1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah struktur umum dari membrane sel? 2. Bagaimana permeabilitas dari membrane sel?

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latarbelakang Sel merupakan unit kehidupan yang paling sederhana, dan sel merupakan unit fungsional dan unit struktural.meskipun sel merupakan bagian terkecil dari suatu organisme,bukanberartisel tidak melakukan aktivitas didalamnya. Sel bersifat dinamis, artinya sel mampu melakukan gerak karena sel itu hidup. Hal tersebut tentunya didukung oleh adanya membrane sel yang bisa melindungi sel dari lingkungan luarnya. Membran sel merupakan barrier terhadap perubahan lingkungan sekaligus penyeleksi lalu lintas bahan dari dan ke luar sel. Membran sel dengan struktur dasar bilayer lipid hanya permeabel terhadap bahan-bahan yang hidrofobik dan molekul-molekul hidrofilik berkuran kecil, tetapi tidak permeabel terhadap molekul-molekul polar berukuran cukup besar, molekul-molekul kompleks dan ion-ion. Molekul-molekul polar berukuran cukup besar, molekul-molekul kompleks dan ion-ion dapat melintas membran melalui protein membran yang membentuk saluran (protein channel) atau menggunakan protein carrier. Membran sel merupakan salah satu bagian dari sel yang berfungsi untuk membatasi isi sel dari lingkungan luarnya.pada awal perkembangannya membran sel memiliki berbagai macam model berdasar pada hasil percobaan yang telah dilakukan oleh beberapa orang saintis di jaman dahulu.akan tetapi model membran sel yang dianut hingga saat ini ialah model mosaik fluida.hal tersebut didasarkan atas adanya beberapa alasan yang berhubungan dengan substansi penyusun membran sel. Adapun substansi penyusun membran sel ialah lipid, protein, dan karbohidrat.didalam makalah ini akan dijelaskan lebih rinci mengenai struktur umum dari membran sel serta permeabilitas membrane sel. 1

2 1.2 Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah struktur umum dari membrane sel? 2. Bagaimana permeabilitas dari membrane sel? 1.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui struktur umum membrane sel. 2. Mengetahui permeabilitas membrane sel. BAB II STRUKTUR UMUM MEMBRAN SEL 2

3 Membran ( selaput ) plasma berupa selaput tipis, disebut juga plasmalema. Membran sel merupakan pembungkus sel yang memisahkan isi sel dari lingkungannya. Isi sel membrane plasma berbeda dari lingkungan luarnya, misalnya kandungan ion, perbedaan tersebut dapat dipertahankan sepanjang hidup sel karena adanya selaput sel Tebal membran sel antara 5-10 nm (1nm = m). Membran sel apabila diamati dengan mikroskop cahaya tidak terlihat jelas, tetapi keberadaannya dapat dibuktikan pada waktu sel mengalami plasmolisis. Membran sel tersusun atas molekul-molekul protein, lapisan senyawa lemak (fosfolipid), air, karbohidrat, dan sedikit kolesterol. Setiap lapisan senyawa lemak, tersusun atas gugus lipid dan fosfat. Gugus lipid dari fosfolipid bersifat tidak suka air (hidrofobik), sedangkan gugus fosfat bersifat suka air (hidrofilik). Gusus lipid sering disebut ekor dan gugus fosfat disebut kepala. Setiap fosfolipid akan saling berpasangan sehingga membentuk dua lapisan (bilayer) fosfolipid yang saling berlawanan. Struktur dasar selaput plasma ini sangat mendukung fungsinya sebagai pembatas lingkungan luar dari lingkungan dalam sel, dan lingkungan luar organela dari lingkungan dalamnya. Selain sebagai pembatas, selaput plasma mempunyai fungsi : 1. Mengatur permeabilitas terhadap senyawa-senyawa atau ion-ion yang melewatinya. Permeabilitas ini diatur oleh protein integral 2. Protein membrane berfungsi sebagai protein pengenal atau sebagai reseptor molekul-molekul khusus ( hormon, antigen, metabolit ) dan agensia khas ( bakteri, virus ) 3. Membran sel berfungsi menerima stimulus dari luar, sehingga sel dapat member respon. 4. Mempertahankan perbedaan pokok antara isi sel dengan lingkungan luarnya. A. Organisasi Membran sel Membran sel menyelubungi sel, memisahkan sel (intraselular) dengan lingkungannya (ekstraselular). Membran sel merupakan barrier antara intraselular dan ekstraselular. Semua membran biologis, termasuk membran sel dan membran kompartemen interior sel Eukariotik mempunyai struktur 3

4 umum sama, tersusun atas molekul-molekul lipid dan protein yang umumnya berinteraksi secara nonkovalen. Membran sel berdasar fluid mozaic model merupakan struktur dinamis, berstruktur fluida, dan molekul-molekul protein dan lipid umumnya yang dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain sepanjang membran. Struktur umum membran sel berdasar fluid mozaic model-terlihat pada Gambar 2. Gambar 1. Struktur membran sel yang dilihat menggunakan mikrograp elektron, pada sel darah merah manusia Sifat utama membran sel adalah sangat dinamis. Sifat membran yang dinamis ini sangat tergantung pada struktur dari membran plasma itu. Sebagai contoh sifat membran yang tergantung pada strukturnya adalah adanya dua lapisan lemak yang menyusun membran (lipid bilayer). Membran lemak dapat terbentuk secara spontan dari campuran lipid dalam lingkungan air bila konsentrasi lipid melampaui nilai kritis tertentu. Bila jumlah lipid kurang dari konsentrasi kritis tersebut maka lipid larut dalam air. Karena senyawa lipid ini merupakan molekul-molekul amphipatik, maka bila dalam konsentrasi cukup 4

5 tinggi molekul-nolekullipid tersebut secara spontan membentuk agregat berupa lapisan-lapisan lemak dua lapis.lapisan panjang lipid ini secara spontan dapat putus atau bergabung kembali satu sama lain, sehingga di dalam air sering terbentuk balon-balon vesikula. Mengingat sebagian besar komponen sel adalah air, maka prinsip ini pun rupanya juga berlaku di dalam sel dengan sistem kompartementasinya. Adanya sistem membran lemak di dalam sel memungkinkan sel untuk membelah diri tanpa kehilangan isi sel. Selain dari itu, juga memungkinkan terjadinya prosesendositosis dan eksositosis, bahkan mengingat akan sifat fluiditas asam lemakpenyusun membran sel, memungkinkan adanya gerak pindah tempat, meskipun sel tersebut sesungguhnya tidak mempunyai alat gerak. Bilayer lipid merupakan struktur dasar membran, tersusun terutama atas fosfolipid dan sebagian kecil kolesterol dan glikolipid. Tiap molekul fosfolipid mempunyai bagian kepala (head) yang bersifat polar, hidrofilik dan bagian ekor (tail) yang bersifat nonpolar, hidrofobik. Bagian polar menghadap langsung dengan ekstraselular, yang terutama tersusun atas air, sedangkan bagian hidrofobik berada di bagian tengah membran. Dengan struktur fosfolipid yang demikian, menyebabkan sel tertutup membran, dan mudah menutup kembali jika terjadi kerusakan kecil. 5

6 Gambar 2. Struktur membran menurut fluid mozaic model Komposisi membran sel Membran sel terdiri atas lipida, protein, dan karbohidrat. Rasio antara lipida, protein dan karbohidrat tergantung pada tipe sel dan spesiesnya. Lipid dan protein merupakan bahan penyusun utama dari membran, meskipun karbohidrat juga merupakan unsur penting. Gabungan lipid dan protein dinamakan lipoprotein. Fosfolipid Fosfolipid merupakan lipid yang jumlahnya paling melimpah dalam sebagian besar membran. Kemampuan fosfolipid untuk membentuk membran disebabkan oleh struktur molekularnya. Fosfolipid merupakan suatu molekul amfipatik, yang berarti bahwa molekul ini memiliki daerah hidrofilik 6

7 (menykai air) maupun daerah hidrofobik (takut dengan air). Gambar 2. Molekul Fosfolipid G ambar 3. Lapisan ganda fosfolipid ( irisan melintang ) Protein Protein plasma memiliki fungsi yang sangat luas, antara lain sebagai protein pembawa (carrier) senyawa yang melewati membran plasma, menerima isyarat (signal) hormonal, dan meneruskan isyarat tersebut ke bagian sel sendiri 7

8 atau ke sel lainnya. Protein membran plasma juga berfungsi sebagai pangkal pengikat komponen-komponen sitoskeleton dengan senyawa-senyawa ekstraseluler. Protein yang menyusun membran tersusun seperti mozaik (Gambar 2). Protein membran sel dapat dibedakan menjadi protein integral dan protein periferal. Protein integral terbenam dalam bilayer lipid, dan beberapa diantaranya hanya tersisip pada satu permukaan membran, dengan satu ujung menghadap ke ekstraselular atau intraselular, tetapi yang terbanyak adalah yang merupakan protein transmembran menyisip mulai bagian yang menghadap ekstraselular sampai intraselular (Gambar 2). Protein integral mempunyai bagian yang hidrofilik, dan hidrofobik. Bagian hidrofobik diperlukan saat melintasi bagian tengah membran yang hidrofobik. Sedangkan protein periferal, tidak terbenam pada bilayer lipid, tetapi hanya berikatan longgar pada permukaan protein integral atau lipid pada bagian membran yang menghadap ekstraselular atau intraselular. Molekul-molekul protein permukaan luar memberikan ciri-ciri individual tiap sel dan macam protein dapat berubah sesuai dengan differensiasi sel. Protein perifer tidak berinteraksi dengan bagian tengah membran hidrofobik, tetapi terikat secara langsung melalui asosiasi dengan protein integral membran atau secara langsung berinteraksi dengan bagian polar lipida membran. Misalnya protein sitokeleton, protein kinase (pada permukaan sitoplasmik membran),dan protein matriks ekstraseluler (permukaan eksoplasmik). Protein transmembran mengandung segemen panjang asam-asam amino hidrofobik yang tertanam pada bilayer lipida. Ada dua tipe interaksi yang menstabilkan protein integral membran, yaitu interaksi ionic dengan daerah kepala yang bersifat polar dan interaksi hidrofobik dengan bagian tengah yang bersifat hidrofobik, misalnya glikofori plasma. Karbohidrat Karbohidrat pada membran plasma terikat pada protein atau lipida dalam bentuk glikolipida dan glikoprotein. Karbohidrat ini memegang peranan penting dalam berbagai aktivitas sel, antara lain dalam sistim kekebalan. Karbohidrat pada 8

9 Molekul karbohidrat bertanggung jawab terhadap kekhasan sifat antigenis membran sel. Sifat antigenis ini berkaitan dengan system kekebalan (imun) tubuh dan kemampuannya membedakan sel sendiri dari sel asing. Selasing dapat dikenali sebagai sel asing, karena glikoprotein pembentuk membrannya memiliki karbohidrat yang berbeda dengan karbohidrat glikoprotein pembentuk membran sel penerima. Keadaan seperti ini memacu tanggapan kekebalan. Karbohidrat Berperan dalam pengenalan sel kemampuan sel untuk membedakan sel yang satu dengan sel lainnya. asing oleh sistem imun. Berdasarkan struktur tersebut maka membran sel bersifat semi permeable atau selektif permeable yang berfungsi mengatur masuk dan keluarnya zat dari sel. Komposisi masing-masing fraksi plasma terutama fraksi lipida sangat menentukan kecairan selaput. Pengertian kecairan menyangkut cirri-ciri kekenyalan, kekentalan atau kemudahan melakukan perubahan sifat fisikokemis, untuk tetap dapat mempertahankan keutuhan fungsi selaput plasma. Perubahan sifat fisiko-kemis tersebut terjadi dari keadaan seperti agar-agar ke keadaan yng lebih encer. Perubahan ke keadaan yang lebih encer diikuti dengan peningkatan gerakan ikatan C-C molekul asam lemak pada poros sehingga terjadi susunan lebih acak. Perubahan tersebut menyerap tenaga yang lebih besar. B. Gerakan Dan Distribusi Lipida Membran Sel C. Struktur Protein dan Gerakan Membran Sel Struktur Protein 9

10 Protein membrane mempunyai peranan penting, tidak hanya sebagai protein structural, tetapi juga berperan dalam transport materi, sebagai enzim, ntigen dan reseptor. Jumlah dan macam protein membrane sangat bervariasi tergantung macam dan fungsi sel. Misanya selaput myelin dari sel saraf hanya mengandung protein kurang dari 25% sedangkan kloroplas dan dan membrane mitokondria mengandung protein 75%. Pada umumnya membrane sel mengandung kurang lebih 50% protein, maka jumlah molekul lipida lebih banyak dari pada moleku protein. Berdasarkan letaknya protein membrane dibedakan menjadi protein instrinsik ( integral ) dan ekstrinsik ( periferi ). Protein periferi terletak diluar lapisan lipida. Protein periferi mungkin terikat dengan lipida dengan ikatan kovalen atau terikat dengan pada protein lain ( protein intrinsic) dengan ikatan non kovalen. Protein poriferi mudah dipisahkan dari membrane tanpa merusak lapisan lipida. Contoh protein porifer ialah spektrim, dan sitokron C pada membrane Mitokondria. Protein integral menjorok masuk ( sebagian atau keseluruhan) ke dalam lapisn lipida. Protein yang melintasi lapisan ganda lipida disebut Protein Transmembran ( lintas membrane ) Gambar 4. Letak protein membrane 1,2 protein transmembran ; 5,6,7,8 protein periferi Protein transmembran bersifat amfipatik, bagian hodrofob berada dan berikatan dengan hidrofob molekul lipida. Sedangkan daerah hidrofil muncul pada kedua permukaan membrane yang berbatasan dengan air. Sebagian besar protein transmembran mengalami glikosilasi. Seperti pada glikolipida, rantai oligosakarida selalu berada pada permukaan luar membrane. Protein integral tidak mudah diisolir dari membrane. Untuk mengisolasinya diperlukan detergen yang dapat merusak lapisan lipida 10

11 sehingga protein integral dapat dipisahkan. salah satu contoh protein trasnmembran adalah glikoforin pada membrane sel darah merah. Gerkan protein membrane Seperti halnya molekul lipida, molekul protein juga dapat bergerak dan berpindah tempat sepanjang membrane. Gerakan yang sering terjadi adalah rotasi dan difusi lateral. Adanya difusi lateral protein membrane pertama kali terlihat dalam percobaan yang menggabungkan sel-sel manusia dengan sel tikus pada tahun Pada membrane sel manusia dan sel tikus terdapat antigen yang berbeda. Sel manusia dan sel tikus akan melebur membentuk satu sel dengan 2 inti (Heterokarion). Beberapa saat setelah peleburan masingmasing protein manusia dan tikus masih berada pada membrannya sendiri (setengah bagian heterokarion ). Setelah 40 menit kedua macam protein sudah berbaur pada seluruh permukaan sel. Hal tersebut menunjukan bahwa protein membrane sel manusia dan sel tikus dapat berpindah tempat. Gambar 6. Percobaan yang menunjukan gerak protein membrane D. Struktur Karbohidrat Membrane Sel 11

12 E. Permeabilitas Membran Sel Permeabilitas membrane sel sangat penting dalam mengatur materimateri yang keluar masuk sel,sehingga sel dapat menjalankan fungsinya dengan baik setiap sel harus selalu memasukan materi yang diperlukan dan membuang sisa metabolismenya. Untuk mempertahankan konsentrasi ion-ion tertentu. Permeabilitas membrane dipengaruhi oleh komponen kimia dan keenceran membrane. Bagian dalam lapisan lipida bersifat hidrofobik, sehingga tidak dapat ditembus oleh molekul-molekul polar dan substansi yang larut dalam air. Transport yang bermuatan dan yang larut dalam air diperankan oleh protein. 12

13 Pengangkutan molekul-molekul kecil melewati membrane ada 2 cara yaitu cara pasif ( transport pastif ) dan cara aktif ( transport aktif ). Untuk mempertahankan kondisi intra sel relative konstan. Kedua macam transport tersebut berjalan secara terpadu. Sedangkan pengangkutan makromolekul seperti protein, polinukleotida, polisakarida tidak dapt menembus membrane sel dengn cara pengangkutan molekul kecil. Tetapi selmampu memasukan dan mengeluarkan makro molekul bahkan beberapa sel khusus mampu menelan partikel. Pemasukan maklromolekul melibatkan pembentukan vakuola atau vesikel endositik dengan cara endositosis BAB III PENUTUP KESIMPULAN Struktur umum membran sel tersusun dari 3 unsur utama, yaitu : Lipid, protein, dan Karbohidrat. Membran sel tersusun secara bilayer dan termasuk dalam model mosaik fluid. Fluiditas membrane fosfolipid dan protein ( dalam kadar yang lebih rendah ) bergerak secara lateral dalam membran. Ekor pada beberapa hidrokarbon tak jenuh menjaga membrane tetap bersifat fluid pada suhu rendah, sementara kolestrol bekerja sebagai buffer suhu yang menahan perubahan fluiditas akibat perubahan suhu. 13

14 Daftar pustaka 1. Albert, Bruce, Denis Bray, et.al.-3rd ed. Molecular Biology of The Cell fith Avenue. New York 2. Cambell Reece-Mitchell. Biologi Erlangga. Jakarta 3. Anonim Struktur Dan fungsi membran, (online), ( diakses tanggal 27 September Suarsana, I Nyoman. Membran Biologis. (online), ( diakses tanggal 27 Semptember Rahman, Taufik. Membran Plasma, (online), ( TAUFIK_RAHMAN/Membran_Plasma_ %5BCompatibility_Mode%5D.pdf), diakses tanggal 27 September