BAB I KONSEP SEL DAN ORCANELA I. PENDAHULUAN Bab ini menjelaskan tentang sel, definisi dan klasisfikasinya, perkembangan teori sel, struktur sel prokariot dan eukariot, perbedaan antara keduanya serta struktur dan karakteristik virus. Mikroskop sebagai alat bantu yang digunakan untuk mempelajari sel juga dibahas dalam bab ini. Diharapkan setelah mengikuti materi kuliah pada pokok bahasan ini mahasiswa mampu memahami konsep sel, menyebut komponen protoplasma sel, membedakan struktur sel organisme prokariot, eukariotik, virus, viroid dan prions serta dapat menjelaskan bagaimana mikroskop bermanfaat untuk mempelajari sel. II. MATERI A. SEL, PERKEMBANGAN KONSEP SEL Sel dapat diklasifikasikan berdasar unit struktur fundamental dan cara memperoleh energi. Sel dapat diklasifikasikan sebagai prokariotik dan eukariotik. Berdasarkan strukturnya, sesuatu yang hidup dapat diklasifikasikan menjadi 6 kingdom. Prokariotik : Monera (Eubacteria) dan Archaea Eukariotik : Protista, Plantae, Fungae, Animalia Sel juga dapat didefinisikan sesuai dengan kebutuhan energi. Autotroph, contohnya adalah tanaman, yang biasa disebut self feeders adalah organisme yang menggunakan cahaya atau energi kimia untuk membuat makanan. Heterotroph memperoleh energi dan autotroph dan heterotroph yang lain. Kebanyakan bakteri dan binatang masuk dalam kategori heterotroph. Organisme multiseluler terbentuk dari proses organisasi yang kompleks dan sel yang melibatkan mekanisme komunikasi dan regulasi antar sel. Organisme multiseluler mempunyai mekanisme yang khusus dalam perkembangan satu sel telur yang telah dibuahi menjadi berbagai macam jaringan yang berbeda. Pada manusia terdapat 1014 macam sel yang membentuk 200 macam jaringan.
Karena keterbatasan mata manusia, penelitian di bidang biologi pada awalnya dikonsentrasikan pada pengembangan alat bantu untuk melihat material yang sangat kecil. Penemuan di bidang biologi semakin bertambah seiring dengan perkembangan teknologi gambar (imaging). Dibawah ini adalah waktu-waktu penting yang menggambarkan penemuan di bidang biologi. Gambar 1.1. Peristiwa penting dalam biologi sel dan imaging Teori Sel Penelitian di bidang biologi sel berubah ketika Scheiden dan Schwann mengusulkan sel teori tahun 1838. Teori sel tersbut menyatakan bahwa: 1. Semua bentuk kehidupan terbuat dari satu atau lebih sel 2. Sel hanya terbetuk dari sel sebelumnya 3. Sel adalah bagian terkecil dari kehidupan Seiring dengan banyaknya penemuan pada abad 19, muncul teori sel yang baru yang menyatakan: 1. Semua organisme hidup terbuat dari satu atau lebih sel 2. Tiap sel dapat mempertahankan kehidupannya secara independen, kehidupan suatu oganisme bergantung pada kehidupan sel. 3. Sel adalah bagian terkecil kehidupan 4. Sel terbentuk hanya dari sel lain. B. STRUKTUR SEL ORGANISME PROKARIOTIK DAN EUKARIOTIK B.1. Prokariotik Karakteristik sel prokariotik Seperti telah disebutkan sebelumnya, prokariot masuk dalam Kingdom Monera dan dan Archaea. Secara sederhana prokariot dapat dikatakan sebagai suatu molekul yang dikelilingi oleh membran dan didinding sel. Prokariotik tidak mempunyai karakteristik yang dimiliki oleh eukariotik yaitu organeta, tetapi mempunyai sistem membran didalam dinding selnya. Suatu sel prokariotik terdiri dari DNA, sitoplasma dan suatu struktur permukaan termasuk membran plasma dan komponen dinding sel, kapsula, flagella, fili dan slime. Ada sebagian sel prokariotik yang mempunyai pigmen fotosintesis seperti yang ditemukan pada cyanobacteria ( blue bacteria ). Sel prokariotik
mempunyai berbagai macam bentuk seperti: bulat/cocci (round), baccilli (rods), dan spirilla atau spirochetes (sel helix). Gambar 1.2. Sel prokariotik. Membran plasma dikelilingi dinding sel (biru) dan dibungkus dengan kapsula (merah). Bakteri dan Antibiotik Bakteri Pseudomonas Dinding sel adalah target antibiotik. Bahaya yang paling besar adalah terbetuknya strain yang resistan akibat penggunaan antibiotik yag berlebihan.
B.2. Eukariotik Struktur dasar Struktur dasar sel eukariotik terdiri dari membran plasma, glycocalyx (komponen eksternal membran plasma), sitoplasma, sitoskeleton (mikrofilamen dan mikrotubul tempat organela, memberi bentuk dan memungkinkan pergerakan) dan adanya membran karakteristik. Sel eukariotik mengandung organela seperti nukleus, mitokondria, kioroplas, retikulum endoplasma (ER), aparatus Golgi, lisosom, vakuola, peroksisom dan lain-lain. Organela dan komponen yang lain berada pada sitosol, yang bersama-sama dengan nukleus disebut protoplasma. Permukaan sel hewan hanya terdiri dari plasma membran sedangkan pada sel tanaman juga mengandung dinding sel yang tersusun atas selulose dan polimer yang lain. Gambar 1.3 sel eukariot Membran plasma Adalah suatu kompleks lemak/protein/karbohidrat, yang merupakan barrier dan sistem transport serta signaling sd.
Nukleus Adalah membran ganda yang mengelilingi kromosom dan nukleolus. Komunikasi dengan sitoplasma dilakukan lewat pori. Nukleus adalah tempat untuk sintesis RNA ribosom. Nukleus adalah organel terbesar sel eukariot dan bukan merupakan bagian dari sitoplasma. Dibawah mikroskop nukleus tampak dua daerah yang berbeda, bagian yang gelap yaitu nukleolus dan bagian yang terang yaitu nukleoplama. Mitokondria Dikelilingi oleh membran ganda dengan lipatan-lipatan yang disebut krista. Berfungsi sebagai tempat produksi energi melalui prose metabolisme. Mempunyai DNA tersendiri. Gambar 1.4 Organisasi sel hewan dan tanaman. Warna merah menandakan perbedaan antara keduanya Kloroplas (plastids) Dikelilingi oleh membran ganda dan bertanggung jawab terhadap proses fotosintesis, menangkap cahaya yang diperlukan untuk sintesis gula. Mengandung DNA dan seperti Mitokondria dipercaya berasal dan bakteria. Rough endoplasmic reticulum (RER)
Suatu network antar membran yang berhubungan membentuk chanel dalam sel. Diselubungi ribosom (sehingga disebut rough ). Ribosom Kompleks protein dan RNA yang bertanggung jawab terhadap sintesis protein Smooth endoplasmic reticulum (SER) Suatu network antar membran yang berhubungan membentuk chanel dalam sel. Tempat metabolisme dan sintesis lemak. Mengandung enzim untuk mendetoksikasi bahan kimia untuk obat-obatan dan pestisida. Aparatus Golgi Suatu kumpulan tumpukan membran (stack). Vesikel ( tas kecil yang dikelilingi bran) membawa material dan RER ke aparatus Golgi. Vesikel bergerak antar satu dengan yang lain sementara protein mengalami proses pendewasaan. Vesikel kemudian membawa membran baru yang terbentuk dan mensekresikan protein ke tempat tujuan termasuk sekresi dan lokalisasi membran. Lisosim Suatu organela terikat membran yang bertanggung jawab pada proses degradasi protein membran dalarn sel, juga membantu degradasi material yang dicerna sel. Vakuola Tas yang dikelilingi membran yang mengandung air dan sebagai tempat penyimpan dalarn tanaman. Peroksisoni atau Mikrobodi Menghasilkan dan mendegradasi hidrogen peroksida, komponen toksik yang dapat dihasilkan dalam metabolism. Dinding Sel Disamping sel membran, tanaman rnempunyai dinding sel yang kaku (rigid). C. VIRUS, VIRON DAN PRIONS Sebagian besar virus adalah sangat kecil dan dalam bentuk dewasanya (viron) dapat berdiameter antara 20-400nm. Karena ukurannya yang kecil, pengetahuan tentang virus baru berkembang 50 tahun yang lalu meskipun virus sudah dikenal sejak tahun 1892. Seorang botanis asal Rusia, Dmitri lvanovsky, mempelajari penyakit tembakau yang merusak jaringan
fotosintesis menggunakan sebuah filter. Usaha ini gagal. Tahun 1898, Martinus Beijerink mengulang penelitian yang sama dengan menggunakan gel agar dan hasilnya juga mengalami kegagalan. Empat puluh tahun sesudah itu (1935) Wendell Stanley berhasil memenangkan Nobel Prize setelah berhasil mengkristalkan agen penginfeksi. Diketahui bahwa virus terdiri dan protein dan asam nukleat. Sampai tahun 1950an saat mikroskop sudah berkembang, struktur virus dapat dilihat dengan jelas. Struktur Ada beberapa tipe virus yaltu: 1. Virus berbentuk sferik dan berselaput (Spherical and Enveloped Viruses) 2. Virus berfilamen (Filamentous viruses) Spherical dan Enveloped Viruses Sebagai contoh adalah Human Immunodeficiency Virus (HIV) HIV mengandung 2 RNA untai tunggal yang identik yang berhubungan dengan protein dasar kapsid inti. Protein ini (bermuatan positif) dapat dengan mudah berinteraksi dengan asam nukleat yang bermuatan negatif membentuk filamen protein inti. Filamen ini kemudian dikelilingi oleh beberapa protein kapsid yang pada HIV berbentuk ikosahedral. Protein matriks ini berhubungan dengan lapisan pembungkus lemak, dibutuhkan ketika berinteraksi dengan sel inang.
Virus herfilamen Sebagai contoh dalah filoviruses Kebanyakan virus tanaman berfilarnen. Panjangnya tergantung dan panjang genom. Tiap molekul protein berhubungan dengan tiap nukleotida dan helix membentuk tabung protein yang menjdai kabel DNA atau RNA. Virus Mozaic tembakau adalah berfilamen. Infeks baru Virus bukan satu-satunya agen patogenik. Selain bakteri ada beberapa bentuk infeksi baru yang lain. Sebagai contoh adalah Viroid, Vinisoid dan Prion. Viroids 20 sampai 25 viroid telah diidentifikasi yang umumnya menyerang tanaman. Agen patogenik ini mempunyai karakteristik lingkar RNA kovalen untai tunggal yang melakukan penggandaan di nukleolus tanaman tanpa bantuan virus pembantu helper virus Protein tidak terbentuk dan DNA viroid. Virusoids Satelite Mirip dengan viroid tetapi memerlukan virus pembantu untuk melakukan replikasi pada tanaman inang yang dilakukan dalam sitoplasma. Proses replikasi tergantung dan RNA ierase yang diemukan dalam sel tanaman dan tidak pada sel hewan. Prions Penyakit Prion seperti Creutzfeldt Jakob Disease (CJD), Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE) dan Scrapie menjadi topik yang hangat akhir-akhir ini. Penyakit ini disebabkan oleh protein yang secara normal ditemukan di otak. Protein prion yang ksi apabila sudah masuk ke otak akan mempengaruhi konformasi protein normal menjadi bentuk terinfeksi dan ini menyebabkan penyakit menyebar. Prion dapat menyebar antar individu lewat daging yang dimakan, infeksi langsung (lewat alat operasi yang terinfeksi) dai secara genetik. Karena agen infeksi berupa protein, perubahan konformasi yang salah kemungkinan dapat terjadi pada Sel. D. PENGGUNAAN MIKROSKOP SEBAGAI ALAT BANTU MEMPELAJARI DIOLOGI SEL
Peristiwa-peristiwa dan objek dalarn biologi biasanya berhubungan dengan hal- hal yang kecil yang tidak mampu dilihat dengan mata biasa. Mata manusia pada dasarnya hanya mampu melihat benda kecil dengan ukuran sekitar 100 µ m. Hanya sd tanaman yang masih dapat dilihat oleh mata manusia (gambar 1.6). Gambar 1.6. Benda-benda yang mampu dilihat oleh mata dan alat bantu mikroskop Mikroskop cahaya Miroskop cahaya mempunyai resolusi sekitar 200 nm (0.2 pm) dimana limit ini disebabkan karena panjang gelombang cahaya (0.4-0.7 pm). Bendabenda hidup, fixed atau tercat dapat dilihat dengan mikroskop cahaya. Mikroskop Transmisi Elektron (TEM) Mikroskop transmisi elektron/transmission Electron Microscope (TEM) mempunyai resolusi batas sekitar 2mm Keterbatasan resolusi ini disebabkan keterbatasan lensa yang digunakan untuk memfokus elektron ke benda. TEM
digunakan untuk melihat sel mati, fiksasi dan pengecatan ion logam berat. Elektron dipancarkan setelah melewati lapisan trnis spesimen dan kemudian dideteksi rnelalui image pada layar fluorescent. Mikroskop Elektron Skaning /Scanning Electron Microscope (SEM) Scanning Electron Microscope (SEM) juga mempunyai resolusi sekitar 2nm. Seperti juga SEM mampil melihat sel mati, fiksasi dan yang tercat. Dengan teknik ini elektron eksi pada permukaan spesimen. E. TUGAS DAN LATIHAN SOAL Buatlah suatu gambar atau diagram yangmenjelaskan perbedaan antara sel eukariot dan prokariot! Kumpulkan pada perternuan yang akan datang. III. PENUTUP Ringkasan Biologi sel merupakan suatu ilmu yang berhubungan dengan bagaimana sel mernenuhi fungsi dan aktivitasnya dalam garis struktur ruang dan waktu
yang teratur. Studi tentang sel menjadi sesuatu yang mungkin seiring dengan penemuan mikroskop. Semua organisme hidup tersusun dan sel dan produk sel. Sel terbungkus oleh membran plasma. Sel eukaniot terbagi atas kompartemenkompartemen yang memisahkan molekul yang berbeda dengan reaksi metabolik yang berbeda. Se! prokariotik tidak terbagi menjadi kompartemen. Virus bukan sel. Virus berbeda dengan organisme seluler dalam banyak hal antara lain dalam cara bereproduksi. Dalam pokok bahasan-pokok bahasan berikutnya akan dipelajari masingmasing komponen dalain Sel. Pokok bahasan kedua adalah membran sel dan fungsinya dalam sistem transport sel.