TRANSPOR SEL: JENIS DAN KARAKTERISTIKNYA - BIOLOGI - 2025

The sel transportasi melibatkan lalu lintas dan pergerakan molekul antara dalam dan di luar sel. Pertukaran molekul di antara kompartemen ini merupakan fenomena penting untuk berfungsinya organisme dengan benar, dan menengahi serangkaian peristiwa, seperti potensi membran, untuk beberapa nama.

Membran biologis tidak hanya bertanggung jawab untuk membatasi sel, mereka juga memainkan peran yang sangat diperlukan dalam perdagangan zat. Mereka memiliki serangkaian protein yang melintasi struktur dan, dengan sangat selektif, mengizinkan atau tidak masuknya molekul tertentu.

Sumber: LadyofHats, melalui Wikimedia Commons

Transpor seluler diklasifikasikan menjadi dua jenis utama, tergantung pada apakah sistem menggunakan energi secara langsung atau tidak.

Transpor pasif tidak membutuhkan energi, dan molekul mampu melintasi membran dengan difusi pasif, melalui saluran air atau melalui molekul yang diangkut. Arah transpor aktif ditentukan secara eksklusif oleh gradien konsentrasi antara kedua sisi membran.

Sebaliknya, jenis transpor kedua memang membutuhkan energi dan disebut transpor aktif. Berkat energi yang disuntikkan ke dalam sistem, pompa dapat menggerakkan molekul melawan gradien konsentrasinya. Contoh paling terkenal dalam literatur adalah pompa natrium-kalium.

Basis teoretis

-Membran sel

Untuk memahami bagaimana lalu lintas zat dan molekul terjadi antara sel dan kompartemen yang berdekatan, perlu dilakukan analisis struktur dan komposisi membran biologis.

-Lipid di membran

Oleh Jpablo cad, dari Wikimedia Commons

Sel-sel tersebut dikelilingi oleh membran tipis dan kompleks yang bersifat lipid. Komponen dasarnya adalah fosfolipid.

Ini terdiri dari kepala kutub dan ekor apolar. Membran terdiri dari dua lapisan fosfolipid - "lipid bilayers" - di mana ekor dikelompokkan di dalam dan kepala menghadap ke permukaan ekstra dan intraseluler.

Molekul yang memiliki zona kutub dan apolar disebut amphipathic. Properti ini sangat penting untuk organisasi spasial komponen lipid di dalam membran.

Struktur ini dibagi oleh membran yang mengelilingi kompartemen subseluler. Ingatlah bahwa mitokondria, kloroplas, vesikula, dan organel lain juga dikelilingi oleh membran.

Selain fosfogliserida atau fosfolipid, membran kaya akan sfingolipid, yang memiliki kerangka yang terdiri dari molekul yang disebut sfingosin dan sterol. Dalam kelompok terakhir ini kami menemukan kolesterol, lipid yang memodulasi sifat-sifat membran, seperti fluiditasnya.

-Protein di dalam membran

Gambar 1. Diagram model mosaik fluida. Sumber: Oleh LadyofHats Mariana Ruiz, terjemahan Pilar Saenz, melalui Wikimedia Commons

Membran adalah struktur dinamis, mengandung banyak protein di dalamnya. Protein membran bertindak sebagai semacam "penjaga gerbang" molekuler atau "penjaga" yang dengan selektif menentukan siapa yang masuk dan keluar dari sel.

Untuk alasan ini, membran dikatakan semi permeabel, karena beberapa senyawa berhasil masuk dan yang lainnya tidak.

Tidak semua protein yang ada di dalam membran bertugas memediasi lalu lintas. Yang lain bertanggung jawab untuk menangkap sinyal eksternal yang menghasilkan respons seluler terhadap rangsangan eksternal.

- Selektivitas membran

Interior lipid membran sangat hidrofobik, yang membuat membran sangat kedap terhadap aliran molekul yang bersifat polar atau hidrofilik (istilah ini berarti "jatuh cinta dengan air").

Ini menyiratkan kesulitan tambahan untuk lewatnya molekul polar. Namun, transit molekul yang larut dalam air diperlukan, itulah sebabnya sel memiliki serangkaian mekanisme transpor yang memungkinkan pergerakan yang efisien dari zat ini antara sel dan lingkungan eksternalnya.

Demikian pula, molekul besar, seperti protein, harus diangkut dan membutuhkan sistem khusus.

-Difusi dan osmosis

Pergerakan partikel melalui membran sel terjadi sesuai dengan prinsip fisik berikut.

Prinsip-prinsip ini adalah difusi dan osmosis dan berlaku untuk pergerakan zat terlarut dan pelarut dalam larutan melalui membran semipermeabel - seperti membran biologis yang ditemukan dalam sel hidup.

Difusi adalah proses yang melibatkan pergerakan termal acak dari partikel tersuspensi dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke daerah dengan konsentrasi lebih rendah. Ada ungkapan matematis yang berusaha mendeskripsikan proses tersebut dan disebut persamaan difusi Fick, tetapi kita tidak akan mendalami lebih dalam.

Dengan mengingat konsep ini, kita dapat mendefinisikan istilah permeabilitas, yang mengacu pada kecepatan suatu zat berhasil menembus membran secara pasif dalam serangkaian kondisi tertentu.

Di sisi lain, air juga bergerak sepanjang gradien konsentrasinya dalam fenomena yang disebut osmosis. Meskipun tampaknya tidak akurat untuk merujuk pada konsentrasi air, kita harus memahami bahwa cairan vital berperilaku seperti zat lainnya, dalam hal difusinya.

-Tonicity

Dengan mempertimbangkan fenomena fisik yang dijelaskan, konsentrasi yang ada baik di dalam sel maupun di luar akan menentukan arah pengangkutan.

Jadi, tonisitas suatu larutan adalah respons sel yang direndam dalam suatu larutan. Ada beberapa terminologi yang diterapkan pada skenario ini:

Isotonik

Sel, jaringan, atau larutan bersifat isotonik terhadap yang lain jika konsentrasinya sama di kedua elemen. Dalam konteks fisiologis, sel yang terbenam dalam lingkungan isotonik tidak akan mengalami perubahan apa pun.

Hipotonik

Larutan bersifat hipotonik terhadap sel jika konsentrasi zat terlarut di luar lebih rendah - artinya, sel memiliki lebih banyak zat terlarut. Dalam hal ini, kecenderungan air masuk ke dalam sel.

Jika kita memasukkan sel darah merah ke dalam air suling (yang bebas zat terlarut), air akan masuk sampai pecah. Fenomena ini disebut hemolisis.

Hipertonik

Larutan bersifat hipertonik terhadap sel jika konsentrasi zat terlarut lebih tinggi di luar - artinya, sel memiliki zat terlarut yang lebih sedikit.

Dalam hal ini, air cenderung meninggalkan sel. Jika kita meletakkan sel darah merah dalam larutan yang lebih pekat, air di dalam sel darah cenderung bocor keluar dan sel menjadi tampak keriput.

Ketiga konsep ini memiliki relevansi biologis. Misalnya telur suatu organisme laut harus isotonik terhadap air laut agar tidak pecah dan tidak kehilangan air.

Demikian pula, parasit yang hidup dalam darah mamalia harus memiliki konsentrasi zat terlarut yang serupa dengan lingkungan tempat mereka berkembang.

-Pengaruh listrik

Ketika kita berbicara tentang ion, yang merupakan partikel bermuatan, pergerakan melalui membran tidak secara eksklusif didorong oleh gradien konsentrasi. Dalam sistem ini, muatan zat terlarut harus diperhitungkan.

Ion cenderung menjauh dari daerah yang konsentrasinya tinggi (seperti yang dijelaskan pada bagian osmosis dan difusi), dan juga jika ion negatif akan maju ke daerah di mana terdapat potensi negatif yang berkembang. Ingatlah bahwa muatan yang berbeda menarik, dan seperti muatan menolak.

Untuk memprediksi perilaku ion, kita harus menambahkan gaya gabungan dari gradien konsentrasi dan gradien listrik. Parameter baru ini disebut gradien elektrokimia bersih.

Jenis transpor seluler diklasifikasikan tergantung pada penggunaan - atau tidak - energi oleh sistem dalam gerakan pasif dan aktif. Kami akan menjelaskan masing-masing secara rinci di bawah ini:

Transpor transmembran pasif

Gerakan pasif melalui membran melibatkan lewatnya molekul tanpa membutuhkan energi secara langsung. Karena sistem ini tidak melibatkan energi, itu bergantung secara eksklusif pada gradien konsentrasi (termasuk yang listrik) yang ada di seluruh membran plasma.

Meskipun energi yang bertanggung jawab atas pergerakan partikel disimpan dalam gradien seperti itu, adalah tepat dan nyaman untuk terus menganggap proses ini pasif.

Ada tiga cara dasar di mana molekul dapat berpindah dari satu sisi ke sisi lainnya secara pasif:

Difusi sederhana

Cara termudah dan paling intuitif untuk mengangkut zat terlarut adalah dengan melewati membran mengikuti gradien yang disebutkan di atas.

Molekul berdifusi melalui membran plasma, meninggalkan fasa air, larut di bagian lipid, dan akhirnya memasuki bagian berair dari interior sel. Hal yang sama dapat terjadi pada arah yang berlawanan, dari dalam sel ke luar.

Jalur efisien melalui membran akan ditentukan oleh tingkat energi termal yang dimiliki sistem. Jika cukup tinggi, molekul akan mampu melewati membran.

Terlihat lebih detail, molekul harus memutus semua ikatan hidrogen yang terbentuk pada fasa air agar dapat berpindah ke fasa lipid. Peristiwa ini membutuhkan energi kinetik 5 kkal untuk setiap tautan yang ada.

Faktor selanjutnya yang harus diperhatikan adalah kelarutan molekul di zona lipid. Mobilitas dipengaruhi oleh berbagai faktor, seperti berat molekul dan bentuk molekul.

Kinetika bagian melalui difusi sederhana menunjukkan kinetika ketidakjenuhan. Ini berarti bahwa pemasukan meningkat sebanding dengan konsentrasi zat terlarut yang akan diangkut di daerah ekstraseluler.

Saluran berair

Alternatif kedua untuk lewatnya molekul melalui rute pasif adalah melalui saluran air yang terletak di membran. Saluran ini adalah sejenis pori-pori yang memungkinkan lewatnya molekul, menghindari kontak dengan daerah hidrofobik.

Molekul bermuatan tertentu berhasil memasuki sel dengan mengikuti gradien konsentrasinya. Berkat sistem saluran berisi air ini, membran sangat tahan terhadap ion. Di antara molekul-molekul ini, natrium, kalium, kalsium, dan klorin menonjol.

Molekul pembawa

Alternatif terakhir adalah kombinasi zat terlarut yang diinginkan dengan molekul pembawa yang menutupi sifat hidrofiliknya, sehingga zat tersebut melewati bagian membran yang kaya lipid.

Transporter meningkatkan kelarutan lipid dari molekul yang perlu diangkut dan mendukung perjalanannya untuk mendukung gradien konsentrasi atau gradien elektrokimia.

Protein pembawa ini bekerja dengan berbagai cara. Dalam kasus yang paling sederhana, zat terlarut dipindahkan dari satu sisi membran ke sisi lainnya. Jenis ini disebut uniport. Sebaliknya, jika zat terlarut lain diangkut secara bersamaan, atau digabungkan, transporter disebut terkopel.

Jika transporter berpasangan menggerakkan dua molekul ke arah yang sama, itu adalah symport dan jika ia melakukannya dalam arah yang berlawanan, transporter adalah anti-penyangga.

Osmosa

Osmose2-fr.png: Pekerjaan PsYcHoTiKderivatif: Ortisa, melalui Wikimedia Commons

Ini adalah jenis transpor seluler di mana pelarut melewati selektif melalui membran semipermeabel.

Air, misalnya, cenderung mengalir ke sisi sel yang konsentrasinya lebih rendah. Pergerakan air di jalur ini menghasilkan tekanan yang disebut tekanan osmotik.

Tekanan ini diperlukan untuk mengatur konsentrasi zat di dalam sel, yang kemudian memengaruhi bentuk sel.

Ultrafiltrasi

Dalam hal ini, pergerakan beberapa zat terlarut dihasilkan oleh efek tekanan hidrostatis, dari area bertekanan terbesar ke area bertekanan lebih rendah. Di tubuh manusia, proses ini terjadi di ginjal berkat tekanan darah yang dihasilkan oleh jantung.

Dengan cara ini, air, urea, dll., Mengalir dari sel ke dalam urin; dan hormon, vitamin, dll., tinggal di dalam darah. Mekanisme ini juga dikenal sebagai dialisis.

Penyebaran yang difasilitasi

Penyebaran yang difasilitasi

Ada zat dengan molekul yang sangat besar (seperti glukosa dan monosakarida lainnya), yang membutuhkan protein pembawa untuk berdifusi. Difusi ini lebih cepat daripada difusi sederhana dan bergantung pada:

• Gradien konsentrasi zat.
• Jumlah protein pembawa yang ada di dalam sel.
• Kecepatan protein hadir.

Salah satu protein transporter ini adalah insulin, yang memfasilitasi difusi glukosa, mengurangi konsentrasinya dalam darah.

Transpor transmembran aktif

Sejauh ini kita telah membahas perjalanan molekul yang berbeda melalui saluran tanpa biaya energi. Dalam kejadian ini, satu-satunya biaya adalah menghasilkan energi potensial dalam bentuk konsentrasi diferensial di kedua sisi membran.

Dengan cara ini, arah transpor ditentukan oleh gradien yang ada. Zat terlarut mulai diangkut mengikuti prinsip difusi yang disebutkan di atas, sampai zat terlarut tersebut mencapai titik di mana difusi bersih berakhir - pada titik ini kesetimbangan telah tercapai. Dalam kasus ion, pergerakannya juga dipengaruhi oleh muatan.

Namun, satu-satunya kasus di mana distribusi ion di kedua sisi membran berada dalam kesetimbangan yang sebenarnya adalah saat sel mati. Semua sel hidup menginvestasikan sejumlah besar energi kimia untuk menjaga konsentrasi zat terlarut tidak seimbang.

Energi yang digunakan untuk menjaga proses ini tetap aktif umumnya molekul ATP. Adenosine triphosphate, disingkat ATP, adalah molekul energi fundamental dalam proses seluler.

Karakteristik transpor aktif

Transpor aktif dapat bertindak melawan gradien konsentrasi, tidak peduli seberapa curamnya - sifat ini akan menjadi jelas dengan penjelasan pompa natrium-kalium (lihat di bawah).

Mekanisme transpor aktif dapat memindahkan lebih dari satu kelas molekul dalam satu waktu. Untuk transpor aktif, klasifikasi yang sama disebutkan untuk pengangkutan beberapa molekul secara bersamaan dalam transpor pasif digunakan: symport dan anti-support.

Transportasi oleh pompa ini dapat dihambat dengan menerapkan molekul yang secara khusus memblokir situs penting pada protein.

Kinetika transportasi adalah jenis Michaelis-Menten. Kedua perilaku - dihambat oleh beberapa molekul dan kinetika - merupakan karakteristik khas dari reaksi enzimatik.

Akhirnya, sistem harus memiliki enzim spesifik yang mampu menghidrolisis molekul ATP, seperti ATPase. Ini adalah mekanisme di mana sistem memperoleh energi yang menjadi ciri khasnya.

Selektivitas transportasi

Pompa yang terlibat sangat selektif dalam molekul yang akan diangkut. Misalnya, jika pompa adalah pembawa ion natrium, pompa tidak akan menerima ion litium, meskipun kedua ion tersebut berukuran sangat mirip.

Diasumsikan bahwa protein dapat membedakan antara dua karakteristik diagnostik: kemudahan dehidrasi molekul dan interaksi dengan muatan di dalam pori transporter.

Ion besar diketahui mudah mengalami dehidrasi, dibandingkan dengan ion kecil. Jadi, pori dengan pusat polar yang lemah akan menggunakan ion besar, lebih disukai.

Sebaliknya, dalam saluran dengan pusat bermuatan kuat, interaksi dengan ion dehidrasi mendominasi.

Contoh transpor aktif: pompa natrium-kalium

Untuk menjelaskan mekanisme transpor aktif, yang terbaik adalah melakukannya dengan model yang dipelajari terbaik: pompa natrium-kalium.

Ciri mencolok dari sel adalah kemampuannya untuk mempertahankan gradien tajam ion natrium (Na ⁺ ) dan kalium (K ⁺ ).

Dalam lingkungan fisiologis, konsentrasi kalium di dalam sel 10-20 kali lebih tinggi daripada sel di luar. Sebaliknya, ion natrium jauh lebih terkonsentrasi di lingkungan ekstraseluler.

Dengan prinsip yang mengatur pergerakan ion secara pasif, tidak mungkin untuk mempertahankan konsentrasi ini, oleh karena itu sel memerlukan sistem transpor aktif dan ini adalah pompa natrium-kalium.

Pompa ini terdiri dari kompleks protein tipe ATPase yang ditambatkan ke membran plasma semua sel hewan. Ini memiliki situs pengikatan untuk kedua ion dan bertanggung jawab untuk transportasi dengan injeksi energi.

Bagaimana cara kerja pompa?

Dalam sistem ini, terdapat dua faktor yang menentukan pergerakan ion antara kompartemen seluler dan ekstraseluler. Yang pertama adalah kecepatan kerja pompa natrium-kalium, dan faktor kedua adalah kecepatan di mana ion dapat memasuki sel lagi (dalam kasus natrium), karena peristiwa difusi pasif.

Dengan cara ini, kecepatan ion memasuki sel menentukan kecepatan pompa harus bekerja untuk mempertahankan konsentrasi ion yang sesuai.

Operasi pompa bergantung pada serangkaian perubahan konformasi pada protein yang bertanggung jawab untuk mengangkut ion. Setiap molekul ATP dihidrolisis secara langsung, dalam prosesnya tiga ion natrium meninggalkan sel dan pada saat yang sama dua ion kalium memasuki lingkungan seluler.

Transportasi masal

Ini adalah jenis transpor aktif lain yang membantu pergerakan makromolekul, seperti polisakarida dan protein. Itu bisa diberikan oleh:

-Endositosis

Ada tiga proses endositosis: fagositosis, pinositosis, dan endositosis yang dimediasi ligan:

Fagositosis

Fagositosis

Fagositosis, jenis transportasi di mana partikel padat ditutupi oleh vesikel atau fagosom yang terdiri dari pseudopoda yang menyatu. Partikel padat yang tertinggal di dalam vesikel dicerna oleh enzim dan dengan demikian mencapai bagian dalam sel.

Beginilah cara kerja sel darah putih di dalam tubuh; mereka menelan bakteri dan benda asing sebagai mekanisme pertahanan.

Pinositosis

Nutrisi Protozoa. Pinositosis. Gambar oleh: Jacek FH (berasal dari Mariana Ruiz Villarreal). Diambil dan diedit dari https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinocitosis.svg.

Pinositosis terjadi ketika zat yang akan diangkut adalah tetesan atau vesikel cairan ekstraseluler, dan membran menciptakan vesikula pinositik di mana isi vesikel atau tetesan tersebut diproses sehingga kembali ke permukaan sel.

Endositosis melalui reseptor

Ini adalah proses yang mirip dengan pinositosis, tetapi dalam kasus ini invaginasi membran terjadi ketika molekul tertentu (ligan) berikatan dengan reseptor membran.

Beberapa vesikel endositik bergabung dan membentuk struktur yang lebih besar yang disebut endosom, di mana ligan dipisahkan dari reseptor. Reseptor kemudian kembali ke membran dan ligan mengikat liposom di mana ia dicerna oleh enzim.

-Eksositosis

Ini adalah jenis transpor seluler di mana zat harus dibawa keluar sel. Selama proses ini, membran vesikula sekretori berikatan dengan membran sel dan melepaskan isi vesikel.

Dengan cara ini, sel menghilangkan zat yang disintesis atau zat limbah. Ini juga cara mereka melepaskan hormon, enzim, atau neurotransmiter.

Referensi

1. Audesirk, T., Audesirk, G., & Byers, BE (2003). Biologi: Kehidupan di Bumi. Pendidikan Pearson.
2. Donnersberger, AB, & Lesak, AE (2002). Buku lab anatomi dan fisiologi. Editorial Paidotribo.
3. Larradagoitia, LV (2012). Anatomofisiologi dan patologi dasar. Editorial Paraninfo.
4. Randall, D., Burggren, WW, Burggren, W., Prancis, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologi hewan Eckert. Macmillan.
5. Diberikan, À. M. (2005). Dasar-dasar fisiologi aktivitas fisik dan olahraga. Panamerican Medical Ed.