Apa yang dimaksud dengan Membran biologis

Membran biologis adalah Rakitan seperti lembaran yang terorganisir, terutama terdiri dari protein dan lipid (bilayers), yang bertindak sebagai penghalang permeabilitas yang sangat selektif. Biomembran mengandung pompa molekuler dan gerbang, reseptor, dan enzim.

Selaput biologis terdiri dari lipid, protein dan karbohidrat yang ada dalam keadaan cair. Membran biologis adalah struktur yang menentukan dan mengontrol komposisi ruang yang mereka tempati. Semua membran ada sebagai struktur dinamis yang komposisinya berubah sepanjang kehidupan sel. Selain membran luar yang menghasilkan pembentukan sel khas (membran ini sering disebut sebagai membran plasma), sel mengandung membran intraseluler yang memiliki fungsi berbeda dalam pembentukan berbagai organel intraseluler, mis. nukleus dan mitokondria. Inti dan mitokondria merupakan membran organel tertutup unik mengingat keduanya terdiri dari dua lapisan lipid. Membran nuklir paling sering disebut sebagai nucleolemma dan terdiri dari bilayers lipid dalam dan luar yang terkait erat. Ruang antara membran nuklir bagian dalam dan luar disebut sebagai ruang perinuklear. Ruang ini bersentuhan dengan lumen retikulum endoplasma (ER) melalui koneksi antara membran nuklir luar dan membran ER.

Membran nuklir bagian dalam dan luar juga terhubung di ribuan lokasi melalui kompleks multiprotein yang menghasilkan pori-pori di membran nuklir yang disebut kompleks pori nuklir. Pori-pori nuklir melalui mana RNA dan protein diangkut. Membran dalam dan luar mitokondria dipisahkan oleh jarak yang lebih besar dari pada inti yang menciptakan ruang membran dalam. Kedua membran mitokondria juga secara fungsional sangat berbeda dan mengalami kontrol transpor yang sangat berbeda. Sedangkan membran mitokondria luar cukup permeabel untuk sebagian besar molekul kecil, membran mitokondria bagian dalam pada dasarnya impermeable dan transportasi melintasi membran ke arah mana pun membutuhkan protein transporter yang sangat spesifik.

Komposisi dan Struktur Membran Biologis

Seperti ditunjukkan di atas, membran biologis terdiri dari lipid, protein, dan karbohidrat. Karbohidrat membran melekat baik pada glikolipid pembentuk lipid dari berbagai kelas, atau pada protein yang membentuk glikoprotein. Komposisi lipid dan protein dari membran bervariasi dari tipe sel ke tipe sel serta dalam berbagai kompartemen intraseluler yang ditentukan oleh membran intraseluler. Konsentrasi protein dapat berkisar dari sekitar 20% hingga sebanyak 70% dari total massa membran tertentu.

Komponen pembentuk lipid dari membran adalah dari tiga kelas utama yang meliputi gliserofosfolipid, sphingolipid, dan kolesterol. Untuk informasi tentang struktur kelas lipid yang berbeda ini, lihat halaman Lipid, halaman Sintesis Lipid, halaman Sphingolipid, dan halaman Kolesterol. Sphingolipid dan gliserofosfolipid merupakan persentase terbesar dari berat lipid membran biologis. Ekor hidrokarbon dari dua kelas lipid ini menghasilkan keterbatasan sterik pada pengemasannya sehingga mereka akan membentuk misel mirip-cakram. Struktur misel ini dihasilkan dari interaksi ekor hidrofobik dari lipid dan pemaparan gugus kepala polar ke lingkungan berair. Orientasi ini menghasilkan apa yang disebut sebagai bilayer lipid dan digambarkan dalam gambar di bawah ini.

Bilayer lipid pada dasarnya adalah cairan dua dimensi dan komponen lipid dari bilayer dapat berdifusi ke samping dan pada kenyataannya bukti menunjukkan bahwa difusi lateral ini terjadi dengan mudah. Komposisi lipid dari membran biologis menunjukkan polaritas dalam versus luar. Misalnya sisi sitoplasmik dari membran plasma (juga disebut sebagai leaflet bagian dalam) diperkaya dengan aminofosfolipid fosfatidilserin (PS) dan fosfatidletanolamin (PE), sedangkan sisi exoplasmik (juga disebut sebagai selebaran luar) diperkaya fosfatidilkolin ( PC) dan sphingomyelin.

Lipid dalam lapisan ganda juga dapat mengalami difusi transversal (juga disebut flip-flop) di mana lipid berdifusi dari satu permukaan ke permukaan lainnya. Namun, karena flip-flop membutuhkan kelompok kepala kutub untuk melewati inti hidrokarbon dari bilayer, prosesnya sangat jarang. Enzim telah diidentifikasi yang memfasilitasi proses flip-flop dan enzim ini (protein transporter) disebut sebagai flippase, floppases, dan scramblases (phospholipid scramblases, PLSCR). Meskipun flippases dan floppases termasuk dalam keluarga transporter membran yang sama, flippase dibedakan dari floppases dengan arah gerakan lipid yang dikatalisasi. Flippases adalah transporter yang bergantung pada ATP yang mengkatalisis pergerakan lipid dari sisi eksoplasma (leaflet luar) dari membran ke sisi sitoplasma (leaflet bagian dalam) sedangkan floppases adalah transporter yang bergantung pada ATP yang mengkatalisasi reaksi balik. Scramblases adalah transporter independen ATP yang mengangkut fosfolipid bermuatan negatif di kedua arah melintasi membran. Manusia mengekspresikan 14 gen flippase dan floppase, yang semuanya adalah anggota keluarga ATPase dari transporter membran, khususnya subfamili ATP8, ATP9, ATP10, dan ATP11. Manusia mengekspresikan lima gen scramblase yang diidentifikasi sebagai PLSCR1 – PLSCR5.

Membran biologis juga mengandung protein, glikoprotein, dan lipoprotein (lihat halaman Glikoprotein dan Modifikasi Protein). Protein yang terkait dengan membran terdiri dari dua jenis umum: integral dan perifer. Protein membran integral (juga disebut protein intrinsik) terikat erat pada membran melalui interaksi hidrofobik dan dimasukkan ke dalam dan / atau menembus lapisan ganda lipid. Sebaliknya, protein membran perifer (juga disebut protein ekstrinsik) hanya secara longgar terkait dengan membran baik melalui interaksi dengan kelompok kepala polar dari lipid atau melalui interaksi dengan protein membran integral. Protein membran perifer paling sering, jika tidak secara eksklusif, ditemukan pada permukaan sitosol pada membran plasma atau permukaan lumenal dari membran organel subselular.

Protein yang ditemukan terkait dengan membran juga dapat dimodifikasi oleh perlekatan lipid (lipoprotein). Bagian lipid dari lipoprotein jangkar protein ke membran baik melalui interaksi dengan bilayer lipid secara langsung atau melalui interaksi dengan protein membran integral. Lipoprotein yang terkait dengan membran mengandung satu dari tiga jenis perlekatan lipid kovalen. Lipid adalah isoprenoid seperti residu farnesyl dan geranylgeranyl (lihat halaman Modifikasi Protein untuk mekanisme prenilasi protein), asam lemak seperti asam miristat dan palmitat, dan glikosilfosfatidatlinositol, GPI (disebut protein glipiated: lihat halaman Glycoprotein untuk rinciannya).

Kegiatan Membran Biologis

Meskipun membran biologis mengandung berbagai jenis lipid dan protein, distribusi mereka antara dua sisi yang berbeda dari bilayer adalah asimetris. Sebagai contoh umum permukaan luar bilayer diperkaya dengan phosphatidylethanolamine, sedangkan permukaan intraseluler diperkaya dengan phosphatidylcholine. Karbohidrat, baik yang melekat pada lipid atau protein, hampir secara eksklusif ditemukan pada permukaan luar membran.

Distribusi lipid dan protein asimetris dalam membran menghasilkan generasi sub-domain yang sangat terspesialisasi dalam membran. Selain itu, ada struktur membran yang sangat khusus seperti retikulum endoplasma (ER), peralatan Golgi dan vesikel. Vesikel yang paling penting adalah yang mengandung faktor yang disekresikan. Protein terikat membran (mis. Reseptor faktor pertumbuhan) diproses saat mereka transit melalui ER ke peralatan Golgi dan akhirnya ke membran plasma. Saat protein-protein ini transit ke permukaan sel, mereka menjalani serangkaian peristiwa pemrosesan yang mencakup glikosilasi.

Vesikel yang terjepit dari peralatan Golgi disebut vesikel bersalut. Membran vesikel yang dilapisi dikelilingi oleh protein scaffolding khusus yang akan berinteraksi dengan lingkungan ekstraseluler. Ada tiga jenis utama vesikel berlapis yang ditandai oleh mantel proteinnya. Vesikula yang dilapisi clathrin mengandung protein clathrin dan terlibat dalam protein transmembran, protein terkait-GPI, dan protein yang disekresikan menuju membran plasma. COPI (COP: coat protein complex I) membentuk permukaan vesikel yang terlibat dalam transfer protein antara kompartemen Golgi berturut-turut dan dalam proses transportasi retrograde protein kembali ke UGD. COPII membentuk permukaan vesikel yang mentransfer protein dari UGD ke alat Golgi. Vesikula yang dilapisi clathrin juga terlibat dalam proses endositosis seperti yang terjadi ketika reseptor LDL mengikat LDL plasma untuk diambil oleh hati. Lokasi membran dari tipe-tipe reseptor ini disebut lubang yang dilapisi clathrin.

Selain itu, sel-sel tertentu memiliki komposisi membran yang unik untuk satu permukaan sel dibandingkan yang lain. Misalnya sel epitel memiliki permukaan membran yang berinteraksi dengan rongga lumenal organ dan lainnya yang berinteraksi dengan sel-sel di sekitarnya. Permukaan membran sel yang berinteraksi dengan isi lumenal disebut sebagai permukaan apikal atau domain, selaput membran lainnya disebut sebagai permukaan atau domain basolateral. Domain apikal dan basolateral tidak bercampur dan mengandung komposisi lipid dan protein yang berbeda.

Sebagian besar sel eukariotik bersentuhan dengan sel tetangga dan interaksi ini adalah dasar pembentukan organ. Sel-sel yang saling bersentuhan berada dalam kontak metabolik yang dibawa oleh partikel-partikel tubular khusus yang disebut persimpangan. Sel mamalia mengandung tiga jenis persimpangan sel utama yang disebut gap junctions, persimpangan ketat, dan persimpangan adherens.

Gap junctions adalah saluran antar sel yang dirancang untuk komunikasi antar sel dan keberadaannya memungkinkan seluruh organ untuk terus menerus dari dalam. Salah satu fungsi utama dari gap junction adalah untuk memastikan pasokan nutrisi ke sel-sel organ yang tidak bersentuhan langsung dengan pasokan darah. Gap junctions dibentuk dari sejenis protein yang disebut connexin (juga disebut gap junction protein). Protein Connexin membentuk kompleks di membran (disebut connexon) yang menghasilkan saluran. Manusia mengekspresikan total 22 gen protein persimpangan yang dibagi menjadi lima keluarga yang diidentifikasi sebagai GJA-GJE. Nomenklatur terkait menggunakan penandaan CX untuk mencerminkan nama connexin. Misalnya gen GJA1 (gap junction protein alpha 1) juga dikenal sebagai gen CX43.

Persimpangan ketat (juga disebut sebagai persimpangan oklusi) terutama ditemukan di epitel dan endotel dan dirancang untuk penyumbatan. Persimpangan ketat bertindak sebagai penghalang yang mengatur pergerakan zat terlarut dan air antara berbagai lapisan epitel dan endotel. Persimpangan ketat berfungsi sebagai penghalang untuk pergerakan parasel ion dan molekul, serta untuk pergerakan protein dan lipid antara apikal dan domain basolateral dari membran plasma.

Selain membentuk kompleks penghalang di membran, protein persimpangan ketat juga mengoordinasikan banyak protein transduksi sinyal lainnya dan protein perdagangan intraseluler. Setidaknya 40 protein telah ditemukan terlibat dalam pembentukan berbagai persimpangan ketat. Protein ini dibagi menjadi empat kategori utama; perancah, pengaturan, transmembran, dan pensinyalan. Protein transmembran utama dari persimpangan ketat adalah protein occludin (dikodekan oleh gen OCLN), protein claudin (23 protein yang dikodekan oleh gen yang ditunjuk CLDN), dan molekul adhesi junctional [JAM; protein ini milik superfamili imunoglobulin (Ig)].

Persimpangan adherens terdiri dari protein transmembran yang berfungsi untuk mengikat sel melalui interaksi dengan matriks ekstraseluler dan protein intraseluler yang berinteraksi dengan filamen aktin yang mengontrol pergerakan dan bentuk sel. Protein transmembran utama dari persimpangan adherens adalah anggota keluarga cadherin dari molekul adhesi yang bergantung pada Ca2 +. Protein intraseluler dari persimpangan adherens adalah α-catenin, protein keluarga β-catenin yang disebut junction plakoglobin (juga disebut sebagai γ-catenin), dan δ-catenin.

Manusia mengekspresikan tiga gen α-catenin yang diidentifikasi sebagai CTNNA1, CTNNA2, dan CTNNA3 dan dua gen cant-cantenin yang diidentifikasi sebagai CTNND1 dan CTNND2. Junction plakoglobin dikodekan oleh gen JUP. Terkait dengan persimpangan adherens adalah desmosom (persimpangan epitel dan otot jantung) dan hemidesmosom (keratinosit) yang juga terlibat dalam fungsi penahan membran.

Mengingat sifat lipid dominan dari membran biologis, banyak jenis molekul dibatasi dalam kemampuannya untuk berdifusi melintasi membran. Ini terutama berlaku untuk ion bermuatan, air, dan senyawa hidrofilik. Rintangan untuk translokasi membran diatasi dengan adanya saluran dan transporter khusus. Meskipun saluran dan transporter diperlukan untuk memindahkan banyak jenis molekul dan senyawa melintasi membran, beberapa zat dapat melewati dari satu sisi membran ke sisi lainnya melalui proses difusi.

Difusi gas seperti O2, CO2, NO, dan CO terjadi pada tingkat yang semata-mata tergantung pada gradien konsentrasi. Molekul lipofilik juga akan berdifusi melintasi membran pada kecepatan yang berbanding lurus dengan kelarutan senyawa dalam membran. Meskipun air dapat berdifusi melintasi membran biologis, kebutuhan fisiologis untuk keseimbangan cepat melintasi membran plasma telah menyebabkan evolusi keluarga saluran pengangkutan air yang disebut aquaporin.
Kelas Protein Transmembran

Ada banyak kelas protein yang menjangkau membran sel, baik membran plasma atau membran organel. Protein transmembran meliputi berbagai saluran ion, jenis lain dari protein saluran, protein transporter, reseptor faktor pertumbuhan, dan molekul adhesi sel. Semua protein transmembran, terlepas dari fungsinya, diklasifikasikan tergantung pada strukturnya. Ada empat klasifikasi utama untuk protein transmembran, tipe I, II, III, dan IV. Tipe I, II, dan III semuanya ditandai dengan melewati membran sekali, disebut sebagai protein transmembran single-pass. Protein transmembran tipe IV melewati membran beberapa kali dan, karenanya, semuanya disebut sebagai protein transmembran multipel. Protein transmembran tipe I berlabuh ke membran melalui sekuens asam amino hidrofobik yang disebut sebagai sekuens stop-transfer dan kelas ini semuanya memiliki terminal-C protein di dalam sel dan terminal-N di luar. Contoh khas protein transmembran tipe I adalah reseptor LDL. Protein transmembran tipe II berlabuh ke membran melalui urutan sinyal-jangkar dan memiliki terminal-C di luar sel dan di dalam terminal-N.

Contoh protein transmembran tipe II adalah reseptor transferin. Protein transmembran tipe III tidak memiliki urutan sinyal dan N-terminal protein berada di luar sel. Contoh protein transmembran tipe III adalah setiap anggota keluarga sitokrom P450 dari enzim metabolisme xenobiotik yang ditemukan di hati. Protein transmembran tipe IV ditandai oleh superfamili protein reseptor G-protein coupled reseptor (GPCR) yang menjangkau membran tujuh kali. Kelas reseptor ini sering disebut sebagai keluarga reseptor serpentin karena rentang membran multipel. Contoh lain dari protein transmembran tipe IV adalah α-subunit khas Na + / K + -ATPase (lihat di bawah). Protein transmembran tipe IV dibagi menjadi tipe IV-A dan tipe IV-B di mana anggota IV-A memiliki N-terminal di dalam sel dan terminal-C di luar dan anggota IV-B berorientasi pada arah yang berlawanan. Protein α-subunit Na + / K + -ATPase adalah protein transmembran multi-pass tipe IV-A, sedangkan semua GPCR adalah anggota dari keluarga tipe IV-B.

Definisi saluran (atau pori) adalah struktur protein yang memfasilitasi translokasi molekul atau ion melintasi membran melalui penciptaan saluran berair sentral dalam protein. Saluran pusat ini memfasilitasi difusi di kedua arah tergantung pada arah gradien konsentrasi. Protein saluran tidak mengikat atau menyita molekul atau ion yang bergerak melalui saluran. Kekhasan saluran untuk ion atau molekul adalah fungsi dari ukuran dan muatan zat. Aliran molekul melalui saluran dapat diatur oleh berbagai mekanisme yang menghasilkan pembukaan atau penutupan lorong. Rincian lebih lanjut tentang berbagai jenis saluran ion dibahas pada bagian di bawah ini.

Saluran membran terdiri dari tiga jenis. Saluran tipe-α adalah struktur homo atau hetero-oligomer yang dalam kasus terakhir terdiri dari beberapa protein berbeda. Kelas protein saluran ini memiliki antara 2 dan 22 domain transmembran α-heliks yang menjelaskan derivasi kelas mereka. Molekul bergerak melalui saluran tipe-a menuruni gradien konsentrasi mereka dan karenanya, tidak memerlukan input energi metabolik. Beberapa saluran kelas ini sangat spesifik berkenaan dengan molekul yang ditranslokasi melintasi membran sementara yang lain tidak. Selain itu, mungkin ada perbedaan dari jaringan ke jaringan dalam saluran yang digunakan untuk mengangkut molekul yang sama. Sebagai contoh, ada 40 saluran tegangan-gerbang spesifik K + khusus pada manusia. Pengangkutan molekul melalui saluran tipe-a terjadi oleh beberapa mekanisme berbeda. Mekanisme ini termasuk perubahan potensial membran (disebut pengaturan tegangan atau tegangan-gated), fosforilasi protein saluran, Ca2 + intraseluler, G-protein, dan modulator organik.

Aquaporins (AQP) adalah keluarga saluran tipe-α yang bertanggung jawab untuk transportasi air melintasi membran. Setidaknya 14 gen penyandi protein aquaporin telah diidentifikasi pada manusia (disebut MIP, AQP1-AQP11, AQP12A, dan AQP12B). MIP adalah protein intrinsik utama dari serat lensa dan juga disebut aquaporin 0 (AQP0). Beberapa gen AQP menyandikan protein yang mengangkut air dan gliserol dan kadang-kadang molekul kecil lainnya. Aquaporin yang terakhir ini juga disebut sebagai aquagliseroporin. Gen AQP3, AQP7, dan AQP9 mengkodekan aquaglyceroporins manusia.

Aquaporin berkumpul di membran sebagai homotetramer dengan masing-masing monomer terdiri dari enam domain transmembran α-heliks yang membentuk pori air yang berbeda. Mungkin lokasi ekspresi aquaporin yang paling signifikan adalah di ginjal. Tubulus proksimal mengekspresikan AQP1, AQP7, AQP8, dan AQP11, sedangkan saluran pengumpul mengekspresikan AQP2, AQP3, AQP4, AQP5, AQP6, dan AQP8. Hilangnya fungsi aquaporin ginjal dikaitkan dengan beberapa keadaan penyakit. Mutasi pada gen AQP2 dikaitkan dengan nefrogenik diabetes insipidus (NDI), hipokalemia didapat, dan hiperkalsemia.

Loading…

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *