Membran sel atau membran plasma adalah struktur selaput tipis yang menyelubungi sebuah sel yang membatasi keberadaan sebuah sel, sekaligus juga memelihara perbedaan-perbedaan pokok antara isi sel dengan lingkungannya. Namun membran sel tersebut tidak sekedar merupakan sebuah penyekat pasif, melainkan juga sebuah filter yang memiliki kemampuan memilih bahan bahan yang melintasi dengan tetap memelihara perbedaan kadar ion di luar dan di dalam sel. Bahan bahan yang diperlukan oleh sel dapat masuk, sedang bahan bahan yang merupakan limbah sel dapat melintas ke luar sel.
(Membran Sel) Perkembangan pembentukan membran sel merupakan tahap sangat penting dalam terjadinya bentuk kehidupan yang paling awal. Tanpa membran sel, sebuah sel mungkin melangsungkan kehidupannya. Semua membran organisme hidup, termasuk membran sel dan membran internal sel eukariotik, mempunyai susunan umum yang sama, yaitu terdiri atas himpunan molekul lipid dan protein yang terikat secara non-kovalen.
Struktur Membran Sel / Membran Plasma
Sebelum berhasil diisolasinya membran sel, sebagian besar teori tentang struktur membran sel didasarkan atas data yang diperoleh secara tidak langsung. Misalnya dalam tahun 1902 oleh Overton diajukan teori bahwa membran sel merupakan lapisan tipis lipid, karena kenyataan zat-zat yang larut dalam lipid dapat menembus membran sel. Sedang dari beberapa sifat membran sel yang lain, oleh Danielli diusulkan bahwa membran sel terdiri atas lapisan rangkap lipid yang diapit oleh lapisan protein pada kedua sisinya.
Sebelum diajukan teori membran sel oleh Singer dan Nicolson dalam tahun 1972, teori-teori tentang struktur membran sel dapat disimpulkan dalam 3 kelompok.
- Teori lembaran (Leaflet theory), yang pada dasarnya menyatakan bahwa membran sel tersusun oleh lapisan-lapisan.
- Teori bola-bola (globular theory), menyatakan bahwa komponen lipid-protein berbentuk sebagai bola-bola yang tersusun membentuk lembaran.
- Teori dinamis, yang menyatakan bahwa struktur membran sel dapat berbentuk lembaran berlapis dan dapat berubah menjadi susunan bola-bola mengikuti keadaan dan kebutuhan.
Penyusun Membran Sel
(Membran Sel) Petunjuk pertama yang mengisyaratkan bahwa membran sel dalam tubuh organisme hidup tersusun dari molekul molekul lipid dalam dua lapisan berasal dari percobaan yang dilakukan dalam tahun 1925. Lipid yang diekstraksi dengan aseton dari membran sel darah merah yang ditempati oleh selapis molekul lipid mempunyai luas dua kali permukaan sel darah merah. Kesimpulan percobaan tersebut sangat mempengaruhi konsep biologi sel pada saat itu, sehingga sebagian besar model struktur membran sel berdasarkan asumsi tersusun oleh molekul lipid dalam dua lapisan dapat diterima jauh sebelum struktur sebenarnya dapat dipastikan kebenarannya.
(Membran Sel) Selanjutnya pada pengkajian dengan difraksi sinar-X pada berbagai membran organisme hidup menunjukkan bahwa molekul molekul lipid tersusun dalam dua lapisan. Kesimpulan ini didukung pula oleh kenyataan bahwa membran sel tersebut dapat dibelah secara mekanik melalui bidang tengahnya menjadi dua lembar lapisan tunggal, apabila membran sel tersebut dibekukan lebih dahulu.
(Membran Sel) Tersusun molekul molekul lipid dalam dua lapisan tersebut, tidak lain disebabkan oleh sifat-sifat khusus dari molekul lipid itu sendiri. Molekul fosfolipid terdiri atas dua bagian; bagian hidrofilik yang dekat dengan air dan hidrofobik yang menjauhi air. Untuk melindungi bagian hidrofobik bersentuhan dengan air terbentuklah 2 lapisan, sehingga bagian hidrofilik terpapar kepada air.
Molekul lipid sebenarnya tidak larut dalam air, melainkan dapat larut dalam berbagai pelarut organik. Dari sebagian lapisan lipid sebuah sel hewan seluas 1 mikrometer kali 1 mikrometer, dapat diperoleh sebanyak 5 x 10 pangkat 6 molekul lipid atau sebanyak 10 pangkat 6 molekul apabila diambil dari seluruh permukaan sel.
Molekul molekul lipid dari membran sel ternyata tersusun, dari 3 jenis yaitu:
- Fosfolipid, yang terbanyak
- Kolesterol
- Glikolipid
(Membran Sel) Ketiga jenis lipid tersebut bersifat amfipotik, artinya molekulnya memiliki ujung hidrofobik atau nonpolar (menjauhi air) dan ujung hidrofilik atau polar (menyenangi air). Molekul fosfolipid digambarkan sebagai bentuk yang memiliki kepala (ujung polar) dan dua ekor (ujung nonpolar).
(Membran Sel) Bentuk ekor tersebut berasal dari 2 molekul asam lemak yang terikat pada molekul gliserol dengan 3 karbon dan bentuk kepala berasal dari ikatan molekul dengan asam fosfat. Panjang ekor beragam dari 14-24 atom karbon, yang biasanya salah satunya berasal dari gugus asam lemak jenuh, sedang ekor yang lain berasal dari gugus asam lemak tidak jenuh. Adanya ikatan rangkap dua atom karbon menyebabkan membengkoknya rantai gugus asam lemak.
Protein Membran Sel
(Membran Sel) Jika molekul molekul lipid yang membentuk dua lapisan adalah kerangka dasar membran sel, maka pada kerangka tersebut terdapat jenis molekul lain yaitu dalam bentuk berbagai jenis molekul protein. Hubungan antara molekul protein dengan molekul lipid dapat dibandingkan dengan molekul-molekul protein yang berada dalam pelarutnya, yaitu bahwa molekul protein dalam membran sel seakan-akan “terendam” dalam molekul lipid-lipid yang berada dalam ukuran 2 dimensional.
(Membran Sel) Keberadaan molekul molekul protein yang berbeda jenis dan berat molekul dalam membran sel memberikan perbedaan sifat dan kemampuan fungsi dari masing masing sel. Molekul-molekul protein dapat berfungsi sebagai enzim, reseptor, marka, wahana transportasi melalui membran dan lain-lainnya.
Apabila membran sel dari eritrosit dipisahkan, orang dapat membedakan paling sedikit adanya 3 jenis protein yaitu: spektrin, glikoforin dan “band III”. Ketiga jenis protein tersebut merupakan 60 % dari seluruh jenis protein yang paling menonjol karena merupakan 30 % dari jumlah protein seluruhnya, namun spektrin sebenarnya bukan protein yang ada dalam membran sel. Spektrin bukan bagian dari membran sel, karena berada diluar membran sel. Seperti juga molekul molekul lipid pada dua lapisan dapat bergerak mengalir ke samping, maka molekul-molekul protein ini dapat pula ditunjukkan bergerak bebas dalam membran sel, tanpa mengubah kedudukan dalam dua lapisan.
(Membran Sel) Beberapa jenis protein membran dapat dibedakan berdasarkan hubungan dan kedudukannya terhadap dua lapisan molekul lipid.
- Molekul protein menembus kedua lapisan molekul lipid, sehingga ujung-ujung molekul dapat menonjol pada kedua permukaan membran sel.
- Sebagian dari molekul protein terdapat diantara molekul lipid dari bagian dua lapisan, ujung molekul protein menonjol pada salah satu permukaan membran sel.
- Sebagian molekul protein berikatan secara kovalen dengan molekul lipid sebagian ujung molekul protein menonjol pada permukaan membran sel.
- Molekul protein berada pada permukaan membran sel, tetapi terikat dengan perantaraan molekul protein lain.
Molekul Karbohidrat Membran Sel
(Membran Sel) Semua sel eukariotik mempunyai karbohidrat pada permukaanya yang sebagian besar berbentuk sebagai rantai oligosakarida yang terikat dengan protein membran (glikoprotein) dan sebagian kecil terikat pada lipid (glikolipid). Sebagian besar dari protein membran yang dapat terlihat pada permukaan membran sel diduga mengikat gugus gula, sedang kurang dari 1/10 molekul lipid dari lapisan luar dari lipid mengikat karbohidrat. Selain itu dari setiap glikoprotein sebagian besar memiliki sejumlah rantai-rantai cabang oligosakarida, namun sebaliknya setiap molekul glikolipid hanya memiliki sebuah rantai cabang.
Secara keseluruhan, perbandingan karbohidrat dalam membran sel berkisar antara 2%-10% terhadap berat membran.
Pada semua membran sel organisme hidup, molekul karbohidrat selalu berada pada permukaan membran sel yang tidak berhadapan dengan sitoplasma. Inilah salah satu penyebab adanya bentuk asimetri dari membran sel yang terbentuk dari dua lapisan lipid.
(Membran Sel) Adanya molekul karbohidrat yang berlebihan pada beberapa sel eukariotik memberikan terminologi khusus, sekaligus sebagai selubung sel atau glikokaliks. Selubung sel ini kadang kadang mudah ditunjukkan dalam pengamatan mikrosokop cahaya dengan pewarnaan khusus.
Apakah kepentingan molekul karbohidrat pada permukaan sel (membran sel)? Dari lebih 100 jenis monosakarida yang terdapat di alam, hanya 3 jenis yang ditemukan pada molekul glikoprotein dan glikolipid membran. Monosakarida yang utama adalah galaktose, manosa, fukose, galaktosamin, glukosamin, glukose, dan asam sialik.
(Membran Sel) Fungsi rantai cabang oligosakarida pada glikolipid dan glikoprotein membran sel belum begitu jelas. Sangat mungkin bahwa gugus oligosakarida membran membantu agar molekul protein dapat terpancang kuat dalam membran sel dan berperan menstabilkan struktur protein.
(Membran Sel) Kompleksitas dari beberapa oligosakarida pada glikoprotein dan glikolipid membran selyang terpapar pada permukaan sel, memberikan petunjuk bahwa mereka sangat berperan penting dalam proses pengenalan dalam komunikasi antar sel. Hal ini sangat jelas terdapat pada sel sel yang terlibat dalam sistem imunitas.
Selubung Sel (Cell coat)
(Membran Sel) Seperti yang telah diketahui bahwa sel sel tumbuhan selalu diselubungi oleh dinding selyang tebal yang tersusun terutama oleh selulosa, yang juga merupakan molekul karbohidrat.
Pada mulanya diduga bahwa perbedaan utama antara sel hewan dan sel tumbuhan terletak pada ada tidaknya selubung karbohidrat sekeliling selnya. Tetapi dengan kemajuan teknik mikroskopi elektron ternyata bahwa di luar membran sel hewan masih terdapat selubung sel yang tersusun atas molekul karbohidrat, tetapi bukan dalam bentuk selulosa seperti sel tumbuhan.