Membran sel adalah membran yang dimiliki oleh semua jenis sel yang berupa lapisan yang disebut membran plasma yang memisahkan sel dengan lingkungan di luar sel. Fungsinya adalah untuk melindungi inti sel dan sistem kelangsungan hidup yang bekerja di dalam sitoplasma.
1. Fungsi Membran Sel
Membran sel menjaga komponen-komponen sel tetap terisolasi dari lingkungan luar. Membran sel mengelilingi sitoplasma sel hidup, secara fisik memisahkan komponen intraseluler dari lingkungan ekstraseluler. Jamur, bakteri, dan tumbuhan juga memiliki dinding sel yang menyediakan dukungan mekanik untuk sel dan menghalang bagian dari molekul-molekul yang lebih besar. Membran sel juga berperan dalam penahan sitoskeleton yang memberikan bentuk sel dan membantu sel-sel untuk membentuk jaringan. Protein yang ada pada membran sel dapat berfungsi sebagai enzim.
Membran sel juga berfungsi sebagai media komunikasi antara sel dengan lingkungan. Membran sel bersifat selektif permeabel dan mampu mengatur apa yang masuk dan keluar sel, sehingga memudahkan pengangkutan bahan-bahan yang diperlukan untuk bertahan hidup. Gerakan zat di membran sel dapat menjadi pasif dan menjadi aktif ketika terdapat energi. Membran juga mempertahankan sel yang potensial. Membran sel bekerja seperti filter yang mencegah virus masuk ke dalam sel.
2. Membran Sel pada Prokariota
Gram negatif memiliki membran luar yang dipisahkan oleh spasi periplasmik. Prokariota lain hanya memiliki membran plasma. Sel-sel prokariotik juga dikelilingi oleh dinding sel yang terdiri dari peptidoglikan (asam amino dan gula). Beberapa sel-sel eukariota juga memiliki dinding sel, tetapi tidak ada yang terbuat dari peptidoglikan.
3. Struktur Membran Sel
Bahan penyusun utama membran adalah lipid dan protein.Terdapat dua populasi utama protein membran. Protein integral umumnya merupakan protein transmembran dengan daerah hidrofobik yang seluruhnya membentang sepanjang interior hidrofobik membran tersebut. Daerah hidrofobik protein integral terdiri atas satu atau lebih rentangan asam amino nonpolar yang biasanya bergulung menjadi heliks-α. Ujung hidrofilik molekul ini dipaparkan ke larutan aqueous pada kedua sisi membrane. Protein peripheral tidak tertanam dalam lipid bilayer. Protein ini terikat secara longgar pada permukaan membrane atau pada bagian protein integral yang terpapar.
Komponen penyusun membran sel antara lain adalah fosfolipid, protein, oligosakarida, glikolipid, dan kolesterol.
3.1. Model Mosaik Fluida
Pada tahun 1972, Seymour Jonathan Singer dan Garth Nicholson mengemukakan model mosaik fluida yang disusun berdasarkan hukum-hukum termodinamika untuk menjelaskan struktur membran sel. Pada model ini, protein penyusun membran dijabarkan sebagai sekelompok molekul globular heterogenus yang tersusun dalam struktur amfipatik, yaitu dengan gugus ionik dan polar menghadap ke fase akuatik, dan gugus non-polar menghadap ke dalam interior membran yang disebut matriks fosfolipid dan bersifat hidrofobik. Himpunan-himpunan molekul globular tersebut terbenam sebagian ke dalam matriks fosfolipid tersebut. Struktur membran teratur membentuk lapisan ganda fluida yang diskontinu, dan sebagian kecil dari matriks fosfolipid berinteraksi dengan molekul globular tersebut sehinggal struktur mosaik fluida merupakan analogi lipoprotein atau protein integral di dalam larutan membran ganda fosfolipid.
3.2. Lapisan Ganda Fosfolipid
Umumnya, membran sel memiliki bagian kepala polar hidrofilik dengan daya ikat gliserofosforilester yang terdiri dari gliserol, fosfat, dan gugus tambahan seperti kolina, serina, dll; dengan dua rantai hidrofobik asam lemak yang membentuk ikatan ester. Pada rantai primer, ditempati oleh asam lemak jenuh dan pada rantai sekunder ditempati oleh asam lemak tak jenuh. Bagian kepala dapat berinteraksi dengan air maupun larutan fase akuatik, sedangkan bagian rantai akan berhimpit membentuk matriks fosfolipid yang disebut fase internal. Antara fase internal dan fase akuatik terjadi tegangan potensial antara 220-280 mV yang disebut tegangan potensial dipol, atau potensial membran.
Penamaan dan sifat bagian kepala fosfolipid bergantung pada jenis gugus tambahan yang dimilikinya, antara lain terdapat sebutan fosfokolina (pc), fosfoetanolamina (pe), fosfoserina (ps), dan fosfoinositol (pi); dan masing-masing nama senyawa fosfolipid terkait yang terbentuk pada membran sel adalah fosfatidil kolina, fosfatidil etanolamina, fosfatidil serina, dan fosfatidil inositol. Membran juga dapat terbentuk dari senyawa lipid seperti sfingomielin, sardiolipin, atau ikatan dengan senyawa kolesterol, dan glikolipida.
3.3. Protein integral membran
Protein integral memiliki domain membentang di luar sel dan di sitoplasma. Protein intregral juga berfungsi untuk memasukkan zat-zat yang ukurannya lebih besar.
3.4. Protein Transmembran
Protein ini terintegrasi pada lapisan lipid dan menembus 2 lapisan lipid / transmembran. Bersifat amfipatik, mempunyai sekuen helix protein, hidrofobik, menembus lapisan lipida, dan untaian asam amino hidrofilik. Banyak diantaranya merupakan glikoprotein, gugus gula pada sebelah luar sel. Di sintesis di RE, gula dimodifikasi di badan golgi.
3.5. Kerangka Membran
Kerangka membran atau disebut juga sitoskeleton mempunyai tiga macam jenis yaitu mikrotubulus, mikrofilamen, dan filamen intermediet.
4. Komposisi Kimia Membran Sel
Membran sel terdiri dari berbagai molekul, terutama lipid (lemak) dan protein yang diikat oleh ikatan nonkovalen. Molekul tersebut masuk dan keluar melalui beberapa mekanisme.
4.1. Lipid
Lipid pada membran tersusun atas fosfolipid (lemak yang bersenyawa dengan fosfat). Struktur lapisan ganda lipid menjelaskan fungsinya sebagai penghalang. Lipid adalah lemak, seperti minyak, yang larut dalam air. Ada dua wilayah penting dari lipid yang menyediakan struktur lapisan ganda lipid. Setiap molekul lipid berisi daerah hidrofilik, juga disebut kepala daerah kutub, dan hidrofobik, atau daerah ekor nonpolar.
Fosfolipid merupakan suatu molekul amfipatik yang berarti bahwa molekul ini memiliki daerah hidrofilik maupun daerah hidrofobik. Daerah hidrofilik tertarik pada kondisi air berair sementara wilayah hidrofobik ditolak dari kondisi seperti itu. Karena molekul lemak mengandung daerah baik polar dan nonpolar, mereka disebut molekul amphipathic. Molekul lipid paling banyak ditemukan di membran sel fosfolipid. Kelompok kepala molekul fosfolipid polar mengandung gugus fosfat.
4.2. Karbohidrat
Membran plasma juga mengandung karbohidrat terutama gilikoprotein, tetapi denan beberapa gilikolipid. Untuk sebagian besar, gilikosilasi tidak terjadi pada membran dalam sel, bukan juga terjadi pada permukaan ekstraseluler membran plasma. Sebagian besar karbohidrat berikatan kovalen dengan protein dan membentuk gilikoprotein.
Pengenalan sel dilakukan dengan cara memberi kunci pada molekul permukaan. Molekul tersebut seringkali berupa karbohidrat pada membrane plasma. Karbohidrat membran biasanya berupa oligosakarida bercabang dengan kurang dari 15 satuan gula. Beberapa oligosakarida secara kovalen terikat dengan lipid dan membentuk glikolipid. Sebagian besar oligosakarida terikat secara kovalen dengan protein dan disebut glikoprotein.
4.3. Protein
Membran sel memiliki sebagian besar terdiri dari protein, biasanya sekitar 50% dari volume membran. Protein penting untuk sel karena mereka bertanggung jawab untuk berbagai kegiatan biologis.
Membran sel yang terhubung dengan lingkungan ekstraseluler, adalah lapisan yang penting untuk menghubungkan antar sel. Dengan demikian, berbagai macam protein seperti antigen, terdapat pada permukaan membran. Fungsi protein dalam membran sel adalah untuk memanggil sitoskeleton, mengatur aktivitas enzim, dan pengangkutan zat di dalam membran.
Kebanyakan protein masuk ke dalam membran dalam beberapa cara. N-terminus asam amino mengarahkan protein menuju endoplasma, yang menyisipkan protein ke lipid bilayer. Setelah disisipkan, protein kemudian diangkut ke vesikula.
5. Macam-Macam Membran Sel
Membran sel dapat dibedakan berdasarkan perbedaan komposisi lipid dan protein. Berikut adalah macam-macam membran sel:
- Sarkolema yang terdapat di dalam sel otot (miosit)
- Oolema yang terdapat di dalam oosit
- Aksolema yang terdapat di dalam akson
- Secara historis, membran plasma juga dirujuk sebagai plasmalemma.
6. Sistem Transpor Membran
Salah satu fungsi dari membran sel adalah sebagai lalu lintas molekul dan ion secara dua arah. Molekul yang dapat melewati membran sel antara lain ialah molekul hidrofobik (CO2, O2), dan molekul polar yang sangat kecil (air, etanol). Sementara itu, molekul lainnya seperti molekul polar dengan ukuran besar (glukosa), ion, dan substansi hidrofilik membutuhkan mekanisme khusus agar dapat masuk ke dalam sel.
6.1. Transpor Pasif
Transpor pasif merupakan suatu perpindahan molekul menuruni gradien konsentrasinya. Transpor pasif ini bersifat spontan. Difusi dan osmosis merupakan contoh dari transpor pasif. Contoh molekul yang berpindah dengan transpor pasif ialah air dan glukosa. Transpor pasif air dilakukan lipid bilayer dan transpor pasif glukosa terfasilitasi transporter. Ion polar berdifusi dengan bantuan protein transpor.
- Difusi adalah gerakan molekul dari suatu daerah dengan konsentrasi yang tinggi ke daerah lain dengan konsentrasi lebih rendah yang disebabkan oleh energi kinetik molekul-molekul tersebut. Kecepatan difusi melalui membran sel tergantung pada perbedaan konsentrasi, ukuran molekul, muatan, daya larut partikel-partikel dalam lipid dan suhu.
- Osmosis adalah difusi dari tiap pelarut melalui suatu selaput yang permeabel secara diferensial. Pelarut universal adalah air. Jadi, dapat dikatakan bahwa osmosis adalah difusi air melalui selaput yang permeabel secara diferensial dari pelarut berkonsentrasi tinggi (banyak air) ke pelarut yang berkonsentrasi rendah (sedikit air). Proses osmosis akan berhenti jika konsentrasi di dalam dan di luar sel telah seimbang.
6.2. Transpor Aktif
Transpor aktif merupakan kebalikan dari transpor pasif dan bersifat tidak spontan. Arah perpindahan dari transpor ini melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif membutuhkan bantuan dari beberapa protein. Contoh protein yang terlibat dalam transpor aktif ialah channel protein dan carrier protein, serta ionofor. Ionofor merupakan antibiotik yang menginduksi transpor ion melalui membran sel maupun membran buatan.
Molekul gula dan asam amino diangkut secara aktif ke dalam sel menggunakan energi. Energi ini di peroleh dari gradien konsentrasi Na+ yang terjadi pada pengangkutan natrium-kalium. Dengan bantuan suatu protein transpor khusus, molekul glukosa dan ion natrium masuk ke dalam sel bersama-sama.
7. Permeabilitas Membran Sel
Permeabilitas membran adalah tingkat pasif difusi molekul melalui membran. Molekul-molekul yang dikenal sebagai permeant molekul. Permeabilitas bergantung terutama pada muatan listrik dan polaritas molekul dan pada tingkat lebih rendah massa molar molekul. Karena sifat hidrofobik membran sel, molekul kecil bermuatan netral. Ketidakmampuan molekul yang dibebankan untuk melewati membran sel hasil pH partisi zat seluruh kompartemen cairan tubuh.
| Sumber: |
| 1. Tetap Semangat! | Materi Pelajaran
|