Organisasi Protoplasma

Sel-sel dari semua mahluk hidup hampir sama dengan dengan sel-sel yang membentuk tubuh anda, dan pada dasarnya mirip dengan sel-sel yang membentuk tubuh tumbuhan. Pada dasarnya, sel eukariot dibentuk oleh tiga bagian utama, yaitu i) membran plasma (membran sel) yang mengelilingi atau membungkus seluruh isi sel, ii) sitoplasma yang mengandung sebahagian besar struktur terpenting dari sel (seperti mitokondria, retikulum endoplasma, lisosom, ribosom, dan lain-lain), dan iii) nukleus (inti sel) yang mengandung bahan-bahan hereditas (materi genetik). Membran plasma, sitoplasma dan nukleus, ketiga-tiganya merupakan bagian yang hidup dari sel dan secara bersama-sama disebut protoplasma. Sitoplasma merupakan penentu utama massa sel, dan merupakan campuran yang sangat kompleks dari berbagai molekul besar dan molekul kecil. Kompartemen sitoplasma diluar organella sel disebut sitosol. Dengan kata lain sitosol merupakan bagian ekstraorganel dari sitoplasma yang di dalamnya terdapat molekul-molekul sel yang larut.

Sifat-sifat Kimia Protoplasma

Protoplasma merupakan segumpal massa yang memiliki tanda-tanda hidup, merupakan suatu campuran dari berjenis-jenis senyawa kimia, baik senyawa sederhana maupun senyawa kompleks. Senyawa-senyawa tersebut dibuat dari unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N) dan unsur-unsur kimia lainnya. Walau protoplasma memiliki sifat-sifat dan tanda-tanda struktural, kimiawi maupun fisikokimiawi yang sama untuk semua sel namun perbandingan zat-zat penyusun dan zat-zat yang dihasilkan dapat berbeda-beda. Sel mengandung suatu sistem cairan yang mengandung berbagai jenis molekul atau partikel. Jika partikel tersebut berukuran kecil, seperti molekul glukosa, maka mereka akan larut dalam cairan dan akan membentuk suatu larutan sejati (true solution). Sebaliknya, jika ukuran partikel sangat besar, seperti butiran pasir yang tenggelam ke dasar wadah, mereka akan membentuk suatu sistem yang disebut suspensi kasar (coarse suspension). Molekul-molekul intermediat tidak akan tenggelam tetapi juga tidak membentuk sistem larutan sejati, molekul-molekul inilah yang membentuk sistem koloid.

Sistem biologi merupakan kombinasi antara berbagai jenis cairan. Sebagian protoplasma merupakan larutan sejati, sebahagian lagi membentuk sistem koloid. Dari analisis kimia diperoleh hasil seperti tertera pada Tabel, dan ini menunjukkan bahwa protoplasma terutama terdiri dari air, protein, lipida, sakarida, dan garam-garam mineral.

Air

Air merupakan senyawa organik terbanyak dalam protoplasma di mana persentasenya tergantung pada jenis sel, umur, tempat hidup, dan faktor-faktor yang lain. Misalnya sel yang muda lebih banyak mengandung air dibandingkan dengan sel yang sudah tua. Demikian pula, hewan atau tumbuhan yang hidup di dalam air sel-selnya mengandung lebih banyak air dibandingkan dengan yang hidup di darat. Melihat komposisinya yang sangat besar, disimpulkan bahwa kehadiran air sangat vital dalam kehidupan sel. Di bawah ini dituliskan fungsi fungsi terpenting dari air pada sel mahluk hidup:

• Pelarut bahan-bahan anorganik, misalnya ion-ion mineral dan garam-garam,dan bahan-bahan organik, misalnya karbohidrat, protein dan sebagainya.
• Merupakan media dispersi yang baik untuk sistim koloid protoplasma
• Dapat bertindak sebagai stabilisator temperatur sehingga peningkatan dan penurunan temperatur yang drastis dapat dicegah.
• Merupakan pelarut elektrolit, ion-ion elektrolit dapat menghasilkan listrik.
• Merupakan media transpor untuk memindahkan bahan-bahan makanan dan bahan-bahan yang akan diekskresikan dari sel.
• Merupakan media yang baik untuk proses metabolisme yang terjadi dalam sel mahluk hidup.

Di dalam sel, air dikelompokkan menjadi tiga kelompok, yaitu Air intramolekuler, yaitu molekul air yang merupakan bagian dari molekul molekul protein sehingga molekul air ini tidak dapat dihilangkan tanpa merusak protoplasma. Jenis air ini mencapai 4% dari total air sel. Air terikat, yaitu merupakan molekul-molekul air yang terikat pada protoplasma dan memerlukan energi yang cukup besar untuk memisahkannya dari protoplasma. Air bebas, yaitu merupakan air yang terdapat di dalam vakuola Dalam air bebas ini terlarut berbagai jenis senyawa kimia yang secara garis besar dapat dikelompokkan dalam tiga bagian besar, yaitu: (1) garam-garam mineral, terutama yang mengandung K, Na, Ca, Mg, Fe, dan lain-lain, (ii) senyawa-senyawa organik terlarut, dan (1) gas-gas yang terlarut yang berasal dari udara seperti O₂, N₂, CO.

Protein

Protein merupakan komponen protoplasma yang sangat penting setelah air. Senyawa ini terdiri dari unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) dan nitrogen (N). Molekul-molekul protein merupakan molekul pekerja, mereka berperan sebagai katalisator berbagai reaksi kimia, memberi kekakuan struktural, memantau permeabilitas membran, mengatur kadar metabolit yang diperlukan, menyebabkan gerakan, dan memantau kegiatan gen. Bahan baku protein adalah molekul-molekul asam amino yang mengandung gugus karboksil dan gugus amin. Berdasarkan susunan molekulnya, protein diklasifikasikan sebagai (1) protein fibrosa (protein serabut), contohnya kolagen, fibrin, aktin, miosin, dan (1) protein globular, misalnya hemoglobin, mioglobin, dan enzim. Selain itu, berdasarkan fungsinya, protein dapat digolongkan menjadi:

• Protein struktural, yaitu protein yang berperan sebagai penunjuang atau penyokong, baik yang terdapat di dalam maupun di luar sel:
  • Protein struktural intrasel, merupakan protein pembentuk kerangka mekanik sel dan disebut rangka sel atau sitoskelet. Yang termasuk ke dalam kelompok ini, antara lain protein tubulin, aktin, spektrin, dan lain-lain.
  • Protein struktural ekstrasel, terdapat di luar sel dan dijumpai pada organisme multisel. Yang termasuk ke dalamnya, antara lain kolagen pada kulit, rawan dan tulang, keratin pada kuku, rambut, dan lain-lain.
• Protein dinamis, merupakan protein yang terlibat langsung dalam metabolisme sel, mudah terurai (disasembly) dan terakit (asembly) kembali. Protein ini mencakup enzim-enzim yang merupakan katalisator pada metabolisme intrasel amupun ekstrasel, hormon insulin, FSH, LH, tirosin dan sebagainya, serta pigmen darah seperti hemoglobin dan hemosianin. Berdasarkan komposisi kimia yang dihasilkan pada proses hidrolisanya, protein dapat pula digolongkan sebagai berikut:
  • Protein sederhana, merupakan kelompok protein yang bila dihidrolisis hanya menghasilkan asam-asam amino saja. Contohnya albumin dan globulin.
  • Protein gabungan, adalah kelompok protein yang dalam hidrolisis menghasilkan senyawa lain disamping asam amino. Contohnya glikoprotein mengandung asam amino (protein) dan karbohidrat, nukleoprotein mengandung protein dan asam nukleat, kromoprotein mengandung protein dan zat warna, lipoprotein mengandung protein dan lipida, fosfoprotein mengandung asam amino dan gugus fosfat.

Baik protein sederhana maupun protein gabungan yang terdapat pada protoplasma, berdasarkan strukturnya, dapat pula dikelompokkan sebagai berikut:

• Protein primer, struktur molekulernya terdiri dari asam amino yang tersusun secara linier dengan ikatan peptida.
• Protein sekunder, struktur molekulernya terdiri dari ratusan asam amino yang tersebar secara spiral.
• Protein tertier, struktur molekulernya terdiri dari beberapa rantai polipeptida yang dihubungkan dengan ikatan sulfur.
• Protein kwaterner, struktur molekulernya mengandung dua atau lebih ikatan peptida yang berikatan dengan ikatan kovalen yang lemah.

Lipid

Lipida mencakup asam lemak, lemak netral, fosfolipida, glikolipida, terpen, steroid dan lain-lain. Asam lemak memiliki dua daerah utama, yaitu rantai hidrokarbon yang bersifat hidrofobik, tidak larut dalam air dan kurang reaktif, dan gugus asam karboksilat yang dapat mengion, larut di dalam air dan mudah bereaksi membentuk ester.

Asam lemak merupakan sumber makanan, disimpan dalam sitoplasma dalam bentuk tetesan-tetesan gliserida yang terdiri dari tiga ratai asam lemak yang masing-masing terikat pada gliserol. Selain sebagai sumber makanan dan tenaga peranan asam lemak yang terpenting adalah sebagai penyusun selaput plasma. Selaput plasma ini sebahagian besar terdiri dari fosfolipida. Setiap molekul fosfolipida memiliki ekor hidrofobik yang terdiri dari dua buah rantai asam lemak dan gugus kepala yang bersifat polar dan hidrofilik. Molekul-molekul fosfolipida sesunguhnya adalah deterjen. Lapisan fosfolipida dalam air akan membentuk lapisan tipis di atas permukaan air tersebut. Selaput ini terdiri atas satu lapis molekul fosfolipida dengan ekor mengarah ke udara sedangkan kepalanya menghadap ke air. Dua buah lapisan fosfolipida dapat berkaitan ekor dengan ekor membentuk dwi lapisan fosfolipida yang merupakan struktur dasar selaput plasma.

Karbohidrat

Karbohidrat seringkali disebut sakarida karena terdiri dari rangkaian molekul-molekul gula yang disebut monosakarida Beberapa molekul monosakarida mengandung unsur nitrogen atau sulfur. Dua buah monosakarida yang saling berikatan disebut disakarida sedangkan trisakarida teridir dari tiga buah monosakarida. Da buah disakarida atau trisakarida yang saling berikatan disebut oligosakarida dan beberapa oligosakarida membentuk poliaskarida.

Berdasarkan fungsinya karbohidrat diklasifikasikan menjadi karbohidrat rantai senderhana yang berfungsi sebagai sumber energi sel, karbohidrat rantai panjang yang berfungsi sebagai cadangan energi, dan karbihdrat rantai panjang pembentuk komponen sel Polisakarida kemudian dapat digolongkan sebagai polisakarida struktural atau polisakarida nutrien. Contoh golongan pertama antara lain adalah selulosa (pembentuk dinding sel pada tumbuhan) dan asam hialuronat (salah satu komponen substansi antar sel pada jaringan ikat). Contoh polisakarida golongan kedua dapat disebut amilum (cadangan makanan pada sel bakteri dan tumbuhan), glikogen (di dalam sel hewan), dan paramilum (yang terdapat pada berbagai jenis protozoa).

Nukleotida dan Asam Nukleat

Suatu molekul nukleotida terdiri dari sebuah basa berupa cincin yang mengandung nitrogen, gula yang mengandung 5 atom karbon (pentosa) yang dapat berupa ribosa atau deoksiribosa, dan gugus pospat yang terikat pada molekul gula. Basa nitrogen dapat berasal dari kelompok purin, yaitu guanin dan adenin, atau kelompok pirimidin yang terdiri atas sitosin, timin atau urasil. Nukleotida dapat berperan sebagai pembawa energi sel, misalnya ATP.

Untaian sejumlah nukleotida akan membentuk asam nukleat yang dapat berupa ADN, asam deoksiribo nukleat (jika komponen gulanya adalah deoksiribosa) atau RNA, asam ribonukleat (jika komponen gulanya berupa ribosa). Asam nukleat merupakan senyawa yang sangat penting, terutama DNA yang merupakan pembawa sifat menurun. Fungsi umum asam nukleat adalah untuk mengontrol aktivitas biosintesis sel serta sebagai pembawa informasi genetik. Selain DNA dan RNA, pada protoplasma terdapat nukleotida lainnya yang berperan pada proses biologis seperti ADP dan ATP Kedua molekul ini berperan dalam proses konversi energi pada waktu sel melakukan oksidasi.

Sifat-sifat Fisika Protoplasma

1. Sifat koloid. Protoplasma sebagian berupa koloid dan sebagian lain berupa koloid Masih ingatkah anda perbedaan antara koloid dan larutan? Pada sistem larutan, misalnya gula dengan air, molekul-molekul gula menyebar di antara molekul molekul air Karena molekul gula berukuran sangat kecil, maka gaya gravitasi bumi tidak akan dapat mengendapkan molekul gula tersebut sehingga mereka tetap melayang di antara molekul air. Dalam kondisi ini molekul gula dikatakan larut dalam air. Bila dilihat di bawah mikroskop cahaya maupun mikroskop elektron molekul gula ini tidak akan terlihat karena ukurannya yang sangat kecil Molekul gula ini juga akan melewati kertas saring pada waktu proses penyaringan. Di dalam protoplasma, yang berperan sebagai pelarut adalah air dan bahan terlaut dapat berupa bahan organik (seperti gula, asam lemak, asam amino, vitamin, horomon dan enzim) atau pun bahan anorganik (seperti mineral dan garam-garam elektrolit). Dalam sistem kolodi, partikel yang terdispersi di antara molekul air berukuran relatif besar Partikel (molekul) ini tidak terlihat jika diamati dengan mikroskop cahaya tetapi akan terlihat dengan mikroskop elektron. Ukurari partikel koloid berkisar antara 0,001 sampai 0,1 em Partikel ini jika disaring dengan kertas saring masih bisa lewat tetapi di dalam sistem hidup mereka tidak dapat menembus membran plasma. Di dalam protoplasma koloid dapat berada dalam fase sol dan fase gel.
2. Efek Tyndall. Bila protoplasma yang merupakan suatu sistem koloid disinari dengan sinar lampu listrik pada suatu ruang gelap akan memberi efek Tyndall.
3. Gerak Brown. Molekul (partikel) koloid protoplasma senantiasa bergerak secara tidak beraturan (zigzag), gerakan ini disebut gerak Brown Kecepatan gerakan ini sangat tergantung kepada ukuran partikel dan temperatur protoplasma.
4. Gerak sikloses dan amoeboid. Oleh karena matriks protoplasma dapat bersifat agak kental maka dalam matriks sitoplasma bisa diamati suatu gerakan khusus, dan gerakan ini disebut gerak siklosis. Gerak siklosis ini terjadi pada saat matriks berada dalam fase sol di bawah pengaruh tekanan hidrostatik, temperatur, pH, dan viskositas Bergeraknya kromosom, sentriol, mitokondria, lisosom dan sebagainya adalah
5. Tegangan Permukaan. Matriks sitoplasma yang cair memiliki tegangan permukaan Matriks profein dan lemak memiliki tegangan permukan yang kurang karena membentuk membran plasma, sedangkan bahan-bahan kimia seperti NaCl tegangan permukaannya sangat tinggi, akibatnya NaCl menempati bagian yang lebih dalam pada matriks sitoplasma. Selain memiliki sifat-sifat fisik, protoplasma juga memiliki sifat-sifat biologis, misalnya sifat irritabilitas, konduktivitas, bergerak, metabolisme, tumbuh dan bereproduksi.

Sitosol

Seperti telah dijelaskan di bagian awal dari Bab 5 ini, stilah sitesol digunakan untuk menunjukkan bagian sitoplasma yang berada di luar organella (organella adalah alat kelengkapan sel yang dibungkus membran), di dalamnya dapat dijumpai hampir seluruh molekul-molekul seluler yang larut. Istilah ini harus dibedakan dari sitoplasma, yaitu protoplasma atau bagian yang hidup dari sel yang berada di luar inti. Sitosol atau substansi dasar sel-sel eukariota merupakan bagian sitoplasma yang berupa cairan terdapat di sela-sela organela berselaput lima puluh persen volume suatu sel terdiri dari sitosol. Pada sitosol dijumpai materi-materi berikut ini:

• Beribu-ribu jenis enzim yang terlibat dalam proses metabolisme,
• Ribosom yang aktif mensintesa protein; sekitar lima puluh persen protein yang disintesis oleh ribosom ini tetap berada di sitosol, dan
• Protein-protein yang berada di sitosol, berbentuk benang-benang halus yang disebut: filamen.