Biologi sel Struktur Membran sel dan fungsinya

Sekilas Tentang Membran Sel

Membran merupakan komponen yang sangat penting bagi sel hidup menjaga lingkungan internal sel dan lingkungan eksternal sel. Sel eukariotik mempunyai lebih struktur membran lebih komplek dibandingkan dengan sel prokariotik. Membran sel plasma berperanan sebagai pembungkus sel. pembatas sel dan pertahana esensial antara perbedaan  di dalam sel dan lingkungannya. Membran plasma bersifat filter yang sangat selektif sebagai sarana transport molekul sehingga membran plasma dapat mengontrol masuknya zat makan sel dan keluarnya zat yang tidak berguna dari dalam sel. Membran plasma juga berperanan sebagai alat sensor sinyal-sinyal dari luar sel, sehingga sel dapat bersifat dinamis terhadap sinyal dari lingkungan luar tersebut. Semua membran biologi adalah berupa lapis tipis yang tersusun atas molekul fosfolipid yang membentuk lapis ganda (bilayer) karena adanya interaksi nonkovalen antar molekul fosfolipid. Selain fosfolipid terdapat pula protein dan glikoprotein yang mempunyai beberapa fungsi yang sangat penting, diantaranya sebagai alat transpor lewat membran (channel protein dan carrier protein), reseptor molekul ligand, enzim dan lain-lain. Struktur dan fungsi membran berkaitan dengan erat dengan keberadaan protein yang tertanam di lipid lapis ganda.

Fungsi Membran

• Sebagai pelindung di dalamnya
• Mengatur transpor molekul masuk dan keluar sel antar organel sel
• Memberikan fasilitas daya terima selektif (selctive receptivity) dan transduksi sinyal dengan protein reseptor yang mengikat molekul pemberi sinyal
• Memberikan ciri-ciri pengenal sel (cell recognition).
• Memberikan tempta untuk menambahkan filamen sitoskeleton atau komponen matrisks ekstraseluler. Ini menyebabkan sel dapat mempertahnkan bentuk sel masing-masing.
• Membentuk kompartment antara sel dengan lingkungannya atau organel-orgene dari sel, sehingga terdapat perbedaaan konsentrasi ion di dalam dan di luar sel atau antar organel sel.
• Memberikan tempat menambatnya yang stabil bagi protein enim
• Memberikan saran saluran yang meneroos membran yang dapat dilalui oleh molekul tertentu misalnya gap junction

Perkembangan Konsep Membran Sel 

• Model Sel Pfeffer, yaitu ilmuwan yang mempelajari keberadaan membran sel diantaranya adalah Pfeffer, nama lengkapnya Wilhelm Friederich Philipp Pfeffer, seorang ahli botani jerman. Beliau adalah orang pertama yang mempelajari tekanan osmotik dalam sel dan merumuskan gagasan bahwa protoplasma sel dikelilingi oleh lapisan tipis yang disebut dengan membran plasma. bahkan beliau mengusulkan bahwa membran ini tidak hanya menutupi permukaan luar sel tetapi juga memisahkan antara kompartmen/organel satu dengan yang lain dengan lingkungan sekelilingnya berair (aquaeous). Oleh karena itu sangatlah tepat apabila dikenal sebagai Pfeffer sebagai bapak teori membran.

• Irvin Langmuir-Katharine Burr Blodgett, ilmuwan yang memberikan pemajhaman tentang komponen penyusun molekul membran plasma meningkat setelah Irving Langmuir (1881-1957) mengkaji fenomena selaput tipis (film) yang terbentuk dari molekul amfipatik yang terbentang di atas permukaan aquaeous ayng hidrofilik. Karakteristik selaput tipis dipelajari dengan peralatan yang diciptakan oleh irving langmuir dan Katharine Burr Bofgett (1881-1979) mengkaji karakteristik selaput tipis yang terbentuk dari molekul amfipatik di atas permukaan pelarut hidrofilik.

                                                                                            

• Model membran Danaielli-Davson-Robertson, Model membran bilayer dengan dilapisi oleh molekul protein

                                         

• Model Menbaran Matress

                             

• Model Membran Fluid Mozaic

                                

Molekul penyusun membran plasma

• Lipid 75% - 25 %
• Protein 25-75 %.

Komponen lipid membentuk struktur dua lapis (lipid bilayer). Struktur ini sebagai akibat gaya penolakan molekul hidrofobil oleh molekul air. Ada tida tipe penyusun lipid dua lapis yaitu fospolipid, kolesterol dan glikolipid.

Membran : lipid dan protein

• Struktur membran merupakan lipid dua lapis/bilayer.
• Lipid bersifat amfipatik yang t.a sisi hidrofilik polar yang menghadap keluar dan bagian hidrofobik di bagian dalam.
• Protein tertanam pada 2 lapis lipid, protein mungkin sebagai protein yang menembus membran (protein transmembran), atau tersisip pada sisi sitoplasmik atau sisi luar sel.

            

Fosfolipid

• Salah satu lipid yang utama dari membran adalah fosfolipi
• Fosfolipid mempunyai sebuah gugus polar dan dua buah rantai hidrokarbon
• Contoh NH3 + adalah gugus polarnya yang terikata pada gliserol yang juga mengikat 2 molekul asam lemak. Satu buah asam lemak dengan rantai lurus adalah asam lemak jenuh, yang lain bengkok karena adanya ikatan rangkap dua cis. Pembengkokan rantai pada asam lemak mempengaruhi pengemasan dan pergerakn pada bidan lateral membran.

Macam Fosfolipid 

Rantai hidrokarbon jenuh dan tidak jenuh

• Adanya rantai rangkap antar karbon mencegah terjadinya pengemasan ketat (tight packaging) dan menyebabkan struktur lipid dua lapis membeku

Lipid bilayer bersifat dinamis 

• Sampai 1960 : lipid bilayer dianggap sebagai struktur yang bersifat statis.
• Hasil penelitian dengan teknik yang lebih maju menunjukkan lipid bilayer bersifat dinamis, yakni molekul-molekul penyusun membran bilayer menunjukkan pergerakan.

Pergerakan Molekul lipid pada Membran lapis Ganda

• Molekul fosfolipid berotasi pada sumbunya
• Molekul fosfolipid dapat berdifusi atau bergeraj lateral secara bebas, artinya setiap molekul lipid dapat berpindah secara dinamis dari satu titik ke titik yang lain
• Pergerakan flexion (membengkok) pada rantai gugus asil dari molekul fosfolipid. Molekul fosfolipid dengan gugus 2 asil dengan jumlah 14-24 atom C, sehingga rantai tersebut dapat membengkok.
• Pergerakan flip flop transverse diffusionn yaitu pergerakan satu molekul lipid dari lapis ke lapis lipid yang lain. Namun dari hasil analisis dari elektron spin resonance dari fosfolipid sintetik yang diberi tanda menunjukkan jarang terjadi flip-flop antara dua lapis tersebut.

Kolesterol

• Molekul kolesterol menyisipkan diri di dalam membran dengan orientasi seperti molekul fosfolipid.
• Gugus polar pada kolesterol menempati segaris seperti gugus polar dari fosfolipid
• Molekul kolesterol menghambat pergerakan molekul-molekul fosfolipid di sekitarnya.
• Keberadaan kolesterol menyebabkan 

Penurunan permebealitas molekul yang larut dalam air 

• Mengahambat kristalisasi rantai hidrokarbon
• Membran lebih kaku (viscous)

Jumlah kolesterol sangat bervariasi pada tiap membran. Pada membran plasma hampir terdapat 1 kolesterol per molekul fosfolipid. Pada membran bakteria jarang dijumpai kolesterol.

Glikolipid Pada Membran

• Glikolipid juga komponen membran
• Gugus karbohidrat menonjol keluar menempati ruangan ekrtraseluler (asimetris pada membran)
• Gugus karbohidrat membentuk mikroagregat
• Fungsi glikolipid adalah sebagai pelindung (contoh glikokalix) dan insulator
• Beberapa molekul yang terikat oleh glycososphingolipid adalah molekul bersifat racun pada sel contohnya toksin dan kolera toksin tetanus

Protein pada membran

Transmembran protein/integral protein bersifat ampifatik yakni mempunyai daerah hidrofobik dan hidrofilik. Protein tipe ini dapat masuk ke dalam membran sekali saja (single-pass transmembrane proteins).Peripheral membran protein merupakan protein yang terdapat pada permukaan sitoplasmik atau pada permukaan sel saja yang terikat pada oligosakarida atau pada protein nontransmembran laiinya.

Karakteristik Membran

• Membran bersifat amfipatik (amphipatik, amphi = dua phatic = rasa sifat), artinya secara polaritas membran mempunyai sisi hidrofilik (hidrofilic, hydro=air, phylic=suka) pada permukaan membran sisi sistoplasmik dan ekstraseluler dan sisi hidrofobik (Hydro = air. phobic=takut), pada bagian dalam dari kedua lapis lipid.

• Membran bersifat fluid

Fluiditas membran ditentukan oleh tingkat kenjenuhan asam lemak yang menyusun lipid, adanya kolesterol dan protein diantara molekul fosfolipid.

• Temperatur berpengaruh terhadap membran bilayer lipid

Temperatur berpengarun terhadap pengemasan pada bagian ekor hidrokarbon. Pada temperatur rendah membran bilayer dalam keadaan gel state dan dalam kemasan yang kompak. Pada temperatur tinggi, pada sisi bagian interior (bagian hidrokarbon) dalam keadaan fluid sehingga terjadinya [ergerakan molekul secara lateral.

Polariasasi membran

Tiap sisi sel mempunyai fungsi spesifik yang tergantung pada molekul (misal protein) yang terpolarisasi pada sisi membran sel tersebut. Misal sesi lumern (absorbsi), sis dasar (transfer mnutrien ke aliran darah ) dan sisi samping (junction untuk mencegah masuknya nutrien dari ruang antar sel.