Membran Sel dan Fungsinya

Tujuan Pembelajaran

• Menjelaskan fungsi membran sel
• Menjelaskan susunan dan komposisi membran sel
• Mengetahui klasifikasi membran sel

Why Membran?

• Membran retikulum endoplasma
• Membran tilakoid
• Lumen tilakoid
• Membran kloroplas bagian dalam
• Ruang stromal
• Membran kloroplas bagian luar
• Ruang antarmembran
• Membran peroksisom tunggal
• Lapisan ganda dari membran tunggal
• Sisi sitosolik
• Sisi eksoplasma

Fungsi Umum

• Isolasi fisik: penghalang fisik antara ICF dan ECF
• Pengaturan pertukaran dengan lingkungan: mengontrol masuknya ion dan nutrisi ke dalam sel, pembuangan limbah seluler, dan pelepasan produk sel
• Komunikasi antar sel dan lingkungannya: mengandung protein yang mengenali dan merespon molekul/perubahan di lingkungan luar sel, perubahan pada membran sel dapat berpengaruh pada aktivitas sel
• Dukungan struktural: sitoskeleton mempertahankan bentuk sel, juga menciptakan hubungan khusus antar sel dan matriks ekstraseluler

Komposisi Membran

• Awal abad ke-20 → komposisi: lipid + protein + karbohidrat
• Sifat variabel membran yang tinggi di berbagai jenis sel
• Semakin aktif secara metabolik suatu membran, semakin banyak proteinnya

Komposisi Membran Terpilih

• Membran sel darah merah: 49% protein, 43% lipid, 8% karbohidrat
• Membran mielin di sekitar sel saraf: 18% protein, 79% lipid, 3% karbohidrat
• Membran mitokondria bagian dalam: 76% protein, 24% lipid, 0% karbohidrat

Model Mozaik Fluida

• 1920 → cukup lipid → lapisan ganda (bilayer)
• 1930 → adanya protein dalam bilayer
• 1960 → sandwich mentega (pengenalan mikroskop elektron) – lipid tersandwich di antara 2 lapisan gelap protein
• 1970 → mikroskop elektron fraktur beku → susunan tiga dimensi lipid dan protein di dalam membran sel → S.J. Singer & G.L Nicolson (1972) → model mozaik fluida membran

Model Mozaik Fluida Membran Biologis

• Protein perifer dapat dihilangkan tanpa mengganggu integritas membran
• Kepala fosfolipid menghadap bagian intraseluler dan ekstraseluler
• Ekor lipid membentuk lapisan dalam membran
• Molekul kolesterol menyisip ke dalam lapisan lipid

Jenis Lipid

• Fosfolipid: bertanggung jawab atas permeabilitas tinggi terhadap zat terlarut lipid (CO2, O2, asam lemak, steroid), permeabilitas rendah terhadap zat terlarut air (ion, glukosa, asam amino)
• Sfingolipid: memiliki ekor asam lemak dan kepala fosfolipid/glikolisida, sedikit lebih panjang daripada fosfolipid
• Kolesterol: hidrofobik, menyisip di antara kepala fosfolipid hidrofilik, membantu membran kedap terhadap molekul hidrofilik kecil, menjaga fleksibilitas membran di berbagai rentang suhu

Protein Membran

• Struktur: protein integral (transmembran dan terikat lipid) dan protein perifer
• Fungsi: protein struktural, enzim, reseptor, dan protein transpor

Klasifikasi Protein Berdasarkan Fungsi

• Protein struktural
• Enzim
• Reseptor
• Protein transpor

Protein Integral - Transmembran

• Protein transmembran/protein penyebrangan membran
• Melewati seluruh membran sel
• Karbohidrat menempel pada loop ekstraseluler
• Fosfat menempel pada loop intraseluler untuk mengubah fungsi protein → fosforilasi protein
• Melintasi membran sekali hingga 12 kali

Protein Integral - Protein Penjangkaran Lipid

• Beberapa terikat pada ekor lipid sel
• Beberapa di permukaan luar sel (dipegang oleh GPI) [terdiri dari lipid membran + rantai gula-fosfat]
• Ditemukan dalam asosiasi dengan sfingolipid membran → rakit lipid
• Polaritas → sisi sel yang berbeda memiliki protein → sifat yang berbeda

Fungsi Protein Sebagai Struktural

• Membantu menciptakan sambungan antar sel yang menyatukan jaringan, seperti sambungan ketat dan sambungan celah
• Menghubungkan membran dengan sitoskeleton untuk mempertahankan bentuk sel
• Menempelkan sel pada matriks ekstraseluler dengan menghubungkan serat sitoskeleton ke kolagen ekstraseluler dan serat protein lainnya

Protein sebagai Enzim

• Enzim membran mengkatalisis reaksi kimia yang terjadi di permukaan luar sel atau di dalam sel
• Contoh: Enzim di permukaan luar sel yang melapis usus halus berperan dalam mencerna peptida dan karbohidrat
• Enzim yang menempel pada permukaan intraseluler banyak membran sel berperan penting dalam pengiriman sinyal dari lingkungan ekstraseluler ke sitoplasma

Protein sebagai Reseptor

• Protein reseptor membran merupakan bagian dari sistem sinyal kimia tubuh
• Pengikatan reseptor dengan ligannya biasanya memicu peristiwa lain pada membran
• Kadang ligan tetap di permukaan sel dan kompleks reseptor-ligan memicu respons intraseluler
• Dalam beberapa kasus, kompleks reseptor-ligan diangkut ke dalam sel dalam vesikel
• Reseptor membran juga berperan penting dalam beberapa bentuk transpor vesikuler

Protein Transport

• Klasifikasi 1: ATP-binding cassette (ABC) superfamily → menggunakan energi ATP untuk mengangkut molekul kecil atau ion melintasi membran. Solute carrier (SLC) superfamily → mencakup sebagian besar transporter difusi yang difasilitasi serta beberapa transporter aktif.
• Klasifikasi 2: Protein saluran membentuk jalur air yang menghubungkan kompartemen intraseluler dan ekstraseluler secara langsung. Protein pembawa berikatan dengan substrat yang mereka bawa, tetapi tidak membentuk sambungan langsung antara cairan intraseluler dan cairan ekstraseluler.

Jenis Transport Membran

• Transpor aktif
• Transpor pasif

Hukum Fick Difusi

• Difusi zat terlarut tak bermuatan melintasi membran sebanding dengan gradien konsentrasi zat terlarut, area permukaan membran, dan permeabilitas membran terhadap zat terlarut

Endositosis, Eksositosis, dan Pengolahan Kembali Membran

• Membran yang dihilangkan dari permukaan sel melalui endositosis didaur ulang kembali ke permukaan sel dengan eksositosis

Transport Epithelium

• Membran apikal dan membran basolateral merupakan dua kutub sel
• Epithelium terpolarisasi memiliki protein transpor yang berbeda pada membran apikal dan basolateral
• Ini memungkinkan transpor terarah selektif melintasi epitel
• Transpor dari lumen ke ECF disebut absorpsi. Transpor dari ECF ke lumen disebut sekresi.

Absorpsi Transepitelial Glukosa

• Absorbsi glukosa dari lumen usus atau tubulus ginjal melibatkan transpor aktif sekunder glukosa melintasi membran apikal dan difusi glukosa melintasi membran basolateral.

Transitosis

• Protein plasma terkonsentrasi di dalam caveola, yang kemudian mengalami endositosis dan membentuk vesikel.
• Vesikel melintasi sel dengan bantuan sitoskeleton.
• Isi vesikel dilepaskan ke dalam cairan interstisial dengan eksositosis.

Homeostasis

• Homeostasis ≠ kesetimbangan.
• Kompartemen intraseluler dan ekstraseluler tubuh berada dalam kesetimbangan osmotik, tetapi tidak dalam kesetimbangan kimia dan listrik.
• Selanjutnya, kesetimbangan osmotik dan dua ketidakseimbangan tersebut merupakan keadaan mantap dinamis.

Klasifikasi Sel Membran

• Permeabel: Memungkinkan zat untuk melalui dengan mudah, seperti O2, CO2, lipid
• Semipermeabel: Memilih zat yang dapat melewatinya, seperti protein dan lipid
• Tidak permeabel: Tidak mengizinkan zat untuk melewati, seperti molekul hidrofilik

Sumber

• Silverthorn, D.E. (2016). Human Physiology: An Integrated Approach (ed. 7). Pearson

Kuiz ini akan menguji pemahaman Anda tentang fungsi dan susunan membran sel, serta klasifikasinya. Pelajari lebih dalam mengenai berbagai jenis membran sel seperti membran retikulum endoplasma dan membran kloroplas. Uji pengetahuan Anda untuk memahami lebih baik interaksi sel dengan lingkungannya.