Bagaimana Transport Zat Melalui Membran Sel?
Transport zat melalui membran sel sangat tergantung kepada jenis molekul, ukuran molekul, dan kebutuhan sel terhadap molekul tersebut. Dengan sifat semi permeabilitas yang dimilikinya, maka membran sel menjadikan banyak ion polar dan molekul tidak dapat masuk ke dalam sel, sehingga membutuhkan bantuan protein yang ada pada membran sehingga bisa masuk ke dalam sel. Protein dalam membran sel dapat bersifat spesifik sebagai protein transport untuk zat terlarut spesifik dan bahkan memiliki tempat pengikatan khusus layaknya enzim. Protein-protein transport tersebut dapat berfungsi membantu masuknya molekul ataupun ion karena memiliki saluran hidrofilik yang digunakan oleh molekul tertentu sebagai saluran untuk melewati membran.
Protein membran memiliki banyak peran untuk transport banyak molekul dan ion melintasi membran sel. Keberadaan protein transport tersebut akan membantu proses difusi terutama saat terjadi transport aktif yang membutuhkan energi untuk melawan gradien konsentrasi. Transport aktif merupakan faktor utama yang menentukan kemampuan sel untuk mempertahankan konsentrasi internal molekul kecil yang berbeda dari konsentrasi lingkungannya. Saluran protein dari kondisi hydrofilik melewati membran sel dimana air atau ion dapat berpindah secara terus menerus. Beberapa saluran akan terbuka untuk waktu tertentu dan beberapa saluran ion yang lain hanya terbuka saat ada respon spesifik atau signal listrik untuk saluran tersebut.
Transport aktif dilakukan oleh protein spesifik yang tertanam dalam membran dan membutuhkan energi berupa ATP. Contoh mekanisme transport aktif dengan energi ATP adalah pompa natrium-kalium . Pada mekanisme pompa tersebut Na+ dan K+ tidak ditranslokasikan satu lawan satu antara di dalam sel dan di luar sel, tetapi justru tiga ion natrium harus dipompa keluar sel untuk setiap dua ion kalium yang dipompakan ke dalam sel. Dengan setiap kegiatan memompa tersebut, akan terdapat selisih perpindahan satu muatan positif dari sitoplasma ke fluida ekstraseluler yang dengan demikian akan tersimpan energi dalam bentuk tegangan. Protein yang berperan dalam kegiatan membangkitkan tegangan melintasi membran dengan cara transfer ion Na+ dan K+tersebut disebut pompa elektrogenik .Dengan membangkitkan tegangan melintasi membran tersebut, maka protein pompa elektrogenik akan menyimpan energi yang dapat digunakan untuk kerja seluler, termasuk jenis lalu lintas membran yang disebut kotransport.
Protein channel seperti pada model 2 di Gambar 3.8. membantu transport air atau ion dengan tipe spesifik dan molekul kecil yang hidrofilik pada kondisi konsentrasi yang berbeda termasuk perbedaan potensial listrik. Kondisi tersebut dinamakan difusi terfasilitasi sehingga air atau ion-ion dapat berpindah secara terus menerus.
Transporter yang juga bisa disebut carrier atau pembawa akan memindahkan ion dan molekul untuk melintasi membran sel. terdapat tiga tipe protein transporter tersebut yaitu uniport , yang berfungsi untuk mentransportkan hanya satu tipe molekul pada kondisi konsentrasi yang berbeda dengan cara difusi yang terfasilitasi. Sebaliknya, antiport dan symport keduanya memindahkan satu tipe ion atau molekul pada konsentrasi yang berbeda. Protein jenis tersebut disebut kotransport, yang memiliki kemampuan memindahkan molekul dari dua larutan berbeda secara terus menerus.
Endositosis dan eksositosis
Keberadaan protein transport pada membran sel yang memberikan bantuan untuk masuknya ion-ion dan molekul kecil melewati membran bilayer, tetapi masih terdapat protein dan makromolekul yang berada di ekstraseluler dibutuhkan sel dan masuk melalui mekanisme endositosis . Pada dasarnya endositosis terjadi dengan mekanisme melekuknya sebagaian membran sel membentuk invaginasi dengan bahan yang ada di dalamnya. Mekanisme proses endositosis terjadi saat sebagian membran plasma mengalami pelekukan atau disebut invaginasi , yang diatur oleh sekelompok protein khusus yang terdapat pada membran sel termasuk clathrin . Lekukan membran sel tersebut berisi materi yang berasal dari ekstraseluler untuk dibawa menuju ke dalam sel dan menjadi endosom awal. Terdapat tiga jenis endositosis, yaitu: 1) fagositosis , untuk makromolekul yang bersifat padat, 2) pinositosis , untuk bahan yang bersifat cair, dan 3) endositosis dengan cara khusus yang membutuhkan perantaraan reseptor.Endosom yang berisi materi dari ekstraseluler tersebut akan bergabung dengan lisosom untuk didegradasi atau diuraikan.
Lisosom merupakan salah satu organel sel yang berada di dalam sel dengan membran yang melingkupinya sehingga memberikan batas dengan sitosol. organel ini terutama ditemukan dalam sel hewan, dan bertanggungjawab untuk menguraikan komponen-komponen yang sudah tidak dipergunakan oleh sel atau organisme. Materi yang didapatkan melalui mekanisme endositosis atau fagositosis juga kemungkinan diuraikan dalam lisosom.
Lisosom berisi sekelompok enzim yang mampu menguraikan polimer menjadi subunit monomer. Contoh, enzim nuklease yang mengurai nukleotida RNA dan DNA menjadi mononukleotida, protease yang mengurai banyak jenis protein dan peptida, phosphatase memindahkan grup phospat dari mononukleotida, fosfolipid, dan komponen lainnya, juga enzim-enzim lain yang mengurai polisakarida kompleks dan glikolipid menjadi unit-unit yang lebih kecil. Keseluruhan enzim yang berada pada lisosom tersebut bekerja efisien pada pH asam, karena kondisi asam tersebut akan membantu mendenaturasi protein. Sebaliknya enzim pada lisosom mengalami aktifitas yang rendah jika sel berada pada kondisi pH yang netral dan kebanyakan kondisi tersebut berada pada cairan ekstraseluler. oleh karena itulah membran lisosom akan selalu melakukan pompa ion H+ dan Cl- dari sitosol melewati membrannya untuk menjaga kondisi asam pada lumen lisosom.
Penyakit yang terkait dengan kerusakan lisosom adalah Tay-sachs dimana terjadi kerusakan pada langkah dalam katalisis enzim dan menyebabkan terjadinya kerusakan pada syaraf pusat. Hasilnya terjadi akumulasi glikolipid, khususnya pada sel-sel syaraf dan akibatnya terjadi kerusakan pada sel syaraf tersebut. Penyakit tersebut biasanya menyerang sebelum usia anak 1 tahun dan mengalami kematian sebelum penderita mencapai usia 3 tahun. Selain bahan yang dibutuhkan sel didapatkan dengan cara endositosis, maka sel juga membutuhkan mekanisme mengeluarkan bahan hasil metabolisme dari dalam sel menuju ke luar sel yang disebut dengan eksositosis . Mekanisme eksositosis pada dasarnya merupakan kebalikan dari endositosis, dimana proses mensekresi makromolekul dilakukan dengan cara menggabungkan vesikula-vesikula yang menampung hasil sekresi dengan membran plasma. Vesikula transport tersebut merupakan bagian dari aparatus golgi yang dipindahkan oleh sitoskeleton menuju ke membran plasma, yang salah satu protein sekresinya merupakan hasil kerja jaringan sistem endomembran (dijelaskan pada bab 4). Melalui proses eksositosis tersebut maka membran plasma akan tersusun ulang secara terus menerus. Kondisi ini terjadi karena saat membran
vesikula dan membran plasma bertemu, maka molekul lipid keduanya yang identik akan bergabung dan kandungan vesikula dikeluarkan menuju ke cairan ekstraseluler.
Mekanisme eksositosis didukung oleh jalur endositik dimana gelembung vesikula dari membran plasma juga membawa protein membran dan ikatan ligannya ke dalam sel. setelah berada di dalam sel dengan mekanisme endositosis, akan ditransportkan menuju lisosom dan kemudian akan dikirim ulang menuju permukaan sel setelah melalui proses degradasi.
Gambar 3.9. menjelaskan mekanisme jalur endositik dimana bakteri yang juga dianggap sebagai bahan asing masuk ke dalam sel dengan cara endositosis (termasuk molekul besar) untuk kemudian dicerna setelah vakuola bergabung dengan lisosom. Selain bahan dari luar sel, apabila terdapat organel sel yang sudah tidak dipergunakan maka akan dilingkupi oleh membran secara autofagi untuk kemudian juga dicerna setelah bergabung dengan lisosom.
