Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

sel transportasi melibatkan lalu lintas dan pergerakan molekul antara dalam dan di luar sel. Pertukaran molekul 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, sangat selektif, memungkinkan atau tidak masuknya molekul tertentu.

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

Sumber: LadyofHats [CC0], melalui Wikimedia Commons

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

transpor pasif tidak membutuhkan energi, dan molekul yang mampu dari melintasi membran melalui difusi pasif melalui saluran air atau melalui molekul 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 yang paling menonjol dalam literatur adalah pompa natrium-kalium .

Indeks artikel

Dasar teori

-Membran sel

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

– Lipid di membran

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

Oleh Jpablo cad [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], dari Wikimedia Commons

Sel 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 – “lapisan ganda lipid” – di mana ekor dikelompokkan di dalam dan kepala menghadap wajah ekstra dan intraseluler.

Molekul yang memiliki zona polar dan apolar disebut amfipatik. Properti ini sangat penting untuk organisasi spasial komponen lipid dalam membran.

Struktur ini dimiliki oleh membran yang mengelilingi kompartemen subselular. Ingat bahwa mitokondria , kloroplas , vesikel dan organel lainnya juga dikelilingi oleh membran.

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

-Protein dalam membran

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

Gambar 1. Diagram caral mosaik fluida. Sumber: Oleh LadyofHats Mariana Ruiz, terjemahan Pilar Saenz [Domain publik], melalui Wikimedia Commons

Membran adalah struktur dinamis, mengandung banyak protein di dalamnya. Protein membran bertindak sebagai semacam molekul “penjaga gerbang” atau “penjaga” yang menentukan dengan sangat selektif siapa yang masuk dan siapa yang meninggalkan sel.

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

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

-Selektivitas membran

Bagian dalam lipid membran sangat hidrofobik, yang membuat membran sangat kedap terhadap lewatnya 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 zat-zat ini secara efisien antara sel dan lingkungan eksternalnya.

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

-Difusi dan osmosis

Pergerakan partikel melalui membran sel terjadi dengan mengikuti prinsip fisika berikut.

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

Difusi adalah proses yang melibatkan pergerakan termal acak partikel tersuspensi dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Ada ekspresi matematis yang berusaha menggambarkan proses dan disebut persamaan difusi Fick, tetapi kita tidak akan menyelidikinya.

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

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

-tonisitas

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

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

isotonik

Sebuah sel, jaringan, atau larutan adalah isotonik terhadap yang lain jika konsentrasinya sama di kedua unsur. Dalam konteks fisiologis, sel yang direndam dalam lingkungan isotonik tidak akan mengalami perubahan apa pun.

hipotonik

Suatu larutan bersifat hipotonik terhadap sel jika konsentrasi zat terlarut lebih rendah di luar – yaitu, sel memiliki lebih banyak zat terlarut. Dalam hal ini, kecenderungan air untuk 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

Suatu larutan bersifat hipertonik terhadap sel jika konsentrasi zat terlarut lebih tinggi di luar – yaitu, sel memiliki lebih sedikit zat terlarut.

Dalam hal ini, kecenderungan air adalah meninggalkan sel. Jika kita memasukkan sel darah merah ke dalam larutan yang lebih pekat, air dalam sel darah cenderung bocor dan sel tampak berkerut.

Ketiga konsep ini memiliki relevansi biologis. Misalnya, telur 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 mirip dengan lingkungan tempat mereka berkembang.

-Pengaruh listrik

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

Ion cenderung menjauh dari daerah dengan konsentrasi tinggi (seperti yang dijelaskan pada bagian osmosis dan difusi), dan juga jika ion negatif, ia akan bergerak menuju daerah di mana potensi negatif tumbuh. Ingatlah bahwa muatan yang berbeda tarik-menarik, dan muatan yang sejenis tolak-menolak.

Untuk memprediksi perilaku ion, kita harus menambahkan gaya kombinasi 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. Kita akan menjelaskan masing-masing secara rinci di bawah ini:

Transpor transmembran pasif

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

Meskipun energi yang bertanggung jawab untuk pergerakan partikel disimpan dalam gradien seperti itu, adalah tepat dan nyaman untuk melanjutkan mempertimbangkan proses sebagai pasif.

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

Difusi sederhana

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

Cara paling sederhana dan paling intuitif untuk mengangkut zat terlarut adalah untuk melintasi membran mengikuti gradien yang disebutkan di atas.

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

Lintasan yang efisien melalui membran akan ditentukan oleh tingkat energi panas yang dimiliki sistem. Jika cukup tinggi, molekul akan dapat melintasi membran.

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

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

Kinetika lintasan difusi sederhana menunjukkan kinetika non-jenuh. Ini berarti bahwa masuknya meningkat sebanding dengan konsentrasi zat terlarut yang akan diangkut di wilayah ekstraseluler.

saluran berair

Alternatif kedua untuk lewatnya molekul melalui rute pasif adalah melalui saluran air yang terletak di membran. Saluran ini adalah semacam 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 menjadi 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 melewati bagian membran yang kaya lipid.

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

Protein pembawa ini bekerja dengan cara yang berbeda. Dalam kasus yang paling sederhana, zat terlarut ditransfer dari satu sisi membran ke sisi lain. Tipe ini disebut uniport. Sebaliknya, jika zat terlarut lain diangkut secara bersamaan, atau digabungkan, pengangkut disebut digabungkan.

Jika transporter yang digabungkan memobilisasi dua molekul dalam arah yang sama itu adalah symport dan jika melakukannya dalam arah yang berlawanan, transporter adalah anti-dukungan.

Osmosa

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

Osmose2-fr.png: PsYcHoTiK Karya turunan: Ortisa [CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) atau GFDL (http://www.gnu.org/copyleft /fdl.html)], melalui Wikimedia Commons

Ini adalah jenis transportasi seluler di mana pelarut lewat secara 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 dalam sel, yang kemudian mempengaruhi bentuk sel.

Ultrafiltrasi

Dalam hal ini, pergerakan beberapa zat terlarut dihasilkan oleh efek tekanan hidrostatik, dari area dengan tekanan terbesar ke area dengan tekanan terendah. Dalam tubuh manusia, proses ini terjadi di ginjal berkat tekanan darah yang dihasilkan oleh jantung.

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

Diseminasi yang difasilitasi

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

Diseminasi 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 yang ada.

Salah satu protein pengangkut 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 peristiwa ini, satu-satunya biaya adalah untuk menghasilkan energi potensial dalam bentuk konsentrasi diferensial di kedua sisi membran.

Dengan demikian, arah transportasi ditentukan oleh gradien yang ada. Zat terlarut mulai diangkut mengikuti prinsip difusi yang disebutkan di atas, sampai mereka mencapai titik di mana difusi bersih berakhir – pada titik ini keseimbangan telah tercapai. Dalam kasus ion, pergerakannya juga dipengaruhi oleh muatan.

Namun, satu-satunya kasus di mana distribusi ion di kedua sisi membran berada dalam keseimbangan sejati adalah ketika sel mati. Semua sel hidup menginvestasikan banyak energi kimia untuk menjaga konsentrasi zat terlarut tidak seimbang.

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

Karakteristik transpor aktif

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

transpor aktif dapat bertindak melawan gradien konsentrasi, tidak peduli seberapa ditandai bahwa mereka – properti ini akan menjadi jelas dengan penjelasan dari pompa natrium – kalium (lihat di bawah).

Mekanisme transpor aktif dapat memindahkan lebih dari satu kelas molekul pada suatu waktu. Untuk transpor aktif, klasifikasi yang sama yang disebutkan untuk transpor 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 dari jenis Michaelis-Menten. Kedua perilaku – dihambat oleh beberapa molekul dan kinetika – adalah 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 cirinya.

Selektivitas transportasi

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

Diperkirakan bahwa protein mampu 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 kutub yang lemah akan menggunakan ion besar, lebih disukai.

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

Contoh transpor aktif: pompa natrium-kalium

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

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

Sebuah fitur mencolok dari sel adalah kemampuan untuk mempertahankan gradien curam ion natrium (Na + ) dan kalium (K + ).

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

Dengan prinsip-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 dibentuk oleh 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, ada dua faktor yang menentukan pergerakan ion antara kompartemen seluler dan ekstraseluler. Yang pertama adalah kecepatan di mana pompa natrium-kalium bekerja, dan faktor kedua adalah kecepatan di mana ion dapat memasuki sel lagi (dalam kasus natrium), karena peristiwa difusi pasif.

Dengan cara ini, kecepatan masuknya ion ke dalam sel menentukan kecepatan kerja pompa untuk mempertahankan konsentrasi ion yang sesuai.

Pengoperasian pompa tergantung pada serangkaian perubahan konformasi 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

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

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

-Endositosis

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

fagositosis

proses fagositosis

fagositosis

fagositosis jenis transportasi di mana partikel padat ditutupi oleh vesikel atau phagosome terdiri dari pseudopodia menyatu. Partikel padat yang tersisa di dalam vesikel ini dicerna oleh enzim dan dengan demikian mencapai bagian dalam sel.

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

Pinositosis

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

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 vesikel pinositik di mana isi vesikel atau tetesan diproses untuk kembali ke permukaan sel.

Endositosis melalui reseptor

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

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

-eksositosis

Transportasi sel: jenis dan karakteristiknya

Ini adalah jenis transportasi seluler di mana zat harus dibawa ke luar sel. Selama proses ini, membran vesikel sekretorik berikatan dengan membran sel dan melepaskan isi vesikel.

Dengan cara ini sel menghilangkan zat yang disintesis atau zat sisa. Ini juga bagaimana 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 praktikum anatomi dan fisiologi . Redaksi Paidotribo.
  3. Larradagoitia, LV (2012). Anatomofisiologi dan patologi dasar . Redaksi Paraninfo.
  4. Randall, D., Burggren, WW, Burggren, W., Prancis, K., & Eckert, R. (2002). Fisiologi hewan Eckert . Macmillan.
  5. Vived, . M. (2005). Dasar-dasar fisiologi aktivitas fisik dan olahraga . Ed. Medis Panamerika.