Tag Archives: teori mozaik

Model Mosaik Cair dan Bukti yang Mendukungnya

Model mosaik cair yang dikembangkan pada tahun 1972 oleh Singer dan Nicolson memperkenalkan ide baru tentang penyebaran lipid dan protein pada membran, karena itu mereka merevolusi ilmu pengetahuan (berpikir ilmiah) tentang struktur membran. Model ini memecahkan dasar baru dengan dalil (sasaran) yang meyakinkan bahwa protein terpancang secara langsung pada membran bilayer. Banyaknya penelitian ini dipicu oleh hipotesis yang didukung sepenuhnya berdasar struktur membran dan memberi tambahan penjelasan serta sangat memperluas model.

Menurut De Robertis dkk, (1975, 156), konsep biomembran sebagai model mosaik cair dirumuskan sebagai hasil integrasi data yang dikumpulkan dari berbagai cara analisis, misalnya analisis kimiawi, teknik mikroskop, polarisasi, difraksi sinar–X, elektron mikroskop dengan freeze-atching, nuclear magnetic resonance, optical rotary dispersion, circular dichroims, electron spin labelling techniques, dan differential thermal analysis. Masing-masing teknik tersebut memberikan sumbangannya untuk memahami komponen utama dari membran plasma kesatuannya dalam ikatan molekuler.

Lebih lanjut diterangkan bahwa postulat model cairan mosaik cair dari membran plasma dinyatakan:

  1. Lipida dan protein integral, tersusun semacam susunan mosaik
  2. Biomembran memiliki susunan kuasi-cair atau semi-cair sedngkan komponen lipida dan protein integral masing-masing dapat melakukan transisional di dalam kesatuan susunan dua lapis dari membran plasma.

  1. Keistimewaan dari Model Mosaik Cair (“Fluid Mosaic Model”)

Matriks phospholipid terdiri atas dua lapisan, dan didalamnya terdapat dua tipe protein, ialah protein perifer yang dapat bereaksi dan dapat larut pada air (polar), dan protein integral yang sukar berikatan dan sukar larut air (nonpolar). Keistimewaan yang ditekankan oleh Singer dan Nicolson adalah bahwa bilayer sangat cair dibawah keadaan fisiologik. Di bawah kondisi fisiologik lapisan bilayer berada dalam keadaan cair karena itu molekul lipida membentuk bilayer bebas, terjadi pertukaran tempat dan melakukan gerakan seperti rotasi, sifat khusus yang dimiliki cairan. Tambahan pada model asli yang diusulkan bahwa “flip-flop” (mengubah) molekul fosfolipid dai satu bilayer ke yang lain sangat dibatasi.

2. Protein Membran

Model mosaik cair menegaskan ada dua kelompok utama protein membran yaitu protein integral dan protein perifer, sesuai dengan model penggabungannya dengan membran bilayer. Protein integral yang diusulkan menjadi sangat dalam terpancang pada bilayer dan ditaruh pada tempatnya melalui interaksi nonpolar dengan lipid membran. Jumlah protein integral dalam biomembran mosaik cair nampak lebih sedikit daripada susunan dua lapis lipidanya. Terikatnya pada bilayer tergantung pada dua sifat dua kelarutan dari protein membran. Pada permukaan polar membran, molekul protein bersifat hidrofilik karena adanya gugus rantai samping asam amino. Rantai sisi nonpolar nampak pada permukaan protein yang berhadapan dngan membran dalam yang hidrofobik dan ditarik pada posisi ini oleh penggabungannya dengan rantai hidrokarbon nonpolar dari lipid membran. Karena pada molekul protein integral terdapat gugus hidofilik dan hidrofobik bersama-sama, protein integral bersifat amphipatik. Protein integral tinggal pada kedudukan yang stabil pada bilayer karena seperti lipid membran, adanya perubahan pada orientasi akan menampakkan daerah hidrofobiknya pada sekeliling yang berair. Karena penggabungannya yang erat dengan membran dalam yang nonpolar, protein integral membran dapat dipindahkan (bergeser) hanya oleh keadaan yang mengganggu, seperi detergen atau pelarut nonpolar yang merusak bilayer. Dalam keterbatasan ini protein integral berpotensi bebas menggantikan molekul phospholipid dan bergerak lateral menembus bilayer cair.

Protein perifer adalah molekul hidrofilik yang terikat nonkovalen pada permukaan membran yang nonpolar. Karena sifat alamiahnya yang hidrofilik dan polar, protein membran perifer dapat dipisahkan oleh perlakuan yang relatif ringan yang tidak mengganggu bilayer, dengan konsentrasi garam atau pH tertentu dari medium yang mengelilinginya. Singer mengusulkan bahwa protein perifer hanya terikat dengan bagian protein membran pada permukaan membran.

Adapun gambar dari protein perifer dan protein integral dan kedudukannya pada membran adalah: (gambar 2)

Tabel Sifat Khas Protein Membran Intergral dan Perifer

No

Sifat yang khas

Protein integral

Protein perifer

1

Lokasi di membran

Terbenam pada membran dalam yang hirofobik

Terikat pada permukaan membran

2

Yang diperlukan untuk bebas dari membran

Hanya dapat dibebaskan oleh agen yang merusak membran bilayer seperti detergen.

Dibebaskan melalui perlakuan yang menyebabkan kerusakan bilayer seperti kenaikan konsentrasi garam

3

Bergabung/tidak dengan lipid bila dibebaskan

Biasanya bergabung dengan lipid

Tidak bergabung dengan lipid

4

Kelarutan

Biasanya tidak larut pada media yang berair

Biasanya larut pada media berair

Singer-Nicolson semula mengusulkan bahwa protein integral bebas bergerak pada bilayer cair. Ini menjadi nampak bahwa pergerakan bebas mungkin dibatasi, walaupun melalui beberapa protein integral ke dalam kumpulan atau gabungan antara protein integral dan perifer. Pada protein perifer bergabung sitoskeleton atau pada permukaan membran sebagai pegangan banyak protein integral pada posisi yang tetap. Bukti saat ini menunjukkan bahwa jaringan yang berlaku sebagai jangkar bagi protein perifer terdapat secara luas pada membran sel terutama membran plasma. Sebegitu jauh, penelitian membran plasma, jaringan sitoskeleton menyebabkan protein membran menjadi tidak mobile terutama ditemukan pada permukaan membran dalam yang berbatasan dengan sitoplasma. Jaringan yang lain dibentuk oleh bahan-bahan ekstraseluler membentuk hubungan yang tidak mobile pada permukaan luar

3. Karbohidrat membran

Pada model, kelompok karbohidrat yang bersifat hidrofilik terdiri atas senyawa glikoprotein dan glikolipid yang dianggap meluas ke dalam lingkungan yang polar pada permukaan membran. Pada membran plasma kelompok gula hanya terdapat terbabas pada permukaan luar sel. Bukti-bukti mendukung keistimewaan model ini dan memberi petunjuk bahwa kelompok karbohidrat tersebar sangat tebal paa permukaan luar dari membran plasma malalui phospholipid bilayernya, muncul secara langsung pada medium berair yang mengelilinginya. Pada membran yang membentuk gelembung ke arah dalam yang menghubungkan secara langsung atau tidak langsung dengan bagian luar, seperti RE atau kompleks Golgi, kelompok karbohidrat meluas dari membran ke dalam ruang yang diduduki oleh gelembung.

Interaksi diantara kelompok karbohidrat pada permukaan membran dapat juga membentuk jaringan sebagai tempat penambatan protein integral membran dan membatasi gerakannya. Karena kelompok karbohidrat terdapat pada bagian luar pada membran plasma, jaringan (tempat) penambatan dari tipe ini diharapkan terutama terjadi pada permukaan sel.

4. Asimetri Membran

Keistimewaan lain dari model mosaik cair adalah susunan phospholipid dan protein integral mapun perifer yang asimetri. Molekul-molekul lipid lembaran luar selaput plasma berbeda dengan molekul-molekul lipid yang terdapat di lembaran dalam. Demikian pula molekul polipeptida yang tersembul dari kedua lembaran dwi lapis lipid tersebut juga berbeda. Penyebaran karbohiratnya pun asimetris. Rantai-rantai karbohidrat dari sebagain besar glikolipid, glikoprotein, dan proteoglikan pada selaput plsama tidak pernah berada di permukaan sitosol.

b. Transport Aktif

Pada transport aktif, substansi atau molekul yang menenbus membran dapat bergerak melawan gradien elektrokimia. Pada transport aktif diperlukan energi yang terutama bersumber pada air.

Proses pengambilan suatu substansi oleh sebuah sel dari sekitarnya melalui membrane plasma secara umum disebut endositosis sedangkan proses pengeluarannya disebut eksositosis.

b.1. Endositosis

Bentuk proses endositosis :

1.) Fagositosis

Fagositosis adalah proses pengambilan partikel-partikel padat yang ukurannya agak besar. Pada fagositosis, sel menelan suatu partikel dengan kaki palsu mengelilingi dan membungkus serta mengemasnya dalam kantung besar (vakuola) yang dibungkus membran.

2.) Pinositosis

Pada pinositosis sel menelan tetes-tetes cairan ekstraseluler dalam gelembung yang kecil. Zat yang dapat merangsang terjadinya pinositosis adalah asam amino tertentu 9protein dan ion)

3.) Endositosis

Endositosis dijembatani oleh reseptor. Apabila suatu suatu molekul spesifik terikat reseptor maka permukaan sel akan menyelubunginya membentuk gelembung. Gelembung-gelembung yang terbentuk akan diperkuat dengan protein fibrosa klatrin pada sisi sitoplasmik.

b.2. Eksositosis

Dalam proses eksositosis mula-mula membrane suatu vesikel atau vakuola yang terdapat di dalam sitoplasma menempel pada membrane plasma. Kemudian membrane plasma membuka untuk sementara sehingga isi vesikel atau vakuola dapat dikeluarkan dari dalam sel. Substansi yang dikeluarkan berupa sekresi (misalnya hormon atau partikel yang tidak tercerna).

b.3. Pompa ion

Pengeluaran ion Na+ dari dalam sel ke luar sel dapat berlangsung terus menerus. Proses ini diikuti dengan pemasukanion K+.

Hubungan membran pada 2 sel diantaranya:

1). Demosom

Demosom adalah hubungan adhesif yang terpenting pada sel-sel hewan. Pada daerah demosom dalam tepi sitoplasma sel-sel yang berdampingan terdapat lapisan tebal yang dibentuk oleh serabut. Dari lapisan tersebut terpencar serabut-serabut yang lebih tebal kea rah dalam sitoplasma masing-masing sel, yang disebut tonofilamen. Diantara kedua sel yang dihubungkan demosom masih tampak ada sedikit serabut ekstraseluler (merupakan glikoprotein pada membrane plasma). Demosom banyak terdapat pada jaringan yang terkena tekanan, misalnya jaringan epithelium yang melapisi permukaan tubuh dan melapisi rongga badan.

2.) Hubungan rapat

Hubungan sel yang rapat terdapat pada jaringan yang melapisi rongga badan, dinding-dinding pembuluh dan saluran empedu dalam hati. Terdapat juga pada sel-sel jaringan yang melapisi saluran pencernaan makanan, pada dinding kapiler darah (misal otak) dan kantong urinaria.

3.) Hubungan komunikasi

Terdapat lubang hidrofilik yang kecil pada membran plasma sel yang berdampingan yang dapat dilalui ion dan molekul-molekul kecil. Hubungan ini memberi jalan yang cepat pada substansi yang masuk dari satu sel ke sel lain. Hubungan ini banyak terdapat pada otot jantung, otot polos, pada saluran pencernaan makanan dan uterus. Hubungan ini mengikat sel satu sam lain, mencegah pencampuran cairan yang berasal dari kompartemen tubuh yang berlainan dan memungkinkan hubungan langsung antara sel-sel yang berdampingan.

4.) Plasmodesmata

Pada tumbuhan, sitoplasma sel-sel yang berdampingan dihubungkan dengan benang-benang plasma (plasmodesmata).