Struktur Dan Fungsi Membran Sel

Membran plasma mempunyai kiprah penting bagi kehidupan. Yang perlu menerima perhatian istimewa ialah kiprahnya sebagai penyekat dan pengatur permeabilitas. Selain itu, membran plasma juga berperan sebagai sarana komunikasi.

Membran Plasma sebagai Penyekat

Berbeda dengan sel prokaryota yang hanya terdiri dari sebuah kompartemen (ruang) yang diselubungi oleh membran sel, sitoplasma sel eukaryota tersekat-sekat oleh membran sitoplasmik. Akibatnya, terbentuklah beberapa kompartemen bermembran, yang disebut organela. Peran setiap kompartemen berbeda-beda. Mereka masing-masing mempunyai seperangkat enzim, molekul-molekul khusus dan sistem distribusi yang rumit.

            

Keberadaan membran sitoplasmik sebagai pembatas organela sangat penting. Kegiatan di dalam setiap organela sanggup berjalan lancar tanpa gangguan dari organela lain, namun tetap ada kekerabatan kerja yang serasi.

            

Di antara organela tersebut, terdapat yang berselaput rangkap yaitu: nukleus, mitokondria, dan kloroplas. Nukleus berisi genom utama dan merupakan tempat terpenting untuk sintesis DNA dan RNA. Mitokondria dan kloroplas merupakan organela penghasil sebagian besar ATP yang terdapat di dalam sel. Sebagian besar membran sitoplasmik, merupakan pemisah labirint retikulum endoplasma dari sitosol dan organela lainnya.

Selaput Plasma sebagai Pengatur Permeabilitas

Bagian tengah dwilapisan fosfolipid bersifat hidrofobik sehingga menghambat lewatnya senyawa-senyawa yang terlarut dalam air. Padahal sel-sel hidup dan tumbuh akhir terjadinya pertukaran molekul-molekul dengan lingkungannya, sehingga banyak sekali molekul terlarut air harus sanggup melewatinya. Molekul-molekul hidrofobik dan molekul-molekul hidrofilik yang tidak bermuatan sanggup dengan gampang merembes (difusi) melewati dwilapisan fosfolipid. Molekul-molekul makro dan ion-ion tidak sanggup melewati membran plasma. Sebagai contoh: gula dan asam amino perlu dimasukkan ke dalam sel sedangkan karbondioksida harus dibuang. Konsentrasi ion-ion contohnya H⁺, Na⁺, K⁺, dan Ca²⁺⁺ perlu dibentuk seimbang.

Beberapa zat-zat terlarut ini sanggup dengan gampang merembes melewati dwilapisan fosfolipid, sedangkan yang lain tidak. Zat-zat kelompok kedua ini sanggup melewati membran plasma hanya dengan sumbangan protein transmembran yang berada di membran plasma. Beberapa di antara protein transmembran tersebut mempunyai fungsi khusus contohnya sebagai protein pengangkut, protein pembentuk celah, dan sebagai reseptor.

Sebelum membahas prosedur kerja protein transmembran yang berperan dalam pengaturan permeabilitas terlebih dahulu perlu diuraikan mengenai konsentrasi ion di dalam dan di luar sel. Komposisi ion-ion di dalam sel sangat berbeda dengan komposisi ion-ion di dalam zalir di sekeliling sel tersebut. Ion-ion anorganik Na⁺; K⁺; Ca²⁺; Cl^- dan proton (H⁺) sangat banyak dijumpai dalam larutan di sekeliling sel. Masuknya ion-ion tersebut ke dalam sel merupakan serpihan penting aktivitas sel. Misalnya: sel binatang memompa ion Na⁺ ke luar biar konsentrasi Na⁺ di dalam sel tetap rendah. Bila pemompaan gagal air akan masuk ke dalam sel dengan jalan osmosis. Akibatnya sel membengkak dan pecah.

Molekul dan ion sanggup melewati membran plasma dengan dua cara yaitu transportasi (pengangkutan) pasif dan pengangkutan aktif.

Pengangkutan pasif: Terdapat dua prosedur pengangkutan pasif yaitu difusi (perembesan) sederhana dan difusi terfasilitasi berkemudahan.

Difusi sederhana: pengangkutan pasif merupakan proses difusi khusus. Pengangkutan ini merupakan aktivitas fisik yang ditentukan oleh gerakan molekul-molekul. Perpindahan molekul-molekul tersebut berlandaskan pada perbedaan konsentrasi. Bila di suatu tempat konsentrasi suatu molekul lebih tinggi daripada tempat sekitarnya, molekul-molekul akan bergerak dari tempat berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Hal ini hanya berlaku untuk molekul mikro nonpolar (hidrofobik) dan molekul mikro polar (hidrofilik) tidak bermuatan.

Apabila membran plasma alami atau tiruan ditempatkan di antara dua tempat yang berisi molekul dengan beda konsentrasi, tidak akan besar lengan berkuasa pada hasil difusi jikalau semua molekul atau ion sanggup melewati membran itu. Namun perpindahan molekul akan terganggu jikalau beberapa molekul kurang cepat merembes atau sama sekali tidak dapat. Membran yang mempunyai sifat ibarat ini disebut bersifat semipermeabel.

Keberadaan molekul yang tidak sanggup merembes melewati membran semipermeabel, menjadikan terjadinya perpindahan molekul air sehingga timbul tanda-tanda osmosis. Contoh: sebuah baskom disekat memakai selaput semipermeabel sehingga terbentuk dua ruangan yaitu ruangan A dan ruang B. Ruang A berisi air murni, ruang B berisi larutan protein. Molekul-molekul protein tidak sanggup merembes melewati selaput walaupun dengan terang terdapat perbedaan konsentrasi antara ruang A dan B. Hal ini disebabkan lantaran membran bersifat semipermeabel terhadap molekul protein. Perbedaan konsentrasi molekul air di ruang A dan B tidak tegas, namun terjadi perembesan molekul air dari ruang A ke ruang B. Hal ibarat inilah yang disebut osmosis. Tekanan osmotik yang menahan laju perembesan molekul air dari A ke B akan tibul, apabila telah terjadi keseimbangan konsentrasi air antara A dan ruang B.

Gejala ibarat tersebut di atas terjadi di semua sel hidup. Hal ini disebabkan lantaran sel berisi molekul-molekul protein dan lain-lainnya yang tetap berada di dalam sel. Senyawa-senyawa ini tidak sanggup merembes melewati selaput plasma. Perembesan air ke dalam sel menimbulkan tekanan yang terjadi terus menerus pada sel hidup. Tekanan ini sanggup dipakai sebagai sumber tenaga untuk beberapa aktivitas sel atau merupakan gangguan yang harus dilawan biar sel tetap sanggup hidup. Sebagai contoh:

1. Sel-sel akar tumbuhan berada di lingkungan yang banyak berair. Akibatnya terjadi proses osmosis. Tekanan yang timbul akhir proses tersebut sebagian dipakai untuk menaikkan air ke pucuk batang dan daun. Di batang dan daun masuknya air ke dalam sel menjadikan terjadinya takanan yang mendorong sitoplasma melekat bersahabat pada dinding sel.
2. Sel yang tanpa dinding, contohnya protozoa, memakai tenaga untuk mengeluarkan air yang selalu masuk ke dalamnya. Namun, sel atau organisme yang berada di lingkungan yang lebih pekat daripada sitoplasma, memakai tenaga justru untuk memasukkan air ke dalam tubuhnya.

Difusi berkemudahan: merupakan proses perembesan yang memerlukan sumbangan protein transmembran. Protein ini dibutuhkan untuk mengangkut hampir semua molekul-molekul mikro senyawa organik melintasi membran plasma, kecuali molekul-molekul yang terlarut dalam lemak dan molekul mikro yang tidak bermuatan. Setiap protein sangat pemilah (selektif). Untuk mengatur lalulintas molekul-molekul mikro melintasi membran plasma, setiap masing-masing membran plasma mempunyai satu perangkat protein yang berbeda. Misalnya: pada membran plasma terdapat protein pengangkut untuk gula, asam amino, nukleotid, asam piruvat, ADP, dan ATP. Terdapat dua macam protein pengangkut yaitu protein pengangkut sejati dan protein pembentuk celah. Perbedaan utama antara protein pengangkut sejati dengan protein pembentuk celah terletak pada cara pemilihan dan pemilahan molekul-molekul yang akan diangkut. 

Protein pembentuk celah menentukan molekul yang sanggup melewatinya menurut ukuran dan muatan molekul tersebut. Protein pengangkut sejati menentukan zat-zat terlarut yang sanggup berikatan dengan tempat reaktifnya. Cara pengikatan ini sama dengan kerja enzim – substrat. Hal inilah yang menciptakan pengangkutan ini pemilah (selektif).

Contoh pengangkutan pasif dengan perantaraan protein pengangkut sejati ialah masuk keluarnya glukosa ke dalam dan ke luar sel hati. Apabila di luar sel terdapat banyak sekali molekul glukosa, molekul-molekul glukosa mengikatkan diri ke tempat reaktif protein pengangkut sejati yang terpapar ke arah luar sel. Akibatnya protein pembentuk celah berubah kedudukan sehingga tempat reaktif terpapar ke aral sitosol dan melepaskan glukosa ke dalam sitosol. Sebaliknya jikalau gula darah rendah, glukosa di keluarkan dari sitosol. Protein pengangkut ini sangat pemilah, tempat reaktifnya sanggup berikatan hanya dengan D-glukosa.

Glukosa yang merupakan molekul tidak bermuatan arah pengangkutan pasif ditentukan hanya oleh gradien konsentrasi. Untuk molekul-molekul bermuatan listrik terdapat tenaga tambahan. Semua sel bermuatan listrik, perbedaan muatan listrik di sebelah menyebelah membran disebut membrane potential. Daerah sitosolik membran biasanya bermuatan negatif, yang menimbulkan tertariknya zat terlarut yang bermuatan nyata ke dalam sel. Pada dikala yang sama zat yang bersangkutan juga bergerak ke arah konsentrasi yang rendah. Dengan demikian tenaga pendorong zat bermuatan untuk melintasi membran merupakan campuran dua tenaga yaitu tenaga gradien konsentrasi dengan tenaga listrik. Tenaga ini disebut gradien elektronika kimia bagi zat terlarut tersebut. Tenaga inilah yang menentukan arah pengangkutan pasif.

Pengangkutan Aktif: Sel tidak sanggup mengandalkan hanya pada pengangkutan pasif saja. Diperlukan prosedur pengangkutan lain untuk memelihara komposisi ion di dalam sel dan memasukkan zat terlarut yang konsentrasi di luar sel lebih rendah daripada di dalam sel. Pengangkutan ini disebut pengangkutan aktif. Terdapat tiga cara pengangkutan aktif yaitu (1) Pengangkutan aktif gabungan. Pengangkutan ini membawa zat menaiki gradien dan sekaligus zat yang menuruni gradien. (2) Pompa terdorong ATP, menggabungkan pengangkutan menaiki gradien dengan hidrolisis ATP. (3) Pompa terdorong cahaya, menggabung-kan pengangkutan menaiki gradien dengan pasokan tenaga cahaya. Pengangkutan ini umumnya terjadi pada bakteri.

Pada sel binatang pompa yang memakai tenaga ATP mengangkut Na⁺ ke luar sel dengan melawan gradien elektrokimianya. Pompa Na⁺ menghidrolisis ATP menjadi ADP, tenaga yang timbul dipakai untuk mengangkut Na⁺ ke luar sel. Oleh lantaran itu pompa ini bukan sekedar protein pembawa tetapi sekaligus suatu enzim ATPase. Pompa ini populer dengan pompa Na⁺K⁺.

Pompa Na⁺K⁺ bekerja dalam suatu siklus. Dalam satu siklus pemompaan terdapat 6 tahapan. yakni:

1. Na⁺ mengikatkan diri pada protein pengangkut yang tempat reaktifnya terpapar ke arah sitosol. Pada dikala itu ATP dihidrolisis menjadi ADP dan fosfat, dan terjadi proses fosforilasi 
2. Fosforilasi ini menjadikan protein pengangkut berubah bentuk sedemikian rupa sehingga Na⁺ berada di luar sel dan dilepaskan 
3. Pada dikala itu ion K⁺ mengikatkan diri ke protein pengangkut. Pengikatan K⁺ ini memicu terjadinya proses defosforilasi sehingga protein pengangkut kembali ke keadaan semula. 
4. Akibatnya ion K⁺ terpapar ke sitosol dan dilepas.

Pompa Na⁺ K⁺ selain dipakai untuk mengangkut molekul menaiki gradien konsentrasi sanggup pula dipakai mengangkut ion lain bersamaan. Pengangkutan ibarat ini disebut pengangkutan aktif gabungan. Bila searah disebut simpor, jikalau arah berlawanan disebut antipor. 

Pengangkutan campuran ini memegang peranan penting pada sel-sel hewan. Sebagai referensi ialah peresapan glukosa oleh sel-sel epitelium mukosa dinding usus. Apabila peresapan glukosa oleh sel-sel ini hanya mengandalkan pada pengangkutan  pasif, pada dikala usus kosong glukosa yang sudah berada di dalam sel akan kembali ke lumen usus. Mengapa? Sebaliknya apabila sel-sel ini hanya mengandalkan pada pengangkutan simpor gula tidak akan merembes ke luar dan mencapai sel-sel lain di dalam tubuh. Oleh lantaran itu, sel-sel ini mempunyai dua macam protein pengangkut yang berada di tempat apikal merupakan protein pompa N⁺K⁺, sedangkan yang berada di tempat baso-lateral merupakan protein pengangkut pasif simpor. Dua macam protein tersebut dipisahkan oleh penghalang difusi sehingga tetap berada di tempat masing-masing. Penghalang difusi tersebut tidak lain ialah tautan lekat (tight junction).

Pada sel-sel binatang pompa Na⁺K⁺ juga berperan untuk memelihara keseimbangan osmotik.

Pada sel-sel selain pompa Na⁺K⁺ terdapat pula pompa Ca²⁺ dan pompa H⁺. Ion Ca²⁺ ibarat halnya ion Na⁺ diusahakan konsentrasi di dalam sel selalu lebih rendah daripada konsentrasi di luar sel. Gerakan ion Ca²⁺ melintasi membran sangat penting dan rumit. Hal ini disebabkan lantaran Ca²⁺ sanggup terikat bersahabat ke molekul lain yang berada di dalam sel, sehingga mengganggu kegiatana sel. Masuknya ion Ca²⁺ ke sitosol sering dipakai sebagai arahan pemicu aktivitas lain di dalam sel contohnya proses sekresi maupun kontraksi sel otot. Makin rendah konsentrasi Ca²⁺ di dalam sitosol makin peka sel tersebut terhadap kenaikan konsentrasi Ca²⁺. Konsentrasi rendah ion Ca²⁺ di dalam sitosol sanggup dicapai melalui pompa Ca²⁺ yang berada di membran sel maupun membran RE. Seperti halnya pompa K⁺Na⁺, pompa Ca²⁺ juga merupakan proses fosforilasi defosforilasi ATPase.

Sel tumbuhan, fungi, dan basil tidak mempunyai pompa K⁺Na⁺, sebagai gantinya mereka memakai pompa H⁺ (proton). Dengan adanya pompa H⁺ konsentrasi proton dalam sitosol dibentuk selalu rendah. Pompa H⁺ juga menciptakan media  di sekeliling sel mempunyai pH randah.

Pompa H⁺ tidak hanya berada di membran sel tumbuhan saja, melainkan terdapat pula di membran lisosoma sel binatang dan membran vakuola sel tumbuhan. Di dua tempat ini pompa proton bertugas memompa ion H⁺ ke luar dari sitosol dan memasukkannya ke lumen lisosom atau ke vakuola.  

Proses pengangkutan yang telah dibicarakan merupakan proses pengangkutan molekul mikro dan ion. Molekul-molekul makro sanggup melewati membran plasma dengan jalan endositosis dan eksositosis (Gambar      ). Suatu hal yang penting dalam proses endositosis dan eksositosis yaitu bahwa, molekul makro yang dimasukkan maupun yang disekresikan, selama dalam sitosol berada di dalam suatu vesikula terpisahkan dari molekul yang lain.

Di samping endositosis dan eksositosis terdapat pengangkutan lain yaitu pertunasan (budding). Pertunasan terjadi pada membran RE dan Golgi).