BIOLOGI

Sejarah Penemuan Sel

Pada awal abad 17, Galileo Galilei dengan alat dua lensa, ia menggambarkan struktur tipis dari mata serangga berupa pola geometri. Galilei yang bukan seorang biologiwan sesungguhnya orang pertama yang mencatat hasil pengamatan biologi melalui mikroskop Pada pertengahan abad Robert Hook, seorang kurator dari Inggris melihat gambaran dari suatu sayatan tipis gabus suatu kompartemen atau ruang-ruang. Disebutnya struktur yang dilihatnya itu dengan nama Latin yaitu cellulae (yang berarti ruangan kecil), itulah asal kata ‘sel’ berasal Pada akhir tahun 1600-an Antony van Leeuwenhoek, seorang penjaga toko bangsa Belanda, dan trampil menyusun lensa-lensa hingga dapat digunakan untuk melihat dan mengamati beragam protista, spermatozoa, bahkan bakteri, organisme kecil yang tidak dapat dilihat lagi dua abad kemudian. Tahun 1820-an, peningkatan pada desaian lensa terjadi dan membawa sel menjadi lebih dapat terfokus diamati. Robert Brown, seorang ahli botani, mengamati adanya titik buran yang selalu ada pada sel telur, sel polen atau serbuk sari, sel dari jaringan anggrek yang sedang tumbuh. Dia menyebut titik itu sebagai ‘nukleus’. Pada tahun 1838 Matthias Schleiden, juga seorang ahli botani, berpendapat bahwa nukleus dan perkembangan sel erat hubungannya. Berdasarkan hasil penelitiannya, Schleiden menyimpulkan bahwa masing-masing sel tanaman mengarah ke suatu kehidupan ganda, satu tergantung pada kehidupannya sendiri dan yang lain sebagai bagian integral tanaman. Pada tahun 1839, Theodor Schwann, seorang ahli zoologi, berdasarkan hasil penelitiannya selama bertahun-tahun terhadap struktur dan pertumbuhan jaringan hewan, mengemukakan bahwa hewan sama seperti tanaman terdiri atas sel dan produk-produk sel. Dan bahwa walaupn sel adalah bagian dari organisme, mereka pada tingkat tertentu adalah kehidupan tersendiri.

Darimana Asal Sel?

Satu abad kemudian Rudolf Virchow, seorang ahli fisiologi, melaporkan hasil penelitiannya mengenai pertumbuhan dan reproduksi sel bahwa sel membelah menjadi dua sel. Setiap sel berasal dari sel yang sudah ada. Analisis mikroskopis (hasil penelitian pada pertengahan abad 19) membuktikan bahwa sel adalah unit terkecil kehidupan, dan bahwa kehidupan yang berlangsung terus menerus berasal dri pertumbuhan dan pembelahan sel tunggal. Konsep-konsep tersebut menjadi teori sel. Jadi ada tiga konsep mengenai sel yaitu: semua organisme tersusun atas satu atau lebih sel sel adalah unit terkecil yang memiliki semua persyaratan hidup keberlangsungan kehidupan secara langsung berasal dari pertumbuhan dan pembelahan sel tunggal

Tujuan dari bab ini adalah mahasiswa dapat: Menjelaskan teori selMenjelaskan dasar-dasar kimia yang menyusun kehidupan sel Membedakan gambaran umum sel prokariot dan eukariot Menjelaskan struktur inti sel eukariot hubungannya dengan fungsi Menjelaskan struktur organel-organel sel dan fungsinya Menjelaskan metabolisme sel yang membutuhkan energi dan contohnya Menjelaskan metabolisme sel yang menghasilkan energi dan contohnya

Molekul Kehidupan Sel

Dasar kimia kehidupan sel: masing-masing penyusun sel tersusun atas molekul atau materi. Materi tersusun atas elemen atau atom. Elemen atau atom adalah unti dasar kimia yang tidak dapat dipecah dengan proses kimia. Atom tersusun atas subpartikel atom yang disebut neutron, proton, dan elektron. Neutron dan proton terdapat pada inti atom dan elektron terdapat pada kulit atom. Jumlah proton menunjukkan nomor atom. Contoh atom helium (simbol He) yang memiliki 2 proton, maka nomor atom He=2. Atom yang sama memiliki sifat, init dan kulit, yang sama. Atom yang berbeda memiliki sifat dan jumlah subatom yang berbeda. Atom yang sama dapat memiliki jumlah neutron yang berbeda, dan mereka disebut isotop. Contoh isotop adalah atom Carbon-12 bisa ditulis 12C memiliki 6 neutron. Di alam 99% atom Carbon adalah dalam bentuk isotop 12C, dan yang 1% adalah 13C dengan 7 neutron. Isotop ini telah dimanfaatkan dalam memecahkan banyak masalah biologi dan lain-lain masalah dalam ilmu pengetahuan. Atom-atom sesama atau atom yang berbeda dapat saling berikatan. Ikatan antar atom membentuk molekul.Ikatan antar atom itu disebut ikatan kimiaIkatan kimia antara ion disebut ikatan ion, yaitu elektron dari suatu atom dapat diperoleh dari atau hilang ke atom lainnya. Banyak jenis ikatan kimia, ada ikatan hidrogen, ikatan antar atom hidrogen, ada ikatan kovalen, dan lain-lain ikatan kimiaIkatan hidrogen pada suatu molekul menentukan sifat polaritas molekul. Artinya apabila ada ikatan hidrogen pada suatu molekul berarti molekul itu bersifat polar. Tubuh kita tidak dapat membuat air tetapi dalam tubuh dapat berlangsung sejumlah reaksi kimia yang menghasilkan materi.Ikatan antar atom dan bahkan antar molekul menentukan stabilitas antar komponen yang saling berikatan itu dan kemudian menentukan stabilitas struktur dan menentukan fungsi molekul apabila itu adalah molekul yang menyusun kehidupan.

Molekul Kehidupan

Molekul-molekul yang menyusun kehidupan dan karenanya disebut molekul biologi, yaitu molekul yang dapat dijumpai terdapat dalam suatu sel. Molekul-molekul tersebut adalah karbohidrat, protein, lemak, dan asam nukleat. Sel dapat membuat molekul-molekul. Hampir semua molekul yang dibuat sel (komponen dasar molekul biologi) terdiri atas sejumlah atom carbon yang saling berikatan dan berikatan dengan atom lain. Oleh karena itu, komponen yang mengandung atom carbon diketahui sebagai komponen organik. Jumlah atom carbon dalam suatu molekul biologi digunakan dasar pengelompokan molekul. Dengan kata lain keragaman molekul kehidupan didasarkan pada kenadungan atom carbon yang dimilikinya. Komponen organik memiliki kerangka atom carbon dan terikat pada kerangka tersebut adalah atom-atom yang membentuk suatu gugus fungsional, misalnya gugus alkohol, gugus amino, gugus aldehid, gugus keton, dll. Sel membuat molekul besar (makro molekul) dari molekul-molekul kecil dengan reaksi kimia.Molekul besar selain dibangun dengan reaksi kimia juga dihancurkan atau dipecah dengan reaksi kimia. Ada reaksi yang disebut sintesa dehidrasi yaitu sintesa molekul dengan cara menghilangkan molekul airnnya. Ada reaksi yang disebut hidrolisis, yaitu proses pemecahan molekul dengan air. Reaksi kimia terjadi pada sistem dalam organisme, baik intraseluler (dalam sel) atau ekstraseluler (di luar sel).

1. Karbohidrat

Karbohidrat adalah glukosa, fruktosa yang tergolong pada karbohidrat sederhana karena terdiri atas monosakarida. Molekul karbohidrat terbuat dari atom carbon dan air (CH2O). Ada yang disebut disakarida yaitu yang terdiri atas dua molekul monosakarida yang dibuat dalam tubuh, contohnya maltosa (terdiri atas glukosa dan glukosa), sukrosa yang terdiri atas glukosa dan fruktosa. Karbohidrat yang terdiri atas lebih dari dua monosakarida disebut polisakarida, yaitu rantai panjang gula contohnya adalah tepung, glikogen, selulosa dll. Hewan dapat menghidrolisa pati (tepung) menjadi glukosa dengan enzim, tetapi hewan tidak dapat mencernakan (menghidrolisa) selulosa.

2. Lemak

Umumnya lemak berupa molekul penyimpan energi. Lemak dibuat dari atom carbon dan hidrogen dengan sedikit oksigen. Lemak bersifat hidrofobik, yaitu tidak dapat bercampur dengan ari. Lemak tersusun atas polimer dari asam lemak dan gliserol/trigliserida. Ada lemak yang tidak jenuh yaitu asam lemak dan lemak yang memiliki ikatan rangkap. Lemah jenuh adalah lemak dengan jumlah hidrogen maksimum yang berperanan pada penyakit kardiovasculer dengan menyebabkan athreosclerosis atau plaque tertimbun pada permukaan dalam pembuluh darah. Ada lemak lain yang disebut fosfolipid (lipid dengan atom fosfat), malam, steroid (a.l kolesterol), anabolik steroid, dll.

3. Protein

Protein adalah molekul yang amat esensial untuk struktur dan aktivitas kehidupan (rambut, otot, antibodi, hormon, enzim). Protein tersusun atas 20 asam amino. Struktur umum protein berupa atom carbon alfa yang berikatan dengan atom hidrogen, gugus amino, gugus karboksil dan gugus lain yang bervariasi yang menyusun bagian asam amino. Asam amino terikat satu sama lain dengan ikatan peptida. Ikatan peptida dapat dipecah dengan hidrolisis. Struktur protein ada empat level yaitu struktur primer, sekunder, tersier, dan kuartener.

4. Asam Nukleat

Asam nukleat terdiri atas polimer nukleotida. Nukleotida adalah molekul yang terdiri atas gugus fosfat, gula beratom carbon (C) lima, dan basa nitrogen. Ada dua tipe asam nukleat yaitu deoxyribonucleic acid (DNA) atau asam deoksiribonukleat (ADN) dan ribonucleic acid (RNA) atau asam ribonukleat (ARN). Material genetik yang diturunkan organisme dari orang tuanya terdiri atas DNA. Dalam DNA terdapat gen, yaitu suatu rangkaian khusus molekul DNA yang memprogram urutan asam amino tertentu penyusun struktur primer protein. Dalam menentukan struktur primer protein, gen menentukan struktur tiga dimensinya, dan oleh karena itu menentukan fungsi protein. Jadi melalui aksi protein yang dihasilkan, DNA mengatur kehidupan sel dan organisme. Dalam melaksanakan fungsinya, DNA tidak bekerja secara langsung. Kerjanya melalui atau diperantarai oleh RNA. Informasi dalam DNA dipindahkan ke RNA (transkripsi) yang kemudian diterjemahkannya menjadi protein (translasi). Sama halnya dengan polisakarida dan polipeptida asam nukleat juga dibentuk dari monomernya melalui proses sintesa dehidrasi. Biasanya RNA memiliki untai tunggal, dan DNA memiliki untai ganda (Gambar 2.1)

Mikroskop

Sel ukurannya amat kecil dan pemahaman mengenai struktur sel perlu penggunaan mikroskop Ada bermacam-macam mikroskop: Mikroskop cahaya yang cahayanya dapat menembus obyek kemudian bayangannya dipindahkan ke mata pengamat dapat membesarkan hingga 1000-2000 kali. Mikroskop elektron scanning (Scanning electron microscope = SEM) dapat mengkompose gambar pada layar TV dari elektron-elektron yang memantul permukaan obyek. SEM terutama bagus untuk menunjukkan permukaan sel organisme dengan perbesaran tinggi hingga 10.000 – 20.000 kali. Mikroskop elektron transmisi (transmission electron microscope = TEM) yang dapat mengkompose gambar pada film dalam kamera bersar dari elektron-elektron yang telah berjalan melalui sayatan yang amat tipis dari suatu obyek dan mampu membesarkannya hingga 100.000 – 200.000 kali.

Ukuran Sel Bervariasi

Sel yang terpanjang adalah sel syaraf. Sel yang ukurannya terbesar adalah sel telur burung. Sel darah merah kita termasuk sel yang ukurannya amat kecil. Ukuran sel dibatasi hukum alam yang mengatur mengenai batas atas dan batas bawah ukuran sel Batas bawah (minimumnya) sel harus memuat cukup DNA, protein, molekul lain serta struktur internal untuk dapat survive dan bereproduksi. Batas bawah ukuran sel dibatasi jumlah total volume molekul-molekul dan organelnya untuk aktivitas sel. Maksimum ukuran sel dibatasi oleh kebutuhan yang cukup akan luas permukaan untuk memperoleh makanan cukup dari lingkungannya dan membuang sampah atau kotoran yang tidak dibutuhkan. Batas atas ukuran sel ditentukan oleh rasion tersebut karena plasma membran dari sel kecil dapat melayani sitoplasmanya yang bervolume kecil lebih mudah dibanding membran sel besar dengan volumenya besar. Sel yang besar memiliki luas permukaan yang lebih dibanding sel yang kecilSel yang besar memiliki rasio rendah antara luas permukaan dan volume dibandingkan sel yang kecil.

Jenis Sel

Ada dua jenis sel yaitu sel prokariot dan sel eukariot

Sel prokariot ukurannya relatif kecil dengan diameter setengah hingga satu mikro meter. Sel prokariot tidak memiliki membran nukleus atau inti. DNAnya kontak dengan sitoplasmanya secara tidak langsung. Dalam sitoplasmanya mengandung ribosom. Sel prokariot dibungkus plasma membran, dinding luar sel yang kompleks, pili, kadang-kadang berflagela. Sel eukariot ukurannya relatif besar, sekitar 10-100 mm (mikro meter). Bagian dalam sel eukariot sangat kompleks dengan organel-organel yang dibatasi membran maupun yang tidak dibatasi membran. Sel eukariot adalah sel yang memiliki inti sejati (eu = sejati; kariot = inti). Inti atau nukleus termasuk organel sel yang dibatasi membran. Organel lain yang dibatasi membran adalah endoplasmik retikulum, Golgi aparatus, mitokondria, microtubul, sentriol, flagela, dan sitoskeleleton. Sel eukariot hewan dibatasi oleh plasma membran saja, sering juga dengan flagela, tidak memiliki dinding sel. Sel eukariot tanaman dibatasi plasma membran dan dinding sel yang kaku, memiliki vakuola pusat, kloroplast, tidak mempunyai sentriol, biasanya tidak mempunyai flagela.