Membran sel

Membran sel(bahasa Inggris:cell membrane, plasma membrane, plasmalemma) adalahmembran semipermeabelpada sebuahselyang mengelilingi dan membungkus isisitoplasmadannukleoplasma. Membran sel memisahkan sel dari cairan interstitial (komponen utama daricairan ekstraseluler) di sekitarnya.Pembentukan membran sel dilakukan dengan bahan dasar berupa lipoprotein yang dibentuk oleh lemak dan protein.Membranini terdiri ataslipida dwilapis, termasukkolesterol(komponen lipid) yang berada di antarafosfolipiduntuk mempertahankanfluiditasnyapada berbagai suhu. Membran sel juga mengandungprotein membran, termasukprotein integralyang melintasi membran (berfungsi sebagai transporter membran) danprotein periferyang secara longgar menempel pada sisi luar (perifer) membran sel, yang bertindak sebagaienzimyang membentuk sel.Membran selmengontrol pergerakan zatketika masuk dan keluar dari sel dan organel. Dengan cara ini, ia secara selektif dapat ditembusiondanmolekul organik.Selain itu, membran sel terlibat dalam berbagai proses seluler sepertiadhesi sel,konduktivitas ionik, danpersinyalan sel, serta berfungsi sebagai permukaan tempat melekatnya beberapa struktur ekstraseluler, termasukdinding sel, lapisan karbohidrat yang disebutglikokaliks, serta jaringan intraseluler dari serat protein yang disebutsitoskeleton. Dalam bidang biologi sintetik, membran sel dapat dirakit kembali secara artifisial.
Pada seleukariota, membran sel yang membungkusorganel-organeldi dalamnya, terbentuk dari dua macamsenyawayaitulipiddanprotein, umumnya berjenisfosfolipidseperti senyawa antarafosfatidil etanolaminadankolesterol,yang membentuk struktur dengan dua lapisandenganpermeabilitastertentu sehingga tidak semuamolekuldapat melalui membran sel, namun di sela-selamolekulfosfolipid tersebut, terdapattransporteryang merupakan jalur masuk dan keluarnyazat-zatyang dibutuhkan dan tidak dibutuhkan oleh sel.
Nilai permeabilitasairpada membran ganda dari berbagai komposisi lipid berkisar antara 2 hingga 1.000 × 10cm2/dt. Angka tertinggi ditemukan pada membran plasma pada sel epitelialginjal, beberapa selgliadan beberapa sel yang dipengaruhi oleh protein membran dari jenisakuaporin. Akuaporin-2 memungkinkan adanyatransporter airyang peka terhadapvasopresin, sedang ekspresi akuaporin-4 ditemukan sangat tinggi pada beberapa sel glia danependimal.
Komponen penyusun membran sel antara lain adalahfosfolipid,protein,oligosakarida,glikolipid, dankolesterol.
Pada tahun 1972,Seymour Jonathan SingerdanGarth Nicholsonmengemukakan model mosaik fluida yang disusun berdasarkan hukum-hukumtermodinamikauntuk menjelaskan struktur membran sel.Pada model ini,proteinpenyusun membran dijabarkan sebagai sekelompokmolekulglobular heterogenus yang tersusun dalam strukturamfipatik, yaitu dengangugusionik dan polar menghadap kefaseakuatik, dan gugus non-polar menghadap ke dalam interior membran yang disebutmatriks fosfolipiddan bersifathidrofobik. Himpunan-himpunan molekul globular tersebut terbenam sebagian ke dalam matriks fosfolipid tersebut. Struktur membran teratur membentuk lapisan ganda fluida yang diskontinu, dan sebagian kecil dari matriks fosfolipid berinteraksi dengan molekul globular tersebut sehinggal struktur mosaik fluida merupakananalogilipoproteinatauprotein integraldi dalam larutan membran ganda fosfolipid.
Umumnya, membran sel memiliki bagian kepala polarhidrofilikdengan daya ikatgliserofosforilesteryang terdiri darigliserol,fosfat, dangugustambahan sepertikolina,serina, dll; dengan dua rantaihidrofobikasam lemakyang membentuk ikatanester. Pada rantai primer, ditempati oleh asam lemak jenuh dan pada rantai sekunder ditempati oleh asam lemak tak jenuh.Bagian kepala dapat berinteraksi denganairmaupun larutan fase akuatik, sedangkan bagian rantai akan berhimpit membentuk matriks fosfolipid yang disebut fase internal. Antarafaseinternal dan fase akuatik terjadi tegangan potensial antara 220-280mVyang disebuttegangan potensial dipol,ataupotensial membran.
Penamaan dan sifat bagian kepala fosfolipid bergantung pada jenis gugus tambahan yang dimilikinya, antara lain terdapat sebutanfosfokolina(pc),fosfoetanolamina(pe),fosfoserina(ps), danfosfoinositol(pi); dan masing-masing nama senyawa fosfolipid terkait yang terbentuk pada membran sel adalahfosfatidil kolina,fosfatidil etanolamina,fosfatidil serina, danfosfatidil inositol. Membran juga dapat terbentuk dari senyawa lipid sepertisfingomielin,sardiolipin, atau ikatan dengan senyawakolesterol, danglikolipida.
Protein integral memiliki domain membentang di luar sel dan di sitoplasma. Protein intregral juga berfungsi untuk memasukkan zat-zat yang ukurannya lebih besar.
Protein ini terintegrasi pada lapisan lipid dan menembus 2 lapisan lipid / transmembran.
Bersifat amfipatik, mempunyai sekuen helix protein, hidrofobik, menembus lapisan lipida, dan untaian asam amino hidrofilik. Banyak diantaranya merupakan glikoprotein, gugus gula pada sebelah luar sel. Di sintesis di RE, gula dimodifikasi di badan golgi
Kerangka membran atau disebut juga sitoskeleton mempunyai tiga macam jenis yaitu mikrotubulus, mikrofilamen,dan filamen intermediet.
Salah satu fungsi dari membran sel adalah sebagai lalu lintasmolekuldanionsecara dua arah. Molekul yang dapat melewati membran sel antara lain ialah molekulhidrofobik(CO2, O2), dan molekulpolaryang sangat kecil (air, etanol). Sementara itu, molekul lainnya seperti molekul polar dengan ukuran besar (glukosa), ion, dan substansi hidrofilik membutuhkan mekanisme khusus agar dapat masuk ke dalam sel.
Banyaknya molekul yang masuk dan keluar membran menyebabkan terciptanya lalu lintas membran. Lalu lintas membran digolongkan menjadi dua cara, yaitu dengan transpor pasif untuk molekul-molekul yang mampu melalui membran tanpa mekanisme khusus dan transpor aktif untuk molekul yang membutuhkan mekanisme khusus. Lalu lintas membran akan membuat perbedaan konsentrasi ion sebagai akibat dari dua proses yang berbeda yaitudifusidantranspor aktif, yang dikenal sebagai gradien ion.Lebih lanjut, gradien ion tersebut membuat sel memilikitegangan listrikseluler. Dalam keadaan istirahat,sitoplasmasel memiliki tegangan antara 30 hingga 100 mV lebih rendah daripadainterstitium.
Transpor pasif merupakan suatu perpindahan molekul menuruni gradien konsentrasinya. Transpor pasif ini bersifat spontan.Difusi,osmosis, dandifusi terfasilitasimerupakan contoh dari transpor pasif. Difusi terjadi akibat gerak termal yang meningkatkanentropiatau ketidakteraturan sehingga menyebabkan campuran yang lebih acak. Difusi akan berlanjut selama respirasi seluler yang mengonsumsi O2masuk. Osmosis merupakan difusi pelarut melintasi membran selektif yang arah perpindahannya ditentukan oleh beda konsentrasi zat terlarut total (dari hipotonis ke hipertonis). Difusi terfasilitasi juga masih dianggap ke dalam transpor pasif karena zat terlarut berpindah menurut gradien konsentrasinya.
Contoh molekul yang berpindah dengan transpor pasif ialah air dan glukosa. Transpor pasif air dilakukanlipid bilayerdan transpor pasif glukosa terfasilitasi transporter. Ion polar berdifusi dengan bantuan protein transpor.
Definisi transport aktif, pertama kali dicetuskan olehRosenbergsebagai sebuah proses yang menyebabkan perpindahan suatu substansi dari sebuah area yang mempunyaipotensial elektrokimiawilebih rendah menuju ke tempat dengan potensial yang lebih tinggi.Proses tersebut dikatakan, memerlukan asupanenergidan suatu mekanisme kopling agar asupan energi dapat digunakan demi menjalankan proses perpindahan substansi.
Transpor aktif merupakan kebalikan dari transpor pasif dan bersifat tidak spontan. Arah perpindahan dari transpor ini melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif membutuhkan bantuan dari beberapa protein. Contoh protein yang terlibat dalam transpor aktif ialahchannel proteindancarrier protein, sertaionofor. Ionofor merupakanantibiotikyang menginduksi transpor ion melalui membran sel maupun membran buatan.
Yang termasuk transpor aktif ialahcoupled carriers,ATP driven pumps, danlight driven pumps. Dalam transpor menggunakancoupled carriersdikenal dua istilah, yaitu simporter dan antiporter. Simporter ialah suatu protein yang mentransportasikan kedua substrat searah, sedangkan antiporter mentransfer kedua substrat dengan arah berlawanan.ATP driven pumpmerupakan suatu siklus transpor Na/KATPase.Light driven pumpumumnya ditemukan pada sel bakteri. Mekanisme ini membutuhkan energi cahaya dan contohnya terjadi pada Bakteriorhodopsin.
Hormontri-iodotironinayang dikenal sebagai aktivatorenzimfosfatidil inositol-3 kinasedengan mekanisme dari dalamsitoplasmadengan bantuanintegrin alfavbeta3. Lintasan enzim fosfatidil inositol-3 kinase, lebih lanjut akan memicutranskripsigenetik dari NaATP sintase, KATP sintase, dll, beserta penyisipan ATP sintase tersebut pada membran plasma, berikut regulasi dan modulasi aktivitasnya.
Pembentukan dwilapis lipid adalah proses yang menguras banyak energi ketikagliserofosfolipidyang dijelaskan di atas berada di dalam lingkungan basah.Di dalam sistem basah, gugus polar lipid berjejer menuju polar, lingkungan basah, sedangkan ekor hidrofobik memperkecil hubungannya dengan air dan cenderung menggerombol bersama-sama, membentukvesikel; bergantung pada konsentrasi misel kritis padalipid, interaksi biofisika ini dapat berujung pada pembentukanmisel,liposom, ataulipida dwilapis. Penggerombolan lainnya juga diamati dan membentuk bagian dari polimorfisma perilaku amfifila (lipid).Polimorfisme lipidadalah cabang pengkajian di dalambiofisikadan merupakan mata pelajaran penelitian akademik saat ini.Bentuk dwilapis dan misel di dalam medium polar oleh proses yang dikenal sebagaiefek hidrofobik.Ketika memecah zat lipofilik atau amfifilik di dalam lingkungan polar, molekul polar (yaitu, air di dalam larutan air) menjadi lebih teratur di sekitar zat lipofilik yang pecah, karena molekul polar tidak dapat membentukikatan hidrogenke wilayah lipofilik daru amfifila. Jadi, di dalam lingkungan basah, molekul air membentuk kurungan "senyawa klatrat" tersusun di sekitar molekul lipofilik yang terpecah.
Pada teori mozaik fluida membran merupakan 2 lapisan lemak dalam bentukfluidadengan molekul lipid yang dapat berpindah secara lateral di sepanjang lapisan membran. Protein membran tersusun secara tidak beraturan yang menembus lapisan lemak. Jadi dapat dikatakan membran sel sebagai struktur yangdinamisdimana komponen-komponennya bebas bergerak dan dapat terikat bersama dalam berbagai bentuk interaksi semipermanen
komponen muchus membran sel semipermanen di lapisan membran
Secara alami di alam fosfolipid akan membentuk struktur misel (struktur menyerupai bola) atau membran lipid 2 lapis. Karena strukturnya yang dinamis maka komponen fosfolipid di membran dapat melakukan pergerakan dan perpindahan posisi. Pergerakan yang terjadi antara lain adalah pergerakan secara lateral (Pergerakan molekul lipid dengan tetangganya pada monolayer membran) dan pergerakan secara flip flop (Tipe pergerakan trans bilayer).
Hingga saat ini terdapat tiga teori mengenai membranmitokondria. Teori pertama mengatakan bahwa mitokondria memiliki satu lapisan membran.Teori kedua mengatakan bahwa terdapat dua lapisan membran, yaitumembran sisi dalamdanmembran sisi luar.Teori ketiga mengatakan bahwa mitokondria memiliki tiga lapisan, yaitu membran sisi dalam, membran sisi luar dan membran plasma.