Trans Membran Transport.docx

A. Trans Membran Transport

Transpor pada membran sel dibagi menjadi 2, yaitu: Transpor Pasif Transpor pasif adalah perpindahan molekul atau ion tanpa menggunakan energi sel. Perpindahan molekul tersebut terjadi secara spontan, dari konsentrasi tinggi ke rendah. Transpor pasif meliputi difusi, osmosis, dan difusi terfasilitasi. a. Difusi melewati membran. Difusi adalah penyebaran molekul zat dari konsentrasi (kerapatan) tinggi ke konsentrasi rendah tanpa menggunakan energi. Secara spontan, molekul zat dapat berdifusi hingga mencapai kerapatan molekul yang sama dalam satu ruangan. Sebagai contoh, setetes parfum akan menyebar ke seluruh ruangan (difusi gas di dalam medium udara). Molekul dari sesendok gula akan menyebar ke seluruh volume air di gelas meskipun tanpa diaduk (difusi zat padat di dalam medium air), hingga kerapatan zat tersebut merata. Banyak lalu lintas melintasi membran sel berlangsung melalui difusi. Salah satu contoh penting adalah pengambilan oksigen oleh sel yang melakukan respirasi seluler. Oksigen terlarut berdifusi ke dalam sel tersebut melintasi membran plasma. Selama respirasi selular terus mengonsumsi oksigen saat molekul tersebut masuk, difusi ke dalam sel akan berlanjut karena gradien konsentrasi mendukung pergerakan ke arah itu. Kecepatan difusi melalui membran sel tergantung pada perbedaan ketebalan membran. Pada umumnya, zat-zat yang larut dalam lipid, yaitu molekul hidrofobik lebih mudah berdifusi melalui membran daripada molekul hidrofilik. Selain itu, membran sel juga bersifat permeabel terhadap molekul-molekul kecil yang tidak bermuatan seperti H2O, CO2, dan O2. Dalam keadaan yang sama, molekul kecil lebih cepat berdifusi melalui membran sel daripada molekul besar.

Gambar Proses difusi (Campbell, 2008).

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kecepatan difusi, yaitu : 1) Ukuran partikel. Semakin kecil ukuran partikel, semakin cepat partikel itu akan bergerak, sehingga kecepatan difusi semakin tinggi. 2) Ketebalan membran. Semakin tebal membran, semakin lambat kecepatan difusi. 3) Luas suatu area. Semakin besar luas area, semakin cepat kecepatan difusinya. 4) Jarak. Semakin besar jarak antara dua konsentrasi, semakin lambat kecepatan difusinya. 5) Suhu. Semakin tinggi suhu, partikel mendapatkan energi untuk bergerak dengan lebih cepat. Maka, semakin cepat pula kecepatan difusinya. b. Osmosis (difusi melitasi membran) Secara 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.

Proses Osmosis (Campbell, 2008).

Terdapat tiga sifat larutan yang dapat menentukan pergerakan air pada osmosis, yaitu hipertonik, hipotonik, dan isotonik. Suatu larutan dikatakan hipertonik jika memiliki konsentrasi zat terlarut lebih tinggi dibandingkan larutan pembandingnya. Dalam hal ini, larutan pembanding akan bersifat hipotonik karena memiliki konsentrasi zat terlarut lebih kecil. Larutan isotonik, memiliki konsentrasi zat terlarut yang sama dengan larutan pembanding.

Sifat Larutan hipertonik, hipotonik, dan isotonic Ketika mempelajari perilaku sel dalam larutan, konsentrasi zat terlarut dan permeabilitas diperhitungkan

membran dalam

harus konsep

sama-sama tonisitas

diperhitungkan.

(tonicity),

Kedua

kemampuan

faktor

larutan

ini

untuk

menyebabkan sel memperoleh kehilangan air. Tonisitas larutan bergantung sebagian pada konsentrasi zat terlarut yang tidka dapat melintasi membran (zat terlarut bukanpenembus), relatif terhadap yang terdapat dalam sel. Jika terdapat konsentrasi zat terlarut bukan-penembus yang lebih tinggi di larutan di sekeliling, air akan cenderung meninggalkan sel, dan demikian sebaliknya (Campbell, 2008). Karena membran sel bersifat semipermeabel maka zat terbagi menjadi dua, yaitu: 1. Zat yang dapat melewati membran sel (bersifat permeabel). Zat yang dapat melewati membran bermacam macam, yaitu zat zat terntentu yang larut dalam lemak, zat yang tidak bermuatan (netral), asam amino, asam lemak, gliserol, gula sederhana, dan air. Zat yang berelektrolit lemah lebih cepat melalui membran daripada zat yang berelektrolit kuat.

2. Zat

yang

tidak

dapat

melewati

membran

sel

(bersifat

impermeabel)

Zat yang tidak dapat melewati membran yaitu zat gula protein, zat yang larut dalam pelarut organik, dan zat yang berukuran besar. Hewan dan organisme lain yang tidak memiliki dinding sel yang hidup dalam lingkungan hipertonik atau isotonik harus memiliki adaptasi khusus untuk osmoregulasi (osmoregulation), yaitu kontrol keseimbangan air (Campbell, 2008). Adakalanya, proses osmosis dapat membahayakan sel. Sel yang mempunyai sitoplasma

pekat

(berarti

kerapatan

airnya

rendah),

jika

berada

dalam

kondisi hipotonik akan kemasukan air hingga tekanan osmosis sel menjadi tinggi. Keadaan yang demikian dapat memecah sel tersebut. Dikatakan bahwa sel tersebut mengalami lisis, yaitu

hancurnya

sel

karena

rusak

atau

robeknya

membran

plasma.Sebaliknya, jika sel dimasukkan ke dalam larutan hipertonik dibandingkan sel tersebut, maka air di dalam sel akan mengalami osmosis keluar sel. Sel akan mengalami krenasiyang menyebabkan sel berkeriput karena kekurangan air. Kondisi yang ideal bagi sel tentu saja jika konsentrasi larutan sitoplasma seimbang dengan lingkungan sekitarnya (isotonik). Pada sel tumbuhan, keluarnya air dari sitoplasma ke luar sel menyebabkan volume sitoplasma mengecil. Akibatnya membran plasma akan terlepas dari dinding sel. Peristiwa lepasnya membran plasma dari dinding sel disebut plasmolisis.

Proses plasmolisis

Plasmolisis yang parah dapat menyebabkan kematian sel. Contoh lainnya, jika sel darah diletakkan dalam larutan garam dengan kadar cukup tinggi (hipertonik), lama

kelamaan sel darah tersebut akan mengkerut karena air keluar dari sel. Namun, jika sel darah merah diletakkan dalam larutan hipotonis, maka sel akan mengembang karena air dari larutan hipotonis masuk ke dalam sel. Peristiwa ini disebut deplasmolisis. Jika sel tumbuhan diletakkan pada larutan hipotonis, bentuk sel tumbuhan mengembang dari ukuran normalnya dan mengalami peningkatan tekanan turgor sehingga sel menjadi keras. Berbeda dengan sel tumbuhan, jika sel hewan atau sel darah merah dimasukkan dalam larutan hipotonis, sel darah merah akan mengembang dan kemudian pecah (lisis), hal ini karena sel hewan tidak memiliki dinding sel.

Keseimbangan Air pada Sel Hidup Hewan dan Tumbuhan (Campbell, 2008).

c. Difusi terfasilitasi Banyak

molekul polar dan ion yang dilapisi oleh lapisan ganda lipid pada

membran bisa berdifusi secara pasif dengan bantuan protein transpor yang membentang ke dua sisi membran. Difusi khusus terjadi ketika sel ingin mengambil nutrisi atau molekul yang hidrofilikatau berpolar dan ion. Difusi seperti ini memerlukan protein khusus yang memberikan jalur kepada partikel-partikel tersebut ataupun membantu dalam perpindahan partikel (Campbell, 2008). Hal ini dilakukan karena partikel-partikel tersebut tidak dapat melewati membran plasma dengan mudah. Protein-protein yang turut campur dalam difusi khusus ini biasanya berfungsi untuk spesifik partikel.

Difusi terfasilitasi (Campbell, 2008).

Difusi terfasilitasi terbagi menjadi dua bagian, yaitu : 1.

Difusi terfasilitasi dengan saluran protein. Substansi seperti asam amino, gula, dan substansi bermuatan tidak dapat berdifusi melalui membran plasma. Substansi-substansi tersebut melewati membran plasma melalui saluran yang di bentuk oleh protein. Protein yang membentuk saluran ini merupakan protein integral. Protein ini hanya menyediakan koridor yang dapat dilalui oleh molekul atau ion spesifik untuk menyebrangi membran. Saluran hidrofilik yang disediakan protein ini dapat membantu molekul air atau ion kecil untuk mengalir dengan amat cepat dari satu sisi membran ke sisi lainnya. Membran sel memiliki ion channel yang permeable untuk ion tertentu. Ion channel terbuka atau tertutup melalui 2 cara: rangsangan listrik dan rangsangan kimia

Difusi pada saluran protein (protein channel)

2.

Difusi terfasilitasi dengan protein pembawa. Proses difusi ini melibatkan protein yang membentuk suatu saluran dan mengikat substansi yang ditranspor. Protein ini disebut protein pembawa. Protein pembawa biasanya mengangkut molekul polar, misalnya asam amino dan glukosa. Protein pembawa mengalami sedikit perubahan bentuk yang mentranslokasi situs pengikatan zat terlarut melintasi membran. Perubahan bentuk ini dapat dipicu oleh pengikatan dan pelepasan molekul yang ditranspor (Campbell, 2008).

Gambar 9. Difusi Melalui Facilitative Transporter

Gambar 10. Difusi terfasilitasi protein pembawa dan saluran protein

Menurut Karp (2013), saluran bergerbang dibedakan menjadi tiga kategori utama, yaitu: 1) Voltage-gated saluran yang bergantung pada perbedaan muatan ion pada kedua sisi membran. 2) Ligand-gated saluran yang bergantung pada ikatan molekul tertentu (ligand), yang biasanya bukan zat terlarut yang melewati saluran tersebut. Beberapa saluran gated-ligan terbuka (atau tertutup) setelah mengikat molekul ke permukaan luar saluran; saluran ligand-channel yang lainterbuka (atau tertutup) melalui pengikatan ligan pada permukaan bagian dalam saluran. Misalnya, neurotransmiter, seperti kolin asetil, bekerja pada permukaan luar dari saluran kation tertentu, sementara siklik nukleotida, seperti CAMP, bertindak pada permukaan bagian dalam dari saluran ion kalsium tertentu. 3) Mechano-gated saluran yang bergantung pada kekuatan mekanik (misalnya, regangan) pada membran. Anggota dari satu kelompok saluran kation, misalnya terbuka oleh gerakan-unsur stereocilia pada sel-sel rambut telinga bagian dalam menanggapi suara atau gerakan kepala.

Transpor Aktif Transpor aktif adalah pemompaan zat terlarut melintasi membran biologis, melawan konsentrasinya atau gradien konsentrasi. Kemampuan sel untuk mempertahankan zat kecil terlarut dalam sitoplasma pada konsentrasi lebih tinggi dari cairan sekitarnya merupakan faktor penting dalam kelangsungan hidup sel. Banyak sel-sel hewan, misalnya, menjaga konsentrasi natrium dan kalium yang sangat berbeda dibandingkan dengan lingkungan mereka. Transpor aktif memungkinkan sel-sel tidak hanya untuk mempertahankan tingkat zat terlarut yang layak, tetapi juga untuk memompa ion melintasi gradien konsentrasi. Proses ini menciptakan tegangan melintasi membran yang dapat dimanfaatkan untuk kekuatan kerja seluler (Alberts, 1994). Selama transpor aktif, sel harus bekerja melawan difusi alami zat terlarut. Untuk melakukan hal ini, protein transportasi khusus yang tertanam dalam membran sel. Didukung oleh adenosin trifosfat (ATP), protein transpor selektif memindahkan zat terlarut tertentu masuk atau keluar dari sel. Sebuah cara yang umum kekuatan ATP kerja ini adalah untuk

menyumbangkan gugus fosfat terminal dengan protein transportasi, memicu perubahan bentuk dalam molekul protein. Perubahan konformasi menyebabkan protein untuk memindahkan zat terlarut yang terikat ke permukaan ekstraseluler untuk interior sel dan melepaskan mereka. Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa dalam transpor aktif memerlukan protein membran

yang

berperan

sebagai

pembawa

atau

‘kendaraan’

untuk

melewati

membran. Transpor aktif melibatkan 3 jenis protein pembawa, yaitu unipor, simpor, dan antipor. a.

Unipor adalah protein pembawa yang mengangkut satu ion atau molekul terlarut pada satu arah saja. Misalnya ion Ca2+ pada membran plasma.

b.

Simpor adalah protein pembawa yang mengangkut dua ion atau molekul terlarut pada satu arah yang sama. Misalnya pengangkutan asam amino dari usus ke dalam sel-selnya, yang juga membutuhkan pengangkutan ion Na+ pada protein simpor yang sama.

c.

Antipor adalah protein pembawa yang mengangkut dua ion atau molekul pada arah yang berlawanan, ke luar dan ke dalam sel. Misalnya sel-sel yang mempunyai pompa Na+ (mengeluarkan ke luar sel) dan K+ (memasukkan ke dalam sel).

Gambar 11. Jenis protein pembawa transport aktif

Transport aktif dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu pompa natrium-kalium, eksositosis dan endositosis. 1.

Pompa Natrium-Kalium Sebuah contoh dari jenis protein transpor aktif adalah pompa natrium-kalium. Kebanyakan sel-sel hewan terus konsentrasi yang lebih tinggi kalium, dan konsentrasi rendah natrium, dari apa yang ditemukan di lingkungan ekstraselular. Karena ion

natrium membawa muatan positif dan ion kalium membawa muatan negatif, ketidakseimbangan ini tidak hanya merupakan gradien konsentrasi, tetapi juga gradien elektrokimia. Pompa natrium-kalium memindahkan tiga ion natrium keluar sel untuk setiap dua ion kalium yang mereka bawa ke dalamnya, sehingga muatan negatif bersih pada sel secara keseluruhan. Perbedaan muatan pada setiap sisi dari membran selular menciptakan tegangan – potensi membran – yang memungkinkan sel untuk bertindak sebagai baterai, dan bekerja seluler listrik. Seperti disebutkan, transportasi yang paling aktif ini didukung oleh molekul ATP. Kadang-kadang, bagaimanapun, suatu zat terlarut dapat bergerak ke dalam sel dengan mengambil keuntungan dari difusi zat lainnya. Ketika zat menyebar pindah ke sel sepanjang gradien yang sebelumnya telah dibuat oleh transpor aktif, zat terlarut lainnya dapat mengikat mereka dan menyeberangi membran secara bersamaan. Dikenal sebagai transportasi sekunder atau co-transport, ini adalah bentuk lalu lintas membran yang bertanggung jawab untuk memindahkan sukrosa ke dalam sel tanaman, serta bergerak kalsium dan glukosa ke dalam sel-sel hewan. Transport aktif terbagi atas transport aktif primer dan sekunder. Transport aktif sekunder juga terdiri atas co-transport dan counter transport. a.

Transport aktif primer Memakai energi langsung dari ATP, misalnya pada pompa Natrium-Kalium dan dan Calsium. Pada pompa Na-K , 3 ion Na akan dipompa keluar sel, sedangkan 2 ion

K akan dipompa kedalam sel. Pada pompa Ca , Ca akan

dipompa keluar sel agar konsentrasi Ca dalam sel rendah.

b.

Transpor Aktif Sekunder Transpor aktif sekunder dengan co-transpor adalah transpor zat yang mengaktifkan transpor zat lain melewati membran plasma. Co-transport dibedakan menjadi dua, yaitu simport dan antiport. Disebut simport apabila kedua jenis zat memiliki arah pergerakan yang sama, dan disebut antiport apabila arah pergerakannya berlawanan. Contoh mekanisme kotranspor, berupa pompa potasium dan sodium. Pada proses counter transport/exchange, masuknya ion Na ke dalam sel akan menyebabkan bahan lain ditransport keluar. Misalnya pada pertukaran NaCa dan pertukaran Na-H. Pada pertukaran Na-Ca, 3 ion Na akan ditransport kedalam sel untuk setiap 1 ion Ca yang ditransport keluar sel, hal ini untuk menjaga kadar Ca intrasel, khususnya pada otot jantung sehingga berperan pada kontraktiitas jantung. Pertukaran Na-H terutama berperan mengatur konsentrasi ion Na dan Hidrogen dalam tubulus proksimal ginjal, sehingga turut mengatur pH dalam sel (Griffith, 1992).

Transport aktif sekunder