Sel Pro Prokariot kariotik ik
Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Metabolisme Sel Dosen Pengampu : Prof. Dr. Ir. Priyantini Widiyaningrum, M.S
Disusun oleh : TRI HASTUTININGSIH
(0402513017)
ENI DWI ASTUTI
(0402513035)
PRODI PENDIDIKAN IPA KONS. BIOLOGI PASCA SARJANA UNNES 2014
I. PENDAHULUAN
A.
Lat ar B elak ang Organismeprokariotiktersebar
di
bumidalamjumlah
yang
sangatbanyak.Merekadapathidup sangatbanyak.Merekadapathidupdenganmema denganmemanfaatkanlebihba nfaatkanlebihbanyaksumbere nyaksumberenergidibandi nergidibanding ng kanorganismelainnyadandapathidup hampir di semua lingkungan bumi selama ada air. Prokariotik telah berdiversifikasi besar-besaran dalam waktu yang lama. Metabolisme prokariotik jauh lebih bervariasi dibandingkan dengan eukariotik, sehingga terdapat banyak tipe prokariotik. Misalnya, disamping melakukan fotosintesis atau menghasilkan senyawa organik sebagai energi, prokariotik juga mendapat energi dari senyawa anorganik seperti H2S atau yang lainnya , sehingga membuat prokariotik bisa bertahan hidup di lingkungan sedingin permukaan salju Antartika, sepanas lubang hydrothermal dasar laut, sumber air panas serta di tempat te mpat ekstrem lainnya. Ciri khasselprokariotik adalah selnya yang tidakmemilikimembran inti. Inti sel organisme ini hanya memiliki satu molekul ADN tanpa membran disebut Nukleoid. Sebagian besar organisme prokariotik merupakan merupakan organisme uniseluler uniseluler (sel tunggal ). Prokariotik umumnya tidak memiliki klorofil, hidup bebas atau sebagai parasit. Beberapa sel prokariotik dapat hidup di tempat yang ekstrem seperti mata air panas, kawah gunung berapi, atau di lahan gambut. Sedangkan kelompok yang lain bersifat kosmopolit, artinya mampu hidup di berbagai kondisi lingkungan. Sebagian besar prokariotik memiliki diameter dalam kisaran 15 µm. Secara umum organisme sel prokariotik berkembang biak secara vegetatif atau aseksual dengan cara membelah diri. Dalam makalah ini penulis membahas tentang struktur dan fungsi sel prokariotik, proses sintesis protein pada sel prokariotik, dan cara reproduksi pada sel prokariotik.
B.
Rumusan Masalah 1. Bagaimanakah struktur struktur dan fungsi sel prokariotik ? 2. Bagaimanakah Bagaimana kah proses sintesis protein pada sel prokariotik? 3. Bagaimanakahcarareproduksipadaselprokariotik?
C. Tujuan 1. Untuk mengetahui tentang tentang struktur dan fungsi sel prokariotik prokariotik ? 2. Untuk mengetahui proses proses sintesis protein pada sel sel prokariotik? 3. Untukmengetahui Untukmengetahui proses reproduksipadaselprokariotik? reproduksipadaselprokariotik?
II.
PEMBAHASAN
A. Str uk tu r dan Fungs Fun gs i Sel Prok Pr okari ari ot a. Dindin Dindin g Sel Dinding sel bakteri dan Archae tersusun atas peptidoglikan, lipid, dan protein. Dinding sel berfungsi sebagai pelindung dan pemberi bentuk yang tetap. Pada dinding sel terdapat pori-pori sebagai jalan keluar masuknya molekul-molekul.
Gambar 1. Dinding Sel Bakteri.
b. Membran Plasma Membran
sel
atau
membran
plasma
tersusun
atas
molekul
lipid
dan
protein. Membran plasma berfungsi sebagai pelindung molekular sel terhadap lingkungan di sekitarnya, dengan jalan mengatur lalu lintas molekul dan ion-ion dari dalam.
Gambar 2. Membran Sel Bakteri
c. Sitoplasma Sitoplasma tersusun atas air, protein, lipid, mineral, dan enzim-enzim. Enzim-enzim digunakan untuk mencerna makanan secara ekstraselular dan untuk melakukan proses metabolisme sel. Metabolisme sel meliputi proses penyusunan (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) zat-zat. d. Mesosom Mesosom Kadang-kadang pada tempat tertentu, membran plasma melekuk ke dalam membentuk
bangunan
yang
disebut
mesosom. Mesosom
berfungsi sebagai
penghasil energi. Biasanya mesosom terletak dekat dinding sel yang baru terbentuk pada saat pembelahan biner sel bakteri. Pada membran mesosom terdapat enzimenzim pernapasan yang berperan dalam reaksi-reaksi oksidasi untuk menghasilkan energi. e. Ribosom Ribosom merupakan organel tempat berlangsungnya sintesis protein. Ukurannya sangat kecil, berdiameter antara 15–20 nm (1 nanometer = 10 –9 meter). Di dalam sel E. coli terkandung 15.000 butir ribosom atau sekitar 25% massa total sel bakteri.
Gambar 3. Struktur Rribosom Bakteri
f. DNA DNA atau asam deoksiribonukleat merupakan persenyawaan yang tersusun atas gula deoksiribosa, fosfat, dan basa-basa nitrogen. DNA berfungsi sebagai pembawa informasi genetik, yaitu sifat-sifat yang harus diwariskan kepada keturunannya. Oleh sebab itu, DNA disebut pula sebagai materi genetik. g. RNA RNA atau asam ribonukleat merupakan persenyawaan hasil transkripsi DNA. Jadi, bagian tertentu DNA melakukan transkripsi membentuk RNA. RNA membawa kodekode genetik sesuai pesanan DNA. Selanjutnya, kode-kode genetik itu akan diterjemahkan dalam bentuk urutan asam amino dalam proses sintesis protein. Demikianlah struktur sel prokariotik pada bakteri E. coli. Ternyata, bakteri mempunyai bagian-bagian sel yang rumit. Setiap bagian sel ini mempunyai peranan yang penting bagi kelangsungan hidup sebuah sel. Namun, bagian-bagian sel itu tidak dapat berdiri sendiri dalam menjalankan fungsi sebuah sel, melainkan harus bekerja sama dengan bagian sel lain membentuk satu kesatuan. http://www.biologionline.info/2013/08/struktur-sel-prokariotik.html
B. Sintesis Protein Sel Prokariotik Prokariotik Sintesis protein pada sel prokariotik melalui dua tahap yaitu transkripsi dan translasi. Pada sel prokariotik, translasi terjadi sebelum transkripsi sepenuhnya dirampungkan. Hal ini dimungkinkan karena pada prokariot molekul mRNA di translasikan berdasarkan arah dari ujung 5` ke ujung 3`. Selain dari itu, pada prokariot : tidak terdapat membran inti, sehingga tidak ada yang memisahkan transkripsi dan translasi (sebagaimana yang terjadi pada eukariot) sehingga translasi dapat segera dilakukan. Transkripsi (dari bahasa Inggris: transcription) adalah proses penyalinan kodekode genetika yang ada pada urutan DNA menjadi molekul RNA. Transkripsi adalah bagian dari rangkaian ekspresi genetik yang nantinya akan muncul sebagai fenotipe. Urutan nukleotida pada salah satu untaian molekul DNA digunakan sebagai cetakan untuk sintesis molekul RNA yang komplementer. Molekul RNA yang disintesis dalam proses transkripsi pada garis besarnya dapat dibedakan menjadi 3 kelompok molekul RNA, yaitu :
mRNA
(messenger RNA),
tRNA
(transfer RNA),
rRNA
(ribosomal
RNA). Translasi adalah proses sintesis polipeptida spesifik berdasarkan sandi genetika pada mRNA. Proses ini adalah bagian kedua dari tahapan biosintesis protein setelah proses transkripsi. Translasi melibatkan ribosom sebagai tempat penggabungan asam amino-asam amino menjadi polipeptida dan tRNA sebagai pembawa asam amino ke ribosom dan penerjemah” sandi genetika mRNA. Antibiotika dapat menghambat atau
menghentikan proses translasi pada biosintesis protein, contohnya : anisomycin,
cycloheximide,
chloramphenicol,
antetracycline.
Translasi
antibiotika sangat
berhubungan dengan proses transkripsi, karena kedua tahap tersebut merupakan tahap dalam sinteseis protein dalam sel. Transkripsi Pada Prokaryot
Gambar 4 . Transripsi Pada Sel Prokariotik
Transkripsi pada dasarnya adalah proses penyalinan urutan nukleotida yang terdapat pada molekul DNA. Dalam proses transkripsi, hanya salah satu untaian DNA yang disalin menjadi urutan nukleotida RNA (transkip RNA). Urutan nukleotida pada transkrip RNA bersifat komplemeter dengan urutan DNA cetakan (DNA template), tetapi tetapi identik identik dengan urutan nukleotida DNA pada untaian pengkode (coding DNA strand/nontemplate strand). Hal ini dapat digambarkan dengan skema sederhana berikut ini: 5’-ATG GTC CTT TAC TTG TCT GTA TTT -3’ Untaian DNA pengkode pengkode dan 3’-TAC CAG GAA ATG AAC AGA CAT AAA -5’ Untaian DNA cetakan.
Hal-hal yang Berkenaan dengan Transkripsi Pada Prokariot 1. Pada prokariot, gen terdiri atas 3 bagian utama : daerah pengendali (promoter); bagian struktural dan terminator. Promoter merupakan bagian gen yang berperanan
dlm
mengendalikan
proses
transkripsi
dan
terletak
pada
ujung
5’.
Promoter pd prokariot juga terdiri atas operator. Bagian Struktural adalah bagian gen yang terletak disebelah hilir (downstream) dari promoter. Bagian inilah yg mengandung urutan DNA spesifik (kode-kode genetik) yg akan ditranskripsi. Terminator adalah bagian gen yg terletak disebelah hilir dari bagian struktural yg berperanan dlm pengakhiran (terminasi) proses transkripsi. Fungsi terminator adalah memberikan sinyal pd enzim RNA polimerase agar menghentikan proses transkripsi. Proses terminasi transkripsi pd prokariot dpt dikelompokkan menjadi 2 kelas, yaitu terminasi yg ditentukan oleh urutan urutan nukleotida tertentu tertentu (rho-independent) (rho-independent) dan diatur oleh suatu protein (faktor rho) atau disebut rho-dependent. 2. Gen pada prokariot diorganisasikan dalam struktur operon. Contoh : operon lac (operon
yg
mengendalikan
kemampuan
metabolisme
laktosa
pada
bakteri
Escherichia coli). Adanya sistim operon karena satu promotor mengendalikan seluruh gen struktural. 3. Saat ditranskripsi, operon lac menghasilkan satu mRNA yg membawa kode-kode genetik untuk 3 macam polipeptida yg berbeda : mRNA polisistronik, artinya dalam satu transkrip dapat terkandung lebih dari satu rangkaian kodon (sistron) untuk polipeptida yang berbeda. Dengan demikian, masing-masing polipeptida akan ditranslasi secara independen dari satu untaian mRNA yg sama. 4. Ciri utama gen struktural pd prokariot adalah mulai dari sekuens inisiasi translasi (ATG) sampai kodon terakhir sebelum titik akhir translasi (kodon STOP yaitu TAA/TAG/TGA)
akan
diterjemahkan
menjadi
rangkaian
asam
amino.
Jadi, jika gen struktural terdiri atas 900 nukleotida maka gen tersebut akan mengkode 300 asam amino karena satu asam amino dikode oleh tiga sekuens nukleotida yang berurutan. Jadi, pada prokariot tidak ada intron (sekuens penyisip) kecuali pada beberapa archaea tertentu. 5. Pada prokariot, RNA polimerase menempel secara langsung pada DNA di daerah promoter tanpa melalui suatu ikatan dengan protein lain (yang membedakan dengan eukariot) 6. Pada prokariot, p rokariot, proses transkripsi dan translasi berlangsung hampir secara serentak, artinya sebelum transkripsi selesai dilakukan, translasi sudah dpt dimulai. 7. Urutan nukleotida RNA hasil sintesis adalah urutan nukleotida komplementer dengan cetakannya. Misal : urutan ATG pada DNA, maka hasil transkripsinya adalah UAC. Molekul DNA yg ditranskripsi adalah untai ganda, namun yang berperanan sebagai cetakan, hanya salah satu untaiannya 8. Tahapan transkripsi pada pada prokariot meliputi: meliputi:
Inisiasi transkripsi (terbentuk gelembung gelembung transkripsi), transkripsi),
Pemanjangan
Terminasi (tergantung (tergantung faktor rho dan tidak tidak tergantung tergantung faktor rho), rho), (Dewi,2013) (Dewi,2013)
Translasi Pada Prokariot
Gambar 5 . Translasi Pada Prokariot
Translasi dapat berlangsung berlangsung memerlukan memerlukan 3 komponen: 1. Molekul mRNA merupakan merupakan transkrip (salinan) urutan DNA yang yang menyusun suatu gen dalam bentuk ORF (open reading frame, kerangka baca terbuka), didalamnya terdapat rangkaian kodon-kodon yang akan diterjemahkan. 2. Molekul tRNA merupakan pembawa asam-asam amino yang akan disambungkan menjadi rantai polipeptida, tRNA sebagai penterjemah, yang membawa antikodon. 3. Ribosom merupakan tempat penterjemahan berlangsung/proses translasi, disusun oleh molekul rRNA dan beberapa macam protein, ribosom tersebar diseluruh bagian sel. Translasi terdiri dari 3 tahap t ahap : Inisiasi (initiation) Tahap pertama pada inisiasi dimulai dengan disosiasi/pemisahan ribosom 70S menjadi subunit besar (50S) dan subunit kecil (30S) dengan menggunakan faktor IF- 1, kemudia pada tahapan inisiasi ini subunit ribosom 30S terbebas dari ikatan dengan subunit 50S melalui interaksinya dengan protein IF- 3, kemudian terjadinya penggabungan mRNA, subunit 30S, dan formilmetionil-tRNA f (fMet-tRNA f ) membentuk kompleks inisiasi 30S dengan membutuhkan GTP (guanosin triphosphat) dan beberapa protein/faktor inisiasi
(IF-1, IF-2, IF-3) yang dilakukan oleh IF- 2, IF-3. IF-3 tersebut akan mengikat pada subunit 30S (ribosom kecil), setelah kompleks inisiasi 30S terbentuk selanjutnya subunit 50S (ribosom
besar)
bergabung
dan
membentuk
kompleks
inisiasi
70S
dengan
menggunakan energi hasil hidrolisis GTP yang terjadi pada waktu IF- 1, IF-2 dan IF-3 terlepas dari kompleks, kompleks inisiasi 70S inilah yang siap melakukan proses pemanjangan polipeptida.
Gambar 6. Proses Inisiasi Translasi pada Prokariot
Pemanjangan (elongation) Proses pemanjangan polipeptida secara umum mempunyai mekanisme 3 tahapan: 1) pengikatan aminoasil –tRNA pada sisi A yang ada di ribosom, 2) pemindahan rantai polipeptida yang tumbuh dari tRNA yang ada pada sisi P ke arah sisi A dengan membentuk ikatan peptide, 4) translokasi ribosom sepanjang mRNA ke posisi kodon selanjutnya yang ada di sisi A. Di dalam kompleks ribosom, molekul fMet-tRNA f Met menempati sisi P (peptidil), sisi yang lain pada ribosom, yaitu sisi A (aminoasil), masih kosong pada saat awal sintesis protein. protein . Berpasangannya Berpasangann ya triplet kodon inisiasi
(AUG/GUG) (AUG/GUG ) pada mRNA dengan
antikodon pada metionil-tRNA f Met di tapak P menentukan urutan triplet kodon dan aminoasil-tRNAf Met berikutnya yang akan masuk ke tapak A. Pengikatan aminoasil-
tRNAf Met berikutnya, misalnya alanil- tRNAala, ke tapak A memerlukan protein-protein elongasi EF-Ts dan EF-Tu. Pembentukan ikatan peptida antara gugus karboksil pada metionil-tRNAf Met di tapak P dan gugus amino pada alanil-tRNAala di tapak A dikatalisis oleh enzim peptidil transferase, suatu enzim yang terikat pada subunit ribosom 50S. Reaksi ini menghasilkan dipeptida yang terdiri atas f-metionin dan alanin yang terikat pada tRNAala di tapak A. Langkah berikutnya adalah translokasi, yang melibatkan (1) perpindahan f-met-ala- tRNAala dari tapak A ke tapak P dan (2) pergeseran posisi mRNA pada ribosom sepanjang tiga basa sehingga triplet kodon yang semula berada di tapak A masuk ke tapak P. Dalam contoh ini triplet t riplet kodon yang bergeser dari tapak A ke P tersebut adalah triplet kodon untuk alanin. Triplet kodon berikutnya, misalnya penyandi serin, akan masuk ke tapak A dan proses seperti di atas hingga translokasi akan terulang kembali. Translokasi memerlukan aktivitas faktor elongasi berupa enzim yang biasa dilambangkan dengan EF-G. Pemanjangan atau elongasi rantai polipeptida akan terus berlangsung hingga suatu tripet kodon yang menyandi terminasi memasuki tapak A, Sebelum suatu rantai polipeptida selesai disintesis terlebih dahulu terjadi deformilisasi pada f-metionin f-metionin menjadi metionin. metionin. yang kemudia berlanjut berlanjut pada proses terminasi.
Gambar 7. Skema Proses Translasi
Gambar 8. Skema Proses Translasi (l anjutan)
Pengakhiran Pengakhiran (termination) (termination) Translasi akan berakhir pada waktu salah satu dari ketiga kodon terminasi (UAA,UGA,UAG) yang ada pada mRNA mencapai posisi A pada ribosom. Dimana RF 1 yang mengenali kodon UAA atau UAG sehingga rantai kodon tersebut akan terlepas, kemudian RF 2 akan mengenali kodon UAA atau UGA sehingga rantai kodon tersebut terlepas. Proses terminasi ditandai oleh terlepasnya terlepasnya mRNA, tRNA di tapak P, dan rantai polipeptida dari ribosom. Selain itu kedua subunit ribosompun memisah, pada terminasi diperlukan aktivitas dua protein yang berperan sebagai faktor pelepas atau releasing factors, yaitu RF- 1 dan RF- 2 yang bekerja sama dengan RF- 3.
Gambar 9. Terminasi Translasi
Sumber : http://kamriantiramli.wordpress.com/2011/05/07/331/
C. Reprodu Reprodu ksi Sel Prokariotik Bakteri tidak mengalami mitosis dan meiosis. Hal ini merupakan perbedaan penting antara bakteri (prokariot) dengan sel eukariot. Reproduksi. Bakteri mengadakan reproduksi dengan dua cara, yaitu secara aseksual dan seksual. Reproduksi secara aseksual dilakukan dengan pembelahan, sedangkan reproduksi seksual dilakukan dengan cara transformasi, transduksi, dan konjugasi. Namun, proses reproduksi cara seksual berbeda dengan eukariota lainnya. Sebab, dalam proses tersebut tidak ada penyatuan inti sel sebagaimana biasanya pada eukarion, yang terjadi hanya berupa pertukaran materi genetika (rekombinasi genetik). Berikut ini beberapa cara reproduksi bakteri dengan cara rekombinasi genetik dan membelah diri.
a. Rekombi Rekombi nasi Genetik Adalah pemindahan secara langsung bahan genetic (DNA) di antara dua sel bakteri melalui proses berikut: 1. Transformasi Transformasi adalah perpindahan materi genetik berupa DNA dari sel bakteri yang satu ke sel bakteri yang lain. Pada proses transformasi tersebut ADN bebas sel bakteri donor akan mengganti sebagian dari sel bakteri penerima, tetapi tidak terjadi melalui kontak langsung. Cara transformasi ini hanya terjadi pada beberapa spesies saja, . Contohnya : Streptococcus pnemoniaeu pnemoniaeu, Haemophillus, Bacillus, Neisseria, dan Pseudomonas. Diguga transformasi ini merupakan cara bakteri menularkan sifatnya ke bakteri lain. Misalnya pada bakteri Pneumococci yang menyebabkan Pneumonia dan pada bakteri patogen yang semula tidak kebal antibiotik dapat berubah menjadi kebal antibiotik karena transformasi. Proses ini pertama kali ditemukan oleh Frederick Grifith tahun 1982. 2. Transduk Transduk si Transduksi adalah pemindahan materi genetik bakteri ke bakteri lain dengan perantaraan virus. Selama transduksi, kepingan ganda ADN dipisahkan dari sel bakteri donor ke sel bakteri penerima oleh bakteriofage (virus bakteri). Bila virus – virus baru sudah terbentuk dan akhirnya menyebabkan lisis pada bakteri, bakteriofage yang nonvirulen (menimbulakan (menimbulakan respon lisogen) memindahkan ADN dan bersatu dengan ADN inangnya, Virus dapat menyambungkan materi genetiknya ke DNA bakteri dan membentuk profag. Ketika terbentuk virus baru, di dalam DNA virus sering terbawa sepenggal DNA bakteri yang diinfeksinya. Virus yang terbentuk memiliki dua macam DNA yang dikenal dengan partikel transduksi (transducing particle). Proses inilah yang dinamakan Transduksi. Cara ini dikemukakan oleh Norton Zinder dan Jashua Lederberg pada tahun 1952. 3. Konjugasi Konjugasi adalah bergabungnya dua bakteri (+ dan –) dengan membentuk jembatan untuk pemindahan materi genetik. Artinya, terjadi transfer ADN dari sel bakteri donor ke sel bakteri penerima melalui ujung pilus. Ujung pilus akan melekat pada sel peneima dan ADN dipindahkan melalui pilus tersebut. Kemampuan sel donor memindahkan ADN dikontrol oleh faktor pemindahan (transfer faktor = faktor F).
Gambar 10. Reproduksi Sel Prokariotik (Bakteri)
b. Pembelahan Biner Pada pembelahan ini, sifat sel anak yang dihasilkan sama dengan sifat sel induknya.
Gambar 11. Pembelahan Biner Pada Sel Prokariotik
Pembelahan biner mirip mitosis pada sel eukariot. Badanya, pembelahan biner pada sel bakteri tidak t idak melibatkan serabut spindle dan kromosom. Pembelahan Biner dapat dibagi atas tiga fase, yaitu sebagai berikut: 1. Fase pertama, sitoplasma terbelah oleh sekat yang tumbuh tegak lurus. 2. Fase kedua, tumbuhnya sekat akan diikuti oleh dinding melintang. 3. Fase ketiga, terpisahnya kedua sel anak yang identik. Ada bakteri yang segera berpisah dan terlepas sama sekali. Sebaliknya, ada pula bakteri yang tetap bergandengan setelah pembelahan, bakteri demikian merupakan bentuk koloni. Pada keadaan normal bakteri dapat mengadakan pembelahan setiap 20 menit sekali. Jika pembelahan berlangsung satu jam, maka akan dihasilkan delapan anakan sel. Tetapi pembelahan bakteri mempunyai faktor pembatas misalnya kekurangan makanan, suhu tidak sesuai, hasil eksresi yang meracuni bakteri, dan adanya organisme pemangsa bakteri. Jika hal ini tidak terjadi, maka bumi akan dipenuhi bakteri.
III.
KESIMPULAN
1. Struktur sel prokariotik prokariotik memiliki memiliki dinding sel, membran membran plasma, plasma, sitoplasma, mesosom, mesosom, ribosom, dan asam nukleat. 2. Sintesis protein pada sel prokariotik terdiri dari tahap transkripsi dan translasi translas i 3. Reproduksi pada pada bakteri bisa secara secara aseksual dan dan seksual. Secara Secara aseksual dengan dengan pembelahan biner, dan secara seksual dengan cara transformasi, transduksi, dan konjugasi.
DAFTAR PUSTAKA
Dewi S.R. 2013. Proses Transkripsi pada Prokariotik dan Eukariotik. E ukariotik. Universitas Brawijaya. Malang. http://www.biologionline.info/2013/08/struktur-sel-prokariotik.html http://kamriantiramli.wordpress.com/2011/05/07/331/ http://educorolla2.blogspot.com/2009/03/reproduksi-bakteri.html
