Biologi : Transpor Melalui Membran

Transpor Melalui Membran

Setiap sel yang hidup harus selalu memasukkan materi yang diperlukan dan membuang sisa-sisa metabolismenya. Untuk mempertahankan konsentrasi ion-ion di dalam sitoplasma, sel juga selalu memasukkan dan mengeluarkan ion-ion tertentu. Pengaturan keluar masuknya materi dari dan menuju ke dalam sel sangat dipengaruhi oleh permeabilitas membran.

Bagian dalam lapisan lipid bilayer bersifat hidrofobik, sehingga tidak dapat ditembus oleh molekul-molekul polar dan substansi yang larut dalam air. Transpor materi-materi yang larut dalam air dan bermuatan diperankan oleh protein integral membran.

Fungsi membran sel antara lainsebagai pengatur keluar masuknya zat. Pengaturan itu memungkinkan sel untuk memperoleh pH yang sesuai, dan konsentrasi zat-zat menjadi terkendali. Sel juga dapat memperoleh masukan zat-zat dan ion-ion yang diperlukan serta membuang zat-zat yang tidak diperlukan. Bagaimana selapis membran dapat melakukan pengontrolan yang demikian penting itu? Semua pengontrolan itu bergantung pada transpor lewat membran.

Perpindahan molekul atau ion melewati membran ada dua macam, yaitu transpor pasif dan transpor aktif.

a.Transpor Pasif

Perpindahan molekul atau ion tanpa menggunakan energi sel. Perpindahan molekul tersebut terjadi secara spontan, dari konsentrasi tinggi ke rendah. Jadi perjalanan itu terjadi secara spontan. Contoh transpor pasif adalah difusi, osmosis, dan difusi terfasilitasi.

1. Difusi

Difusi adalah penyebaran molekul zat dari konsentrasi (kerapatan) tinggi ke konsentrasi rendah, tanpa menggunakan energi. Secara spontan, molekul zat dapat berdifusi hingga dicapai kerapatan molekul yang sama dalam suatu ruangan. Sebagai contoh, setetes parfum akan menyebar ke seluruh ruangan (difusi gas dalam medium udara). Molekul dari sesendok gula akan menyebar ke seluruh volume air di gelasmeskipun tanpa diaduk (difusi zat padat dalam medium air), hingga kerapatan zat tersebut merata.

Konsentrasi air dalam air murni adalah 100%, sedangkan dalam larutan konsentrasinya kurang dari 100%. Zat terlarut menurunkan konsentrasi air, sedangkan air sebaliknya menurunkan konsentrasi zat terlarut. Misalnya jika ada 50 ml air murni (A) dicampur dengan 50 ml larutan gula 50% (B). Sebut saja larutan yang terbentuk itu C. Pada saat terjadinya larutan campuran C, maka akan terjadi difusi air dari daerah dengan konsentrasi air yang tinggi (A) ke daerah dengan konsentrasi air yang rendah (B). Sebaliknya, partikel gula akan berdifusi dari daerah dengan konsentrasi gula tinggi (larutan B) ke daerah dengan konsentrasi gula rendah (A).Larutan C akhirnya menjadi larutan yang homogen dengan konsentrasi larutan gua 25%.

Molekul atau zat dapat mengalami difusi keluar masuk sel, dari kerapatan tinggi ke kerapatan nol atau rendah. Dengan demikian zat tersebut dapat  “diangkut” keluar masuk sel tanpa menggunakan energi. Hal itu tentu sangat menguntungkan sel.

2.Osmosis

Osmosis adalah perpindahan ion atau molekul air (pelarut ) dari kerapatan tinggi ke kerapatn rendah dengan melewatisuatu membran. Osmosis dapat didefinisikan sebagai difusi lewat membran. Ion-ion dan zat-zat apa sajakah yang dapat melewati membran sel? Sebaliknya ion-ion serta zat-zat apa sajakah yang tidak dapat melewati membran sel?

a.Zat yang Dapat Melewati Membran Sel

Membran sel dapat dilewati zat-zat tertentu yang larut dalam lemak, zat-zat yang tidak bermuatan (netral), molekul-molekul asam amino, asam lemak, gliserol, gula sederhana, dan air.Zat-zat yang merupakan elektrolit lemahlebih cepat melewati membran dari yang paling cepat hingga yang paling lambat antara lain :Na⁺, K⁺, I-, Cl-, Ca²⁺, Mg²⁺, SO₄^2-, Fe³⁺. Membran sel bersifat permeabel terhadap zat-zat yang mudah melewati membran.

b.Zat yang Tidak Dapat Melewati Membran Sel

Membran sel tidak dapat dilewati zat-zat gula (seperti pati, polisakarida) protein, dan zat-zat yang mudah larut dalam pelarut organik. Membran bersifat impermeabel terhadap zat-zat tersebut. Oleh karena membran permeabel terhadap zat tertentu dan impermeabel terhadap zat lain maka dikatakan membran bersifat semipermeabel atau selektif permeabel.

Potensial Osmotik

Proses osmosis berlangsung dari larutan yang memiliki potensial air tinggi menuju larutan dengan potensial air rendah.Potensial air adalah kemampuan air untuk berdifusi, yang nilainya dalam satuan tekanan. Sesuai kesepakatan, potensial air (PA) air murni adalah 0 atmosfer. Besarnya PA larutan tergantung pada potensial osmotik (PO) dan potensial tekanan (PT). Keadaan ini dapat ditulis dalam persamaan:

PA = PO + PT

PA = potensial air

PO = potensial osmotik

PT = potensial tekanan

Potensial tekanan suatu larutan adalah tambahan tekanan yang dapat meningkatkan potensial airnya. Pada tumbuhan, potensial tekanan diperoleh dalam bentuk tekanan turgor. Tekanan turgor adalah tekanan balik dari dinding sel terhadap tekanan air isi sel. Tekanan turgor menyebabkan tumbuhan menjadi tegak dan segar. Sebaliknya, jika tekanan turgor berkurang, maka tumbuhan menjadi lemas dan layu.

Potensial osmotik lebih menunjukkan suatu status larutan, yaitu menunjukkan perbandingan antara pelarut dengan zat terlarut yang dinyatakan dalam satuan energi.Potensial osmotik menunjukkan kecenderungan molekul air pada suatu larutan untuk melakukan osmosis berdasarkan konsentrasi molekulnya. Air murni mempunyai PA = 0 atm, dan karena PT = 0 maka PO air murni = 0. Hal ini menunjukkan PO air murni yang paling tinggi, dan PO larutan akan lebih rendah dari 0 atau dinyatakan minus.

Satuan besaran potensial osmotik dinyatakan dalam atmosfer (atm), bar (2,5 Mpa = 25 bar =24,67 atm), Mpa = megapascal. Jacobus Henricus Van’t Hoff berhasil menciptakan rumus untuk menghitung besarnya tekanan osmotik, yaitu dengan persamaan berikut.

RT

 = potensial osmotik (MPa)

m = molaritas (mol zat terlarut/ 1000 mL)

i  = konstanta ionisasi

R = konstanta gas (0,00831 1.MPa/ mol.K)

T = temperatur absolut (K)

Berdasarkan persamaan di atas, dapat disimpulkan bahwa tekanan osmotik dipengaruhi oleh 4 faktor, yaitu:

1.molaritas zat terlarut = m

2.konstanta ionisasi      = i

3.konstanta gas           = R

4.temperatur absolut   = T

Untuk zat terlarut bukan elektrolit, dan molekulnya tidak mengikat air hidrasi, maka potensial osmotiknya (PO) sebanding dengan konsentrasi molalnya. Dengan demikian potensial osmotik 1 molal larutan adalah -22,4 atmosfer pada 0. Rumus di atas menjadi  -m.

Plasmolisis, Krenasi, dan Lisis

Adakalanya, proses osmosis dapat membahayakan sel. Sel yang mempunyai sitoplasma pekat (berarti kerapatan airnya rendah), jika berada dalam kondisi hipotonis akan kemasukan air hingga tekanan osmosis sel menjadi tinggi. Keadaan demikian dapat memecahkan sel tersebut. Dikatakan bahwa sel itu mengalami lisis, yaitu hancurnya sel karena rusaknya atau robeknya membran plasma.

Sebaliknya, jika sel dimasukkan ke dalam larutan hipertonis dibandingkan sel tersebut, maka air di dalam sel akan mengalami osmosis keluar sel. Sel akan mengalami krenasi yang menyebabkan sel berkeriput karena kekurangan air.

Kondisi yang ideal bagi sel tentu saja jika konsentrasi larutan sitoplasma seimbang dengan lingkungan sekitarnya (isotonis).

Pada sel tumbuhan, keluarnya air dari sitoplasma ke luar sel menyebabkan volume sitoplasma mengecil. Akibatnya, membran plasma akan terlepas dari dinding sel. Peristiwa lepasnya membran plasma dari dinding sel disebut plasmolisis. Plasmolisis yang parah menyebabkan kematian sel.

3.Difusi Terfasilitasi

Difusi dapat diperlancar oleh adanya protein pada membran sel. Misalnya pada waktu proses pengangkutan glukosa dari lumen usus ke dalam pembuluh darah usus halus. Glukosa tidak dapat berdifusi secara spontan tanpa adanya protein pembawa. Prosesnya adalah sebagai berikut. Mula-mula molekul glukosa diikat oleh protMula-mula molekul glukosa diikat oleh protein yang ada di membran sel. Selanjutnya protein pembawa ini mengalami perelanjutnya protein pembawa ini mengalami perubahan konformasidan mendorong glukosa ke dalam sel. Setelah itu protein pembawa kembali pada konformasi semula.

Protein pembawa juga dapat membuat celah yang dapat dilalui oleh ion-ion seperti Cl- dan Ca2+.

b.Transpor Aktif

Perpindahan molekul atau ion dengan menggunakan energi dari sel itu. Perpindahan tersebut dapat terjadi meskipun menentang konsentrasi. Contoh transpor aktif adalah pompa Natrium (Na⁺) – Kalium (K⁺), endositosis, dan eksositosis.

1.Pompa Natrium – Kalium

Pompa Natrium – Kalium tergolong transpor aktif, artinya sel mengeluarkan energi untuk mengangkut kedua macam ion itu. Pada transpor aktif, zat dapat berpindah dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi. Jadi, perjalanan zat dapat melawan gradien konsentrasi atau gradien kadar.

Ion K⁺ penting untuk mempertahankan kegiatan listrik di dalam sel saraf dan memacu transpor aktif zat-zat lain. Meskipun ion Na⁺ dan K⁺ dapat melewati membran, karena kebutuhan akan ion K⁺ tinggi, maka diperlukan lagi pemasukan ion K⁺ ke dalam sel dan pengeluaran ion Na⁺ keluar sel. Konsentrasi ion K⁺ diluar sel rendah dan di dalam sel tinggi. Sebaliknya, konsentrasi ion Na⁺ di dalam sel rendah dan di luar sel tinggi. Jika terjadi proses osmosis, maka akan terjadi osmosis ion K⁺ dari dalam sel ke luar dan osmosis ion Na⁺ dari luar ke dalam sel. Akan tetapi yang terjadi bukanlah osmosis, karena pergerakan ion-ion itu melawan gradien kadar, yaitu terjadi pemasukan ion K⁺ dan pengeluaran ion Na⁺. Untuk melawan gradien kadar itu diperlukan energi ATP dengan pertolongan protein yang ada pada membran. Setiap pengeluaran 3 ion Na⁺ dari dalam sel diimbangi dengan pemasukan 2 ion K⁺ dari luar sel. Karena itu disebut sebagai pompa natrium – kalium.

Zat-zat yang dapat diangkut secara transpor aktif misalnya gula, protein, enzim, dan hormon.

2.Endositosis dan Eksositosis

Endositosis artinya pemasukan zat ke dalam sel, sedangkan eksositosis artinya pengeluaran zat dari dalam sel. Proses ini tergolong transpor aktif dan melawan gradien kadar (dari konsentrasi rendah ke tinggi). Contoh endositosis adalah fagositosis dan pinositosis.

Fagositosis (phagein = memakan; cytos = sel) adalah proses di mana membran plasma suatu sel membungkus partikel dari lingkungan luar dan menangkapnya dalam suatu vakuola makanan. Vakuola kemudian menyatu dengan lisosom membentuk heterofagosom dan lisosom mencerna atau menghancurkan partikel tersebut. Contohnya sel darah putih dan sel ameba yang memakan bakteri. Sel-sel tersebut membungkus bakteri dan menangkapnya dalam suatu vakuola makanan. Selanjutnya bakteri akan dicerna oleh lisosom. Pinositosis (pinein = meminum) adalah peristiwa sel memakan zat cair. Sel mengelilingi setetes cairan dan membentuk sebuah gelembung. Cairan yang dimakan itu dimasukkan ke dalam vakuola makanan.

Contoh eksositosis adalah proses pengeluaran zat dari dalam sel-sel kelenjar pada peristiwa sekresi. Misalnya sel-sel enghasil enzim pencernaan mensekresikan enzim itu ke dalam usus. Caranya, enzim-enzim itu dimasukkan ke dalam vakuola atau kantong-kantong kecil. Vakuola itu menuju ke tepi sel, membrannya membuka dan keluarlah enzim-enzim tersebut dari sel. Proses pengeluaran enzim ini memerlukan energi sel. Tanpa energi, sel tidak akan mampu mengeluarkannya.