Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 3: Pergerakan Bahan Merentasi Membran Plasma
RINGKASAN
Ringkasan Komprehensif (Nota Biologi Tingkatan 4 Bab 3: Pergerakan Bahan Merentasi Membran Plasma)
Bab ini menghuraikan struktur dan fungsi membran plasma serta mekanisme pergerakan bahan merentasinya, yang penting untuk proses kehidupan sel.
1. Struktur Membran Plasma
Membran plasma mengawal atur pergerakan bahan masuk dan keluar sel. Strukturnya diterangkan oleh Model Mozek Bendalir, yang dicadangkan oleh S. J. Singer dan G. L. Nicholson pada tahun 1972. Model ini menyatakan bahawa molekul protein terapung di dalam dwilapisan fosfolipid, membentuk corak mozek yang dinamik dan fleksibel.
Komponen Utama Membran Plasma:
• Dwilapisan Fosfolipid: Terdiri daripada molekul fosfolipid dengan:
◦ Kepala Berkutub: Bersifat hidrofilik (tertarik kepada air) dan menghala ke luar (ke arah bendalir luar sel) dan ke dalam (ke arah sitoplasma).
◦ Ekor Tidak Berkutub: Bersifat hidrofobik (tidak tertarik kepada air) dan menghadap satu sama lain di bahagian tengah membran.
• Protein: Terbenam separa atau sepenuhnya dalam dwilapisan fosfolipid.
◦ Protein Liang: Mempunyai liang atau terusan untuk membenarkan ion dan molekul kecil terlarut merentasinya.
◦ Protein Pembawa: Mempunyai tapak spesifik untuk bergabung dengan molekul tertentu dan mengangkutnya merentasi membran.
• Kolesterol: Terdapat di antara molekul fosfolipid, menjadikan dwilapisan lebih kuat, fleksibel, dan kurang telap terhadap bahan larut air.
• Glikoprotein dan Glikolipid: Rantai karbohidrat yang terlekat pada protein dan lipid. Berfungsi sebagai reseptor hormon, menstabilkan membran, dan sebagai antigen untuk pengecaman sel.
Sifat membran plasma adalah telap memilih, yang bermaksud ia hanya membenarkan sesetengah bahan merentasinya secara bebas manakala pergerakan bahan lain dihalang atau dihadkan.
2. Konsep Pergerakan Bahan Merentasi Membran Plasma
Pergerakan bahan ditentukan oleh saiz molekul, kekutuban, dan cas ion. Terdapat dua mekanisme utama: pengangkutan pasif dan pengangkutan aktif.
Pengangkutan Pasif: Tidak memerlukan tenaga dan berlaku mengikut kecerunan kepekatan (dari kawasan berkepekatan tinggi ke rendah).
• Resapan Ringkas: Pergerakan molekul kecil tidak berkutub dan larut lipid (contoh: oksigen, karbon dioksida, asid lemak, gliserol) terus melalui dwilapisan fosfolipid.
• Osmosis: Pergerakan bersih molekul air dari kawasan berkeupayaan air tinggi (kepekatan zat terlarut rendah) ke kawasan berkeupayaan air rendah (kepekatan zat terlarut tinggi) merentasi membran telap memilih.
• Resapan Berbantu: Pergerakan ion dan molekul besar yang tidak larut lipid (contoh: glukosa, asid amino) merentasi membran dengan bantuan protein pengangkut (protein liang atau protein pembawa).
Pengangkutan Aktif: Memerlukan tenaga daripada ATP dan berlaku menentang kecerunan kepekatan (dari kawasan berkepekatan rendah ke tinggi).
• Memerlukan protein pembawa spesifik yang juga dikenali sebagai pam.
• Menyebabkan pengumpulan atau penyingkiran ion dan molekul dalam sel.
• Contoh termasuk pam natrium-kalium (mengangkut ion natrium keluar sel dan ion kalium masuk sel) dan pam proton (mengangkut ion hidrogen untuk menghasilkan asid dalam perut).
3. Pergerakan Bahan dalam Organisma Hidup dan Kesan Larutan
Proses pengangkutan ini berlaku secara aktif dalam organisma hidup.
• Contoh Pengangkutan Pasif: Pertukaran gas di alveolus, penyerapan air oleh akar rambut tumbuhan.
• Contoh Pengangkutan Aktif: Penyerapan ion mineral oleh akar rambut, penyerapan glukosa dalam vilus.
Kesan persekitaran akueus terhadap sel bergantung kepada kepekatan larutan.
• Larutan Isotonik: Kepekatan zat terlarut sama dengan bendalir intrasel. Tiada pergerakan bersih air.
• Larutan Hipotonik: Kepekatan zat terlarut lebih rendah daripada bendalir intrasel. Air meresap masuk ke dalam sel.
• Larutan Hipertonik: Kepekatan zat terlarut lebih tinggi daripada bendalir intrasel. Air meresap keluar dari sel.
| Jenis Sel | Dalam Larutan Hipotonik | Dalam Larutan Isotonik | Dalam Larutan Hipertonik |
| Sel Haiwan | Mengembang dan meletus (hemolisis). | Mengekalkan bentuk normal. | Mengecut (krenasi). |
| Sel Tumbuhan | Menjadi segah (tidak meletus kerana ada dinding sel). | Menjadi flasid. | Vakuol mengecut, membran plasma tertarik dari dinding sel (plasmolisis). |
Sel tumbuhan yang mengalami plasmolisis boleh kembali segah jika direndam semula dalam larutan hipotonik, satu proses yang dipanggil deplasmolisis.
4. Aplikasi dalam Kehidupan Harian
Konsep pergerakan bahan merentasi membran plasma diaplikasikan secara meluas.
• Fenomena Kelayuan Tumbuhan: Pembajaan berlebihan menyebabkan air tanah menjadi hipertonik, air meresap keluar dari akar, dan tumbuhan layu akibat plasmolisis.
• Pengawetan Makanan: Penggunaan gula atau garam pekat (larutan hipertonik) menyebabkan air meresap keluar dari sel mikroorganisma, menyebabkannya mati dan makanan tahan lebih lama. Contoh: jeruk, ikan masin.
• Perubatan:
◦ Larutan saline (0.9% natrium klorida) bersifat isotonik terhadap plasma darah.
◦ Garam penghidratan oral membantu pesakit cirit-birit menggantikan air dan elektrolit yang hilang.
• Minuman Sukan: Minuman isotonik menggantikan bendalir dan elektrolit yang hilang semasa bersenam.
• Osmosis Berbalik: Teknologi penulenan air yang menggunakan tekanan untuk memaksa air melalui membran telap memilih, meninggalkan garam dan bendasing.
• Liposom: Vesikel dwilapisan fosfolipid digunakan untuk melindungi ubat daripada dimusnahkan oleh jus gaster dan menghantarnya ke sel sasaran.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Model Mozek Bendalir | Model struktur membran plasma di mana komponen protein terapung dalam dwilapisan fosfolipid, membentuk corak yang dinamik dan sentiasa berubah. |
| Dwilapisan Fosfolipid | Struktur asas membran plasma yang terdiri daripada dua lapisan molekul fosfolipid. |
| Hidrofilik | Ciri bahan yang “tertarik kepada air”. Merujuk kepada bahagian kepala molekul fosfolipid. |
| Hidrofobik | Ciri bahan yang “tidak tertarik kepada air”. Merujuk kepada bahagian ekor molekul fosfolipid. |
| Membran Telap Memilih | Membran yang hanya membenarkan pergerakan bebas sesetengah bahan merentasinya dan menghalang atau mengehadkan pergerakan bahan lain. |
| Pengangkutan Pasif | Pergerakan bahan merentasi membran plasma mengikut kecerunan kepekatan tanpa menggunakan tenaga. |
| Pengangkutan Aktif | Pergerakan bahan merentasi membran plasma menentang kecerunan kepekatan dengan menggunakan tenaga daripada ATP. |
| Resapan Ringkas | Pergerakan molekul atau ion dari kawasan berkepekatan tinggi ke rendah, terus melalui dwilapisan fosfolipid. |
| Resapan Berbantu | Pergerakan bahan merentasi membran mengikut kecerunan kepekatan dengan bantuan protein pengangkut (protein liang atau pembawa). |
| Osmosis | Pergerakan bersih molekul air dari kawasan keupayaan air tinggi ke kawasan keupayaan air rendah merentasi membran telap memilih. |
| Larutan Isotonik | Larutan yang mempunyai kepekatan bahan terlarut yang sama dengan larutan lain (cth: sitoplasma sel). |
| Larutan Hipotonik | Larutan yang mempunyai kepekatan bahan terlarut yang lebih rendah (keupayaan air lebih tinggi) daripada larutan lain. |
| Larutan Hipertonik | Larutan yang mempunyai kepekatan bahan terlarut yang lebih tinggi (keupayaan air lebih rendah) daripada larutan lain. |
| Hemolisis | Keadaan di mana sel darah merah mengembang dan meletus apabila berada dalam larutan hipotonik. |
| Krenasi | Keadaan di mana sel haiwan mengecut dan membrannya berkedut apabila berada dalam larutan hipertonik. |
| Plasmolisis | Proses di mana vakuol dan sitoplasma sel tumbuhan mengecut, menyebabkan membran plasma tertarik daripada dinding sel akibat kehilangan air dalam larutan hipertonik. |
| Deplasmolisis | Proses pemulihan sel tumbuhan yang mengalami plasmolisis kembali menjadi segah apabila dimasukkan ke dalam larutan hipotonik. |
| Segah | Keadaan sel tumbuhan yang mengembang sepenuhnya apabila air meresap masuk ke dalam vakuol, menyebabkan membran plasma menekan pada dinding sel yang tegar. |
| Flasid | Keadaan sel tumbuhan apabila berada dalam larutan isotonik, di mana sel tidak segah sepenuhnya. |
| Pam Natrium-Kalium | Protein pembawa yang terlibat dalam pengangkutan aktif ion natrium keluar dari sel dan ion kalium masuk ke dalam sel. |
| Osmosis Berbalik | Proses penulenan air di mana tekanan digunakan untuk memaksa air merentasi membran telap memilih, menentang kecerunan osmosis. |
| Liposom | Vesikel sfera yang terdiri daripada dwilapisan fosfolipid, digunakan untuk mengangkut ubat atau bahan lain ke dalam sel. |
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan KBAT (Kemahiran Berfikir Aras Tinggi)
1. Soalan: Seorang pesakit yang mengalami dehidrasi teruk akibat cirit-birit diberikan larutan garam penghidratan oral untuk diminum. Terangkan mengapa larutan ini lebih berkesan untuk memulihkan keadaan pesakit berbanding air kosong.
Jawapan: Larutan garam penghidratan oral mengandungi air, glukosa, dan elektrolit (seperti natrium dan kalium) pada kepekatan yang isotonik atau sedikit hipotonik terhadap bendalir badan. Kandungan elektrolit ini penting untuk menggantikan ion-ion yang hilang semasa cirit-birit. Glukosa pula membantu dalam penyerapan natrium dan air di dalam usus melalui pengangkutan aktif dan resapan berbantu. Air kosong sahaja tidak dapat menggantikan elektrolit yang hilang dan penyerapannya kurang cekap berbanding larutan yang mengandungi glukosa dan garam.
2. Soalan: Ramalkan apa yang akan berlaku kepada sel Amoeba sp., organisma air tawar, jika ia dipindahkan ke dalam air laut. Jelaskan jawapan anda.
Jawapan: Air laut adalah hipertonik terhadap sitoplasma Amoeba sp.. Akibatnya, air akan meresap keluar dari sel Amoeba sp. secara osmosis, menuruni kecerunan keupayaan air. Ini akan menyebabkan Amoeba sp. kehilangan air, mengecut dan akhirnya mati. Vakuol mengecut yang biasanya berfungsi untuk menyingkirkan air berlebihan dalam persekitaran air tawar tidak dapat berfungsi untuk menyerap air dari persekitaran hipertonik.
3. Soalan: Krim kosmetik yang mengandungi liposom dikatakan lebih berkesan untuk menghantar bahan aktif ke dalam sel kulit. Berikan penilaian anda mengenai pernyataan ini.
Jawapan: Pernyataan ini adalah berasas. Liposom ialah vesikel yang membrannya terdiri daripada dwilapisan fosfolipid, sama seperti membran sel. Struktur ini membolehkan liposom bergabung dengan membran plasma sel kulit dengan mudah dan melepaskan kandungannya (bahan aktif kosmetik) terus ke dalam sitoplasma. Selain itu, dwilapisan fosfolipid melindungi bahan aktif daripada terurai sebelum sampai ke sel sasaran. Kaedah ini lebih berkesan berbanding krim biasa di mana bahan aktifnya mungkin sukar untuk merentasi membran plasma kulit.
4. Soalan: Seorang tukang kebun menasihatkan agar tidak menabur garam untuk membunuh rumpai di atas tanah berhampiran tanaman hiasan. Wajarkan nasihat ini menggunakan pengetahuan anda tentang osmosis.
Jawapan: Nasihat ini wajar. Apabila garam ditabur di atas tanah, ia akan larut dalam air tanah dan menjadikan air tanah sangat hipertonik. Ini akan mewujudkan kecerunan keupayaan air yang tinggi dari sel akar tanaman hiasan ke air tanah. Akibatnya, air akan meresap keluar dari sel-sel akar tanaman hiasan secara osmosis. Tanaman akan kehilangan air, mengalami plasmolisis, menjadi layu, dan akhirnya mati jika keadaan ini berterusan. Garam bukan sahaja membunuh rumpai tetapi juga akan memudaratkan tanaman berdekatan.
5. Soalan: Dalam satu eksperimen, didapati kadar penyerapan garam mineral oleh akar tumbuhan menurun dengan mendadak apabila akar direndam dalam larutan yang kekurangan oksigen. Terangkan mengapa.
Jawapan: Penyerapan ion mineral oleh sel akar rambut tumbuhan berlaku secara pengangkutan aktif. Proses ini bergerak menentang kecerunan kepekatan dan memerlukan tenaga dalam bentuk ATP. ATP dijana melalui proses respirasi sel, yang memerlukan oksigen. Apabila akar direndam dalam larutan yang kekurangan oksigen, kadar respirasi sel menurun. Ini menyebabkan penghasilan ATP berkurangan, lalu melambatkan atau menghentikan proses pengangkutan aktif. Akibatnya, kadar penyerapan garam mineral oleh akar menurun dengan mendadak.