Komponen Membran Plasma terdiri dari lima bagian berikut

Komponen utama membran plasma meliputi:

  • Protein seperti glikoprotein, yang digunakan untuk pengenalan sel dan bertindak sebagai reseptor dan antigen.
  • Protein seperti glikolipid yang melekat pada fosfolipid bersama dengan rantai gula.
  • Lipid dengan rantai pendek dari karbohidrat yang melekat di sisi ekstraseluler membran.
  • Fosfolipid Bilayer – yang terdiri dari fosfat dan lipid. Mereka membuat membran semi-permeabel, yang memungkinkan hanya zat tertentu untuk berdifusi melalui membran.
  • Kolesterol – mempertahankan fluiditas membran permukaan sel.

Fosfolipid Bilayer

Membran plasma adalah yang paling teliti dipelajari dari semua membran sel, dan sebagian besar melalui penyelidikan membran plasma bahwa konsep struktur membran kita saat ini telah berevolusi.

Membran plasma sel darah merah mamalia (eritrosit) telah sangat berguna sebagai model untuk studi struktur membran.

Sel darah merah mamalia tidak mengandung nuklei atau membran internal, sehingga mereka mewakili sumber dari mana membran plasma murni dapat dengan mudah diisolasi untuk analisis biokimia.

Memang, studi tentang membran plasma sel darah merah memberikan bukti pertama bahwa membran biologis terdiri dari bilayers lipid. Pada tahun 1925, dua ilmuwan Belanda (E. Gorter dan R. Grendel) mengekstraksi lipid membran dari sejumlah sel darah merah yang diketahui, sesuai dengan luas permukaan membran plasma yang diketahui.

Komponen membran plasma
Komponen membran plasma terdiri dari lipid dan protein

Struktur bilayer membran plasma eritrosit jelas terbukti dalam mikrograf elektron pembesaran tinggi (Gambar 12.1). Membran plasma muncul sebagai dua garis padat yang dipisahkan oleh ruang intervensi — morfologi yang sering disebut sebagai tampilan “jalur kereta api”.

Gambar ini dihasilkan dari pengikatan logam-logam berat padat-elektron yang digunakan sebagai noda dalam mikroskop elektron transmisi ke kelompok kepala polar fosfolipid, yang karenanya muncul sebagai garis-garis gelap. Garis-garis padat ini dipisahkan oleh bagian dalam yang bernoda ringan dari membran, yang mengandung rantai asam lemak hidrofobik.

Struktur dua lapis membran plasma. Mikrograf elektron dari sel darah merah manusia. Perhatikan tampilan jalur rel dari membran plasma. (Atas perkenan J. David Robertson, Pusat Medis Universitas Duke.)

Membran plasma sel hewan mengandung empat fosfolipid utama (fosfatidilkolin, fosfatidletanolamin, fosfatidilserin, dan sphingomielin), yang bersama-sama menyumbang lebih dari setengah lipid di sebagian besar membran.

Komponen lipid dari membran plasma. Leaflet luar sebagian besar terdiri dari fosfatidilkolin, sphingomielin, dan glikolipid, sedangkan leaflet bagian dalam mengandung fosfatidletanolamin, fosfatidilserin, dan fosfatidlinositol. Kolesterol (selengkapnya…)

Selain fosfolipid, membran plasma sel hewan mengandung glikolipid dan kolesterol. Glikolipid ditemukan secara eksklusif di selebaran luar membran plasma, dengan bagian-bagian karbohidratnya terpapar pada permukaan sel. Mereka adalah komponen membran yang relatif kecil, hanya sekitar 2% dari lipid sebagian besar membran plasma. Kolesterol, di sisi lain, adalah konstituen membran utama sel hewan, hadir dalam jumlah molar yang sama dengan fosfolipid.

Dua karakteristik umum fosfolipid bilayers sangat penting untuk fungsi membran plasma. Pertama, struktur fosfolipid bertanggung jawab atas fungsi dasar membran plasma sebagai penghalang antara dua kompartemen berair. Karena bagian dalam lapisan ganda fosfolipid ditempati oleh rantai asam lemak hidrofobik, membran plasma tidak dapat ditembus oleh molekul yang larut dalam air, termasuk ion dan sebagian besar molekul biologis.

Kedua, lapisan ganda dari fosfolipid pada membran plasma yang terjadi secara alami adalah cairan kental, bukan padatan. Asam lemak dari sebagian besar fosfolipid alami memiliki satu atau lebih ikatan rangkap, yang memperkenalkan kerutan ke dalam rantai hidrokarbon dan membuatnya sulit untuk dikemas bersama. Karenanya rantai hidrokarbon panjang dari asam lemak bergerak bebas di bagian dalam membran plasma, sehingga membran itu sendiri lunak dan fleksibel. Selain itu, baik fosfolipid dan protein bebas berdifusi secara lateral di dalam membran — sifat yang sangat penting bagi banyak fungsi membran.

Karena struktur cincinnya yang kaku, kolesterol memainkan peran yang berbeda dalam struktur membran plasma. Kolesterol tidak akan membentuk membran plasma dengan sendirinya, tetapi menyisipkan ke dalam bilayer fosfolipid dengan gugus hidroksil polarnya yang dekat dengan gugus fosfolipid.

Tergantung pada suhu, kolesterol memiliki efek berbeda pada fluiditas membran plasma. Pada suhu tinggi, kolesterol mengganggu pergerakan rantai asam lemak fosfolipid, membuat bagian luar membran lebih sedikit cairan dan mengurangi permeabilitasnya terhadap molekul kecil.

Namun, pada suhu rendah, kolesterol memiliki efek sebaliknya: Dengan mengganggu interaksi antara rantai asam lemak, kolesterol mencegah membran plasma membeku dan mempertahankan fluiditas membran plasma.

Meskipun kolesterol tidak ada dalam bakteri, ini merupakan komponen penting dari membran plasma sel hewan. Sel-sel tumbuhan juga kekurangan kolesterol, tetapi mengandung senyawa terkait (sterol) yang memenuhi fungsi serupa.

Studi terbaru menunjukkan bahwa tidak semua lipid berdifusi bebas dalam membran plasma. Sebaliknya, domain membran diskrit tampaknya diperkaya dengan kolesterol dan sphingolipid (sphingomyelin dan glikolipid).

Protein Membran plasma

Sementara lipid adalah elemen struktural mendasar dari membran plasma, protein bertanggung jawab untuk melakukan fungsi membran tertentu. Sebagian besar membran plasma terdiri dari sekitar 50% lipid dan 50% protein berat, dengan bagian karbohidrat dari glikolipid dan glikoprotein yang menyusun 5 hingga 10% dari massa membran.

Karena protein jauh lebih besar daripada lipid, persentase ini sesuai dengan sekitar satu molekul protein per setiap 50 hingga 100 molekul lipid. Pada tahun 1972, Jonathan Singer dan Garth Nicolson mengusulkan model mosaik fluida dari struktur membran plasma, yang sekarang secara umum diterima sebagai paradigma dasar untuk organisasi semua membran biologis.

Model mosaik cairan membran plasma. Protein membran integral dimasukkan ke dalam lipid bilayer, sedangkan protein perifer terikat ke membran secara tidak langsung oleh interaksi protein-protein. Sebagian besar protein membran integral adalah transmembran.

Singer dan Nicolson membedakan dua kelas protein terkait membran plasma, yang mereka sebut protein membran perifer dan integral. Protein membran perifer secara operasional didefinisikan sebagai protein yang terlepas dari membran plasma setelah perawatan dengan reagen polar, seperti larutan pH ekstrim atau konsentrasi garam tinggi, yang tidak mengganggu lapisan ganda fosfolipid.

Setelah dipisahkan dari membran, protein membran plasma perifer larut dalam buffer berair. Protein ini tidak dimasukkan ke dalam interior hidrofobik dari lipid bilayer. Sebaliknya, mereka secara tidak langsung terkait dengan membran melalui interaksi protein-protein. Interaksi ini sering melibatkan ikatan ionik, yang terganggu oleh pH ekstrim atau garam tinggi.

Berbeda dengan protein membran perifer, protein membran plasma integral dapat dilepaskan hanya dengan perawatan yang mengganggu lapisan ganda fosfolipid. Bagian-bagian dari protein membran integral ini dimasukkan ke dalam lapisan ganda lipid, sehingga mereka dapat dipisahkan hanya oleh reagen yang mengganggu interaksi hidrofobik.

Reagen yang paling umum digunakan untuk pelarutan protein membran plasma integral adalah deterjen, yang merupakan molekul amphipathic kecil yang mengandung kelompok hidrofobik dan hidrofilik.

Banyak protein integral adalah protein transmembran, yang menjangkau bilayer lipid dengan bagian-bagian yang terbuka di kedua sisi membran plasma. Protein-protein ini dapat divisualisasikan dalam mikrograf elektron membran plasma yang disiapkan dengan teknik fraktur beku.

Bagian membran plasma yang mencakup protein transmembran biasanya heliks α dari 20 hingga 25 asam amino hidrofobik yang dimasukkan ke dalam membran retikulum endoplasma selama sintesis rantai polipeptida.

Protein-protein ini kemudian diangkut dalam vesikel membran dari retikulum endoplasma ke aparatus Golgi, dan dari sana ke membran plasma. Gugus karbohidrat ditambahkan ke rantai polipeptida baik di retikulum endoplasma dan aparatus Golgi, sehingga sebagian besar protein transmembran membran plasma adalah glikoprotein dengan oligosakarida mereka terpapar pada permukaan sel.

Studi sel darah merah telah memberikan contoh yang baik dari protein perifer dan integral yang terkait dengan membran plasma. Selaput eritrosit manusia mengandung sekitar selusin protein utama, yang pada awalnya diidentifikasi oleh elektroforesis gel preparat membran.

Sebagian besar dari ini adalah protein membran perifer yang telah diidentifikasi sebagai komponen sitoskeleton kortikal, yang mendasari membran plasma dan menentukan bentuk sel.

Dua protein membran integral utama dari sel darah merah, glikophorin dan pita 3, memberikan contoh struktur protein transmembran yang diteliti. Glikophorin adalah glikoprotein kecil dari 131 asam amino, dengan berat molekul sekitar 30.000, setengahnya adalah protein dan setengah karbohidrat.

Glikophorin melintasi membran plasma dengan heliks α tunggal yang membentang dari 23 asam amino, dengan bagian terminal amino glikosilasi yang terpapar pada permukaan sel. Meskipun glikophorin adalah salah satu protein transmembran pertama yang dikarakterisasi, fungsinya yang tepat masih belum diketahui. Sebaliknya, fungsi protein transmembran utama lainnya dari sel darah merah dipahami dengan baik.

Related Posts