Membran sel dan transpor

Membran sel hanya setebal sekitar 5 sampai 10 nm, tetapi menentukan apa yang masuk dan keluar dari sel.

Dinding dari minyak dan protein

Teteskan sedikit minyak ke air, dan keduanya tidak bercampur. Membran sel dibangun berdasarkan gagasan yang sama. Membran sel adalah lapisan ganda fosfolipid: dua lapis molekul fosfolipid, masing-masing dengan kepala yang suka air (hidrofilik) berisi fosfat dan dua ekor asam lemak yang takut air (hidrofobik). Kepalanya menghadap cairan berair di dalam dan di luar sel, sedangkan ekornya bersembunyi di tengah. Protein tertanam di lapisan berminyak ini, sebagian menembus sampai ke sisi seberang, dan pada sel hewan kolesterol juga tercampur di dalamnya. Karbohidrat yang menempel pada lipid dan protein menutupi permukaan luar dan membantu sel mengenali serta mengikat sesuatu.

Permeabilitas selektif

Membran meloloskan sebagian zat dan menahan zat lain, sehingga disebut permeabel selektif. Molekul kecil yang tidak bermuatan, seperti oksigen dan karbon dioksida, langsung menyelinap melewati bagian tengah yang berminyak. Begitu pula zat yang larut dalam lemak seperti vitamin A, D, E, dan K. Partikel bermuatan seperti ion natrium, kalium, kalsium, dan klorida tidak bisa melintasi inti berminyak itu sendiri, begitu juga gula dan asam amino. Zat-zat ini membutuhkan bantuan protein.

Bergerak menuruni lereng: transpor pasif

Buka botol parfum di dalam ruangan, dan baunya menyebar sampai ke mana-mana. Itulah difusi: molekul bergerak dari tempat yang konsentrasinya lebih tinggi ke tempat yang konsentrasinya lebih rendah, tanpa memakai energi. Difusi berlangsung lebih cepat jika perbedaan konsentrasinya lebih besar, suhunya lebih tinggi, molekulnya lebih ringan, dan jaraknya pendek. Di dalam sel, difusi memindahkan bahan ke seluruh sitosol.

Pada difusi terfasilitasi, zat tetap bergerak menuruni gradiennya, tetapi melalui protein. Protein saluran membentuk terowongan berisi air untuk satu jenis ion atau untuk air; saluran air disebut akuaporin. Protein pembawa menangkap molekul, berubah bentuk, lalu melepaskannya di sisi seberang. Saluran jauh lebih cepat: puluhan juta molekul per detik, dibandingkan sekitar seribu sampai sejuta untuk protein pembawa.

Osmosis: air yang berpindah

Osmosis adalah difusi air melintasi membran yang menahan zat-zat terlarut. Air bergerak ke sisi yang punya lebih banyak partikel terlarut, karena sisi itu punya lebih sedikit air bebas. Jika cairan di luar sel punya lebih sedikit partikel terlarut daripada di dalam, cairan itu hipotonik, dan air mengalir masuk. Sel darah merah di dalam air murni menggembung dan bisa pecah. Jika cairan di luar punya lebih banyak partikel terlarut, cairan itu hipertonik, dan air keluar; sel darah merah mengerut. Dalam cairan isotonik tidak ada aliran bersih. Sel tumbuhan di dalam air tawar tidak pecah karena dindingnya menahannya. Air menekan dinding, dan tekanan turgor ini membuat tumbuhan tetap tegak. Tanpa air, membran tertarik lepas dari dinding, yang disebut plasmolisis, dan tumbuhan pun layu. Model sel tumbuhan di bawah ini memperlihatkan vakuola yang menampung air tersebut.

Bergerak mendaki lereng: transpor aktif

Kadang sel harus memindahkan zat melawan gradiennya, dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi. Itu memerlukan energi, biasanya dari ATP, dan disebut transpor aktif. Contoh yang paling terkenal adalah pompa natrium-kalium. Dalam setiap siklus, pompa ini mendorong tiga ion natrium ke luar sel dan memasukkan dua ion kalium, dengan memakai satu ATP. Akibatnya, kadar natrium tetap tinggi di luar dan kadar kalium tetap tinggi di dalam, dan bagian dalam sel menjadi sedikit negatif. Sel saraf dan sel otot bergantung pada perbedaan ini. Energi yang tersimpan dalam gradien natrium kemudian bisa menarik zat lain, seperti glukosa dan asam amino, masuk ke sel, yang disebut transpor aktif sekunder.