Membran plasma memiliki sifat selektif dalam meloloskan molekul. Artinya, hanya molekul atau ion tertentu yang dapat melintasinya dengan mudah, sementara molekul atau ion lain dibatasi atau tidak dapat melintas sama sekali tanpa bantuan.

Sifat ini disebabkan oleh struktur dasar membran plasma, yaitu bilayer fosfolipid. Bagian kepala fosfolipid bersifat hidrofilik (suka air), sedangkan bagian ekornya hidrofobik (takut air). Lapisan ganda ini membentuk penghalang efektif bagi sebagian besar zat terlarut hidrofilik atau bermuatan. Selain itu, membran mengikuti prinsip fluid mosaic model: fosfolipid dan protein bergerak secara lateral, menjadikan membran dinamis. Pada sel hewan, kolesterol juga terbenam di antara fosfolipid untuk menjaga kestabilan membran pada berbagai suhu.

Sifat semipermeabel ini sangat penting untuk menjaga homeostasis sel, termasuk menjaga perbedaan konsentrasi ion di dalam dan luar sel. Perbedaan inilah yang diperlukan untuk penghantaran impuls saraf, kontraksi otot, serta mendukung transpor aktif.

Air dan Karbondioksida Dapat Bebas Merembes

Air dan karbon dioksida dapat melintas melalui membran plasma secara difusi pasif karena sifat fisikokimianya.

• Air (H₂O): Molekul kecil ini, walaupun polar, cukup kecil untuk merembes melalui celah antar fosfolipid. Pergerakannya jauh lebih cepat jika menggunakan protein channel khusus yang disebut aquaporin. Difusi air ini dikenal sebagai osmosis, yang terjadi mengikuti gradien konsentrasi zat terlarut.
• Karbondioksida (CO₂): Molekul kecil non-polar ini larut dengan baik dalam ekor hidrofobik bilayer fosfolipid. Karena itu, CO₂ (dan juga O₂) dapat berdifusi bebas mengikuti gradien konsentrasinya tanpa memerlukan energi.

Transpor Glukosa di Intestinum

Masuknya glukosa melibatkan dua mekanisme berbeda di sisi apikal dan basolateral sel epitel usus.

• Dari lumen intestinum ke dalam sel epitel: Glukosa masuk melalui kotransporter Na⁺-glukosa (SGLT1). Mekanisme ini merupakan transpor aktif sekunder, karena memanfaatkan gradien Na⁺ yang diciptakan oleh pompa Na⁺/K⁺ ATPase di membran basolateral. Energi berasal secara tidak langsung dari ATP yang digunakan pompa tersebut.
• Dari sel epitel ke lamina propria: Glukosa keluar melalui GLUT2 dengan difusi terfasilitasi, bergerak mengikuti gradien konsentrasinya.

Menariknya, setelah makan, kadar glukosa dalam lumen bisa sangat tinggi. Dalam kondisi ini, GLUT2 dapat berpindah sementara ke membran apikal untuk mempercepat penyerapan glukosa. Hal ini menunjukkan adanya regulasi dinamis transpor sesuai kondisi fisiologis.

Protein Pengangkut

Ada dua tipe utama protein membran untuk transpor:

• Carrier protein: mengikat molekul tertentu, mengalami perubahan konformasi, lalu melepaskannya ke sisi lain membran. Proses ini lebih lambat karena tergantung perubahan bentuk. Contoh: GLUT (glukosa) dan SGLT (Na⁺-glukosa).
• Channel protein: membentuk pori hidrofilik di membran, memungkinkan ion atau molekul kecil lewat dengan cepat. Beberapa channel bersifat “gated” (dibuka oleh tegangan, ligan, atau rangsangan mekanis). Contoh: aquaporin, kanal Na⁺, kanal K⁺, kanal Ca²⁺.

Pompa Ion (Transpor Aktif Primer)

Pompa ion menggunakan energi ATP untuk memompa ion melawan gradien konsentrasinya.

• Pompa Na⁺/K⁺ ATPase: memompa 3 Na⁺ keluar dan 2 K⁺ masuk per 1 ATP. Pompa ini vital untuk mempertahankan potensial membran, osmoregulasi, dan menyediakan energi untuk transpor aktif sekunder. Pompa ini juga menjadi target obat, misalnya digitalis pada terapi gagal jantung.
• Pompa H⁺ (proton pump): memompa H⁺ ke luar sel atau ke organel. V-type H⁺-ATPase menjaga keasaman lisosom atau vakuola, sementara F-type ATPase di mitokondria/kloroplas memanfaatkan gradien H⁺ untuk menghasilkan ATP. Pada sel parietal lambung, pompa H⁺ sangat penting dalam menghasilkan asam lambung.
• Pompa Ca²⁺ (Ca²⁺ ATPase): memompa Ca²⁺ ke luar sel atau ke retikulum endoplasma/sarkoplasma. Konsentrasi Ca²⁺ di sitosol dijaga tetap sangat rendah; lonjakan Ca²⁺ singkat digunakan sebagai sinyal penting untuk kontraksi otot, sekresi hormon, eksositosis, dan pembelahan sel.

Indera pada Organisme Uniseluler

Organisme bersel tunggal hidup langsung di lingkungannya yang berubah-ubah. Mereka memerlukan reseptor membran atau struktur khusus (silia, flagela, fotoreseptor) untuk mendeteksi nutrisi, bahaya, pH ekstrem, cahaya, atau suhu. Respons mereka dapat berupa kemotaksis, fototaksis, atau osmoregulasi. Tanpa kemampuan ini, organisme uniseluler tidak dapat bertahan hidup maupun bereproduksi.

Komunikasi pada Organisme Multiseluler

Dalam organisme multiseluler, komunikasi antarsel mutlak diperlukan untuk koordinasi. Komunikasi ini memungkinkan diferensiasi sel, pertumbuhan embrio, kerja sistem saraf, respon imun, hingga homeostasis metabolik.

Bentuk komunikasi antarsel beragam:

• Autokrin: sel memberi sinyal kepada dirinya sendiri.
• Parakrin: sinyal bekerja pada sel tetangga terdekat.
• Endokrin: sinyal berupa hormon yang bergerak lewat darah ke sel jauh.
• Juxtakrin: sinyal memerlukan kontak langsung antar sel.

Faktor yang Memungkinkan Komunikasi

Komunikasi sel hanya terjadi jika ada ligan (sinyal kimia) yang dilepaskan sel pengirim, reseptor spesifik pada sel target, mekanisme transduksi sinyal yang mengubah rangsangan luar menjadi respons internal, serta respons biologis yang nyata. Mekanisme penghentian sinyal juga diperlukan agar tidak terjadi overstimulasi.

Kelompok Ligan dan Reseptor

Ligan dapat dibagi dua:

• Hidrofobik: larut lemak, bisa menembus membran. Contoh: hormon steroid (estrogen, testosteron), hormon tiroid, NO. Reseptornya berada di sitoplasma atau inti sel.
• Hidrofilik: larut air, tidak bisa menembus membran. Contoh: insulin, dopamin, faktor pertumbuhan. Reseptornya ada di permukaan sel.

Reseptor juga terbagi dua: reseptor intraseluler untuk ligan hidrofobik dan reseptor membran untuk ligan hidrofilik (misalnya GPCR, reseptor kanal ion, reseptor tirosin kinase).

Mekanisme GPCR dan Kanal Ion

Reseptor GPCR bekerja dengan mengaktifkan protein G setelah ligan berikatan. Protein G aktif kemudian memicu enzim efektor (misalnya adenilat siklase atau fosfolipase C) untuk menghasilkan messenger kedua (cAMP, IP₃, DAG). Messenger ini kemudian menyalakan kaskade fosforilasi dan berbagai respons seluler. Mutasi GPCR diketahui dapat menyebabkan gangguan penglihatan, penyakit endokrin, dan kelainan jantung.

Reseptor kanal ion bekerja lebih cepat: ligan (misalnya asetilkolin) berikatan, kanal terbuka, ion mengalir, dan potensial membran berubah. Mekanisme ini sangat penting dalam transmisi sinyal saraf di sinaps dan kontraksi otot.

Kesimpulan

Membran plasma adalah penghalang selektif yang menjaga keseimbangan internal sel. Molekul kecil seperti air, O₂, dan CO₂ dapat melewatinya bebas, sementara molekul besar seperti glukosa membutuhkan protein pengangkut. Pompa ion memelihara gradien penting bagi fungsi sel, sementara reseptor memungkinkan sel merespons sinyal lingkungan. Pada organisme uniseluler, reseptor berperan sebagai indra bertahan hidup, sedangkan pada organisme multiseluler, komunikasi antarsel adalah kunci koordinasi dan homeostasis tubuh.

Referensi:

Membran plasma & semipermeabilitas

• Cell Membranes – pengantar struktur bilayer, protein membran, dan selective permeability. NCBI
• Transport of Small Molecules – ringkas tentang difusi, permeasi, dan peran protein transpor. NCBI
• Principles of Membrane Transport – bab komprehensif dari Molecular Biology of the Cell. NCBI
• Structure of the Plasma Membrane – fungsi protein tertanam (transpor selektif, adhesi, pensinyalan). NCBI

Air & CO₂; aquaporin (air)

• The Aquaporin Water Channels – ulasan Nobel-class tentang kanal air (AQPs). PMC
• Aquaporin water channels in the nervous system – peran AQP di jaringan saraf, tetapi konsepnya umum. PMC

Osmosis & contoh eritrosit

• Physiology, Osmosis (StatPearls) – definisi, hipotonik/hipertonik, implikasi klinis (isotonik). NCBI
• Measuring osmosis and hemolysis of red blood cells – artikel ajar (PDF tersedia) tentang hemolisis akibat larutan hipotonik. Physiology Journals

Konsentrasi ion intrasel vs. ekstrasel

• What are the concentrations of different ions in cells? (BioNumbers) – nilai tipikal [K⁺]i, [Na⁺]i, dsb. BioNumbers
• BioNumber 117096 – angka perbandingan [Na⁺] & [K⁺] sitosol vs. lumen/ekstrasel. bionumbers.hms.harvard.edu

Transpor glukosa di usus (SGLT1/GLUT2)

• The Role of SGLT1 and GLUT2 in Intestinal Glucose Absorption – ringkas, menjelaskan SGLT1 apikal & GLUT2 basolateral; juga membahas hipotesis relokasi GLUT2 apikal. PMC
• Does apical membrane GLUT2 have a role…? – artikel yang mengkritisi peran GLUT2 apikal (menunjukkan adanya perdebatan). PMC
• Computational Modelling of Glucose Uptake by SGLT1 and GLUT2 – model yang memasukkan skenario relokasi GLUT2 apikal pada kadar glukosa luminal tinggi. Frontiers

Pompa Na⁺/K⁺, H⁺, dan Ca²⁺

• Physiology, Sodium Potassium Pump (StatPearls) – 3 Na⁺ keluar : 2 K⁺ masuk per ATP; signifikansi fisiologis. NCBI
• Na⁺,K⁺-ATPase: Ubiquitous Multifunctional… (PMC) – ulasan mendalam tentang fungsi & rasio 3:2. PMC
• Structural basis for gating mechanism of the human Na⁺/K⁺-ATPase (Nat. Comm.) – perspektif struktur terbaru. Nature
• The Where, When, and How of Organelle Acidification (V-ATPase) – peran V-ATPase mengasamkan organel. PMC
• The V-type H⁺-ATPase in vesicular trafficking – kaitan V-ATPase dengan transport vesikel/eksositosis. PMC
• The Mitochondrion – ATP synthase (F-type) – ringkasan ATP synthase sebagai rotary machine penghasil ATP. NCBI
• The emerging roles of V-ATPase-dependent acidification – gangguan V-ATPase & penyakit neurodegeneratif (konteks klinis). BioMed Central

Komunikasi antarsel: mode sinyal & second messengers

• Signaling Molecules and Their Receptors – mode endokrin, parakrin, autokrin, contact-dependent/juxtakrin. NCBI
• Summary – The Cell (Cell-cell signaling categories) – ringkas kategori sinyal. NCBI
• Pathways of Intracellular Signal Transduction – cAMP, IP₃/DAG, pelepasan Ca²⁺ dari ER, dsb. NCBI

GPCR (reseptor terkait protein-G)

• Biochemistry, G Protein Coupled Receptors (StatPearls) – anatomi 7TM, ragam ligan, ringkasan mekanisme. NCBI
• LibreTexts: GPCRs – penjelasan ramah pembelajar tentang cAMP serta IP₃/DAG sebagai second messenger. Biology LibreTexts

Kanal Cl⁻ & patologi (CFTR)

• Cystic Fibrosis (StatPearls) – ikhtisar klinis & dasar molekuler CFTR. NCBI
• CFTR gene (MedlinePlus Genetics) – fungsi CFTR sebagai kanal Cl⁻ & implikasi mukus/sekresi. MedlinePlus
• Cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (review, PMC) – farmakologi & inhibitor kanal CFTR. PMC

Obat & contoh klinis terkait pompa/kanal

• Digoxin (StatPearls) – inhibisi Na⁺/K⁺-ATPase → efek inotropik; relevan dengan contoh digitalis. NCBI