Membran plasma adalah struktur yang krusial dalam sel tumbuhan yang membentuk penghalang semipermeabel atau selektif antara bagian dalam sel dan lingkungan eksternal. Selain berfungsi sebagai penghalang struktural, membran plasma juga mengandung protein-protein yang terlibat dalam transportasi molekul ke dalam dan keluar dari sel, serta mengandung molekul-molekul yang penting untuk menerima sinyal dari lingkungan dan hormon-hormon tumbuhan yang mengatur pertumbuhan dan pembelahan.
Komponen Struktural Membran Plasma
Molekul-molekul lipid menyediakan struktur untuk membran plasma, yang dijelaskan oleh model mozaik fluidik sebagai lautan dinamis dari lipid-lipid di mana molekul-molekul lain mengambang.
Fosfolipid merupakan lipid yang paling melimpah dalam membran plasma, tersusun dalam lapisan fosfolipid fluidik di mana sterol, protein, dan molekul-molekul lain tersebar. Fosfolipid adalah molekul amfipatik, mengandung wilayah yang menyukai air (hidrofilik) dan wilayah yang tak menyukai air (hidrofobik).
Setiap fosfolipid terdiri dari tulang punggung gliserol tiga karbon; dua karbon terikat pada molekul-molekul asam lemak rantai panjang, dan karbon ketiga terikat pada grup yang mengandung fosfat. Karena asam lemak bersifat nonpolar dan hidrofobik, mereka cenderung berkumpul dan mengecualikan air.
Aggregasi ini memungkinkan fosfolipid membentuk struktur lapisan ganda (bilayer) yang memiliki asam lemak dari kedua lapisan di tengah dan grup yang bermuatan, mengandung fosfat, di bagian luar.
Peran Sterol dan Karbohidrat
Sterol juga ditemukan dalam membran plasma sel tumbuhan. Sterol utama yang ditemukan dalam membran plasma sel tumbuhan adalah stigmasterol (berbeda dengan kolesterol yang ditemukan dalam membran plasma sel hewan). Sterol yang ditemukan dalam sel tumbuhan penting secara ekonomis sebagai bahan awal untuk obat berbasis steroid seperti pil KB.
Protein membran bisa menembus seluruh lapisan bilayer fosfolipid dan disebut sebagai protein transmembran. Protein transmembran sering disebut sebagai protein integral dan memiliki berbagai struktur dan fungsi.
Fungsi Protein dan Karbohidrat pada Membran
Protein membran sering penting dalam menerima sinyal dari lingkungan eksternal sebagai reseptor membran. Selain itu, protein membran juga terlibat dalam menerima sinyal seperti foton cahaya.
Protein membran membentuk pori-pori yang memungkinkan ion-ion (partikel bermuatan) untuk melewati interior membran. Protein membran yang disebut sebagai pembawa sangat penting untuk membawa molekul-molekul nutrisi seperti gula sederhana ke dalam sel.
Tidak semua protein dalam membran adalah protein transmembran. Beberapa hanya longgar terkait dengan membran, terpasang pada protein lain, atau diikat dalam membran oleh ekor lipid. Protein-protein ini, yang tidak melintasi kedua sisi membran, sering disebut sebagai protein membran perifer.
Selain protein, membran plasma juga mengandung molekul-molekul karbohidrat. Molekul-molekul karbohidrat biasanya terikat pada protein-protein membran atau pada molekul-molekul lipid dalam lapisan ganda. Karbohidrat memberikan informasi penting tentang jenis sel dan identitasnya.
Transportasi Melintasi Membran
Transportasi molekul ke dalam dan keluar sel adalah fungsi penting dari membran plasma. Molekul-molekul hidrofobik, seperti oksigen, dan molekul-molekul kecil dan tak bermuatan, seperti karbon dioksida, menyeberangi membran melalui difusi sederhana.
Molekul-molekul ini menggunakan energi potensial gradien kimia untuk mendorong pergerakan mereka dari area konsentrasi yang lebih tinggi di satu sisi membran ke area konsentrasi yang lebih rendah di sisi lain.
Proses Difusi dan Transport Aktif
Difusi bekerja dengan baik ketika gradien konsentrasinya curam. Sebagai contoh, dalam sel yang tidak memiliki kemampuan untuk melakukan fotosintesis, oksigen digunakan hampir secepat masuk ke dalam sel.
Molekul-molekul yang polar dikecualikan dari area hidrofobik lapisan ganda. Dua faktor memengaruhi transportasi jenis molekul ini: gradien konsentrasi dan gradien listrik.
Bilayer lipid memisahkan perbedaan muatan listrik dari satu sisi membran ke sisi lain, bertindak sebagai semacam kapasitor biologis.
Protein Transportasi dan Biosintesis Selulosa
Transportasi molekul bermuatan atau polar memerlukan bantuan protein dalam membran, yang dikenal sebagai transporters. Protein saluran membentuk pori-pori dalam membran dan memungkinkan molekul-molekul kecil bermuatan, biasanya ion anorganik, untuk mengalir melintasi membran dari satu sisi ke sisi lain.
Jika arah perjalanan ion sesuai dengan gradien elektrokimia, proses ini tidak memerlukan energi tambahan dan disebut sebagai transport pasif.
Protein pembawa mengubah bentuknya untuk mengangkut molekul kecil, seperti gula, dari satu sisi membran ke sisi lain. Pompa-pompa adalah protein dalam membran yang menggunakan energi dari adenosin trifosfat (ATP) atau cahaya untuk mengangkut molekul-molekul melintasi membran. Ketika energi digunakan dalam transportasi, prosesnya disebut sebagai transport aktif.
Dalam tanaman, membran plasma adalah situs sintesis selulosa, biopolimer paling melimpah di bumi. Studi mikroskop elektron menunjukkan bahwa membran sel tumbuhan mengandung struktur-struktur roset yang merupakan kompleks dari banyak protein dan merupakan situs sintesis selulosa.
Penelitian pada bakteri, tanaman kapas, dan tanaman Arabidopsis thaliana telah memungkinkan ilmuwan untuk mengisolasi gen yang sebenarnya melakukan reaksi kimia yang menghubungkan molekul-molekul glukosa menjadi struktur mikrofibril selulosa yang panjang.
Gen ini mengkodekan protein yang disebut transferase glikosil. Antibodi terhadap subunit katalitik dari transferase glikosil secara khusus melabeli struktur-struktur roset ini.
Dua molekul transferase ini bertindak secara simultan dari sisi yang berlawanan untuk menambahkan dua glukosa sekaligus ke mikrofibril yang tumbuh, menjelaskan rotasi glukosa bergantian dalam molekul-molekul selulosa.