Membran Sel

         Perbedaan utama antara eukariotik dan prokariotik adalah keberadaan kompartemen fisik yakni membran sel. Kompartemen ini memungkinkan pemisahan / spesialisasi proses dalam sel dan antar sel.  Membran sel dikenal dengan nama membran biologis, meliputi membran plasma atau plasmalemma dan membran sejumlah organel yang terdapat di dalam sel. Secara umum membran sel terdiri dari senyawasenyawa lipida, protein dan karbohidrat. membran sel juga berfungsi sebagai Protein membran memiliki berbagai macam fungsi, antara lain: (i) Melekatkan membran pada sitoskeleton tau rangka sel, (ii) Membentuk junction (pertemuan) diantara dua sel yang bertetangga, (iii) Sejumlah protein membran berperan sebagai enzim, (iv) sejumlah protein membran berfungsi sebagai resptor permukaan bagi pesuruh-pesuruh kimia dari sel-sel lain, dan (v) beberapa protein membran membantu pergerakan subtansisubtansi melintasi membran.

Sejarah membran sel (Perkembangan model membran dan tokoh dibaliknya):

Charles Ernest Overton

• Overton (1890).  Senyawa hidrofobik (tidak suka air) masuk ke dalam sel lebih cepat daripada senyawa hidrofilik. Atau dengan kata lain, senyawa yang larut dalam lemak akan lebih cepat masuk ke dalam sel,  hal ini pertama kali dijelaskan pada tahun 1890 oleh Ernst Overton dari Universitas Zürich. Pada bagian sebelah luar sel terdapat senyawa hidrofilik yang mudah larut. Overton menduga bagwa lapisan tersebut terdiri atas kolesterol, lesitin, dan minyak lemak.

Bilayer lipid

• Gorter dan Grendel (1925). Membran sel terutama dibentuk dari molekul lipida bimolekuler. Ujung polar molekul lipida pada satu lapisan terorientasi ke luar, sedangkan ujung polar lipida pada lapisan yang lain terorientasi ke arah dalam atau sitoplasma.

•  J.F. Danielli dan E.N. Harvey (), membran plasma terdiri atas dua fase, yaitu fase cair dan fase minyak. Bagian lipida yang hidrofilik terorientasi ke arah fase cair.

• Danielli dan Davson (1930-40), Membran plasma terdiri atas dua lapisan lipidaprotein. Molekul-molekul lipida amfifatik terorientasi dengan daerah hidrofobik ke arah fasa minyak, dan permukaan lain terorientasi ke arah lingkungan eksternal. Perotein terhidrasi berperan sebagai suatu buffer pelapis antara kepala lipida yang hidrofilik dan fasa air.

• Robertson (1960-an), Membran plasma merupakan struktur berlapis tiga yang terdiri atas dua lapisan terluar yang padat, terdiri atas protein dengan tebal masing-masing 2,0 nm dan lapisan tengah berupa lipida dengan tebal 3,5 nm. Jadi, tebal membran keseluruhan adalah 7,5 nm. Ketiga lapisan membran tersebut disebut Unit Membran.

• S. J. Singer dan Garth L. Nicolson (1972), tebal membran sel berkisar 8,5 nm. Membran plasma terdiri atas (i) lapisan lipida ganda, yang dikelilingi oleh protein globular. Protein globular ada yang tertanam pada matriks membran dan ada yang terikat pada permukaan polar lipida, (ii) Protein membran, berada dalam keadaan tersebar, bukan sebagai suatu lapisan yang bersinambungan, (iii) Protein yang terikat pada permukaanpolar lipida disebut protein perifer atau protein ekstrinsik. Sedangkan protein yang tertanam pada matriks atau menembus lapisan lipida disebut protein integral atau protein intrinsik. (iv) Protein perifer dan integral yang berkaitan dengan molekul gula disebut glikoprotein, sedangkan molekul lipida yang berikatan dengan gula disebut glikolipida. 

 

• Unwin dan Henderson (1975)  , Beliau berdua berhasil membuat kristal bakteriorhodopsin. Pengamatan defraksi sinar-X menunjukkan bahwa protein tersebut mempunyai 7 segmen yang masuk ke bagian dalam membran dengan konformasi α-heliks, dan setiap segmen terdiri atas 20 asam amino hidrofobik. Ketujuh segmen itu kemudian membentuk kanal ion yang berfungsi memompa ion setelah diaktifasi oleh energi cahaya.

 

•  Simons (1997),

Struktur Membran sel

Komponen dasar membran sel: 
1. Lipida membran sel, Lipida pada membran sel terdiri atas dua lapisan. Setiap molekul lipida bersifat amfifatik. Lipida amfifatik mengandung komponen yang bersifat hidrofobik (non polar/tidak suka air) dan komponen yang bersifat hidrofilik (polar/suka air). Lipida membran terdiri dari 4 kelas utama, yaitu (i) Fosfolipida, (ii) Sfingolipida, (iii) Glikolipida, dan (iv) Sterol. Keempat kelas lipida tersebut bersifat amfifatik.

2. Protein, Protein plasma memiliki fungsi yang sangat luas, antara lain sebagai protein pembawa (carrier) senyawa yang melewati membran plasma, menerima isyarat (signal) hormonal, dan meneruskan isyarat tersebut ke bagian sel sendiri atau ke sel lainnya. Protein membran plasma juga berfungsi sebagai pangkal pengikat komponen-komponen sitoskeleton dengan senyawa-senyawa ekstraseluler.

3. Karbohidrat, Karbohidrat pada membran plasma terikat pada protein atau lipida dalam bentuk glikolipida dan glikoprotein.

Gerak komponen membran:

Gerak lipida: gerak lateral, bertukar tempat dgn lipida di dekatnya. Gerak flip-flop, perpindahan lipida dari monolayer satu ke yang lain.

Gerak protein: a. Difusi lateral. b. Difusi rotasi melalui sumbu yang tegak lurus dengan permukaan membran. c. Difusi rotasi yang melalui sumbu yang sejajar dengan permukaan membran.

Asimetri membran: Membran sel mengandung komponen lipida, protein dan bahkan karbohidrat yang tersebar secara tidak merata antara kedua permukaan membran. Oleh sebab itu, membran sel dikatakan asimetri.

Spesialisasi membran: Membran sel dapat mengalami spesialisasi secara khusus berupa tonjolan-tonjolan yang menyerupai jari-jari, dan disebut mikrovili. Stereosilia adalah prosesus panjang yang tidak dapat bergerak, dan umumnya dijumpai pada daerah apeks sel-sel yang melapisi dinding epididimis. Flagel merupakan struktur yang dapat bergerak.

Di antara dua buah sel epitel yang berdekatan biasanya terdapat daerah kontak yang spesifik, dan disebut pertautan sel (Junctional complex). Ada 3 jenis pertautan sel yaitu (i) tight junction atau ocluding junction atau taut kedap, Pada tight junction, membran sel-sel yang bersebelahan menyatu oleh perekat pada bagian apikal sel dan membentuk sumbatan pada apikal intersel. Ada dua jenis yaitu : Zonula Ocludens berfungsi (i) sebagai penutup pada bagian apikal dari ruang intersel sehingga molekul-molekul yang larut dalam air tidak bisa lewat, (ii) sebagai perekat diantara sel-sel yang bersebelahan sehingga memungkinkan organ yang dibentuk oleh sel-sel ini dapat meregang tanpa terjadi kerusakan sel atau ruang intersel. (iii) sebagai barrier untuk mencegah terjadinya diffusi protein dari luar sel (pada permukaan apikal) ke daerah baso lateral ruang intersel atau sebaliknya. Fasia Ocludens, F. ocludens mirip dengan Z. ocludens, namun bentuknya berbeda, dimana pada fasia ocludens berbentuk pita terputus-putus (ii) adhering junction atau taut lekat. Merupakan tipe tautan sel yang tersebar luas dalam jaringan yang mengikat sel sel yang bersebelahan dengan sangat erat dimana unit-unit struktural seperti sitoskeleton , membran sel dan matriks ekstraselluler ikut terlibat mengadakan hubungan. Ada tiga: Zona Adheren, Makula Adherens atau Desmosom dan hemidesmosom (iii) gap junction atau taut rekah. Merupakan hubungan antar sel yang paling banyak tersebar pada jaringan tubuh. Dengan mikroskop elektron tampak adanya celah sebesar 3 nm yang menghubungkan dua sel yang bersebelahan.

Fungsi membran plasma:

Fungsi membran plasma yaitu sebagai tempat penerimaan, pemindahan dan penerusan informasi.

Membran plasma bertanggung jawab atas terjadinya interaksi antar selyang berlangsung terus menerus antara sel-sel penyusun jaringan organisma multisel.

Peranan lain dari membran plasma yaitu sebagai tempat terjadinya kegiatan biokimia. Contoh: di membran dalam mitokondria, komponen-komponen dari rantai transpor elektron dan fosforilasi oksidatif harus bekerja sama dalam koordinasi yang baik.

Molekul karbohidrat bertanggung jawab terhadap kekhasan sifat antigenis membran sel. Sifat antigenis ini berkaitan dengan sistem kekebalan (imun) tubuh dan kemampuannya membedakan sel sendiri dari sel asing. Sel asing dapat dikenali sebagai sel asing, karena glikoprotein pembentuk membrannya memiliki karbohidrat yang berbeda dengan karbohidrat glikoprotein pembentuk membran sel penerima. Keadaan seperti ini memacu tanggapan kekebalan.Kekhususan susunan karbohidrat pada membran plasma sangat erat hubungannya dengan kegiatan lektin, antibody, dan antigen. Lektin merupakan protein khusus yang memiliki daya ikat terhadap gula dan bereaksi dengan gula tersebut seperti halnya enzim bereaksi dengan substratnya, atau antibodi dengan antigen. Mengingat reaksi lektin dengan gula sangat khas, lektin dapat digunakan untuk mengetahui letak, penyebaran, dan jenis molekul gula yang terkait di permukaan sel. Selain itu, lektin memungkinkan terjadinya aglutinasi. Antigen dinyatakan sebagai molekul yang mampu memacu pembentukan antibodi oleh sistem imun pada hewan tinggi. Ditinjau dari segi molekuler. Antigen adalah glikoprotein di dalam embran sel atau zarah asing yang terdapat di dalam tubuh hewan. Antibodi atau mmunoglobulin yang dihasilkan sebagai tanggapan terhadap kehadiran antigen, bereaksi dengan antigen tersebut membentuk suatu kompleks. Reaksi antara antigen dengan antibodi sangat khas. Satu jenis antibodi bereaksi hanya dengan satu jenis antigen.

Perakitan membran sel

Dikenal ada tiga cara perakitan membran, yaitu: (i) Perakitan dengan sendirinya, Perakitan berlandaskan hipotesis isyarat (signal Hipothesis). Dalam proses perakitan ini terdapat 5 tahapan. Tahap (i). Proses sintesis protein, (ii) pembentukan vesikula dan pendekatan vesikula ke membran, (iii) fusi antara vesikula dengan membran, (iv) peleburan vesikula dengan membran, dan tahap (v) hasil pertumbuhan membran. Perakitan berlandaskan hipotesis picu, Dalam perakitan ini, protein yang akan menjadi protein integral membran sel dibuat oleh ribosoma bebas, dilipat menjadi bentuk yang sesuai dengan kelarutan membran dan akhirnya disisipkan di antara molekul-molekul lipida membran sel.