Membran Plasma: Apa itu? Komposisi, Fungsi, Model, Polaritas, Struktur dan Permeabilitas

Ini adalah membran biologis yang memisahkan interior semua sel dari lingkungan eksternal.

Juga dikenal sebagai membran sel atau membran sitoplasma, dan secara historis disebut plasmalemma , terdiri dari lapisan ganda lipid dengan protein terintegrasi.

Membran sel terlibat dalam berbagai proses seluler seperti adhesi sel, konduktivitas ionik, dan pensinyalan sel dan berfungsi sebagai permukaan pengikatan untuk berbagai struktur ekstraseluler, termasuk dinding sel, lapisan karbohidrat yang disebut glikokaliks, dan jaringan serat intraseluler. protein yang disebut sitoskeleton.

Di bidang biologi sintetik , membran sel dapat dipasang kembali secara artifisial.

Komposisi

Membran sel mengandung berbagai molekul biologis, terutama lipid dan protein.

Komposisi tidak ditetapkan, tetapi terus berubah karena fluiditas dan perubahan lingkungan, bahkan berfluktuasi selama berbagai tahap perkembangan sel.

Secara khusus, jumlah kolesterol dalam membran sel neuron primer manusia berubah, dan perubahan komposisi ini mempengaruhi fluiditas sepanjang tahap perkembangan.

Bahan dimasukkan ke dalam, atau dikeluarkan dari, membran melalui berbagai mekanisme:

Penggabungan vesikel intraseluler dengan membran (eksositosis) tidak hanya mengeluarkan isi vesikel tetapi juga memasukkan komponen membran vesikel ke dalam membran sel. Membran dapat membentuk lepuh di sekitar bahan ekstraseluler yang terjepit menjadi vesikel.

Jika suatu membran bersambungan dengan struktur tubular yang terbuat dari bahan membran, maka bahan tabung tersebut dapat diumpankan ke dalam membran secara terus menerus.

Meskipun konsentrasi komponen membran dalam fase air rendah (komponen membran yang stabil memiliki kelarutan yang rendah dalam air), ada pertukaran molekul antara lipid dan fase air.

Lemak

Membran sel terdiri dari tiga kelas lipid amfipatik: fosfolipid, glikolipid, dan sterol.

Jumlah masing-masing tergantung pada jenis sel, tetapi dalam kebanyakan kasus fosfolipid adalah yang paling melimpah, sering berkontribusi lebih dari 50% dari semua lipid dalam membran plasma.

Glikolipid hanya membuat jumlah minimal sekitar 2% dan sterol membuat sisanya. Dalam studi GR, 30% dari membran plasma adalah lipid.

Namun, untuk sebagian besar sel eukariotik, komposisi membran plasma kira-kira setengah dari lipid dan setengah dari protein menurut beratnya.

Rantai lemak dalam fosfolipid dan glikolipid umumnya mengandung jumlah atom karbon yang genap, biasanya antara 16 dan 20.

Asam lemak 16- dan 18-karbon adalah yang paling umum. Asam lemak dapat jenuh atau tidak jenuh, dengan konfigurasi ikatan rangkap hampir selalu ‘cis.

Panjang dan derajat ketidakjenuhan rantai asam lemak memiliki efek mendalam pada fluiditas membran karena lipid tak jenuh membuat kerutan, mencegah asam lemak berkemas bersama, sehingga menurunkan suhu leleh (meningkatkan fluiditas) membran.

Kemampuan beberapa organisme untuk mengatur fluiditas membran sel mereka dengan mengubah komposisi lipid disebut adaptasi homeoviscous.

Seluruh membran disatukan oleh interaksi non-kovalen dari ekor hidrofobik, namun strukturnya cukup cair dan tidak mengunci secara kaku di tempatnya.

Dalam kondisi fisiologis, molekul fosfolipid dalam membran sel berada dalam keadaan cair kristal. Ini berarti bahwa molekul lipid berdifusi secara bebas dan menunjukkan difusi lateral yang cepat di sepanjang lapisan di mana mereka berada.

Namun, pertukaran molekul fosfolipid antara selebaran intraseluler dan ekstraseluler dari bilayer adalah proses yang sangat lambat. Rakit lipid dan caveolae adalah contoh mikrodomain yang diperkaya kolesterol dalam membran sel.

Selanjutnya, sebagian kecil dari lipid yang berkontak langsung dengan protein membran integral, yang terikat erat pada permukaan protein disebut lapisan lipid cincin; berperilaku sebagai bagian dari kompleks protein.

Fosfolipid membentuk vesikel lipid

Vesikel lipid atau liposom adalah kantung melingkar yang tertutup oleh lapisan ganda lipid.

Struktur ini digunakan di laboratorium untuk mempelajari efek bahan kimia pada sel dengan mengirimkan bahan kimia ini langsung ke sel, serta untuk mendapatkan informasi lebih lanjut tentang permeabilitas membran sel.

Vesikel lipid dan liposom dibentuk dengan terlebih dahulu mensuspensikan lipid dalam larutan berair dan kemudian mengocok campuran dengan sonikasi, menghasilkan vesikel.

Dengan mengukur laju penghabisan dari bagian dalam vesikel ke larutan ambien, memungkinkan peneliti untuk lebih memahami permeabilitas membran.

Vesikel dapat dibentuk dengan molekul dan ion di dalam vesikel dengan membentuk vesikel dengan molekul atau ion yang diinginkan yang ada dalam larutan.

Protein juga dapat tertanam dalam membran dengan melarutkan protein yang diinginkan dengan adanya deterjen dan mengikatnya ke fosfolipid di mana liposom terbentuk.

Ini memberikan peneliti dengan alat untuk memeriksa berbagai fungsi protein membran.

Karbohidrat

Membran plasma juga mengandung karbohidrat, terutama glikoprotein, tetapi dengan beberapa glikolipid (serebrosida dan gangliosida).

Karbohidrat penting dalam peran pengenalan sel pada eukariota; terletak di permukaan sel di mana mereka mengenali sel inang dan berbagi informasi, virus yang mengikat sel menggunakan reseptor ini menyebabkan infeksi.

Untuk sebagian besar, glikosilasi tidak terjadi pada membran di dalam sel; secara umum, glikosilasi terjadi pada permukaan ekstraseluler membran plasma.

Glikokaliks adalah fitur penting di semua sel, terutama epitel dengan mikrovili.

protein

Membran sel memiliki kandungan protein yang tinggi, biasanya sekitar 50% dari volume membran.

Protein ini penting bagi sel karena bertanggung jawab atas berbagai aktivitas biologis. Sekitar sepertiga dari gen dalam kode ragi khusus untuk mereka, dan jumlah ini bahkan lebih tinggi pada organisme multiseluler.

Protein membran terdiri dari tiga jenis utama: protein integral, protein perifer, dan protein berlabuh lipid.

Fungsi

Fungsi dasar membran sel adalah untuk melindungi sel dari lingkungannya.

Membran sel mengelilingi sitoplasma sel hidup, secara fisik memisahkan komponen intraseluler dari lingkungan ekstraseluler.

Membran sel mengontrol pergerakan zat masuk dan keluar dari sel dan organel. Dengan cara ini, selektif permeabel terhadap ion dan molekul organik.

Membran sel juga berperan dalam penahan sitoskeleton untuk memberikan bentuk sel dan dalam mengikat matriks ekstraseluler dan sel-sel lain untuk mengikat mereka bersama-sama dan membentuk jaringan.

Jamur, bakteri, sebagian besar archaea, dan tumbuhan juga memiliki dinding sel yang memberikan dukungan mekanis untuk sel dan mencegah lewatnya molekul yang lebih besar.

Membran sel selektif permeabel dan mampu mengatur apa yang masuk dan meninggalkan sel, memfasilitasi pengangkutan bahan yang diperlukan untuk kelangsungan hidup.

Pergerakan zat melalui membran dapat bersifat “pasif”, yang terjadi tanpa masukan energi seluler, atau “aktif”, yang mengharuskan sel mengeluarkan energi dalam transpornya.

Membran juga mempertahankan potensi sel. Membran sel berfungsi sebagai filter selektif yang memungkinkan hanya hal-hal tertentu yang masuk atau keluar dari sel.

Sel menggunakan beberapa mekanisme transpor yang melibatkan membran biologis:

  1. Osmosis dan difusi pasif: beberapa zat (molekul kecil, ion) seperti karbon dioksida (CO 2) dan oksigen (O2) dapat bergerak melalui membran plasma melalui difusi, yang merupakan proses transpor pasif.

Karena membran bertindak sebagai penghalang bagi molekul dan ion tertentu, mereka dapat terjadi dalam konsentrasi yang berbeda di kedua sisi membran.

Difusi terjadi ketika molekul kecil dan ion bergerak bebas dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah untuk menyeimbangkan membran.

Ini dianggap sebagai proses transpor pasif karena tidak memerlukan energi dan didorong oleh gradien konsentrasi yang dibuat oleh setiap sisi membran.

Gradien konsentrasi seperti itu melintasi membran semipermeabel membentuk fluks osmotik untuk air.

Osmosis dalam sistem biologis melibatkan pelarut yang bergerak melalui membran semi-permeabel dengan cara yang mirip dengan difusi pasif karena pelarut masih bergerak dengan gradien konsentrasi dan tidak memerlukan energi.

Sementara air adalah pelarut paling umum dalam sel, air juga bisa berupa cairan lain dan cairan serta gas superkritis.

  1. Saluran dan pengangkut protein transmembran: protein transmembran memanjang melalui lapisan ganda lipid membran; Mereka bekerja di kedua sisi membran untuk mengangkut molekul melaluinya.

Nutrisi, seperti gula atau asam amino, harus masuk ke dalam sel dan produk metabolisme tertentu harus keluar dari sel.

Molekul tersebut dapat secara pasif berdifusi melalui saluran protein seperti aquaporin difusi terfasilitasi atau dipompa melintasi membran oleh transporter transmembran.

Protein saluran protein, juga disebut permease, umumnya cukup spesifik, hanya mengenali dan mengangkut berbagai bahan kimia terbatas, seringkali terbatas pada satu zat tunggal.

Contoh lain dari protein transmembran adalah reseptor permukaan sel yang memungkinkan molekul pemberi sinyal sel untuk berkomunikasi antar sel.

  1. Endositosis: endositosis adalah proses di mana sel menyerap molekul dengan membungkusnya.

Membran plasma menciptakan deformasi kecil ke dalam, yang disebut invaginasi, di mana zat yang akan diangkut ditangkap.

Intususepsi ini disebabkan oleh protein di luar membran sel, yang bertindak sebagai reseptor dan mengelompok dalam depresi yang akhirnya mendorong akumulasi lebih banyak protein dan lipid pada sisi sitosol membran.

Deformasi terlepas dari membran di dalam sel, menciptakan vesikel yang berisi zat yang ditangkap. Endositosis adalah jalur untuk menginternalisasi partikel padat (“konsumsi sel” atau fagositosis), molekul dan ion kecil (“konsumsi sel” atau pinositosis), dan makromolekul.

Endositosis membutuhkan energi dan karena itu merupakan bentuk transpor aktif.

  1. Eksositosis: sama seperti bahan yang dapat masuk ke dalam sel melalui invaginasi dan pembentukan vesikel, membran vesikel dapat menyatu dengan membran plasma, mengeluarkan isinya ke media sekitarnya.

Eksositosis terjadi di berbagai sel untuk menghilangkan residu zat yang tidak tercerna yang dibawa oleh endositosis, untuk mengeluarkan zat seperti hormon dan enzim, dan untuk mengangkut zat sepenuhnya melintasi penghalang sel.

Dalam proses eksositosis, vakuola makanan yang tidak tercerna yang mengandung puing-puing atau vesikel sekretorik yang tumbuh dari aparatus Golgi pertama-tama bergerak melalui sitoskeleton dari dalam sel ke permukaan.

Membran vesikel bersentuhan dengan membran plasma. Molekul lipid dari dua bilayers mengatur ulang dan dua membran sekering.

Sebuah lorong terbentuk di membran yang menyatu dan vesikel mengeluarkan isinya di luar sel.

prokariota

Prokariota dibagi menjadi dua kelompok yang berbeda, Archaea dan Bakteri, dengan bakteri yang dibagi lagi menjadi gram positif dan gram negatif.

Bakteri gram negatif memiliki membran plasma dan membran luar yang dipisahkan oleh periplasma, namun prokariota lain hanya memiliki satu membran plasma.

Kedua membran ini berbeda dalam banyak hal. Membran luar bakteri gram negatif berbeda dari prokariota lain karena fosfolipid yang membentuk bagian luar bilayer, dan lipoprotein dan fosfolipid yang membentuk bagian dalam.

Membran luar biasanya memiliki kualitas berpori karena adanya protein membran, seperti porin gram negatif, yang merupakan protein pembentuk pori.

Membran plasma bagian dalam juga umumnya simetris sedangkan membran luar asimetris karena protein seperti yang disebutkan di atas.

Juga, untuk membran prokariotik, ada beberapa hal yang dapat mempengaruhi fluiditas. Salah satu faktor utama yang dapat mempengaruhi flowability adalah komposisi asam lemak.

Misalnya, ketika bakteri Staphylococcus aureus dikultur pada 37 C selama 24 jam, membran menunjukkan keadaan yang lebih cair daripada keadaan seperti gel. Ini mendukung konsep bahwa pada suhu yang lebih tinggi membran lebih cair daripada pada suhu yang lebih dingin.

Ketika membran menjadi lebih cair dan membutuhkan lebih banyak stabilisasi, maka akan menghasilkan rantai asam lemak yang lebih panjang atau rantai asam lemak jenuh untuk membantu menstabilkan membran.

Bakteri juga dikelilingi oleh dinding sel yang terdiri dari peptidoglikan (asam amino dan gula).

Beberapa sel eukariotik juga memiliki dinding sel, tetapi tidak ada yang terbuat dari peptidoglikan.

Membran luar bakteri gram negatif kaya akan lipopolisakarida, yang merupakan gabungan daerah lipid atau oligosakarida dan karbohidrat yang merangsang kekebalan alami sel.

Membran luar dapat melepuh dalam tonjolan periplasma di bawah kondisi stres atau sesuai dengan persyaratan virulensi saat menghadapi sel target inang, dan oleh karena itu, gelembung tersebut dapat berfungsi sebagai organel virulensi.

Sel bakteri memberikan banyak contoh dari berbagai cara di mana membran sel prokariotik beradaptasi dengan struktur yang beradaptasi dengan niche organisme.

Misalnya, protein pada permukaan sel bakteri tertentu membantu gerakan meluncur mereka.

Banyak bakteri gram negatif memiliki membran sel yang mengandung sistem ekspor protein yang digerakkan oleh ATP.

caral

Pola mosaik cair

Membran biologis dapat dianggap sebagai cairan dua dimensi di mana molekul lipid dan protein berdifusi dengan mudah.

Meskipun lapisan ganda lipid yang membentuk dasar membran membentuk cairan dua dimensi sendiri, membran plasma juga mengandung sejumlah besar protein, yang memberikan lebih banyak struktur.

Contoh struktur tersebut adalah kompleks protein-protein, piket dan pagar yang dibentuk oleh sitoskeleton berbasis aktin, dan rakit lipid yang berpotensi.

Lipid Bilayer

Lipid bilayers terbentuk melalui proses self-assembly.

Membran sel terutama terdiri dari lapisan tipis fosfolipid amfipatik yang secara spontan mengatur sehingga daerah ‘ekor’ hidrofobik diisolasi dari air sekitarnya sementara daerah ‘kepala’ hidrofilik berinteraksi dengan permukaan intraseluler (sitosol) dan ekstraseluler dari bilayer yang dihasilkan..

Ini membentuk lapisan ganda lipid bulat terus menerus. Interaksi hidrofobik (juga dikenal sebagai efek hidrofobik) adalah kekuatan pendorong utama dalam pembentukan lapisan ganda lipid.

Peningkatan interaksi antara molekul hidrofobik (menyebabkan daerah hidrofobik menggumpal) memungkinkan molekul air untuk mengikat lebih bebas satu sama lain, meningkatkan entropi sistem.

Interaksi kompleks ini dapat mencakup interaksi non-kovalen seperti van der Waals, elektrostatika, dan ikatan hidrogen.

Bilayer lipid umumnya tahan terhadap ion dan molekul polar.

Polaritas membran

Membran apikal sel terpolarisasi adalah permukaan membran plasma yang menghadap bagian dalam cahaya.

Hal ini terutama terlihat pada sel epitel dan endotel, tetapi juga menggambarkan sel terpolarisasi lainnya, seperti neuron.

Membran basolateral sel terpolarisasi adalah permukaan membran plasma yang membentuk permukaan basal dan lateral. Lihatlah ke luar, ke dalam interstitium, dan jauh dari lumen.

Membran basolateral adalah frasa majemuk yang mengacu pada istilah “membran dasar (dasar)” dan “membran lateral (lateral)”, yang, terutama pada sel epitel, memiliki komposisi dan aktivitas yang identik.

Struktur membran

Membran sel dapat membentuk berbagai jenis struktur “supramembran” seperti caveola, densitas postsinaptik, podosom, invadopodium, adhesi fokal, dan berbagai jenis sambungan sel.

Struktur ini umumnya bertanggung jawab untuk adhesi sel, komunikasi, endositosis, dan eksositosis.

Mereka dapat divisualisasikan dengan mikroskop elektron atau mikroskop fluoresensi. Mereka terdiri dari protein spesifik, seperti integrin dan cadherin.

Sitoskeleton

Sitoskeleton terletak di bawah membran sel di sitoplasma dan menyediakan perancah untuk penahan protein membran, serta untuk membentuk organel yang memanjang dari sel.

Faktanya, unsur-unsur sitoskeleton berinteraksi secara luas dan erat dengan membran sel.

Sitoskeleton dapat membentuk organel seperti pelengkap, seperti silia, yang merupakan ekstensi berbasis mikrotubulus yang ditutupi oleh membran sel, dan filopodia, yang merupakan ekstensi berbasis aktin.

Ekstensi ini dibungkus dalam membran dan diproyeksikan dari permukaan sel untuk mendeteksi lingkungan eksternal dan / atau melakukan kontak dengan substrat atau sel lain.

Membran intraseluler

Isi sel, di dalam membran sel, terdiri dari banyak organel yang terikat membran, yang berkontribusi pada fungsi sel secara keseluruhan.

Asal, struktur, dan fungsi masing-masing organel menyebabkan variasi besar dalam komposisi sel karena keunikan individu yang terkait dengan masing-masing organel .

Mitokondria dan kloroplas dianggap telah berevolusi dari bakteri, yang dikenal sebagai teori endosimbiotik.

Pada sel eukariotik, membran nukleus memisahkan isi nukleus dari sitoplasma sel.

RE, yang merupakan bagian dari sistem endomembran, yang merupakan bagian yang sangat besar dari total isi membran sel.

Aparatus Golgi memiliki dua tangki Golgi bulat yang saling berhubungan.

Variasi

Membran sel memiliki komposisi lipid dan protein yang berbeda dalam jenis sel yang berbeda dan oleh karena itu mungkin memiliki nama khusus untuk jenis sel tertentu.

Sarkolema dalam miosit: “sarkolema” adalah nama yang diberikan untuk membran sel miosit (juga dikenal sebagai sel otot).

Oosit oolemma : Oosit oolemma, atau sel telur, tidak konsisten dengan lapisan ganda lipid karena tidak memiliki lapisan ganda dan tidak terdiri dari lipid.

Aksolemma: membran plasma yang terspesialisasi dalam akson sel saraf yang bertanggung jawab atas pembentukan potensial aksi.

Permeabilitas

Permeabilitas membran adalah laju difusi pasif molekul melalui membran. Molekul-molekul ini dikenal sebagai molekul permeabel.

Permeabilitas tergantung terutama pada muatan listrik dan polaritas molekul dan, pada tingkat lebih rendah, pada massa molar molekul.

Karena sifat hidrofobik dari membran sel, molekul netral kecil yang bermuatan listrik melewati membran lebih mudah daripada yang besar dan bermuatan.

Ketidakmampuan molekul bermuatan untuk melewati membran sel menyebabkan distribusi pH zat ke seluruh kompartemen cairan tubuh.

Related Posts