Zat-zat untuk proses transpor keluar masuk sel dengan melewati membran sel. Cara zat melewati membran sel melalui beberapa mekanisme berikut.

1. Transpor Pasif

Transpor pasif merupakan perpindahan zat yang tidak memerlukan energi. Perpindahan zat ini terjadi karena perbedaan konsentrasi antara zat atau larutan. Transpor pasif melalui peristiwa difusi, osmosis, dan difusi terbantu.

a. Difusi

Proses ini merupakan perpindahan molekul larutan berkonsentrasi tinggi menuju larutan berkonsentrasi rendah tanpa melalui selaput membran.

Proses difusi sering terjadi pada tubuh kita. Tanpa kita sadari, tubuh kita selalu melakukan proses ini, yaitu pada saat kita menghirup udara. Ketika menghirup udara, di dalam tubuh akan terjadi pertukaran gas antarsel melalui proses difusi. Contoh lain proses difusi adalah saat kita membuat minuman sirup. Sirup yang kita larutkan dengan air akan bergerak dari larutan yang konsentrasinya tinggi ke larutan yang konsentrasinya rendah. Pada masing-masing zat, kecepatan difusi berbeda-beda.

b. Osmosis

Osmosis adalah proses perpindahan air dari zat yang berkonsentrasi rendah (hipotonis) ke larutan yang berkonsentrasi tinggi (hipertonis) melalui membran semipermeabel, sehingga didapatkan larutan yang berkonsentrasi seimbang (isotonis). Peristiwa osmosis dapat kita temukan dalam kehidupan sehari-hari antara lain pada penyerapan air melalui bulu-bulu akar, dan mengerutnya sel darah merah yang dimasukkan ke dalam larutan hipertonis.

c. Difusi Terbantu

Proses difusi terbantu difasilitasi oleh suatu protein. Difusi terbantu sangat tergantung pada suatu mekanisme transpor dari membran sel. Difusi terbantu dapat ditemui pada kehidupan sehari-hari, misalnya pada bakteri Escherichia coli yang diletakkan pada media laktosa. Membran sel bakteri tersebut bersifat impermeabel sehingga tidak dapat dilalui oleh laktosa. Setelah beberapa menit kemudian bakteri akan membentuk enzim dari dalam sel yang disebut permease, yang merupakan suatu protein sel. Enzim permease inilah yang akan membuatkan jalan bagi laktosa sehingga laktosa ini dapat masuk melalui membran sel.

2. Transpor Aktif

Transpor aktif merupakan transpor partikel-partikel melalui membran semipermeabel yang bergerak melawan gradien konsentrasi yang memerlukan energi dalam bentuk ATP. Transpor aktif berjalan dari larutan yang memiliki konsentrasi rendah ke larutan yang memiliki konsentrasi tinggi, sehingga dapat tercapai keseimbangan di dalam sel. Adanya muatan listrik di dalam dan luar sel dapat mempengaruhi proses ini, misalnya ion K+, Na+dan Cl+. Peristiwa transpor aktif dapat dilihat pada peristiwa masuknya glukosa ke dalam sel melewati membran plasma dengan menggunakan energi yang berasal dari ATP. Contoh lain terjadi pada darah di dalam tubuh, yaitu pengangkutan ion kalium (K) dan natrium (Na) yang terjadi antara sel darah merah dan cairan ekstrasel (plasma darah). Kadar ion kalium pada sitoplasma sel darah merah tiga puluh kali lebih besar daripada cairan plasma darah. Tetapi kadar ion natrium plasma darah sebelas kali lebih besar daripada di dalam sel darah merah. Adanya pengangkutan ion bertujuan agar dapat tercapai keseimbangan kadar ion di dalam sel. Peristiwa transpor aktif dibedakan menjadi dua, yaitu endositosis dan eksositosis.

a. Endositosis

Endositosis merupakan peristiwa pembentukan kantong membran sel. Endositosis terjadi karena ada transfer larutan atau partikel ke dalam sel. Peristiwa endositosis dibedakan menjadi dua, yaitu sebagai berikut.

1) Pinositosis

Pinositosis merupakan peristiwa masuknya sejumlah kecil medium kultur dengan membentuk lekukan-lekukan membran sel. Peristiwa ini dapat terjadi bila konsentrasi protein dan ion tertentu pada medium sekeliling sel sesuai dengan konsentrasi di dalam sel. Proses pinositosis dapat diamati dengan mikroskop elektron. Sel-sel yang melakukan proses pinositosis ini antara lain sel darah putih, epitel usus, makrofag hati, dan lain-lain. Tahapan proses pinotosis adalah sebagai berikut.

2) Fagositosis

Fagositosis merupakan peristiwa yang sama seperti pada pinositosis tetapi terjadi pada benda padat yang ukurannya lebih besar. Fagositosis dapat diamati dengan mikroskop misalnya yang terjadi pada Amoeba.

b. Eksositosis

Eksositosis adalah proses keluarnya suatu zat ke luar sel. Proses ini dapat dilihat pada proses kimia yang terjadi dalam tubuh kita, misalnya proses pengeluaran hormon tertentu. Semua proses sekresi dalam tubuh merupakan proses eksositosis. Sel-sel yang mengeluarkan protein akan berkumpul di dalam badan golgi. Kantong yang berisi protein akan bergerak ke arah permukaan sel untuk mengosongkan isinya.

Transpor aktif merupakan kebalikan dari transpor pasif dan bersifat tidak spontan. Arah perpindahan dari transpor ini melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif membutuhkan bantuan dari beberapa protein. Contoh protein yang terlibat dalam transpor aktif ialah channel protein dan carrier protein, serta ionophore. Yang termasuk transpor aktif ialah coupled carriers, ATP driven pumps, dan light driven pumps. Dalam transpor menggunakan coupled carriers dikenal dua istilah, yaitu simporter dan antiporter. Simporter ialah suatu protein yang mentransportasikan kedua substrat searah, sedangkan antiporter mentransfer kedua substrat dengan arah berlawanan. ATP driven pump merupakan suatu siklus transpor Na+/K+ ATPase. Light driven pump umumnya ditemukan pada sel bakteri. Mekanisme ini membutuhkan energi cahaya dan contohnya terjadi pada Bakteriorhodopsin.

Transpor pasif merupakan suatu perpindahan molekul menuruni gradien konsentrasinya. Transpor pasif ini bersifat spontan. Difusi, osmosis, dan difusi terfasilitasi merupakan contoh dari transpor pasif. Difusi terjadi akibat gerak termal yang meningkatkan entropi atau ketidakteraturan sehingga menyebabkan campuran yang lebih acak. Difusi akan berlanjut selama respirasi seluler yang mengkonsumsi O2 masuk. Osmosis merupakan difusi pelarut melintasi membran selektif yang arah perpindahannya ditentukan oleh beda konsentrasi zat terlarut total (dari hipotonis ke hipertonis). Difusi terfasilitasi juga masih dianggap ke dalam transpor pasif karena zat terlarut berpindah menurut gradien konsentrasinya. Contoh molekul yang berpindah dengan transpor pasif ialah air dan glukosa. Transpor pasif air dilakukan lipid bilayer dan transpor pasif glukosa terfasilitasi transporter. Ion polar berdifusi dengan bantuan protein transpor.

Difusi adalah proses berpindahnya zat-zat dari daerah dengan konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi merupakan proses pasif dan tidak membutuhkan energy.

Contoh Peristiwa difusi:

  1. Pemberian gula pada cairan teh tawar. Lambat laun cairan menjadi manis.
  2. Uap air dari cerek yang berdifusi dalam udara.
  3. Pertukaran udara didalam paru-paru.

Osmosis adalah peristiwa perpindahan massa dari lokasi dengan potensi solvent tinggi, menuju lokasi berpotensi solvent rendah, melalui membran semi-permeable.Umumnya yang disebut sebagai solvent di sini adalah air. Dapat dikatakan bahwa peristiwa osmosis adalah transfer solvent (dan bukan solut).Sedangkan peristiwa transfer solut, dikenal sebagai dialysis (arah aliran dari titik berpotensi solut tinggi menuju ke rendah).

Contoh peristiwa osmosis:

  1. Masuk dan naiknya air mineral dalam tubuh pepohonan.
    1. Air dalam tanah memiliki kandungan solvent lebih besar (hypotonic) dibanding dalam pembuluh, sehingga air masuk menuju xylem/sel tanaman.
    2. Ikan air tawar yang ditempatkan di air laut akan mengalami penyusutan volume tubuh.
      1. Air laut adalah hypertonic bagi sel tubuh manusia, sehingga minum air laut justru menyebabkan dehidrasi.
      2. Kentang yang dimasukkan ke dalam air garam akan mengalami penyusutan.
      3. Proses pengasinan telur asin.

Penyakit yang disebabkan oleh patogen sangat meresahkan petani di Indonesia karena mengakibatkan kerusakan hasil yang sangat besar. Kerusakan tersebut menyebabkan kehilangan hasil dan merugikan para petani.

Ada beberapa hal yang penting dalam menghitung kerusakan dan kerugian yang disebabkan oleh patogen, yaitu kejadian penyakit (disease incidence), keparahan penyakit (disease severity), dan kehilangan hasil (yield loss). Yang akan dibahas disini adalah kejadian penyakit dan keparahan penyakit.

Kejadian penyakit merupakan perbandingan antara jumlah tanaman yang sakit dengan total tanaman yang diamati, sedangkan keparahan penyakit merupakan jumlah jaringan tanaman yang sakit, atau jumlah tanaman dalam suatu areal yang terserang penyakit.

Kejadian penyakit dihitung dengan membagi jumlah tanaman yang sakit (n) dengan jumlah tanaman yang diamati (N) dikali dengan seratus persen.  Sedangkan keparahan penyakit dapat kita hitung dengan jumlah tanaman yang sakit dikali skor dari masing-masing tanaman tersebut dibagi jumlah seluruh tanaman yang diamati dikali skor tertinggi dari penyakit tersebut, hasilnya dikali seratus persen.

Kejadian penyakit dapat dilihat dari kerusakan parsial berdasar individu tanaman ataupun kerusakan parsial dari bagian tanaman dan kerusakan total dari tanaman tersebut. Kerusakan parsial berdasar individu adalah kerusakan yang tidak memandang pada salah satu bagian dari tanaman, seperti jika pada tanaman tersebut ada gejala akibat suatu penyakit, maka tanaman tersebut langsung dianggap terinfeksi. Tidak melihat dari besar atau kecilnya gejala atau kerusakan yang terdapat pada tanaman tersebut. Sedangkan kerusakan parsial berdasarkan bagian tanaman adalah kerusakan yang lebih spesifik daripada kerusakan pada bagian tanaman. Karena tanaman yang sakit dilihat berapa besarnya gejala yang terlihat pada tanaman tersebut, seperti kerusakan atau tanda akibat bercak pada daun, karat pada batang, dan lainnya. Sedangkan kerusakan total adalah kerusakan dari seluruh tanamannya, seperti layu ataupun mati.

Salah satu faktor utama penyebab timbulnya penyakit adalah kontaminasi mikroorganisme berupa bakteri. Meskipun terdapat spesies bakteri tertentu yang menguntungkan bagi hewan dan manusia, namun bakteri dapat pula menjadi penyebab timbulnya suatu penyakit yang sangat merugikan. Salah satunya adalah penyakit antraks.

Antraks adalah penyakit yang disebabkan oleh bakteri Bacillus anthracis yang bersifat akut. Penyakit ini sering kali ditemui pada hewan-hewan ternak (farm animals), namun dapat menular pula pada manusia (zoonosis). Antraks masih menjadi masalah khusus di sejumlah negara, termasuk Indonesia. Keberadaannya sangat ditakuti oleh masyarakat dan pelaku usaha pada bidang peternakan. Selain karena menyebabkan kerugian materi akibat matinya ternak, antraks juga bisa menyebabkan kematian pada manusia.

Untungnya, manusia memiliki pengetahuan mengenai antraks, meski pengetahuan itu masih terbatas. Pengetahuan manusia terhadap antraks tidak terlepas dari jasa para peneliti di masa lalu. Antraks dapat diketahui sebagai penyakit yang disebabkan oleh bakteri setelah melalui berbagai macam percobaan dan penelitian. Pada saat ini, bakteri antraks dapat diidentifikasi dan dikembangbiakkan dalam sebuah media tertentu. Hal tersebut dapat terwujud berkat hasil kerja keras seorang bakteriologis berkebangsaan Jerman bernama Robert Koch (1843-1910).

Penelitian-penelitian yang dilakukan Koch tidak terbatas pada antraks. Penyakit lain seperti TBC (tuberculosis) dan kolera turut diteliti pula oleh Koch. Pada tahun 1883, Koch dikirim ke Mesir sebagai pimpinan Komisi Kolera German (German Cholera Commission) untuk menginvestigasi penyebaran kolera di negara tersebut. Meskipun Koch belum membuktikannya dalam berbagai percobaan, Koch dapat mengidentifikasi bakteri bernama Vibrio bacterium sebagai penyebab kolera.

Berbagai metode yang ditemukan oleh Koch dapat membuat bakteri patogen lebih mudah didapatkan dalam kultur murni (pure culture). Padahal sebelumnya, bakteri patogen sangat sulit didapatkan karena tercampur dengan organisme lain yang dapat ikut teridentifikasi. Dengan alasan tersebut, Koch memberikan rumusan berupa sejumlah kondisi yang harus dipenuhi sebelum bakteri dianggap sebagai penyebab penyakit. Rumusan tersebut dikenal dengan Postulat-postulat Koch (Koch’s Postulates).

Dalam Postulat-postulat Koch disebutkan, untuk menetapkan suatu organisme sebagai penyebab penyakit, maka organisme tersebut harus memenuhi sejumlah syarat.

  1. Patogen yang diduga harus selalu berasosiasi pada tanaman sakit.
  2. Patogen tersebut harus dapat diisolasi dan ditumbuhkan sebagai biakan murni.
  3. Biakan murni tersebut jika diinokulasikan ketanaman sehat, harus menghasilkan gejala dan tanda penyakit yang sama.
  4. Bila penyebab penyakit direisolasi dari tanaman yang diinokulasikan tersebut, akan menghasilkan biakan murni yang sama dengan penyebab yang diisolasi dari tanaman sakit yang diagnosis.

Adanya kriteria tersebut menjadi jalan ditemukannya berbagai bakteri penyebab berbagai penyakit dalam waktu yang cukup singkat. Penemuan virus, adanya bakteri yang dapat menimbulkan berbagai penyakit serta adanya penyakit tertentu yang ditimbulkan oleh lebih dari satu mikroorganisme memerlukan modifikasi dari postulat Koch. Pada tahun 1892 Dimitri Ivanovski menunjukkan bahwa agen yang menyebabkan penyakit mosaik pada tembakau dapat ditularkan melalui ekstrak tanaman yang sakit. Ekstrak terebut disaring dengan filter yang ditemukan oleh kawan-kawan Pasteur dimana filter tersebut diketahui dapat menyaring bakteri. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa agen tersebut mempunyai ukuran yang jauh lebih kecil dari bakteri. Yellow fever merupakan penyakit pertama pada manusia yang diketahui disebabkan oleh virus.