BAB I PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Sel merupakan satuan struktural terkecil fungsional mahluk hidup dimana keberadaannya sangat berpengaruh terhadap kepribadian dan tingkah laku dari masing-masing mahluk hidup. Setiap sel memiliki perbedaan, tetapi juga memiliki persamaan. Misalnya, tiap-tiap sel memerlukan nutrisi untuk mempertahankan kehidupan, dan semua sel hampir seluruhnya mempunyai nutrient yang sama jenisnya. Semua sel menggunakan oksigen sebagai salah satu zat utama untuk membentuk energi pada semua sel dasarnya adalah sama dan semua sel juga mengirimkan hasilhasil akhir reaksi-reaksi kimianya ke dalam cairan sekitarnya. Hampir semua sel juga mempunyai kemampuan untuk berbiak atau memperbanyak diri. Bila ada sel yang rusak, maka sel-sel yang tersisa dari jenisnya akan memperbanyak diri sampai jumlahnya kembali lengkap. Sel mengandung dua bagian inti utama, yaitu inti dan sitoplasma. Inti dipisahkan dari sitoplasma oleh membrane inti dan sitoplasma dipisahkan dari cairan sekitarnya oleh membran sel. Substansi yang menyusun sel bersama-sama disebut protoplasma. Maka dari itu penulis ingin sedikit menguraikan yang berkaitan dengan sel diantaranya protoplasma. Untuk dikatakan sebagai benda hidup, makhluk hidup atau organisme bernyawa diperlukan pemenuhan ciri-ciri diantaranya yakni terdapat protoplasma. Protoplasma merupakan suatu bagian yang terdiri atas bahan yang kompleks dan terlindung dengan baik. Protoplasma biasa dikenal dengan sebutan sel. Berbeda dengan benda tak hidup atau benda mati yang tidak memiliki protoplasma. Lihat saja batu atau komputer yang tidak memiliki protoplasma atau sel, sehingga disebut dengan benda mati. Sel hidup harus memiliki protoplas, yaitu bagian sel ada di bagian dalam dinding sel. Protoplasma dibedakan atas komponen protoplasma dan non protoplasma. Komponen protoplasma yaitu terdiri atas membran sel, inti sel, dan sitoplasma (terdiri dari organel-organel hidup). Komponen non protoplasma dapat pula disebut sebagai benda ergastik. Sifat biologi sel (protoplasma) yaitu berstruktur atau berorganisasi dan beraktivitas atau berkegiatan. Maksud dari berstruktur atau berorganisasi, yaitu sel memiliki dimensi (berdimensi), sel memiliki susunan tertentu (berpenyususn), dan sel memiliki bentuk (berbentuk). Sedangkan maksud dari berkegiatan atau beraktivitas yaitu didalam tubuh sel terjadi reaksi kimia (metabolisme: anabolisme dan katabolisme), tumbuh (pertambahan dan perkembangan yang terjadi didalam tubuh sel), reproduksi, dan peka terhadap perubahan lingkungan. Sel (protoplasma) juga memiliki 2 sifat lain, yaitu sifat kimia dan sifat fisika.
1
B. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijabarkan di atas, maka dapat kita rumuskan masalah sebagai berikut : 1. Apakah pengertian dari Protoplasma dalam Biologi Sel dan Molekuler ? 2. Apakah konsep dasar fisika dan kimiawi dari Protoplasma dalam Biologi Sel dan Molekuler ?
C. Tujuan Penulisan Mengacu pada rumusan masalah tersebut, maka yang menjadi tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut : 1. Untuk mengetahui pengertian dari Protoplasma dalam Biologi Sel dan Molekuler. 2. Untuk mengetahui konsep dasar fisika dan kimiawi dari Protoplasma dalam Biologi Sel dan Molekuler.
D. Manfaat Penulisan Dari tujuan yang telah diketahui, maka dapat diambil manfaatnya dari makalah ini sebagai berikut : 1. Dapat mengetahui pengertian dari Protoplasma dalam Biologi Sel dan Molekuler. 2. Dapat mengetahui konsep dasar fisika dan kimiawi dari Protoplasma dalam Biologi Sel dan Molekuler.
2
BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian dari Protoplasma Protoplasma (Latin, proto = pertama, plasma = substansi); Jadi, Protoplasma adalah “substansi dasar kehidupan yang terdapat pada semua sel makhluk hidup” Yang memberi nama; Purkinye (1840). Berikut ini merupakan pengertian Protoplasma dari beberapa ahli, yaitu : 1. Johannes Purkinje (1787-1869) Seorang ahli fisiologi Biokimia menggunakan istilah protoplasma (protos: pertama; plasma :cairan) bagi substansia yang menyerupai gelatin (1840), meskipun arti dari istilah tersebut mungkin agak berbeda dengan artinya pada penggunaan selanjutnya. 2. Felix Dujardin (1801-1860), Seorang ahli zoologi perancis mengamati adanya material yang menyerupai gelatin didalam sel-sel binatang (1835) dan menggunakan istilah sarcode (Sarx: daging) bagi material tersebut. Substansia ini kemudian juga dijumpai pada sel-sel tumbuhan hidup. 3. Hugo Von Mohl (1805-1872) Seorang ahli Botani dari Jerman, menemukan bahwa sel-sel tumbuh-tumbuhan tersusun dari substansia hidup (1846) dan menggunakan istilah protoplasma bagi substansia tadi, yang sampai saat ini masih kita ikuti. 4. Max Schultze (1825-1874) Seorang ahli Sitologi Jerman, mengumumkan ‘Teori Protoplasma’ (1861) yang menyatakan bahwa protoplasma yang menyerupai gelatin yang dinyatakan sebagai ‘substansia hidup’ pada tumbuh-tumbuhan dan hewan adalah sama, dan ia menyimpulkan bahwa sel adalah suatu akumulasi dari substansia hidup atau protoplasma yang mempunyai batas-batas tertentu dan mempunyai suatu membran sel dan nukleus, atau dengan perkataan lain sel adalah suatu massa protoplasma bernukleus yang merupakan satuan fisiologis dan morfologis. 5. Thomas H. Huxley (1825-1895) Seorang ahli Biologi Inggris, menyatakan Protoplasma sebagai ‘dasar fisik dari kehidupan’ (1868).
Nukleoplasma : plasma yang terdapat di dalam inti sel. Sitoplasma : plasma yang terdapat di antara membran plasma dengan membran nukleus. Sitoplasma memegang peranan vital pada semua sel makhluk hidup sebab semua proses biosintesa & bioenergi terjadi di dalam sitoplasma. Sitoplasma terdiri dari 2 bagian; matrix (tampak transparan, homogen dan menyerupai koloid dan organel).
3
Penomena biologis tidak terlepas dari proses kimia dan fisika begitu pula protoplasma yang memiliki sifat faal protoplasma. Komposisi kimiawi protoplasma kurang lebih tersusun dari 36 unsur kimia diantaranya Hidrogen dan Oksigen. Presentase senyawa-senyawa dalam protoplasma Senyawa organik
Senyawa anorganik
Protein
15%
Air
78 %
Lipid
4,5 %
Garam-garam mineral
1%
Karbohidrat
1,4 % Beaver dan Noland, 1966. Tabel 1. Presentase Senyawa - Senyawa Dalam Protoplasma
Umumnya 80% protoplasma tersusun atas air yang merupakan senyawa penting. Air merupakan senyawa solvent dimana kebanyakan senyawa-senyawa lain larut atau terdapat bebas, saling memengaruhi. Selain itu air juga merupakan medium dimana proses kehidupan berlangsung ( Radiopoetro, 1996) Protoplasma merupkan substansi dasar kehidupan yang terdapat pada semua sel makhluk hidup yang memegang peranan penting dalam proses biosintesa dan bioenergi. Sifat kimia protoplasma
membahas tentang unsur-unsur dan senyawa penyusun protoplasma, adapun
senyawa-senyawa tersebut antara lain Air 78,3%, protein 15,2%, lipida 4,8%, karbohidrat 1,4%. Jumlah masing-masing senyawa tersebut bervariasi tergantung dari jenis dan umur sel. Fungsi air ialah sebagai pelarut yang baik bagi senyawa organik maupun anorganik, sebagai medium dispersi, pelarut elektrolit, mempertinggi tegangan permukaan, membantu berlangsungnya reaksi dalam metabolisme, transportasi zat makanan. Elemen utama sebuah sel adalah protoplasma. Protoplasma pada semua sel terdiri atas dua komponen utama, yaitu air dan komponen anorganik / komponen organik. Dari reaksi reaksi kimia yang terjadi antara senyawa senyawa inilah yang mengakibatkan adanya gejala - gejala kehidupan di protoplasma. Gejala kehidupan itu misalnya metabolisme, tumbuh, bergerak, berkembang biak, sirkulasi zat, dan lain - lain. Misalnya yang mudah respirasi, fotosintesis, sintesis lemak, dan lain lain. Komponenkomponen anorganik terdiri atas air, garam-garam mineral, gas oksigen, karbon dioksida, nitrogen, dan ammonia. Komponen organik terutama terdiri atas karbohidrat, lipida, protein, dan beberapa komponen-komponen spesifik seperti enzim, vitamin, dan hormon Pada sel hewan dan tumbuhan, protoplasma mengandung sekitar a. 75-85% air, b. 10-20% protein c. 2-3% lipida 4
d. 1% karbohidrat e. dan 1% zat-zat anorganik lainnya (De Robertis et al., 1975). Sehingga air terlihat merupakan komponen utama. Dan bila semua senyawa - senyawa organik itu diurai menjadi unsur - unsurnya maka terlihat Carbon ,Hidrogen , Oksigen, dan Nitrogen (CHON) merupakan empat unsur utama yang ada di dalam protoplasma / Unsur Makro. Agar jelas presentasenya ini kami sajikan sampai berapa presentasenya, Sachs pernah melakukan experimen dengan cara Analisa abu, dengan membakar organ daun hingga menjadi abu dengan menghilangkan unsur air yang mendominasi. Berikut tabel analisis yang ada komponen / unsur unsur penyusun protoplasma. Unsur
Presentase
Oksigen (O)
62 %
Karbon ( C )
20 %
Hidrogen ( H )
10 %
Nitrogen ( N )
3%
Kalsium ( Ca )
2,5 %
Pospor ( P )
1,14 %
Klor ( Cl )
0, 16 %
Sulfur ( S )
0, 14 %
Kalium ( K )
0,11 %
Natrium ( Na )
0,10 %
Magnesium ( Mg )
0, 07%
Besi ( Fe )
0,10 %
Yodium ( I )
0, 014 %
Tabel 2.2. Analisis Unsur - Unsur Penyusun Protoplasma Jadi analisa abu bisa digunakan untuk mengetahui bahwa protoplasma tidak hanya tersusun atas air, namun juga senyawa di luar air, adanya senyawa di luar air, dengan menghilangkan air nya secara otomatis tersisa abu, abu itulah setelah dianalisa tersusun atas unsur unsur diatas, unsur itu dipastikan penyusun Karbohidrat (CHO), lemak (CHO) dan Protein (CHON). Air merupakan komponen sel yang dominan berfungsi sebagai bahan pengsuspensi zat-zat organik dengan molekul besar seperti protein, lemak, dan pati. Dalam hal tersebut, air merupakan medium dispersi dari sistem koloid protoplasma. B. Konsep Dasar Kimia dan Fisika dari Protoplasma dalam Biologi Sel dan Molekuler Protoplasma memiliki dua macam sifat-sifat, diantaranya adalah Sifat Kimia dan Sifat Fisika. Sifat-sifat ini yang menjadi konsep dasar dalam mempelajari penyusun Protoplasma. 5
1. Konsep Dasar Kimia Biologi Sel dan Molekuler 1.1. Susunan Kimia Protoplasma Ada 36 unsur (dari 108 unsur) yang diketemukan pada protoplasma; Unsur
Presentase
Oksigen (O)
62 %
Karbon ( C )
20 %
Hidrogen ( H )
10 %
Nitrogen ( N )
3%
Kalsium ( Ca )
2,5 %
Pospor ( P )
1,14 %
Klor ( Cl )
0, 16 %
Sulfur ( S )
0, 14 %
Kalium ( K )
0,11 %
Natrium ( Na )
0,10 %
Magnesium ( Mg )
0, 07%
Besi ( Fe )
0,10 %
Yodium ( I )
0, 014 %
Tabel 3.1. Susunan Kimia Protoplasma Unsur-unsur lain yang jumlahnya sedikit; Tembaga (Cu), Kobal (Co), Mangan (Mn), Seng (Zn), Molibdenum (Mo), Boron (Bo), Silikon (Si), dan sebagainya. Presentase beratnya kurang lebih 0,756%. Unsur-unsur kimia ini pada protoplasma ada yang berbentuk persenyawaan maupun dalam bentuk ion-ion. Yang berbentuk persenyawaan dapat berbentuk persenyawaan anorganik maupun organik. 1.2 Persenyawaan Anorganik Pada Protoplasma a. Air (H2O) b. Garam-garam Mineral c. Senyawa anorganik yang berbentuk gas d. Asam & Basa
a. Air (H2O) Merupakan persenyawaan anorganik yang terbanyak pada protoplasma (60-95%), tergantung pada jenis sel (sel yang muda lebih banyak mengandung air), umur, tempat hidup (makhluk hidup yang hidup di dalam air lebih banyak mengandung air), dan sebagainya. Fungsi air : 1) Pelarut bahan-bahan anorganik 2) Media dispersi yang baik untuk sistem koloid pada protoplasma. 6
3) Stabilisator suhu 4) Pelarut elektrolit 5) Media transpor Media yang baik untuk proses metabolism air : 1) Di dalam sel, air terdapat dalam dua bentuk, 2) Dua bentuk itu yaitu bentuk bebas dan bentuk terikat. 3) Air dalam bentuk bebas mencakup 95% dari total air di dalam sel. 4) Umumnya air berperan sebagai pelarut dan sebagai medium dispersi sistem koloid. Air dalam bentuk terikat mencakup 4-5% dari total air di dalam sel. 5) Kandungan air pada berbagai jenis sel bervariasi diantara tipe sel yang berbeda. 6) Kandungan air (persen dari berat basah total) pada hati tikus 6—72%, otot rangka tikus 76% , telur bintang laut 77%, E. coli 73%, dan biji jagung 13% tentu berbeda beda karena lingkungan dan perannya 7) Air merupakan medium tempat berlangsungnya transpor nutrien, reaksi-reaksi enzimatis metabolisme sel dan transpor energi kimia 8) Di dalam sel hidup, kebanyakan senyawa biokimia dan sebahagian besar dari reaksi-reaksinya berlangsung dalam lingkungan cair. 9) Air berperan aktif dalam banyak reaksi biokimia dan merupakan penentu penting dari sifatsifat makromolekul seperti protein 10) Karena struktur Air mempunyai produk ionisasinya seperti ion O+ dan H maka sangat mempengaruhi berbagai sifat komponen penting sel seperti enzim, protein, asam nukleat, dan lipida. 11) Hal yang sering muncul sebagai contoh, aktivitas katalitik enzim sangat tergantung pada konsentrasi ion H+ dan OH12) Karena itulah , semua aspek dari struktur dan fungsi sel harus beradaptasi dengan sifat-sifat fisik dan kimia air. Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa air merupakan komponen sel yang dominan dan berfungsi untuk : 1) Pelarut berbagai zat organik dan anorganik, misalnya berbagai jenis ion-ion, glukosa, sukrosa, asam amino, serta berbagai jenis vitamin yang larut dalam air membentuk sitoplasma. Artinya bisa membentuk larutan koloid atau suspensi. 2) Bahan pengsuspensi zat-zat organik dengan molekul besar seperti protein, lemak, dan pati. Dalam hal tersebut, air merupakan medium dispersi dari sistem koloid protoplasma. 3) Air merupakan media transpor berbagai zat yang terlarut atau yang tersuspensi untuk berdifusi atau bergerak dari suatu bagian sel ke bagian sel yang lain. 7
4) Air merupakan media berbagai proses reaksi-reaksi enzimatis yang berlangsung di dalam sel. 5) Air digunakan untuk mengabsorbsi panas dan mencegah perubahan temperatur yang drastis atau mendadak di dalam sel. 6) Air sebagai bahan baku untuk reaksi hidrolisis dan sintesis karbohidat, misal dalam fotosintesis
b. Garam- Garam Mineral Garam-garam yang terdapat pada protoplasma ada dalam bentuk ion bebas ada juga yang terikat pada molekul lain misalnya dengan molekul protein atau lemak. Garam-garam ini berfungsi mengatur tekanan osmotik sedangkan ion-ion garam menentukan struktur makromolekul. Contoh : garam fosfat, karbonat, klorida, sulfat dari kalsium, natrium dan magnesium.
a. Kandungan garam-garam mineral pada berbagai tipe sel sangat bervariasi. b. Di dalam sel, garam-garam mineral dapat mengalami disosiasi menjadi anion dan kation. c. Bentuk-bentuk anion dan kation tersebut dinamakan ion. d. Ion-ion dapat terlarut di dalam cairan sel atau terikat secara khusus pada molekul-molekul lain seperti protein dan lipida. Secara umum, garam-garam mineral memiliki dua fungsi yaitu : a. Fungsi osmosis, dalam arti bahwa konsentrasi total garam-garam terlarut berpengaruh terhadap pelaluan air melintasi membran sel. b. Fungsi yang lebih spesifik, yaitu peran seluler setiap ion terhadap struktur dan fungsi dari partikel-partikel seluler dan makromolekul. Berbagai jenis garam-garam mineral sangat penting untuk kelangsungan aktivitas metabolisme sel, misal-nya ion Na+ dan K+,ion Na+ dan K+, berperan dalam memelihara tekanan osmosis dan keseimbangan asam basa cairan sel. Retensi ion-ion menghasilkan peningkatan tekanan osmosis sebagai akibat masuknya air ke dalam sel. Ion-ion kalsium dijumpai dalam sirkulasi darah dan di dalam sel. Di dalam tulang, ion-ion kalsium berkombinasi dengan ion-ion fosfat dan karbonat membentuk kristalin.Fosfat dijumpai di dalam darah dan di dalam cairan jaringan sebagai ion-ion bebas, tetapi fosfat di dalam tubuh banyak terikat dalam bentuk fosfolipida, nukleotida, fosfoprotein, dan gula-gula terfosforilasi (De Robertis et al., 1975). Di dalam sel juga terkandung berbagai jenis gas yang berasal dari lingkungan atau dihasilkan oleh metabolisme sel.Beberapa gas yang terdapat di atmosfer dapat masuk ke dalam sel misalnya gas oksigen (O2), karbon dioksida (CO2), dan gas nitrogen (N2). Di dalam sel, oksigen berperan untuk mengoksidasi bahan-bahan makanan. Karbondioksida selain berasal dari lingkungan luar, juga dihasilkan dalam oksidasi bahan makanan sebagai hasil sampingan.
8
c. Senyawa Anorganik yang Berbentuk Gas Di dalam sel juga terkandung berbagai jenis gas yang berasal dari lingkungan atau dihasilkan oleh metabolisme sel. Gas yang terdapat pada protoplasma berbentuk larutan; gas Oksigen (O2), Nitrogen (N2) dan Karbondioksida (CO2). Gas oksigen masuk dalam sel melalui respirasi dan dalam sel berguna untuk oksidasi bahan makanan agar menghasilkan energi (ATP). Gas O2 pada suhu 250C dan tekanan/ atmosfir pada air murni dapat larut 2,83 ml O2/100 ml air. Kelarutan gas CO2 dalam air agak lain. Beberapa molekul gas CO2 yang larut dapat bereaksi dengan air. CO2 + H2O →H2CO3 H2CO3 →H+ + HCO3Asam karbonat dan Asam bikarbonat. CO2 dapat bereaksi dengan air membentuk asam karbonat yang selanjutnya mengalami disosiasi membentuk ion hidrogen dan bikarbonat dengan reaksi sebagai berikut : CH12O6 + 6 CO2 --------> 6 H2O + 6 CO2 + Energi CO2 + H2O -------> H2CO3 H2CO3 ---------> H+ + HCO3Umumnya karbon dioksida di dalam sel berada dalam bentuk bikarbonat atau karbonat d. Asam dan Basa Asam dan basa anorganik yang terdapat pada protoplasma, misalnya asam klorida (HCl), dan basa kalium hidroksida (KOH).
1.3 Persenyawaan Organik pada Protoplasma Dapat berupa; a. Karbohidrat b. Lemak c. Protein d. Asam Nukleat
a. Karbohidrat Karbohidrat adalah salah satu dari empat kelas utama senyawa organik dalam sel hidup. Karbohidrat merupakan jenis molekul yang sangat melimpah dalam tubuh makhluk hidup. Karbohidrat akan membentuk dinding sel tumbuhan, sehingga menjadikan sel tumbuhan kokoh dan kuat. Karbohidrat adalah struktur pembangun membrane sel makhluk hidup yang penting dalam mekanisme pengenalan sel. Karbohidrat adalah persenyawaan organik sederhana yang terdiri atas
9
unsur karbon (C), hidrogen (H), dan oksigen (O). Karbohidrat merupakan sumber energi bagi aktivitas-aktivitas hidup. Energi yang terkandung dalam molekul karbohidrat dibebaskan pada respirasi sel. Pada hewan, karbohidrat ditimbun dalam bentuk glikogen sedangkan pada tumbuhan ditimbun dalam bentuk amilum. Karbohidarat adalah sebutan untuk molekul-molekul gula, atau gabungan dari molekul gula yang memiliki banyak sekali jenis. Salah satu metode penggolongan karbohidrat adalah berdasarkan jumlah gula penyusunnya. Apabila suatu karbohidrat hanya tersusun atas satu molekul gula, maka disebut sebagai monosakarida. Apabila tersusun atas dua molekul gula disebut dengan disakarida. Apabila tersusun atas 3 hingga 9 molekul gula disebut sebagai oligosakarida, namun apabila disusun oleh banyak molekul gula maka disebut polisakarida. Karbohidrat digolongkan menjadi 3 bagian, yaitu : Monosakarida, misalnya pentosa (ribosa, deoksiribosa) dan heksosa (glukosa, fruktosa, dan
galaktosa). Disakarida, misalnya laktosa, maltosa dan sukrosa. Polisakarida, misalnya glikogen, selulosa dan amilum.
Monosakarida Molekul monosakarida memliki rumus umum (CH2O). Glukosa sebagai monosakarida yang paling melimpah di dalam tubuh manusia memiliki rumus kimia C6H12O6, sedangkan ribosa yang berperan sebagai struktur pembentuk RNA memiliki rumus kimia C5H10O5. Berdasarkan jumlah atom karbon yang menyusunnya, monosakarida dapat dibedakan menjadi:
Triosa : monosakarida yang memiliki 3 atom karbon, contohnya adalah gliseraldehida dan dihidroksiaseton
Pentosa : monosakarida yang memiliki 5 atom karbon, contohnya ribosa dan deoksiribosa.
Heksosa : monosakarida yang memiliki 6 atom karbon, contohnya glukosa, galaktosa, dan fruktosa. Monosakarida juga dikelompokkan berdasarkan letak dari gugus karbonil ( = CO ) dalam
rangka karbonnya.
Aldosa : monosakarida yang memiliki gugus karbonil di ujung rangka karbon, contohnya glukosa, galaktosa, dan ribosa.
Ketosa : monosakarida yang memiliki gugus karbonil di dalam rangka karbon, contohnya fruktosa, dehidroksiaseton, dan ribulosa. Baca juga artikelPerbedaan Aldosa dan Ketosa.
10
Disakarida Dua molekul gula akan berikatan dengan ikatan glikosidik membentuk disakarida. Jenisjenis disakarida yang umum dijumpai dalam pada makhluk hidup adalah sebagai berikut.
Sukrosa : merupakan gabungan dari molekul glukosa dengan molekul fruktosa.
Maltosa : merupakan gabungan dari 2 molekul glukosa.
Laktosa : merupakan gabungan dari molekul glukosa dan molekul galaktosa. Sukrosa merupakan molekul yang kita kenal sehari-hari dengan nama gula dapur. Sukrosa
memiliki rasa yang lebih manis dibandingkan maltosa dan laktosa. Maltosa memiliki rasa manis yang sedang, dan laktosa memiliki rasa manis yang paling rendah diantara ketiganya. Molekul disakarida dalam sistem pencernaan akan dicerna menjadi monosakarida untuk selanjutnya diserap dalam tubuh.
Reaksi pembentukan sukrosa dengan melepaskan 1 molekul air
Oligosakarida Oligosakarida tersusun atas sedikit molekul gula, biasanya 3 hingga 9 molekul gula. Oligosakarida dalam makanan akan sulit tercerna sehingga akan menumpuk pada usus besar. Penumpukan oligosakarida akan menjadi medium tumbuhnya bakteri-bakteri usus yang akan menghasilkan banyak gas yang akan keluar dalam bentuk kentut (flatus). Konsumsi makanan dengan jumlah oligosakarida tinggi dapat menyebabkan seseorang menjadi sering kentut. Makanan dengan jumlah oligosakarida tinggi misalnya adalah ubi rambat. Contoh jenis oligosakarida adalah rafinosa, ikatan antara galaktosa, glukosa, dan fruktosa.
11
Rafinosa, suatu oligosakarida Polisakarida Puluhan bahkan ribuan glukosa akan berikatan melalui ikatan glikosidik membentuk polisakarida. Ikatan antar gula terjadi pada atom C nomor 1 dengan atom C nomor 4 pada gula sebelahnya, oleh sebab itu ikatan antar gula ini disebut ikatan 1,4 glikosidik. Polisakarida dapat berperan sebagai cadangan makanan dalam bentuk amilum dan glikogen, ataupun dapat berperan sebagai struktur pembangun seperti selulosa dan kitin. Amilum adalah cadangan makanan tumbuhan yang terbentuk dari proses fotosintesis. Sedangkan glikogen adalah cadangan makanan hewan yang terbentuk dari kelebihan glukosa di plasma darah. Glikogen hampir identik dengan amilum, hanya saja molekul glikogen memiliki banyak sekali cabang. Selulosa adalah struktur pembangun dinding sel pada sel tumbuhan. Selulosa memiliki struktur kuat sehingga menyebabkan tumbuhan mampu berdiri tegak dan tahan terhadap terpaan angin dan hujan. Selulosa akan menyatu membangun miofibril (berbentuk serabut) dan membentuk dinding sel. Pada sel tumbuhan yang masih muda, serabut miofibrilnya tersusun tidak teratur. Namun pada sel tumbuhan yang sudah dewasa, serabut miofibrilnya telah tersusun teratur. Amilum dapat dicerna oleh sistem pencernaan manusia, sedangkan selulosa tidak bisa dicerna sistem pencernaan walaupun memiliki struktur pembangun yang sama. Hal ini terjadi karena perbedaan dalam ikatan glikosidik keduanya. Ikatan glikosidik pada amilum terdapat dalam posisi alfa, sedangkan pada selulosa terdapat pada posisi beta. Enzim dalam saluran pencernaan manusia adalah alfa-amilase sehingga hanya dapat mencerna ikatan glikosidik dalam posisi alfa saja. Herbivora dan rayap mampu mencerna selulosa karena dibantu oleh bakteri penghasil enzim beta-amilase / selulose di dalam saluran pencernaannya.
Ikatan alfa pada amilum
12
Ikatan beta pada selulosa Sangat vital untuk proses-proses fisiologi di dalam sel makhluk hidup. Berdasarkan fungsinya, dikelompokkan menjadi; a. Karbohidrat yang sederhana sebagai sumber energi di dalam sel b. Karbohidrat yang berantai panjang sebagai cadangan energi c. Karbohidrat yang berantai panjang sebagai komponen struktural organel dan bagian sel lainnya. Empat kelompok besar Karbohidrat : a. Monosakarida (Triosa (3 C), Tetrosa (4 C), Pentosa (5 C), Heksosa (6 C). b. Disakarida (mengandung 2 molekul monosakarida; sukrosa, maltosa & laktosa). c. Oligosakarida (golongan ini merupakan zat-zat yang menghasilkan 3-10 monosakarida pada hidrolisa). d. Polisakarida (Amilum, Glikogen, Inulin, Selulosa, Heteropolisakarida (Kitin, Chondroitin sulfat, heparin, mucoprotein & glycoprotein).
b. Lipida Lipida : “persenyawaan organik yang banyak terdapat pada sel makhluk hidup yang mempunyai sifat tidak larut di dalam air tetapi dapat larut pada pelarut organik misalnya eter, kloroform, alkohol panas dan benzen”. Lemak adalah non polar dan hidrophobi. Pada sel makhluk hidup lemak berfungsi sebagai struktural misalnya komponen membran plasma, hormon, vitamin. Juga berfungsi sebagai sumber energi dan cadangan energi sel makhluk hidup. Lipida dapat diekstraksi dari jaringan sel tumbuhan maupun hewan dengan menggunakan pelarut lemak. Hasil ekstraksi menghasilkan campuran lemak yang kompleks antara lain; trigliserida, wax, fosfolipida, glikolipida, bermacam-macam sterol dan senyawa - senyawa lainnya. Unsur penyusun lemak antara lain adalah Carbon (C), Hidrogen (H), Oksigen (O), dan kadang-kadang Fosfor (P) serta Nitrogen (N). Molekul lemak terdiri dari empat bagian, yaitu satu molekul gliserol dan tiga molekul asam lemak. Asam lemak terdiri dari rantai hidrokarbon (CH) dan gugus karboksil (-COOH). Molekul gliserol memiliki tiga gugus hidroksil (-OH) dan tiap gugus hidroksil berinteraksi dengan gugus karboksil asam lemak.
13
Lemak disusun oleh 2 jenis molekul yaitu gliserol dan asam lemak. Gliserol adalah alkohol yang terdiri dari 3 stom karbon dengan setiap atom karbon mengikat satu gugus hidroksil. Asam lemak memiliki rangka karbon panjang, biasanya 16 atau 18 karbon, dengan gugus karboksil pada bagian ujungnya. Lemak terbentuk bila asam lemak berikatan dengan setiap gugus karboksil pada gliserol dan menghasilkan ikatan ester. Hasil dari reaksi ini adalah triasilgliserol. Seringkali dalam pembahasan nutrisi kita mengenal istilah lemak jenuh dan lemak tak jenuh. Kondisi tersebut dibentuk oleh jumlah ikatan rangkap yang terdapat pada asam lemak. Lemak tak jenuh memiliki satu atau lebih ikatan rangkap pada asan lemaknya.
Macam-macam Lipida yang terdapat pada sel makhluk hidup berdasarkan komposisi kimianya: a. Lipida Sederhana ; ester alkohol/ Trigliserida yang asam lemak dan alcohol. b. Lipida Gabungan ;ester asam lemak yang pada hidrolisa menghasilkan asam lemak, alkohol dan zat-zat lain. Lipida gabungan yang terdapat pada protoplasma; fosfolipida, spingolipida, glikolipida, gangliosida, lipoprotein, karatinoid. c. Turunan Lipida; steroid, struktur dasar molekulnya cincin C-17 yaitu siklopentano perhidopenatron. Steroid yang terdapat pada protoplasma sel hewan; hormon kelamin, vitamin D, cholesterol, kortikosteron & estradiol.
c. Protein Protein merupakan suatu zat makanan yang penting bagi tubuh, karena zat ini disamping berfungsi sebagai bahan bakar dalam tubuh juga berfungsi sebagai zat pembangun dan pengatur.
14
Protein adalah sumber asam-asam amino yang mengandung unsur C, H, O, dan N yang tidak dimiliki oleh lemak dan karbohidrat. Protein disusun oleh 20 asam amino essensial membentuk ikatan peptida.
Di dalam sel, protein terdapat baik pada membrane plasma maupun membrane internal yang menyusun organel sel seperti mitokondria, reticulum endoplasma, nucleus dan badan golgi dengan fungsi yang berbeda-beda tergantung pada tempatnya. Protein-protein yang terlibat dalam reaksi biokimia sebagian besar berupa enzim banyak terdapat di dalam sitoplasma dan sebagian terdapat pada kompartemen dari organel sel. Merupakan polimer dari asam amino. Asam amino yang terdapat pada protoplasma; a. Asam amino netral; Glysin, Alanin, Valine, Leusin, Isoleusin, Serin, Theonin. b. Asam amino asam; asam aspartat, asam glutamat c. Amida asam amino; Aspargin, Glutamin d. Asam amino basa; Histidin, Arginin, Lysin e. Asam amino aromatik; Phenylalanin, Tirosin, Tryptofan. f.
Asam amino yang mengandung sulfur; Cysteine, Methionin
g. Asam amino sekunder; Prolin Hydroksiprolin Asam amino esensial & non esensial :Ada 10 macam asam amino essensial; L-methionin, L-Threonin, L-valin, L-Leosin, L-isoleusin, L-Lisin, L-Arginin, L-Phenilalanin, L-Thriptophan & Histidin.Bila asam amino berhubungan dengan ikatan peptida maka terbentuklah dipeptida, tripeptida, polipeptida.Protein merupakan polimer dari asam amino yang berantai panjang. Penggolongan Protein berdasarkan komposisi kimia yang dihasilkan pada proses hidrolisa Protein Sederhana (bila dihidrolisa hanya menghasilkan asam amino; misalnya; albumin dan globulin)Protein gabungan; bila dihidrolisa menghasilkan asam amino dan persenyawaan lainnya; Glikoprotein (protein & karbohidrat), Nukleoprotein, Kromoprotein (protein & bahan zat warna; haemoglobin & haemiosianin), Lipoprotein, Fosfoprotein (gugusan fosfat dan asam amino; kasein pada susu), Metaloprotein (protein yang mengandung metal). Penggolongan Protein pada protoplasma :
15
a. Protein Primer (struktur molekulnya terdiri dari asam amino yang tersusun secara linier dengan ikatan peptida), b. Protein sekunder (struktur molekulnya terdiri dari beratus-ratus asam amino yang tersebar secara spiral) c. Protein tertier (struktur molekulnya terdiri dari beberapa rantai polipeptida yang dihubungkan dengan ikatan sulfur; misal; globulin) d. Protein quarter (struktur molekulnya mengandung 2 ikatan atau lebih peptida yang berikatan dengan ikatan kovalen yang lemah; misal; haemoglobine)
d. Asam Nukleat Asam nukleat adalah makromolekul terbesar dalam sel, berupa polimer linier sangat panjang disebut juga polinukletida yang terdiri dari 106 atau lebih nukleotida. Nukleotida terdiri dari molekul gula dengan 5 atom C (pentosa), satu atau lebih gugus fosfat, dan basa nitrogen. Asam nukleat
yang
paling
umum
adalah
Asam
deoksiribonukleat
(DNA)
dan
Asam
ribonukleat (RNA). Asam Deoksiribonukleat (DNA) merupakan asam nukleat yang mengandung informasi genetik dan biasanya dalam bentuk kompleks nukleoprotein (DNA-protein) yang disebut kromosom. Tiap kromosom membawa informasi genetik yang dibutuhkan pada sintesis senyawa yang diperlukan untuk pemeliharaan, pertumbuhan dan replikasi sel. DNA merupakan molekul yang sangat besar dengan struktur sederhana, berupa 4 subunit nukleotida yang terikat dalam suatu rantai dengan urutan tertentu. Urutan nukleotida dalam DNA berfungsi sebagai sandi untuk menyampaikan semua informasi kepada sel guna membuat segala sesuatu untuk kebutuhan kehidupannya. Asam ribonukleat (RNA) berperan sebagai pembawa bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik.
Ada 2 macam asam nukleat yang terkenal; ARN (Asam Ribosa Nukleat) & ADN (Asam Deoksiribosa Nukleat). Fungsi Asam Nukleat ; a. Mengontrol aktivitas biosintesa pada sel. b. Membawa informasi genetic. 16
Struktur ARN & ADN merupakan polimer nukleotida. Hasil hidrolisa nukleotida menghasilkan gula (ribosa/ deoksiribosa), basa nitrogen (purin (adenin dan guanin) & pirimidin (sitosin, timin & urasil). Persamaan dan Perbedaan Molekul RNA dan DNA RNA
DNA
a. Mengandung gula Ribosa
a. Mengandung gula deoksi Ribosa.
b. Mengandung molekul asam fosfat yang
b. Mengandung asam Fosfat yang
menghubungkan gula yang satu dengan
menghubungkan gula yang satu dengan gula
gula lainnya.
lainnya.
c. Terdiri dari 1 rantai nukleotida
c. Terdiri dari 2 rantai nukleotida (double helix)
d. Molekulnya mengandung 4 macam
d. Molekulnya mengandung 4 macam nukleotida
nukleotida yaitu uridinmonopospat,
yaitu timin monopospat, deoksisitidin
sitidin monopospat, guanin monopospat
monopospat, deoksiguanosin monopospat dan
& adenosin monopospat
deoksiadenosin monopospat
e. Berperan membawa informasi genetik pada sintesa protein f. Terdapat pada nukleolus, nukleoplasma
e. Merupakan material genetic f. Terdapat pada kromosom, nukleoplasma & mitokondria
& sitoplasma Tabel 3.2. Persamaan dan Perbedaan Molekul RNA dan DNA 2. Konsep Dasar Fisika Biologi Sel dan Molekuler Sifat - Sifat Fisika Protoplasma 2.1 Protoplasma Memiliki Sifat Fisika Antara Lain :
a. Memiliki sifat mekanik, artinya dapat bergerak. b. Kekentalannya (Viscosity) dapat berubah-ubah karena pengaruh factor dalam dan luar. Disebabkan oleh tertariknya molekul-molekul pada permukaan oleh molekul-molekul dibawahnya yang bergerak bebas dengan kekuatan pada setiap arah yang sama. Akibat tarikan tersebut molekul permukaan menjadi terikat sehingga terjadi tegangan yang disebut tegangan permukaan. Dapat mengalami perubahan kekentalan dari fase sol ke fase gel dan sebaiknya. Bila kadar air tinggi koloid berbentuk sol, bila kadar air rendah koloid berbentuk gel. Kemampuan protoplasma mengalami fase sol atau gel menyebabkan protoplasma dapat mengembang mengkerut, misalnya pada gerakan amuba
c. Mempunyai kemampuan untuk mereduksi, yaitu pelepasan oksigen dari suatu senyawa. d. Terjadi elektroforesis, yaitu pemisahan komponen atau molekul bermuatan pada makromolekul, contohnya DNA yang bermuatan negative.
17
e. Bila protoplasma yang merupakan sistem koloid ini disinari dengan sinar lampu listrik pada suatu ruang yang gelap akan memberi efek Tyndall, yaitu penghamburan berkas sinar (cahaya) oleh partikel-partikel koloid.
f. Molekul-molekul (partikel) pada sistem koloid protoplasma bergerak secara zig-zag (gerak Brown (1872)). Gerak Brown pada protoplasma kecepatannya tergantung pada besarnya partikel dan suhu protoplasma.
Gambar 3.1. Gerak Brown
g. Gerak siklosis (cyclosis) dan amoeboid. Oleh karena matrik sitoplasma dapat bersifatagak kental maka pada matrik sitoplasma ada gerakan. Gerakan di dalam matrik sitoplasma ini disebut gerakan siklosis (terjadi pada saat matrik dalam fase sol dan terjadinya gerakan ini karena pengaruh tekanan hidrostatik, suhu, pH dan viskositas. Bergeraknya kromosom, sentriol, mitokondria, lisosom, dan sebagainya disebabkan gerakan sikolsis. Gerakan amoeboid terbentuk pada gerak siklosis. Gerak amoeboid terjadi pada protozoa, leukosit, dan sebagainya. Pada gerakan amoeboid, terjadi perubahan bentuk sel. Penonjolan sitoplasma ini disebut pseudopodia. Gerak rotasi yaitu gerak dari plasma yang melingkar. Gerak sirkulasi yaitu gerak protoplasma yang tidak menentu.
Gambar 3.2. Gerak Siklosis 18
h. Matriks sitoplasma yang cair memiliki tegangan permukaaan. Matriks protein dan lemak memiliki ketegangan permukaan yang kurang karenanya membentuk membran plasma, sedangkan bahan-bahan kimia misalnya garam NaCl tegangan permukaannya tinggi akibatnya NaCl menempati bagian yang lebih dalam pada matrik sitoplasma.
2.2 Pergerakan Materi Protoplasma
Gambar 3.3. Bagan Pergerakan Materi Protoplasma a. Proses Pasif Difusi yaitu proses perpindahan zat dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Difusi berfasilitas yaitu difusi yang memlalui membrane selektif permiabel dengan bantuan protein integral sebagai karier. Osmosis yaitu perpindahan molekul air dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah melalui membrane semi permeable.
Gambar 3.4.How Osmosis Works
Filtrasi yaitu pergerakan molekul air dan zat terlarut dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah melalui selaput selektif permeable.
19
Gambar 3.5.Proses Filtrasi b. Proses Aktif Transfor aktif yaitu pengangkutan zat melalui membrane dari daerah berkonsentrasi rendah ke tinggi dengan bantuan energy (ATP). Fagositosis yaitu proses pemasukan substansi padat ke dalam sel (melalui membran). Pinositosis yaitu proses pemasukan (endositosis) substansi cair pada sel.
2.3 Penyusun Protoplasma Sel Zat hidup dalam sel pada tumbuhan dan hewan yg terdiri atas nukleus dan sitoplasma.
Gambar 3.6. Sel Hewan a. Bahan Ergastik Protoplasma Bahan Ergastik (dari bahasaYunani “erg” yang berarti kerja adalah produk metabolisme. Bahan ergastik berupa berupa produk-produk cadangan atau sisa yang merupakan hasil dari kegiatan seluler dan biasanya mempunyai struktur yang lebih sederhana daripada badan-badan protoplasmik. Substansi; ini dapat muncul dan hilang pada waktu yang berbeda dalam hidup suatu 20
sel. Sel hidup harus memiliki protoplas, yaitu bagian sel ada di bagian dalam dinding sel. Protoplas dibedakan atas komponen protoplasma dan non protoplasma. Komponen protoplasma yaitu terdiri atas membran sel, inti sel, dan sitoplasma (terdiri dari organel-organel hidup). Komponen non protoplasma dapat pula disebut sebagai benda ergastik. Jadi benda ergastik adalah bahan non protoplasma, baik organik maupun anorganik, sebagai hasil metabolisme yang berfungsi untuk pertahanan, pemeliharaan struktur sel, dan juga sebagai penyimpanan cadangan makanan, terletak di baigan sitoplasama, dinding sel, maupun di vakuola. Dalam sel benda ergastik dapat berupa karbohidrat (amilum), protein (aleuron dan gluten), lipid (lilin, kutin, dan suberin), dan Kristal (Kristal ca-oksalat dan silika). Bahan Ergastik memiliki banyak fungsi untuk sel : a. penyimpanan cadangan makanan, misalnya amilum b. pemeliharaan struktur (lilin) untuk bahan perlindungan c. adanya Kristal Ca oksalat dalam suatu jaringan tumbuhan dapat menyebabkan reaksi alergi bagi hewan yang memakannya sehingga hewan tersebut tidak akan bernafsu menyentuhnya untuk yang kedua kali. Pada sel mati tidak dijumpai adanya organel-organel, di dalam. Pada sel mati sel hanya berupa ruangan kosong saja. Sel mati sendiri asalnya dari sel hidup. Sel menjadi mati disebabkan karena berbagai faktor, misalnya faktor genetik maupun faktor lingkungan. Sel mati karena telah mencapai umur yang memang telah ditentukan secara genetik. Sel-sel tersebut memang dalam perkembangannya terspesialisasi untuk menjadi suatu sel mati, yang memiliki fungsi tertentu dalam bagi tumbuhan. Metabolisme merupakan kegiatan hidup yang mencakup tiga fungsi pokok yaitu : a. Nutrisi b. Respirasi c. Sintesis. Bahan mentah dari lingkungan diolah dalam tubuh tumbuhan sehingga menghasulkan substansi-substansi penyusun tubuh,penunjang kegiatan dalam tubuh dan bahan sisa. Dengan demikian, substansi ergastik dapat dibedakan menjadi tiga kelompok yaitu : a. Produk berupa makanan b. Produk berupa sekresi c. Dan produk sisa ( waste product) Berdasarkan bentuk benda yang dihasilkan dari ke tiga produk tersebut komponen ergastik terbagi menjadi dua yaitu : a. Ergastik yang bersifat padat b. Ergastik yang bersifat cair.
21
BAB III PENUTUP A. Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat ditarik dari pembahasan adalah sebagai berikut: Protoplasma merupakan suatu bagian yang terdiri atas bahan yang kompleks dan terlindung dengan baik. Protoplasma biasa dikenal dengan sebutan sel. Berbeda dengan benda tak hidup atau benda mati yang tidak memiliki protoplasma. Protoplasma pada semua sel terdiri atas dua komponen utama, yaitu air dan komponen anorganik / komponen organik. Dari reaksi reaksi kimia yang terjadi antara senyawa senyawa inilah yang mengakibatkan adanya gejala gejala kehidupan di protoplasma. Gejala kehidupan itu misalnya metabolisme, tumbuh, bergerak, berkembang biak, sirkulasi zat, dan lain - lain. Misalnya yang mudah respirasi, fotosintesis, sintesis lemak dan lain lain. Susunan kimia protoplasma ada 36 unsur (dari 108 unsur) yang diketemukan pada protoplasma.Unsur-unsur kimia ini pada protoplasma ada yang berbentuk persenyawaan maupun dalam bentuk ion-ion. Yang berbentuk persenyawaan dapat berbentuk persenyawaan anorganik maupun organik. Sifat-sifat fisika protoplasma bila protoplasma yang merupakan sistem koloid ini disinari dengan sinar lampu listrik pada suatu ruang yang gelap akan memberi efek Tyndall. Molekulmolekul (partikel) pada sistem koloid protoplasma bergerak secara zig-zag (gerak Brown (1872)). Gerak Brown pada protoplasma kecepatannya tergantung pada besarnya partikel dan suhu protoplasma.
B. Saran Dari pemaparan materi diatas perlu kita perkaya lagi karena masih banyak hal – hal yang terkait judul sifat faal protoplasma yang belum di bahas secara spesifik. Demi ke validitan materi di atas perlu juga referensi yang lebih relevan. Sesuai dengan uraian diatas saran-saran yang sekiranya dapat berguna yaitu protoplasma sangat erat kaitannya dengan sel sehingga kita harus dapat mempelajari apa saja sifat-sifat dari protoplasma juga fungsinya agar dapat mengetahui protoplasma secara lebih baik.
22
DAFTAR PUSTAKA
Arbayah S, 1990. Proyek Pembinaan Tenaga Kependidikan; Persiapan Perkuliahan Program Lanjutan MIP. Biologi Sel. Bandung : FMIPA-ITB. Campbell, N.A.,Reece,J.B,danMitchell,L.G.2002.Biologi.Jilid 3. Jakarta : Erlangga. Goenarso, Darmadi.2005.Fisiologi Hewan.Jakarta : UT. Irianto, Koes. 2017. Biologi Molekuler. Bandung : Alfabeta. Isnaeni, Wiwi. 2006.Fisiologi Hewan.Yogyakarta:Kanisius. Iswari, Retno Sri & Ari Yuniastuti. 2006. Biokimia. Yogyakarta : Graha Ilmu Kastawi, Yusuf. Zoologi Avertebrata. Malang : FMIPA UM. Poedjiadi, Anna dan Supriyanti, Titin. 2005. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta : Universitas Indonesia Press. Toha, Abdul Hamid A. 2005. Biokimia : Metabolisme Biomolekul. Bandung : Alfabeta . Wirahadikusumah, Muhamad. 2001. Biokimia protein, enzim, dan asam nukleat. ITB : Bandung. Yazid, Estien. dan Nursanti, Lisda. 2006. Penuntun Praktikum Biokimia untuk Mahasiswa Analis. Yogyakarta: Andi. Yogyakarta.
23
