1) Struktur dan Fungsi Sel
Sel adalah unit terkecil dari makhluk
hidup. Setiap Organisme di dunia
ini tersusun atas sel-sel yang saling berintegrasi membentuk suatu fungsi
tertentu dalam tubuh makhluk hidup. Baik organisme tingkat seluler (Uniseluler) maupun organisme Multiseluler. Sel pertama kali
dikenalkan oleh Robert Hooke
pada tahun 1665 yang mengamati jaringan gabus
pada pada tumbuhan dengan menggunakan lensa pembesar. Gabus merupakan bangunan
yang berlubang-lubang kecil seperti susunan sarang lebah yang dipisahkan oleh “diafragma“. Bangunan seperti sarang
lebah ini selanjutnya disebut dengan Cell (sel). Nama sel
diambilnya dari bahasa Yunani “Kytos”
yang berarti ruang kosong, sedangkan bahasa latin ruang kosong adalah “cella“.
Perkembangan teori
tentang sel dimulai pada tahun 1839 sampai akhir abad XIX.
- Schleiden
dan T. Schwann. Sel sebagai unit struktural
terkecil makhluk hidup. Teori ini menjelaskan bahwa setiap makhluk hidup
disusun atas sel-sel. Sel adalah bagian terkecil makhluk hidup yang
menyusun makhluk hidup.
- Max Schultze. Sel sebagai unit
fungsional terkecil makhluk hidup. Teori ini menjelaskan bahwa sel adalah
bagian terkecil dari makhluk hidup yang melakukan fungsi kehidupan.
Fungsi-fungsi kehidupan di dalam sel dapat ditunjukkan dengan adanya metabolisme sel dan pengaturan
sel oleh nukleus.
- Rudolf
Virchow. Sel sebagai unit pertumbuhan
terkecil makhluk hidup. Sel sebagai penyusun terkecil makhluk hidup selain
menjalankan suatu fungsi kehidupan juga mengalami pertumbuhan. sel dapat
mengalami perpanjangan ukuran maupun perbesaran volume sel.
- Akhir
abad XIX. Sel sebagai unit hereditas
terkecil makhluk hidup. sel memiliki struktur yang dinamakan degan nukleus
(inti sel). Nukleus
memiliki peranan sebagai pembawa materi genetik (tersimpan sebagai molekul
DNA) yang memiliki sifat diwariskan ke generasi sel selanjutnya.
Sel dapat digolongkan
menjadi dua berdasarkan ada tidaknya membran nukleus (membran inti), yaitu sel prokariot,
jenis sel yang tidak dilengkapi dengan membran inti contohnya bakteri dan ganggang alga biru (Cyanophita); dan sel eukariot, yaitu jenis sel yang
memiliki membran inti contohnya sel hewan, tumbuhan, fungi.
A Sel Prokariot
Bakteri sebagai
organisme prokariotik yang merupakan organisme uniseluler memiliki struktur sel
yang tidak memiliki membran inti. Struktur sel secara umum yang dimiliki oleh
sel prokariot dapat kita lihat pada sel bakteri.
Struktur
Sel Bakteri
Nukleoid
(Nukleus) atau
inti sel berfungsi sebagai pengendali dan pengatur sel. seluruh aktifitas sel
diatur oleh nukleus. Nukleus juga berfungsi sebagai pembawa informasi genetik
yaitu kromosom, yang diwariskan
ke generasi selanjutnya. Kromosom adalah struktur yang tersusun oleh molekul DNA dan protein (histon).
Nukleus sel bakteri terpapar atau kontak langsung dengan sitoplasma karena
tidak memiliki membran inti.
Cytoplasm
(Sitoplasma) adalah
bagian sel yang berisi cairan tempat berlangsungnya metabolisme sel. Kandungan
terbesar dalam sitoplasma adalah air (80-90%).
Ribosome (Ribosom) merupakan
struktur berupa butiran-butiran kecil yaang merupakan tempat sintesis protein. Protein disintesis
atau dibuat dengan menggabungkan beberapa asam amino yang sesuai informasi genetik yang ada di molekul DNA.
Ribosom berada di sitoplasma.
Cytoplasmic membrane (Membran Plasma) adalah lapisan di luar sitoplasma
yang tersusun atas . Fungsi membran plasma adalah sebagai pelindung dan
mengatur transportasi sel.
Pengaturan transportasi sel dimasksudkan untuk mengatur keluar masuknya
substansi ke dalam dan ke luar sel. Membran plasma juga berperan dalam penerima
rangsang yang datang dari luar
sel.
Membran sel pada sel
prokariot mengalami pelekukan ke arah dalam membentuk struktur yang disebut mesosome (mesosom).
Mesosom berfungsi sebagai tempat terjadinya respirasi sel sehingga dihasilkan energi yang akan digunakan
untuk aktifitas di dalam sel.
Cell
wall (Dinding Sel) adalah
struktur pelindung kedua setelah membran plasma.
Capsule
(Kapsul) adalah
struktur pelindung sel ketiga setelah membran plasma dan dinding sel.
Pili
(Bulu Rambut) berfungsi sebagai alat pelekatan sel
bakteri pada suatu permukaan substrat atau benda.
Flagella
(Flagel) berfungsi dalam pergerakan sel. Baik
flagel dan pili disusun oleh mikrotubulus.
B Sel Eukariot
Sel Eukariot memiliki
struktur yang lebih komplek dibandingkan dengan sel prokariot. Sel eukariot
memiliki membran inti yang memisahkan Nukleus dengan sitoplasma. Sel ini juga
memiliki struktur endomembran yang disebut dengan Organel. Organel-organel sel eukariot memiliki fungsi-fungsi
tertentu yang menunjang kehidupan sel eukariot. Macam organel yang dimiliki Sel
eukariot antara lain :
- Lisosom,
Organel yang berperan dalam pencernaan sel. Organel ini mengandung enzim lisozim yang akan melisis bagain
sel yang telah mati, rusak atau sudah tua.
- Mitokondria,
Organel yang berperan dalam respirasi sel. Respirasi sel bertujuan untuk
mengahasilkan energi yang akan digunakan dalam aktivitas sel.
- Aparatus
Golgi, Oraganel yang berperan dalam
sekresi produk, baik protein, polisakarida
maupun lemak.
- Retikulum
Endoplasma (RE), organel yang berperan dalam
sintesis produk. Ada dua jenis RE, yaitu RE kasar (RE yang di bagian
permukaannya terdapat butiran ribosom) dan RE halus (RE yang tidak
memiliki ribosom). RE kasar berfungsi untuk mensintesis protein, sedangkan
RE halus berfungsi dalam sintesis lemak dan sterol.
- Plastida, organel yang
mengandung pigmen (warna).
- Vakuola,
organel yang berfungsi dalam penyimpanan cadangan makanan, minyak atsiri dan sisa
metabolisme sel.
- Mikrotubulus,
organel yang memiliki struktur tabung. contohnya flagela (untuk pergerakan
sel), silia (alat pelekatan sel) dan spindel (untuk pembelahan sel).
- Mikrofilamen,
oragnel yang memiliki struktur filamen
(benang). berfungsi dalam pergerakan sitoplasma dan kontraksi otot.
- Badan
Mikro, ada dua macam badan mikro, yaitu
Peroksisom (mengandung
enzim katalase) dan Glioksisom (mengandung enzim
katalase dan oksidase)
- Dinding
Sel, struktur selulolitik dan kitin
yang berfungsi memberi bentuk sel dan sebagai pelindung sel.
- Sentriol,
organel yang berperan dalam pembelahan sel. Sentriol berfungsi menarik
kromosom ke arah kutub yang berlawanan.
Sel Eukariot
dibedakan atas sel hewan dan sel
tumbuhan. Perbedaan yang
mendasar antara kedua jenis sel tersebut adalah adanya beberapa bagian sel yang
hanya dimiliki sel hewan (Sentrosom dan
Lisosom) dan yang hanya dimiliki oleh sel tumbuhan (Plastida dan Dinding Sel).
Berikut ini adalah video animasi yang menjelaskan perbedaan sel tumbuhan dengan
sel hewan.
Sel hewan dan sel tumbuhan
memiliki bagian-bagian sel, seperti yang telah dijelaskan di atas. Selain
memiliki persamaan, sel hewan dan sel tumbuhan memiliki perbedaan-perbedaan, di
antaranya adalah pada sel hewan terdapat sentriol, sedangkan pada sel tumbuhan
tidak terdapat organel tersebut. Tetapi, sel tumbuhan memiliki vakuola,
kloroplas, dan dinding sel yang tidak dimiliki sel hewan.
1. Sel Hewan
Ciri khas sel hewan adalah memiliki sentriol. Sel hewan mengandung dua sentriol
yang terdapat dalam sitoplasma di dekat permukaan sebelah luar nukleusnya.
Setiap sentriol terdiri atas sebaris silinder sebanyak sembilan mikrotubul,
setiap mikrotubul memiliki dua bagian yang terikat padanya. Kedua sentriol
biasanya berhadapan dengan sudut tegak lurus. Sebelum sel membagi diri,
sentriolnya melakukan duplikasi dan satu pasang berpindah ke sisi berlawanan
pada nukleus, kemudian gelondong pembelahan terbentuk di antaranya. Pada
beberapa sel, sentriol berduplikasi membentuk benda basal silia dan flagelata.
2. Sel Tumbuhan
Sel tumbuhan memiliki struktur yang tidak dimiliki oleh sel hewan, di antaranya
adalah adanya vakuola, kloroplas, dan dinding sel.
a. Vakuola
Vakuola adalah organel sitoplasma yang berisi cairan, dibatasi oleh membran
yang identik dengan membran plasma. Vakuola sering terbentuk karena pelipatan
membran sel ke arah dalam. Bahan atau buangan dapat ditemukan di dalam vakuola.
Sel tumbuhan berisi banyak vakuola kecil-kecil, tetapi dengan matangnya sel,
terbentuklah vakuola tengah yang besar. Molekul makanan yang terlarut, bahan
buangan, dan pigmen sering terdapat di dalamnya.
Vakuola memiliki beberapa fungsi, antara lain:
1) Memasukkan air melalui tonoplas yang bersifat diferensial permiabel untuk
membangun turgor sel.
2) Vakuola ada yang berisi pigmen dalam bentuk larutan, seperti antosian,
termasuk antosianin yang berwarna merah, biru, dan lembayung, juga warna gading
dan kuning. Antosian dapat memberi warna pada bunga, buah, pucuk, dan daun. Hal
ini, berguna untuk menarik serangga, burung, dan hewan lain yang berjasa bagi
penyerbukan atau persebaran biji.
3) Vakuola tumbuhan, kadang-kadang mengandung enzim hidrolitik yang dapat
bertindak sebagai lisosom waktu hidup. Setelah sel mati, tonoplas kehilangan
sifat diferensial permiabelnya sehingga enzim-enzimnya lolos keluar menyebabkan
autolisis (penghancuran diri).
4) Menjadi tempat timbunan sisa-sisa metabolisme, seperti kristal kalsium
oksalat dan beberapa alkaloid, seperti tanin. Lateks (getah) dapat berkumpul
dalam vakuola dalam bentuk emulsi. Sel khusus yang berfungsi seperti ini disebut
latisifer, misalnya pada Hevea brasiliensi dan Cannabis sativa.
5) Menjadi tempat penyimpanan zat makanan terlarut yang sewaktu-waktu dapat
digunakan oleh sitoplasma. Misalnya, sukrosa dan garam mineral.
b. Kloroplas
Kloroplas hanya terdapat pada sel-sel tumbuhan dan ganggang tertentu. Pada sel
tumbuhan, kloroplas biasanya dijumpai dalam bentuk cakram dengan diameter 5 - 8
μm dan tebal 2 - 4 μm. Kloroplas dibatasi oleh membran ganda yang di dalamnya
terdapat sistem luar membran interval yang terbenam dalam matriks fluida yang
disebut stroma. Membran dalam, kaya akan fosfolipid dan protein. Selain itu,
kloroplas juga mengandung pigmen yang paling utama di antaranya adalah
klorofil. Klorofil terdapat dalam struktur seperti tumpukan piring yang disebut
granum (jamak: grana). Warna hijau klorofil yang tergabung dalam membran,
memberi warna hijau pada kloroplas dan sel serta jaringan tumbuhan yang terkena
cahaya. Klorofil menangkap energi matahari dan digunakan untuk fotosintesis zat
makanan. Jadi, kloroplas merupakan tempat fotosintesis.
Pigmen-pigmen fotosintesis tumbuhan tingkat tinggi terbagi menjadi dua macam,
yaitu klorofil dan karotenoid. Kedua pigmen ini berperan untuk menyerap energi
cahaya, kemudian mengubahnya menjadi energi kimia. Kedua pigmen terletak di
membran kloroplas. Klorofil berfungsi menyerap sinar merah dan biru-ungu,
memantulkan sinar hijau, kecuali bila tertutup oleh pigmen warna lain.
Karotenoid merupakan pigmen berwarna kuning, orange, merah atau coklat yang
menyerap sinar bergelombang antara biru-ungu. Karotenoid terdapat pada beberapa
bunga dan buahbuahan sehingga memiliki warna yang cemerlang dan menarik
insekta, burung atau hewan lain untuk membantu penyerbukan atau penyebaran
biji. Misalnya, likopen yang merupakan karoten pada kulit buah tomat yang
merah. Karotenoid juga berfungsi sebagai pelindung klorofil pada waktu sinar
terlalu kuat dan oksidasi oleh oksigen yang dihasilkan dalam proses
fotosintesis. Ada dua tipe karotenoid, yaitu karoten dan xantofil.
c. Dinding sel
Sebagian besar ganggang dan semua tumbuhan, di luar membran sel terdapat
pembungkus luar yang terdiri atas selulosa polisakarida dan yang membentuk
dinding sel yang kaku Penataan fibril-fibril selulosa terlihat beraturan
sehingga terbentuk dinding sel. Sifat-sifat linier molekul-molekul fibril selulosa
dan mudahnya pengikatan hidrogen intermolekuler menyebabkan terbentuknya
fibril-fibril yang panjang dan kaku. Selain selulosa, dinding sel juga
mengandung polisakarida sebagai konstruksi penguat dinding sel. Untuk lebih
mengetahui perbedaan antara sel hewan dan tumbuhan, mari cermati Gambar di
bawah ini.
3)
Sistem transpor membran
Salah
satu fungsi dari membran sel adalah sebagai lalu lintas molekul dan ion
secara dua arah. Molekul yang dapat melewati membran sel antara lain ialah
molekul hidrofobik (CO2,
O2), dan molekul polar yang sangat kecil
(air, etanol). Sementara itu, molekul lainnya seperti molekul polar dengan
ukuran besar (glukosa), ion, dan substansi hidrofilik membutuhkan mekanisme
khusus agar dapat masuk ke dalam sel.
Banyaknya
molekul yang masuk dan keluar membran menyebabkan terciptanya lalu lintas
membran. Lalu lintas membran digolongkan menjadi dua cara, yaitu dengan
transpor pasif untuk molekul-molekul yang mampu melalui membran tanpa mekanisme
khusus dan transpor aktif untuk molekul yang membutuhkan mekanisme khusus. Lalu
lintas membran akan membuat perbedaan konsentrasi ion sebagai akibat dari dua
proses yang berbeda yaitu difusi dan transpor
aktif, yang dikenal sebagai gradien ion.Lebih lanjut, gradien ion tersebut membuat sel memiliki tegangan
listrik seluler. Dalam keadaan istirahat, sitoplasma
sel memiliki tegangan antara 30 hingga 100 mV lebih rendah daripada interstitium.[8]
a.
Transpor pasif
Transpor
pasif merupakan suatu perpindahan molekul menuruni gradien konsentrasinya.
Transpor pasif ini bersifat spontan. Difusi, osmosis,
dan difusi terfasilitasi
merupakan contoh dari transpor pasif. Difusi terjadi akibat gerak termal yang
meningkatkan entropi atau
ketidakteraturan sehingga menyebabkan campuran yang lebih acak. Difusi akan
berlanjut selama respirasi seluler yang mengonsumsi O2 masuk.
Osmosis merupakan difusi pelarut melintasi membran selektif yang arah
perpindahannya ditentukan oleh beda konsentrasi zat terlarut total (dari
hipotonis ke hipertonis). Difusi terfasilitasi juga masih dianggap ke dalam
transpor pasif karena zat terlarut berpindah menurut gradien konsentrasinya.
Contoh
molekul yang berpindah dengan transpor pasif ialah air dan glukosa. Transpor
pasif air dilakukan lipid bilayer dan transpor pasif glukosa
terfasilitasi transporter. Ion polar berdifusi dengan bantuan protein transpor.
b.
Transpor aktif
Definisi
transport aktif, pertama kali dicetuskan oleh Rosenberg sebagai sebuah
proses yang menyebabkan perpindahan suatu substansi dari sebuah area yang
mempunyai potensial elektrokimiawi lebih rendah
menuju ke tempat dengan potensial yang lebih tinggi.
Proses tersebut dikatakan, memerlukan asupan energi dan
suatu mekanisme kopling agar asupan energi dapat digunakan demi menjalankan
proses perpindahan substansi.
Transpor
aktif merupakan kebalikan dari transpor pasif dan bersifat tidak spontan. Arah
perpindahan dari transpor ini melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif
membutuhkan bantuan dari beberapa protein. Contoh protein yang terlibat dalam
transpor aktif ialah channel protein dan carrier protein, serta ionofor. Ionofor merupakan
antibiotik
yang menginduksi transpor ion melalui membran sel maupun membran buatan.
Yang
termasuk transpor aktif ialah coupled carriers, ATP driven pumps,
dan light driven pumps. Dalam transpor menggunakan coupled carriers
dikenal dua istilah, yaitu simporter dan antiporter. Simporter ialah suatu
protein yang mentransportasikan kedua substrat searah, sedangkan antiporter
mentransfer kedua substrat dengan arah berlawanan. ATP driven pump
merupakan suatu siklus transpor Na+/K+ ATPase. Light
driven pump umumnya ditemukan pada sel bakteri. Mekanisme ini membutuhkan
energi cahaya dan contohnya terjadi pada Bakteriorhodopsin.
Hormon tri-iodotironina
yang dikenal sebagai aktivator enzim fosfatidil inositol-3 kinase dengan
mekanisme dari dalam sitoplasma dengan bantuan integrin alfavbeta3.
Lintasan enzim fosfatidil inositol-3 kinase, lebih lanjut akan memicu transkripsi
genetik dari Na+ ATP sintase, K+ ATP sintase, dll,
beserta penyisipan ATP sintase tersebut pada membran plasma, berikut regulasi
dan modulasi aktivitasnya.[11]