SEL

Kehidupan sel sebagai unit fungsional terkecil dari organisme

Kehidupan sel sebagai unit fungsional terkecil dari organisme :

1.       Introduksi sel

Sel merupakan tingkatan struktur terendah yang mampu melakukan semua aktivitas kehidupan. Semua organisme terbentuk dari sel, yaitu unit dasar dari struktur dan fungsi organisme tersebut. Robert Hooke, seorang saintis Inggris, pertama kali menerangkan dan menamakan sel pada tahun 1665, ketika ia meneliti suatu irisan dari gabus (kulit batang dari pohon oak dengan menggunakan mikroskop yang memiliki perbesaran 30 kali. Walaupun meyakini bahwa kotak kecil, atau ‘sel’, yang ia lihat hanya dimiliki oleh potongan gabus tersebut, Hooke tidak pernah menyadari betapa pentingnya penemuannya ini.

Penerusnya seorang saintist Belanda bernama Anton van Leeuwenhoek, menemukan organisme yang sekarang kita kenal sebagai organisme bersel tunggal. Dengan menggunakan butiran-butiran pasir yang telah ia ubah menjadi kaca pembesar berkekuatan 300x, Leeuwenhoek menemukan suatu dunia mikroba di dalam tetesan-tetesan air kolam dan juga meneliti sel-sel darah dan sel sperma hewan. Pada tahun 1839, hampir dua abad setelah penemuan Hooke dan Leeuwenhoek, sel akhirnya diakui sebagai unit kehidupan yang terdapat di mana saja oleh Matthias Schleiden dan Theodor Schwann, dua ahli biologi Jerman.

Dalam kasus klasik tentang penalaran induktif – pencapaian suatu kesimpulan umum berdasarkan pengamatan-pengamatan khusus – ini, Schleiden dan Schwann merangkum penelitian mikroskopik mereka sendiri dan hasil-hasil penelitian saintis lainnya dengan menyimpulkan bahwa semua bentuk kehidupan tersusun dari sel. Kesimpulan umum ini menjadi dasar bagi teori sel. Teori ini kemudian dikembangkan untuk memasukkan gagasan bahwa semua sel berasal dari sel-sel lain. Kemampuan sel untuk membelah diri menghasilkan sel-sel yang baru adalah dasar bagi semua reproduksi dan bagi pertumbuhan dan perbaikan organisme-organisme multiseluler, termasuk manusia.

Semua sel diselimuti oleh suatu membran yang mengatur perjalanan materi antara sel tersebut dan lingkungan sekelilingnya. Setiap sel, pada tahapan tertentu dalam hidupnya, mengandung DNA, yaitu materi yang dapat diwariskan yang mengarahkan aktivitas-aktivitas sel tersebut.

2.       Ultra struktur sel

a.       Membran sel

Membran sel, yang menyelubungi sel, merupakan struktur elastik tipis, tebalnya hanya 7,5 sampai 10 nanometer. Membran sel ini hampir seluruhnya terdiri dari protein dan lipid. Perkiraan komposisi adalah protein 55%, fosfolipid 25%, kolesterol 13%, lipid lain 4%, dan karbohidrat 3%.

b.      Sitoplasma

Sitoplasma dipenuhi oleh partikel-partikel dan organel-organel berukuran besar dan kecil yang tersebar, berkisar dari beberapa nanometer sampai beberapa mikrometer. Bagian cairan bening dari sitoplasma yang merupakan tempat dimana partikel-partikel itu tersebar disebut sebagai sitosol, yang terutama terdiri atas protein yang larut, elektrolit, dan glukosa, serta sejumlah kecil senyawa lipid.

c.       Retikulum Endoplasmik

Jaringan berbentuk tubular dan struktur vesikular gepeng. Tubulus dan vesikel ini saling berhubugan satu sama lain. Dinding retikulum juga terbentuk dari membran berlapis lipid ganda yang terdiri atas banyak sekali protein, mirip dengan membran sel. Total daerah permukaan struktur ini pada beberapa sel-sel hati, misalnya-dapat mencapai ukuran 30-40 kali lebih besar daripada daerah membran sel.

1)      Ribosom dan granula endoplasmik retikulum. Sejumlah besar partikel-partikel granula kecil yang disebut ribosom, melekat pada permukaan luar sebagian besar retikulum endoplasmik. Bila ribosom ini ditemukan, maka retikulum ini sering disebut sebagai retikulum endoplasmik granula. Ribosom terdiri atas campuran asam ribonukleat (RNA) dan protein, dan berfungsi pada sintesis protein di dalam sel.

2)  Retikulum endoplasmik agranula. Sebagian retikulum endoplasmik tidak dilekati oleh ribosom. Bagian ini disebut sebagai retikulum endoplasmik agranula, atau halus. Retikulum agranula ini berfungsi dalam sintesis substansi lipid dan berbagai proses enzimatik lain dalam sel.

d.      Aparatus Golgi

Aparatus golgi erat hubungannya dengan retikulum endoplasmik. Aparatus golgi memiliki membran yang mirip dengan membran pada retikulum endoplasmik agranular. Aparatus golgi biasanya terdiri atas empat atau lebih tumpukan lapisan vesikel tipis dan gepeng yang terletak dekat dengan nukleus. Aparatus ini penting pada sel sekretoris. Pada sel sekretoris aparatus golgi terletak di sebelah sel tempat substansi sekretorik akan dikeluarkan.

Aparatus golgi ini dalam fungsinya bekerjasama dengan retikulum endoplasmik. Vesikel pengangkut kecil yang juga disebut vesikel retikulum endoplasmik atau secara singkat disebut sebagai vesikel RE, secara terus menerus ditarik dari retikulum endoplasmik dan segera setelah itu bergabung dengan aparatus golgi. Dengan cara ini, substansi yang terjerat dalam vesikel RE diangkut dari retikulum endoplasmik menuju ke aparatus golgi. Substansi yang diangkut ini selanjutnya diproses di dalam aparatus golgi untuk membentuk lisosom, vesikel sekretoris, atau komponen sitoplasmik yang lainnya.

e.      Lisosom

Lisosom merupakan organel vesikular yang dibentuk oleh aparatus golgi yang kemudian tersebar di seluruh sitoplasma. Lisosom ini merupakan sistem pencernaan intraselular yang memungkinkan sel untuk mencernakan bahan-bahan dan struktur intraseluler, khususnya struktur sel yang telah rusak, partikel-partikel makanan yang telah dicernakan sel, dan bahan-bahan yang tidak diinginkan tubuh, misalnya bakteri.

f.        Peroksisom

Peroksisom secara fisik mirip dengan lisosom, tetapi berbeda dalam dua hal penting; Pertama, peroksisom diyakini dibentuk dari replikasi-sendiri (atau mungkin melalui pertunasan dari retikulum endoplasmik halus) dan bukan dibentuk oleh aparatus golgi. Kedua, peroksisom lebih mengandung oksidase daripada hidrolase. Beberapa oksidase mampu menggabungkan oksigen dengan ion hidrogen dari zat kimia intraseluler yang berbeda untuk membentuk hidrogen peroksida (H­₂O₂). Hidrogen peroksida sendiri sebaliknya merupakan suatu substansi yang sangat mudah beroksidasi, dan dipergunakan berkaitan dengan katalase, suatu enzim oksidase lain yang ditemukan dalam jumlah besar di dalam peroksisom, untuk mengoksidasi banyak substansi yang bila tidak, akan menjadi racun bagi sel. Sebagai contoh, kira-kira setengah dari alkohol yang diminum seseorang didetoksifikasi oleh peroksisom sel-sel hati.

g.       Vesikel sekretoris

Salah satu fungsi penting dari banyak sel adalah menyekresi substansi-substansi khusus. Hampir semua substansi sekretorik dibentuk oleh retikulum endoplasmik – sistem aparatus golgi dan kemudian dilepaskan dari aparatus Golgi ke dalam sitoplasma di dalam vesikel penyimpan, yang disebut vesikel sekretoris atau granula sekretoris. Misalnya vesikel sekretoris khusus di dalam sel-sel asini pankreas yang menyimpan proenzim protein (enzim yang belum aktif); proenzim kemudian akan disekresikan ke membran sel bagian luar, masuk ke duktus pankreatikus dan kemudian ke duodenum, dimana proenzim akan menjadi aktif dan melakukan fungsi pencernaan.

h.      Mitokondria

Mitokondria disebut sebagai rumah energi sel. Tanpa mitokondria, sel tidak akan dapat menyadap jumlah energi yang bermakna dari bahan makanan dan oksigen, dan sebagai akibatnya, semua fungsi sel akan berhenti. Pada dasarnya, mitokondria terdapat di semua bagian sitoplasma, tetapi jumlah total per sel sangat bervariasi, mulai kurang dari seratus sampai beberapa ribu, bergantung pada jumlah energi yang dibutuhkan oleh masing-masing sel. Selanjutnya mitokondria terkonsentrat dalam bagian-bagian sel yang bertanggung jawab terhadap metabolisme energi. Mitokondria juga bervariasi dalam ukuran dan bentuk; beberapa mitokondria diameternya hanya beberapa ratus nanometer dan bentuknya granula, sedangkan yang lain lebih panjang – diameternya 1 mikrometer dan panjangnya 7 mikrometer – dan yang lain bercabang dan berbentuk filamen.

i.         Struktur filamen dan tubular sel

Biasanya protein fibrilar sel disusun membentuk filamen atau tubulus. Keduanya merupakan molekul protein prekursor yang disintesis oleh ribosom di dalam sitoplasma. Molekul prekursor berpolimerisasi membentuk filamen. Sebagian besar filamen aktin seringkali terdapat di sisi luar sitoplasma, yang merupakan daerah yang disebut sebagai ektoplasma, untuk membentuk suatu penunjang elastik bagi membran sel. Juga, di dalam sel-sel otot, filamen aktin dan miosin tersusun menjadi suatu mesin kontraktil khusus yang merupakan dasar timbulnya kontraksi otot di seluruh tubuh.

Ada satu filamen khusus yang terdiri atas molekul-molekul tubulin yang digunakan dalam semua sel untuk membentuk struktur tubulus, yaitu mikrotubulus. Sebagian mikrotubulus mengandung 13 protofilamen tubulin yang terletak sejajar satu sama lain dalam satu lingkaran untuk membentuk sebuah silinder panjang sempit yang kira-kira berdiameter 25 nanometer dan panjang 1 sampai beberapa mikrometer. Silinder ini sering tersusun dalam bentuk berkas yang menyebabkan mikrotubulus seluruhnya merupakan suatu massa struktural yang sangat kuat. Akan tetapi, mikrotubulus merupakan suatu struktur kaku yang akan pecah bila terlalu dibengkokkan. Jadi fungsi primer mikrotubulus adalah sitoskeleton, yang membentuk suatu struktur fisik yang kaku untuk beberapa bagian sel yang khusus. Juga,, sitoplasma sering mengalir di sekitar mikrotubulus, yang mungkin disebabkan oleh pergerakan lengan yang menonjol keluar dari mikrotubulus.

j.        Nukleus

Nukleus merupakan pusat pengaturan sel. Secara singkat, nukleus mengandung sejumlah besar DNA, yang telah kita sebut bertahun-tahun sebagai gen. Gen menentukan karakteristik protein sel, termasuk enzim-enzim sitoplasma yang mengatur aktivitas sitoplasma. Nukleus juga mengatur reproduksi; gen-gen ini pertema bereproduksi sendiri, dan kemudian, sel dipecahkan oleh proses khusus yang disebut mitosis untuk membentuk dua sel anak, yang masing – masing menerima satu dari dua set gen.

Penampilan nukleus di bawah mikroskop cahaya tidak memberikan gambaran yang cukup mengenai mekanisme nukleus melakukan kerja pengontrolannya. Penampilan sebuah nukleus dalam fase interfase (periode di dalam mitosis) dengan menggunakan mikroskop cahaya, memperlihatkan bahan kromatin yang terpulas gelap di seluruh nukleoplasma. Selama mitosis, bahan kromatin menjadi sangat mudah diidentifikasi sebagai kromosom yang tersusun baik, yang dapat dilihat dengan mudah dengan mikroskop cahaya.

k.       Membran nukleus

Membran nukleus, yang juga disebut selubung inti, sebenarnya merupakan dua membran yang terpisah, satu membran terdapat di dalam membran yang lain. Membran luar bersambung dengan retikulum endoplasmik, dan ruang antara kedua membran nukleus juga bersambung dengan ruang di sebelah dalam retikulum endoplasmik.

Kedua lapisan membran nukleus ditembus oleh beberapa ribu pori-pori nukleus. Pori-pori ini besar, hampir berdiameter 100 nanometer. Akan tetapi, kompleks molekul protein yang besar berlekatan di sekitar tepi pori sehingga bagian pusat pori hanya berdiameter kira-kira 9 nanometer. Walaupun demikian, ukuran ini cukup besar sehingga memungkinkan sejumlah molekul sampai dengan berat molekul 44.000 dapat lewat dan molekul dengan berat molekul kurang dari 15.000 lewat dengan sangat cepat.

l.         Nukleoli

Nukleus sebagian besar sel memiliki satu atau lebih struktur yang terpulas pucat disebut nukleoli. Nukleolus, tidak seperti organel lainnya, tidak memiliki sebuah membran pembatas, sebaliknya, nukleoli hanya merupakan suatu struktur yang mengandung sejumlah besar RNA dan protein dari jenis yang ditemukan di dalam ribosom. Nukleolus menjadi sangat membesar bila sebuah sel secara aktif mensintesis protein. Gen dari lima pasangan kromosom yang terpisah akan mensintesis RNA ribosomal dan kemudian menyimpannya di dalam nukleolus, yang dimulai dengan sebuah RNA fibrilar longgar yang kemudian memadat membentuk sub unit ribosom granula. Sub unit ribosom granula ini selanjutnya diangkut melalui pori-pori membran nukleus ke dalam sitoplasma, berkumpul untuk membentuk ribosom “matang” yang memainkan peranan penting dalam pembentukan protein.

3.       Jenis-jenis sel

Dua jenis utama sel, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik – dapat dibedakan berdasarkan organisasi strukturalnya. Sel-sel dari mikroorganisme yang biasa disebut bakteri adalah sel prokariotik. Semua bentuk kehidupan lainnya tersusun dari sel-sel eukariotik. Sel eukariotik jauh lebih kompleks daripada sel prokariotik, karena dibagi-bagi oleh membran-membran internal menjadi ruangan-ruangan fungsional, atau organel yang berbeda-beda. Pada sel eukariotik, DNA tersusun bersama-sama dengan beberapa jenis protein tertentu menjadi struktur yang disebut sebagai kromosom yang terdapat di dalam sebuah nukleus, organel terbesar pada sebagian besar sel eukariotik. Cairan kental yang mengelilingi nukleus tersebut adalah sitoplasma, tempat tersuspensinya berbagai jenis organel yang menjalankan sebagian besar fungsi sel tersebut. Beberapa sel eukariotik, termasuk sel eukariotik tumbuhan, memiliki dinding kokoh yang terletak di luar membran sel. Sel hewan tidak memiliki dinding.

Pada sel prokariotik yang jauh lebih sederhana, DNA tidak terpisah dari bagian-bagian lain sel tersebut yang ada di dalam nukleus. Sel prokariotik juga tidak memiliki organel sitoplasma seperti yang dimiliki oleh sel eukariotik. Hampir semua sel prokariotik (bakteri) memiliki dinding sel eksternal yang kuat.

Walaupun sel eukariotik dan sel prokariotik memiliki kompleksitas yang jauh berbeda, kita akan melihat bahwa keduanya ternyata memiliki beberapa kesamaan yang penting. Sel memiliki ukuran, bentuk, dan ciri-ciri struktural khusus yang sangat bervariasi, tetapi kesemuanya merupakan struktur yang sangat teratur yang bertugas menjalankan proses-proses rumit yang harus berlangsung demi kelangsungan hidup sel tersebut