Membran Plasma dan Transport Bakteri

Oleh :

I Made Indrayadnya Swarayana, S.KH (1292361011)

Drh. I Made Erymartha, S.KH (1292361015)MAGISTER KEDOKTERAN HEWAN

UNIVERSITAS UDAYANA

DENPASAR

2013Pendahuluan

Bakteri merupakan salah satu anggota kelompok prokariota, selain mikoplasma. Organisasi seluler bakteri lebih sederhana dibandingkan dengan organisme yang tergolong eukariota, seperti fungi, tumbuhan dan hewan. Struktur bakteri terbagi menjadi dua yaitu:

1. Struktur dasar (dimiliki oleh hampir semua jenis bakteri)Meliputi : dinding sel, membran plasma, sitoplasma, ribosom, DNA, dan granula penyimpanan.

2. Struktur tambahan (dimiliki oleh jenis bakteri tertentu)Meliputi : kapsul, flagelum, pilus, fimbria, klorosom, Vakuola gas dan endospora (Adhi, 2008).

Prokariota merupakan organisme yang memiliki organisasi seluler sebagian uniseluler, ukuran sel 1-10 mikrometer dan tidak memiliki organela. Oleh karena itu, membran plasma pada prokariota juga merupakan membran sel yang terdapat di bagian terluar, artinya sel prokariota hanya memiliki satu kompartemen yang diselubungi oleh membran plasma. Membran plasma pada prokariota berfungsi membatasi isi sel dari lingkungannya atau sebagai pembatas lingkungan luar dari lingkungan dalam sel, dan melakukan semua tugas membran plasma, termasuk pemompaan ion, sintesis ATP, maupun sintesis lipida, pengatur permeabilitas secara selektif, pembatas sel secara mekanik, transpor nutrien dan hasil ekskresi, tempat berlangsungnya proses metabolik (respirasi, fotosintesis) dan deteksi isyarat dari lingkungan bagi proses kemotaksis.

Membran plasma prokariota terdiri protein dan lipida dengan proporsi yang sangat bervariasi (Issoegianti, 1993 ; Prescott et al, 1999). Berbeda dengan prokariota, membran plasma eukariota meliputi membran sel dan membran sitoplasmik. Membran sel eukariota terdapat di bagian terluar yang berbatasan dengan lingkungan atau matriks ekstrasel, sedangkan membran sitoplasmik melapisi organela berselaput. Dengan kata lain sel-sel eukariota memiliki sejumlah kompartemen berselaput, yang disebut organela. Membran sitoplasmik ini merupakan invaginasi maupun envaginasi berulang-ulang dari membran sel. Dari segi struktur, struktur dasar membran plasma prokariota dan eukariota adalah sama, yaitu struktur bilayer lipid.

Struktur Dasar dan Fungsi Membran Plasma

Membran plasma adalah membran yang menyelubungi sitoplasma tersusun atas lapisan fosfolipid dan protein (Mustahib, 2011). Membran plasma adalah bagian protoplasma yang berbentuk lapisan tipis. Membran plasma pada prokariota juga merupakan membran sel yang terdapat di bagian terluar dan sangat penting untuk menjaga kehidupan sel (Toya, 2011). Membran plasma berfungsi membatasi isi sel dari lingkungannya atau sebagai pembatas lingkungan luar dari lingkungan dalam sel, dan melakukan semua tugas membran plasma, termasuk pemompaan ion, sintesis ATP, maupun sintesis lipida, pengatur permeabilitas secara selektif, pembatas sel secara mekanik, transpor nutrien dan hasil ekskresi, tempat berlangsungnya proses metabolik (respirasi, fotosintesis) dan deteksi isyarat dari lingkungan bagi proses kemotaksis. Berbeda dengan prokariota, membran plasma eukariota meliputi membran sel dan membran sitoplasmik. Membran sel eukariota terdapat di bagian terluar yang berbatasan dengan lingkungan atau matriks ekstrasel, sedangkan membran sitoplasmik melapisi organela berselaput. Membran plasma bukan hanya sekedar pembungkus, tetapi mengandung banyak enzim penting dan sistem transport. Selain itu, pada permukaan membran plasma terletak banyak reseptor yang berbeda-beda untuk mengenali sel lain, mengikat hormon tertentu, dan merasakan berbagai isyarat lain yang berasal dari lingkungan luar (Jumpowati, 2011).

Membran plasma terdiri dari senyawa lipida, protein dan karbohidrat. Komposisi lipida, protein dan karbohidrat bervariasi sesuai dengan macam membran dan dapat berubah sesuai tingkat perkembangan sel, umur dan lingkungan. Komposisi masing-masing fraksi membran plasma terutama fraksi lipida sangat menentukan kecairan membran plasma. Membran plasma terutama disusun dari molekul-molekul lipida dan protein. Kedua jenis molekul tersebut dapat mengalami glikosilasi menjadi glikolipida dan glikoprotein. Macam, panjang rantai dan pola ikatan glikosil sangat menentukan sifat dan fungsi selaput plasma (Issoegianti, 1993).Membran plasma mempunyai sifat-sifat hidrofobik di bagian tengah dan sifat hidrofilik di permukaan non sitosolik maupun permukaan sitosolik. Sifat hidrofobik terutama disebabkan oleh komponen lipida, walaupun terdapat bagian tertentu dari senyawa lipida yang memberikan sifat hidrofilik, yaitu bagian molekul lipida yang berikatan dengan gugus fosfat atau senyawa organik yang bersifat hidrofilik. Senyawa protein dan karbohidrat memberikan sifat hidrofilik. Struktur dasar membran plasma terdiri dari dwilapisan fosfolipid. Setiap molekul fosfolipida memiliki ekor hidrofobik yang terdiri dari dua buah rantai asam lemak, dan gugus kepala yang bersifat polar dan hidrofilik. Dua buah ekalapisan fosfolipida saling berkaitan ekor dengan ekor membentuk dwilapisan fosfolipida. Menurut Lehninger (1982), lipida polar adalah komponen utama membran plasma.

Dari segi struktur, struktur dasar membran plasma prokariota dan eukariota adalah sama, yaitu struktur bilayer lipid. Setiap molekul fosfolipida memiliki ekor hidrofobik yang terdiri dari dua buah rantai asam lemak, dan gugus kepala yang bersifat polar dan hidrofilik. Membran plasma terdiri dari senyawa lipida, protein dan karbohidrat. Komposisi lipida, protein dan karbohidrat bervariasi sesuai dengan macam membran dan dapat berubah sesuai tingkat perkembangan sel, umur dan lingkungan. Komposisi masing-masing fraksi membran plasma terutama fraksi lipida sangat menentukan kecairan membran plasma. Membran plasma terutama disusun dari molekul-molekul lipida dan protein. Kedua jenis molekul tersebut dapat mengalami glikosilasi menjadi glikolipida dan glikoprotein. Membran plasma mempunyai sifat-sifat hidrofobik di bagian tengah dan sifat hidrofilik di permukaan non sitosolik maupun permukaan sitosolik. Sifat hidrofobik terutama disebabkan oleh komponen lipida, walaupun terdapat bagian tertentu dari senyawa lipida yang memberikan sifat hidrofilik, yaitu bagian molekul lipida yang berikatan dengan gugus fosfat atau senyawa organik yang bersifat hidrofilik. Senyawa protein dan karbohidrat memberikan sifat hidrofilik (Jumpowati, 2011).Karbohidrat merupakan senyawa penting membran plasma dan berperan dalam proses pengenalan sel dengan sel atau sel dengan substansi antar sel. Komponen fraksi karbohidrat membran plasma dapat berupa oligosakarida maupun polisakarida yang terikat secara kovalen pada protein untuk membentuk glikoprotein atau berupa rantai oligosakarida yang terikat secara kovalen pada lipida membran untuk membentuk glikolipida. Rantai-rantai karbohidrat dari sebagian glikolipida, glikoprotein dan proteoglikan pada membran plasma selalu berada di permukaan non sitosolik, tidak pernah berada di permukaan sitosolik. Hal ini

berkaitan erat dengan fungsi dari senyawa karbohidrat sebagai sarana komunikasi antar sel atau sel dengan substansi antar sel (Jumpowati, 2011).Membran plasma bakteri berbeda dari membran plasma eukariota karena pada membran plasma bakteri tidak mengandung sterol, seperti kolesterol. Namun demikian, membran plasma bakteri memiliki molekul serupa sterol pentasiklik yang disebut hopanoid. Hopanoid disintesis dari prekursor yang sama seperti steroid. Seperti steroid pada eukariotik, steroid pada membran plasma bakteri berfungsi menstabilkan membran plasma bakteri. Bila ditinjau dari fungsinya, membran plasma bakteri berfungsi sebagai pengatur permeabilitas membran yang melewatkan ion dan molekul tertentu ke dalam atau keluar sel, juga sebagai tempat berlangsungnya proses metabolik yang penting : respirasi, fotosintesis, dan sintesis lipida dan konstituen dinding sel. Membran plasma bakteri memiliki molekul reseptor khusus yang membantu mendeteksi dan menanggapi rangsang kimia di sekitarnya. Organisasi molekuler membran mengakibatkan permeabilitas selektif artinya ada zat-zat tertentu yang dapat melewati membran dan ada pula yang tidak. Molekul dan ion kecil bergerak melintasi membran plasma dalam dua arah (Toya, 2011). Sifat fisik dan molekuler membran plasma prokariota dan eukariota sangat menentukan salah satu proses metabolisme sel yaitu mekanisme pengambilan bahan baku atau transpor melalui membran plasma.

Gambar strutur membran plasmaSistem Transport Bakteri

Salah satu fungsi membran adalah sebagai lalu lintas molekul dan ion secara dua arah. Molekul yang dapat melewati membran antara lain ialah molekul hidrofobik (CO2, O2), dan molekul polar yang sangat kecil (air, etanol), karena membran bersifat semipermibale (Darmadi, 2012). Bakteri memiliki sistem transpor lengkap yang mengatur lewatnya gradien ion melalui membran plasma dan berpindahnya senyawa-senyawa metabolit seperti gula dan asam amino ke dalam sel. transpor pada bakteri dilakukan melalui gabungan transpor aktif dan pasif (Jumpowati, 2011). Transport Pasif, merupakan mekanisme perpindahan molekul atau zat yang tidak melewati selaput membran semipermeable dan tidak membutuhkan energi (Darmadi, 2012). Transpor pasif dari senyawa polar dilakukan melalui difusi dipermudah yang dikatalisis oleh protein membran.Ada 2 sistem transpor melalui membran plasma bakteri yaitu :

1. Transpor Difusi Sederhana atau Difusi dipermudah

Prosesnya difasilitasi oleh suatu protein dan sangat tergantung pada suatu mekanisme transpor dari membran sel (Darmadi, 2012). Molekul yang melalui membran plasma secara difusi sederhana sangat terbatas, misalnya mikromolekul hidrofobik mudah melewati membran plasma, sedangkan makromolekul atau molekul terionisasi sulit melewati membran plasma. Difusi dipermudahseperti difusi sederhana, tetapi gerakan senyawa dari luar ke dalam atau sebaliknya, dari dalam ke luar, lebih cepat daripada difusi sederhana karena adanya protein pembawa (transporter) yang mampu mempercepat pengangkutan. Setelah mengikat senyawa yang akan dibawa, protein pembawa segera memindahkan senyawa tersebut dari luar ke dalam atau sebaliknya, dengan jalan berputar diri (rotasi), berdifusi atau membentuk porus. Protein pembawa tertanam pada selaput plasma. Protein pembawa ini menyerupai enzim dan dapat mengangkut substansi yang spesifik, artinya masing-masing protein pembawa bersifat selektif dan akan mengangkut substansi terlarut tertentu. Setelah molekul terlarut terikat di permukaan luar dari sel, protein pembawa berubah konformasinya dan membebaskan molekul tersebut ke dalam sel. Selanjutnya, protein pembawa akan kembali ke bentuk semula dan siap menangkap molekul terlarut yang lain (Jumpowati, 2011). Gambar Transpor Difusi Sederhana dan Difusi Dipermudah2. Transport AktifTranspor aktif merupakan transpor partikel-partikel melalui membran semipermeabel yang bergerak melawan gradien konsentrasi yang memerlukan energi dalam bentuk ATP. Transpor aktif berjalan dari larutan yang memiliki konsentrasi rendah ke larutan yang memiliki konsentrasi tinggi, sehingga dapat tercapai keseimbangan di dalam sel (Darmadi, 2012). Ada 2 kategori transpor aktif yaitu transpor aktif primer yaitu transpor yang langsung melibatkan ATP atau aliran elektron, dan transpor aktif sekunder yaitu transpor yang tergantung pada kekuatan selaput atau gradien ion atau tenaga kimiaosmotik. Transpor aktif primer secara langsung berkaitan dengan hidrolisis ATP yang akan menghasilkan energi untuk transpor ini. contoh transpor aktif primer adalah pompa ion Na- dan ion K+. Konsentrasi ion K+ di dalam sel lebih besar dari pada di luar sel, sebaliknya konsentrasi ion Na+ diluar sel lebih besar daripada di dalam sel. Untuk mempertahankan kondisi tersebut, ion-ion Na- dan K+ harus selalu dipompa melawan gradien konsentrasi dengan energi dari hasil hidrolisis ATP. Tiga ion Na+ dipompa keluar dan dua ion K+ dipompa ke dalam sel. Untuk hidrolis ATP diperlukan ATP-ase yang merupakan suatu protein transmembran yang berperan sebagai enzim. Tranpor aktif sekunder merupakan transpor pengangkutan gabungan yaitu pengangkutan ion-ion bersama dengan pengangkutan molekul lain. Transpor aktif melibatkan protein pembawa yang mengikat zat terlarut tertentu. Dalam transpor aktif, molekul terlarut akan melewati selaput plasma tanpa mengalami modifikasi atau perubahan.

DAFTAR PUSTAKA

Issoegianti R. 1993. Biologi Sel. Yogyakarta : Fakultas Biologi, Universitas Gadjah Mada.

Prescott, L.M., J.P. Harley and D.A. Klein. 1999. Microbiology. Boston : The McGraw Hill Companies Inc.

Lehninger, A.L. 1982. Principles of Biochemistry. New York : Worth Publishers, Inc.

Schlegel, H.G., and K. Schmidt. 1994. Mikrobiologi Umum (Terjemahan).Yogyakarta : Gadjah Mada University Press.

Wolfe, S.L. 1993. Molecular and Cellular Biology. Belmont, California : Wadsworth Publishing Company. A Division of Wadsworth Inc.