Membran Sel dan Fungsinya

Tujuan Pembelajaran

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

Why Membran?

• Membran retikulum endoplasma
• Membran tilakoid
• Lumen tilakoid
• Membran kloroplas dalam
• Ruangan stroma
• Membran kloroplas luar
• Ruangan antar membran
• Membran peroksisom tunggal
• Lapisan ganda membran tunggal
• Sisi eksoplasma
• Sisi sitosol

Fungsi Umum

• Isolasi fisik → pemisah ICF – ECF
• Pengaturan pertukaran dengan lingkungan
• Pengendalian: masukkan ion & nutrisi ke dalam sel, hilangkan limbah seluler, lepaskan produk sel
• Komunikasi antar sel & lingkungannya
• Mengandung protein → sel mengenali & merespon molekul / perubahan lingkungan luarnya
• Perubahan membran sel → mengarahkan kegiatan sel
• Dukungan struktural → mempertahankan bentuk sel
• Juga menciptakan sambungan khusus antar sel-sel & matriks ekstraseluler

Komposisi Membran

• Awal 1900-an → Komposisi: lipid + protein + karbohidrat
• ???
• Sifat membran sangat bervariasi pada berbagai tipe sel
• Susunan molekuler/rasio protein : lipid
• Semakin aktif metabolisme membran, semakin banyak proteinnya

Komposisi Membran Terpilih

Sejarah Model Membran

• 1920-an → cukup lipid → lapisan ganda (bilayer)
• 1930-an → adanya protein dalam bilayer
• 1960-an → roti lapis (pengantar mikroskop elektron) – lipid terjepit di antara 2 lapisan gelap protein
• 1970-an → mikrograf patahan pembekuan elektron → susunan 3 dimensi lipid & protein dalam membran sel → Model mosaik fluida S.J. Singer & G.L. Nicolson (1972)

Model Mosaik Fluida Membran Biologis(b)

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

Jenis Lipid

• Fosfolipid → terutama bertanggung jawab atas:
  • permeabilitas tinggi terhadap zat terlarut lipid (CO2, O2, asam lemak, steroid, hormon)
  • permeabilitas rendah terhadap zat terlarut air (ion, glukosa, asam amino)
• Sfingolipid → ekor: asam lemak, kepala: fosfolipid / glikolipid, sedikit lebih panjang dari fosfolipid
• Kolesterol → hidrofobik, menyisip di antara kepala fosfolipid hidrofilik, membuat membran tidak mudah ditembus molekul terlarut air yang kecil, menjaga kelenturan membran dalam rentang suhu yang luas

Protein Membran

• Struktur: protein integral, protein perifer
• Fungsi: protein struktural, enzim membran, reseptor membran, protein transpor

Klasifikasi Protein Berdasarkan Fungsi

• Protein struktural
• Enzim
• Reseptor
• Protein transpor

Protein Integral – Transmembran

• Protein transmembran/protein yang melintasi membran
• Mementang seluruh membran sel
• Karbohidrat menempel pada loop ekstraseluler
• Fosfat menempel pada loop intraseluler → fosforilasi protein → mengubah fungsi protein
• Melintasi membran satu kali hingga 12 kali

Protein Integral – Protein Penahan Lipid

• Beberapa terikat pada ekor lipid sel
• Beberapa di permukaan luar sel (ditahan oleh GPI [anchor], terdiri dari lipid membran + rantai gula-fosfat])
• Terdapat di asosiasi dengan sphingolipid membran → lipid rafts
• Polaritas → sisi sel yang berbeda memiliki protein berbeda → sifat berbeda

Fungsi Protein sebagai Struktural

• Membantu membuat sambungan sel-sel yang menahan jaringan bersama-sama (seperti sambungan ketat & sambungan celah)
• Menghubungkan membran ke sitoskeleton untuk menjaga bentuk sel (seperti mikrovili epitel transpor)
• Menempelkan sel ke matriks ekstraseluler dengan menghubungkan serat sitoskeleton ke serat kolagen ekstraseluler & serat protein lainnya

Protein sebagai Enzim

• Enzim membran mengkatalisis reaksi kimia yang terjadi di permukaan luar atau di dalam sel
• Contoh: enzim pada permukaan luar sel di usus halus bertanggung jawab atas pencernaan peptida & karbohidrat

Protein sebagai Reseptor

• Protein reseptor membran adalah bagian dari sistem pensinyalan kimia tubuh
• Ikatan reseptor dengan ligannya biasanya memicu peristiwa lain di membran
• Kadang-kadang ligan tetap ada di permukaan sel, dan kompleks reseptor-ligan memicu respons intraseluler
• Dalam beberapa kasus, kompleks reseptor-ligan dibawa ke dalam sel dalam vesikel
• Reseptor membran juga memainkan peran penting dalam beberapa bentuk transpor vesikuler

Protein Transpor

• Menggerakkan molekul lipophobic melintasi membran
• Klasifikasi:
  • Superfamili ATP-binding cassette (ABC) → menggunakan energi ATP untuk mengangkut molekul kecil atau ion melintasi membran
  • Superfamili pembawa zat terlarut (SLC) → meliputi sebagian besar transpor difusi terfasilitasi serta beberapa transpor aktif

Klasifikasi Protein Transpor II

• Protein saluran menciptakan lorong yang terisi air yang menghubungkan langsung kompartemen intraseluler & ekstraseluler
• Protein pembawa, juga disebut transpor, mengikat substrat yang mereka bawa tanpa membentuk hubungan langsung antara cairan intraseluler & ekstraseluler

Transportasi Melintasi Membran

• Aktif → membutuhkan energi
  • Transport vesikuler (ATP)
  • Eksositosis
  • Endositosis
  • Fagositosis
  • Transport aktif langsung atau primer (ATPase)
  • Transport aktif tidak langsung atau sekunder (gradien konsentrasi yang dibuat oleh ATP)
• Pasif → tidak memerlukan energi
  • Difusi sederhana (gradien konsentrasi)
  • Difusi terfasilitasi (gradien konsentrasi)
  • Saluran ion (gradien elektrokimia)
  • Saluran akuaporin (osmosis)

Hukum Fick Difusi

• Difusi zat terlarut netral melintasi membran sebanding dengan gradien konsentrasi zat terlarut, luas permukaan membran, & permeabilitas membran terhadap zat terlarut

Endositosis, Eksositosis, & Pengolahan Kembali Membran

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

Epitel Membawa yang Terpolarisasi

• Membran apikal & membran basolateral adalah dua kutub sel
• Epithel terpolarisasi memiliki protein transpor yang berbeda di membran apikal & basolateral
• Hal ini memungkinkan transpor arah selektif melintasi epitel. Transport dari lumen ke ECF disebut absorpsi. Transport dari ECF ke lumen disebut sekresi.

Absorpsi Transepitelial Glukosa

(Proses absorpsi glukosa dari usus atau tubulus ginjal, melibatkan transport aktif tidak langsung glukosa melintasi membran apikal, dan difusi glukosa melintasi membran basolateral)

Transitosis Melintasi Endotel Kapiler

(Protein plasma yang terkonsentrasi di dalam kaviola, kaviola mengalami endositosis, vesikel melintasi sel dengan bantuan sitoskeleton, isi vesikel dilepaskan ke cairan interstisial melalui eksositosis)

Homeostasis

• Homeostasis ≠ kesetimbangan
• Kompartemen intraseluler & ekstraseluler dalam tubuh berada dalam kesetimbangan osmosis, tetapi dalam ketidakseimbangan kimia & listrik
• Lebih lanjut, keseimbangan osmosis & kedua ketidakseimbangan adalah keadaan tunak dinamis
• Tujuan homeostasis adalah untuk menjaga keadaan tunak dinamis di dalam kompartemen tubuh

Membran Karbohidrat

• Gula yang melekat pada protein membran → glikoprotein → respons imun tubuh (golongan darah ABO)
• Gula yang melekat pada lipid membran → glikolipid
• Membentuk lapisan pelindung → glikokalik

Peta Konsep Komponen Membran Sel

• Kolesterol, fosfolipid, sphingolipid membentuk lapisan bilayer lipid
• Karbohidrat membentuk glikolipid & glikoprotein
• Protein → berperan dalam stabilitas struktural, pengenalan sel, & respons imun