Oleh: Hadi Nugroho, S.K.M., M.Epid. BIOLOGI SELULER Oleh: Hadi Nugroho, S.K.M., M.Epid.
Sel sebagai Dasar Kehidupan Pendahuluan Sel merupakan unit struktural dan fungsional organisme hidup. Teori ini memang sesuai karena baik hewan maupun tumbuh-tumbuhan tersusun atas unsur-unsur yang selalu terulang dalam tubuh makhluk hidup. Organisme terkecil terdiri dari sel tunggal; sebaliknya, tubuh manusia mengandung sedikitnya 1014 sel. Terdapat berbagai jenis sel, yang amat bervariasi dalam ukuran, bentuk dan fungsi khususnya. Dalam segenggam tanah, atau segelas air kolam terdapat berbagai jenis organisme uniselular. Dan, di dalam tiap organisme multiselular yang lebih tinggi (tubuh manusia atau tanaman jagung), terdapat puluhan atau ratusan jenis sel yang berbeda, semuanya terancang secara khusus untuk bersama-sama berfungsi di dalam bentuk jaringan dan organ. Tetapi, bagaimanapun besar dan kompleksnya organisme tersebut, setiap jenis sel mempertahankan sifat khusus dan kebebasannya
A. Sejarah Perkembangan Biologi Sel Sel mempunyai dimensi yang kecil, maka penemuan sel baru terjadi setelah ditemukan mikroskop alat yang tersusun dari lensa-lensa yang mampu membentuk bayangan, diperbesar pada objek-objek yang kecil. Pada tahun 1665 Robert Hooke, seorang berkebangsaan Inggris, melaporkan bahwa dari pengamatannya dengan menggunakan mikroskop terhadap irisan gabus botol ia melihat bahwa gabus tersebut mempunyai struktur seperti rumah lebah. Dia memberi nama "sel" pada kompertemen yang dilihatnya. Istilah ini berasal dari bahasa latin, "cellula" berarti bilik kecil. la berkesimpulan pula bahwa tiap bagian itu menyeluruh dibatasi oleh dinding, yang dilihat oleh Robert Hooke itu pada hakekatnya adalah dinding-dinding sel pada jaringan mati pada tumbuhan, yang semula dihasilkan oleh sel-sel hidup yang diliputinya.
Gambar 1.1 Mikroskop dan hasil pengamatan sel gabus
Lanjutan... , Tahun 1835 Durjadin, menyatakan bahwa di dalam sel terdapat suatu zat yang kental. Zat inilah yang sekarang dikenal dengan nama protoplasma. Pada tahun 1838 Matthias Von Schleiden berkesimpulan bahwa tubuh tumbuhan tersusun oleh sel-sel, dan bahwa sel-sel embrio tumbuhan timbul dari suatu sel. Di pertengahan abad 19 tercetuslah konsep yang menyatakan bahwa semua sel berasal dari sel yang telah ada. Virchow menyatakan "omnis cellula a cellula" (Issoegianti, 1993). Pada tahun 1839 Thoedore Schwann mempublikasikan laporan yang lebih komprehensif mengenai dasar sel pada kehidupan hewan, Schwann menyatakan bahwa semua jaringan, baik otot maupun saraf, elastis atau kaku, terdiri dari sel-sel, konsep bahwa sel adalah unit elementer universal dari struktur dan fungsi nyarik merupakan dasar "teori sel". Laporan Sehleiden dan Schwann tersebut, kecuali memberi formulasi "teori sel", juga memberi perhatian khusus pada inti sel, yang ditemukan beberapa tahun sebelumnya oleh Robert Brown, hubungannya dengan fungsi sel. Pada akhir abad ke-19 para ahli mulai menganalisis struktur dan fungsi sel. Hal pertama mengenai asal usul sel, Dalam tahun 1855 Robert Remak dan Rudolf Virchow mengajukan konsep mengenai asal sel; sel-sel hanya dapat timbul oleh adanya pembelahan sel yang telah ada. Menjelang abad ke-20, banyak pakar menemukan berbagai jenis struktur atau bentukan di dalam sel. Misalnya: Benda menemukan mitokondria, Golgi menemukan diktiosom, Bonim mendapatkan ergastoplasma dan de Duve membuktikan adanya lisosoma. Dengan kemajuan teknologi dan ditemukannya alat-alat yang canggih, saat ini di ketahui bahwa struktur dan kegiatan sel tidak sesederhana seperti yang diduga semula.
B. Teori Sel Walaupun beberapa penelitian membuat masukan awal bagi pengetahuan teori sel kita, dua orang peneliti yang berkebangsaan Jerman yaitu ahli botani Matthias Schleiden dan ahli zoology Theoder Schwann, mendapatkan pujian karena telah memberikan pernyataan tentang teori sel yang ringkas belumlah secara meluas. Schleiden dan Schwan, dalam tulisannya yang dipublikasikan pada tahun 1838 dan 1839, menunjukkan bahwa tumbuhan dan hewan merupakan kumpulan sel-sel yang tersusun menurut aturan terbatas. Melalui tulisan-tulisannya ini mereka memperkenalkan konsep bahwa sel merupakan unit kehidupan, dan ini mampu mendapatkan dukungan dari ahli-ahli biologi pada awal abad ke-19. Perluasan teori sel yang penting dinyatakan oleh Rudolf Virchow pada tahun 1855, bahwa sel-sel yang baru hanya dapat dihasilkan melalui pembelahan sel-sel yang ada sebelumnya. Sel-sel tidak dihasilkan secara spontan dari benda yang tidak hidup. Akibatnya seluruh sel yang ada sekarang dapat diusut nenek moyangnya kembali ke waktu-waktu yang lampau, hal ini ditunjukkan oleh August Weissman pada kira-kira tahun 1880. Dalam lingkup yang lebih kompleks, teori sel mengandung makna (Villee et al., 1985 dalam Adnan, 2003), yaitu: Semua makhluk hidup terdiri atas sel, Sel yang baru dibentuk, berasal dari pembelahan sel sebelumnya, Semua sel memiliki kemiripan yang mendasar dalam hal komposisi kimia dan aktivitas metabolismenya, Aktivitas dari suatu organisme dapat dimengerti sebagai aktivitas kolektif, dan interaksi-interaksi dari unit-unit seluler bergantung satu dengan yang lainnya.
C. Alat Bantu Mempelajari Sel Salah satu alat yang sangat penting untuk mempelajari struktur sel adalah mikroskop. Sel-sel pertama diamati oleh Robert Hooke pada tahun 1665 pada saat mengamati sepotong gabus dengan menggunakan salah satu mikroskop sederhana pada abad ke-17. Apa yang dilihat oleh Hooke adalah dinding sel dari sel-sel gabus yang mati. Pada penyelidikannya yang lain Hooke mengamati kandungan sel, dan hanya beberapa abad kemudian terbukti bahwa bagian terpenting dari sel adalah isinya bukan dindingnya. Mikroskop cahaya biasa (secara besar-besaran diperhalus sejak masa Hooke) memungkinkan ahli-ahli biologi mengamati struktur sel. Mikroskop cahaya, adalah jenis mikroskop yang digunakan oleh para pelajar pada kebanyakan laboratorium sekolah, mengandalkan cahaya tampak (visible light) sebagai sumber cahaya (illuminasi). (Mikroskop cahaya yang lebih teliti lagi adalah mikroskop fase kontras, yang mempunyai lensa khusus yang dapat menemukan perbedaan-perbedaan kecil dalam indeks bias bagian-bagian suatu sel). Selama tiga dekade yang lalu perkembangan mikroskop elektron memungkinkan para peneliti mempelajari detail yang lebih halus (ultrastruktur) dari sel. Mikroskop elektron menggunakan sorotan elektron (panjang gelombang sekitar 0,5 nm). Pembesaran adalah perbandingan ukuran gambar yang tampak di bawah mikroskop dengan ukuran objek yang sebenarnya. Mikroskop cahaya dapat memperbesar suatu struktur sekitar 1000 kali, sedangkan mikroskop elektron dapat memperbesar sampai 250.000 kali atau lebih.
D. Bentuk dan Ukuran Sel Sel tumbuhan dan hewan terdapat dalam berbagai ukuran, bentuk, warna dan struktur bagian dalam, akan tetapi seluruhnya mempunyai sifat tertentu yang umum. Setiap sel terdiri dari suatu tali yang sangat halus yang terbuat dari bahan serupa gel dikelilingi oleh suatu membran sel. Kebanyakan sel mengandung satu inti dan struktur bagian dalam lainnya yang disebut sebagai organel yang mempunyai fungsi-fungsi khas. Bentuk dan ukuran sel bervariasi tergantung jenis dan fungsi sel tersebut. Sel bakteri memiliki bentuk yang sederhana yaitu bulat, seperti batang, atau seperti spiral. Sel darah merah berbentuk bikonkaf , yang bertujuan untuk memperluas permukaan sel dan mempermudah pergantian antara O2dan CO2. Sel epitel berbentuk datar sesuai dengan fungsinya sebagai penutup. Sel otot memanjang dan berbentuk gelendong yang memungkinkan adanya kontraksi. Sel saraf mempunyai perpanjangan yang memungkinkan mengirim informasi jarak jauh. Bentuk sel tumbuhan juga bermacam-macam. Ada yang seperti peluru, kubus, prisma, memanjang, serabut, atau seperti ular. Keanekaragaman bentuk ini juga berkaitan erat dengan fungsinya masing-masing.
Klasifikasi Sel Sel Prokariot dan Eukariot Semua sel mempunyai sifat umum yang sama yaitu memiliki membran plasma (pembatas sel yang bersifat selektif). Bagian yang dibungkus oleh membran plasma adalah substansi semifluida seperti jelly yang disebut cytosol. Selain itu, semua sel juga memiliki kromosom pembawa gen dalam bentuk DNA, dan memiliki ribosom yaitu organel kecil yang berfungsi sebagai penyusun protein sesuai instruksi dari gen. Berdasarkan kejelasan membran inti maka sel-sel dibagi dalam dua kelompok besar yaitu sel prokariotik dan el eukarotik.
A. Prokariot (Pro = primitif, karion = inti) Hanya memiliki satu membran pembungkus yang dikenal sebagai “one envelope sistem”. Bagian tengah sel merupakan daerah inti, inti tidak punya selaput inti, daerah inti hanya merupakan sitoplasma yang mengental. Sitoplasma tidak memiliki organel seperti mitokondria, badan golgi, endoplasmik retikulum dan lainnya. Yang termasuk prokariot antara lain adalah : bakteri, PPLO dan ganggang biru. Bakteri Memiliki ukuran mikroskopis, uniselular, reproduksinya dilakukan secara asexual. Penutup luarnya (auto covering) terdiri dari tiga lapisan yang terdiri dari membran plasma, dinding sel dan kapsul. Pada bakteri tertentu. membran plasmanya tipis dan terdiri dari protein dan lipid. Bagian dalam membran plasma mempunyai enzim respirasi berfungsi seperti mitokondria, pada organisme eukariot. bagian ini disebut sebagai mesosom. Dinding sel bakteri kuat, rigid, terdiri dari karbohidrat, lipid, protein, fosfor dan beberapa garam organik dan asam amino tertentu yaitu diaminopimelic acid. Dalam penggolongannya bakteri yang dapat diwarnai dan bila dapat diwarnai dengan pewarnaan gram disebut sebagai bakteri gram positif. Capsul, merupakan lapisan pelindung pada kebanyakan bakteri merupakan slime atau lendir, kapsul sebagian besar terdiri dari polisakarida. Sitoplasma bakteri, memiliki tekstur yang kental (dense), bersifat koloid, dan mengandung sejumlah granul dari glikogen, protein dan lemak. Ribosom yang ada pada sitoplasma terdapat bebas dan ukurannya lebih kecil dari ribosom organisme eukariot. Material genetik, pada bakteri berada dalam daerah inti pada sitoplasma tanpa membran inti, daerah ini disebut nukleoid.
B. Eukariot Struktur sel eukariot terdiri dari beberapa bagian yaitu bagian yang paling luar adalah dinding sel di ikuti dengan membran plasma, kedua sitoplasma, ketiga adalah inti. Dinding sel merupakan pemisah protoplasma sel dengan lingkungan luar, terdapat setelah membran plasma. Dinding sel ditemukan pada sel tanaman dan sebagian bakteri dan tidak ditemukan pada sel hewan. Dinding sel strukturnya semi rigid ( semi kaku), lamina, merupakan pelindung yang tidak hidup dari sel, dinding sel di sekresi oleh sel sendiri terdiri dari polisakarida komplek yaitu cellulosa. Membran plasma merupakan tutup luar dari kebanyakan sel eukariot setelah sitoplasma baik pada sel tanaman ataupun hewan. Nama lainnya adalah plasma membran, cell membran atau membran plasma. Sifat dari membran plasma adalah hidup, tipis, elastis, berpori, dan semipermiabel. Sitoplasma pada sel eukariot terdiri dari dua bagian yaitu bagian tidak hidup dan hidup yaitu butir pada sitoplasma ( cytoplasmic inclusion) dan organel (cytolasmic organel). Inti sel adalah DNA dan protein khusus yang dibungkus oleh sebuah membran berlapis ganda
Senyawa-senyawa Penyusun Sel Salah satu teori sel menyatakan bahwa sel merupakan unit structural makhluk hidup, itu berarti bahwa semua yang bernama mahkluk hidup tubuhnya terbangun atas sel-sel. Pertanyaan selanjutnya akan muncul. Lalu sel sendiri terbangun oleh apa ? Berdasarkan hasil riset yang dilakukan oleh para pakar sel, diketahui bahwa sebuah sel hidup terbangun atas senyawa-senyawa kimia yang “berkolaborasi” membentuk sebuah bangunan yang bernama sel. Lalu, senyawa-senyawa kimia apa saja yang membangun sebuah sel itu ? Pada intinya, sebuah sel tersusun atas 2 komponen kimia, yaitu : senyawa organic dan senyawa organic.
Senyawa an organic yang menyusun sel antara lain : Air ( H2O ), yang mempunyai peranan antara lain : sebagai media berlsngsungnya reaksi-reaksi kimia dalam sel, sebagai pelaruu unsure dan senyawa kimia lainnya, berperan sebagai transport zat. Garam-garam mineral, yang sebagian besar terdapat dalam bentuk ion positif ( anion ) ataupun ion negative ( kation ). Dalam protoplasma terdapat berbagai macam garam, asam, maupun basa yang dapat mengalami ionisasi. Beberapa contoh garam mineral yang menyusun sel antara lain : NaCL, MgCl, NaHCO3, CaSO4 dan lain sebagainya. Gas, yang meliputi senyawa-senyawa kimia berbentuk gas seperti : O2, CO2
Senyawa Organik yang menyusun sel antara lain : Karbohidrat, yang tersusun atas unsure utama C ( karbon ) , H ( hydrogen ) dan O ( oksigen ). Peran utama dari komponen ini adalah sebagai sumber energi utama bagi sel. Beberapa jenis karbohidrat yang biasa terdapat di dalam sel antara lain : a. monosakarida ( karbohidrat paling sederhana, tidak dapat dihidrolisis ) seperti : glukosa, fruktosa dan galaktosa disakarida b. Disakarida, yang mengandung 2 unit sakarida yang dapat dihidrolisis menjadi monosakarida. Contoh : disakarida dari jenis sukrosa yang dapar terhidrolisis menjadi glukosa dan fruktosa, maltosa yang dapat terhidrolisis menjadi 2 glukosa. c. Polisakarida, yang terdiri atas unit-unit monosakarida. Beberapa jenis polisakarida yang terdapat dalam sel antara lain : amilum dan seluloda yang umumnya terdapat dalam sel tumbuhan, glikogen yang umumnya terdapar dalam sel hewan. Protein, yang tersusun atas unsure utama utama C ( karbon ) , H ( hydrogen ) , O ( oksigen ) dan N ( nitrogen ) ditambah S ( sulfur ) dan P ( Phosphor ) sebagai unsure tambahan. Senyawa yang satu ini merupakan unsure organic terbesar yang menyusun sebuah sel. Protein sendiri di dalam sel berperan dalam : membentuk organel-organel sel, membentuk selaput / membrane plasma bersa,a lemak dan karbohidrat, membangun jaringan tubuh dan regenerasi sel, sebagai komponen pembentuk enzim, hormone maupun antibody. Beberapa protein yang terdaapt di dalam sel antara lain : a). protein sederhana seperti : albumin, globulin b). protein kompleks seperti : lipoprotein, nucleoprotein, c). asam nukleat , yang terutama menyusun molekul DNA / RNA di dalam sel d). Hormon, yang berperan dalam pengendalian aktivitas fisiologis dan e). enzim yang berperan sebagai biokatalisator. Lemak ( biasa juga disebut lipida ), yang tersusun atas unsure C ( karbon ) , H ( hydrogen ) , O ( oksigen ). Peran utama lemak dalam sel adalah pembentuk membrane sel bersama protein, mengatur sirkulasi lemak yang lain, dan sumber cadangan energi bagi sel. Dalam metabolismenya, lemak terbentuk dari asam lemak dan gliserol.
Tugas 1 Sebutkan dan jelaskan fungsi bagian-bagian dari sel prokariot dan eukariot