Gambar 1:
Proses difusi sangat ditentukan oleh membran plasma. Beberapa jenis ion dan molekul zat seperti glukosa, asam amino, asam lemak, dan gliserol kecepatan difusinya lambat, sedangkan pada molekul zat yang bermuatan dan lemak terlarut, difusinya lebih cepat. Proses difusi pada sel ada yang dibantu oleh substansi pembawa berupa protein yang terdapat pada membran plasma. Proses difusi yang dibantu oleh protein transpor disebut juga difusi terfasilitasi. Ada 2 jenis protein, yaitu:
1. Protein Kanal [Channel Protein] yang ditunjukkan gambar 1 membentuk struktur seperti kanal yang bersifat hidrofilik di membran sel. Kanal ini digunakan oleh molekul atau ion-ion tertentu untuk masuk ke dalam atau keluar dari sel dengan tingkat transportasi yang lebih cepat.
2. Protein Pembawa [Carrier Protein] yang ditunjukkan gambar 2 bekerja dengan mengubah konformasi ketika terjadi ikatan antara molekul. Sehingga molekul yang tadinya berada di luar sel akan terbawa masuk ke dalam sel. Tingkat transportasi zat lebih lambat.
Transportasi membran dapat berlangsung secara pasif maupun aktif. Transpor pasif dapat berlangsung secara difusi, osmosis, serta difusi terfasilitasi.
- Difusi: perpindahan zat [gas, padat, atau cair], dengan atau tanpa melewati membran, dari daerah yang konsentrasinya tinggi ke daerah yang konsentrasinya rendah sehingga konsentrasi zat menjadi sama.
- Osmosis: perpindahan air [pelarut] dari daerah yang konsentrasinya rendah ke daerah yang konsentrasinya tinggi melalui membran semipermeabel.
- Difusi terfasilitasi: difusi yang memerlukan bantuan protein, misalnya enzim. Difusi terfasilitasi berlangsung dengan menuruni gradien konsentrasi [dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, sama seperti prinsip difusi]. Pada tipe difusi ini, membran sel dapat menjadi bersifat permeabel terhadap ion atau molekul tertentu oleh adanya protein pembawa tertentu.
Dengan demikian, pilihan jawaban yang tepat adalah B.
Difusi terfasilitasi, bayangkan situasi di pintu masuk yang padat dari aula konser atau arena. Sebelum konser, semua orang sepertinya ingin memasuki tempat itu sesegera mungkin. Garisnya terlalu panjang, tempatnya terlalu penuh sesak, dan penggemar mungkin berdiri sangat dekat satu sama lain. Namun, ketika pintu terbuka, penggemar dengan cepat masuk, dan kerumunan sebelumnya mulai menyebar.
Adegan ini sangat mirip dalam hal difusi molekul dan zat. Menurut definisi, difusi adalah pergerakan fisik molekul ke ruang bebas sebagai akibat dari sifat kinetik yang ditemukan dalam molekul.
Difusi, yang berasal dari kata Latin “diffundere” [yang berarti “menyebar”], juga dapat didefinisikan sebagai pergerakan molekul menuruni gradien konsentrasi karena mereka harus bercampur agar terdistribusi secara merata.
Difusi dianggap sebagai proses spontan; Namun, ini tidak selalu terjadi; beberapa molekul dan zat membutuhkan bantuan untuk menembus membran — proses semacam itu dikenal sebagai difusi terfasilitasi.
Pemahaman tentang proses difusi terfasilitasi sangat penting untuk pengetahuan dasar tentang bagaimana sel bekerja, dan terutama, bagaimana organisme hidup bertahan hidup. Namun, satu hal penting adalah sebagian besar membran organisme hidup tidak dapat ditembus oleh molekul hidrofilik [pencinta air].
Ini menjadi dilema karena sebagian besar molekul esensial adalah seperti itu. Dengan penggunaan difusi terfasilitasi, masalah ini mudah dipecahkan oleh sel.
Cari tahu caranya saat Anda mempelajari lebih lanjut tentang proses difusi terfasilitasi di bawah ini.
Pengertian Difusi terfasilitasi
Difusi terfasilitasi adalah jenis transpor pasif yang memanfaatkan “agen” yang dikenal sebagai protein saluran dan protein pembawa untuk mempercepat proses transpor. Sementara ada beberapa protein yang ditemukan di membran sel, hanya jenis protein yang memainkan peran penting dalam difusi terfasilitasi.
Saluran protein memfasilitasi masuk dan keluarnya zat dalam sel. Ada dua jenis protein saluran – protein saluran terbuka dan berpagar. Di satu sisi, saluran terbuka adalah protein transmembran yang menciptakan pori di membran sel, sehingga memungkinkan molekul bermuatan untuk melewatinya. Di sisi lain, protein saluran berpagar [gated] bekerja seperti saluran yang tertutup atau terbuka untuk mengatur masuknya zat. Setelah proses, protein kembali ke posisi semula.
Sebagai contoh, protein pembawa, yang tertanam dalam membran sel, mengubah konformasi zat yang akan diangkut dan kemudian melepaskannya ke sisi lain dari membran. Operator dengan tingkat asosiasi dan disosiasi yang tinggi sangat efisien dalam melaksanakan proses.
Protein pembawa dipengaruhi oleh berbagai faktor eksternal seperti suhu dan kejenuhan. Ada sejumlah terbatas agen pengangkut seperti itu yang kadang-kadang “max-out” pada tingkat transportasi. Selain itu, untuk proses transportasi terjadi, perubahan konfigurasi sangat signifikan.
Tidak seperti difusi molekul yang bebas, difusi terfasilitasi sangat bergantung pada pengikatan zat dengan protein saluran dan pembawa. Juga, tingkat kejenuhan selama difusi bebas relatif lebih lambat daripada difusi terfasilitasi, yang melambat ketika “titik jenuh” tercapai. Suhu juga penting karena transportasi yang terfasilitasi terjadi ketika sedang ringan. Ketergantungannya pada suhu adalah karena adanya ikatan yang diaktifkan.
Namun, tidak semua zat bisa dengan bebas melewati membran sel. Difusi terfasilitasi selektif karena agen-agen di atas dapat bekerja secara reversibel dengan permeabilitas dan selektivitas tinggi.
Agar selektif, membran memungkinkan zat-zat tertentu seperti ion dan molekul melewatinya, sementara itu mencegah zat lain seperti molekul pembawa itu sendiri.
Kondisi kimia seperti muatan listrik dan pH memungkinkan difusi melintasi membran.
Percobaan Difusi terfasilitasi
Menariknya, beberapa upaya telah dilakukan oleh para ilmuwan dan insinyur untuk meniru proses transportasi terfasilitasi dalam membran non-biologis. Upaya tersebut terutama dilakukan sebagai dasar mekanis pemisahan cair dan gas skala industri.
Namun, saat ini, belum ada upaya yang dilaporkan, sebagian besar terkait dengan disosiasi yang buruk dan kekakuan keseluruhan protein pembawa yang digunakan.
Difusi oleh E.L.Cussler Menurut perhitungan dan percobaan yang dilakukan oleh Cussler dan rekan-rekannya [1988], difusi terfasilitasi dapat terjadi dalam membran polimer selama mereka memiliki “rantai” pembawa yang terikat padanya.
Hasilnya menunjukkan bahwa membran dengan pembawa tersebut akan menampilkan banyak kesamaan dengan membran dengan pembawa seluler terikat. Selaput semacam itu akan memiliki fluks zat terlarut yang bervariasi dengan penurunan konsentrasi zat terlarut dan memiliki fluks zat terlarut asimtotik pada konsentrasi zat terlarut yang relatif meningkat.
Selain itu, fluks terlarut harus meningkat dengan meningkatnya konsentrasi pembawa [mungkin lebih tinggi dari kekuatan pertama]. Dengan itu, fluks terlarut cenderung menampilkan selektivitas tinggi; dengan demikian menampilkan reaksi kimia yang terjadi antara zat terlarut dan zat pembawa.
Arti penting Difusi terfasilitasi
Proses difusi terfasilitasi sangat penting dalam sistem kehidupan karena merupakan salah satu mekanisme yang mengatur berbagai proses fisiologis dan biokimia yang diperlukan untuk bertahan hidup. Seperti disinggung sebelumnya, difusi terfasilitasi adalah sejenis transportasi yang memungkinkan penyeberangan zat dan molekul melintasi membran.
Contoh Difusi terfasilitasi
Karena komposisi membran sel, beberapa zat penting tidak dapat bergerak melintasinya dan hanya dapat diangkut melalui difusi yang terfasilitasi. Untuk beberapa nama, glukosa, oksigen, asam amino dan asam nukleat, dan ion natrium adalah beberapa molekul yang paling umum diangkut melintasi membran plasma yang hampir tidak tembus cahaya. Dengan demikian, gerakan mereka harus “terfasilitasi” oleh protein.
Difusi terfasilitasi pada glukosa
Salah satu zat yang paling umum diangkut dalam sel adalah glukosa, molekul gula yang sangat penting untuk energi sel. Glukosa terus menerus dipasok ke sel-sel melalui aliran darah, sementara pada saat yang sama, dikonsumsi selama metabolisme sel.
Jumlah glukosa di dalam sel selalu lebih rendah dari yang di luar; Namun, karena molekulnya yang sangat besar, glukosa saja tidak dapat melewati membran. Akibatnya, molekul glukosa masuk melalui difusi terfasilitasi dengan bantuan pembawa glukosa spesifik yang mengikat mereka.
Difusi terfasilitasi pada Oksigen
Dalam aliran darah, oksigen diketahui memiliki afinitas yang sangat tinggi dengan molekul hemoglobin pada permukaan sel darah merah. Dalam difusi oksigen yang terfasilitasi, protein hemoglobin bertindak sebagai pembawa yang membawanya ke dalam sel darah merah.
Selama proses ini, laju difusi oksigen meningkat oleh hemoglobin, dan setelah itu, oksihemoglobin yang baru terbentuk akan dipindahkan.
Difusi terfasilitasi asam amino dan asam nukleat
Selain glukosa dan oksigen, asam amino dan asam nukleat diangkut ke dalam sel melalui difusi terfasilitasi.
Karena strukturnya yang besar dan molekul yang bermuatan, ini saja tidak dapat masuk dan keluar sel melalui difusi sederhana. Selain itu, sama seperti apa yang terjadi dengan molekul glukosa, asam amino dan asam nukleat dibantu oleh berbagai protein pembawa dalam proses tersebut.
Difusi terfasilitasi ion natrium
Ion natrium berdifusi melintasi membran melalui bantuan saluran yang ada di penghalang hidrofobik membran sel.
Dalam jenis transportasi ini, energi yang memfasilitasi pergerakan ion berasal dari perbedaan gradien ion, dan tidak ada yang datang dari sistem transportasi.
Selain itu, seperti apa yang disebutkan sebelumnya, saluran yang memfasilitasi pergerakan ion natrium menunjukkan spesifisitas substrat.
Baik transpor pasif maupun transpor aktif adalah proses yang melibatkan pergerakan zat seperti ion, garam, dan gula melintasi membran.
Selain itu, kedua proses menggunakan protein sebagai sarana untuk mengangkut zat-zat ini melintasi membran sel. Selain itu, seperti yang disebutkan sebelumnya, proses ini membutuhkan perubahan dalam konformasi protein yang terlibat.
Perbedaan Difusi terfasilitasi dan Transpor Aktif
Mengenai perbedaan, salah satu cara paling mudah untuk membedakan keduanya adalah melihat kebutuhan energi dari kedua proses. Di satu sisi, mekanisme transpor pasif seperti difusi terfasilitasi terjadi secara spontan karena zat hanya menurunkan gradien konsentrasi. Namun, karena zat-zatnya sangat besar sehingga tidak dapat melewati membran, protein diperlukan.
Di sisi lain, energi dalam bentuk adenosin trifosfat [ATP] diperlukan dalam transpor aktif untuk memungkinkan perubahan bentuk protein. Tidak seperti difusi terfasilitasi, zat melawan gradien konsentrasi. Selain itu, karena itu, membutuhkan pemanfaatan energi.
Di halaman ini, Anda telah belajar bahwa difusi yang terfasilitasi adalah proses transportasi yang sangat diatur dan selektif.
Dalam kebanyakan sistem biologis, banyak kasus difusi zat yang terjadi terjadi dalam mekanisme yang lebih kompleks. Namun, ini tidak berarti bahwa prinsip difusi yang terfasilitasi yang dibahas di atas tidak ada gunanya.
Pengetahuan tersebut akan menjadi titik awal yang penting untuk memahami mekanisme yang terjadi selama proses.
Persamaan Difusi Sederhana dan Difusi Terfasilitasi
- Gerakan bersih molekul pada kedua sisi membran sel adalah nol pada keadaan setimbang.Difusi sederhana dan terfasilitasi terjadi turun gradien konsentrasi dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah molekul.
- Kedua jenis ini tidak memerlukan energi untuk transpor molekul.
Perbedaan Difusi Sederhana dan Difusi Terfasilitasi
- Difusi sederhana adalah jenis difusi tanpa bantuan di mana partikel bergerak dari yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah. Difusi terfasilitasi adalah pengangkutan zat melintasi membran biologis melalui gradien konsentrasi melalui suatu molekul pembawa.
- Difusi sederhana terjadi melalui bilayer fosfolipid. Difusi terfasilitasi terjadi melalui protein transmembran.
- Difusi sederhana mengangkut partikel kecil non-polar. Difusi terfasilitasi mengangkut partikel besar atau polar.
- Difusi sederhana terjadi langsung melalui membran sel. Difusi terfasilitasi terjadi melalui molekul fasilitator khusus yang disebut protein integral transmembran.
- Tingkat difusi sederhana berbanding lurus dengan gradien konsentrasi melintasi membran serta permeabilitas membran dari molekul terlarut. Laju difusi yang terfasilitasi tergantung pada kinetika transpor yang diperantarai pembawa.
- Tingkat difusi sederhana rendah pada konsentrasi zat terlarut rendah. Tingkat difusi terfasilitasi tinggi pada konsentrasi zat terlarut rendah dibandingkan dengan difusi sederhana.
Faktor yang Mempengaruhi Difusi Terfasilitasi
Dikarenakan difusi yang difasilitasi ialah mekanisme transportasi pasif, ia dikelola oleh faktor-faktor di lingkungan terdekat di mana transportasi berlangsung. Berikut 4 faktor yang mempengaruhi difusi terfasilitasi tersebut :
1. Suhu
Reaksi kimia tergantung pada suhu, dan suhu yang lebih tinggi itu berarti kemajuan reaksi lebih cepat dan difusi lebih cepat.
2. Jumlah situs protein pembawa
Lebih banyak situs berarti kapasitas difusi lebih tinggi dan difusi lebih cepat.
3. Konsentrasi
Difusi difasilitasi bergantung pada energi potensial yang diwakili dengan gradien konsentrasi. Perbedaan yang lebih besar antara sisi konsentrasi tinggi serta rendah, itu berarti gradien yang lebih tinggi dan difusi lebih cepat.
4. Kapasitas protein pembawa
Tingkat pengikatan antara zat yang akan dikirim dan protein bersama dengan kecepatan transfer mempengaruhi laju difusi.