Pengertian dan contoh Difusi Terfasilitasi – www.sridianti.com

Pengertian dan contoh Difusi Terfasilitasi Ahli kimia dan ahli biologi sama-sama didedikasikan untuk mengamati perilaku dan pergerakan partikel melalui berbagai bidang konsentrasi. Ahli kimia dapat memonitor pergerakan partikel dari satu campuran ke campuran lainnya sementara ahli biologi dapat mempelajari bagaimana partikel ini masuk dan keluar dari sel melalui membran sel. Selama pencarian inilah para ilmuwan menemukan istilah-istilah seperti difusi dan difusi difasilitasi.

Difusi mengacu pada pengangkutan partikel secara pasif yang disebabkan oleh beberapa faktor seperti pergerakan termal atau acak molekul. Tingkat di mana satu partikel diangkut dari satu gradien ke gradien lain tergantung pada konsentrasi campuran, ukuran molekul yang terlibat, jarak yang dicakup oleh molekul, suhu eksternal, kelarutan molekul, dan luas permukaan membran di mana molekul diharapkan bekerja.

Mekanisme ini dapat juga disebut sebagai difusi sederhana. Dalam penjelasan yang lebih sederhana dari para ahli, difusi sederhana terjadi ketika molekul bergerak dari daerah dengan konsentrasi lebih tinggi ke daerah dengan konsentrasi lebih rendah. Ini menjadi kejadian alami, tidak ada input energi yang terlibat dalam difusi sederhana.

Dalam kegiatan seluler, misalnya, difusi sederhana dapat diamati ketika molekul kecil masuk atau keluar sel melalui lapisan ganda lipid dari membran sel. Karena mekanismenya dianggap pasif, persilangan molekul melalui membran sel tidak melibatkan pengerahan energi atau perhatian khusus dari sel..

Ini karena dalam difusi sederhana, molekul kecil non-polar melewati membran sel – artinya, molekul hidrofobik, misalnya, dapat dengan bebas melewati daerah hidrofobik membran tanpa mengalami penolakan karena komponen yang sama. Difusi pasif sederhana tidak melibatkan pembawa protein.

Molekul hidrofilik, di sisi lain, tidak dapat cocok untuk difusi sederhana karena mereka akan ditolak ketika mereka melewati daerah hidrofobik membran. Dalam kasus seperti itu, pengangkutan partikel hanya akan dimungkinkan melalui difusi sederhana yang difasilitasi.

Difusi yang difasilitasi dapat dikatakan sebagai contoh transpor pasif atau pergerakan molekul dari satu gradien ke gradien lainnya. Mirip dengan difusi sederhana, difusi yang difasilitasi mungkin masih mengacu pada pergerakan molekul. Meskipun demikian, jenis transportasi ini sangat tergantung pada pembawa protein yang beroperasi pada mekanisme bind, flip, dan release. Molekul kemudian akan bergerak bersama dengan pembawa ini.

Tidak seperti difusi sederhana, kejenuhan terjadi dalam jenis transportasi ini terutama ketika tidak ada cukup pembawa yang tersedia untuk memfasilitasi semua molekul terlarut. Dengan demikian, energi diberikan dalam transportasi, dan kecepatan gerakannya adalah maksimum.

Dalam kebanyakan kasus, molekul membutuhkan pompa ion selama difusi yang difasilitasi. Ion-ion bekerja sebagai alternatif untuk pembawa protein dalam berbagai kondisi dan percobaan laboratorium.

Perbedaan antara difusi sederhana dan difusi difasilitasi juga dapat ditarik mengacu pada perubahan konsentrasi gradien di mana molekul bergerak dari dan ke.

Difusi sederhana melibatkan pergerakan partikel atau molekul dari area konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Secara alami, partikel dapat menembus ke gradien dengan partikel yang lebih rendah untuk mencapai keseimbangan antara gradien. Osmosis adalah contoh sempurna untuk aktivitas molekuler ini.

Di sisi lain, ketika percobaan laboratorium memerlukan pergerakan molekul dari area konsentrasi rendah ke gradien dengan konsentrasi lebih tinggi, difusi yang difasilitasi dapat digunakan. Para ilmuwan dapat menyuntikkan pembawa atau fasilitator dalam gradien agar molekul dapat menembus area dengan partikel terkondensasi seperti dalam reverse osmosis.

Pengertian Difusi Terfasilitasi:

Difusi terfasilitasi adalah bentuk transportasi terfasilitasi yang melibatkan gerakan pasif molekul sepanjang gradien konsentrasinya, dipandu oleh keberadaan molekul lain – biasanya protein membran integral yang membentuk pori atau saluran.

Difusi yang difasilitasi tidak secara langsung melibatkan molekul berenergi tinggi seperti adenosin trifosfat (ATP) atau guanosin trifosfat (GTP) karena molekul bergerak di sepanjang gradien konsentrasinya.

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Difusi:

Kekuatan pendorong di balik difusi cairan hanyalah probabilitas di balik gerak Brown. Semua molekul memiliki tingkat gerakan acak yang tidak menentu, sebagian besar bergantung pada suhu. Saat suhu meningkat, energi molekul-molekul ini meningkat.

Ketika suatu zat sangat terkonsentrasi di wilayah tertentu, pergerakan molekul, terutama di pinggiran, akan menyebabkan penyebaran zat secara bertahap. Ketika semua molekul di dalam wilayah tersebut bergerak secara acak, sebagian terikat untuk bergerak keluar, ke wilayah di mana konsentrasinya rendah. Di sisi lain, kecil kemungkinannya bahwa pergerakan molekul acak akan menghasilkan pergerakan terarah dari daerah dengan konsentrasi rendah secara khusus menuju daerah dengan konsentrasi tinggi.

Misalnya, ketika seseorang masuk ke ruangan memakai parfum yang kuat, molekul bau menyebar keluar, dari kulit atau pakaian. Orang-orang di ruangan itu merasakan beberapa molekul yang bergerak secara acak ini ketika mereka memicu reseptor sensorik di hidung. Ketika ada kepadatan tinggi molekul beraroma di suatu wilayah, ada kemungkinan beberapa akan menjauh karena energi kinetik bawaan dari molekul-molekul ini.

Namun, kemungkinan bahwa beberapa molekul liar ini akan bergerak secara terarah, kembali ke lengan baju atau manset orang yang memakai parfum relatif kecil.

Hasil akhirnya adalah awan konsentrasi yang semakin menurun dari orang yang memakai parfum.

Seperti yang terlihat pada contoh, difusi molekul membutuhkan gradien konsentrasi. Jika semua orang di ruangan memakai parfum yang sama, akan ada efek minimal dari orang baru yang memasuki ruangan. Selain itu, suhu meningkatkan laju difusi.

Jadi, di hari yang panas, parfum akan menyebar dengan cepat ke seluruh ruangan.

Difusi juga bergantung pada ukuran molekul itu sendiri dan sifat mediumnya.

Namun, itu tidak tergantung pada konsentrasi zat lain dalam medium. Pada contoh sebelumnya, aftershave orang di sebelah Anda tidak akan mempengaruhi kecepatan difusi parfum ke arah Anda. Meskipun ini bisa menjadi pengalaman yang tidak menyenangkan, difusi independen adalah sifat penting dari molekul yang memungkinkan sel menyerap nutrisi (berdifusi ke satu arah), sementara pada saat yang sama, mengeluarkan produk sisa metabolisme (berdifusi keluar ke arah yang berlawanan).

Difusi yang Difasilitasi Melintasi Membran:

Difusi ada di mana-mana di seluruh biosfer. Itu terlihat dalam pergerakan udara dan air, dan merupakan kekuatan yang diperlukan untuk mendorong pola cuaca global. Dalam sistem kehidupan, keberadaan membran berbasis lipid menciptakan kompartemen yang memungkinkan konsentrasi selektif zat yang larut dalam air.

Misalnya, membran mitokondria dapat membuat 2 wilayah berbeda di dalam organel – matriks bagian dalam dan ruang antar membran.

Masing-masing sub-kompartemen ini memiliki komposisi dan fungsi tertentu, berbeda dengan ruang-ruang yang bersebelahan.

Pembangkitan keteraturan dengan cara ini adalah salah satu ciri dari hampir setiap unit dunia kehidupan – dari organel di dalam sel hingga seluruh sistem organ dan organisme.

Namun, ini secara otomatis berarti bahwa ion, molekul kecil, protein, dan zat terlarut lainnya memiliki konsentrasi yang berbeda di seluruh lapisan ganda lipid. Selain itu, molekul polar, bermuatan atau hidrofilik tidak dapat melintasi membran biologis. Meskipun ini berguna untuk menjaga integritas setiap kompartemen, molekul juga diperlukan untuk bergerak melintasi membran, sepanjang gradien konsentrasinya, bila diperlukan.

Difusi Gas:

Contoh yang sangat baik dari hal ini adalah pergerakan oksigen dan karbon dioksida dalam jaringan dan sel yang aktif bernafas. Sel-sel ini membutuhkan masukan oksigen dan glukosa sedangkan karbon dioksida perlu dikeluarkan dan dikeluarkan dari tubuh. Karena masing-masing molekul ini bergerak dari daerah dengan konsentrasi tinggi menuju daerah dengan konsentrasi rendah, tidak ada keterlibatan langsung ATP atau molekul mata uang energi lainnya.

Namun, mereka perlu melintasi beberapa lapisan ganda lipid – dari membran mitokondria, ke membran plasma sel, dan kemudian lapisan ganda lipid dari sel endotel yang melapisi kapiler darah, membran plasma sel darah merah dan akhirnya membran sel yang membentuk kantung alveolar di paru-paru.

Perlunya Difusi yang Difasilitasi:

Membran sel hanya dapat ditembus secara bebas ke kelas molekul yang sangat terbatas. Mereka harus berukuran kecil, dan non-polar. Meskipun hal ini memungkinkan molekul seperti air, oksigen, dan karbon dioksida untuk berdifusi melintasi membran, hal ini menghalangi hampir setiap biopolimer, sebagian besar nutrisi, dan banyak molekul kecil yang penting.

Misalnya, glukosa adalah molekul yang relatif besar yang tidak dapat berdifusi langsung melalui lapisan ganda lipid. Demikian pula, ion penting seperti ion natrium, kalium atau kalsium dibebankan dan karena itu ditolak oleh inti lipofilik membran sel. Asam amino dan asam nukleat bersifat polar, seringkali bermuatan dan terlalu besar untuk menggunakan difusi sederhana untuk masuk dan keluar sel.

Kadang-kadang, bahkan pergerakan sebagian besar air melintasi membran tidak dapat terjadi dengan cepat melalui lapisan ganda lipid.

Dalam situasi ini, difusi terfasilitasi, melalui protein membran integral, menjadi penting. Protein transmembran ini biasanya terdiri dari dua jenis – yang bertindak seperti pembawa dan yang membentuk saluran melintasi membran.

Operator dan Saluran:

Studi tentang protein membran integral selalu sulit, karena terbuat dari bentangan hidrofobik panjang yang diselingi dengan daerah hidrofilik. Mengkristalkan protein ini untuk memahami strukturnya penuh dengan kesulitan. Namun, banyak dari protein ini telah dicirikan melalui metode yang cerdik dan kami memiliki pemahaman tentang aktivitasnya.

Protein pembawa yang terlibat dalam difusi terfasilitasi seringkali memiliki dua konformasi. Pengikatan molekul di satu sisi membran menginduksi perubahan struktur tiga dimensi protein, yang memungkinkan lewatnya molekul ke sisi lain.

Sebaliknya, protein yang membentuk saluran memiliki pori-pori kecil yang secara selektif memungkinkan molekul tertentu untuk melewatinya. Ada sejumlah mekanisme yang menentukan kecocokan antara molekul dan protein salurannya – mulai dari ukuran, muatan, dan kemampuan untuk berinteraksi dengan rantai samping asam amino yang melapisi pori. Beberapa protein saluran dapat menunjukkan preferensi seribu kali lipat untuk satu molekul dibandingkan zat lain yang serupa secara biokimia.

Contoh Difusi Terfasilitasi:

Sejumlah molekul penting mengalami difusi terfasilitasi untuk bergerak di antara sel dan organel subseluler.

Pengangkut Glukosa:

Ketika makanan dicerna, ada konsentrasi glukosa yang tinggi di dalam usus kecil. Ini diangkut melalui membran sel saluran pencernaan, menuju sel endotel yang melapisi kapiler darah. Setelah itu, glukosa diangkut ke seluruh tubuh oleh sistem peredaran darah.

Ketika darah mengalir melalui jaringan yang membutuhkan energi, glukosa kembali melintasi membran sel endotel dan memasuki sel dengan konsentrasi glukosa rendah.

Kadang-kadang, ketika kadar gula darah turun, gerakan dapat terjadi secara terbalik – dari jaringan tubuh ke dalam sirkulasi darah.

Misalnya, sel hati dapat menghasilkan glukosa bahkan dari sumber non-karbohidrat untuk mempertahankan konsentrasi gula darah basal dan mencegah hipoglikemia.

Transporter glukosa yang memfasilitasi pergerakan ini adalah protein pembawa yang memiliki dua struktur konformasi utama. Sementara struktur tiga dimensi yang tepat tidak diketahui, pengikatan glukosa mungkin menyebabkan perubahan konformasi yang membuat tempat pengikatan menghadap ke bagian dalam sel. Ketika glukosa dilepaskan ke dalam sel, transporter kembali ke konformasi semula.

Saluran Ion:

Saluran ion telah dipelajari secara ekstensif dalam sel-sel rangsang seperti neuron dan serat otot karena pergerakan ion melintasi membran merupakan bagian integral dari fungsinya. Protein saluran ini membentuk pori-pori pada lapisan ganda lipid yang dapat berupa konformasi terbuka atau tertutup, tergantung pada potensi listrik sel dan pengikatan ligan. Dalam pengertian ini, protein ini disebut saluran ‘terjaga’.

Kehadiran pompa ion di sebagian besar sel memastikan bahwa komposisi ion cairan ekstraseluler berbeda dari sitosol. Potensi istirahat sel mana pun didorong oleh proses ini, dengan kelebihan ion natrium di wilayah ekstraseluler dan kelebihan ion kalium di dalam sel. Gradien listrik dan konsentrasi yang dihasilkan dengan cara ini digunakan untuk penyebaran potensial aksi di sepanjang neuron dan kontraktilitas sel otot.

Ketika terjadi perubahan kecil pada tegangan sel, saluran ion natrium terbuka dan memungkinkan masuknya ion natrium dengan cepat ke dalam sel. Ini, pada gilirannya, menginduksi pembukaan saluran ion kalium, memungkinkan ion-ion ini bergerak keluar, menunjukkan bahwa difusi satu zat dapat terjadi secara independen dari zat lain. Dalam beberapa milidetik, suatu wilayah di membran sel dapat mengalami perubahan tegangan yang besar – dari -75 mV hingga +30 mV.

Pengikatan neurotransmiter seperti asetilkolin ke reseptor pada sel otot mengubah permeabilitas saluran ion ligan-gated. Saluran transmembran terbuat dari beberapa subunit yang disusun seperti silinder tertutup. Pengikatan ligan (asetilkolin) mengubah konformasi rantai samping hidrofobik yang menghalangi jalan tengah.

Hal ini menyebabkan masuknya cepat ion natrium ke dalam sel otot.

Perubahan potensial listrik sel selanjutnya mengakibatkan terbukanya saluran ion kalsium, yang kemudian menyebabkan kontraksi serat otot.

Aquaporin:

Seperti protein transmembran lainnya, aquaporin belum sepenuhnya dikarakterisasi. Namun, diketahui bahwa ada banyak saluran untuk lewatnya molekul air dengan cepat di hampir setiap sel. Protein yang sangat terkonservasi ini terdapat pada bakteri, tumbuhan, jamur, dan hewan.

Mutasi pada protein pembentuk aquaporin dapat menyebabkan penyakit seperti diabetes insipidus.

Perbedaan Antara Difusi dan Difusi Difasilitasi

Difusi yang difasilitasi dan difusi sederhana mengacu pada pergerakan molekul dari satu gradien ke gradien lainnya.
Difusi yang difasilitasi adalah contoh difusi pasif dan sederhana.
Difusi sederhana tidak memerlukan pembawa protein atau aktivitas energi selama aktivitas seluler sementara difusi yang difasilitasi membutuhkan pembawa protein atau pompa ion untuk transportasi.
Molekul hidrofobik dapat memiliki difusi sederhana sedangkan molekul hidrofilik membutuhkan difusi yang difasilitasi selama aktivitas seluler.