FUNGSI MEMBRAN PLASMA

BIOSEL 2014

1

Permiabilitas bilayer lipid• Bilayer lipid tanpa protein (pure phosphoslipida)

umumnya sangat impermiabel terhadap molekul bermuatan (ion).

• Molekul yang lebih kecil dan lebih mudah larut dalam pelarut minyak (lebih hidrofobik atau nonpolar) lebih cepat berdifusi melewati bilayer lipid

• Molekul nonpolar kecil seperti O2 dan CO2 mudah larut dan berdifusi menyeberangi bilayer lipid.

• Molekul polar kecil tak bermuatan seperti air atau urea juga dapat melewati bilayer lipid.

2

Permiabilitas relatif bilayer lipid terhadap berbagai molekul

3

Peran protein membran sel• Untuk menyokong kemampuan transport , membrane

sel dibantu oleh keberadaan protein membran tranport yang mentransport zat terlarut melewati membran sel.

• Protein ini terdapat dalam banyak bentuk dan dalam semua tipe membrane biologi.

• Setiap protein transport akan mentransport secara spesifik zat terlarut tertentu, misal protein transport untuk mentransport ion Na+ tidak dapat digunakan untuk mentransport ion Ca++.

• Terdapat dua klas protein membran transport yaitu transporter dan saluran

4

Protein transporter dan saluran membran plasma

5

Figure 11 -3. Transporters and channel proteins. (A) A transporter alternates between two conformations, so that the solute-binding site is sequentially accessible on one side of the bilayer and then on the other. (B) In contrast, a channel protein forms a water-filled pore across the bilayer through which specific solutes can diffuse.

Protein membran transport • Protein transporter (carrier/pembawa atau permiase) bekerja

dengan cara mengikat zat terlarut yang akan ditransport dan mengalami perubahan konformasi dalam proses transport

• Protein saluran berinteraksi dengan zat terlarut yang akan ditransport (interaksinya lebih lemah). Protein saluran membentuk pori aquaeus. Ketika pori membuka zat terlarut dapat melewati membran.

• Semua sel memiliki protein saluran khusus yang disebut saluran air atau akuaporin untuk mentransport air.

• Semua protein saluran dan banyak transporter bekerja membawa zat terlarut melewati membrane dengan cara pasif, suatu proses yang disebut transport pasif atau difusi terbantu.

6

Perbandingan transport pasif dan aktif yang terjadi pada membran plasma

Figure 11-4. Passive transport down an electrochemical gradient occurs spontaneously, either by simple diffusion through the lipid bilayer or by facilitated diffusion through channels and passive transporters. By contrast, active transport requires an input of metabolic energy and is always mediated by transporters that harvest metabolic energy to pump the solute against its electrochemical gradient.

8

addition

Protein Saluran• Umumnya membentuk pori hidrofilik, sehingga molekul-molekul kecil yang

larut dalam air dapat masuk dan keluar sel. Contoh, Gap junction pada sel hewan dan porin (gap junction dan porin memiliki ukuran pori besar).

• Saluran ion (ukuran pori sempit) sangat spesifik berkaitan dengan ukuran pori dan muatan molekul yang digerakkan. Saluran ion (ion channel) menggerakkan Na+, K+, Cl- and Ca++ dengan cepat menyeberangi bilayer lipid searah gradient elektrokimianya.

• Dua sifat penting saluran ion adalah:– memiliki selektifitas ion – memungkinkan beberapa ion dapat melewati

dan membatasi yang lainnya.– saluran ion tidak selalu terbuka jadi mempunyai kemampuan mengatur

gerakan ion, sehingga dapat menjaga konsentrasi ion dalam sel.

9

Jenis-jenis saluran ion :

• Voltage-gated channel, bila membukanya saluran ion karena perubahan voltage membrane, contoh saluran ion Na+ dijumpai pada membran sel neuron

• Mechanically gated channel, bila membukanya saluran ion karena stimuli mekanik, contoh saluran ion di mekanoreseptor

• Ligand-gated channel, bila membukanya saluran ion didahului oleh pengikatan molekul signal, misal saluran ion Na+ di membran neuron paska sinaps yang membuka setelah reseptor mengikat asetilkolin

10

Saluran Ion

11

Protein transporter

• Protein tranporter pada membran bekerja untuk transport pasif maupun transport aktif

• Kedua tipe transporter, dalam bekerja melakukan proses transport zat terlarut melewati membran berperilaku mirip enzim yang mengkatalisa reaksi kimia

• Perbedaan sifat antara transporter dan enzim yaitu transpoter tidak memodifikasi senyawa yang dibawanya

• Transporter bekerja membawa zat terlarut melewati membran dan memiliki kemampuan untuk mengikat dan melepas senyawa yang dibawanya

12

Model protein transport pada membrane bekerja untuk transport pasif

13

14

Transporter/Carrier Glukosa pd Sel-sel Hati

• Carrier Glucose berupa protein yang membentang pada membran dan memiliki paling sedikit 2 konformasi

• Salah satu konformasi menyebabkan tempat perlekatan pada sisi ekstrasel terpapar pada zat terlarut dan konformasi lainnya menyebabkan zat terlarut berada pada tempat perlekatan pada sisi intrasel.

15

Bagaimana Carrier Glukosa bekerja (Passive)• Glukosa ada pd konsentrasi tinggi di luar

sel sehingga konformasinya terbuka untuk mengambil glukosa dan menggerakkannya masuk ke sitosol yang memiliki konsentrasi glukosa rendah

• Bila level glukosa rendah di dalam darah, glucagon (hormon) memicu pemecahan glycogen, level glukosa tinggi dalam sel dan konformasi menggerakkan glukosa keluar sel masuk aliran darah

• Jadi glukosa bergerak searah gradien konsentrasi menyeberangi membran

Transporter untuk Transport Aktif

• Transporter berpasangan, transport suatu senyawa melawan gradien elektrokimia bersama-sama dengan transport senyawa lain yang searah gradien elektrokimianya.

• Pompa yang digerakkan ATP, transport yang harus bersamaan dengan hidrolisis ATP

• Pompa yang digerakkan cahaya, ditemukan pada bacteria, transport uphill bersamaan dengan input energy cahaya

16

Tiga cara transporter untuk transport aktif bekerja

17

Tiga tipe gerakan zat terlarut ditengahi transporter membran sel

18

Transport aktif sekunder• Contoh, transport aktif glukosa kedalam sel yang

melawan gradient konsentrasi glukosa.• Pada transport glukosa ini harus bersama-sama

dengan gerakan masuk sel ion sodium dan energy yang digunakan untuk menggerakan glukosa masuk sel adalah energy gradient elektrokimia ion sodium, sebab ion sodium masuk sel adalah searah gradient elektrokimianya

• Gradient elektrokimia sodium ini diciptakan oleh pompa sodium yang secara aktif menjaga konsentrasi sodium di dalam sel tetap rendah, sedang di luar sel lebih tinggi

19

20

Na+-Driven Symport

• Bila salah satu molekul dari pasangantransport tidak ada,transport molekul keduatidak terjadi

Distribusi asimetri transporter membran sel

21

Pompa yang digerakkan ATP atau ATPase transport

• Pompa tipe-P , disebut demikian karena transpoter ini memfosforilasi dirinya sendiri selama siklus pemompaan.

• Pompa tipe-F , protein seperti turbin. Secara structural berbeda dengan pompa tipe-P dan ditemukan di membran plasma bakteri, membran dalam mitokondria dan membran tilakoid kloroplast. Sering disebut ATP synthases karena menggunakan gradient H+ untuk sintesis ATP.

• Transporter ABC, terutama memompa molekul kecil melewati membran sel

22

Tiga tipe pompa (transporter) yang digerakkan ATP

23

24

Na+-K+ATPase (Na+-K+Pump)

• Memerlukan hidrolisis ATP untuk menjagakeseimbangan Na+-K+di dalamsel

• Transporter adalah juga ATPase (enzyme)• Pompa ini menjaga konsentrasi [Na+] 10 - 30 kali lebih rendah dari pada level ekstraseluler

dan konsentrasi [K+] 10 - 30 kali lebih tinggidari pada level ekstraseluler

25

Na+-K+Pump

26

Makna konsentrasi Na+dan K+

• [Na+] sebelah luar sel menyimpan sejumlahbesar energi, seperti air dalamdam

– Sekalipun bila Na+-K+pump dihentikan, masihterdapat cukup energi simpanan untuk

menghantarkan Na+lain searah GK

• [K+] di sebelah dalamsel tidak mempunyaienergi potensial yang sama

– Kekuatan elektrik menarik K+ke dalamselhampir sama seperti mendorongnya ke luar dari

sel

Pompa kalsium

• Sel eukariiotik menjaga konsentrasi sangat rendah ion kalsium dalam sitosol (10-7 M) dan konsentrasi yang tinggi di ekstraseluler (10-3 M), perbedaan konsentrasi ini dijaga oleh transporter Ca++ yang secara aktif mengeluarkan ion kalsium dari sitosol.

• Transporter Ca++ atau sering disebut pompa Ca++ atau Ca++ ATPase adalah salah satu tipe pompa tipe-P yang terdapat di membrane reticulum sarkoplasma (RS) sel otot.

27

Transporter ABC• Transporter ABC berisi dua domain ATPase atau

tempat perlekatan ATP. • Transporter ABC bekerja dengan cara mengikat dan

menghidrolis ATP, aktivitas pengikatan ATP memicu perubahan konformasi transporter yaitu merubah tempat perlekatan substrat menjadi menghadap ke arah berlawanan.

• Transporter ABC dijumpai pada sel prokariot dan eukariot, untuk mentransport molekul kecil menyeberangi bilayer lipid

• Pada sel eukariotik transporter ABC yang disebut multidrug resistance (MDR) protein memiliki kemampuan memompa obat hidrofobik keluar sitosol.

28

Transporter ABC pada prokariot dan eukariot

29