(Membran Sel) Selanjutnya pada pengkajian dengan difraksi sinar-X pada berbagai membran organisme hidup menunjukkan bahwa molekul molekul lipid tersusun dalam dua lapisan. Kesimpulan ini didukung pula oleh kenyataan bahwa membran sel tersebut dapat dibelah secara mekanik melalui bidang tengahnya menjadi dua lembar lapisan tunggal, apabila membran sel tersebut dibekukan lebih dahulu.

(Membran Sel) Tersusun molekul molekul lipid dalam dua lapisan tersebut, tidak lain disebabkan oleh sifat-sifat khusus dari molekul lipid itu sendiri. Molekul fosfolipid terdiri atas dua bagian; bagian hidrofilik yang dekat dengan air dan hidrofobik yang menjauhi air. Untuk melindungi bagian hidrofobik bersentuhan dengan air terbentuklah 2 lapisan, sehingga bagian hidrofilik terpapar kepada air. Molekul lipid sebenarnya tidak larut dalam air, melainkan dapat larut dalam berbagai pelarut organik. Dari sebagian lapisan lipid sebuah sel hewan seluas 1 mikrometer kali 1 mikrometer, dapat diperoleh sebanyak 5 x 10 pangkat 6 molekul lipid atau sebanyak 10 pangkat 6 molekul apabila diambil dari seluruh permukaan sel.

Molekul molekul lipid dari membran sel ternyata tersusun, dari 3 jenis yaitu:

1. Fosfolipid, yang terbanyak

2. Kolesterol

3. Glikolipid

(Membran Sel) Ketiga jenis lipid tersebut bersifat amfipotik, artinya molekulnya memiliki ujung hidrofobik atau nonpolar (menjauhi air) dan ujung hidrofilik atau polar (menyenangi air). Molekul fosfolipid digambarkan sebagai bentuk yang memiliki kepala (ujung polar) dan dua ekor (ujung nonpolar).

(Membran Sel) Bentuk ekor tersebut berasal dari 2 molekul asam lemak yang terikat pada molekul gliserol dengan 3 karbon dan bentuk kepala berasal dari ikatan molekul dengan asam fosfat. Panjang ekor beragam dari 14-24 atom karbon, yang biasanya salah satunya berasal dari gugus asam lemak jenuh, sedang ekor yang lain berasal dari gugus asam lemak tidak jenuh. Adanya ikatan rangkap dua atom karbon menyebabkan membengkoknya rantai gugus asam lemak.

(Membran Sel) Apabila molekul molekul lipid yang bersifat amfipotik tersebut dikitari oleh lingkungan air, maka mereka cenderung akan menyusun diri sedemikian rupa sehingga bagian ekor yang hidrofobik terlindung dari air.

Untuk melindungi bagian ekor dari lingkungan air dapat dilakukan melalui 2 cara:

1. Deretan molekul lipid membentuk bola-bola yang tidak mengandung air dengan ekornya mengarah ke pusat bola

2. Deretan molekul lipid membentuk susunan dwi-lapisan sebagai dinding bola yang mengandung air. Cara ini sesuai dengan susunan dwilapis lipid sebuah sel.

(Membran Sel) Informasi kedua cara tersebut dapat diperoleh dari percobaan in vitro. Keberadaan susunan molekul dalam 2 lapisan ditunjukkan dengan membelah membran sel yang dibekukan. Dari percobaan percobaan selanjutnya dapat dikenal adanya kemungkinan gerakan gerakan molekul lipid dalam dwilapisan molekul, yaitu:

1. Molekul lipid pindah dari satu lapisan ke lapisan lain; gerakan yang dinamakan “flip-flop” ini sangat jarang terjadi.

2. Difusi lateral, molekul lipid berpindah tempat dalam lapisannya sendiri

3. Gerakan rotasi, molekul lipid berputar pada sumbu molekul

4. Ekor rantai molekul lipid dapat mengadakan gerakan fleksi.

Dengan adanya gerakan demikian, lapisan lipid papda membran sel bukanlah merupakan struktur lapisan yang kaku, melainkan merupakan struktur yang mempunyai sifat fluiditas seperti cairan. Semakin banyak rantai asam lemak yang mempunyai ikatan rangkap (rantai tidak jenuh), makin besar sifat fluiditasnya.
(Membran Sel) Sifat fluiditas tersebut selain dipengaruhi oleh struktur kimia bagian hidrofobik, juga dipengaruhi oleh keberadaan molekul kolesterol di antara molekul fosfolipid. Pada membran sel eukariotik perbandingan molekul kolesterol dengan molekul fosfolipid adalah 1:1. Makin banyak molekul kolesterol, membran sel bersifat makin kurang cair. Molekul kolesterol selain berpengaruhi terhadap fluiditas membran air, juga akan mengurangi permeabilitas molekul molekul kecil yang larut dalam air.

Kecairan sebuah membran sel yang memberi sifat lentur, sangat membantu dalam mempermudah fungsi sel bersangkutan. Fungsi-fungsi tersebut di antaranya endositosis, eksositosis, serta dimungkinkan terjadinya fusi antara 2 sel yang bersentuhan.

Protein Membran Sel

(Membran Sel) Jika molekul molekul lipid yang membentuk dua lapisan adalah kerangka dasar membran sel, maka pada kerangka tersebut terdapat jenis molekul lain yaitu dalam bentuk berbagai jenis molekul protein. Hubungan antara molekul protein dengan molekul lipid dapat dibandingkan dengan molekul-molekul protein yang berada dalam pelarutnya, yaitu bahwa molekul protein dalam membran sel seakan-akan “terendam” dalam molekul lipid-lipid yang berada dalam ukuran 2 dimensional.

(Membran Sel) Keberadaan molekul molekul protein yang berbeda jenis dan berat molekul dalam membran sel memberikan perbedaan sifat dan kemampuan fungsi dari masing masing sel. Molekul-molekul protein dapat berfungsi sebagai enzim, reseptor, marka, wahana transportasi melalui membran dan lain-lainnya.

Apabila membran sel dari eritrosit dipisahkan, orang dapat membedakan paling sedikit adanya 3 jenis protein yaitu: spektrin, glikoforin dan “band III”. Ketiga jenis protein tersebut merupakan 60 % dari seluruh jenis protein yang paling menonjol karena merupakan 30 % dari jumlah protein seluruhnya, namun spektrin sebenarnya bukan protein yang ada dalam membran sel. Spektrin bukan bagian dari membran sel, karena berada diluar membran sel. Seperti juga molekul molekul lipid pada dua lapisan dapat bergerak mengalir ke samping, maka molekul-molekul protein ini dapat pula ditunjukkan bergerak bebas dalam membran sel, tanpa mengubah kedudukan dalam dua lapisan.

(Membran Sel) Beberapa jenis protein membran dapat dibedakan berdasarkan hubungan dan kedudukannya terhadap dua lapisan molekul lipid.

1. Molekul protein menembus kedua lapisan molekul lipid, sehingga ujung-ujung molekul dapat menonjol pada kedua permukaan membran sel.

2. Sebagian dari molekul protein terdapat diantara molekul lipid dari bagian dua lapisan, ujung molekul protein menonjol pada salah satu permukaan membran sel.

3. Sebagian molekul protein berikatan secara kovalen dengan molekul lipid sebagian ujung molekul protein menonjol pada permukaan membran sel.

4. Molekul protein berada pada permukaan membran sel, tetapi terikat dengan perantaraan molekul protein lain.

(Membran Sel) Kedudukan protein yang berbeda-beda tersebut bergantung pada struktur molekul proteinnya sendiri. Adanya kedudukan penggal-penggal peptida dalam hubungannya dengan air di lingkungannya akan dibedakan menjadi daerah polar yang hidrofilik, maka kedudukan molekul protein dalam molekul lipid akan menyesuaikan diri berdasarkan daerah daerah tersebut. Dalam penyesuaiannya rantai protein akan melipat-lipat. Penggal yang bersifat hidrofobik berada dalam membran, sedang penggal yang hidrofilik berada pada permukaan membran. Seperti dikemukakan di depan, keberadaan protein ini dapat ditunjukkan dengan mikroskop elektron setelah membran plasma dibekukan kemudian pecah secara mekanik sehingga terbelah.

Dapat diringkas bahwa kedudukan molekul protein terhadap lapisan lipid pada struktur membran sel adalah:

1. Protein integral pada membran sel tersusun secara mosaik diantara lapisan molekul lipid.

2. Molekul protein ikut bergerak mengikuti molekul dua lapis lipid yang merupakan struktur dasar membran sel  / membran plasma yang bersifat cairan yang bergerak.

(Membran Sel) Singer dan Nicolson (1972) berdasarkan fakta struktur membran sel dan sifat fluiditas membran sel mengajukan teori tentang membran sel berdasarkan model mosaik cair (fluid mosaic model).

Hingga sekarang ini, model mosaik cair masih dianggap sebagai kebenaran sehingga semua pembahasan yang melibatkan membran sel berdasarkan teori model mosaik cair membran sel.

Model struktur molekular membran sel menurut Singer dan Nicolson dapat menerangkan bahwa fenomena yang terdapat pada membran sel yang tadinya tidak dapat dijelaskan dengan model model lain yang telah ada sebelumnya.

(Membran Sel) Semua sel eukariotik mempunyai karbohidrat pada permukaanya yang sebagian besar berbentuk sebagai rantai oligosakarida yang terikat dengan protein membran (glikoprotein) dan sebagian kecil terikat pada lipid (glikolipid). Sebagian besar dari protein membran yang dapat terlihat pada permukaan membran sel diduga mengikat gugus gula, sedang kurang dari 1/10 molekul lipid dari lapisan luar dari lipid mengikat karbohidrat. Selain itu dari setiap glikoprotein sebagian besar memiliki sejumlah rantai-rantai cabang oligosakarida, namun sebaliknya setiap molekul glikolipid hanya memiliki sebuah rantai cabang.

Secara keseluruhan, perbandingan karbohidrat dalam membran sel berkisar antara 2%-10% terhadap berat membran.

Pada semua membran sel organisme hidup, molekul karbohidrat selalu berada pada permukaan membran sel yang tidak berhadapan dengan sitoplasma. Inilah salah satu penyebab adanya bentuk asimetri dari membran sel yang terbentuk dari dua lapisan lipid.

(Membran Sel) Adanya molekul karbohidrat yang berlebihan pada beberapa sel eukariotik memberikan terminologi khusus, sekaligus sebagai selubung sel atau glikokaliks. Selubung sel ini kadang kadang mudah ditunjukkan dalam pengamatan mikrosokop cahaya dengan pewarnaan khusus.

Apakah kepentingan molekul karbohidrat pada permukaan sel (membran sel)? Dari lebih 100 jenis monosakarida yang terdapat di alam, hanya 3 jenis yang ditemukan pada molekul glikoprotein dan glikolipid membran. Monosakarida yang utama adalah galaktose, manosa, fukose, galaktosamin, glukosamin, glukose, dan asam sialik.

(Membran Sel) Fungsi rantai cabang oligosakarida pada glikolipid dan glikoprotein membran sel belum begitu jelas. Sangat mungkin bahwa gugus oligosakarida membran membantu agar molekul protein dapat terpancang kuat dalam membran sel dan berperan menstabilkan struktur protein.

(Membran Sel) Kompleksitas dari beberapa oligosakarida pada glikoprotein dan glikolipid membran sel yang terpapar pada permukaan sel, memberikan petunjuk bahwa mereka sangat berperan penting dalam proses pengenalan dalam komunikasi antar sel. Hal ini sangat jelas  terdapat pada sel sel yang terlibat dalam sistem imunitas.

(Membran Sel) Seperti yang telah diketahui bahwa sel sel tumbuhan selalu diselubungi oleh dinding sel yang tebal yang tersusun terutama oleh selulosa, yang juga merupakan molekul karbohidrat.

Pada mulanya diduga bahwa perbedaan utama antara sel hewan dan sel tumbuhan terletak pada ada tidaknya selubung karbohidrat sekeliling selnya. Tetapi dengan kemajuan teknik mikroskopi elektron ternyata bahwa di luar membran sel hewan masih terdapat selubung sel yang tersusun atas molekul karbohidrat, tetapi bukan dalam bentuk selulosa seperti sel tumbuhan.

Walaupun selubung sel tidak mutlak perlu untuk integritas sel dan permeabilitas membran sel, namun dari berbagai pengamatan dapat diduga adanya fungsi fungsi penting.

Fungsi glikokaliks (selubung sel) tersebut diantaranya:

1. Pengenalan sel terhadap sekitarnya termasuk sel sel tetanga. Sifat dan struktur dinidng sel ini tergantung pada ekspresi gen yang dimiliki oleh sel yang bersangkutan.

2. Sifat antigenisitas dari sel bersangkutan, khususnya penting dalam interaksi dalam proses respons imun.

3. Mengandung filtrasi zat zat yang disesukaikan dengan besarnya molekul, khususnya pada kapiler yang terdapat pada glomelurus ginjal.

4. Mengandung enzim, misalnya pada epitel usus mengandung fosfatase-alkali.

5. Mengubah konsentrasi berbagai zat pada permukaan sel agar dapat berfungsi menghambat difusi atau mengubah lingkungan ionik dan perubahan muatan listrik.

Keberadaan selubung sel rupanya tidak tampak memisahkan pada tight junction yang merupakan bentuk hubungan antar membran sel dari dua sel yang berdekatan