentrasi jika bersamaan dengan ion hidrogen (Gambar 4.2). Contoh lainnya

yaitu pengangkutan glukosa dan asam amino dari lumen usus ke dalam sel epitel

usus selalu bersamaan dengan pengangkutan ion-ion Na+. Pada transpor glukosa

ini, glukosa dan Na+ terikat pada kedudukan yang berbeda dari molekul protein.

Konsentrasi Na+ di luar sel lebih tinggi, sedangkan konsentrasi glukosa di luar sel

lebih kecildari pada di dalam sel. Karena itu, Na+ cenderung masuk ke dalam sel,

maka glukosa seolah-olah tertarik masuk ke dalam sel bersama ion Na.

Gambar 4.2 Cotranspor

2.2 Sistem Transpor Makromolekul

Tidak seperti air dan zat terlarut kecil yang dapat memasuki dan melintasi

bilayer lipid membran plasma atau dengan dipompakan melintasi membran oleh

protein transpor, molekul besar seperti protein dan polisakarida umumnya

melintasi membran dengan mekanisme yang berbeda dan melibatkan vesikula.

Pemasukan makromolekul melibatkan pembentukan vakuola dengan cara

endositosis (Gambar 5.1). Sebagian kecil luas membran plasma terbenam ke

dalam membentuk kantong. Begitu kantong ini semakin dalam, kantong ini

terjepit membentuk vesikula yang berisi materi. Ukuran vakuola tergantung pada

materi yang masuk. Berdasarkan pada ukuran vakuola, endositosis dibedakan

menjadi pinositosis dan fagositosis. Pada pinositosis materi yang masuk berupa

larutan, vesikel yang terbentuk kecil, berukuran <150nm disebut pinosom. Pada

fagositosis, materi berbentuk partikel, vakuola yang terbentuk berukuran >250nm

disebut fagosom.

Semua sel hewan dapat melakukan pinositosis, tetapi hanya sel tertentu

yang dapat melakukan fagositosis. Misalnya pada makrofag dan neutrofil. Untuk

melakukan endositosis, dibutuhkan energi.

.

Gambar 5.1 Pembentukan vakuola

- Pinositosis

Pinositosis terjadi pada bagian tertentu membran yaitu berupa cekungan

pada membran yang permukaan sitoplasmiknya mempunyai selubung protein.

Pada pinositosis, ik.sel meneguk tetesan fluida ekstraseluler dalam vesikula kecil.

Karena salah satu atau seluruh zat terlarut yang larut dalam tetesan tersebut

dimasukkan ke dalam sel, pinositosis tidak bersifat spesifik pada substansi yang

ditranspornya.

Gambar 5.2 Mekanisme Pinositosis

- Fagositosis

Fagositosis hanya dapat dilakukan oleh sel-sel tertentu seperti makrofag

dan neutrofil. Sel-sel yang dapat melakukan fagositosis secara umum disebut

fagosit. Pada fagositosis, sel menelan suatu partikel dengan pseudopod yang

membalut di sekeliling partikel tersebut dan membungkusnya di dalam kantong

berlapis membran yang cukup besar untuk dapat digolongkan sebagai vakuola.

Partikel tersebut dicerna setelah vakuola bergabung dengan lisosom yang

mengandung enzim hidrolitik.

(a) (b)

Gambar 5.3 (a) mekanisme fagositosis (b) makrofag melakukan fagositosis

(a) (b)

(c) (d)

Gambar 5.4 Fagositosis (a) neutrofil (b) monosit (c) eosinofil (d) makrofag

- Endositosis yang diperantarai reseptor

Proses ini memungkinkan sel dapat memperoleh substansi spesifik dalam

jumlah yang melimpah, sekalipun substansi itu mungkin saja

konsentrasinya tidak tinggi dalam fluida ekstraseluler. Misalnya sel

manusia menggunakan proses ini untuk menyerap kolesterol dan

digunakan dalam sintesis membran dan sebagai prekusor untuk sintesis

steroid lainnya.

Gambar 5.5 Endositosis yang diperantarai reseptor

Mekanisme yang terjadi selain endositosis, yaitu eksositosis. Eksositosis

merupakan kebalikan dari endositosis. Eksositosis merupakan proses pengeluaran

makromolekul dari dalam sel. Vakuola yang berisi makromolekul yang akan

dikeluarkan fusi dengan membran sel. Ketika membran vesikula bertemu dengan

membran plasma, molekul lipid kedua bilayer menyusun ulang dirinya sendiri

sehingga kedua membran bergabung. Kandungan vesikulanya kemudian tumpah

ke luar sel (Gambar 5.5).

Contoh dari proses eksositosis, misalnya sel-sel tertentu dalam pankreas

menghasilkan insulin dan mengsekresikannya ke dalam darah melalui eksositosis.

Contoh lain yaitu ketika sel tumbuhan sedang membuat dinding, eksositosis

mengeluarkan karbohidrat dari vesikula Golgi ke bagian luar sel.

Gambar 5.6 Mekanisme Eksositosis

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Berdasarkan pada pembahasan yang telah diuraikan, maka dapat

disimpulkan:

a. Sistem transport molekul-molekul kecil meliputi transport pasif yang

terbagi atas difusi, osmosis, dan difusi terfasilitasi. Pada transport ini tidak

membutuhkan ATP, dan molekul bergerak menuruni gradient konsentrasi.

Sedangkan transport aktif meliputi Pompa Natrium Kalium dan

Cotranspor. Pada sistem transport ini, molekul bergerak dari konsentrasi

rendah ke konsentrasi tinggi, sehingga dibutuhkan energi dalam prosesnya.

b. Sistem transport makromolekul meliputi endositosis dan eksositosis.

Endositosis merupakan proses pemasukan makromolekul yang melibatkan

pembentukan vakuola. Endositosis terbagi atas pinositosis (celluler

drinking) dan fagositosis (celluler eating). Sedangkan eksositosis

merupakan proses pengeluaran makromolekul dari dalam sel.

Daftar Pustaka

Cambell, A.2005.Biology Seventh Edition. California : Pearson.

Yatim, Wildan. 2003. Biologi Modern “Biologi Sel”. Bandung: Tarsito.

Al, Suyitno. Osmosis dan Penyerapan Zat pada Tumbuhan. (online),

(http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pengabdian/suyitno-aloysius-drs-

ms/osmosis-dan-penyerapan-zat-pada-tumbuhan.pdf), diakses tanggal 26

September 2012.

Cambell, A. Membrane Structure and Function, (online),

(http://www.pearsonhighered.com/campbell9einfo/assets/pdf/Campbell9

e_Ch07.pdf) diakses tanggal 20 September 2012.

Iriawati. Struktur dan Fungsi Membran Sel. (online),

(http://www.sith.itb.ac.id/profile/pdf/iriawati/bahan-kuliah/bahan-2/

StrukturDanFungsiMembranSel-februari09.pdf), diakses tanggal 26

September 2012.

Purnobasuki, Hery. Struktur dan Fungsi Membran. (online),

(http://skp.unair.ac.id/repository/Guru-Indonesia/StrukturdanFungsi-

HeryPurnobasuki_238.pdf), diakses tanggal 26 September 2012.