Proses Transportasi Zat Melalui Membran

Sel-sel dan bagian-bagiannya memperoleh bahan-bahan yang diperlukan dan mengirimkan berbagai bahan hasil sintesisnya, melalui membran dan sistem cairan sel. Bila suatu transportasi senyawa masuk atau keluar sel (melalui membran) tanpa memerlukan energi secara khusus, maka proses ini dikatakan sebagai transportasi proses pasif. Bila untuk transportasi perpindahan senyawa tersebut diperlukan energi atau usaha khusus, hal ini dikatakan sebagai proses aktif. Proses ini dapat berlangsung dengan penggunaan energi di dalam sel hingga dapat menggerakkan senyawa tertentu melewati membran.

Ciri umum dan penting pada transportasi sel hidup, mampu secara selektif mengumpulkan dari atau mengeluarkan ke lingkungannya beberapaa senyawa tertentu. Kejadian ini dinamakan transport aktif. Di dalam suatu organisme kemampuan ini merupakan proses fungsi transportasi khusus sekelompok sel atau organ tertentu, di mana sejumlah bahan diserap atau dikeluarkan untuk menjamin keadaan di dalam tubuh agar tetap baik bagi kelangsungan hidup organisme itu sendiri.

Proses transportasi pasif

Transportasi pasif dapat terjadi karena terdapat perbedaan kadar zat atau energi antara kedua bagian yang bersebelahan pada membran atau dalam bagian-bagian yang berbeda di dalam suatu larutan. Misalnya:

Difusi adalah suatu proses yang dapat terjadi dengan atau tanpa membran. Tenaga utama transportasi dalam proses difusi berasal dari keadaan molekul-molekul yang selalu bergerak, hingga terjadi tumbukan antara molekul aatau tumbukan antara molekul dengan membran (Gambar 1)

Gambar 1. Proses difusi. Transportasi molekul senyawa terlarut bergerak dari daerah dengan konsentrasi zat lebih tinggi melalui ke daerah dengan konsentrasi lebih rendah.

Bila di satu bagian dalam suatu larutan terdapat zat lebih banyak (lebih pekat) maka frekuensi tumbukan di bagian tersebut akan lebih tinggi. Akibatnya, zat terlarut tersebut akan terlempar dan tersebar ke bagian yang kurang pekat konsentrasinya, hingga pada satu saat, di setiap bagian larutan tersebut terkandung kadar zat yang sama (larutan homogen). Pada larutan yang telah homogen, tumbukan atau gerakan transportasi partikel di setiap bagian membran akan sama ke setiap arah.

Misalkan terdapat membran yang membatasi daerah lebih pekat dengan daerah kurang pekat. Membran dapat dilewati zat terlarut. Tumbukan molekul-molekul zat terlarut akan lebih banyak di daerah yang lebih pekat. Karena membran dapat dilewati zat terlarut, maka gerakan molekul dapat melewati membran ke arah daerah yang kurang pekat. Dikatakan zat tersebut berdifusi melewati membran ke arah bagian larutan dengan konsentrasi yang lebih rendah. Bila konsentrasi larutan di kedua sisi membran telah sama, maka gerakan zat ke setiap arah akan seimbang.

Bila ukuran molekul-molekul zat yang berdifusi lebih kecil maka difusi akan berlangsung lebih cepat, karena molekul demikian bergerak lebih cepat dan terlempar lebih jauh akibat dari tumbukan. Contoh difusi terbaik adalah pertukaran gas O₂ dan CO₂ di paru-paru.

Osmosis Proses ini serupa dengan difusi tetapi yang bergerak melalui membran hanya air, sedangkan zat lain tidak dapat melewati membran. Membran demikian dikatakan sebagai membran yang semipermeabel, hanya dapat dilewati air saja, sedang molekul lain tidak dapat lewat. Gerakan air berasal dari daerah yang mengandung kadar air lebih tinggi ke daerah yang mengandung kadar air lebih rendah. Di sini terdapat perbedaan kadar air karena perbedaan kadar zat yang terlarut. Pada suatu larutan yang mengandung senyawa terlarut lebih banyak, dikatakan memiliki kandungan air lebih rendah di dalam volume tertentu. (Gambar 2.)

Gambar 2. Proses osmosis. Pada keadaan awal, konsentrasi senyawa x di A lebih tinggi daripada di B, air akan ditarik dari A ke B. Sehingga konsentrasi senyawa x di A menurun. Volume B akan menyusut karena kehilangan air. M = membran semi permeabel

Sel menganut sistem osmotik karena membran sel bersifat semi-permeabilitas. Bila sebuah sel diletakkan di dalam larutan tertentu, sehingga molekul-molekul air akan bergerak melalui membran dan gerakannya dapat keluar maupun ke dalam sel dalam kecepatan yang sama. Hal ini berarti, sel ditempatkan di dalam larutan yang isotonis atau isosmotis (iso=sama). Bila sel berada di dalam larutan yang mempunyai kadar zat terlarut lebih rendah dibandingkan dengan kadar di dalam sel, sel berada di dalam larutan yang hipotonis (hipo-osmotis).

Dalam keadaan ini molekul-molekul air bergerak lebih cepat ke dalam sel daripada keluar sel, karena kadar air di luar sel lebih besar. Sel tersebut akan mengembang dan mungkin pecah, bila kekuatan membran terlampaui. Keadaan sebaliknya terjadi bila sebuah sel berada dalam larutan yang hipertonis (hiper-osmotis). Dalam keadaan demikian, kadar air di dalam sel lebih tinggi daripada di luar sel, sehingga terjadi aliran air keluar sel, menyebabkan sel berkerut. Dari kejadian-kejadian tersebut di atas jelaslah bahwa sangat diperlukan adanya mekanisme pengaturan di dalam tubuh, meliputi pengaturan zat terlarut di dalam cairan tubuh agar sel-sel tidak menggembung maupun mengkerut, sebagai akibat dari masuk atau keluarnya air yang berlebihan ke dan dari sel.

• Dialisis

Di dalam suatu larutan yang dibatasi oleh membran terdapat beberapa zat terlarut. Membran pembatasnya bersifat permeabel hanya terhadap zat-zat tertentu saja. Bila terdapat perbedaan kadar zat di antara kedua sisi membran, maka akan terjadi aliran zat tersebut melalui membran, dari larutan berkadar lebih tinggi ke bagian larutan berkadar lebih rendah. Sehingga zat ini akan terpisah dari zat-zat terlarut lain yang tidak dapat melewati membran. Prinsip dialisis digunakan dalam ginjal buatan. Darah pasien dialirkan ke tabung-tabung dialisis hingga terjadi pemisahan zat-zat toksik terlarut (urea). Proses ini dikenal sebagai hemodialisis.

• Filtrasi

Proses ini terjadi bila terdapat perbedaan tekanan cairan diantara kedua membran. Membran berlaku sebagai saringan yang dapat melewatkan molekul-molekul atas dasar ukurannya dengan bantuan tekanan terhadap membran. Aliran pelarut dan zat-zat terlarut dari kapiler-kapiler darah ke jaringan lain dengan bantuan tekanan darah adalah contoh yang sering terjadi di dalam tubuh manusia.

Proses Transportasi Aktif

Tipe-tipe molekul tertentu dapat dipindahkan dengan cara “melekat” pada semacam “molekul pengangkut” (carrier molecule). Senyawa glukosa, asam-asam amino dan ion-ion anorganik, ditransportasikan dengan cara yang berlainan. Karenanya setiap senyawa bergerak pada kecepatannya sendiri, tidak bergantung pada kecepatan gerak senyawa lainnya. Berbagai inhibitor (penghambat) yang mencegah atau mengganggu sintesis ATP dalam sel, akan menyebabkan proses perpindahan terhenti.

Pengiriman senyawa dapat terjadi pada kecepatan yang tetap, bila tersedia cukup bahan yang akan dipindahkan. Reaksi pembatas pada kecepatan pengiriman zat terdapat pada sistem pengawas kerja enzim.

Persaingan dapat pula terjadi, bila suatu komponen pengikat (carrier) dapat membawa lebih dari satu macam senyawa, yaitu bila senyawa-senyawa memiliki struktur yang hampir bersamaan. Bila “carrier” lebih mudah terikat pada senyawa tertentu, maka perpindahan senyawa lainnya akan terhambat atau berkurang.

Transport aktif seringkali merupakan pengiriman bahan-bahan ke tempat lain yang mengandung bahan tersebut dengan kadar lebih tinggi; dengan syarat tersedia cukup energi untuk proses tersebut. Karenanya sistem transport aktif ini sering disebut sebagai “pompa”.

Dari kenyataan tersebut di atas maka dapat disimpulkan bahwa, sel dilibatkan dalam transpor aktif pada tiga hal:

1. sintesis molekul pengikat (carrier);
2. pembentukan ATP; dan
3. sintesis enzim.

Endositosis

Sel dapat memperoleh molekul atau bahan lain dari luar, seperti virus, asam inti, bakteri, dan lain-lain. Nama yang umum untuk usaha tersebut dikenal sebagai endositosis. Terdapat dua macam endositosis: pinositosis dan fagositosis.

• Pinositosis terjadi bila membran sel membentuk cekungan sebagai akibat adanya kontak antara molekul asing dengan permukaan membran sel. Akhirnya terbentuk vakuola di dalam sel yang berisi molekul-molekul asing tadi. (Gambar 3.).

Gambar 3. Pinositosis. (A) Partikel masuk ke celah dan akhirnya terbungkus di dalam gelembung pinosistik. (B) Partikel terserap pada permukaan membran sel dan akhirnya terbungkus pula dalam gelembung yang serupa.

• Fagositosis terjadi bila sel “menelan” atau melingkari suatu partikel dengan pembentukan pseudopoda hingga akhirnya partikel tadi terdapat di dalam vakuola. Hal ini dapat dilakukan oleh sel darah putih (leukosit).

Eksositosis

Peristiwa ini merupakan kebalikan dari pinositosis; terjadi bila vakuola di dalam sel bergerak ke arah membran, melekat, terbuka dan mengeluarkan isinya. Proses ini untuk membuang bahan yang tidak diperlukan, bahan beracun atau hasil metabolisme sel itu sendiri atau untuk mengirimkan bahan tertentu seperti lemak ke tempat lain.

Dengan terjadinya proses-proses aktif ini, berarti sel dapat mengatur setiap bahan yang melewati membran. Dengan pengaturan ini sel dapat mempertahankan keadaan lingkungan dalamnya hingga dapat melaksanakan fungsinya dengan baik.