SISTEM TRANSPOR MELINTASI MEMBRAN

6

D. SISTEM TRANSPOR MELINTASI MEMBRAN

Proses transpor sangat penting bagi semua makhluk hidup karena sel-sel harus memasukkan molekul hara ke dalam sel dan mengirimkan hasil samping dan senyawa toksik ke luar sel. Selain itu elektrolit anorganik harus bisa dimasukkan dan dikeluarkan melintasi membran organel. Semua sel harus menjaga gradien konsentrasi berbagai metabolit lintas membran plasma dan lintas membran organel intraseluler. Sel selalu menjaga energi potensial dalam bentuk gradien konsentrasi. Pada umumnya, molekul atau ion yang ditranspor bersifat larut air sehingga bergerak melintasi membran yang hidrofobik dan lipida yang impermeabel dengan laju yang sesuai kebutuhan metabolis dan fisiologis dari sel. Selain itu sel juga mengembangkan berbagai sistem transpor, yaitu protein transpor spesifik: kanal, pembawa, dan pompa. Setiap jenis protein transpor hanya mentranspor molekul tertentu, sedangkan lainnya menggabungkan reaksi enzimatik. Peristiwa transpor bergantung pada interaksi protein-protein transpor dengan pelarut air dan lipida. Sifat dinamik dan asimetrik membran dan komponennya berperan penting dalam sistem transpor tersebut. Secara umum ada tiga tipe proses transpor membran: difusi pasif, difusi dipermudah, dan transpor aktif.

1. Difusi Pasif

Difusi merupakan pergerakan partikel suatu senyawa melintasi membran sehingga tersebar merata sesuai ruang yang tersedia. Karena pergerakan acak, maka penyebarannya bisa dua arah. Difusi pasif merupakan proses transpor paling sederhana. Dalam difusi pasif, ion, molekul, senyawa yang ditranspor bergerak melintasi membran tanpa bantuan sistemmolekul transpor spesifik apapun. Untuk molekul yang tidak bermuatan, difusi pasif merupakan proses entropi, dengan arah pergerakan molekul melintasi membran dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi lebih rendah sampai konsentrasi dari senyawa pada kedua sisi membran sama. Untuk molekul yang tidak bermuatan, energi bebasnya berbeda antara sisi 1 dan sisi 2 suatu membran Gambar 6. Perbedaan konsenrasi C2-C1 dinamai gradien konsentrasi, yang juga menunjukkan perbedaan potensial elektrokimia. Untuk materi bermuatan, pergerakan molekul melintasi membran bergantung pada potensial elektrokimia. Difusi pasif suatu materi 7 bermuatan melintasi membran bergantung pada konsentrasi dan juga muatan partikel, serta perbedaan potensial listrik Gambar 6. Perbedaan difusi pasif materi tidak bermuatan dan bermuatan. A. Difusi pasif suatu materi tidak bermuatan melintasi membran hanya bergantung pada konsentrasi C1 dan C2 pada kedua sisi membran. B. Difusi pasif suatu materi bermuatan melintasi membran bergantung pada konsentrasi dan juga muatan partikel, serta perbedaan potensial listrik. Sumber: Garret Grisham, 2012

2. Difusi Difasilitasi

Transpor sejumlah senyawa melintasi membran lipida dwilapis sederhana melalui difusi pasif jauh lebih lambat untuk kelangsungan proses kehidupan. Di sisi lain, laju transpor untuk sejumlah ion dan molekul kecil melintasi membran biologis jauh lebih besar daripada difusi pasif saja. Perbedaan ini disebabkan protein spesifik pada membran yang mempermudah transpor dari materi yang melintasi membran. Protein serupa yang mampu mempengaruhi difusi difasilitasi dari berbagai larutan ada pada membran. Protein semacam ini memiliki dua gambaran umum: a mempermudah pergerakan laruta ha ya pada arah ya g e gu tu gka se ara ter odi a ika ∆G˂0, dan b menunjukkan afinitas dan spesifitas terukur untuk transpor larutan. Kanal memberikan pori membran yang memungkinkan ion-ion dapat mengalir sangat cepat menuruni gradien konsentrasi secara termodinamika. Aksi kanal-kanal ini menggambarkan transpor passive dalam bentuk difusi yang difasilitasi. 8

3. Sistem Transpor Aktif

Sistem difusi pasif dan difasilitasi relatif sederhana dalam pengertian bahwa materi yang ditranspor mengalir menuruni, yaitu dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Pada kasus-kasus lain, materi yang ditranspor bergerak dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi sehingga memerlukan energi. Masukkan energi paling umum adalah hidrolisis ATP, reaksi hidrolisis ini dipasangkan dengan erat pada kejadian transpor. Sumber-sumber energi lainnya juga mengarahkan proses transpor aktif, termasuk energi cahaya dan energi yang tersimpan dalam gradien ion perbedaan konsentrasi dari suatu ion terlarut melintas membran Gambar 7. Lipida dwilapis dari membran biologis secara intrinsik impermeabel terhadap ion dan molekul polar, padahal ion-ion dan molekul –molekul tersebut harus mampu melintasi membran agar sel berfungsi normal. Permeabilitas diberikan melalui tiga kelas protein membran, yaitu protein pompa, pembawa, dan kanal. Pompa menggunakan sumber energi misalnya hidrolisis ATP atau absorpsi cahaya untuk mengarahkan transpor ion atau molekul melawan gradien secara termodinamika. Aksi pompa merupakan contoh transport aktif. Protein pembawa memperantarai transpor ion dan molekul kecil melintasi membran tanpa menggunakan ATP. Pompa merupakan energi pentransduksi karena mengubah satu bentuk energi bebas ke energi bebas yang lain. Ada dua tipe pompa yang diarahkan ATP, yaitu tipe-P ATPase dan transporter ATP-binding cassette ABC, yang mengalami perubahan konformasi pada pengikatan ATP dan hidrolisis yang menyebabkan ion diikat dan ditranspor melintasi membran. Energi bebas hidrolisis ATP digunakan untuk mengarahkan pergerakan ion melawan gradien konsentrasi, suatu proses yang merujuk pada transpor aktif primer primary active transport. Sebaliknya pembawa memanfaatkan gradien suatu ion untuk mengarahkan transpor ion lain melawan gradien konsentrasinya. Contoh dari proses ini yang disebut transpor aktif sekunder secondary active transport, adalah transporter laktosa pada E. coli, yang bertanggungjawab terhadap pengambilan gula laktosa dari lingkungan bakteri. Banyak transporter pada kelas ini terdapat pada membran sel. Ekspresi transporter-transporter tersebut menentukan metabolit mana yang dapat diambil dari lingkungan. Dengan demikian penyesuaian tingkat ekspresi transporter merupakan alasan utama pengontrolan metabolisme. 9 Pompa-pompa dapat menghasilkan gradien terus menerus dari ion-ion tertentu melintasi membran. Kanal ion spesifik memungkinkan ion-ion tersebut untuk mengalir dengan cepat melintasi membran menuruni gradien konsentrasi. Kanal-kanal tersebut merupakan molekul yang menarik dalam biokimia karena kemampuannya untuk memungkinkan sejumlah ion untuk mengalir secara bebas melintasi membran sementara itu juga mampu menghalangi aliran ion lain yang jenisnya mirip. Pembukaan atau penutupan kanal-kanal tersebut dikontrol oleh adanya ligan-ligan tertentu atau voltase membran tertentu. Gambar 7. Tiga kelas protein transpor membran: kanal, pembawa, dan pompa. Kanal dan pembawa dapat memperantarai transpor pasif terlarut melintasi membran dengan difusi sederhana atau difusi difasilitasi, menuruni gradien potensila elektrokimia terlarut. Kanal-kanal protein berperan sebagai pori membran, dan spesifitasnya ditentukan terutama oleh sifat biofisik kanal. Protein pembawa mengikat molekul yang ditranspor pada satu sisi membran dan melepaskannya pada sisi lainnya. Transpor aktif primer dilakukan dengan pompa dan menggunakan energi secara langsung, biasanya dari hidrolisis ATP, untuk memompa bahan terlarut melawan gradien potensial elektrokimianya. Sumber: Taiz, dkk. 2014.

E. SINTESIS DNA