TRANSPOR MEMBRAN MENGHADAPI BARRIER PERMEABILITAS
BECKER’S WORLD OF THE CELL
Transport Melintasi Membran: Menghadapi Barrier (Sawar) Permeabilitas
Sel dan proses transport
Sebuah kemampuan esensial dari setiap sel adalah kemampuan untuk mengakumulasi berbagai macam substansi pada konsentrasi yang sering kali berbeda dari lingkungan sekitarnya. Agar sel bertahan hidup dan berfungsi secara baik, sel harus menjaga lingkungan internalnya tetap konstan untuk berbeda dari lingkungan luar yang dinamakan proses homeostatis. Regulasi yang baik dari transport selular sangat esensial untuk menjamin homeostasis dan fungsi sel.
Kebanyakan substansi yang bergerak, yang melintasi membran adalah gas-gas terlarut, ion dan molekul organik kecil, atau dengan kata lain: solute. Gas termasuk oksigen, karbon dioksida dan nitrogen. Ion-ion yang umum ditranspor melewati membran adalah sodium (Na+), potassium/kalium (K+), kalsium (Ca2+), klor (Cl-) dan hidrogen (H+). Kebanyakan molekul organik kecil adalah metabolit, yaitu substrat, intermediet dan produk dari berbagai macam proses metabolisme yang berlangsung dalam sel atau organel spesifik. Gula, asam amino dan nukleotida adalah contoh yang umum.
Solute-solut tersebut hampir selalu berada pada konsentrasi lebih tinggi di dalam sel atau dalam organel daripada di luarnya. Hanya akan ada sedikit reaksi selular atau proses yang dapat terlaksana jika bergantung pada konsentrasi rendah yang mana substrat esensialnya berada pada sekitar sel. Pada beberapa kasus, seperti sinyal elektrik pada saraf dan jaringan otot, pergerakan terkendali dari ion yang melintasi membran adalah pusat dari fungsi sel tersebut. Sebagai tambahan, banyak obat-obatan memiliki target intraselular maka dari itu, obat-obatan tersebut harus bisa melintasi membran untuk memasuki sel.
Aspek sentral dari fungsi sel, yaitu transpor adalah kemampuan ion dan molekul organik untuk bergerak melintasi membran secara selektif. Pentingnya transport membran dibuktikan dengan fakta bahwa sekitar 20% gen yang telah diidentidikasi dalam bakteri E. coli terlibat dalam beberapa aspek transport.
Solut (Zat terlarut) melintasi membran dengan difusi sederhana, difusi terfasilitasi dan transport aktif
Tiga mekanisme dasar yang terlibat dalam pergerakan zat terlarut/solute melintasi membran diperlihatkan pada tabel 8-1. Beberapa tipe molekul bergerak melintasi membran dengan difusi sederhana atau difusi langsung, yaitu pergerakan molekul solute tanpa bantuan melewati lipid bilayer ke arah yang berbeda konsentrasinya.
Bagi kebanyakan solute, pergerakan melintasi membran biologis pada kecepatan yang signifikan hanya mungkin ketika ada protein transport, yaitu protein integral pada membran yang mengenali molekul dengan spesifisitas yang luar biasa dan kemudian mempercepat pergerakannya melintasi membran. Pada beberapa kasus, protein transport memfasilitasi pergerakan solute menuruni gradient energi bebasnya pada arah keseimbangan termodinamis. Gradien ini menunjukkan perbedaan pada kedua sisi membran dalam hal konsentrasi, muatan atau keduanya. Proses ini disebut difusi terfasilitasi atau transpor pasif yang tidak membutuhkan input energi.
Pada kasus lain, protein transport memediasi transport aktif, yang menggerakkan molekul melawan gradien energi bebasnya dengan proses yang membutuhkan energi. Transport aktif digerakkan oleh proses yang menghasilkan energi seperti hidrolisis ATP atau transport bersama-sama dengan solute yang lain, biasanya ion seperti H+ atau Na+ yang menuruni gradien energi bebasnya.
Pergerakan solut melintasi membran ditentukan oleh gradien konsentrasi atau potensial elektrokimia
Pergerakan molekul yang tidak memiliki muatan ditentukan oleh gradien konsentrasi dari molekul yang melintasi membran. Gradien konsentrasi adalah besarnya perbedaan konsentrasi dari molekul pada sisi membran yang berlawanan. Perbedaan konsentrasi yang lebih besar menunjukkan gradien konsentrasi yang lebih besar yang menciptakan gaya gerak besar bagi molekul tersebut. Difusi sederhana atau difusi terfasilitasi pada molekul melibatkan gerakan eksergonik dan pergerakan spontan menuruni gradien konsentrasi dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah (ΔG negatif). Sedangkan transport aktif melibatkan gerakan endergonik melawan gradien konsentrasi (ΔG positif). Karena itu transpor aktif tidak spontan, transpor aktif memerlukan gaya atau kekuatan yang dapat mendorongnya.
Di sisi lain, pergerakan ion ditentukan oleh potensial elektrokimia yang menjumlahkan kimia dan gaya gerak elektrik. Ini adalah efek kombinasi dari gradien konsentrasi dari ion dan dan gradien muatan dari seluruh ion melintasi membran. Difusi terfasilitasi pada ion melibatkan pergerakan eksergonik yang diarahkan oleh potensial elektrokimia, sehingga kita harus menghitung kedua gradien konsentrasi dari ion dan perbedaan pada muatan melintasi membran.
Sebagai contoh, banyak sel memiliki kelebihan muatan negatif dalam sel, sehingga jika ion positif seperti Na+ memiliki konsentrasi yang sama pada kedua sisi sel, luar maupun dalam. Gradien muatan akan mendorong pergerakan Na+ masuk sel, walaupun konsentrasi di dalam sel menjadi lebih besar daripada di luar. Pada keseimbangan termodinamis, akan ada lebih banyak Na+ di dalam sel daripada di luar, dan gradien konsentrasi menjadikan pergerakan Na+ keluar akan benar-benar menyeimbangkan gradien muatan, yang membuat pergerakan ion natrium masuk ke dalam sel.
Berlawanan dengan itu, transpor aktif dari ion melibatkan pergerakan endergonik melawan potensial elektrokimia dari ion tersebut. transpor aktif pada ion melintasi membran menciptakan gradien muatan atau membran potensial (Vm), melintasi membran yang ada pada kebanyakan sel. Kebanyakan sel memiliki Vm negatif. Yang mana oleh konvensi atau kesepakatan diartikan bahwa sel-sel itu memiliki kelebihan solut bermuatan negatif di dalam sel. Sebagai contoh, sel saraf yang sedang berisirahat memiliki Vm sekitar -60 mV. Perbedaan muatan ini menjadikan pergerakan kedalam dari kation seperti Na+ dan pergerakan keluar anion seperti Cl-. Juga pergerakan berlawanan, kation keluar dan anion masuk.
BECKER’S WORLD OF THE CELL
Transport Melintasi Membran: Menghadapi Barrier (Sawar) Permeabilitas
Sel dan proses transport
Sebuah kemampuan esensial dari setiap sel adalah kemampuan untuk mengakumulasi berbagai macam substansi pada konsentrasi yang sering kali berbeda dari lingkungan sekitarnya. Agar sel bertahan hidup dan berfungsi secara baik, sel harus menjaga lingkungan internalnya tetap konstan untuk berbeda dari lingkungan luar yang dinamakan proses homeostatis. Regulasi yang baik dari transport selular sangat esensial untuk menjamin homeostasis dan fungsi sel.
Kebanyakan substansi yang bergerak, yang melintasi membran adalah gas-gas terlarut, ion dan molekul organik kecil, atau dengan kata lain: solute. Gas termasuk oksigen, karbon dioksida dan nitrogen. Ion-ion yang umum ditranspor melewati membran adalah sodium (Na+), potassium/kalium (K+), kalsium (Ca2+), klor (Cl-) dan hidrogen (H+). Kebanyakan molekul organik kecil adalah metabolit, yaitu substrat, intermediet dan produk dari berbagai macam proses metabolisme yang berlangsung dalam sel atau organel spesifik. Gula, asam amino dan nukleotida adalah contoh yang umum.
Solute-solut tersebut hampir selalu berada pada konsentrasi lebih tinggi di dalam sel atau dalam organel daripada di luarnya. Hanya akan ada sedikit reaksi selular atau proses yang dapat terlaksana jika bergantung pada konsentrasi rendah yang mana substrat esensialnya berada pada sekitar sel. Pada beberapa kasus, seperti sinyal elektrik pada saraf dan jaringan otot, pergerakan terkendali dari ion yang melintasi membran adalah pusat dari fungsi sel tersebut. Sebagai tambahan, banyak obat-obatan memiliki target intraselular maka dari itu, obat-obatan tersebut harus bisa melintasi membran untuk memasuki sel.
Aspek sentral dari fungsi sel, yaitu transpor adalah kemampuan ion dan molekul organik untuk bergerak melintasi membran secara selektif. Pentingnya transport membran dibuktikan dengan fakta bahwa sekitar 20% gen yang telah diidentidikasi dalam bakteri E. coli terlibat dalam beberapa aspek transport.
Solut (Zat terlarut) melintasi membran dengan difusi sederhana, difusi terfasilitasi dan transport aktif
Tiga mekanisme dasar yang terlibat dalam pergerakan zat terlarut/solute melintasi membran diperlihatkan pada tabel 8-1. Beberapa tipe molekul bergerak melintasi membran dengan difusi sederhana atau difusi langsung, yaitu pergerakan molekul solute tanpa bantuan melewati lipid bilayer ke arah yang berbeda konsentrasinya.
Bagi kebanyakan solute, pergerakan melintasi membran biologis pada kecepatan yang signifikan hanya mungkin ketika ada protein transport, yaitu protein integral pada membran yang mengenali molekul dengan spesifisitas yang luar biasa dan kemudian mempercepat pergerakannya melintasi membran. Pada beberapa kasus, protein transport memfasilitasi pergerakan solute menuruni gradient energi bebasnya pada arah keseimbangan termodinamis. Gradien ini menunjukkan perbedaan pada kedua sisi membran dalam hal konsentrasi, muatan atau keduanya. Proses ini disebut difusi terfasilitasi atau transpor pasif yang tidak membutuhkan input energi.
Pada kasus lain, protein transport memediasi transport aktif, yang menggerakkan molekul melawan gradien energi bebasnya dengan proses yang membutuhkan energi. Transport aktif digerakkan oleh proses yang menghasilkan energi seperti hidrolisis ATP atau transport bersama-sama dengan solute yang lain, biasanya ion seperti H+ atau Na+ yang menuruni gradien energi bebasnya.
Pergerakan solut melintasi membran ditentukan oleh gradien konsentrasi atau potensial elektrokimia
Pergerakan molekul yang tidak memiliki muatan ditentukan oleh gradien konsentrasi dari molekul yang melintasi membran. Gradien konsentrasi adalah besarnya perbedaan konsentrasi dari molekul pada sisi membran yang berlawanan. Perbedaan konsentrasi yang lebih besar menunjukkan gradien konsentrasi yang lebih besar yang menciptakan gaya gerak besar bagi molekul tersebut. Difusi sederhana atau difusi terfasilitasi pada molekul melibatkan gerakan eksergonik dan pergerakan spontan menuruni gradien konsentrasi dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah (ΔG negatif). Sedangkan transport aktif melibatkan gerakan endergonik melawan gradien konsentrasi (ΔG positif). Karena itu transpor aktif tidak spontan, transpor aktif memerlukan gaya atau kekuatan yang dapat mendorongnya.
Di sisi lain, pergerakan ion ditentukan oleh potensial elektrokimia yang menjumlahkan kimia dan gaya gerak elektrik. Ini adalah efek kombinasi dari gradien konsentrasi dari ion dan dan gradien muatan dari seluruh ion melintasi membran. Difusi terfasilitasi pada ion melibatkan pergerakan eksergonik yang diarahkan oleh potensial elektrokimia, sehingga kita harus menghitung kedua gradien konsentrasi dari ion dan perbedaan pada muatan melintasi membran.
Sebagai contoh, banyak sel memiliki kelebihan muatan negatif dalam sel, sehingga jika ion positif seperti Na+ memiliki konsentrasi yang sama pada kedua sisi sel, luar maupun dalam. Gradien muatan akan mendorong pergerakan Na+ masuk sel, walaupun konsentrasi di dalam sel menjadi lebih besar daripada di luar. Pada keseimbangan termodinamis, akan ada lebih banyak Na+ di dalam sel daripada di luar, dan gradien konsentrasi menjadikan pergerakan Na+ keluar akan benar-benar menyeimbangkan gradien muatan, yang membuat pergerakan ion natrium masuk ke dalam sel.
Berlawanan dengan itu, transpor aktif dari ion melibatkan pergerakan endergonik melawan potensial elektrokimia dari ion tersebut. transpor aktif pada ion melintasi membran menciptakan gradien muatan atau membran potensial (Vm), melintasi membran yang ada pada kebanyakan sel. Kebanyakan sel memiliki Vm negatif. Yang mana oleh konvensi atau kesepakatan diartikan bahwa sel-sel itu memiliki kelebihan solut bermuatan negatif di dalam sel. Sebagai contoh, sel saraf yang sedang berisirahat memiliki Vm sekitar -60 mV. Perbedaan muatan ini menjadikan pergerakan kedalam dari kation seperti Na+ dan pergerakan keluar anion seperti Cl-. Juga pergerakan berlawanan, kation keluar dan anion masuk.
Komentar
Posting Komentar