Osmosis
Diagram yang
menggambarkan peristiwa osmosis
Osmosis adalah
perpindahan molekul air melalui selaput semipermiabel 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.
Osmosis adalah
suatu topik yang penting dalam biologi karena
fenomena ini dapat menjelaskan mengapa air dapat ditransportasikan ke dalam dan
ke luar sel.
Album
- Osmosis
Shot of a computer simulation of the
process of osmosis
Effect of different solutions on blood
cells
Plant cell under different environments
Osmosis merupakan difusi air melintasi membran semipermeabel dari daerah dimana air lebih banyak ke daerah dengan air yang lebih sedikit . Osmosis sangat ditentukan oleh potensial kimia air atau potensial air , yang menggambarkan kemampuan molekul air untuk dapat melakukan difusi. Sejumlah besar volume air akan memiliki kelebihan energi bebas daripada volume yang sedikit, di bawah kondisi yang sama. Energi bebas zuatu zat per unit jumlah, terutama per berat gram molekul (energi bebas mol-1) disebut potensial kimia. Potensial kimia zat terlarut kurang lebih sebanding dengan konsentrasi zat terlarutnya. Zat terlarut yang berdifusi cenderung untuk bergerak dari daerah yang berpotensi kimia lebih tinggi menuju daerah yang berpotensial kimia lebih kecil (Ismail, 2006).Osmosis adalah difusi melalui membran semipermeabel. Masuknya larutan kedalam sel-sel endodermis merupakan contoh proses osmosis. Dalam tubuh organisme multiseluler, air bergerak dari satu sel ke sel lainnya dengan leluasa. Selain air,molekul-molekul yang berukuran kecil seperti O2 dan CO2 juga mudah melewati membran sel. Molekul-molekul tersebut akan berdifusi dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Proses Osmosis akan berhenti jika konsentrasi zat di kedua sisi membran tersebut telah mencapai keseimbangan(Anonim, 2009).Struktur dinding sel dan membran sel berbeda. Membran memungkinkan molekul air melintas lebih cepat daripada unsur terlarut; dinding sel primer biasanya sangat permeable terhadap keduanya. Memang membran sel tumbuhan memungkinkan berlangsungnya osmosis, tapi dinding sel yang tegar itulah yangmenimbulkan tekanan. Sel hewan tidak mempunyai dinding, sehingga bila timbultekanan didalamnya, sel tersebut sering pecah, seperti yang terjadi saat sel darahmerah dimasukkan dalam air. Sel yang turgid banyak berperan dalam menegakkantumbuhan yang tidak berkayu (Salisbury, 1995).Prinsip osmosis: transfer molekul solvent dari lokasi hypotonic (potensirendah) solution menuju hypertonic solution, melewati membran. Jika lokasihypertonic solution kita beri tekanan tertentu, osmosis dapat berhenti, atau malah berbalik arah (reversed osmosis).Besarnya tekanan yang dibutuhkan untuk menghentikan osmosis disebut sebagai osmotic press.Jika dijelaskan sebagai konseptermodinamika, osmosis dapat dianalogikan sebagai proses perubahan entrropi.Komponen solvent murni memiliki entropi rendah, sedangkan komponen berkandunagn solut tinggi memiliki entropi yg tinggi juga. Mengikuti Hukum TermoII: setiap perubahan yang terjadi selalu menuju kondisi entropi maksimum, makasolvent akan mengalir menuju tempat yg mengandung solut lebih banyak, sehinggatotal entropi akhir yang diperoleh akan maksimum.Solvent akan kehilangan entropi,dan solut akan menyerap entropi. "Orang miskin akan semakin miskin, sedang yangkaya akan semakin kaya". Saat kesetimbangan tercapai, entropi akan maksimum, ataugradien (perubahan entropi terhadap waktu)
Pengertian
Difusi – Difusi merupakan peristiwa
mengalirnya atau berpindahnya suatu zat dalam pelarut dari bagian
berkonsentrasi tinggi ke bagian yang berkonsentrasi rendah, sedangkan osmosis
adalah perpindahan air melalui membran permeabel selektif dari bagian yang
lebih encer ke bagian yang lebih pekat. Contoh peristiwa difusi yang sederhana
adalah pemberian gula pada cairan teh tawar dan contoh peristiwa osmosis adalah
kentang yang dimasukkan ke dalam air garam.
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:
Melalui celah pada lapisan lipid
ganda, khususnya jika bahan berdifusi terlarut lipid.
Melalui saluran licin pada beberapa
protein transpor.
Tekanan
osmotik merupakan sifat koligatif, yang berarti bahwa sifat ini bergantung pada
konsentrasi zat terlarut, dan bukan pada sifat zat terlarut itu sendiri.
Struktur Sel Eukariotik
Semua sel eukariotik memiliki
membran inti. Selain itu, sel eukariotik memiliki sistem endomembran, yakni
memiliki organelorganel bermembran seperti retikulum endoplasma, kompleks
Golgi, mitokondria, dan lisosom. Sel eukariotik juga memiliki sentriol.
Perhatikan Gambar tentang struktur sel eukariotik di bawah ini:
 |
|
Struktur
sel eukariotik pada tumbuhan
|
Berikut ini akan dibahas
mengenai struktur sel eukariotik yang meliputi membran plasma, sitoplasma, dan
organel-organel sel (ribosom, kompleks Golgi, mitokondria, lisosom, badan
mikro, dan mikrotubulus).
a. Membran Sel (Selaput Plasma)
Membran sel merupakan bagian terluar sel yang membatasi bagian dalam sel dengan lingkungan luar.
Membran sel merupakan selaput selektif permeabel, artinya hanya dapat dilalui molekul-molekul tertentu seperti glukosa, asam amino, gliserol, dan berbagai ion. Membran sel mempunyai beberapa fungsi sebagai berikut.
- Sebagai reseptor (penerima)
rangsang dari luar, seperti hormon dan bahan kimia lain, baik dari
lingkungan luar maupun dari bagian lain dalam organisme itu sendiri.
- Melindungi agar isi sel tidak
keluar meninggalkan sel.
- Mengontrol zat-zat yang boleh
masuk maupun keluar meninggalkan sel. Hal inilah yang menyebabkan membran
plasma bersifat semipermeabel (selektif permeabel).
- Sebagai tempat terjadinya
kegiatan biokimiawi, seperti reaksi oksidasi dan respirasi.
Berdasarkan analisis kimiawi dapat diketahui bahwa hampir seluruh membran sel terdiri atas lapisan protein dan lapisan lipid (lipoprotein). Membran plasma terdiri atas dua lapisan, yaitu berupa lapisan lipid rangkap dua (lipid bilayer).
Lapisan lipid disusun oleh fosfolipid. Fosfolipid adalah lipid yang mengandung gugus fosfat dan terdiri atas bagian kepala (polar head) dan bagian ekor (nonpolar tail). Bagian kepala bersifat hidrofilik (suka air), sedangkan bagian ekor bersifat hidrofobik (tidak suka air). Lipid terdiri atas fosfolipid, glikolipid, dan sterol.
- Fosfolipid, yaitu lipid yang mengandung gugusan fosfat.
- Glikolipid, yaitu lipid yang mengandung karbohidrat.
- Sterol, yaitu lipid alkohol terutama kolesterol.
Lapisan protein membran sel terdiri
atas glikoprotein. Lapisan protein membentuk dua macam lapisan, yaitu lapisan
protein perifer atau ekstrinsik dan lapisan protein integral atau intrinsik.
Lapisan protein perifer membungkus bagian kepala (polar head) lipid rangkap dua
bagian luar. Lapisan protein integral membungkus bagian kepala (polar head) lipid
rangkap dua bagian dalam. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar berikut.
 |
|
Struktur
membran sel dan fosfolipid
|
Di depan telah dijelaskan bahwa
membran plasma bersifat selektif permeabel (semipermeabel) yang artinya membran
plasma dapat dilalui oleh molekul atau ion tertentu. Perpindahan molekul atau
ion melewati membran ada dua macam, yaitu transpor pasif dan transpor aktif.
- Transpor pasif adalah perpindahan molekul atau ion tanpa menggunakan
energi sel. Perpindahan molekul tersebut terjadi secara spontan dari
konsentrasi tinggi ke rendah. Contoh transpor pasif adalah difusi dan
osmosis.
- Transpor aktif adalah perpindahan molekul atau ion menggunakan energi
dari sel itu. Contoh transpor aktif adalah pompa ion natrium (Na+)/kalium
(K+), endositosis, dan eksositosis.
Apa perbedaan antara difusi dengan
osmosis? Uraian berikut akan membahas proses terjadinya transpor pasif dan
transpor aktif dengan lebih rinci.
1) Difusi
Difusi adalah perpindahan molekul-molekul dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah baik melalui membran plasma ataupun tidak. Molekul dan ion yang terlarut dalam air bergerak secara acak dengan konstan. Gerakan acak ini mendorong terjadinya difusi. Difusi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu difusi sederhana dan difusi terbantu (facilitated diffusion).
a) Difusi Sederhana
Molekul zat dapat berdifusi secara spontan hingga dicapai kerapatan yang sama dalam suatu ruangan. Sebagai contoh, setetes parfum akan menyebar ke seluruh ruangan (difusi gas di dalam medium udara).
Molekul dari sesendok gula akan menyebar ke seluruh volume air dalam gelas meskipun tanpa diaduk (difusi zat padat di dalam medium air) sehingga kerapatan zat tersebut merata. Perhatikan gambar proses terjadinya difusi pada Gambar berikut:
1) Difusi
Difusi adalah perpindahan molekul-molekul dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah baik melalui membran plasma ataupun tidak. Molekul dan ion yang terlarut dalam air bergerak secara acak dengan konstan. Gerakan acak ini mendorong terjadinya difusi. Difusi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu difusi sederhana dan difusi terbantu (facilitated diffusion).
a) Difusi Sederhana
Molekul zat dapat berdifusi secara spontan hingga dicapai kerapatan yang sama dalam suatu ruangan. Sebagai contoh, setetes parfum akan menyebar ke seluruh ruangan (difusi gas di dalam medium udara).
Molekul dari sesendok gula akan menyebar ke seluruh volume air dalam gelas meskipun tanpa diaduk (difusi zat padat di dalam medium air) sehingga kerapatan zat tersebut merata. Perhatikan gambar proses terjadinya difusi pada Gambar berikut:
 |
|
Menyebarnya
molekul gula pada
proses difusi |
Peristiwa difusi sederhana dapat diamati ketika kita memasukkan segumpal gula ke dalam air (a), molekul-molekulnya terlarut (b), dan tersebar (berdifusi) (c). Pada akhirnya proses difusi menyebabkan gula tersebar merata ke dalam air (d).
b) Difusi Terbantu
Difusi terbantu merupakan proses difusi dengan perantara protein pembawa (carrier protein). Arah perpindahan molekul seperti halnya pada difusi biasa yaitu dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, hanya saja protein pembawa membantu proses perpindahan molekul ini.
Difusi terbantu merupakan transpor melalui media pembawa. Pada proses ini, molekul diikat oleh reseptor pada sisi luar sel dan dilewatkan melalui membran plasma oleh protein transmembran yang telah mengalami perubahan susunan. Setelah itu, protein pembawa kembali pada susunan semula. Protein pembawa juga dapat membuat celah yang dapat dilalui oleh ion-ion seperti Cl– dan Na+. Perhatikan skema difusi terbantu pada Gambar berikut:
 |
|
Skema
difusi terbantu
|
2)
Osmosis
Osmosis adalah perpindahan molekul air melalui membran semipermeabel dari larutan yang konsentrasi airnya tinggi ke larutan yang konsentrasi airnya rendah. Dengan kata lain, osmosis juga berarti perpindahan molekul dari larutan berkepekatan rendah (hipotonis) ke larutan berkepekatan tinggi (hipertonis) melalui selaput (membran) semipermeabel. Perhatikan skema osmosis pada Gambar berikut agar Anda lebih paham tentang proses terjadinya osmosis.
Osmosis adalah perpindahan molekul air melalui membran semipermeabel dari larutan yang konsentrasi airnya tinggi ke larutan yang konsentrasi airnya rendah. Dengan kata lain, osmosis juga berarti perpindahan molekul dari larutan berkepekatan rendah (hipotonis) ke larutan berkepekatan tinggi (hipertonis) melalui selaput (membran) semipermeabel. Perhatikan skema osmosis pada Gambar berikut agar Anda lebih paham tentang proses terjadinya osmosis.
 |
|
Proses
osmosis
|
a) Lubang bawah tabung gelas yang berisi larutan garam ditutup dengan membran selektif permeabel, yang dapat dilewati molekul air tetapi tidak dapat dilewati garam.
b) Ketika tabung dimasukkan dalam gelas beker berisi akuades, molekul air berosmosis ke dalam tabung sehingga volume larutan dalam tabung bertambah.
c) Larutan berhenti naik ketika tekanan berat akuades mampu mengimbangi tekanan osmotik.
Bagaimana proses osmosis terjadi? Lakukan kegiatan berikut ini untuk mengamati proses terjadinya osmosis.
Percobaan
Mengamati Proses Osmosis
Sediakan kentang atau wortel,
larutan yodium (1%, 10%, dan 100%), 3 buah beaker glass (gelas beker) 50 ml,
penggaris, dan silet. Potonglah kentang atau wortel menjadi 15 kubus berukuran
1 cm × 1 cm × 1 cm. Kemudian siapkan 3 buah gelas beker 50 ml dan berilah kode
A, B, dan C. Tuangkan larutan yodium 1% ke dalam gelas beker A, larutan yodium
10% ke dalam gelas beker B, dan larutan yodium 100% ke dalam gelas beker C.
Masukkan 5 buah kubus kentang atau wortel ke dalam tiap-tiap gelas beker.
Setiap interval 5 menit, keluarkan sebuah kubus kentang atau wortel dari
tiap-tiap gelas beker dan potonglah menjadi 2 bagian dengan silet. Selanjutnya,
ukurlah jarak larutan yodium yang masuk dalam kubus tersebut mulai dari tepi
irisan kubus menuju ke daerah tengah yang masih dapat teramati warna larutan
yodiumnya. Hitunglah jarak rata-ratanya selama waktu 25 menit.
Pertanyaan:
Pertanyaan:
1.
Apa yang terjadi pada kentang atau
wortel pada tiap-tiap gelas beker? Mengapa demikian?
2.
Bagaimana jarak rata-rata pada kubus
kentang atau wortel pada tiap-tiap gelas beker selama interval waktu 25 menit?
3.
Apa kesimpulan Anda dari kegiatan
ini?
Peristiwa osmosis terjadi dalam sel.
Bila konsentrasi larutan dalam sel tinggi, air akan masuk sel dan terjadi
endosmosis. Hal ini menyebabkan tekanan osmosis sel menjadi tinggi. Keadaan
yang demikian dapat memecahkan sel (lisis). Jadi, lisis adalah hancurnya sel
karena rusaknya atau robeknya membran plasma. Sebaliknya, apabila konsentrasi
larutan di luar sel lebih tinggi, air dalam sel akan keluar dan terjadi
eksosmosis.
Eksosmosis pada hewan akan menyebabkan pengerutan sel yang disebut krenasi dan pada tumbuhan akan menyebabkan terlepasnya membran dari dinding sel yang disebut plasmolisis. Perhatikan Gambar berikut.
Eksosmosis pada hewan akan menyebabkan pengerutan sel yang disebut krenasi dan pada tumbuhan akan menyebabkan terlepasnya membran dari dinding sel yang disebut plasmolisis. Perhatikan Gambar berikut.
 |
|
Osmosis
pada sel hewan dan sel tumbuhan
|
Dari Gambar diatas dapat diketahui
bahwa sel hewan dapat mengalami lisis (pecah) apabila larutan di luar sel
bersifat hipotonik. Sebaliknya, sel hewan akan mengalami krenasi apabila
larutan diluar sel bersifat hipertonik. Perhatikan contoh berikut agar Anda
mengetahui lebih jelas mengenai terjadinya krenasi dan lisis pada sel darah
merah.
Cermati tiga bentuk sel darah merah pada Gambar berikut. Apakah Anda menemukan perbedaannya? Jika sel darah merah ditempatkan dalam air laut, maka cairan sel akan keluar dengan cara osmosis dan sel mengerut (krenasi). Hal ini karena air laut mengandung jumlah molekul air yang lebih kecil daripada sitoplasma sel darah merah. Air laut hipertonik terhadap sitoplasma sel. Perhatikan Gambar(a).
Cermati tiga bentuk sel darah merah pada Gambar berikut. Apakah Anda menemukan perbedaannya? Jika sel darah merah ditempatkan dalam air laut, maka cairan sel akan keluar dengan cara osmosis dan sel mengerut (krenasi). Hal ini karena air laut mengandung jumlah molekul air yang lebih kecil daripada sitoplasma sel darah merah. Air laut hipertonik terhadap sitoplasma sel. Perhatikan Gambar(a).
 |
|
Kondisi
sel darah merah dalam berbagai larutan.
(a) larutan hipertonik (b) larutan isotonik (c) larutan hipotonik |
Jika sel darah merah itu ditempatkan dalam media larutan yang konsentrasinya sama dengan sitoplasma (plasma darah atau larutan garam 0,9%), sel darah itu tidak akan mendapat tambahan atau kehilangan air dengan cara osmosis. Oleh karena itu, bentuk sel darah merah itu tetap. Larutan demikian disebut isotonik. Perhatikan Gambar (b).
Jika sel darah merah dimasukkan dalam air murni maka molekul air akan berosmosis ke dalamnya. Osmosis ini terjadi karena di luar sel (100%) terdapat konsentrasi air yang lebih tinggi daripada di dalam sel. Air di sekitar sel itu disebut hipotonik terhadap sitoplasma sel. Membran sel dari sel darah merah sangat rapuh dan tidak tahan akan peningkatan tekanan di dalam sel. Akibatnya sel itu semakin mengembang dan akhirnya mengalami hemolisis (pecah). Perhatikan Gambar (c).
Anda telah mengetahui proses terjadinya transpor pasif, yaitu difusi dan osmosis. Proses terjadinya transpor pasif berbeda dengan transpor aktif. Transpor aktif meliputi pompa ion natrium-kalium, endositosis, dan eksositosis.
3) Pompa Natrium-Kalium
Berbeda dengan difusi terbantu yang termasuk transpor pasif karena mengikuti gradien konsentrasi, maka transpor aktif ini bersifat melawan gradien konsentrasi.
Pada transpor aktif terjadi pemompaan molekul melewati membran dan melawan gradien konsentrasi. Pada transpor aktif diperlukan energi untuk melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif ini berfungsi memelihara konsentrasi molekul kecil dalam sel yang berbeda dengan konsentrasi molekul lingkungannya.
Sebagai contoh ion K+ penting untuk mempertahankan kegiatan listrik di dalam sel saraf dan memacu transpor aktif zat-zat lain. Meskipun ion Na+ dan K+ dapat melewati membran, karena kebutuhan akan ion K+ lebih tinggi maka diperlukan lagi pemasukan ion K+ ke dalam sel dan pengeluaran ion Na+ keluar sel. Konsentrasi ion K+ di luar sel rendah, sedangkan di dalam sel tinggi. Sebaliknya, konsentrasi ion Na+ di dalam sel rendah dan di luar sel tinggi. Bila terjadi proses difusi, maka akan terjadi difusi ion K+ dari dalam sel keluar, sedangkan difusi ion Na+ dari luar ke dalam sel. Akan tetapi, yang terjadi sebenarnya bukanlah difusi karena pergerakan ion-ion itu melawan gradien kadar maka terjadi pemasukan ion K+ dan pengeluaran ion Na+. Energi ATP diperlukan untuk melawan gradien kadar itu dengan pertolongan protein yang ada dalam membran. Setiap pengeluaran 3 ion Na+ dari dalam sel diimbangi dengan pemasukan 2 ion K+ dari luar sel. Oleh sebab itu, proses ini disebut pompa natrium-kalium. Perhatikan Gambar di bawah ini.
 |
|
Mekanisme
pompa natrium-kalium
|
4) Endositosis dan
Eksositosis
Endositosis dan eksositosis merupakan transpor yang memerlukan energi. Endositosis merupakan proses masuknya senyawa melalui membran dengan cara pembungkusan senyawa dan cairan ekstraselular dengan pelekukan ke dalam sebagian membran. Hal ini terjadi pada organisme uniselular dan sel darah putih. Jika yang dimasukkan berupa senyawa padat disebut fagositosis, sedangkan jika berupa larutan disebut pinositosis.
Eksositosis merupakan proses pengeluaran zat dari dalam sel keluar sel. Sekret terbungkus kantong membran yang selanjutnya melebar dan pecah. Eksositosis terjadi pada beberapa sel kelenjar atau sel
sekresi. Perhatikan skema endositosis dan eksositosis pada Gambar berikut.
Endositosis dan eksositosis merupakan transpor yang memerlukan energi. Endositosis merupakan proses masuknya senyawa melalui membran dengan cara pembungkusan senyawa dan cairan ekstraselular dengan pelekukan ke dalam sebagian membran. Hal ini terjadi pada organisme uniselular dan sel darah putih. Jika yang dimasukkan berupa senyawa padat disebut fagositosis, sedangkan jika berupa larutan disebut pinositosis.
Eksositosis merupakan proses pengeluaran zat dari dalam sel keluar sel. Sekret terbungkus kantong membran yang selanjutnya melebar dan pecah. Eksositosis terjadi pada beberapa sel kelenjar atau sel
sekresi. Perhatikan skema endositosis dan eksositosis pada Gambar berikut.
 |
|
Endositosis
|
 |
|
Eksositosis
|
 |
|
Mekanisme
Transpor Pasif dan Transpor Aktif
|
Dalam bidang pertanian, pemahaman
tentang transpor pasif (difusi dan osmosis) sangatlah penting. Misalnya untuk
menentukan dosis pupuk dan obat-obatan yang aman bagi tanaman. Jika dosis
terlalu pekat, tanaman bisa mati karena terjadi plasmolisis. Selain itu, dengan
memahami transpor pasif, kita dapat mengetahui bahwa macam zat yang diberikan
pada tanaman sebagai nutrien hendaknya berupa ion-ion yang mudah masuk ke dalam
sel-sel tanaman. Zat-zat organik seperti gula dan protein tidak akan masuk ke
dalam sel tanaman karena membran sel impermeabel terhadap zat-zat tersebut.
Zat-zat tersebut justru akan memicu plasmolisis dan akhirnya mematikan tanaman.
Sifat semipermeabel membran plasma menyebabkan tanaman mampu memilih zat-zat
yang dapat masuk ke dalam sel dan yang tidak.
