Struktur dan Fungsi Sel

Sel merupakan unit struktural dan fungsional terkecil yang menyusun makhluk hidup. Sel disebut sebagai unit struktural terkecil karena setiap makhluk hidup disusun oleh sel. Sel disebut sebagai unit fungsional terkecil karena semua fungsi yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup dilakukan oleh sel. Berikut fungsi umum yang dijalankan oleh sel:

  • Mencari dan mendapatkan zat gizi dan O2 dari lingkungan internalnya
  • membuang zat sisa dan CO2 yang dihasilkan dari adanya reaksi kimia
  • melakukan berbagai reaksi kimia sedemikian rupa, merubah O2 dan zat gizi menjadi energi
  • sensitif dan responsif akan adanya perubahan lingkungan di sekitar sel
  • bereproduksi, sehingga apabila rusak dapat diganti dengan sel yang baru
  • melakukan kontrol terhadap pertukaran zat yang terjadi antara sel dan lingkungan eksternal.

Setiap organisme tersusun atas salah satu dari dua jenis sel yang secara struktur berbeda, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik. Prokariotik dan eukariotik dibedakan berdasarkan ukuran dan jenis struktur internal, atau organel yang dikandungnya (Gambar 1.). Sel prokariotik yang secara struktural lebih sederhana termasuk bakteri, sedangkan sel eukariotik yang secara struktural lebih kompleks meliputi protista, jamur, tumbuhan, dan hewan.

Gambar 1. Struktur Sel Prokariotik (Bakteri) dan Eukariotik (Sel Hewan dan Tumbuhan)

Karakteristik yang Membedakan Sel Prokariotik dan Eukariotik

Perbandingan singkat antara sel prokariotik dan eukariotik berikut mengungkapkan banyak perbedaan mendasar antara kedua jenis, serta banyak kesamaan. Persamaan dan perbedaan kedua jenis sel tersebut dapat dilihat pada Tabel 1. Sifat bersama mencerminkan fakta bahwa sel eukariotik hampir pasti berevolusi dari nenek moyang prokariotik. Karena nenek moyang mereka yang sama, kedua jenis sel berbagi bahasa genetik yang identik, seperangkat jalur metabolisme yang sama, dan banyak fitur struktural yang sama. Misalnya, kedua jenis sel dibatasi oleh membran plasma dengan konstruksi serupa yang berfungsi sebagai penghalang selektif permeabel antara dunia hidup dan tak hidup. Kedua jenis sel tersebut mungkin dikelilingi oleh dinding sel yang kaku dan tidak hidup yang melindungi bentuk kehidupan yang halus di dalamnya. Meskipun dinding sel prokariot dan eukariot memiliki fungsi yang sama, komposisi kimianya sangat berbeda.

Tabel 1. Perbandingan Sel Prokariotik dan Eukariotik

Persamaan kedua jenis selStruktur sel eukariotik yang tidak ditemukan di prokariotik
Membran plasma dengan susunan serupaNukleus dan sitoplasma dipisahkan oleh membran nukleus yang memiliki struktur pori yang kompleks
Informasi genetik yang dikodekan dalam DNA menggunakan kode genetik yang identikKromosom kompleks yang tersusun dari DNA dan protein terkait bisa memadat menjadi struktur mitosis
Mekanisme serupa untuk transkripsi dan translasi, termasuk ribosom yang miripOrganel sitoplasma dengan membran kompleks (termasuk RE, kompleks golgi, lisosom, endosom, perioksisom, dan glioksisom)
Jalur metabolisme bersama (misalnya, glikolisis dan siklus TCA)Spesialis organel sitoplasma untuk pernafasan aerobik (mitokondria) dan fotosintesis (kloroplas)
Mekanisme perolehan energi kimia seperti ATP yang serupa (terjadi di membran plasma prokariota dan membran mitokondria eukariota)Sistem komples sitoskeleton (termasuk mikrofilamen, dan mikrotubulus) dan protein motorik terkait.
Mekanisme fotosintesis yang serupa (antara Cyanobacteria dan tumbuhan)Flagela dan silia kompleks
Mekanisme serupa untuk mensintesis membran proteinEndositosis dan fagositosis
Proteasom (struktur pencerna protein) dengan konstruksi serupa (antara archaebacteria dan eukariota)Dinding sel yang mengandung selulosa
Pembelahan sel menggunakan gelendong mitosis mengandung mikrotubulus yang memisahkan kromosom
Kehadiran dua salinan gen per sel (diploid), satu salinan dari setiap orang tua
Kehadiran tiga enzim sintesis RNA yang berbeda (RNA polimerase)
Reproduksi seksual membutuhkan meiosis dan fertilisasi

Jika dilihat dari struktur internal, sel eukariotik jauh lebih kompleks dari pada sel prokariotik, baik secara struktural maupun fungsional. Kedua jenis sel tersebut memiliki wilayah yang menampung materi genetik sel, dan dikelilingi oleh sitoplasma. Materi genetik sel prokariotik terdapat pada nukleoid, yaitu bagian sel yang tidak memiliki membran batas untuk memisahkannya dari sitoplasma di sekitarnya. Sebaliknya, sel eukariotik memiliki nukleus, yaitu wilayah yang dibatasi oleh struktur membran kompleks yang disebut selubung nukleus. Perbedaan struktur inti inilah yang menjadi dasar istilah prokariotik (pro: sebelum, karyon: nukleus) dan eukariotik (eu: benar, karyon: nukleus).

Sitoplasma kedua jenis sel tersebut juga sangat berbeda. Sitoplasma sel eukariotik dipenuhi dengan keragaman struktur yang besar (organel). Sel eukariotik mengandung susunan organel yang terikat membran. Organel eukariotik termasuk mitokondria, retikulum endoplasma, kompleks golgi, dan berbagai vesikel terikat membran sederhana dengan berbagai ukuran. Sel tumbuhan mengandung organel membran tambahan, termasuk kloroplas, dan seringkali vakuola besar tunggal menempati sebagian besar volume sel. Sebaliknya, sitoplasma sel prokariotik pada dasarnya tidak memiliki struktur membran. Membran fotosintesis yang kompleks dari cyanobacteria adalah suatu pengecualian. Membran sitoplasma sel eukariotik membentuk sistem saluran interkoneksi dan vesikel yang berfungsi dalam pengangkutan zat dari satu bagian sel ke bagian lain, serta antara bagian dalam sel dan lingkungannya. Karena ukurannya yang kecil, komunikasi intracytoplasmic terarah kurang dibutuhkan dalam sel prokariotik, di mana pergerakan material yang diperlukan dapat dicapai dengan difusi sederhana.

Perbedaan utama lainnya antara sel eukariotik dan prokariotik yaitu pada proses siklus sel. Sel eukariotik membelah melalui proses mitosis yang kompleks di mana kromosom terduplikasi memadat dan terpisahkan oleh aparatus yang mengandung mikrotubulus. Aparatus ini, yang disebut gelendong mitosis, memungkinkan setiap sel anak menerima susunan materi genetik yang setara. Pada prokariotik, tidak ada pemadatan kromosom dan tidak ada gelendong mitosis. DNA diduplikasi, dan dua salinan dipisahkan secara akurat oleh pertumbuhan membran sel intervensi.

Sebagian besar, prokariotik adalah organisme nonseksual. Organisme ini hanya mengandung satu salinan kromosom tunggal mereka dan tidak memiliki proses yang rumit seperti meiosis, pembentukan gamet, atau pembuahan sejati. Meskipun reproduksi seksual jarang terjadi di antara prokariotik, beberapa organisma mampu melakukan konjugasi, di mana sepotong DNA dilewatkan dari satu sel ke sel lainnya. Namun penerima tidak pernah menerima seluruh kromosom dari donor. Meskipun prokariotik mungkin tidak seefisien eukariotik dalam bertukar DNA, prokariotik lebih unggul dalam mengambil dan menggabungkan DNA asing dari lingkungan, yang memiliki dampak besar pada evolusi mikroba.

Walaupun eukariotik memiliki berbagai kelebihan dibanding prokariotik, bukan berarti prokariotik memiliki kedudukan yang lebih rendah. Perlu diingat bahwa organisme ini telah berada di Bumi selama lebih dari tiga miliar tahun, dan pada saat ini triliunan dari mereka menempel di permukaan luar tubuh kita dan memakan nutrisi di dalam sistem pencernaan manusia. Pada awalnya organisme ini dianggap sebagai individu, makhluk soliter, tetapi hasil studi baru-baru ini menunjukkan bahwa mereka hidup dalam komunitas multispesies kompleks yang disebut biofilm. Lapisan plak yang tumbuh pada gigi adalah contoh dari biofilm. Sel yang berbeda dalam biofilm dapat melakukan aktivitas khusus yang berbeda, tidak seperti sel pada tumbuhan atau hewan. Pertimbangkan juga bahwa, secara metabolik, prokariotik adalah organisme yang sangat canggih dan berevolusi tinggi. Misalnya bakteri seperti Escherichia coli, penghuni umum saluran pencernaan manusia dan cawan kultur laboratorium, memiliki kemampuan untuk hidup dan berkembang biak dalam media yang mengandung satu atau dua senyawa organik berbobot molekul rendah dan beberapa ion anorganik. Bakteri lain dapat hidup dengan makanan yang hanya terdiri dari zat anorganik. Satu spesies bakteri telah ditemukan di sumur lebih dari seribu meter di bawah permukaan bumi yang hidup di batuan basal dan molekul hidrogen yang dihasilkan oleh reaksi anorganik. Sebaliknya, bahkan sel-sel yang paling berbakat secara metabolik dalam tubuh manusia memerlukan berbagai senyawa organik, termasuk sejumlah vitamin dan zat penting lainnya yang tidak dapat diproduksi sendiri. Faktanya, banyak dari bahan makanan penting ini diproduksi oleh bakteri yang biasanya hidup di usus besar.

Sel Prokariotik

Prokariota dibagi menjadi dua kelompok taksonomi utama, atau domain: Archaea (atau archaebacteria) dan Bakteri (atau eubacteria). Anggota Archaea lebih dekat hubungannya dengan eukariotik daripada dengan kelompok prokariotik lainnya (Bakteri). Domain Archaea mencakup beberapa kelompok organisme yang ikatan evolusinya satu sama lain diungkapkan oleh kesamaan dalam urutan nukleotida asam nukleat. Archaea paling dikenal sebagai spesies yang hidup di lingkungan yang sangat tidak ramah dan sering disebut sebagai “ekstremofil.” Termasuk di antara Archaea adalah metanogen (prokariota yang mampu mengubah gas CO2 dan H2 menjadi gas metana (CH4)), halofil (prokariota yang hidup di lingkungan yang sangat asin, seperti Laut Mati atau cekungan laut dalam tertentu yang memiliki salinitas setara dengan 5M MgCl2), acidophiles (prokariota pecinta asam yang tumbuh subur pada pH serendah 0, seperti yang ditemukan dalam cairan drainase poros tambang yang ditinggalkan), dan thermophiles (prokariota yang hidup pada suhu yang sangat tinggi). Termasuk dalam kelompok yang disebut terakhir ini adalah hipertermofil, yang hidup di ventilasi hidrotermal dasar laut. Pemegang rekor terbaru di antara kelompok ini diberi nama “strain 121” karena mampu tumbuh dan membelah dalam air yang sangat panas pada suhu 1210C, suhu yang digunakan untuk mensterilkan berbagai instrumen dalam autoklaf.

Struktur Sel Prokariotik

Prokariotik merupakan organisme yang tidak memiliki membran inti. Karena tidak mempunyai membran inti maka bahan inti yang berada di dalam sel berhubungan langsung dengan protoplasma. Ciri lain dari sel prokarotik adalah tidak memiliki sistem endomembran (membran dalam), seperti retikulum endoplasma dan aparatus Golgi. Selain itu, sel prokarotik juga tidak memiliki mitokondria dan kloroplas, namun mempunyai struktur yang berfungsi sama, yaitu mesosom dan kromatofor. Kebanyakan prokariot merupakan organisme uniseluler dengan sel berukuran kecil (berdiameter 0,7–2,0 µm dan volumenya sekitar 1 µm3 . Sel ini umumnya terdiri dari selubung sel, membran sel, sitoplasma, nukleoid, dan beberapa struktur lain. Bakteri E. coli merupakan model dalam berbagai penelitian mengenai sel prokariotik. Berikut struktur umum sel prokariotik

1. Dinding Sel

Gambar 2. Struktur sel bakteri gram positif dan gram negatif

Fungsi dinding sel pada prokaryotik, adalah melindungi sel dari tekanan turgor yang diakibatkan tingginya konsentrasi protein dan molekul lainnya dalam tubuh sel dibandingkan dengan lingkungan di luarnya. Dinding sel bakteri berlainan dari organisme lain. Dinding sel bakteri tersusun atas polisakarida, lemak, dan protein. Dinding sel berfungsi sebagai pelindung dan semberi bentuk yang tetap. Pada dinding sel terdapat pori-pori sebagai jalan keluar masuknya molekul-molekul.

Dinding sel bakteri mengandung peptidoglikan yang terletak di luar membran sitoplasmik. Peptidoglikan memerankan dalam kekerasan dan memberikan bentuk sel. Hadir dua tipe utama bakteri berlandaskan kandungan peptidoglikan dinding selnya yaitu Gram positif dan Gram negatif. Karakteristik utamanya adalah tebalnya lapisan peptidoglikan pada dinding sel. Akibatnya, pada waktu prosedur pewarnaan Gram akan meninggalkan warna biru. Dinding sel Gram positif biasa ditemukan pada Actinobacteria dan Firmicutes. Tidak seperti dinding sel Gram positif, dinding sel Gram negatif benar lapisan peptidoglikan yang tipis. Hal ini mengakibatkan lunturnya warna biru/merah muda ketika disiram etanol saat proses pewarnaan gram.

2. Membran Plasma

Membran sel atau membran plasma tersusun atas molekul lemak dan protein. Fungsinya sebagai pelindung molekuler sel terhadap lingkungan disekitarnya, dengan jalan mengatur lalu lintas molekul dan ion-ion dari dan ke dalam sel.

3. Sitoplasma

Fungsi utama kehidupan bertangsung di sitoplasma. Hampir semua kegiatan metabolisme berlangsung di dalam ruangan berisi cairan kental ini. Di dalam sitoplasma terdapat organel-organel yang melayang-layang dalam cairan kental (merupakan koloid, namun tidak homogen) yang disebut matriks. Organel menjalankan banyak fungsi kehidupan: sintesis bahan, respirasi (perombakan), penyimpanan, serta reaksi terhadap rangsang. Sebagian besar proses di dalam sitoplasma diatur secara enzimatik.

Selain organel, terdapat pula vakuola, butir-butir tepung, butir silikat dan berbagai produk sekunder lain. Vakuola memiliki peran penting sebagai tempat penampungan produk sekunder yang berbentuk cair, sehingga disebut pula ‘cairan sel’. Cairan yang mengisi vakuola berbeda-beda, tergantung letak dan fungsi sel. Sitoplasma tersusun atas air, protein, lemak, mineral dan enzim-enzim, Enzim-enzim digunakan untuk mencerna makanan secara ekstraseluler dan untuk melakukan proses metabolisme sel. Metabolisme terdiri dari proses penyusunan (anabolisme) dan penguraian (katabolisme) zat-zat.

4. Mesosom

Pada tempat tertentu, membran plasma melekuk kedalam membentuk organel yang disebut mesosom. Mesosom berfungsi sebagai penghasil energi. Biasanya mesosom terletak dekat dinding sel yang baru terbentuk pada saat pembelahan biner sel bakteri. Pada membran mesosom terdapat enzim-enzim pernapasan yang berperan dalam reaksi-reaksi oksidasi untuk menghasilkan energi.

5. Ribosom

Ribosom merupakan organel tempat berlangsungnya sintesis protein. Ukurannya sangat kecil, berdiameter antara 15-20 nm. Di dalam sel E. coli terkandung 15.000 butir ribosom, atau sekitar 25% massa total sel bakteri.

6. DNA

Asam deoksiribonukleat (deoxyribonucleic acid, disingkat DNA) merupakan persenyawaan yang tersusun atas gula deoksirobisa, fosfat, dan basa-basa nitrogen. DNA berfungsi sebagai pembawa informasi genetik, yakni sifat-sifat yang harus diwariskan kepada keturunannya. Karena itu DNA disebut pula sebagai materi genetik.

7. RNA

Asam ribonukleat (ribonucleic acid, disingkat RNA) merupakan persenyawaan hasil transkripsi (hasil cetakan, hasil kopian) DNA. Jadi bagian tertentu DNA melakukan transkripsi (mengkopi diri) membentuk RNA. RNA membawa kode-kode genetik sesuai dengan pesanan DNA. Selanutnya kode-kode genetik itu akan diterjemahkan dalam bentuk urutan asam amino dalam proses sintesis protein.

Demikianlah struktur dan fungsi sel bakteri E. coli secara garis besar. Jadi, meskipun sed bakteri ukurannya sangat kedi, di dalamnya terdapat bagian-bagian sel yang rumit dengan fungsinya masing-masing. Bagianbagian sel itu tidak dapat berdiri sendiri dalam menjalankan fungsi sebuah sel, melainkan harus terdapat bersama-sama dengan bagian sel yang lain membentuk satu kesatuan. Dengan kata lain, sel hanya dapat melaksanakan kehidupannya jika di dalamnya terkandung bagian-bagian sel yang sempuma.

Struktur Sel Eukariotik

Sel eukariotik memiliki setidaknya empat fitur struktural utama yang khas, yaitu membran plasma eksternal untuk menentukan batasnya dan mempertahankan isinya, nukleus untuk menampung DNA yang mengarahkan aktivitas seluler, organel yang dibatasi membran di mana berbagai fungsi seluler dilokalisasi, dan sitosol terjalin oleh sitoskeleton mikrotubulus dan mikrofilamen. Selain itu, sel tumbuhan dan jamur memiliki dinding sel yang kaku di luar membran plasma. Sel hewan tidak memiliki dinding sel dan biasanya dikelilingi oleh matriks ekstraseluler yang terutama terdiri dari protein yang memberikan dukungan struktural.

1. Membran Plasma

Gambar 3. Struktur penyusun membran sel eukariotik

Membran plasma mendefinisikan batas-batas sel, memastikan bahwa isinya dipertahankan. Membran plasma terdiri dari fosfolipid, lipid lain, dan protein dan tersusun menjadi dua lapisan. Biasanya, setiap molekul fosfolipid terdiri dari dua “ekor” hidrofobik dan “kepala” hidrofilik dan karena itu merupakan molekul amfipatik. Molekul fosfolipid mengorientasikan diri dalam dua lapisan membran sedemikian rupa sehingga ekor hidrokarbon hidrofobik dari setiap molekul menghadap ke dalam dan kepala molekul yang mengandung fosfat hidrofilik menghadap ke luar. Lapisan lipid bilayer adalah unit struktural dasar dari hampir semua membran dan berfungsi sebagai penghalang permeabilitas untuk sebagian besar zat yang larut dalam air. Bermacam-macam protein melekat dipermukaan bilayer tersebut.

Protein yang ada dalam membran plasma memainkan berbagai peran. Beberapa adalah enzim, yang mengkatalisis reaksi yang diketahui terkait dengan membran, misalnya reaksi seperti sintesis dinding sel. Fungsi lainnya adalah sebagai protein transpor, yang bertanggung jawab untuk memindahkan zat tertentu (ion dan zat terlarut hidrofilik) melintasi membran. Protein membran juga penting sebagai reseptor untuk sinyal kimia eksternal yang memicu proses spesifik di dalam sel. Protein transpor, protein reseptor, dan sebagian besar protein membran lainnya adalah protein transmembran yang memiliki daerah hidrofilik yang menonjol dari kedua sisi membran. Daerah hidrofilik ini dihubungkan oleh satu atau lebih domain rentang membran hidrofobik.Membran sel berperan dalam sintesis ATP, pensinyalan sel, dan adhesi sel.

2. Nukleus

Gambar 4. Nukleus dan bagian-bagiannya

Nukleus mengandung sebagian besar gen yang mengendalikan sel eukariota (sebagian lain gen terletak di dalam mitokondria dan kloroplas). Dengan diameter rata-rata 5 μm, organel ini umumnya adalah organel yang paling mencolok dalam sel eukariota. Kebanyakan sel memiliki satu nukleus, namun ada pula yang memiliki banyak nukleus, contohnya sel otot rangka, dan ada pula yang tidak memiliki nukleus, contohnya sel darah merah matang yang kehilangan nukleusnya saat berkembang.

Membran nukleus melingkupi nukleus dan memisahkan isinya (yang disebut nukleoplasma) dari sitoplasma. Membran nukleus terdiri dari dua lapis yang masing-masing merupakan lapisan ganda lipid dengan protein terkait. Membran luar dan dalam nukleus dipisahkan oleh ruangan sekitar 20–40 nm. Membran nukleus memiliki sejumlah pori yang berdiameter sekitar 100 nm dan pada bibir setiap pori, kedua membran nukleus menyatu.

Di dalam nukleus, DNA terorganisasi bersama dengan protein menjadi kromatin. Sewaktu sel siap untuk membelah, kromatin kusut yang berbentuk benang akan menggulung, menjadi cukup tebal untuk dibedakan melalui mikroskop sebagai struktur terpisah yang disebut kromosom. Struktur yang menonjol di dalam nukleus sel yang sedang tidak membelah ialah nukleolus, yang merupakan tempat sejumlah komponen ribosom disintesis dan dirakit. Komponen-komponen ini kemudian dilewatkan melalui pori nukleus ke sitoplasma, tempat semuanya bergabung menjadi ribosom. Kadang-kadang terdapat lebih dari satu nukleolus, bergantung pada spesiesnya dan tahap reproduksi sel tersebut. Nukleus mengedalikan sintesis protein di dalam sitoplasma dengan cara mengirim molekul pembawa pesan berupa RNA, yaitu mRNA, yang disintesis berdasarkan “pesan” gen pada DNA. RNA ini lalu dikeluarkan ke sitoplasma melalui pori nukleus dan melekat pada ribosom, tempat pesan genetik tersebut diterjemahkan menjadi urutan asam amino protein yang disintesis.

3. Ribosom

Gambar 5. Struktur ribosom

Ribosom merupakan tempat sel membuat protein. Sel dengan laju sintesis protein yang tinggi memiliki banyak sekali ribosom, contohnya sel hati manusia yang memiliki beberapa juta ribosom. Ribosom sendiri tersusun atas berbagai jenis protein dan sejumlah molekul RNA. Ribosom eukariota lebih besar daripada ribosom prokariota, namun keduanya sangat mirip dalam hal struktur dan fungsi. Keduanya terdiri dari satu subunit besar dan satu subunit kecil yang bergabung membentuk ribosom lengkap dengan massa beberapa juta dalton.

Pada eukariota, ribosom dapat ditemukan bebas di sitosol atau terikat pada bagian luar retikulum endoplasma. Sebagian besar protein yang diproduksi ribosom bebas akan berfungsi di dalam sitosol, sementara ribosom terikat umumnya membuat protein yang ditujukan untuk dimasukkan ke dalam membran, untuk dibungkus di dalam organel tertentu seperti lisosom, atau untuk dikirim ke luar sel. Ribosom bebas dan terikat memiliki struktur identik dan dapat saling bertukar tempat. Sel dapat menyesuaikan jumlah relatif masing-masing ribosom begitu metabolismenya berubah.

4. Sistem Endomembran

Gambar 6. Sistem Endomembran Sel

Berbagai membran dalam sel eukariota merupakan bagian dari sistem endomembran. Membran ini dihubungkan melalui sambungan fisik langsung atau melalui transfer antarsegmen membran dalam bentuk vesikel (gelembung yang dibungkus membran) kecil. Sistem endomembran mencakup selubung nukleus, retikulum endoplasma, badan Golgi, lisosom, berbagai jenis vakuola, dan membran plasma. Sistem ini memiliki berbagai fungsi, termasuk sintesis dan modifikasi protein serta transpor protein ke membran dan organel atau ke luar sel, sintesis lipid, dan penetralan beberapa jenis racun.

5. Retikulum Endoplasma

Gambar 7. Retikulum endoplasma halus (kiri), dan retikulum endoplasma kasar (kanan)

Retikulum berasal dari bahasa latin yang artinya “jaringan” dan endoplasmik yang berarti “di dalam sitoplasma.” Retikulum endoplasma (RE) merupakan perluasan selubung nukleus yang terdiri dari jaringan saluran bermembran dan vesikel yang saling terhubung. RE terdiri dari jaringan tubula dan gelembung membran yang disebut sisterne (cisternae) (bahasa latin cisternae berarti “kotak” atau “peti”). Membran RE memisahkan ruang internal, yaitu ruang sisternal dan sitosol. Karena membran RE bersambung dengan selubung nukleus, ruang diantara dua membran selubung itu bersambung dengan ruang sisternal RE ini.

Terdapat dua bentuk RE, yaitu RE kasar dan RE halus. RE kasar disebut demikian karena permukaannya ditempeli banyak ribosom. Ribosom yang mulai mensintesis protein dengan tempat tujuan tertentu, seperti organel tertentu atau membran, akan menempel pada RE kasar. Protein yang terbentuk akan terdorong ke bagian dalam RE yang disebut lumen. Di dalam lumen, protein tersebut mengalami pelipatan dan dimodifikasi, misalnya dengan penambahan karbohidrat untuk membentuk glikoprotein. Protein tersebut lalu dipindahkan ke bagian lain sel di dalam vesikel kecil yang menyembul keluar dari RE, dan bergabung dengan organel yang berperan lebih lanjut dalam modifikasi dan distribusinya. Kebanyakan protein menuju ke badan Golgi, yang akan mengemas dan memilahnya untuk diantarkan ke tujuan akhirnya.

RE halus tidak memiliki ribosom pada permukaannya. RE halus berfungsi dalam bermacam-macam proses metabolisme, termasuk sintesis lipid, metabolisme karbohidrat, dan menawarkan obat dan racun. Dalam jenis sel tertentu, misalnya sel hati, membran RE halus mengandung enzim yang mengubah obat-obatan, racun, dan produk sampingan beracun dari metabolisme sel menjadi senyawa-senyawa yang kurang beracun atau lebih mudah dikeluarkan tubuh.

6. Kompleks Golgi

Gambar 8. Kompleks golgi

Aparatus Golgi dinamai menurut nama penemunya, Camillo Golgi. Aparatus golgi merupakan jenis organel membran, tersusun atas setumpuk kantong pipih dari membran yang disebut sisterna. Biasanya terdapat tiga sampai delapan sisterna, tetapi ada sejumlah organisme yang memiliki badan Golgi dengan puluhan sisterna. Jumlah dan ukuran badan Golgi bergantung pada jenis sel dan aktivitas metabolismenya. Sel yang aktif melakukan sekresi protein dapat memiliki ratusan badan Golgi. Organel ini biasanya terletak di antara retikulum endoplasma dan membran plasma.

Sisi badan Golgi yang paling dekat dengan nukleus disebut sisi cis, sementara sisi yang menjauhi nukleus disebut sisi trans. Ketika tiba di sisi cis, protein dimasukkan ke dalam lumen sisterna. Di dalam lumen, protein tersebut dimodifikasi (misalnya dengan penambahan karbohidrat, ditandai dengan penanda kimiawi) dan disimpan, dipilah-pilah agar nantinya dapat dikirim ke tujuannya masing-masing.

Badan Golgi mengatur pergerakan berbagai jenis protein; ada yang disekresikan ke luar sel, ada yang digabungkan ke membran plasma sebagai protein transmembran, dan ada pula yang ditempatkan di dalam lisosom. Protein yang disekresikan dari sel diangkut ke membran plasma di dalam vesikel sekresi, yang melepaskan isinya dengan cara bergabung dengan membran plasma dalam proses eksositosis. Proses sebaliknya, endositosis, dapat terjadi bila membran plasma mencekung ke dalam sel dan membentuk vesikel endositosis yang dibawa ke badan Golgi atau tempat lain, misalnya lisosom.

7. Lisosom

Gambar 9. Lisosom

Lisosom merupakan kantung terikat membran dari enzim hidrolitik yang digunakan oleh sel untuk mencerna makromolekul. Pada sel hewan, lisosom berupa vesikel yang memuat lebih dari 30 jenis enzim hidrolitik untuk menguraikan berbagai molekul kompleks. Sel menggunakan kembali subunit molekul yang sudah diuraikan lisosom itu. Bergantung pada zat yang diuraikannya, lisosom dapat memiliki berbagai ukuran dan bentuk. Organel ini dibentuk sebagai vesikel yang melepaskan diri dari badan Golgi.

Lisosom berfungsi dalam pencernaan intreseluler pada berbagai keadaan. Lisosom menguraikan molekul makanan yang masuk ke dalam sel melalui endositosis ketika suatu vesikel endositosis bergabung dengan lisosom. Dalam proses yang disebut autofagi, lisosom mencerna organel yang tidak berfungsi dengan benar. Lisosom juga berperan dalam fagositosis, proses yang dilakukan sejumlah jenis sel untuk menelan bakteri atau fragmen sel lain untuk diuraikan. Contoh sel yang melakukan fagositosis ialah sejenis sel darah putih yang disebut fagosit, yang berperan penting dalam sistem kekebalan tubuh.

7. Mitokondria

Gambar 10. Mitokondria dan bagian-bagiannya

Mitokondria dijumpai pada hampir semua sel eukariotik. Dalam beberapa kasus, dijumpai mitokondria bersel tunggal, namun lebih sering dijumpai ialah yang memiliki ratusan bahkan ribuan mitokondria. Jumlah mitokondria berkorelasi dengan tingkat aktivitas metabolisme sel lainnya. Mitokondria penjangnya sekitar 1 sampai 10 μm. Di dalam sel, mitokondria bergerak berkeliling, berubah bentuk, dan membelah menjadi dua. Membran yang membungkus mitokondria terdiri dari dua lapisan, masing-masing berupa bilayer fosfolipid. Membran luar mitokondria halus, sedangkan membran dalamnya berlekuk-lekuk dan disebut krista. Membran dalam membagi mitokondrion menjadi dua ruangan internal. Yang pertama berupa ruang intermembran, daerah sempit antara membran dalam dan membran luar. Ruangan kedua, matriks mitokondria, dilingkupi oleh membran dalam. Sebagian langkah metabolisme respirasi seluler terjadi dalam matriks ini, tempat banyak enzim yang berbeda dikonsentrasikan. Protein lain yang berfungsi dalam respirasi, termasuk enzim yang membuat ATP, sudah terdapat di dalam membran-dalam. Krista membuat membran-dalam mitokondria mempunyai suatu permukaan yang luas yang bisa meningkatkan produktivitas respirasi seluler. Ini merupakan contoh lain korelasi antara struktur dan fungsi.

8. Kloroplas

Gambar 11.Kloroplas dan bagian-bagiannya

Kloroplas merupakan salah satu jenis organel yang disebut plastid pada tumbuhan dan alga. Kloroplas mengandung klorofil, pigmen hijau yang menangkap energi cahaya untuk fotosintesis, yaitu serangkaian reaksi yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan senyawa organik lain. Satu sel alga uniseluler dapat memiliki satu kloroplas saja, sementara satu sel daun dapat memiliki 20 sampai 100 kloroplas. Organel ini cenderung lebih besar daripada mitokondria, dengan panjang 5–10 μm atau lebih. Kloroplas biasanya berbentuk seperti cakram dan, seperti mitokondria, memiliki membran luar dan membran dalam yang dipisahkan oleh ruang antarmembran. Membran dalam kloroplas menyelimuti stroma, yang memuat berbagai enzim yang bertanggung jawab membentuk karbohidrat dari karbon dioksida dan air dalam fotosintesis. Suatu sistem membran dalam yang kedua di dalam stroma terdiri dari kantong-kantong pipih disebut tilakoid yang saling berhubungan. Tilakoid-tilakoid membentuk suatu tumpukan yang disebut granum (jamak, grana). Klorofil terdapat pada membran tilakoid, yang berperan serupa dengan membran dalam mitokondria, yaitu terlibat dalam pembentukan ATP. Sebagian ATP yang terbentuk ini digunakan oleh enzim di stroma untuk mengubah karbon dioksida menjadi senyawa antara berkarbon tiga yang kemudian dikeluarkan ke sitoplasma dan diubah menjadi karbohidrat. Sama seperti mitokondria, kloroplas juga memiliki DNA dan ribosomnya sendiri serta tumbuh dan memperbanyak dirinya sendiri. Kedua organel ini juga dapat berpindah-pindah tempat di dalam sel.

9. Peroksisom

Gambar 12. Gambaran umum peroksisom

Peroksisom merupakan ruangan metabolisme khusus yang diJlingkupi oleh membran tunggal. Peroksisom mengandung enzim yang mentransfer hidrogen dari berbagai substrat ke oksigen, yang menghasilkan hidrogen peroksida (H,O,) sebagai produk-samping, dari sinilah organel tersebut mengambil namanya. Reaksi ini mungkin memiliki beberapa fungsi yang berbeda. Beberapa peroksisom menggunakan oksigen untuk memecah asam lemak menjadi molekul yang lebih kecil yang dapat diangkut ke mitokondria sebagai bahan bakar untuk respirasi seluler. Peroksisom dalam hati menawarkan racun alkohol dan senyawa berbahaya lainnya dengan mentransfer hidrogen dari racun ke oksigen. H,O, yang dibentuk oleh metabolisme peroksisom itu sendiri beracun, tetapi organel ini mengandung suatu enzim yang mengubah H,O, menjadi air. Berada pada ruang yang sama untuk enzim yang menghasilkan hidrogen peroksida maupun enzim yang membuang senyawa beracun ini merupakan contoh lain bagaimana struktur ruangan sel merupakan suatu yang sangat penting bagi fungsinya.

Peroksisom khusus yang disebut glioksisom ditemukan dalam jaringan penyimpan lemak dari biji tumbuhan. Organel ini mengandung enzim yang mengawali (menginisiasi) pengubahan asam lemak menjadi gula, yang dapat digunakan oleh biji yang sedang tumbuh sebagai sumber energi dan sumber karbon sampai biji tersebut dapat menghasilkan gulanya sendiri dengan cara fotosintesis. Tidak seperti lisosom, peroksisom bukan tunas dari sistem endomembran. Peroksisom ini tumbuh dengan cara menggabungkan protein dan lipid yang dibuat dalam sitosol, dan memperbanyak jumlahnya dengan membelah diri menjadi dua setelah mencapai ukuran tertentu.

10. Sitoskeleton

Gambar 13. Sitoskeleton sel eukariota; mikrotubulus berwarna hijau, sementara mikrofilamen berwarnamerah.

Pada masa-masa awal digunakannya mikroskopi elektron, para ahli biologi berpikir bahwa organel sel eukariotik mengambang bebas dalam sitosol. Tetapi penyempurnaan mikroskopi cahaya dan mikroskopi elektron telah mengungkapkan adanya sitoskeleton, jalinan serabut yang membentang di seluruh sitoplasma (Gambar 11.). Sitoskeleton memainkan peran utama dalam pengorganisasian struktur dan aktivitas sel.

Sitoskeleton eukariota terdiri dari tiga jenis serat protein, yaitu mikrotubulus, filamen intermediat, dan mikrofilamen. Mikrotubulus berupa silinder berongga yang memberi bentuk sel, menuntun gerakan organel, dan membantu pergerakan kromosom pada saat pembelahan sel. Silia dan flagela eukariota, yang merupakan alat bantu pergerakan, juga berisi mikrotubulus. Filamen intermediat mendukung bentuk sel dan membuat organel tetap berada di tempatnya. Sementara itu, mikrofilamen, yang berupa batang tipis dari protein aktin, berfungsi antara lain dalam kontraksi otot pada hewan, pembentukan pseudopodia untuk pergerakan sel ameba, dan aliran bahan di dalam sitoplasma sel tumbuhan.

Sitoskeleton memberi tumpuan struktural pada sel, dan juga berfungsi dalam motilitas dan pengaturan sel. Fungsi yang paling jelas dari sitoskeleton ialah untuk memberikan dukungan mekanis pada sel dan mempertahankan bentuknya. Ini sangat penting untuk sel hewan, yang tidak memiliki dinding sel. Kekuatan dan kelenturan sitoskeleton yang mengagumkan secara keseluruhan didasarkan pada arsitekturnya. Seperti kubah geodesi, sitoskeleton distabilkan oleh keseimbangan antara gayagaya yang berlawanan yang dikerahkan oleh unsur-unsurnya. Selain itu, sama seperti rangka hewan membantu mempertahankan posisi bagian-bagian tubuh lainnya, sitoskeleton merupakan tempat bergantung banyak organel dan bahkan molekul enzim sitosol. Akan tetapi, sitoskeleton lebih dinamis daripada rangka hewan. Sitoskeleton dapat secara cepat dibongkar dalam satu bagian sel dan dirakit atau disusun di tempat baru, yang mengubah bentuk sel tersebut.

11. Dinding Sel Tumbuhan

Gambar 14. Dinding Sel Tumbuhan

Dinding sel merupakan salah satu ciri sel tumbuhan yang membedakannya dari sel hewan. Dinding ini melindungi sel tumbuhan, mempertahankan bentuknya, dan mencegah penghisapan air secara berlebihan. Pada tingkat keseluruhan tumbuhan, dinding yang kuat yang terbuat dari sel khusus mempertahankan tumbuhan agar tegak melawan gaya gravitasi.

Dinding ini tersusun atas serabut selulosa yang tertanam dalam polisakarida lain serta protein dan berukuran jauh lebih tebal daripada membran plasma, yaitu 0,1 μm hingga beberapa mikrometer. Dinding sel melindungi sel tumbuhan, mempertahankan bentuknya, dan mencegah pengisapan air secara berlebihan.

12. Cell Junction

Gambar 15. Junction interseluler pada sel hewan

Sambungan sel (cell junction) dapat ditemukan pada titik-titik pertemuan antarsel atau antara sel dan matriks ekstraseluler. Menurut fungsinya, sambungan sel dapat diklasifikasikan menjadi tiga, yaitu (1) sambungan penyumbat (occluding junction), (2) sambungan jangkar (anchoring junction/desmosom), dan (3) sambungan pengomunikasi (communicating junction/gap junction). Sambungan penyumbat menyegel permukaan dua sel menjadi satu sedemikian rupa sehingga molekul kecil sekalipun tidak dapat lewat, contohnya ialah sambungan ketat (tight junction) pada vertebrata. Sementara itu, sambungan jangkar menempelkan sel (dan sitoskeletonnya) ke sel tetangganya atau ke matriks ekstraseluler. Terakhir, sambungan pengomunikasi menyatukan dua sel tetapi memungkinkan sinyal kimiawi atau listrik melintas antarsel tersebut. Plasmodesmata merupakan contoh sambungan pengomunikasi yang hanya ditemukan pada tumbuhan.

13. Vakuola

Gambar 16. Vakuola pada sel tumbuhan

Vakuola terdapat pada sel tumbuhan maupun sel hewan.  Pada sel tumbuhan vakuola bersifat menetap dan ukuran yang relatif besar, sedangkan pada sel tumbuhan ukuran vakuola kecil bahkan tidak ada. Sel-sel tumbuhan yang memiliki vakuola besar biasanya adalah sel-sel makanan, pigmen dan minyak asiri (mudah menguap), serta tempat menimbun sisa metabolisme. Vakuola memiliki berbagai fungsi diantaranya:

  • Tempat cadangan makanan, amilum dan gula disimpan di dalam vakuola dan jika diperlukan dapat digunakan kembali. Misalnya di akar ketela pohon (tepung) dan di batang tebu (gula).
  • Menyimpan pigmen, di dalam vakuola pada sel-sel mahkota bunga terdapat pigmen-pigmen warna, yakni warna merah, biru, kuning, atau yang lain.
  • Menyimpan minyak atsiri yang tergolong minyak eteris. Contohnya minyak kayu putih, pepermint, dan aroma harum pada bunga.
  • Menyimpan sisa metabolisme, misalnya minyak oksalat, getah karet, dan alkaloid.

Perbedaan Sel Tumbuhan dan Sel Hewan

Sel – sel eukariotik yang terdapat pada semua sel hewan dan sel tumbuhan, memiliki persamaan dan perbedaan yang cukup jelas dalam hal fungsi pada setiap bagiannya. Adanya perbedaan ini memberikan konsekuensi yang cukup luas mengenai fungsi dari sel – sel tersebut. Adapun perbandingan dari kedua sel tersebut dapat dilihat dari Tabel dibawah ini.

Tabel 2. Perbandingan sel hewan dan Tumbuhan

NoBagian SelSel TumbuhanSel Hewan
1Dinding selAdaTidak ada
2Membran plasmaAdaAda
3Organel Sel
Nukleus
RE
Ribosom
Perioksisom
Glioksisom
Aparatus golgi
Mitokondria
Lisosom
Sentriol
Kloroplas
Butir amilum
 
Ada
Ada
Ada
Ada
Ada
Ada
Ada
Tidak ada
Tidak ada
Ada
Ada
 
Ada
Ada
Ada
Ada
Tidak ada
Ada
Ada
Ada
Ada
Tidak ada
Tidak ada
4VakuolaAdaKecil/tidak ada

Berdasarkan tabel tersebut, dapat diketahui bahwa perbedaan dari kedua sel terletak pada ada tidaknya struktur dinding sel, vakuola besar (tonoplas), kloroplas, butir amilum, dan sentriol. Perbedaan – perbedaan dari kedua sel tersebut menjadi ciri khas dari sel tersebut dalam menjalankan fungsinya masing – masing. Walaupun terdapat perbedaan dari sel tersebut, ada juga persamanaanya. Persamaan dari kedua sel tersebut memiliki fungsi yang sama satu dengan yang lainnya.

Baik pada hewan maupun tumbuhan, kelompok yang serupa terorganisasi menjadi lembaran – lembaran atau berkas yang tersusun membentuk suatu jaringan, kemudian jaringan – jaringan tersebut membentuk suatu organ, kemudian membentuk struktur yang lebih spesifik lagi dalam bentuk sistem organ, dan kemudian membentuk suatu organisme yang tersusun dalam tingkatan yang lebih kompleks dan lebih tinggi lagi yang terintegrasi dari tingkatan yang lebih rendah.

Ukuran Sel dan Komponennya

Sel terbagi dalam berbagai ukuran dan bentuk. Sel terkecil yang dikenal manusia ialah bakteri Mycoplasma dengan diameter 0,0001 sampai 0,001 mm. Di sisi lainnya terdapat sel saraf yang sangat panjang, yang dapat memanjang satu meter atau lebih. Salah satu contohnya yaitu sel saraf sepanjang leher atau kaki jerapah. Begitu juga telur burung yang merupakan sel tunggal yang sangat besar. Sebagian besar volume internalnya ditempati oleh kuning telur yang memberi makan embrio yang sedang berkembang. Namun, sebagian besar sel berada dalam kisaran ukuran yang kecil dan tak kasat mata. Sel bakteri dan archaeal misalnya, memiliki koloni yang biasanya berdiameter sekitar 1-5 mm, sedangkan sebagian besar sel tumbuhan dan hewan tingkat tinggi memiliki dimensi dalam kisaran 10-100 mm.

Gambar 16. Ukuran relatif sel dan Komponen Sel

Sel dan organelnya lebih mudah didefinisikan dalam mikrometer. Nukleus misalnya, berdiameter sekitar 5-10 µm, dan panjang mitokondria kira-kira 2 µm. Sel prokariotik biasanya memiliki panjang sekitar 1 hingga 5 µm, sel eukariotik dari sekitar 10 hingga 30 µm. Ada beberapa alasan mengapa sebagian besar sel berukuran sangat kecil. Alasan-alasan tersebut sebagai berikut:

  • Sebagian besar sel eukariotik memiliki nukleus tunggal yang hanya berisi dua salinan dari sebagian besar gen. Karena gen berfungsi sebagai cetakan untuk produksi RNA pembawa informasi, sebuah sel hanya dapat menghasilkan sejumlah RNA pembawa informasi ini dalam jumlah waktu tertentu. Semakin besar volume sitoplasma sel, semakin lama waktu yang dibutuhkan untuk mensintesis jumlah pesan yang dibutuhkan oleh sel itu.
  • Seiring bertambahnya ukuran sel, rasio luas permukaan/volume menurun. Kemampuan sel untuk bertukar zat dengan lingkungannya sebanding dengan luas permukaannya. Jika sel tumbuh melebihi ukuran tertentu, permukaannya tidak akan cukup untuk mengambil zat (misalnya, oksigen, nutrisi) yang dibutuhkan untuk mendukung aktivitas metabolismenya. Sel yang terspesialisasi untuk absorpsi zat terlarut, seperti sel epitel usus, biasanya memiliki mikrovili, yang sangat meningkatkan luas permukaan yang tersedia untuk pertukaran (lihat Gambar 2). Bagian dalam sel tumbuhan besar biasanya diisi oleh vakuola besar berisi cairan daripada sitoplasma aktif secara metabolik.
Gambar 17. Lumen dari usus halus
  • Sebuah sel sangat bergantung pada pergerakan acak molekul (difusi). Oksigen, misalnya, harus berdifusi dari permukaan sel melalui sitoplasma ke bagian dalam mitokondria. Waktu yang diperlukan untuk difusi sebanding dengan kuadrat jarak yang harus dilalui. Misalnya, O2 hanya membutuhkan 100 mikrodetik untuk menyebarkan jarak 1 µm, tetapi membutuhkan 106 kali lebih lama untuk menyebar jarak 1 mm. Ketika sel menjadi lebih besar, dan jarak dari permukaan ke bagian dalam menjadi lebih besar, waktu yang dibutuhkan untuk difusi untuk memindahkan zat masuk dan keluar dari sel yang aktif secara metabolik menjadi sangat lama

Previous Post
Next Post

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *