SISTEM TRANSPORT MELALUI MEMBRAN SEL

Tujuan : 1. menjelaskan Sistem transport makromolekul dan partikel

3. mampu membedakan transport aktif dan pasif

4. mampu menjelaskan mekanisme endositosis

Materi

Membran sel merupakan pembatas antara intra dengan ekstraseluler.

Salah satu fungsi dari membran sel adalah sebagai lalu lintas molekul dan ion

secara dua arah. Sifat permeabilitas dari membran sel ini memungkinkan molekul

yang penting seperti ion, oksigen, air, glukosa, asam amino dan asam lemak-

gliserol dapat mudah masuk ke dalam sel, sedangkan senyawa kimia hasil

metabolisme sel tetap berada dalam sel dan senyawa yang tidak diperlukan oleh

sel akan meninggalkan sel. Dengan demikian permiabilitas selektif dari membran

sel memungkinkan sel dapat memelihara lingkungan internalnya.

Kita dapat mulai meninjau beberapa prinsip umum transportasi di seluruh

membran, antara lain tentang struktur membran sel dan mekanismenya terkait

lalu lintas ion dan senyawa organik, suatu mekanisme khusus bagi transportasi

suatu molekul polar dengan ukuran besar.

Tranportasi lewat membran digolongkan menjadi dua cara, yaitu dengan

transpor pasif bagi molekul-molekul yang mampu melalui membran tanpa

mekanisme khusus, dan transpor aktif bagi molekul yang membutuhkan

mekanisme khusus.

A. Transpor pasif

Transpor pasif merupakan suatu perpindahan molekul berdasarkan

perbedaan gradien konsentrasinya, yaitu molekul berpindah dari konsentrasinya

yang tinggi ke konsentrasi rendah dan tidak ada energi metabolik yang terlibat.

Transpor pasif meliputi difusi, dan difusi terfasilitasi merupakan contoh dari

transpor pasif..

a). Difusi

Difusi merupakan perpindahan senyawa dari konsentrasi tinggi ke

konsentrasi rendah dan semakin besar gradien konsentrasi senyawa semakin

cepat laju difusinya dan akan terhenti setelah tercapai kesetimbangan gradient.

Molekul polar hidrofobik merupakan molekul yang lebih cepat berdifusi melintasi

bilayer fosfolipid misalnya diethylurea, demikian pula molekul non polar misalnya

O2 dan molekul polar yang tidak bermuatan misalnya CO2.

Gambar 3 : Permeabilitas membran fosfolipid terhadap macam-macam molekul.

Membran fosfolipid permeabel terhadap molekul kecil hidrofobik dan

molekul polar tidak bermuatan, sedikit terhadap air dan urea. Dan tidak

permeabel terhadap molekul besar dan ion (Dikutip dari

b). Difusi terfasilitasi

Difusi ini difasilitasi oleh protein yang tersusun dalam bentuk saluran

(protein trans membran) dan carrier protein yang merupakan protein pembawa.

Difusi melalui protein transmembran sering digunakan oleh sel-sel syaraf untuk

perpindahan ion Na+ dan K+ serta ion-ion seperti Cl-,Ca2+ dan HCO3-

Protein pembawa (carrier protein) memiliki permukaan spesifik untuk ion,

glukosa dan asam amino sehingga masing-masing senyawa tersebut dapat

berikatan. Difusi melalui protein pembawa dapat terjadi beberapa macam

sebagai berikut, (1) uniport, terjadi kalau protein pembawa hanya mengikat satu

macam ion, misal glukosa ekstraseluler yang relatif tinggi maka lintasannya

menggunakan cara ini (2) kotransport, terjadi jika protein pembawa mengikat

sepasang ion. Kotransport ada dua macam yaitu pertama, simport, jika transpor

memindahkan dua macam ion kearah yang sama, misalnya glukosa ekstraseluler

dengan konsentrasi rendah akan terikat ke sisi protein pembawa dan masuk ke

dalam sel bersama dengan Na+, kedua dengan cara antiport, jika transpor

memindahkan dua macam ion yang terikat pada protein pembawa dan

berpindah dengan arah berlawanan. Contoh antiport adalah “chloride-

bicarbonate exchanger” yaitu pertukaran ion Cl- dengan ion HCO3-.

Gambar 4 : Diagram komparasi tranportasi melalui protein pembawa (carrier protein)

(dikutip dari Lodish et al.,, 2004)

C. Transpor Aktif

Transport aktif merupakan suatu cara pemindahkan molekul ataupun ion

dari gradien konsentrasi rendah menuju gradient konsentrasi tinggi dengan

menggunakan energy, selain itu juga membutuhkan bantuan dari carrier protein

dan saluran protein. Energi yang digunakan dalam pemindahan molekul

tersebut ada yang diperoleh dari hidrolisis ATP seperti yang dipergunakan

sewaktu pemindahan molekul Na+ dan K+ (pompa Na+ dan K+).

Dalam keadaan stabil, ekstraseluler memiliki konsentrasi Na+ 10 kali lebih

tinggi dari pada di dalam sel, sedangkan konsentrasi ion K+ lebih rendah di dalam

sel dari pada di luar sel. Kalau konsentrasi Na+ dalam sel meningkat maka Na+

perlu dikeluarkan, maka diperlukan ATP untuk memompa Na+ keluar dengan

cara Na+ akan terikat pada sisi spesifik pada saluran protein, sehingga

menyababkan rangsangan fosforilasi dan terjadi hidrolisis ATP, menghasilkan

suatu perubahan pada konformasi saluran protein berakibat Na+ yang terikat

bergerak keluar sel dan terjadi reduksi afinitas ikatan Na+ pada protein saluran

sehingga Na+ terlepas. Pada waktu bersamaan, di bagian ekstraseluler K+

mengalami afinitas di bagian sisi protein saluran, terjadi stimulus defosforilasi

berakibat perubahan konformasi saluran protein sehingga terjadi gerakan yang

menyebabkan K+ bergerak ke bagain interseluler. Saluran protein memiliki tiga

tempat spesifik untuk ikatan Na+ dan dua untuk K+, sehingga setiap kali siklus

transpor tiga Na+ dan dua K+ lewat membran sel membutuhkan satu molekul

ATP yang terhidrolisa.

Gambar 5 : Model pompa Na+ dan K

+ (dikutip dari Cooper et al., 2009)

Dari penjelasan diatas tampak bahwa pompa Na+- K+ berperan untuk

kestabilan gradien konsentrasi Na+- K+ hal ini dapat ditunjukkan pada rambatan

signal elektrik pada sel saraf dan otot. Selain itu pompa Na+- K+ berfungsi juga

untuk menggerakkan transpor aktif dari molekul lainnya, dan juga untuk

memelihara keseimbangan osmosis (osmotic balance) dan volume sel.

Transpor aktif juga memindahkan mikromolekul yang berada di daerah

lumen usus, misalnya perpindahan glukosa dan asam amino berkonsentrasi

rendah ke dalam sel usus dengan konsentrasi relatif tinggi. Perpindahan ini tidak

menggunakan ATP hasil hidrolisis tetapi digerakkan karena perbedaan gradien

Na+. Konsentrasi Na+ ekstraseluler usus lebih rendah dari pada dalam sel,

sehingga terjadi perpindahan ion ke dalam sel dengan cara berikatan dengan

bagian sisi protein saluran, selanjutnya diikuti oleh glukosa yang berikatan

dengan protein saluran yang sama tetapi pada sisi yang lain. Transpor seperti ini

disebut transpor aktif sekunder.

Gambar 6 : Transpor aktif glukosa. Transpor aktif ini digerakkan oleh gradien

Na+. Setiap terjadi transpor aktif, tranporter (protein saluran) akan

mengikat 2 ion Na+ dan 1 molekul glukosa dan bergerak ke dalam

sel usus(dikutip dari Cooper et al., 2009)

Bagaimana dengan lintasan makromolekul lewat membran sel?

Bagaimana sel menghadapi makromolekul misalnya bakteri yang ada di

ekstraseluler? Sel akan melakukan endositosis, yaitu tranpor makromolekul ke

dalam sel dengan cara membentuk vesikula yang bersifat ingested material

kearah luar melingkupi makromolekul dan selanjutnya vesikula dilepas ke dalam

sel dan makromolekul dicernakan.

Terdapat dua macam endositosis, pertama fagositosis dan pinositosis,

beda keduanya adalah ukuran diameter vesikula yang berisi partikel yang masuk

ke dalam sel. Pada fagositosis molekul yang masuk ke dalam sel berukuran

besar diperlihatkan oleh ukuran diameter vesikula yaitu ˃0,25 µm, vesikula

seperti ini disebut fagosom. Ukuran vesikula lainnya adalah ˃150 nm dan

umumnya berupa cairan (fluida) dan disebut pinosom.

Sel hewan yang mengadakan fagositosis umumnya makromolekulnya

berupa bakteri, dan debris sel. Terjadi ikatan antara partikel tersebut dengan

reseptor pada permukaan sel, yang merangsang terbentuknya pseudopodia

merupakan hasil gerakan dari aktin disekitar membran sel. Pseudopodia

mengelilingi partikel dan berlanjut pada meleburnya membran sel dan

membentuk suatu vesikula yang disebut fagosom. Di dalam sitoplasma fagosom

bergabung dengan lisosom yang selanjutnya terjadi ingested partikel oleh asam

hidrolase yang dihasilkan oleh lisosom.

Gambar 7 : Fagositosis sel terhadap bakteri. Ikatan bakteri dengan reseptor di

permukaan sel merupakan stimulus terbentuknya pseudopodia yang selanjutnya melingkupi bakteri (dikutip dari Tortora et al.,2004)

Selain endositosis, ada pula yang disebut eksositosis. Prinsip

eksositosis adalah transpor makromolekul dari dalam sel ke arah ekstraseluler. Pertanyaan :

1. Apakah yang dimaksud dengan difusi yang difasilitasi, apa perbedaannya dengan difusi sederhana?

2. Apakah yang dimaksud dengan protein trans membran? Peranannya terdapat pada berbagai jenis mekanisme transpor. Jelaskan mekanisme transpor apa saja yang menggunakan fasilitas trans membran ?

3. Apakah perbedaan transpor aktif primer dengan sekunder?

4. Transpor membran pada makromolekul tidak hanya secara endositosis tetapi juga eksositosis. Apakah perbedaan antara keduanya?