Transpor membran sangat penting untuk kehidupan seluler. Saat sel melanjutkan siklus hidupnya, sejumlah besar pertukaran diperlukan untuk mempertahankan fungsi. Pengangkutan mungkin melibatkan penggabungan molekul biologis dan pembuangan produk limbah yang diperlukan untuk fungsi normal.
Pengertian
Transpor membran adalah pergerakan partikel (zat terlarut) melintasi atau melalui penghalang membran. Hambatan membran ini, dalam kasus sel misalnya, terdiri dari lapisan ganda fosfolipid. Fosfolipid menyesuaikan diri sedemikian rupa sehingga kepala hidrofilik (polar) paling dekat dengan media ekstraseluler dan intraseluler, dan ekor hidrofobik (non-polar) sejajar di antara dua kelompok kepala hidrofilik.
Transpor membran bergantung pada permeabilitas membran, konsentrasi zat terlarut transmembran, dan ukuran serta muatan zat terlarut. Partikel zat terlarut dapat melintasi membran melalui tiga mekanisme: transpor pasif, terfasilitasi, dan aktif. Beberapa mekanisme transpor ini memerlukan masukan energi dan penggunaan protein transmembran, sedangkan mekanisme lain tidak memasukkan molekul sekunder
Sel hewan memiliki membran selektif permeabel sekitar mereka yang memisahkan isi bagian dalam sel dari lingkungan luar. Proses di mana ion dan molekul larut kecil, atau zat terlarut, melewati membran sel yang dikenal sebagai transportasi membran. Molekul-molekul ini biasanya zat penting untuk fungsi dan pemeliharaan sel, seperti glukosa dan asam amino.
Jenis
Ada empat jenis utama transpor membran yaitu: difusi pasif, atau hanya difusi, difusi difasilitasi, transpor aktif primer, dan transpor aktif sekunder. Banyak mekanisme transportasi melibatkan penggunaan molekul protein khusus yang terletak di membran sel yang disebut protein transpor membran.
Transpor pasif adalah metode transpor paling sederhana dan bergantung pada gradien konsentrasi, serta ukuran dan muatan zat terlarut.2 Dalam transpor pasif, partikel zat terlarut kecil yang tidak bermuatan berdifusi melintasi membran sampai kedua sisi membran mencapai kesetimbangan yaitu serupa dalam konsentrasi. Arah perjalanan zat terlarut menunjukkan konsentrasi partikel tertentu di setiap sisi membran.
Difusi partikel bermuatan kecil, di sisi lain, melintasi membran bergantung pada muatan dan konsentrasi transmembran zat terlarut. Namun, sekali lagi, arah perjalanan zat terlarut menunjukkan termodinamika sistem. Partikel akan bergerak dari area dengan konsentrasi tinggi ke rendah, serta bergerak sehingga potensi listrik yang melintasi membran berkurang. Akibat pergerakan ini, entropi sistem meningkat.
Transpor pasif tidak bergantung pada protein membran dan katabolisme molekul biologis untuk energi. Proses kekurangan energi ini umumnya terjadi di sawar darah otak karena molekul spesifik, seperti natrium tiopental, dapat berdifusi melintasi membran. Sodium thiopental adalah barbiturat yang sering digunakan dalam metode injeksi mematikan. Sodium thiopental adalah partikel bermuatan negatif dan melewati sawar darah otak ke celah sinaptik saraf. Sodium thiopental adalah agonis asam γ-aminobutyric (GABA), yang bertindak sebagai penghambat neurotransmitter. Sodium thiopental bertindak sebagai anestesi yang menyebabkan ketidaksadaran.
Selain itu, difusi pasif terjadi di seluruh plasenta karena semua partikel zat terlarut dipertukarkan antara ibu dan janin. Fisiologi plasenta menyandingkan kapiler ibu dan janin untuk menukar partikel zat terlarut, seperti oksigen dan gas karbon dioksida. Molekul yang tidak bermuatan ini berlanjut melintasi ibu dan selaput kapiler janin searah dari konsentrasi tinggi ke rendah. Proses spontan ini terjadi sesuai dengan sifat-sifat tersebut di atas. Terlepas dari sistem seluler, difusi pasif melintasi membran semua sel biologis sesuai dengan karakteristik yang diuraikan di atas.
Difusi pasif
Difusi pasif terjadi secara spontan, dan didorong oleh aktivitas acak dari molekul dalam larutan. Molekul bergerak dari area dengan konsentrasi tinggi, di mana terdapat banyak dari mereka bersama-sama sangat padat, ke daerah konsentrasi rendah, di mana ada sedikit jarak molekul lebih jauh terpisah.
Molekul kecil dapat mencapai transportasi membran dengan menyebar melalui membran sel. Tingkat difusi dapat dipengaruhi oleh banyak hal, termasuk komposisi membran sel dan ukuran dan muatan molekul. Jenis yang paling terkenal difusi pasif adalah osmosis, proses yang melibatkan pergerakan molekul air dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah.
Difusi terfasilitasi
Difusi terfasilitasi, jangan disamakan dengan difusi sederhana, adalah suatu bentuk transpor pasif yang dimediasi oleh protein transpor yang tertanam di dalam membran sel. Difusi terfasilitasi memungkinkan lewatnya molekul lipofobik melalui bilayer lipid membran sel. Sama seperti pada transpor pasif, molekul, partikel, dan ion bergerak bebas melintasi membran sel dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah dalam upaya mencapai kesetimbangan dan dengan demikian meningkatkan entropi sistem. Juga seperti transpor pasif, Energi Bebas Gibbs dari sistem adalah negatif, memungkinkan pergerakan partikel menjadi spontan.4 Namun, difusi terfasilitasi menggunakan protein saluran untuk memfasilitasi pergerakan zat terlarut.
Difusi difasilitasi melibatkan penggunaan protein transpor membran dalam membran sel yang disebut protein saluran. Protein ini bertindak seperti pori-pori di membran sel, memungkinkan partikel larut air untuk melewatinya, tapi pembatasan lewatnya lipofilik, atau molekul “suka-lemak”. Difusi mengikuti mekanisme yang sama tindakan, dengan molekul bergerak dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah.
Protein saluran adalah pori-pori yang terbenam dalam membran lapisan ganda lipid dan merupakan ciri khas difusi yang difasilitasi. Semua protein saluran memiliki dua kesamaan:
- mereka memfasilitasi pergerakan bersih partikel yang menguntungkan secara termodinamika
- mereka menunjukkan afinitas dan spesifisitas untuk partikel yang diangkut
Sangat penting untuk dicatat bahwa protein saluran tidak sembarangan; setiap protein saluran mengandung filter selektivitas. Filter selektivitas adalah kumpulan residu asam amino yang terkonsentrasi di bagian dalam protein saluran. Ketika partikel, seringkali ion, masuk ke protein saluran, interaksi elektrostatik terjadi antara residu asam amino dan ion. Interaksi tersebut akan, misalnya, melibatkan residu asam amino bermuatan negatif dalam kasus ion seperti kalsium (Na +) atau kalium (K +), dan residu asam amino bermuatan positif dalam kasus klor (Cl –). Interaksi elektrostatis antara residu asam amino dan ion memungkinkan protein saluran untuk mengidentifikasi ion yang dimaksud dengan mengukur jari-jari atomnya dengan akurasi yang sangat terbatas. Saluran kalium (K +) memilih K + di atas Na + dengan faktor lebih dari seribu meskipun berbeda dalam radius atom hanya 0,38 Å.
Sementara semua protein saluran memiliki filter selektivitas yang melekat, yang lain memiliki gerbang tambahan. Gerbang adalah respons terhadap pemicu yang telah ditentukan yang memungkinkan protein saluran mengalami perubahan konformasi. Tindakan ini selanjutnya menyebabkan perubahan konformasi lain yang membuka atau menutup saluran, membiarkan atau tidak mengizinkan partikel spesifiknya lewat. Protein saluran dapat dimodulasi secara fisik atau kimiawi melalui sejumlah mekanisme yang berbeda.
Transpor aktif primer
Transpor aktif primer menggunakan energi untuk memindahkan ion dan molekul dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Energi yang dibutuhkan untuk transpor aktif primer terjadi biasanya dalam bentuk nukleotida yang disebut adenosin trifosfat (ATP). Salah satu bentuk yang paling sering terjadi dari transpor aktif adalah pompa natrium kalium, yang membantu sel untuk mempertahankan muatan listrik yang dikenal sebagai potensial istirahat, dan juga mengontrol volume sel. Pompa Natrium-kalium menggerakan ion natrium ke luar dari sel dan melepaskan ion kalium ke dalam sitoplasma sel.
Transpor MembranTranspor aktif sekunder
Transpor aktif sekunder menggunakan protein transpor membran yang disebut antiporters dan symporters. Antiporter memindahkan ion dan molekul dengan mengangkut satu jenis partikel melawan gradien konsentrasi biasa, dari rendah ke konsentrasi yang tinggi, sementara mengangkut jenis lain dari partikel dengan cara biasa, dari tinggi ke konsentrasi rendah. transportasi Symporter dua jenis molekul atau ion melintasi membran sel pada saat yang sama dan dalam arah yang sama.
