MAKALAH BIOLOGI SEL STRUKTUR DAN FUNGSI NUKLEUS
Yang di susun untu memenuhi tugas mata kuliah Yang di bimbing oleh : Dr. Umie Lestari,M.Si dan Dra. Nursasi Handayani,M.Si
Oleh kelompok 3 :
Ainun Nadifatun A.
(160342606232)
Aulia Abdini
(160342606276)
Aulia Qori L.
(160342606242)
Fatiyatur Rosyidah
(160342606212)
Lutfita Fitrianah
(160342606284)
UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM MARET 2017
I.
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang Sel adalah bagian dari organisme. Seluruh organisme tersusun atas satu atau lebih sel. Didalam sel terdapat berbagai macam organel, yang salah satunya adalah nukleus (inti sel). Nukleus (inti sel) hanya terdapat pada sel eukariotik. Di bagian dalam sel eukariotik sangat kompleks dengan organelorganel yang dibatasi oleh membran maupun yang tidak dibatasi oleh membran. Bagian-bagian yang menyusun nukleus ialah: membran inti (nuclear envelope), pori nukleus (nuclear pore), matriks nukleus (nukleoplasma), materi genetik (kromosom, kromatin), dan nukleolus (anak inti). Nukleus terdapat pada sel tumbuhan dan sel hewan. Pada umumnya nukleus berbentuk bola akan tetapi ada pula yang berbentuk gelendong. Kebanyakan sel eukariotik hanya memiliki sebuah inti sel di dalam selnya, meskipun ada juga yang intinya lebih dari satu. 1.2 Rumusan Masalah a) Apakah pengertian dari nukleus (inti sel)? b) Apa saja fungsi nukleus (inti sel)? c) Apa saja struktur nukleus (inti sel)? d) Bagaimanakah mekanisme kerja nukleus (inti sel)? 1.3 Tujuan a) Menjelaskan pengertian dari nukleus (inti sel). b) Memaparkan fungsi dari nukleus (inti sel). c) Memaparkan struktur nukleus (inti sel). d) Menjelaskan mekanisme kerja nukleus (inti sel).
II. Pembahasan 2.1 Pengertian nukleus Nukleus merupakan tempat untuk sebagian besar pembuatan asam nukleat sel, seperti DNA dan RNA. Organel ini mengandung sebagian besar materi genetik sel dengan bentuk molekul DNA linear panjang yang
membentuk kromosom bersama dengan beragam jenis protein seperti histon. Gen di dalam kromosom-kromosom inilah yang membentuk genom inti sel. Nukleus merupakan organel terbesar yang berada dalam sel. Nukleus berdiameter sekitar 10 m. Nukleus biasanya terletak di tengah sel dan berbentuk bulat atau oval. Pada umumnya sel organisme berinti tunggal, tetapi ada juga yang memiliki lebih dari satu inti. Nukleus ini umumnya paling mencolok pada sel eukariotik. Rata-rata diameternya 5 µm. Nukleus memiliki membran yang menyelubunginya yang disebut membran atau selubung inti. Membran ini memisahkan isi nukleus dengan sitoplasma. Nukleus adalah organel pertama yang ditemukan, yang pertama kali dideskripsikan oleh Franz Bauer pada 1802 dan dijabarkan lebih terperinci oleh ahli botani Skotlandia, Robert Brown, pada tahun 1831. Nukleus di batasi oleh sepasang membran. Selubung yang terbentuk itu tidak sinambung, tetapi mengandung pori – pori. Hal ini boleh jadi memugkinkan bahan – bahan berlalu – lalang dari nukleus. Di dalam nukleus membran nuklir terdapat medium setengah cairan (semifluida) yang di dalamnya kromosom tersuspensi. Biasanya kromosom itu tampak sebagai struktur memanjang dan tidak mudah diamati dengan mikroskop cahaya. Dalam keadaan seperti biasa disebut kromatin. Nukleus merupakan pusat pengendali dalam sel. Jika nukleus dalam sel rusak, maka telur itu tidak dapat melanjutkan perkembangannya menjadi individu baru. Kalau nukleus itu di keluarkan dari suatu amoeba, organisme ini hidup terus selama beberapa hari. Akan tetapi tidak dapat makan atu pun berkembangbiak, dan akhirnya akan mati. Di dalam nukleus , DNA diorganisasikan bersama dengan protein menjadi materi yang disebut kromatin. Kromatin yang di beri warna tampak melalui mikrokop cahaya maupun mikroskop electron sebagai massa kabur. Sewaktu sel bersiap untuk membelah ( bereproduksi ), kromatin kusut yang berbentuk benang aan menggulung ( memadat ), menjadi cukup tebal untuk bisa dibedakan sebagai struktur terpisah yang disebut kromosom. Nukleus ini mengontrol sintesis protein dalam sitoplasma dengan cara mengirim mesenjer
molecular yang berbentuk RNA, RNA mesenjer ( messenger RNA, mRNA) ini disintesis dalm nukleus sesuai dengan perintah yang diberikan oleh DNA, mRNA. kemudian penyampaian pesan genetic ini ke sitoplasma melalui pori nukleus. Sewaktu berada dalam sitoplasma, molekul mRNA akan melekat pada ribosom, di sini pesan genatik tadi diterjemahkan ( ditranlasi ) menjadi struktur primer suatu protein spesifik. 2.2 Fungsi nukleus
Memuat dan menyimpan informasi genetik seperti, DNA dan RNA Karena inti adalah tempat menyimpan sebagian besar informasi genetik sel dan sebagai pusat kontrol dalam sel.
Pusat pengendali aktivitas sel Karena didalam nukleus terdapat benang-benang kromosom.
Tempat menyimpan kromosom Karena didalam inti sel terdapat nukleoplasma yang berfungsi sebagai tempat penyimpanan kromosom
Berperan penting dalam proses transkripsi dalam sintesis protein Karena nukleolus dibentuk dibagian kromosom yang disebut NOR (nucleolar organizing region). NOR adalah pemampatan gen-gen yang mentranskripsi RNAr
Mengatur pertukaran molekul antara inti dan organel sel lainnya
Transportasi selektif melalui pori-pori inti
2.3 Struktur nukleus a. Membran inti (nuclear envelope) Membran nukleus terdiri dari dua lapis, yaitu selaput luar (selaput sitosolik) dan selaput dalam (selaput nukleoplasmik). Diantara kedua selaput terdapat ruang antar selaput (perinuclear space) sebesar 10-15 nm. Ruang antar selaput berisi protein dan senyawa lain yang belum diketahui. Lapisan luar dari membran terhubung dengan retikulum endoplasma. Fungsi penting membran inti adalah bekerja sebagai pembatas yang memisahkan kandungan inti sel dengan sitoplasma. Setiap membran inti tersusun dari dua lapis phospolipid (phospolipid bilayer) yang hanya permeable terhadap molekul kecil non polar. . Struktur membran inti juga
dilengkapi dengan lubang-lubang yang disebut nuclear pore, yaitu lubang pada selubung inti yang menghubungkan nukleolus dengan sitoplasma.
b. Pori nukleus (nuclear pore) Pori merupakan jalan untuk RNAd dan protein ribosom, oleh karena itu bila kegiatan sintesis protein tinggi maka jumlah pori juga bertambah, dan sebaliknya jumlah pori berkurang apabila aktifitas sintesis protein menurun. Pori dikelilingi anulus (cincin) yang bersama-sama dengan pori membentuk kompleks pori. Bagian dalam anulus membentuk tonjolantonjolan (spoke) ke arah lumen pori. Dibagian tengah terdapat central plug, sedangkan dipermukaan anulus yang menghadap ke lumen pori dipenuhi dengan materi yang amorf dan butiran-butiran yang dinamakan central granula. Dibagian bawah material amorf terdapat filamentfilamen.
Pori nukleus (nuclear pore) pada sel eukariotik mempunyai peranan penting, yaitu :
1. Mencegah masuknya ribosom dan faktor-faktor translasi kedalam inti sehingga RNAd yang masih belum “matang” (RNA heterogeous) tidak ditranslasi di dalam inti sel. 2. Membran inti dan pori mengatur transport materi dari inti ke sitosol atau sebaliknya dengan cara melewati pori, difusi, endositosis.
c. Matriks nukleus (nukleoplasma) Komponen utama (90%) dari matriks inti adalah protein, kebanyakan berupa enzim, dan sebagian diperkirakan berupa protein rangka inti. Matriks inti diperkirakan ikut berperan dalam proses replikasi DNA, transkripsi, dan proses pasca transkripsi. d. Materi genetik (kromosom, kromatin) Di dalam inti dari sebuah sel adalah materi genetik karena materi genetik inilah yang mengendalikan semua aktivitas sel (makhluk hidup). Pada saat interfase, materi genetik biasa disebut kromatin, sedangkan pemampatan (kondensasi) maksiml materi genetik pada saat sel membelah (metafase), membentuk struktur yang disebut kromosom. Dalam pewarnaan, kromatin terlihat seperti benang yang membawa manik-manik. Dari analisis kimia, diketahui bahwa kromatin tersusun dari DNA, RNA, protein histon, dan protein non histon. DNA tersusun dari tiga komponen yaitu gula deoksiribosa, basa nitrogen, dan fosfat. Basa nitrogen ada empat macam yaitu timin (T), adenin (A), sitosin (S), dan guanin (G). Gabungan dari ketiga komponen DNA dinamakan nukleotida.
DNA penyusun kromosom merupakan polinukleotida rangkap yang tersusun double helix. Model DNA double helix diajukan oleh James D. Watson dan Francis H. Crick pada tahun 1953. Menurut Watson dan Crick, arah putaran heliks kearah kanan. RNA tersusun dari tiga komponen yaitu gula ribose, fosfat, dan basa nitrogen. RNA terdapat dalam bentuk benang polinukleotida tunggal linier. Protein histon adalah protein dasar yang memiliki kandungan asam amino arginin dan lisin yang sangat tinggi. Diketahui terdapat lima macam histon, yaitu H1, H2A, H2B, H3, dan H4. Oktamer protein histon terdiri dari H2A,H2B,H3 dan H4 yang dililit oleh 2 putaran DNA heliks ganda sepanjang 200 pasang nukleotida, seluruhnya membentuk struktur nukleosom. Unit nukleosom selalu berulang disepanjang kromosom dengan interval yang bervariasi tergantung jenis sel. Protein histon berperan menjaga kestabilan struktur DNA eukariotik yang umumnya sangat panjang sehingga pesan genetik yang dibawa DNA tidak berubah.
Protein non histon sangat bervariasi, ada yang berupa enzim DNA (DNA dan RNA polimerase, ligase, dsb.), dan protein struktural (aktin, miosin, dan tubulin) yang ikut terlibat dalam kondensasi kromosom dan pembelahan sel. e. Nukleolus Nukleolus adalah suatu struktur di dalam inti yang merupakan tempat pembentukan dan penimbunan prekusor ribosom, sekaligus pembentukan sub unit ribosom, tempat transkripsi gen RNAr dan tempat memproses molekul pra RNAr. Nukleolus dibentuk dibagian kromosom yang disebut
NOR
(nucleolar organizing
region). NOR
adalah
pemampatan gen-gen yang mentranskripsi RNAr. Struktur nukleolus berbentuk bulat serta padat. Beberapa organisme eukariotik mempunyai inti yang berisi hingga empat nukleolus. 2.4 Mekanisme kerja nukleus (inti sel) Transportasi aktif protein dan RNA melalui pori-pori nuklir. Banyak protein yang terlibat dalam DNA, replikasi, dan transkripsi yang ukurannya cukup kecil untuk melewati pori pori dengan lebar 9 nm, misalnya histon. Beberapa protein nuklir ukurannya besar. Enzim yang terlibat dalam DNA dan sintesis RNA berukuran dengan sedang, sehingga cukup muat untuk melewati pori pori dengan lebar 9 nm. Ribosom subunit harus diekspor ke sitoplasma setelah dirakit di dalam nukleus. Sehingga, banyak ribosom yang keluar dari nukleus melalui pori pori. Protein dengan ukuran besar atau partikel yang secara aktif diangkut melalui pori pori dilakukan dengan selektif. Seperti transpor aktif melintasi membran tunggal, transpor aktif melalui pori-pori nuklir membutuhkan energi dan melibatkan pengikatan zat yang diangkut ke membran protein, yang dalam hal ini adalah bagian dari kompleks pori. Mekanisme molekuler tersebut yaitu protein yang secara aktif diangkut dari sitosol ke nukleus. Dalam satu protein memiliki satu atau lebih Sinyal Lokalisasi Nuklir (NLS), yaitu asam amino yang memiliki urutan yang dapat diikat atau dikenali oleh reseptor dan diangkut melalui pori pori nukleus.. Sebuah NLS adalah biasanya terdiri dari 8-30 asam amino panjang dan kebanyakan mengandung prolin serta bermuatan positif amino (dasar) asam lisin dan arginin. Proses pengangkutan protein sitoplasma ke nukleus melalui pori-pori dapat digambarkan oleh gambar berikut :
Pada saat transportasi impor atau pengangkutan bahan dari luar ke dalam, protein sitoplasma yang mengandung NLS yang disebut protein kargo dibentuk dalam sitosol dikenali oleh protein khusus reseptor yang disebut importin, yang mengikat NLS dan dan protein kargo tersebut. Selanjutnya kompleks protein kargo-NLS dan importin masuk kedalam nukleus melalui pusat pori kompleks nukleus (NPC). Setelah masuk kedalam inti, asosiasi molekul importin dengan GTP-binding protein yang disebut Ran. Ran-GTP tersebut berasal dari Ran-GDP yang diubah oleh GEF (Guanine-nucleotide Exchange Factor). Setelah berikatan dengan Ran-GTP, Protein kargo yang mengandung NLS akan bebas dalam nukleus dan importin tetap berikatan dengan Ran-GTP. Dimana ikatan tersebut akan keluar melalui pusat pori kompleks nukleus dan Ran-GTP dihidrolisis menjadi Ran-GDP kembali oleh GAP (GTP-ase Activating Protein). Pada saat hidrolisis importin bebas kembali ke sitosol dan digunakan kembali. Untuk mengekspor bahan dari inti atau transportasi ekspor, sebanding dengan mekanisme impor. Perbedaan utamanya adalah transportasi yang dari inti digunakan terutama untuk molekul RNA yang disintesis dalam inti tetapi berfungsi di sitoplasma, sedangkan impor nuklir dikhususkan sebagian besar untuk mengimpor protein yang disintesis dalam sitoplasma tapi berfungsi dalam nukleus. Protein kargo juga berfungsi dalam ekspor RNA. Ekspor RNA adalah dimediasi oleh protein yang mengikat RNA. Penghubung protein ini mengandung
sekuens asam amino yang disebut nuklir ekspor sinyal (NES), yang mengikat protein dan RNA untuk ekspor melalui pori pori. Urutan NES dikenali oleh reseptor transportasi nukleus oleh protein yang disebut exportins, yang mengikat molekul dan mengandung urutan NES dan memediasi protein dan RNA keluar keluar melalui pori-pori nukleus dengan mekanisme transportasi impor. Perbedaan arah antara importin dan exportin diatur oleh interaksi antara Ran-GTP dan dua kelas molekul, disertai dengan gradien konsentrasi Ran-GTP di membran nukleus. Konsentrasi Ran-GTP didalam nucleus tinggi dan stabil dikarenakan faktor pertukaran guanin nukleotida (GEF) yang mengenali pengikatan GTP untuk Ran dalam pertukaran untuk PDB. Sebaliknya, sitosol mengandung protein GTPase (GAP) yang mengaktifkan hidrolisis GTP oleh Ran, dengan demikian menurunkan konsentrasi Ran-GTP pada saat diluar. Konsentrasi Ran-GTP relatif tinggi dalam nukleus dan memiliki dua efek: pertama, nuklir Ran-GTP melakukan pelepasan protein kargo-NLS yang berikatan dengan importin.
III. Kesimpulan a) Nukleus merupakan tempat untuk sebagian besar pembuatan asam nukleat sel, seperti DNA dan RNA. Organel ini mengandung sebagian besar materi genetik sel dengan bentuk molekul DNA linear panjang yang membentuk kromosom bersama dengan beragam jenis protein seperti histon. Gen di dalam kromosom-kromosom inilah yang membentuk genom inti sel. b) Fungsi nukleus : 1. Membuat dan menyimpan informasi genetik seperti, DNA dan RNA 2. Pusat pengendali aktivitas sel 3. Tempat menyimpan kromosom 4. Berperan penting dalam proses transkripsi dalam sintesis protein 5. Mengatur pertukaran molekul antara inti dan organel sel lainnya 6. Transportasi selektif melalui pori pori inti c) Struktur nukleus : 1.
Membran int
Membran nukleus terdiri dari dua lapis, yaitu selaput luar (selaput sitosolik) dan selaput dalam (selaput nukleoplasmik). Diantara kedua selaput terdapat ruang antar selaput (perinuclear space) 2. Pori nukleus Pori merupakan jalan untuk RNAd dan protein ribosom, oleh karena itu bila kegiatan sintesis protein tinggi maka jumlah pori juga bertambah, dan sebaliknya 3.
Matriks nukleus (nukleoplasma) Matriks inti diperkirakan ikut berperan dalam proses replikasi DNA, transkripsi, dan proses pasca transkripsi.
4. Materi genetik Di dalam inti dari sebuah sel adalah materi genetik karena materi genetik inilah yang mengendalikan semua aktivitas sel (makhluk hidup). Pada saat interfase, materi genetik biasa disebut kromatin, sedangkan pemampatan (kondensasi) maksiml materi genetik pada saat sel
membelah
(metafase),
membentuk
struktur
yang
disebut
kromosom. 5. Nukleolus Nukleolus adalah suatu struktur di dalam inti yang merupakan tempat pembentukan
dan
penimbunan
prekusor
ribosom,
sekaligus
pembentukan sub unit ribosom, tempat transkripsi gen RNAr dan tempat memproses molekul pra RNAr. d) Transport pada nukleus ada 2 jenis yaitu tranportasi import dan transportasi eksport keduannya memiliki mekanisme yang sama yaitu sama-sama protein kargo tang berikatan dengan eksportin atau importin masuk atau keluar ke nucleus melaui pori-pori nukleus kemudian berikatan dendan Ran-GTP atau Ran-GDP kemudian protein kargo terpisah dengan importin atau eksportin dan keluar atau masuk ke nukleus dan kmbali ke proses pertama, perbedaan dari kedua transport tersebut jika importin dimulai dari luar nucleus kemudian ke dalam nucleus sedangkan eksporti sebaliknya.
Daftar Rujukan Istanti, Annie; Listyorini, Dwi; Prasetyo, Imam, Triastono. 1999. "Biologi Sel". Universitas Negeri Malang: Malang Widyastuti, Endrika. 2013. Sel: Struktur dan Fungsi. Universitas Brawijaya: Malang. Karp, Gerald. 1996. Cell and Molecular Biology. Concept and Experiments. N.Y.:John Wiley & Sons. Bertoni, Gregory ; Hardin, Jeff ; Kleinsmith J. Lewis. 2012. Beckers World of the Cell.
