Jumat, 30 April 2010

MEMBRAN PLASMA

PENGANTAR

Membran plasma merupakan selaput tipis di sebelah luar sel, yang memisahkan protoplasma sel dengan lingkungan luar. Membran plasma disebut pula Plasmalemma.

Membran plasma sangat tipis, elastis, permiabel dan merupakan zat hidup. Pada sel bakteri & tumbuhan di sebelah luar terdapat dinding sel.

Dengan adanya teknologi modern seperti mikroskop elektron, difraksi sinar x, mikroteknik dan ultrasentrifuge telah dipelajari dan diketahui ultrastruktur dan komposisi membran plasma dari berbagai sel seperti amoeba, otot lurik, sel hati, telur bulu babi, serabut saraf dan eritrosit dan juga fungsinya.

Di dalam sel pada sitoplasma terdapat membran yang membentuk pembuluh, gelembung/ vakuola dan rongga-rongga pipih yang saling berhubungan yang disebut retikulum endoplasma (RE)

RE mempunya fungsi dalam berbagai sintesis.

RE granuler/ rough endoplasmic reticulum (RER) yang mensintesis protein.

Sel-sel yang mensintesis steroid mempunyai RE agranular/ smooth endoplasmic reticulum (SER).

Perkembangan Teori Membran Plasma

Overton (1899); “terdapat lapisan terbatas di sekeliling sel”

Dalam percobaannya, ia menemukan bahwa persenyawaan hidrofobik masuk ke dalam sel lebih cepat dari persenyawaan hidrofilik. Dari percobaannya Overton percaya bahwa lapisan sel sebelah luar berupa lapisan lemak (lipoid layer) dan diduga berupa kolesterol, lesitin & asam lemak.

Plowe, 30 puluh tahun kemudian menemukan sekeliling protoplasma sel tumbuhan terdapat selaput yang elastik. Ia menamakan selaput tadi plasmalemma. Dengan jarum mikro dapat dilihat bahwa plasmalemma dapat meregang/ robek. Jika robek itu sedikit dapat kembali normal tapi jika sobeknya besar, sel akan mati. Hasil percobaan Plowe merupakan landasan yang penting dalam konsep membran plasma.

Pada tahun 1925, Gorter & Grendel mempelajari membran sel dari eritrosit. Secara tidak langsung ia menemukan bahwa permukaan eritrosit dilapisi oleh 2 lapisan molekul lemak (bilayer/ bimolekular).

Dengan bukti-bukti tidak langsung Danielli & Dawson pada tahun 1935 mengusulkan bahwa membran plasma terdiri atas 3 lapisan. Danielli & Dawson menyatakan bahwa membran demikian akan bersifat permeabel selektif. Dua lapisan luar terdiri dari molekul-molekul protein dan lapisan tengah terdiri atas lapisan lemak bimolekular.

Pada akhir 1950 mikroskop elektron memberi informasi tambahan tentang struktur membran plasma.

J.D. Roberston, menyatakan bahwa membran plasma yang difiksasi dengan osmium titroksida memperlihatkan adanya struktur trilaminar (3 lapisan). Dua lapisan terluar berupa lapisan gelap (osmofilik [20-25 A0]) dan lapisan tengah yang lebih terang (osmofobik[25 – 35 A0), sehingga tebal membran plasma; 65-85 A0.

Roberston & friend, menunjukkan bahwa pola 3 lapisan pada membran plasma juga terdapat pada retikulum endoplasma, membran mitokondria, kloroplas dan badan golgi. Karena itu ia menyebutnya model membran unit. Menurut Roberston, membran terdiri atas lapisan bimolekular lemak di tengah dan di sebelah luarnya lapisan protein yang strukturnya berlipat-lipat (pleated sheet).

Model membran unit merupakan membran yang kontinu mulai dari membran plasma sampai selaput inti via retikulum endoplasma.

Organel-organel yang terpisah seperti mitokondria asalnya dari membran yang kontinu terjadi karena pemisahan.

Meskipun banyak pertentangan model membran unit merupakan model yang paling diakui sampai tahun 1960.

Model Mozaik Cairan (S.J Singer & G. Nicolson)

Menurut model ini, membran terdiri atas sebuah lapisan lemak bimolekular dengan gumpalan-gumpalan protein. Gumpalan protein sebagian menempel di permukaan lapisan lemak disebut protein ekstrinsik/ periferal, sedang sebagian lagi menembus lapisan lemak dan disebut protein intrinsik/ integral.

Protein perifer & protein integral yang menyembul di permukaan membran sering mempunyai molekul-molekul gula (membentuk glikoprotein).

Rantai molekul-molekul gula diduga mempunyai peran dalam berbagai gejala fisiologi termasuk adhesi sel-sel yang berdekatan.

Membran lipida terutama fosfolipida meskipun terdapat pula sejumlah lemak netral. Sejumlah lipida pada permukaan membran bergabung dengan hidrat arang membentuk glikolipida.

Protein Membran

  1. Protein Perifer (Ekstrinsik)

Protein ini umumnya tidak melekat dengan kuat pada membran dan mudah terlepas. Protein ini mengandung asam amino dengan rantai hidrofilik yang menyebabkan adanya interaksi dengan air di sekelilingnya dan permukaan lapisan lemak yang hidrofilik.

Protein perifer pada permukaan sel sebelah luar biasanya berisi rantai molekul gula/ senyawa dengan substansi lain.

Beberapa substansi yang merupakan persenyawaan dengan protein perifer

Protein Perifer atau yang telah bergabung dengan substansi lain

Letaknya

Sitokrom C

Spektrin

HPr Protein

D-Gliseraldehid-3 fosfat dehidrogenase

Aldolase

Ribosome

Nektin

Permukaan luar dari membran dalam mitokondria

Permukaan luar membran eritrosit

Permukaan luar membran bakteri

Permukaan luar membran eritrosit

Permukaan luar dari membran eritrosit

Sebelah tepi retikulum endoplasma

Permukaan dari membran Streptococcus faecalis

Protein Integral (Intrinsik)

Protein integral pada membran mengandung bagian protein yang hidrofil dan bagian yang hidrofob.

Protein yang berada di dalam lapisan lemak bersifat hirofob (bergabung dengan bagian ekor molekul lemak yang hidrofob)

Protein yang menyembul di permukaan lapisan lemak bersifat hidrofil (mengandung persenyawaan hidrat arang).

Distribusi (penyebaran) protein membran

Permukaan luar dan dalam membran sel (plasma) tidak mengandung protein yang sama baik tipe maupun jumlahnya. Misalnya permukaan luar membran eritrosit mengandung protein lebih sedikit daripada permukaan dalam.

Kandungan protein dari berbagai sel jumlahnya mungkin jauh berbeda, jadi mungkin kandungan protein sel yang satu 100 x lebih banyak dari sel yang lain.

Distribusi protein yang tidak teratur ini menyebabkan membran menjadi tidak simetris (membran asymetry). Keadaan ini terjadi juga pada membran retikulum endoplasma, dan organel lain seperti mitokondria.

Gerakan Protein Membran

D. Prye & M. Edidin, mendemonstrasikan bahwa protein membran tidak tetap letaknya secara lateral tapi dapat bergerak ke arah lateral pada lapisan lemak (bilayar membran)

Distribusi protein membran tidak memerlukan ATP dan tidak dihambat oleh adanya inhibitor metabolik. Hal ini menunjukkan bahwa penyebaran (distribusi) protein membran terjadi karena difusi.

G. Nicolson & friends, mengatakan tidak semua protein membran mampu berdifusi lateral . Mereka membuktkan bahwa beberapa protein integral tetap berada pada membran karena dikekang oleh jalinan protein di bawah permukaan dalam membran.

Senin, 26 April 2010

SIFAT FISIKA & KIMIAWI PROTOPLASMA

Protoplasma (Latin, proto = pertama, plasma = substansi); “substansi dasar kehidupan yang terdapat pada semua sel makhluk hidup” Yang memberi nama; Purkinye (1840).

Nukleoplasma : plasma yang terdapat di dalam inti sel.

Sitoplasma : plasma yang terdapat antara membran plasma dengan membran nukleus.

Sitoplasma memegang peranan vital pada semua sel makhluk hidup sebab semua proses biosintesa & bioenergi terjadi di dalam sitoplasma.

Sitoplasma terdiri dari 2 bagian; matrix (tampak transparan, homogen & menyerupai koloid) & organel

SUSUNAN KIMIA PROTOPLASMA

Ada 36 unsur (dari 108 unsur) yang diketemukan pada protoplasma;

UNSUR

PROSENTASE

Oksigen (O)

Karbon ( C )

Hidrogen ( H )

Nitrogen ( N )

Kalsium ( Ca )

Pospor ( P )

Klor ( Cl )

Sulfur ( S )

Kalium ( K )

Natrium ( Na )

Magnesium ( Mg )

Besi ( Fe )

Yodium ( I )

62 %

20 %

10 %

3 %

2,5 %

1,14 %

0, 16 %

0, 14 %

0,11 %

0,10 %

0, 07%

0,10 %

0, 014 %

Unsur-unsur lain yang jumlahnya sedikit;

Tembaga ( Cu ), Kobal ( Co ), Mangan (Mn), seng (Zn), molibdenum (Mo), boron (Bo), Silikon (Si), dsb. Prosentase beratnya kurang lebih 0,756%.

Unsur-unsur kimia ini pada protoplasma ada yang berbentuk persenyawaan maupun dalam bentuk ion-ion.

Yang berbentuk persenyawaan dapat berbentuk persenyawaan anorganik maupun organik.

I. Persenyawaan anorganik pada protoplasma

Air (H2O)

Garam-garam Mineral

Senyawa anorganik yang berbentuk gas

Asam & Basa

A. AIR (H2O)

Merupakan persenyawaan anorganik yang terbanyak pada protoplasma (60-95%), tergantung pada jenis sel (sel yang muda lebih banyak mengandung air), umur, tempat hidup (makhluk hidup yang hidup di dalam air lebih banyak mengandung air), dsb.

Fungsi air;

  1. Pelarut bahan-bahan anorganik
  2. Media dispersi yang baik untuk sistem koloid pada protoplasma.
  3. Stabilisator suhu
  4. Pelarut elektrolit
  5. Media transpor
  6. Media yang baik untuk proses metabolisme

B. Garam-garam Mineral

Garam-garam yang terdapat pada protoplasma ada dalam bentuk ion bebas ada juga yang terikat pada molekul lain misalnya dengan molekul protein atau lemak.

Garam-garam ini berfungsi mengatur tekanan osmotik sedangkan ion-ion garam menentukan struktur makromolekul.

Contoh : garam fosfat, karbonat, klorida, sulfat dari kalsium, natrium dan magnesium

C. Senyawa anorganik yang berbentuk Gas

Gas yang terdapat pada protoplasma berbentuk larutan; gas Oksigen (O2), Nitrogen (N2) dan gas asam arang (CO2).

Gas O2 pada suhu 250C dan tekanan/ atmosfir pada air murni dapat larut 2,83 ml O2/100 ml air.

Kelarutan gas CO2 dalam air agak lain. Beberapa molekul gas CO2 yang larut dapat bereaksi dengan air.

CO2 + H2O à H2CO3 à H+ + HCO3

Asam karbonat Asam bikarbonat

Asam & Basa

Asam dan basa anorganik yang terdapat pada protoplasma, misalnya asam klorida (HCl), dan basa kalium hidroksida (KOH).

II. Persenyawaan Organik pada Protoplasma

Dapat berupa;

  1. Karbohidrat
  2. Lemak
  3. Protein
  4. Asam Nukleat

A. KARBOHIDRAT

Sangat vital untuk proses-proses fisiologi di dalam sel makhluk hidup.

Berdasarkan fungsinya, dikelompokkan menjadi;

  1. Karbohidrat yang sederhana sebagai sumber energi di dalam sel
  2. Karbohidrat yang berantai panjang sebagai cadangan energi
  3. Karbohidrat yang berantai panjang sebagai komponen struktural organel dan bagian sel lainnya.

EMPAT kelompok besar Karbohidrat

1. Monosakarida (Triosa (3 C), Tetrosa (4 C), Pentosa (5 C), Heksosa (6 C)

2. Disakarida (mengandung 2 molekul monosakarida; sukrosa, maltosa & laktosa)

  1. Oligosakarida (golongan ini merupakan zat-zat yang menghasilkan 3-10 monosakarida pada hidrolisa)
  2. Polisakarida (Amilum, Glikogen, Inulin, Selulosa, Heteropolisakarida (Kitin, Chondroitin sulfat, heparin, mucoprotein & glycoprotein)

B. LIPIDA

Lipida : “persenyawaan organik yang banyak terdapat pada sel makhluk hidup yang mempunyai sifat tidak larut di dalam air tetapi dapat larut pada pelarut organik misalnya eter, kloroform, alkohol panas dan benzen”

Lemak adalah non polar dan hidrophobi.

Pada sel makhluk hidup lemak berfungsi sebagai struktural misalnya komponen membran plasma, hormon, vitamin. Juga berfungsi sebagai sumber energi dan cadangan energi sel makhluk hidup.

Lipida dapat diekstraksi dari jaringan sel tumbuhan maupun hewan dengan menggunakan pelarut lemak. Hasil ekstraksi menghasilkan campuran lemak yang kompleks antara lain; trigliserida, wax, fosfolipida, glikolipida, bermacm-macam sterol & senyawa2 lainnya.

Macam2 Lipida yang terdapat pada sel makhluk hidup

Lipida sederhana; ester alkohol/ Trigliserida yang asam lemak dan alkohol

Lipida Gabungan; ester asam lemak yang pada hidrolisa menghasilkan asam lemak, alkohol dan zat-zat lain. Lipida gabungan yang terdapat pada protoplasma; fosfolipida, spingolipida, glikolipida, gangliosida, lipoprotein, karatinoid

Turunan Lipida; steroid, struktur dasar molekulnya cincin C-17 yaitu siklopentano perhidopenatron. Steroid yang terdapat pada protoplasma sek hewan; hormon kelamin, vitamin D, cholesterol, kortikosteron & estradiol.

C. Protein

Merupakan polimer dari asam amino.

Asam amino yang terdapat pada protoplasma;

  1. Asam amino netral; Glysin, Alanin, Valine, Leusin, Isoleusin, Serin, Theonin.
  2. Asam amino asam; asam aspartat, asam glutamat
  3. Amida asam amino; Aspargin, Glutamin
  4. Asam amino basa; Histidin, Arginin, Lysin
  5. Asam amino aromatik; Phenylalanin, Tirosin, Tryptofan.
  6. Asam amino yang mengandung sulfur; Cysteine, Methionin
  7. Asam amino sekunder; Prolin Hydroksiprolin

Asam amino esensial & non esensial

Ada 10 macam asam amino essensial; L-methionin, L-Threonin, L-valin, L-Leosin, L-isoleusin, L-Lisin, L-Arginin, L-Phenilalanin, L-Thriptophan & Histidin.

Bila asam amino berhubungan dengan ikatan peptida maka terbentuklah dipeptida, tripeptida, polipeptida. Protein merupakan polimer dari asam amino yang berantai panjang.

Penggolongan Protein berdasarkan komposisi kimia yang dihasilkan pada proses hidrolisa

Protein Sederhana (bila dihidrolisa hanya menghasilkan asam amino; misalnya; albumin dan globulin)

Protein gabungan; bila dihidrolisa menghasilkan asam amino dan persenyawaan lainnya; Glikoprotein (protein & karbohidrat), Nukleoprotein, Kromoprotein (protein & bahan zat warna; haemoglobin & haemiosianin), Lipoprotein, Fosfoprotein (gugusan fosfat dan asam amino; kasein pada susu), Metaloprotein (protein yang mengandung metal)

Penggolongan Protein pada protoplasma

Protein Primer (struktur molekulnya terdiri dari asam amino yang tersusun secara linier dengan ikatan peptida),

Protein sekunder (struktur molekulnya terdiri dari beratus-ratus asam amino yang tersebar secara spiral)

Protein tertier (struktur molekulnya terdiri dari beberapa rantai polipeptida yang dihubungkan dengan ikatan sulfur; misal; globulin)

Protein quarter (struktur molekulnya mengandung 2 ikatan atau lebih peptida yang berikatan dengan ikatan kovalen yang lemah; misal; haemoglobine)

D. ASAM NUKLEAT

Ada 2 macam asam nukleat yang terkenal; ARN (Asam Ribosa Nukleat) & ADN (Asam Deoksiribosa Nukleat).

Fungsi Asam Nukleat ;

  1. Mengontrol aktivitas biosintesa pada sel.
  2. Membawa informasi genetik

Struktur ARN & ADN merupakan polimer nukleotida. Hasil hidrolisa nukleotida menghasilkan gula (ribosa/ deoksiribosa), basa nitrogen (purin (adenin dan guanin) & pirimidin (sitosin, timin & urasil)

Persamaan & Perbedaan Molekul RNA & DNA

RNA

DNA

1. Mengandung gula Ribosa

2. Mengandung molekul asam fosfat yang menghubungkan gula yang satu dengan gula lainnya.

3. Terdiri dari 1 rantai nukleotida

4. Molekulnya mengandung 4 macam nukleotida yaitu uridinmonopospat, sitidin monopospat, guanin monopospat & adenosin monopospat

5. Berperan membawa informasi genetik pada sintesa protein

6. Terdapat pada nukleolus, nukleoplasma & sitoplasma

7. Mengandung gula deoksi Ribosa.

8. Mengandung asam Fosfat yang menghubungkan gula yang satu dengan gula lainnya.

9. Terdiri dari 2 rantai nukleotida (double helix)

10. Molekulnya mengandung 4 macam nukleotida yaitu timin monopospat, deoksisitidin monopospat, deoksiguanosin monopospat dan deoksiadenosin monopospat

11. Merupakan material genetik

12. Terdapat pada kromosom, nukleoplasma & mitokondria

Sifat-sifat Fisika Protoplasma

  1. Bila protoplasma yang merupakan sistem koloid ini disinari dengan sinar lampu listrik pada suatu ruang yang gelap akan memberi efek Tyndall.
  2. Molekul-molekul (partikel) pada sistem koloid protoplasma bergerak secara zig-zag (gerak Brown (1872)). Gerak Brown pada protoplasma kecepatannya tergantung pada besarnya partikel dan suhu protoplasma.
  3. Gerak siklosis (cyclosis) dan amoeboid. Oleh karena matrik sitoplasma dapat bersifat agak kental maka pada matrik sitoplasma ada gerakan. Gerakan di dalam matrik sitoplasma ini disebut gerakan siklosis (terjadi pada saat matrik dalam fase sol dan terjadinya gerakan ini karena pengaruh tekanan hidrostatik, suhu, pH dan viskositas. Bergeraknya kromosom, sentriol, mitokondria, lisosom, dsb disebabkan gerakan sikolsis. Gerakan amoeboid terbentuk pada gerak siklosis. Gerak amoeboid terjadi pada protozoa, leukosit, dsb. Pada gerakan amoeboid, terjadi perubahan bentuk sel. Penonjolan sitoplasma ini disebut pseudopodia.
  4. Matriks sitoplasma yang cair memiliki tegangan permukaaan. Matriks protein dan lemak memiliki ketegangan permukaan yang kurang karenanya membentuk membran plasma, sedangkan bahan-bahan kimia misalnya garam NaCl tegangan permukaannya tinggi akibatnya NaCl menempati bagian yang lebih dalam pada matrik sitoplasma.