1
Biologi Sel
ORGANISME ASELULER KE ORGANISME SELULER Adnan (Dosen Biologi FMIPA Universitas Negeri Makassar)
A. PENDAHULUAN Adolf Meyer (1883), seorang ilmuwan Jerman mengadakan penelitian tentang virus penyebab penyakit mosaik pada tanaman tanaman tembakau. tembakau. Meyer menyemprotkan ekstrak daun tembakau yang terkena penyakit mosaik ke tanaman tembakau yang sehat. Berdasarkan hasil percobaannya Meyer berkesimpulan bahwa penyakit mosaik dapat menular ke daun tanaman yang sehat melalui ekstrak daun tembakau yang disemprotkan, tetapi Meyer tak dapat menemukan adanya mikroba penyebab penyakit tersebut. Beliau berkesimpulan bahwa penyakit tersebut disebabkan oleh bakteri yang ukurannya lebih kecil dari biasanya (Campbell, Reece, dan Mitchell, 1999). Pada tahun 1892 Dimitri Ivanowsky menguji hipotesis yang diungkapkan Adolf Meyer di atas dengan melewatkan ekstrak daun tembakau yang terkena penyakit mosaik pada saringan bakteri dan mengoleskan cairan hasil penyaringan pada tanaman tembakau sehat yang lain. Ternyata tanaman tersebut tertular penyakit mosaik. Ivanowsky berkesimpulan bahwa penyebab penyakit mosaik pada tembakau berukuran lebih kecil dari bakteri. Pada tahun 1897 Martinus Beijerinck (ahli mikrobiologi Belanda) melakukan percobaan dengan cara menyemprotkan hasil saringan dari ekstrak tanaman tembakau yang terkena penyakit ke tanaman tembakau yang sehat secara bertingkat. Mula-mula ia menyemprotkan ekstrak tanaman yang terkena penyakit mosaik ke tanaman tembakau yang sehat sehingga tanaman tersebut menjadi sakit. Kemudian daun tanaman yang sakit tersebut dibuat ekstrak lagi untuk disemprotkan ke tanaman tembakau yang sehat lainnya. Ternyata semua tanaman tembakau menjadi sakit. Beijerinck berkesimpulan bahwa agen infeksi yang ada di dalam getah yang telah disaring tersebut dapat bereproduksi.. Pada tahun 1933, Wendell Stanley, ilmuwan USA berhasil mengkristalkan partikel virus dari ekstrak daun tembakau yang kemudian dikenal bernama Tobacco Mosaic Virus (( TMV ). Virus
2Biologi Sel
Hirarki kehidupan yang bersifat aseluler seperti virus dengan ukuran yang demikian kecil dan ultra struktur yang amat sederhana telah banyak menimbulkan masalah bagi pakar ilmu pengetahuan. Pada bentuk kehidupan yang lain muncul sel prokariota dan sel eukariota . Istilah sel prokariota berasal dari bahasa Yunani, yaitu pre yang berarti sebelum, karyon yang berarti inti, dan ta yang berarti kelompok mahluk. Dengan demikian, sel prokariota berarti kelompok mahluk yang mempunyai sel dengan inti yang belum sempurna (tidak memiliki membran inti). Sel prokariota umumnya bersel tunggal, struktur sederhana, dan tidak memiliki organel berbatas membran. (Ward, 2007). Sel prokariota meliputi + 3000 spesies. Meliputi dua kelompok besar, yaitu bakteri dan algae biruhijau atau Cynaobacteria (Sheeler dan Bianchi, 1983). Selain itu, juga dikenal satu bentuk bakteri yang tidak memiliki dinding sel, yaitu mikoplasma yang lebih dikenal dengan nama Pleuro Pneumonia Like Organism atau Organism atau PPLO. Istilah eukriota berasal dari bahasa Yunani, yaitu eu yang berarti sejati dan karyon yang bermakna inti. Dengan demikian, sel eukariota berarti kelompok mahluk yang mempunyai sell dengan inti yang sempurna (memiliki membran inti) (De Robertis et al., 1975). B. VIRUS DAN VIROID Virus bersifat nonseluler mempunyai susunan yang kurang kompleks jika dibandingkan dengan sistem seluler pada prokariota dan eukariota. Sebagai kelompok, virus bersifat heterogen, namun semua virus mempunyai kesamaan dalam sifat-sifat dasar tertentu. Semua virus adalah parasit intraseluler yang obligat. Ini berarti bahwa, virus tidak dapat menjadi banyak jika berada di luar sel inang. Inangnya mungkin berupa sel bakteri, tumbuhan atau hewan. Hal ini tergantung pada jenis virusnya. Selain itu, virus dapat berada dalam dua keadaan yang berbeda, mungkin berada dalam sel inang, atau di luar batas suatu sel. Di luar sel, virus berada sebagai partikel yang disebut virion , seringkali bersama-sama dengan beberapa protein. Pada stadium infeksi, bahan genetik dilepaskan dari tempatnya ke dalam sel, yang dapat mempunyai berbagai sifat, tergantung pada tipe virusnya serta kondisi pada waktu itu,. Pada beberapa keadaan, jika di dalam sel inang bahan genetik virus mengatur pembentukan partikel virus baru, menyebabkan kematian sel. Struktur virus ditunjukkan pada Gambar 3.1
3
Biologi Sel
Gambar 3.1. Struktur virus (Campbell, Reece dan Mitchell, 2000)
Dalam 20 tahun terakhir ini suatu tipe baru agen yang mempunyai daya infeksi diisolasi dari sejumlah tumbuhan dan ditemukan bahwa ukurannya lebih kecil dan lebih sederhana daripada virus. Agen ini disebut viroid, yang paling dikenal adalah viroid umbi pada kentang (“Potato Spindle Tuber Viroid, PSTV ”) yang menyebabkan umbi kadang kelihatan retak. Virus Avian Influenza (H5N1) adalah virus yang mematikan ditemukan tahun 1997 di Hongkong. Dapat menular langsung dari unggas ke manusia.
Gambar 3.2. Virus Influenza
http://micro.magnet.fsu.edu/cells/viruses/influenzavirus.html&h= 233&w=393&sz=44&hl=id&start=4&tbnid=DG
Penyebab AIDS adalah virus HIV (Human Immunodeficiency Virus). Virus HIV menyerang sel-sel darah T4 yang berperan menjaga kekebalan tubuh. Bila tubuh terinfeksi HIV
4Biologi Sel
maka sel T4 akan hancur sehingga menyebabkan orang yang terinfeksi HIV tidak mempunyai sistem pertahanan terhadap serangan virus atau bakteri Gejala penyakit AIDS baru dapat dirasakan penderita 8 sampai 10 tahun setelah virus menginfeksi. HIV ditularkan melalui hubungan seksual, transfusi darah , jarum suntik. Ibu yang mengidap HIV dapat menularkan HIV kepada bayi di dalam kandungannya. Sampai saat ini penyakit AIDS belum ditemukan obatnya.
Gambar 3. 3 Virus HIV
http://microscopy.fsu.edu/cells/viruses/images/hivstructur figure1.jpg
Virus ebola pertama kali ditemukan pada tahun 1976 disebuah sungai Ebola di Zaire Afrika. Virus ini menyebabkan demam ebola. Gejalanya antara lain sebagai berikut: Sakit kepala, nyeri otot, demam tinggi, muntah sakit perut. Pada hari kelima timbul bercak-bercak merah pada badan, muka dan lengan,terjadi peradangan pada usus besar dan paru-paru akhirnya terjadi peradangan hati, ginjal rusak dan penurunan jumlah trombosit secara drastis.
Biologi Sel
5
Gambar 3.4 Sebaran dan gejala klinis virus ebola http://vietsciences.free.fr/khaocuu/nguyenlandung/images/virus-ebolaFiloviridae.jpg
Virus SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome ). Virus ini diduga berasal dari mutasi Corona Virus yang menyerang sistem pernapasan. Gejala SARS dimulai demam tinggi disertai menggigil, sakit kepala,lesu,nyeri tubuh berlanjut menjadi batuk kering kemudian menjadi sesak napas sehingga penderita kekurangan oksigen. Virus yang muncul secara mendadak ini menimbulkan banyak kematian rakyat Cina, Hongkong, Kanada dan Singapura.
Gambar 3.5. Virus SARS http://www.rkm.com.au/VIRUS/virusimages/VIRUS-SARS-portrait-500.jpg
6Biologi Sel
C. ORGANISME SELULER Sel merupakan kumpulan protoplasma yang dibatasi oleh membran. Sel bukan merupakan suatu ruang-ruang kecil yang kosong seperti yang diamati oleh Robert Hooke, melainkan sel merupakan suatu struktur yang mengandung isi yang kompleks. Keseluruhan isi sel disebut protoplas, sedangkan zat di dalam sel yang merupakan koloid berstruktur kompleks disebut Protoplasma (dari bahasa Yunani protos yang berarti pertama dan plasma yang berarti pembentukan). Dengan demikian, secara harfiah protoplasma berarti pem-bentukan yang pertama (De Robertis et. al. 1975). Protoplasma terutama terdiri atas 5 substansi dasar yaitu elektrolit, protein, lipida, karbohidrat, dan air. Pada sel hewan dan tumbuhan, protoplasma mengandung sekitar 75-85% air, 10-20% protein, 2-3% lipid, 1% karbohidrat, dan 1% zat anorganik lainnya. Pada sel eukariota, bagian dari cairan sel yang terdapat di antara membran inti ( nuclear envelope ) dengan membran plasma disebut sitoplasma, sedangkan cairan sel yang terdapat di dalam selaput inti disebut nukleoplasma. Di alam dikenal ada dua tipe sel berdasarkan ada tidaknya selaput inti, yaitu sel prokariota dan sel eukariota, sedangkan berdasarkan cara sel untuk mendapatkan energi dari lingkungan sekitarnya, dikelompokkan menjadi dua, yaitu sel autotrofik dan sel heterotropik (De Robertis et al., 1975) Menurut De Robertis et al ., (1975), sebuah sel harus memenuhi beberapa kriteria yaitu : 1. Memiliki membran plasma; 2. Mengandung materi genetik yang penting untuk mengkode berbagai jenis RNA, termasuk untuk sintesis protein; 3. Mengandung “mesin biosintesis” tempat di mana sintesis berlangsung. Pada mulanya pengamatan terhadap struktur sell eukariota sangat terbatas pada bagian-bagian tertentu saja, misalnya dinding sel, membran sel dan inti sel. Pada tahap perkembangannya, pengamatan terhadap struktur sel menjadi sangat kompleks, terlebih setelah ditemukannya mikroskop elektron oleh Knoll dan Ruska pada tahun 1932 (Karp, 1984). Dengan ditemukannya mikroskop elektron, maka kini penga-matan terhadap struktur sel telah sampai pada tingkat ultra struktur. Di dalam sitoplasma sel eukariota terdapat organel-organel sel. Organel sel adalah badanbadan yang terdapat di dalam sel, baik yang berbatas membran maupun yang tidak berbatas membran.
Biologi Sel
7
1. SEL PROKRIOTA Pada sel Prokariota, dapat dijumpai dinding sel, plasmalemma atau membrane plasma, flagella, ribosom dan materi genetik terdapat di dalam suatu badan inti yang disebut nukeloid atau badan yang menyerupai inti tanpa adanya selaput inti sebagai pemisah. Nukleoid berisi DNA (Ward, 2007). Hal tersebut berbeda dengan apa yang dijumpai pada sel eukariota, dimana materi genetiknya terdapat di dalam inti sel dan sangat kompleks, terbungkus oleh suatu selaput yang dinamakan selaput inti atau membran inti. Dinding sel berperan sebagai pendukung dan mem-beri bentuk pada sel, bersifat kaku dan tersusun atas peptidoglycan. Membran plasma terletak di bawah dinding sel, mengandung sejumlah enzim-enzim yang dibutuhkan untuk melangsungkan reaksi-reaksi kimia. Jika sel akan membelah, maka pada membran plasma dapat dijumpaii sejumlah lekukan-lekukan. Flagella dijumpai pada beberapa prokariota, tertanam pada dinding sel atau membrane plasma, dan berfungsi sebagai alat pergerakan. DNA tunggal berbentuk sirkuler, ribosom tersusun atas RNA dan protein (Ward, 2007). a. PPLO PPLO (“Pleuropneuonia-like organism ”), yang juga disebut mikoplasma, menyebabkan berbagai penyakit pada manusia dan hewan. PPLO merupakan organisme seluler terkecil (diameter ± 0,1 µm). PPLO lebih kecil dari beberapa macam virus yang besar. Diameter sel PPLO adalah berkisar 0,1 µm. Permukaan PPLO diselubungi oleh membran yang
Gambar 3.6. Skema PPLO (Sheeler dan Bianchii, 1983)
8Biologi Sel
mengandung protein dan lipid. Jika dilihat dengan mikroskop, yang dapat diamati adalah komponen genetik, terdiri atas benang spiral rangkap DNA yang sirkular, dan sejumlah ribosoma. Ribosoma mengandung susunan struktur minimal yang diperlukan sel dan hidup bebas dan mungkin menunjukkan suatu bentuk intermediat antara virus dan bakteri. Gambar 3.7 menunjukkan struktur mikoplasma.
Gambar 3.7 Skema sel bakteri (Sheeler dan Bianchi, 1983).
Kelompok prokariota mencakup bakteri dan mikoplasma. Bakteri merupakan organisme yang paling sederhana. Mereka pada umumnya berbentuk bulat, spiral dan batang, dan berukuran beberapa mikrometer. Gambar 3.7 dan 3.8 menunjukkan struktur umum suatu bakteri. Dari luar ke dalam secara berturut-turut terlihat bahwa bakteri terdiri atas: dinding sel, selaput plasma, dan sitoplasma. Di dalam sitoplasma terdapat nukleoid dan ribosom. Selaput plasma pada tempat-tempat tertentu melipat-lipat dan membentuk suatu bangunan yang disebut mesosom.
9
Biologi Sel
Gambar 3.8. Struktur sel bakteri (Partin, 2007)
Dinding sel bakteri mengandung mukopeptida yang digunakan untuk mengelompokkan bakteri. Kadar senyawa mukopeptida bakteri gram positif lebih tinggi dari pada bakteri gram negatif. Pada beberapa jenis bakteri di luar dinding sel masih terdapat suatu struktur tambahan yang disebut kapsula. Dinding sel dan kapsula berperan antara lain sebagai pelindung. Mesosom yang juga disebut kondrioid berperan sebagai alat pengatur pembelahan dan fotosintesis bagi bakteri fotosintetik. Lipatan selaput plasma bersama-sama dengan ribosoma berperan untuk mensintesis protein. Nukleoid merupakan kumpulan bahan informasi genetik yang terdapat pada bakteri. Pada saat bakteri membelah, bahan informasi genetik dibagi ke sel anakan tanpa mengalami perubahan menjadi kromosom. Beberapa jenis bakteri memiliki alat gerak yang disebut flagela. Alat gerak yang sederhana ini berasal dari granula basal yang terdapat di sitoplasma. Di tengahnya terdapat sebuah filamen yang terdiri dari senyawa protein yang disebut flagelin. Jenis-jenis yang lain ada yang mampu melakukan fotosintesis. Kelompok ini digolongkan ke dalam jenis Cyanobacteria yang juga disebut ganggang (alga) biru-hijau. Cyanobacteria hidup soliter atau membentuk koloni berupa benang-benang (Gambar 1.6 a,b dan c). Struktur Cyanobacteria dari luar ke dalam sebagai berikut: seludang gelatin, dinding sel, selaput plasma yang melipat-lipat membentuk lamelasoma dan
10Biologi Sel
mengandung pigmen fotosintetik. Di dalam selaput plasma terdapat sitoplasma yang mengandung ribosoma dan nukleoid. 2. EUKARIOTA Eukariota berbeda dengan prokariota, mereka memiliki karyon atau nukleus. Di dalam nukleus inilah terkandung sebagian besar DNA. Sel-sel eukariota mencakup sel tumbuhan dan sel hewan. Ukuran sel eukariota lebih besar dari sel prokariota, seperti terlihat pada Gambar 3.9.
Gambar 3.9 Perbandingan sel eukaryota, bakteri, PPLO, dan virus (Albert et al ., 1984)
Pada sel eukariota dapat dijumpai adanya kelengkapankelengkapan antara lain dinding sel, kloroplas, dan vakuola sentral yang besar (khusus sel tumbuhan), mem-bran plasma, retikulum endoplasma, badan golgi, lisosom, mikrobodi, dan mitokondria. Struktur dasar sel hewan dan tumbuhan pada dasarnya memiliki pola umum yang sama. Namun, dalam beberapa hal terdapat perbedaan (Villee et al., 1985), seperti tampak pada tabel 3.1.
11
Biologi Sel Tabel 3.1 Perbedaan struktur antara sel hewan dan sel tumbuhan
No. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Organel
Sel Hewan
Sel Tumbuhan
Dinding Sel Kloroplas Vakuola sentral Sentriol Lisosom Silia
Tidak Ada Tidak Ada Tidak ada Ada Ada Ada
Ada Ada Ada Tidak Ada Tidak Ada Tidak Ada
Gambar 3.10. Stuktur Sel Hewan http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt# 257,1,Lecture 3 BIOL L100 Indiana University Southeast David Partin, Instructor 17-3-07
Gambar 3.11. Struktur Sel tumbuhan http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt# 257,1,Lecture 3 BIOL L100 Indiana University Southeast David Partin, Instructor 17-3-07
12Biologi Sel
Prokaryotic vs. Eukaryotic Cells Structure
Prok.
Animal
Plant
cell size
1-10 um
10-100um
10-100 um
oxygen required
by some
by all
by all
DNA form
simple circle
coiled linear strands, complex
DNA location
in cytoplasm
in nucleus
in nucleus
DNA length
short
long
long
cellular org.
single,
some single, most multicellular
colonial
with differentiation
cell membrane
yes
yes
yes
cell wall
yes (not
no
yes
yes
yes
cellulose) nuclear mem.
no
34
Prokaryotic vs. Eukaryotic Cells Structure
Prok.
Animal
Plant
nucleolus
no
yes
yes
mitochondria
no
yes
yes
chloroplasts
no
no
yes
E.R.
no
yes
yes
ribosomes
yes (small)
yes
yes
vacuoles
some
yes (small)
yes (large)
Golgi apparatus
no
yes
yes
lysosome
no
always
often
cytoskeleton
no
yes
yes
centrioles
no
yes
no
cilia/flagella
sometimes
often gametes
some male 35
http://www.mhs.smmsd.sk.ca/passes/stufiles/Maegan/Biol%2030 %20Cells.ppt#294,1,Cells BS122 Principles of Biology II Daniel W. Ward
D. STRUKTUR DASAR SEL Untuk melaksanakan fungsinya dengan baik efisien, maka sel dilengkapi dengan berbagai komponen yang memungkinkan berbagai aktifitas sel dapat dilangsungkan. Secara umum, struktur dasar sel terdiri atas dinding sel, membran sel, retikulum
Biologi Sel
13
endoplasma, badan golgi, lisosom, mikrobodi, mitokondria, kloroplas, ribosom, nukleus, mikrotubul dan mikrofilamen, sentriol, silia dan flagel. Tidak semua sel memiliki komponen-komponen tersebut di atas, tergantung pada tipe selnya. 1. Dinding Sel Dinding sel hanya dijumpai pada sel tumbuhan. Dinding sel berfungsi sebagai penyokong mekanik dan memberi bentuk pada sel. Pada kondisi tertentu, dinding sel berperan untuk melindungi sel agar tidak mengalami lisis. Dinding sel tumbuhan terutama tersusun atas selulosa, hemiselulosa, dan polisakarida pektat. Secara umum, dinding sel pada tumbuhan terdiri atas dua, yaitu dinding sel primer dan dinding sel sekunder. Diantara dinding primer dari suatu sel dengan dinding primer dari sel yang bertetangga terdapat lamella tengah. Dinding sekunder terdiri atas tiga lapis, yaitu lapisan dalam (S3), lapisan tengah (S2), dan lapisan luar (S1) (Thorpe, 1984)
Gambar 3.12 Model Dinding Sel Tumbuhan (Thorpe, 1984).
Dinding sel biasanya bersifat kaku. Namun demikian, bukanlah merupakan pemisah secara absolut antara isi sel dengan lingkungan sekitarnya. Hal tersebut disebabkan karena pada dinding sel terdapat suatu saluran yang menghubungkan antara satu sel dengan sel lainnya. Penghubung tersebut dinamakan plasmodesmata, berperan dalam melayani sirkulasi bahan-bahan interseluler Selain palsmodesmata, pada dinding sel tumbuhan misalnya sel-sel xylem dan floem, terdapat lubang-lubang halus atau lubang-lubang besar yang dapat menghubungkan antara dua sel yang bertetangga.
14Biologi Sel
2. Membran plasma Membran prlasma secara fisik memisahkan sitoplasma dan organel-organel seluler dari lingkungan sekitarnya. Semua materi yang masuk dan keluar dari sel harus melewati membran plasma. Membran plasma bekerja sebagai sebuah rintangan semipermiabel di mana berlangsung difusi secara selektif, transpor aktif, pinositosis, fagositosis dan komunikasi antara si penerima dan penyampai rangsangan, dan tempat berlangsungnya sejumlah reaksi-reaksi kimia. Membran plasma terutama tersusun atas lipida dan protein. Lipida membran terutama terdiri atas fosfolipida, glikolipida, dan sterol. Molekul-molekul lipida bersifat anfifatik, artinya setiap molekul mengandung komponen yang bersifat hidrofobik dan hidrofilik. Protein membran adalah protein globular yang tertanam atau mengapung dalam matriks cair. Protein-protein yang terdapat pada membran plasma mempunyai peranan yang sangat penting dalam hal : a. Memberikan kekuatan struktural pada membran; b. Bekerja sebagai enzim untuk melangsungkan berbagai jenis reaksi-reaksi kimia; c. Bekerja sebagai protein pembawa (carrier) untuk transpor material melalui membran; d. Bekerja sebagai protein saluran; e. Menguraikan zat lipida, oleh sebab itu membentuk pori membran. Pada membran plasma, juga terkandung karbohidrat dalam jumlah sedikit. Karbohidrat biasanya dalam bentuk glikoprotein dan glikolipida. Membran plasma pada sel-sel jaringan, biasanya mengalami modifikasi-modifikasi tertentu membentuk sejumlah tonjolan-tonjolan yang disebut mikrovili, misalnya mikrovili pada sel-sel epitel usus halus (Sheeler & Bianchi, 1983). Mikrovili berperan meningkatkan luas permukaan sel dan untuk meningkatkan pelaluan materi melintasi membran plasma. Membran plasma antara satu sel dengna sel lainnya dapat saling berhubungan melalui suatu struktur khusus yang disebut junction, misalnya tigh junction,gap junction, dan desmosom .
15
Biologi Sel
Gambar 3.13. Struktur Membran Sel 3. Retikulum Endoplasma Di dalam sitoplasma sel, terdapat jalinan saluran-saluran yang berbatas membran dan saling beranastomosis dan secara kolektif disebut retikulum endoplasma. Membran retikulum endoplasma membagi sitoplasma menjadi dua fasa, yaitu (i) fasa luminal atau fasa intra cisternal dan (ii) fasa hyaloplasmik atau fasa sitosol. Fase luminal terdiri dari materi yang terdapat di dalam sisterna retikulum endoplasma. Retikulum endoplasma yang pada permukaan hyaloplamiknya terdapat ribosom disebut retikulum endoplasma halus atau licin. Setiap bagian dari retikulum endoplasma dapat berhubungan dengan membran plasma dan selaput inti (Sheeler & Bianchi, 1983). Ribosom adalah partikel nukleoprotein tempat berlangsungnya reaksireaksi sintesis protein (Thorpe, 1984). Retikulum endoplasma berperan di dalam mekanisme detoksifikasi, ikut terlibat di dalam sintesis lemak, steroid dan metabolit molekul-molekul kecil. Selain itu, berperan dalam sintesis protein dengan adanya ribosom (gambar 2.6) pada permukaan membrannya.
16Biologi Sel
Gambar 3.14. Struktur RE http://gbs.glenbrook.k12.il.us/Academics/gbssci/bio/apbio/HTML%20Present ation%20folder/Ch.%206A.ppt 17-3-07 A Tour of the Cell
4. Badan Golgi Badan golgi sering disebut apparatus golgi. Terdiri atas sisterna-sisterna halus yang biasanya ditumpuk bersama-sama dalam arah yang paralel. Kompleks golgi biasanya dikelilingi oleh vesikula-vesikula dengan berbagai ukuran yang dilepaskan dari bagian tepi kompleks golgi. Beberapa fungsi kompleks golgi adalah memodifikasi produk sekresi; sekresi enzim-enzim, khususnya lipoprotein pada sel produk sekresi; glikoksilasi protein-protein yang di sintesis oleh retikulum endoplasma kasar; pembuatan membran untuk vesikula yang dikeluarkan dari permukaan matang; dan proliferasi membran plasma dengan menambahkan bahan-bahan membran untuk organel-organel intraseluler dan membran plasma (Sheeler & Bianchi, 1983).
Biologi Sel
17
Gambar 3.15. Struktur Badan Golgi http://gbs.glenbrook.k12.il.us/Academics/gbssci/bio/apbio/HTML%20Presentation %20folder/Ch.%206A.ppt 17-3-07A Tour of the Cell
5. Lisosom Pada umumnya sel-sel mengandung struktur berbentuk vesikula yang ukurannya lebih kecil daripada mitokondria dan disebut lisosom. Permukaan lisosom dibatasai oleh suatu membran tunggal dan mengandung sejumlah enzim-enzim hidrolase yang mampu mencerna protein, asam nukleat, polisakarida, dan bahan-bahan lain. Dibawah kondisi normal, aktivitas enzim-enzim tersebut terbatas pada bagian dalam dari lisosom. Akan tetapi, jika membran lisosom pecah, maka enzimenzim dilepaskan dan dapat menghancurkan sel. Lisosom bertanggungjawab untuk pencernaan intraseluler dari partikelpartikel yang dimakan oleh sel selama endositosis (Sheeler & Bianchi, 1983).
18Biologi Sel
Gambar 3.16. Lisosom 6. Mitokondria Di dalam sitoplasma, terdapat sejumlah organel-organel berbentuk vesikula lonjong yang disebut mitokondria. Setiap mitokondria dibatasi oleh dua membran, yaitu membran luar dan membran dalam. Pada membran dalam, terdapat sejumlah lipatan-lipatan yang disebut krista yang menambah luas daerah permukaan membran dalam. Ruang yang terdapat diantara krista mitokondria disebut matriks. Pada mitokondria berlangsung sejumlah fungsi-fungsi metabolik, meliputi produksi energi dari metabolisme karbohidrat dan lipida (Sheeler & Bianchi, 1983).
Gambar 3.17. Struktur Mitokondria (Sheeler & Bianchi, 1983).
19
Biologi Sel
7. Mikrobodi Mikrobodi terdapat pada sel hewan maupun tumbuhan. Ada dua jenis mikrobodi, yaitu peroksisom dan glioksisom. Organel-organel ini dibatasi oleh membran tunggal dan mengandung sejumlah enzim-enzim yang berfungsi dalam metabolismehidrogen peroksida dan asam glioksilat. Secara umum, mikrobodi berfungsi untuk reaksi-reaksi oksidasi yang dilakukan oleh flavin oksidase dan katalase, metabolisme dasam amino, serta membantu mitokondria didalam metabolisme lemak.
Gambar 3.18. Peroksisom 8. Kloroplas Kemampuan untuk menggunakan cahaya sebagai sumber energi untuk sintesis karbohidrat dari air dan karbon dioksida merupakan ciri khusus dari setiap sel tumbuhan. Proses tersebut dinamakan fotosintesis dan berlangsung didalam organel yang disebut kloroplas. Kloroplas memiliki struktur yang agak lonjong dan dibatasi oleh membran luar dan di dalamnya terdapat membran-membran internal. Secara internal, kloroplas terdiri atas rangkaianrangkaian membran yang tersusun berupa lempeng-lempeng paralel yang disebut lamella dan didukung oleh suatu matriks yang bersifat homogen yang disebut stroma Membranmembran yang tersusun berupa kantong-kantong tipis disebut tilakoid yang mengandung klorofil dan dapat menumpuk satu dengan yang lainnya membentuk struktur yang disebut grana. Membran lamella yang menghubungkan grana disebut lamella stroma (Sheeler & Bianchi, 1983).
20Biologi Sel
Gambar 3.19. Struktur kloroplas
9. Nukleus (Inti sel) Ukuran nukleus relatif besar dan dengan mudah dibedakan dari struktur yang lain. Nukleus tidak selalu terdapat pada bagian tengah sel, misalnya pada sel-sel otot rangka, nukleus terdapat pada bagian perifer. Kandungan nukleus terpisah dari sitoplasma oleh dua membran yang secara bersama-sama membentuk selaput inti (nuklear envelope ) atau sering disebut membran inti. Membran inti dobel membran, terdiri atas membran dalam dan membran luar. Pada tempat-tempat tertentu membran luar dari selaput inti berfusi dengan membran dalam dan membentuk pori inti yang mengontrol jalur transportasi antara inti dengan sitoplasma. Sitosol dan nukleoplasma secara terus menerus tetap berhubungan melalui pori inti. Biasanya pori inti dikelilingi oleh granula-granula dan secara bersama-sama membentuk kompleks pori. Membran luar inti mempunyai ribosom yang dilekatkan pada permukaan hyaloplasmik dan juga dapat membentuk hubungan yang bersambungan dengan membran retikulum endoplasma. Ruang diantara membran luar dan membran dalam inti disebut ruang perinukleus. Di dalam inti terdapat anak inti atau nukleolus (Sheeler & Bianchi, 1983; Junqueira & Carneiro, 1980; Thorpe, 1984). Inti dapat dipandang sebagai pusat informasi genetik. Ekspresi informasi genetik berawal di dalam inti.
21
Biologi Sel
Gambar 3.20. Struktur Inti 10. Vakuola Vakuola dibatasi oleh membran tunggal yang disebut tonoplas. Sel-sel dewasa pada tumbuhan memiliki vakuola besar yang disebut vakuola sentral. Vakuola sentral dibentuk oleh penggabungan vakuola-vakuola sederhana selama pertumbuhan dan perkembangan sel tumbuhan. Vakuola berperan sebagai tempat penyimpanan air dan produk-produk sel atau metabolitmetabolit intermediat (Sheeler & Bianchi, 1983). Vakuola mengisi kurang lebih 90% dari volume sel tumbuhan dewasa. Vakuola berisi cairan dan dibatasi oleh membran yang disebut tonoplas, mengandung bermacam-macam substansi organik dan anorganik. Substansi organik misalnya gula, protein, asam-asam organik, fosfatida, tannin, dan pigmen flavonoid, sedangkan substansi anorganik misalnya kalsium oksalat. Sel meristematik memiliki banyak vakuola-vakuola sederhana. Mengikuti pertumbuhan dan differensiasi sel, vakuola-vakuola sederhana bergabung satu dengan yang lainnya membentuk vakuola sentral yang besar (Fahn, 1970).
22Biologi Sel
Gambar 3.21. Vakuola sentral http://gbs.glenbrook.k12.il.us/Academics/gbssci/bio/apbio/HTML%20Presentation %20folder/Ch.%206A.ppt 17-3-07A Tour of the Cell
11. Flagella dan Silia Umumnya sel-sel yang dapat hidup bebas seperti protozoa dan mikroorganisme lainnya mempunyai organel lokomotor yang menonjol pada permukaan selnya. Organel tersebut dinamakan flagella dan atau silia. Sel-sel pada jaringan organisme multiseluler juga dapat memiliki silia, tetapi mereka digunakan untuk menggerakkan substrat melintasi permukaan sel, seperti mukus pada saluran pernafasan atau sel telur selama melintasi tuba fallofii. Jadi, peran silia pada organisme multiseluler bukan untuk pergerakan sel. Organel-organel disebut silia bila lebih pendek dan terdapat dalam jumlah yang banyak, sedangkan flagella jika panjang dan jumlahnya sedikit. Setiap silia atau flagella dibungkus oleh perpanjangan membran plasma. Secara internal, organelorganel tersebut mengandung mikrotubul dengan susunan yang spesifik membentuk basal body atau kinetosoma. Basal bodi terdiri atas dua mikrotubul pusat dan sembilan pasang mikrotubul perifer (Sheeler & Bianchi, 1983).
23
Biologi Sel
Gambar 3.22. Silia http://gbs.glenbrook.k12.il.us/Academics/gbssci/bio/apbio/HTML%20Presentation %20folder/Ch.%206A.ppt 17-3-07A Tour of the Cell
12. Sentriol Sentriol merupakan struktur berbentuk silindris dengan diameter 0.15 nm dan panjang 0.3-0.5 nm dan terutama terdiri atas mikrotubulus yang tersusun dengan sangat teratur. Sentriol terdapat sepasang pada sel yang sedang tidak membelah. Sedangkan pada sel yang akan membelah, setiap sentriol akan membentuk sentriol baru sehingga terdapat dua pasang sentriol. Pada sel yang sedang membelah sentriol membentuk kumparan mitosis yang mengandung mikrotubuli yang berfungsi untuk menggerakkan kromosom selama mitosis. Umumnya sentriol ditemukan dekat inti.
Gambar 3.24. Sentriol
13. Ribosom Ribosom merupakan struktur atau kelompokan multimolekul yang berperan sebagai pabrik untuk sintesis protein. Selama proses penerjemahan, ribosoma menempel dan bergeser sepanjang molekul mRNA dari ujung 5’- 3’. Ribosoma dibangun dari molekul-molekul protein dan rRNA. Jumlah ribosoma di dalam suatu sel sangat banyak dan berbeda-beda sesuai dengan macam organismenya. Misalnya : bakteri yang sedang tumbuh mengandung sekitar 20.000
24Biologi Sel
ribosoma. Ribosom terdiri atas dua sub unit, yaitu sub unit besar dan sub unit kecil. Ribosoma yang terdiri dari molekul-molekul protein dan rRNA berperan sangat penting dalam proses sintesis protein. Reaksi sintesis protein memerlukan pemandu katalitik yang rumit. Misalnya, untuk meyakinkan bahwa kodon yang terdapat di mRNA dapat tepat berpasangan dengan antikodon yang ada pada tRNA, sehingga penerjemahan tidak meleset. Kejadian itu dan kegiatan-kegiatan lainnya dalam sintesis protein ini, dikatalisis oleh ribosoma. Ribosoma prokariota maupun eukariota memiliki peranan dan pola yang mirip satu sama lain. Masing-masing terdiri dari subunit besar dan subunit kecil. Dalam proses sintesis protein, subunit kecil mengikat mRNA dan tRNA, sedangkan subunit besar berperan dalam proses pembentukan ikatan polipeptida.
Gambar 3.25. Struktur Ribosom
A Tour of the Cell
E. SEL AUTOTROF DAN HETEROTROF Sel autotrofik adalah sel yang memiliki kemampuan untuk memproses zat anorganik menjadi zat organik dengan menggunakan energi yang langsung didapatkan dari sinar matahari atau pemecahan bahan kimia yang terdapat di alam. Sel autotrofik terdiri atas sel-sel prokariota dan sel-sel eukariota fotosintesis. Sel prokariota fotosintesis meliputi organisme sejenis bakteri fotosintesis maupun Cyanobacteria. Keduanya mengandung pigmen fotosintesis yang terdapat di dalam membran selnya. Pigmen fotosintesis yang terdapat pada bakteri yaitu bakterioviridin atau lebih dikenal dengan bakterioklorofil dan bakteriopurpurin (Sheeler dan Bianchii, 1983) Pada bakteri yang memiliki pigmen fotosintesis, proses fotosintesis dapat berlangsung dengan menggunakan energi
25
Biologi Sel
matahari secara langsung. Bakterioklorofil pada bakteri sama dengan klorofil a yang terdapat pada tumbuhan (Sheeler & Bianchi, 1983). Pada bakteri, proses fotosintesis berlangsung dalam sistim lamella membran yang disebut chromatofor. Chromatofor mengandung pigmen untuk reaksi-reaksi fotokimia (Sheeler & Bianchi, 1983). Perbedaan yang paling penting antara tumbuhan dengan bakteri fotosintesis adalah air tidak digunakan untuk mereduksi dan oksigen bukan sebagai hasil akhir. Dikenal ada dua kelompok bakteri yang dapat melaksanakan fotosintesis yaitu bakteri hijau dan bakteri ungu. Organisme tersebut memanfaatkan H2S dan menghasilkan sulfur dan sulfat (Sheeler & Bianchi, 1983). Pada bakteri ungu sulfur, reaksinya adalah sebagai berikut : Energi cahaya 6 CO2 + 12 H2S
C6H12O6 + 6 H2O + 12 S Bakterioklorofil
Selama proses fotosintesis, sulfur diakumulasikan sebagai granula-granula dan dapat dimetabolisme lebih lanjut. Pada bakteri ungu non sulfur, ia menggunakan komponen organik lainnya seperti asam asetat sebagai donor elektron. Asam asetat dioksidasi secara anaerobik melalui reaksi-reaksi daur Krebs. Asam asetat juga dapat direduksi menjadi asam hidroksibutirat. Beberapa bakteri ungu sulfur dan non sulfur dapat menggunakan molekul hidrogen untuk mereduksi CO2 atau asam asetat (Sheeler & Bianchi, 1983) Pada bakteri nitrogen, ia dapat menggunakan molekul NH3 yang terdapat di dalam tanah atau secara langsung mengikat N2 dari udara, proses tersebut dinamakan kemosintesis dengan reaksi sebagai berikut : N2 + 3 H2
2 NH3 + Energi
Atau 2 NH3 + O2 HNO2 + 2 H2O + Energi Sel eukariota fotosintesis meliputi berbagai jenis tumbuhan mulai dari algae bersel tunggal hingga tumbuhan tinggi. Pada sel eukariota fotosintesis terdapat organel khusus yang disebut kloroplas yang mengandung pigmen fotosintesis yaitu klorofil. Reaksi umum fotosintesis pada tumbuhan adalah sebagai berikut :
26Biologi Sel
Energi cahaya 6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6+ 6 O2 + 6 H2O Bakterioklorofil
Setiap jenis pigmen yang terdapat pada bakteri dan tumbuhan memiliki kemampuan untuk mengabsorbsi cahaya dengan panjang gelombang yang tertentu (tabel 2.2).
Tabel 2.2. Absorbsi maksimum pigmen-pigmen pada tumbuhan dan bakteri (Sheeler & Bianchi, 1983).
Klorofil a Klorofil b
Panjang gelombang (nm) 430,670 455,640
Klorofil c Bakterioklorofil Karoten b-Karoten Karoten Luteol
455,625 365,605,770 420,440,470 425,450,480 440,460,495 425,445,475
Violaxanthol Fucoxanthol Phycoerithrin
425,450,475 425,450,475 490,546,576
Phycocyanin
618
Diatom, algae biru Bakteri ungu dan hijau Daun-daun, beberapa algae Beberapa tumbuhan Beberapa tumbuhan Daun-daun hijau, algae merah dan biru Beberapa daun Diatom, algae biru Algae merah dan algae biru Hijau Algae merah dan algae biru hijau
Allophycoxant hin
654
Algae merah dan algae biru hijau
Pigmen
Terdapat pada Semua tumbuhan hijau Tumbuhan tinggi dan algae hijau
Sel heterofik adalah semua sel yang memperoleh energi dengan cara memecahkan substrat makanan. Terdiri atas sel heterotrofik prokariota dan sel heterotrofik eukariota. Sel hetetrofik prokariota meliputi semua jenis bakteri non fotosintesis. Sedangkan sel hetetrofik eukariota meliputi semua jenis hewan, termasuk manusia. Pada manusia, untuk mendapatkan energi, ia harus memecahkan zat-zat makanan seperti glukosa menjadi CO 2 dan H2O dengan reaksi:
27
Biologi Sel C2H12O6 + 6 O2
6 CO2 + 6 H2O + Energi
Pada Acetobacter, energi diperoleh dengan cara memecah etanol menjadi asam cuka dan air dengan reaksi sebagai berikut : CH3CH2OH + O2
CH3COOH + H2O + Energi
Berbeda dengan sel heterotrofik prokariota, sebagian besar pemecahan dan penyimpanan energi pada sel heterotrofik eukariota berlangsung di dalam suatu struktur internal sub seluler yang dikenal dengan nama mitokondria (De Robertis et al., 1975). LATIHAN Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan cermat! 1. Jelaskan mengapa virus tidak dapat dikategorikan sebagai sel, namun di sisi lain dapat dianggap sebagai makhluk hidup. 2. Dalam hal apakah sel yang ditemukan R. Hooke berbeda dengan sel yang di kenal sekarang ini ? 3. Manakah yang lebih kompleks aktivitas biokimia yang berlangsung di dalam sebuah sel amuba dibandingkan dengan sel-sel di dalam tubuh kalian ? 4. Buatlah sebuah peta konsep tentang perbedaan sel prokariota dan sel eukariota dengan mengacu pada tabel 1.4 !
