A. Difusi
Difusi adalah gerakan partikel dari tempat dengan potensial kimia lebih tinggi ke tempat dengan potensial kimia lebih rendah karena energi kinetiknya sendiri sampai terjadi keseimbangan dinamis.
Contoh peristiwa difusi yang sederhana adalah pemberian gula pada cairan teh tawar. Lambat laun cairan menjadi manis. Contoh lain adalah uap air dari cerek yang berdifusi dalam udara. Difusi yang paling sering terjadi adalah difusi molekuler. Difusi ini terjadi jika terbentuk perpindahan dari sebuah lapisan (layer) molekul yang diam dari solid atau fluida. Gambar di atas menunjukkan perpindahan konsentrasi larutan yang lebih tinggi ke konsentrasi larutan yang lebih rendah sampai terjadi keseimbangan dinamis.
1. Difusi sederhana
Difusi sederhana berarti bahwa gerakan kinetik molekuler dari molekul ataupun ion terjadi melalui celah membran atau ruang intermolekuler tanpa perlu berikatan dengan protein pembawa pada membran. Kecepatan difusi ditentukan oleh : jumlah zat yang tersedia, kecepatan gerak kinetik dan jumlah celah pada membran sel. Difusi sederhana ini dapat terjadi melalui dua cara:
a. Melalui celah pada lapisan lipid ganda, khususnya jika bahan berdifusi terlarut lipid.
b. Melalui saluran licin pada beberapa protein transpor.
Difusi melalui lapisan lipid ganda
Salah satu faktor paling penting yang menentukan kecepatan suatu zat melalui lapisan lipid ganda ialah kelarutan lipid dan zat terlarut. Seperti misalnya kelarutan oksigen,nitrogen, karbon dioksida dan alkohol dalam lipid sangat tinggi,sehingga semua zat ini langsung larut dalam lapisan lipid ganda dan berdifusi melalui membran sel sama seperti halnya dengan difusi yang teradi dalam cairan. Kecepatan zat-zat ini berdifusi melalui membran berbanding langsung dengan sifat kelarutan lipidnya.
Difusi melalui saluran protein
Air tidak dapat menembus lapisan lipid ganda,air dapat menembus membran sel dengan mudah ,molekul ini berjalan melalui saluran protein. Molekul lain yang bersifat tidak larut dalam lipid dapat berjalan melalui saluran pori protein dengan cara yang sama seperti molekul air jika ukuran molekulnya cukup kecil. Semakin besar ukurannya, kemampuan penetrasinya menurun secara cepat. Saluran protein dibedakan atas dua sifat khas :
a. Saluran ini bersifat permeabel selektif terhadap zat.
b. Saluran ini dapat dibuka dan ditutup oleh gerbang.
Sebagian besar saluran protein bersifat sangaet selektif untuk melakukan transpor satu atau lebih ion atau molekul spesifik. Ini akibat dari ciri khas saluran itu sendiri seprti diameternya,bentuknya dan jenis muatan listrik di sepanjang permukaan dalamnya. Salah satu contoh saluran yang paling penting yaitu saluran natrium,permukaan dalam saluran ini bermutan negatif kuat. Muatan negatif ini menarik ion natrium kedalam saluran kemudian ion natrium ini berdifuisi kedalam sel. Saluran natrium ini secara spesifik bersifat selektif untuk jalannya ion-ion natrium. Sebaliknya terdapat serangkian saluran protein yang bersifat untuk transpor kalium. Saluran ini berukuran lebih kecil dari pada saluran natrium dan tidak bermuatan negatif,sehingga tidak mempunyai daya tarik kuat untuk menarik ion-ion agar masuk kedalam saluran. Karena ukurannya yang kecil hanya dapat dilalui oleh ion kalium,sehingga ion kalium dengan mudah berdifusi keluar sel.
Gerbang saluran protein. Tujuan gerbang saluran protein ini untuk mengtur permeabitas saluran. Dalam hal saluran natrium, pembukaan dan penutupan ini terjadi pada bagian luar saluran dari membran sel. Sedangkan pada saluran kalium, terjadi pada bagian dalam ujung saluran. Pembukaan dan penutupan gerbang diatur dalam dua cara:
a. Voltase gerbang
Pada saat terdapat muatan negatif kuat pada bagian dalam membran sel,gerbang natrium dibagian luar akan tertutup rapat, sebaliknya bila bagian dalam membran keilangan muatan negatifnya,gerbang ini akan akan terbuka secara tiba-tiba sehingga memungkinkan sejumlah besar ion natrium mengalir masuk melalui pori-pori natrium. Pada gerbang kalium akan membuaka bila bagian dalam membran sel menjadi bermuatan positif.
b. Gerbang kimiawi
Gerbang saluran protein akan terbuka karena mengikat molekul lain dengan protein,hal ini akan menyebabkan perubahan pada molekul protein sehingga gerbang akan terbuka atau tertutup. Contohnya efek saluran asetilkolin.(di bicarakan pada sistem saraf).
2. Difusi dipermudah
Disebut juga dengan difusi diperantarai pembawa,artinya pembawa akan mempermudah difusi zat ke sisi lain. Zat –zat paling penting yang melintasi proses difusi yang dipermudah ialah glukose dan sebagian besar asam-asan amino. Molekul pembawa akan mentraspor glukose atau monosakarida lainya ke dalam sel. Insulin dapat meningkatkan kecepatan proses difusi ini sebesar 10 sampai 20 kali lipat. Ini adalah mekanisme dasar yang digunakan insulin untuk mengatur pemakian glukose dalam tubuh.
Faktor yang mempengaruhi difusi:
1. Suhu, makin tinggi difusi makin cepat
2. BM makin besar difusi makin lambat
3. Kelarutan dalam medium, makin besar difusi makin cepat
4. Perbedaan Konsentrasi
Makin besar perbedaan konsentrasi antara dua bagian, makin besar proses difusi yang terjadi.
5. Jarak tempat berlangsungnya difusi
Makin dekat jarak tempat terjadinya difusi, makin cepat proses difusi yang terjadi.
6. Area Tempat berlangsungnya Difusi
Makin luas area difusi, makin cepat proses difusi.
B. Osmosis
Osmosis berasal dari kata os: lubang, movea: berpindah jadi Osmosis adalah perpindahan air melalui membran permeabel selektif dari bagian yang lebih encer ke bagian yang lebih pekat. Membran semipermeabel harus dapat ditembus oleh pelarut, tapi tidak oleh zat terlarut, yang mengakibatkan gradien tekanan sepanjang membran. Osmosis merupakan suatu fenomena alami, tapi dapat dihambat secara buatan dengan meningkatkan tekanan pada bagian dengan konsentrasi pekat menjadi melebihi bagian dengan konsentrasi yang lebih encer. Gaya per unit luas yang dibutuhkan untuk mencegah mengalirnya pelarut melalui membran permeabel selektif dan masuk ke larutan dengan konsentrasi yang lebih pekat sebanding dengan tekanan turgor. Tekanan osmotik merupakan sifat koligatif, yang berarti bahwa sifat ini bergantung pada konsentrasi zat terlarut, dan bukan pada sifat zat terlarut itu sendiri.
Jika di dalam suatu bejana yang dipisahkan oleh selaput semipermiabel
ditempatkan dua larutan glukosa yang terdiri atas air sebagai pelarut dan glukosa
sebagai zat terlarut dengan konsentrasi yang berbeda dan dipisahkan oleh selaput
selektif permiabel, maka air dari larutan yang berkonsentrasi rendah akan
bergerak atau berpindah menuju larutan glukosa yang konsentrainya tinggi
melalui selaput permiabel. Jadi pergerakan air berlangsung dari larutan yang
konsentrasi airnya tinggi menuju ke larutan yang konsentrasi airnya rendah
melalui selaput selektif permiabel. Larutan yang konsentrasi zat terlarutnya lebih
tinggi dibandingkan dengan larutan di dalam sel dikatakan sebagai larutan
hipertonis. sedangkan larutan yang konsentrasinya sama dengan larutan di dalam
sel disebut larutan isotonis. Jika larutan yang terdapat di luar sel, konsentrasi zat
terlarutnya lebih rendah daripada di dalam sel dikatakan sebagai larutan hipotonis.
Apakah yang terjadi jika sel tumbuhan atau hewan, misalnya sel darah
merah ditempatkan dalam suatu tabung yang berisi larutan dengan sifat larutan
yang berbeda-beda? Pada larutan isotonis, sel tumbuhan dan sel darah merah akan
tetap normal bentuknya. Pada larutan hipotonis, sel tumbuhan akan mengembang
dari ukuran normalnya dan mengalami peningkatan tekanan turgor sehingga sel
menjadi keras. Berbeda dengan sel tumbuhan, jika sel hewan atau sel darah merah
dimasukkan dalam larutan hipotonis, sel darah merah akan mengembang dan
kemudian pecah atau lisis, hal ini karena sel hewan tidak memiliki dinding sel.
Pada larutan hipertonis, sel tumbuhan akan kehilangan tekanan turgor dan
mengalami plasmolisis (lepasnya membran sel dari dinding sel), sedangkan sel
hewan atau sel darah merah dalam larutan hipertonis menyebabkan sel hewan atau
sel darah merah mengalami krenasi sehingga sel menjadi keriput karena
kehilangan air.
Contoh peristiwa osmosis :
• Masuk dan naiknya air mineral dalam tubuh pepohonan merupakan proses osmosis. Air dalam tanah memiliki kandungan solvent lebih besar (hypotonic) dibanding dalam pembuluh, sehingga air masuk menuju xylem/sel tanaman.
• Jika sel tanaman diletakkan dalam kondisi hypertonic (solut tinggi atau solvent rendah), maka sel akan menyusut (ter-plasmolisis) karena cairan sel keluar menuju larutan hypertonic.
• Ikan air tawar yang ditempatkan di air laut akan mengalami penyusutan volume tubuh.
• Air laut adalah hypertonic bagi sel tubuh manusia, sehingga minum air laut justru menyebabkan dehidrasi.
• Kentang yang dimasukkan ke dalam air garam akan mengalami penyusutan
Osmosis terbalik adalah sebuah istilah teknologi yang berasal dari osmosis. Osmosis adalah sebuah fenomena alam dalm sel hidup di mana molekul “solvent” (biasanya air) akan mengalir dari daerah “solute” rendah ke daerah “solute” tinggi melalui sebuah membran “semipermeable”. Membran “semipermeable” ini menunjuk ke membran sel atau membran apa pun yang memiliki struktur yang mirip atau bagian dari membran sel. Gerakan dari “solvent” berlanjut sampai sebuah konsentrasi yang seimbang tercapai di kedua sisi membran.
Reverse osmosis adalah sebuah proses pemaksaan sebuah solvent dari sebuah daerah konsentrasi “solute” tinggi melalui sebuah membran ke sebuah daerah “solute” rendah dengan menggunakan sebuah tekanan melebihi tekanan osmotik. Dalam istilah lebih mudah, reverse osmosis adalah mendorong sebuah solusi melalui filter yang menangkap “solute” dari satu sisi dan membiarkan pendapatan “solvent” murni dari sisi satunya.
Reverse osmosis dilakukan dengan cara memberikan tekanan pada bagian larutan dengan konsentrasi tinggi menjadi melebihi tekanan pada bagian larutan dengan konsentrasi rendah. Sehingga larutan akan mengalir dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Proses perpindahan larutan terjadi melalui sebuah membran yang semipermeabel dan tekanan yang diberikan adalah tekanan hidrostatik (Shun Dar Lin, 2001).
Untuk mengilustrasikan peristiwa reverse osmosis, bayangkan sebuah membran semipermeabel dengan air di satu sisi dan larutan dengan konsentrasi zat terlarut tinggi di sisi lain. Apabila terjadi peristiwa osmosis normal, air akan melewati membran menuju larutan dengan konsentrasi tinggi. Pada peristiwa reverse osmosis, pada sisi larutan dengan konsentrasi tinggi diberikan tekanan untuk mendorong molekul air melewati membran menuju sisi larutan air (Gambar). Proses pemisahan ini akan memisahkan antara zat terlarut pada salah satu sisi membran dan pelarut murni di sisi yang lain.
Membran semipermeabel yang digunakan pada reverse osmosis disebut membran reverse osmosis (membran RO). Membran RO memiliki ukuran pori < 1 nm. Karena ukuran porinya yang sangat kecil, membran RO disebut juga membran tidak berpori. Membran RO biasanya digunakan untuk pengolahan air, seperti pengolahan air minum, desalinasi air laut, dan pengolahan limbah cair. Saat ini membran RO juga banyak digunakan pada proses pengolahan air isi ulang.
C. Imbibisi
Imbibisi berasal dari bahasa latin, imbibire, yang berarti minum. Dalam hubungannya dengan pengambilan zat oleh tumbuhan imbibisi berarti kemampuan dinding sel dan plasma sel untuk menyerap air dari luar sel. Air yang terserap disebut air imbibisi. Pada peristiwa tersebut, molekul-molekul air terikat di antara molekul-molekul dinding sel atau plasma sel. Akibatnya plasma sel mengembang. Benda yang dapat mengadakan imbibisi dibedakan menjadi dua golongan berikut.
a. Benda yang pada waktu imibibisi mengembang dengan terbatas, artinya setelah mencapai volume tertentu tidak dapat memembang lagi. Misalnya, kacang tanah yang direndam air akan mengembang sampai volume tertentu.
b. Benda yang pada waktu imbibisi mengembang dengan tidak terbatas, artinya bagian-bagian yang menyusunnya akhirnya terlepas dan bercampur air menjadi koloid dalam fase sol. Misalnya roti yang direndam air akan mengembang dan akhirnya hancur dan larut dalam air tersebut
Contoh: Penyerapan air oleh benih
- Proses awal perkecambahan, benih akan membesar, kulit benih pecah, pekecambahan ditandai oleh keluarnya radikula dari dalam benih.
Syarat imbibisi :
1. Perbedaan ψ antara benih dengan larutan, di mana ψ benih < ψ larutan.
2. Ada tarik menarik yang spesifik antara air dengan benih.
3. Benih memiliki partikel koloid yang merupakan matriks, bersifat hidrofil berupa protein, pati, selulose.
4. Benih kering memiliki ψ sangat rendah.
D. Permeabilitas Membran Sel
Sel tumbuhan dibatasi oleh dua lapis pembatas yang sangat berbeda komposisi dan strukturnya. Lapisan terluar adalah dinding sel yang tersusun atas selulosa, lignin, dan polisakarida lain. Dinding sel memberikan kekakuan dan memberi bentuk sel tumbuhan. Pada beberapa bagian, dinding sel tumbuhan terdapat lubang yang berfungsi sebagai saluran antara satu sel dengan sel lainnya. Lubang ini disebut plasmodesmata, berdiameter sekitar 60 nm, sehingga dapat dilalui oleh molekul dengan berat molekul sekitar 1000 Dalton. Lapisan dalam sel tumbuhan adalah membran sel
Membran sel terdiri atas dua lapis molekul fosfolipid. Bagian ekor dengan asam lemak yang bersifat hidrofobik (non polar), kedua lapis molekul tersebut saling berorientasi kedalam, sedangkan bagian kepala bersifat hidrofilik (polar), mengarah ke lingkungan yang berair. Komponen protein terletak pada membran dengan posisi yang berbeda-beda. Beberapa protein terletak periferal, sedangkan yang lain tertanam integral dalam lapis ganda fosfolipid. Membran seperti ini juga terdapat pada berbagai organel di dalam sel, seperti vakuola, mitokondria, dan kloroplas
Komposisi lipid dan protein penyusun membran bervariasi, bergantung pada jenis dan fungsi membran itu sendiri. Namun demikian membran mempunyai ciri-ciri yang sama, yaitu bersifat selektif permeabel terhadap molekul-molekul. Air, gas, dan molekul kecil hidrofobik secara bebas dapat melewati membran secara difusi sederhana. Ion dan molekul polar yang tidak bermuatan harus dibantu oleh protein permease spesifik untuk dapat diangkut melalui membran dengan proses yang disebut difusi terbantu (fasilitated diffusion). Kedua cara pengangkutan ini disebut transpor pasif. Untuk mengangkut ion dan molekul dalam arah yang melawan gradien konsentrasi, suatu proses transpor aktif harus diterapkan. Dalam hal ini protein aktifnya memerlukan energi berupa ATP, ataupun juga digunakan cara couple lewat proses antiport dan symport. Permeabilitas membran tergantung pada fluiditas inti hidrofobik membran dan aktivitas protein pengangkutnya. Oleh karena itu, keadaan lingkungan yang dapat mengganggu keduanya akan mempengaruhi permeabilitas membran terhadap suatu solut.
