Language
Country/Area
No result found
Penjaga sel: Bagaimana protein transpor menentukan molekul mana yang dapat memasuki sel?
Dalam biologi sel, transpor membran mengacu pada sekelompok mekanisme yang mengatur pergerakan zat terlarut (seperti ion dan molekul kecil) melintasi membran biologis. Membran biologis ini sebagian besar terdiri dari lapisan lipid dengan protein yang tertanam di dalamnya. Permeabilitas selektif membran biologis memungkinkannya untuk memisahkan zat berdasarkan sifat kimianya. Dengan kata lain, beberapa zat dapat memasuki sel, sementara yang lain tidak. Pergerakan sebagian besar zat terlarut dilakukan melintasi protein transpor membran, yang memiliki berbagai tingkat spesialisasi dalam mengangkut molekul tertentu.
Seperangkat transporter khusus mungkin ada untuk setiap jenis sel dan fase fisiologis spesifiknya.
Karena keragaman sel dan karakteristik fisiologisnya terkait erat dengan kemampuan untuk menarik elemen eksternal, pengaturan fenomena ini dikendalikan oleh transkripsi dan translasi diferensial gen yang mengkode transporter ini, dan proses ini dapat dikendalikan oleh jalur pensinyalan seluler. Ini diaktifkan pada tingkat biokimia, bahkan di dalam retikulum endoplasma sel.
Latar Belakang
Aliran zat dapat mengikuti gradien konsentrasi atau elektrokimia, atau mengalir ke arah yang berlawanan. Jika zat mengalir ke arah gradien konsentrasi, yaitu arah penurunan konsentrasi, tidak diperlukan masukan energi eksternal; namun, jika pengangkutannya berlawanan arah dengan gradien, diperlukan masukan energi metabolik.
Dalam larutan yang tidak dapat bercampur, air akan mengalir secara spontan dari konsentrasi yang lebih rendah ke konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi untuk mencapai keseimbangan.
Membran biologis bersifat amfifilik, membentuk lapisan hidrofobik bagian dalam dan lapisan hidrofilik bagian luar. Struktur ini memungkinkan zat masuk atau keluar sel melalui difusi pasif. Ketika zat yang diangkut memiliki muatan bersih, zat tersebut tidak hanya dipengaruhi oleh gradien konsentrasi tetapi juga oleh gradien elektrokimia yang disebabkan oleh potensial membran. Meskipun hanya sejumlah kecil molekul yang dapat berdifusi melintasi membran lipid, sebagian besar proses transpor bergantung pada bantuan protein transpor membran.
Prinsip Termodinamika
Proses fisiologis harus mematuhi prinsip termodinamika dasar. Transpor membran mengikuti hukum fisika yang menentukan fungsi biologisnya. Prinsip termodinamika penting untuk perpindahan massa melintasi membran biologis adalah perubahan energi bebas.
Ketika C2 lebih kecil dari C1, ΔG negatif dan reaksi cenderung berlangsung spontan.
Keseimbangan proses ini tercapai ketika C1 sama dengan C2 dan ΔG=0. Ada tiga situasi lain di mana makromolekul mungkin lebih suka mengikat suatu komponen atau mengubah sifat kimianyapada satu sisi membran, yang akan mengakibatkan kurangnya gradien untuk mendorong transportasi meskipun konsentrasi zat terlarut tetap berbeda di kedua sisi. Potensi yang ada di membran dapat lebih lanjut memengaruhi distribusi ion.
Jenis Transportasi
Difusi Pasif dan Difusi AktifDifusi pasif adalah fenomena spontan yang meningkatkan entropi suatu sistem dan menurunkan energi bebasnya. Kecepatan proses ini bergantung pada karakteristik zat yang diangkut dan sifat lapisan lipid. Sebaliknya, difusi aktif adalah pengangkutan zat terlarut melawan gradien konsentrasi atau elektrokimia, suatu proses yang menghabiskan energi, biasanya ATP. Adanya transportasi ini memungkinkan sel untuk mengendalikan stabilitas lingkungan internalnya dan mempertahankan operasi normal proses kehidupan.
Protein transpor aktif sekunder
Protein transpor aktif sekunder berbagi energi dengan ion dan melakukannya dengan mengangkut dua zat secara bersamaan. Berdasarkan arah pengangkutan kedua zat ini, protein pengangkut dapat dibagi menjadi protein pengangkut terbalik dan protein pengangkut bersama, yang masing-masing mengangkut satu zat ke arah yang berlawanan.
Pengoperasian Pompa
Pompa adalah protein yang mengangkut zat terlarut tertentu dengan menghidrolisis ATP. Gradien elektrokimia yang dihasilkan oleh proses ini sangat penting untuk penilaian status sel. Misalnya, pompa natrium-kalium adalah salah satu pompa penting dalam sel. Cara kerjanya kurang lebih seperti ini: tiga ion natrium mengikat situs aktivasi pompa, kemudian ATP dihidrolisis, yang menyebabkan struktur pompa berubah, melepaskan ion natrium ke luar sel, yang kemudian mengikat ion kalium dan memasuki sel.
Selektivitas membran
Selektivitas membran biologis merupakan fitur utama pengangkutan zat dan fenomena ini telah dipelajari secara ekstensif. Untuk selektivitas elektrolit, diameter bagian dalam saluran ion akan memfasilitasi lewatnya ion-ion kecil, sementara interaksi antara hidrasi dan muatan internal membran merupakan faktor penting lainnya. Apakah ia dapat berinteraksi dengan bagian dalam membran dengan cara yang tepat juga menentukan efisiensi pengangkutan material.
None-elektrolit umumnya berdifusi melalui lapisan lipid daripada larut melaluinya.
Oleh karena itu, meskipun terdapat banyak mekanisme pengangkutan yang bekerja sama di dalam sel, selektivitas membran dan spesifisitas protein pengangkut cukup untuk mencapai adaptasi sel yang efektif terhadap lingkungan. Penemuan dan klasifikasi protein pengangkut memberikan dasar penting bagi pemahaman kita tentang bagaimana sel menjaga stabilitas lingkungan internalnya melalui mekanisme ini.
Haruskah kita menjelajahi dan menemukan
