Derajat Permeabilitas Membran Plasma dalam Difusi Pasif!
Membran sel melewatkan ion dan molekul kecil melaluinya. Bagian ion atau molekul dapat terjadi sebagai difusi pasif, atau transpor aktif yang menghasilkan pengeluaran energi. Dalam difusi pasif, membran dapat diklasifikasikan menurut tingkat permeabilitasnya.
- Kedap :
Selaput semacam ini tidak memungkinkan apa pun melewatinya. Telur ikan tertentu yang tidak dibuahi, seperti trout, hanya dapat ditembus oleh gas; air berlabel deuterium tidak menembus telur.
- Semipermeabel :
Tidak ada membran sel dari sel yang termasuk dalam kategori ini, membran seperti itu memungkinkan air dan ion tertentu serta Molekul SMA untuk melewatinya, tetapi melarang ion lain serta molekul kecil dan besar.
- Selektif permeabel :
Sebagian besar membran sel milik kategori kucing ini . Selaput semacam itu memungkinkan air dan ion tertentu yang dipilih dan molekul kecil untuk melewatinya, tetapi melarang ion lain serta molekul kecil dan besar.
- Mendialisis membran :
Sel-sel endotel dan membran dasar kapiler dan nefron dapat bertindak sebagai dialyzer. Dengan cara ini tekanan hidrostatik memaksa molekul air dan kristaloid melintasi membran menuruni gradien konsentrasinya sambil membatasi aliran koloid.
Transportasi zat melintasi membran plasma ke dalam sitoplasma sel dapat dicapai dengan metode berikut:
Osmosa:
Osmosis adalah jenis difusi khusus yang melibatkan pergerakan air atau molekul pelarut lainnya melalui membran semipermeabel atau permeabel diferensial dari area berpotensi tinggi (pelarut murni) ke area berpotensi rendah (larutan lebih pekat).
Masuknya air ke dalam sel dari mediumnya disebut endosmosis; proses kebalikan di mana air meninggalkan sel disebut eksosmosis. Tekanan osmotik dipertahankan oleh garam yang ada dalam sitoplasma. Sel selalu berada dalam media cair atau cair untuk pertukaran fisiologis gas, nutrisi, dll. Cairan ini biasanya disebut cairan ekstra seluler (ECF). Dalam protozoa dan organisme rendah lainnya itu adalah air. Tergantung pada konsentrasi, ECF mungkin.
(i) Larutan Isotonik:
Jika konsentrasi CES di mana sel berada mirip dengan cairan intraseluler sel, itu dikenal sebagai larutan isotonik. Bentuk sel tetap normal.
(ii) Larutan Hipotonik:
Jika konsentrasi CES kurang terkonsentrasi dari cairan intraseluler, itu dikenal sebagai larutan hipotonik. Dalam larutan seperti itu, sel membengkak karena air mencapai sel melalui endosmosis.
(iii) Larutan Hipertonik:
Jika konsentrasi CES lebih tinggi dari cairan intraseluler sel, larutannya disebut larutan hipertonik. Dalam kasus seperti itu, air berdifusi keluar dari sel melalui eksosmosis. Akibatnya sel mengalami plasmolisis.
Transportasi Pasif:
Transpor pasif adalah difusi lurus air, ion atau molekul dari berbagai zat bergerak melalui membran plasma dari daerah konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Transportasi molekul berlangsung sepanjang gradien konsentrasi sehingga tidak ada energi yang diperlukan untuk difusi.
Difusi sederhana:
Menurut sejumlah besar bukti banyak zat bergerak melalui membran plasma dengan laju difusi bebas yang berbanding lurus dengan kelarutannya dalam lipid. Molekul air adalah pengecualian penting untuk aturan ini, karena mereka bebas berdifusi melalui membran secara teratur dan cepat.
Membran plasma seharusnya mengandung dua jenis pori:
(i) Saluran air halus :
Ini hadir melalui protein atau menjadi tween protein integral berkerumun. Pori-pori ini berdiameter 10nm dan bersifat permanen. Ini meluas melalui seluruh lapisan ganda lipid. Pori-pori ini bertindak sebagai bukaan katup. Beberapa pori bermuatan positif, yang lain bermuatan negatif.
(ii) Pori statistik :
Pori-pori ini tidak stabil. Mereka terus muncul dan menghilang. Ini terbentuk sebagai celah dalam lapisan ganda lipid yang sangat cair. Ini terbentuk karena gerakan termal acak fosfolipid membran. Zat dengan mudah melewati pori-pori ini jika larut dalam lipid {Overton). Itulah sebabnya zat hidrofobik dengan berat molekul rendah dan tinggi dapat melewati membran plasma.
Tingkat relatif difusi molekul melintasi membran tergantung pada ukuran molekul; gradien konsentrasi melintasi membran; dan kelarutan dalam lipid atau sifat hidrofobik molekul. Collander dan Barlund dalam eksperimen klasik mereka dengan sel tumbuhan, Chara menunjukkan bahwa kecepatan penetrasi substrat bergantung pada kelarutannya dalam lipid dan ukuran molekulnya.
Permeabilitas (P) molekul melintasi membran direpresentasikan у rumus:
P = KD/t
Dimana K adalah koefisien partisi; D adalah koefisien difusi (bergantung pada berat molekul), dan t adalah ketebalan membran. Koefisien partisi dalam membran sel mirip dengan minyak zaitun dan air. Koefisien partisi dapat diukur dengan mencampur zat terlarut dengan campuran air minyak dan menunggu sampai fase dipisahkan.
Koefisien partit (K) adalah konsentrasi zat terlarut dalam minyak, dibagi dengan konsentrasi zat terlarut dalam fase air. Koefisien difusi (D) dapat ditentukan у menggunakan zat terlarut radioaktif dan mengukur laju masuknya ke dalam sitoplasma pada berbagai konsentrasi eksternal.
Difusi yang terfasilitasi:
Difusi suatu zat melintasi membran selalu terjadi dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi di satu sisi ke daerah dengan konsentrasi lebih rendah di sisi lain. Tetapi tidak selalu demikian karena banyak contoh telah ditemukan di mana protein, permease ada di dalam membran plasma yang memfasilitasi proses difusi. Mekanisme ini disebut difusi terfasilitasi. Proses ini paling sering terjadi pada pergerakan gula dan asam amino.
Kehadiran permease dalam membran menawarkan jalur melalui membran yang merupakan alternatif dari lapisan lipid. Pengikatan zat terlarut pada permukaan luar membran akan memicu perubahan konformasi dalam permease, memaparkan zat terlarut ke permukaan dalam membran dari mana ia dapat berdifusi ke dalam sitoplasma menuruni gradien konsentrasinya.
Ciri-ciri difusi terfasilitasi adalah:
(i) Tingkat pengangkutan molekul melintasi membran jauh lebih besar dari yang diharapkan dari difusi sederhana
(ii) Permease sangat spesifik dan masing-masing hanya mengangkut satu ion atau molekul spesifik atau kelompok molekul yang terkait erat.
(iii) Dengan peningkatan gradien konsentrasi, ada peningkatan yang sesuai dalam laju transportasi.
Seperti dalam kasus enzim, permease yang memfasilitasi difusi menunjukkan kinetc tipe saturasi. Jika suatu zat (S) awalnya ada di luar membran plasma, transpornya di dalam dapat diwakili oleh persamaan berikut:
S (keluar)+Permease Km=S-permease kompleks Vmax
Di sini S adalah substrat, Km adalah konstanta pengikatan untuk permease substrat dan Vmax adalah laju transportasi maksimum. Jika konsentrasi S di luar adalah C, laju transpor dapat dihitung sebagai:
V = Vmaks/1+ C/Km
Transportasi aktif:
Difusi ion melintasi membran bahkan lebih sulit karena tidak hanya bergantung pada gradien konsentrasi tetapi juga pada gradien listrik yang ada dalam sistem. Karena transpor aktif adalah proses yang bekerja melawan gradien konsentrasi, tidak mengejutkan bagi tim bahwa hal itu memerlukan pengeluaran energi.
Prosesnya melibatkan penggunaan molekul pembawa di dalam membran sel yang tepat. Molekul-molekul pembawa ini tampaknya bolak-balik antara permukaan membran sel bagian dalam dan luar dan mengambil atau melepaskan ion tertentu yang sedang diatur. Energi yang dibutuhkan untuk proses ini diperoleh dari adenosin trifosfat (ATP), yang diproduksi terutama oleh fosforilasi oksidatif di mitokondria.
Dari Tabel 2.1 yang ditunjukkan di bawah ini, terbukti bahwa di dalam sel terdapat konsentrasi besar anion yang tidak dapat terdifusi dan gradien listrik melintasi membran terbentuk.
Tabel 2.1
Menampilkan Konsentrasi Ionik dan Potensi Mantap di Otot
|
Ion |
|
Cairan interstitial |
Cairan intra seluler |
|
Kation |
Natrium (Na + ) |
143 |
12 |
|
|
Kalium (K + ) |
4 |
155 |
|
|
Klorida (CI – ) |
120 |
3.8 |
|
Anion |
Bikarbonat (HCO – 3 ) |
27 |
8.0 |
|
|
Anion dan lainnya |
7 |
155 |
|
Potensi |
|
0 |
-90 mV |
Donnan (1911) memprediksikan, jika sel yang bermuatan negatif tak terdifusi dimasukkan ke dalam larutan Cl- , K + akan terdorong ke dalam konsentrasi sel dan gradien listrik. Ion Cl di sisi lain, akan didorong masuk oleh gradien konsentrasi, tetapi akan ditolak oleh gradien listrik. Menurut Donnan, konsentrasi kesetimbangan akan persis timbal balik.
(K + masuk)/(K + keluar) = (CI – keluar)/ (CI – masuk)
Hubungan antara gradien konsentrasi dan potensial membran istirahat diberikan oleh persamaan Nernst.
E = RT Dalam C 1 / C 2
Di mana E diberikan dalam milivolt, R adalah konstanta gas universal dan T adalah suhu absolut. Dari (i) dan (ii) kesetimbangan Donnan untuk KC1 dapat dinyatakan
E = RT Masuk (K + masuk)/(K + keluar) = RT Masuk (C1 – keluar)/C1 – masuk)
Transpor Aktif Ion atau Pompa Natrium:
Zat terlarut yang paling aktif dipompa ke dalam sel adalah ion kalium (K + ) Kekuatan pendorong untuk transpor ke dalam ini diyakini sebagai gradien natrium (Na + ) melintasi membran, yang dihasilkan oleh transpor aktif ion Na yang dipompa keluar dari sel. sel.
Konsentrasi ion (Na + ) di luar membran menjadi tinggi sedangkan konsentrasi internal menjadi rendah. Energi, yang dibutuhkan untuk memompa keluar ion Na + , disediakan oleh ATP. Di hadapan ATPase yang diaktifkan Mg ++ , molekul ATP dihidrolisis dan diyakini bahwa ATPase terletak di dalam membran.
Na + ditemukan oleh Hodkin dan Keynes (1955) dan dihubungkan dengan hidrolisis ATP in vitro oleh Skou (1957). Dua mekanisme pompa Na + yang berbeda telah dijelaskan untuk sel hewan. Ini adalah:
(i) Pompa penukar Natrium – Kalium:
Dalam pompa Na + seperti itu , pemompaan ion Na + ke luar terkait dengan transpor ion К ke dalam. Karena Na + dan K + dipertukarkan secara wajib, pergerakan keluar Na + selalu disertai dengan pergerakan K + ke dalam . Pompa semacam itu terjadi pada sel saraf dan sel otot.
(ii) Pompa Na + elektrogenik:
Dalam pompa ini tidak ada pertukaran paksa ion K + yang bergerak ke dalam dan ion Na + yang bergerak keluar . Dalam pompa ini gradien potensial elektrokimia dapat dihasilkan ketika ion Na + yang keluar tidak dikompensasi oleh masuknya K + satu ke satu .
Konsentrasi ion K + intraseluler yang tinggi , terlepas dari konsentrasi eksternal Na dan K + , dibutuhkan oleh sel aerobik. Konsentrasi K + yang tinggi adalah bagian dari sel yang diperlukan untuk sintesis protein dan glikolisis. Konsentrasi K + sel yang tinggi harus diimbangi dengan hilangnya beberapa kation seperti Na + , jika tidak pembengkakan yang berlebihan akan menyebabkan sel pecah dengan menciptakan kondisi tekanan osmotik internal yang lebih tinggi.
Transpor aktif glukosa ke dalam sel adalah konsekuensi lain dari aksi pompa Na + elektrogenik. Ekstrusi Na + dari sel menghasilkan gradien konsentrasi Na + internal yang rendah dan konsentrasi eksternal yang lebih tinggi . Transpor aktif gula dicapai dalam kondisi di mana konsentrasi Na + di luar dipertahankan cukup tinggi untuk menciptakan gradien yang sesuai yang energinya mendorong metabolit ke dalam sel dari larutan gula luar yang sangat encer. Akumulasi gula dikompilasi untuk ekstrusi Na + dan juga dibantu oleh protein pembawa spesifik.
Translokasi melintasi Membran:
Protein pembawa membantu molekul hidrofilik melintasi ketebalan membran 6 hingga 10 nm. Metabolit jauh lebih kecil dari 6 nm sehingga penting untuk mengetahui bagaimana molekul-molekul ini ditranslokasi melintasi jarak yang relatif besar ini oleh pembawa. Beberapa alternatif telah diajukan, tetapi dua telah dipelajari lebih intensif daripada kemungkinan lainnya.
Satu hipotesis alternatif mendalilkan bahwa pembawa berikatan dengan molekul hidrofilik dan kemudian seluruh protein transpor berputar melintasi membran dan mengirimkan metabolit terikatnya ke sisi lain. Alternatif kedua mengusulkan bahwa pembawa tetap pada tempatnya di dalam membran, dan bahwa molekul pembawa mengalami perubahan konformasi yang mentranslokasi tempat pengikatan melintasi membran dan metabolit yang terikat bersamaan dengan itu pada waktu yang sama.
Setelah metabolit ditranslokasi, tempat pengikatan dibebaskan dan dikembalikan ke konformasi aslinya, siap untuk mengikat molekul hidrofilik lain dalam peristiwa pengangkutan lainnya. Alternatif kedua ini disebut sebagai mekanisme pori tetap. Alternatif pertama dikenal sebagai mekanisme pembawa. 
