Sel
Dalam biologi, sel adalah kumpulan materi paling sederhana yang dapat hidup dan merupakan unit penyusun semua makhluk hidup.[1][2] Sel mampu melakukan semua aktivitas kehidupan dan sebagian besar reaksi kimia untuk mempertahankan kehidupan berlangsung di dalam sel.[3][4] Kebanyakan makhluk hidup tersusun atas sel tunggal,[5] atau disebut organisme uniseluler, misalnya bakteri dan ameba. Makhluk hidup lainnya, termasuk tumbuhan, hewan, dan manusia, merupakanorganisme multiseluler yang terdiri dari banyak tipe sel terspesialisasi dengan fungsinya masing-masing.[1] Tubuh manusia, misalnya, tersusun atas lebih dari 1013sel.[5] Namun demikian, seluruh tubuh semua organisme berasal dari hasilpembelahan satu sel. Contohnya, tubuh bakteri berasal dari pembelahan sel bakteri induknya, sementara tubuh tikus berasal dari pembelahan sel telur induknya yang sudah dibuahi.
Sel-sel
pada organisme multiseluler tidak akan bertahan lama jika masing-masing berdiri
sendiri.[1] Sel yang sama dikelompokkan menjadi jaringan,
yang membangunorgan dan kemudian sistem organ yang membentuk tubuh organisme
tersebut. Contohnya, sel otot jantung membentuk jaringan otot jantung pada organ jantung yang merupakan bagian dari sistem
organ peredaran darah pada tubuh manusia. Sementara itu, sel
sendiri tersusun atas komponen-komponen yang disebutorganel.[6]
Sel
terkecil yang dikenal manusia ialah bakteri Mycoplasma dengan diameter 0,0001 sampai 0,001 mm,[7] sedangkan salah satu sel tunggal yang
bisa dilihat dengan mata telanjang ialah telur ayamyang belum dibuahi.
Akan tetapi, sebagian besar sel berdiameter antara 1 sampai 100 µm (0,001–0,1 mm) sehingga hanya
bisa dilihat dengan mikroskop.[8] Penemuan dan kajian awal tentang sel
memperoleh kemajuan sejalan dengan penemuan dan penyempurnaan mikroskop pada abad ke-17. Robert Hookepertama
kali mendeskripsikan dan menamai sel pada tahun 1665 ketika ia mengamati suatu
irisan gabus (kulit batang pohon ek) dengan mikroskop yang
memiliki perbesaran 30 kali.[4] Namun demikian, teori sel sebagai unit
kehidupan baru dirumuskan hampir dua abad setelah itu oleh Matthias Schleiden dan Theodor
Schwann. Selanjutnya, sel dikaji dalam cabang biologi yang disebut biologi sel.
Perkembangan biologi sel
Antara tahun 1875 dan 1895, terjadi
berbagai penemuan mengenai fenomena seluler dasar, seperti mitosis, meiosis,
danfertilisasi, serta berbagai organel penting, seperti mitokondria, kloroplas, dan badan
Golgi.[22] Lahirlah bidang yang mempelajari sel, yang saat itu
disebut sitologi.
Perkembangan teknik baru,
terutama fraksinasi sel dan mikroskopi elektron,
memungkinkan sitologi dan biokimia melahirkan bidang baru yang disebut biologi
sel.[23] Pada tahun 1960, perhimpunan ilmiah American Society for
Cell Biology didirikan diNew
York, Amerika
Serikat, dan tidak lama setelahnya, jurnal
ilmiah Journal of Biochemical and Biophysical Cytologyberganti nama
menjadi Journal of Cell Biology.[24] Pada akhir dekade 1960-an, biologi sel telah menjadi
suatu disiplin ilmuyang
mapan, dengan perhimpunan dan publikasi ilmiahnya sendiri serta memiliki misi
mengungkapkan mekanisme fungsi organel sel.[25]
Struktur
Semua
sel dibatasi oleh suatu membran yang disebut membran plasma, sementara
daerah di dalam sel disebut sitoplasma.[26] Setiap sel, pada tahap tertentu dalam
hidupnya, mengandung DNA sebagai
materi yang dapat diwariskan dan mengarahkan aktivitas sel tersebut.[27] Selain itu, semua sel memiliki
struktur yang disebut ribosom yang berfungsi dalam pembuatan protein yang akan digunakan sebagai katalis pada berbagai reaksi kimia dalam sel
tersebut.[5]
Setiap organisme tersusun atas salah satu dari dua
jenis sel yang secara struktur berbeda: sel prokariotik atau seleukariotik.
Kedua jenis sel ini dibedakan berdasarkan posisi DNA di
dalam sel; sebagian besar DNA pada eukariota terselubung membran organel yang
disebut nukleus atau inti sel, sedangkan prokariota
tidak memiliki nukleus. Hanyabakteri dan arkea yang memiliki sel prokariotik,
sementara protista, tumbuhan, jamur, dan hewan memiliki sel eukariotik.[7]
Sel
prokariota
Pada sel prokariota (dari bahasa Yunani, pro, 'sebelum' dankaryon,
'biji'), tidak ada membran yang memisahkan DNA dari
bagian sel lainnya, dan daerah tempat DNA terkonsentrasi di sitoplasma disebut nukleoid.[7] Kebanyakan prokariota merupakan organisme uniseluler dengan sel berukuran kecil
(berdiameter 0,7–2,0 µm dan volumenya sekitar 1 µm3) serta
umumnya terdiri dari selubung sel, membran sel, sitoplasma, nukleoid, dan
beberapa struktur lain.[28]
Hampir semua sel
prokariotik memiliki selubung sel di luar membran selnya. Jika selubung
tersebut mengandung suatu lapisan kaku yang terbuat dari karbohidrat atau kompleks karbohidrat-protein, peptidoglikan,
lapisan itu disebut sebagaidinding sel. Kebanyakan bakteri memiliki suatu membran luar yang
menutupi lapisan peptidoglikan, dan ada pula bakteri yang memiliki selubung sel
dari protein.
Sementara itu, kebanyakan selubung sel arkea berbahan protein, walaupun ada juga
yang berbahan peptidoglikan. Selubung sel prokariota mencegah sel pecah akibat tekanan
osmotik pada
lingkungan yang memiliki konsentrasi lebih rendah daripada isi sel.[29]
Sejumlah
prokariota memiliki struktur lain di luar selubung selnya. Banyak jenis bakteri
memiliki lapisan di luar dinding sel yang disebut kapsul yang membantu sel bakteri melekat pada
permukaan benda dan sel lain. Kapsul juga dapat membantu sel bakteri menghindar
dari sel kekebalan
tubuh manusia jenis
tertentu. Selain itu, sejumlah bakteri melekat pada permukaan benda dan sel
lain dengan benang protein yang disebut pilus (jamak: pili) dan fimbria (jamak: fimbriae). Banyak jenis
bakteri bergerak menggunakan flagelum (jamak: flagela) yang melekat pada
dinding selnya dan berputar seperti motor.[30]
Prokariota umumnya
memiliki satu molekul DNA dengan struktur lingkar yang terkonsentrasi pada
nukleoid. Selain itu, prokariota sering kali juga memiliki bahan genetik
tambahan yang disebut plasmid yang juga berstruktur DNA lingkar.
Pada umumnya, plasmid tidak dibutuhkan oleh sel untuk pertumbuhan meskipun
sering kali plasmid membawa gen tertentu yang memberikan keuntungan tambahan
pada keadaan tertentu, misalnya resistansi terhadap antibiotik.[31]
Prokariota juga
memiliki sejumlah protein struktural yang disebut sitoskeleton,
yang pada mulanya dianggap hanya ada pada eukariota.[32] Protein skeleton tersebut meregulasi pembelahan
sel dan berperan
menentukan bentuk sel.[33]
Sel
eukariota
Gambaran
umum sel tumbuhan.
Gambaran
umum sel hewan.
Tidak seperti prokariota,
sel eukariota (bahasa Yunani, eu, 'sebenarnya' dan karyon) memilikinukleus.
Diameter sel eukariota biasanya 10 hingga 100 µm, sepuluh kali lebih besar
daripada bakteri. Sitoplasma eukariota adalah daerah di antara
nukleus dan membran sel.
Sitoplasma ini terdiri dari medium semicair yang disebut sitosol,
yang di dalamnya terdapatorganel-organel dengan
bentuk dan fungsi terspesialisasi serta sebagian besar tidak dimiliki
prokariota.[7] Kebanyakan organel dibatasi oleh satu
lapis membran, namun ada pula yang dibatasi oleh dua membran, misalnya nukleus.
Selain nukleus,
sejumlah organel lain dimiliki hampir semua sel eukariota, yaitu (1)mitokondria,
tempat sebagian besarmetabolisme energi
sel terjadi; (2) retikulum endoplasma, suatu jaringan
membran tempat sintesis glikoprotein danlipid; (3) badan Golgi,
yang mengarahkan hasil sintesis sel ke tempat tujuannya; serta (4) peroksisom,
tempat perombakan asam lemak dan asam amino. Lisosom,
yang menguraikan komponen sel yang rusak dan benda asing yang dimasukkan oleh
sel, ditemukan pada sel hewan, tetapi tidak pada
sel tumbuhan. Kloroplas,
tempat terjadinya fotosintesis,
hanya ditemukan pada sel-sel tertentu daun tumbuhan dan sejumlah organisme uniseluler. Baik sel tumbuhan
maupun sejumlah eukariota uniseluler memiliki satu atau lebih vakuola,
yaitu organel tempat menyimpan nutrien dan limbah serta tempat terjadinya
sejumlah reaksi penguraian.[34]
Jaringan protein
serat sitoskeleton mempertahankan bentuk sel dan
mengendalikan pergerakan struktur di dalam sel eukariota.[34] Sentriol,
yang hanya ditemukan pada sel hewan di dekat nukleus, juga terbuat dari
sitoskeleton.[35]
Dinding sel yang kaku, terbuat dari selulosa dan polimer lain, mengelilingi sel tumbuhan dan membuatnya
kuat dan tegar.Fungi juga memiliki dinding sel, namun
komposisinya berbeda dari dinding sel bakteri maupun tumbuhan.[34] Di antara dinding sel tumbuhan yang
bersebelahan terdapat saluran yang disebut plasmodesmata.[36]
Komponen
subseluler
Membran
Membran sel yang membatasi sel disebut sebagai
membran plasma dan berfungsi sebagai rintangan selektif yang memungkinkan
aliran oksigen,
nutrien, dan limbah yang cukup untuk melayani seluruh volume sel.[7] Membran sel juga berperan dalam
sintesis ATP,pensinyalan
sel, dan adhesi sel.
Membran
sel berupa lapisan sangat tipis yang terbentuk dari molekul lipid dan protein.
Membran sel bersifat dinamik dan kebanyakan molekulnya dapat bergerak di
sepanjang bidang membran. Molekul lipid membran tersusun dalam dua lapis dengan
tebal sekitar 5 nm yang menjadi penghalang bagi
kebanyakan molekul hidrofilik.
Molekul-molekul protein yang menembus lapisan ganda lipid tersebut berperan
dalam hampir semua fungsi lain membran, misalnya mengangkut molekul tertentu
melewati membran. Ada pula protein yang menjadi pengait struktural ke sel lain,
atau menjadi reseptor yang
mendeteksi dan menyalurkan sinyal kimiawi dalam lingkungan sel. Diperkirakan
bahwa sekitar 30% protein yang dapat disintesis sel hewan merupakan protein
membran.[37]
Nukleus
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.[38] Kebanyakan sel memiliki satu nukleus,[39]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.[40]
Selubung
nukleus melingkupi nukleus dan memisahkan isinya (yang disebutnukleoplasma)
dari sitoplasma.
Selubung ini terdiri dari dua membran yang masing-masing merupakan lapisan
ganda lipid dengan protein terkait. Membran luar dan dalam selubung nukleus
dipisahkan oleh ruangan sekitar 20–40 nm. Selubung nukleus memiliki
sejumlah pori yang berdiameter sekitar 100 nm dan pada bibir setiap pori,
kedua membran selubung nukleus menyatu.[38]
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.[38]
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.[38]
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.[38]
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.[38] 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.[41]
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 sepertilisosom,
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.[38]
Sistem
endomembran
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 bentukvesikel (gelembung yang dibungkus membran)
kecil. Sistem endomembran mencakup selubung nukleus,retikulum endoplasma, badan Golgi, lisosom,
berbagai jenis vakuola,
dan membran plasma.[38] 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.[42]
Retikulum endoplasma[sunting | sunting sumber]
Retikulum endoplasma merupakan perluasan selubung nukleus
yang terdiri dari jaringan (reticulum =
'jaring kecil') saluran bermembran dan vesikel yang saling terhubung. Terdapat dua
bentuk retikulum endoplasma, yaitu retikulum endoplasma kasar dan retikulum
endoplasma halus.[42]
Retikulum
endoplasma 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 retikulum endoplasma kasar.
Protein yang terbentuk akan terdorong ke bagian dalam retikulum endoplasma yang
disebut lumen.[43]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
retikulum endoplasma, 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.
Retikulum
endoplasma halus tidak memiliki ribosom pada permukaannya. Retikulum endoplasma
halus berfungsi, misalnya, dalam sintesis lipid komponen membran sel. Dalam jenis sel
tertentu, misalnya sel hati, membran retikulum
endoplasma 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.[42]
Badan Golgi
Badan Golgi (dinamai menurut nama penemunya, Camillo Golgi)
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.[42]
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 dipilah-pilah agar nantinya dapat dikirim
ke tujuannya masing-masing.[43]
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.[42]
Lisosom[sunting | sunting
sumber]
Lisosom pada sel hewan merupakan 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.[42]
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.[42]
Vakuola[sunting | sunting
sumber]
Kebanyakan fungsi lisosom sel hewan dilakukan oleh vakuola pada sel tumbuhan. Membran vakuola, yang merupakan bagian dari
sistem endomembran, disebut tonoplas.
Vakuola berasal dari kata bahasa Latin vacuolum yang berarti 'kosong' dan dinamai
demikian karena organel ini tidak memiliki struktur internal.
Umumnya vakuola lebih besar daripada vesikel,
dan kadang kala terbentuk dari gabungan banyak vesikel.[44]
Sel tumbuhan muda
berukuran kecil dan mengandung banyak vakuola kecil yang kemudian bergabung membentuk
suatu vakuola sentral seiring dengan penambahan air ke dalamnya. Ukuran sel tumbuhan
diperbesar dengan menambahkan air ke dalam vakuola sentral tersebut. Vakuola
sentral juga mengandung cadangan makanan, garam-garam, pigmen, dan
limbah metabolisme. Zat yang beracun bagi herbivora dapat pula disimpan dalam vakuola
sebagai mekanisme pertahanan. Vakuola juga berperan penting dalam
mempertahankan tekanan
turgor tumbuhan.[44]
Vakuola memiliki
banyak fungsi lain dan juga dapat ditemukan pada sel hewan dan protista uniseluler. Kebanyakanprotozoa memiliki vakuola makanan, yang
bergabung dengan lisosom agar makanan di dalamnya dapat dicerna. Beberapa jenis
protozoa juga memiliki vakuola kontraktil, yang mengeluarkan kelebihan air dari
sel.[44]
Mitokondria
Sebagian besar sel eukariota mengandung banyakmitokondria,
yang menempati sampai 25 persen volumesitoplasma. Organel ini termasuk organel yang besar,
secara umum hanya lebih kecil dari nukleus, vakuola,
dan kloroplas.[45]Nama
mitokondria berasal dari penampakannya yang sepertibenang (bahasa Yunani mitos, 'benang') di bawah mikroskop
cahaya.[46]
Organel ini
memiliki dua macam membran,
yaitu membran luar dan membran dalam, yang dipisahkan oleh ruang antarmembran.
Luas permukaan membran dalam lebih besar daripada membran luar karena memiliki
lipatan-lipatan, ataukrista, yang menyembul ke dalam matriks, atau ruang dalam mitokondria.[45]
Mitokondria adalah
tempat berlangsungnya respirasi
seluler, yaitu suatu proses kimiawi yang memberi energi pada sel.[47]Karbohidrat dan lemak merupakan contoh molekul makanan
berenergi tinggi yang dipecah menjadi air dan karbon
dioksidaoleh reaksi-reaksi di dalam mitokondria, dengan pelepasan
energi. Kebanyakan energi yang dilepas dalam proses itu ditangkap oleh molekul
yang disebut ATP. Mitokondria-lah yang menghasilkan sebagian
besar ATP sel.[42] Energi kimiawi ATP nantinya dapat
digunakan untuk menjalankan berbagai reaksi kimia dalam sel.[44] Sebagian besar tahap pemecahan molekul
makanan dan pembuatan ATP tersebut dilakukan oleh enzim-enzim yang terdapat di dalam krista dan
matriks mitokondria.[45]
Mitokondria
memperbanyak diri secara independen dari keseluruhan bagian sel lain.[46] Organel ini memiliki DNA sendiri yang menyandikan sejumlah protein mitokondria, yang dibuat pada ribosomnya sendiri yang serupa dengan ribosomprokariota.[44]
Kloroplas
Kloroplas merupakan salah satu jenis organel yang disebutplastid pada tumbuhan dan alga.[36] Kloroplas mengandungklorofil, pigmen hijau yang menangkap energi cahaya
untukfotosintesis,
yaitu serangkaian reaksi yang mengubah energi cahaya menjadi energi kimiawi
yang disimpan dalam molekulkarbohidrat dan senyawa
organik lain.[48]
Satu sel alga
uniseluler dapat memiliki satu kloroplas saja, sementara satu sel daun dapat memiliki 20 sampai 100
kloroplas. Organel ini cenderung lebih besar daripadamitokondria,
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.[48] 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.[49]
Sama seperti
mitokondria, kloroplas juga memiliki DNA dan ribosomnya sendiri serta tumbuh dan memperbanyak
dirinya sendiri.[44] Kedua organel ini juga dapat
berpindah-pindah tempat di dalam sel.[49]
Peroksisom
Peroksisom berukuran mirip dengan lisosom dan dapat ditemukan dalam semua sel eukariota.[50] Organel ini dinamai demikian karena
biasanya mengandung satu atau lebih enzim yang terlibat dalam reaksi oksidasi menghasilkan hidrogen peroksida (H2O2).[51] Hidrogen peroksida merupakan bahan
kimia beracun, namun di dalam peroksisom senyawa ini digunakan untuk reaksi
oksidasi lain atau diuraikan menjadi air dan oksigen.
Salah satu tugas peroksisom adalah mengoksidasi asam lemak panjang menjadi lebih pendek yang
kemudian dibawa ke mitokondria untuk oksidasi sempurna.[50] Peroksisom pada sel hati dan ginjal juga mendetoksifikasi berbagai molekul
beracun yang memasuki darah, misalnyaalkohol.
Sementara itu, peroksisom pada biji tumbuhan berperan penting mengubah
cadangan lemak biji menjadikarbohidrat yang digunakan dalam tahap perkecambahan.[51]
Sitoskeleton
Sitoskeleton eukariota terdiri dari tiga jenis serat protein,
yaitu mikrotubulus, filamen intermediat, dan mikrofilamen.[52] Protein sitoskeleton yang serupa dan
berfungsi sama dengan sitoskeleton eukariota ditemukan pula pada prokariota.[33]Mikrotubulus
berupa silinder berongga yang memberi bentuk sel, menuntun gerakanorganel,
dan membantu pergerakan kromosom pada saat pembelahan
sel. Silia danflagela 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 pseudopodiauntuk
pergerakan sel ameba, dan aliran bahan di
dalam sitoplasma sel tumbuhan.[53]
Sejumlah protein motor menggerakkan berbagai organel di
sepanjang sitoskeleton eukariota. Secara umum, protein motor dapat digolongkan
dalam tiga jenis, yaitukinesin, dinein, dan miosin. Kinesin
dan dinein bergerak pada mikrotubulus, sementara miosin bergerak pada
mikrofilamen.[54]
Komponen
ekstraseluler
Sel-sel hewan dan tumbuhan disatukan sebagai jaringan terutama oleh matriks ekstraseluler, yaitu jejaring
kompleks molekul yang disekresikan sel dan berfungsi utama membentuk
kerangka pendukung. Terutama pada hewan, sel-sel pada kebanyakan jaringan
terikat langsung satu sama lain melalui sambungan sel.[55]
Matriks
ekstraseluler hewan
Matriks ekstraseluler sel hewan berbahan penyusun utama glikoprotein (protein yang berikatan dengan karbohidratpendek),
dan yang paling melimpah ialah kolagen yang membentuk serat kuat di bagian
luar sel. Serat kolagen ini tertanam dalam jalinan tenunan yang terbuat dari proteoglikan,
yang merupakan glikoprotein kelas lain[56] Variasi jenis dan susunan molekul
matriks ekstraseluler menimbulkan berbagai bentuk, misalnya keras seperti
permukaan tulang dan gigi, transparan seperti kornea mata, atau berbentuk seperti tali kuat
pada otot. Matriks
ekstraseluler tidak hanya menyatukan sel-sel tetapi juga memengaruhi perkembangan, bentuk, dan perilaku sel.[57]
Dinding sel tumbuhan[sunting | sunting
sumber]
Dinding sel tumbuhan merupakan matriks ekstraseluler yang menyelubungi tiap sel tumbuhan.[58] 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.[59]
Sambungan antarsel[sunting | sunting
sumber]
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), dan (3) sambungan pengomunikasi (communicating 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.[60]
Fungsi
Metabolisme
Keseluruhan reaksi kimia yang membuat makhluk hidup mampu melakukan aktivitasnya disebut metabolisme,[61] dan sebagian besar reaksi kimia
tersebut terjadi di dalam sel.[3] Metabolisme yang terjadi di dalam sel
dapat berupa reaksikatabolik, yaitu perombakan senyawa kimia untuk
menghasilkan energi maupun untuk dijadikan bahan
pembentukan senyawa lain, dan reaksi anabolik,
yaitu reaksi penyusunan komponen sel.[62] Salah satu proses katabolik yang
merombak molekul makanan untuk menghasilkan energi di dalam sel ialah respirasi
seluler, yang sebagian besar berlangsung di dalammitokondria eukariota atau sitosol prokariota dan menghasilkan ATP. Sementara itu, contoh
proses anabolik ialah sintesis
protein yang
berlangsung pada ribosom dan membutuhkan ATP.
Komunikasi
sel
Kemampuan sel
untuk berkomunikasi, yaitu menerima dan mengirimkan 'sinyal' dari dan kepada
sel lain, menentukan interaksi antarorganisme uniseluler serta mengatur fungsi dan perkembangan tubuh organisme multiseluler. Misalnya,bakteri berkomunikasi satu sama lain dalam
proses quorum
sensing (pengindraan
kuorum) untuk menentukan apakah jumlah mereka sudah cukup sebelum membentuk biofilm,
sementara sel-sel dalam embrio hewan berkomunikasi untuk koordinasi
proses diferensiasi menjadi berbagai jenis sel.
Komunikasi sel
terdiri dari proses transfer sinyal antarsel dalam bentuk molekul (misalnya hormon) atau
aktivitas listrik,
dan transduksi sinyal di dalam sel target ke molekul yang menghasilkan respons
sel. Mekanisme transfer sinyal dapat terjadi dengan kontak antarsel (misalnya
melalui sambungan
pengomunikasi), penyebaran molekul sinyal ke sel yang berdekatan,
penyebaran molekul sinyal ke sel yang jauh melalui saluran (misalnya pembuluh
darah), atau perambatan sinyal listrik ke sel yang jauh (misalnya
pada jaringan otot polos). Selanjutnya, molekul sinyal
menembus membran secara langsung, lewat melalui kanal
protein, atau melekat pada reseptor berupa protein transmembran pada permukaan
sel target dan memicu transduksi sinyal di dalam sel. Transduksi sinyal ini
dapat melibatkan sejumlah zat yang disebut pembawa pesan kedua (second
messenger) yang konsentrasinya meningkat setelah pelekatan molekul sinyal
pada reseptor dan yang nantinya meregulasi aktivitas protein lain di dalam sel.
Selain itu, transduksi sinyal juga dapat dilakukan oleh sejumlah jenis protein
yang pada akhirnya dapat memengaruhi metabolisme, fungsi, atau perkembangan
sel.[63][64]
Siklus sel[sunting | sunting sumber]
Video
yang dipercepat menggambarkan pembelahan sel bakteri E. coli
Setiap sel berasal
dari pembelahan
sel sebelumnya, dan
tahap-tahap kehidupan sel antara pembelahan sel ke pembelahan sel berikutnya
disebut sebagai siklus sel.[65] Pada kebanyakan sel, siklus ini
terdiri dari empat proses terkoordinasi, yaitu pertumbuhan sel, replikasi DNA,
pemisahan DNA yang sudah digandakan ke dua calon sel anakan, serta pembelahan
sel.[66] Pada bakteri,
proses pemisahan DNA ke calon sel anakan dapat terjadi bersamaan dengan
replikasi DNA, dan siklus sel yang berurutan dapat bertumpang tindih. Hal ini
tidak terjadi pada eukariota yang siklus selnya terjadi dalam empat
fase terpisah sehingga laju pembelahan sel bakteri dapat lebih cepat daripada
laju pembelahan sel eukariota.[67] Pada eukariota, tahap pertumbuhan sel umumnya
terjadi dua kali, yaitu sebelum replikasi DNA (disebut fase G1, gap 1) dan sebelum pembelahan sel (fase
G2). Siklus sel bakteri tidak wajib memiliki fase G1,
namun memiliki fase G2 yang
disebut periode D. Tahap replikasi DNA pada eukariota disebut fase S (sintesis), atau pada bakteri
ekuivalen dengan periode C. Selanjutnya, eukariota memiliki tahap pembelahan nukleus yang disebut fase M (mitosis).
Peralihan
antartahap siklus sel dikendalikan oleh suatu perlengkapan pengaturan yang
tidak hanya mengoordinasi berbagai kejadian dalam siklus sel, tetapi juga
menghubungkan siklus sel dengan sinyal
ekstrasel yang
mengendalikan perbanyakan sel. Misalnya, sel hewan pada fase G1 dapat berhenti dan tidak beralih ke
fase S bila tidak ada faktor pertumbuhan tertentu, melainkan memasuki keadaan
yang disebut fase G0 dan
tidak mengalami pertumbuhan maupun perbanyakan. Contohnya adalah sel fibroblas yang hanya membelah diri untuk
memperbaiki kerusakan tubuh akibat luka.[66] Jika pengaturan siklus sel terganggu,
misalnya karena mutasi, risiko
pembentukan tumor—yaitu perbanyakan
sel yang tidak normal—meningkat dan dapat berpengaruh pada pembentukan kanker.[68]
Diferensiasi sel
Diferensiasi
sel menciptakan
keberagaman jenis sel yang muncul selama perkembangan suatu organisme multiseluler dari sebuah sel telur yang sudah
dibuahi. Misalnya, mamalia yang berasal dari sebuah sel
berkembang menjadi suatu organisme dengan ratusan jenis sel berbeda seperti otot, saraf, dan kulit.[69] Sel-sel dalam embrio yang sedang berkembang melakukan pensinyalan
sel yang memengaruhi ekspresi gen sel dan menyebabkan diferensiasi
tersebut.[70]
Kematian sel terprogram
Sel dalam organisme multiseluler dapat mengalami suatu kematian
terprogram yang berguna untuk pengendalian populasi sel dengan cara mengimbangi
perbanyakan sel, misalnya untuk mencegah munculnya tumor. Kematian sel juga
berguna untuk menghilangkan bagian tubuh yang tidak diperlukan. Contohnya, pada
saat pembentukan embrio,
jari-jari pada tangan atau kaki manusia pada mulanya saling menyatu, namun
kemudian terbentuk berkat kematian sel-sel antarjari. Dengan demikian, waktu
dan tempat terjadinya kematian sel, sama seperti pertumbuhan dan pembelahan
sel, merupakan proses yang sangat terkendali. Kematian sel semacam itu terjadi
dalam proses yang disebut apoptosis yang dimulai ketika suatu faktor
penting hilang dari lingkungan sel atau ketika suatu sinyal internal diaktifkan. Gejala awal
apoptosis ialah pemadatannukleus dan
fragmentasi DNA yang diikuti oleh penyusutan sel.[71]
Kajian tentang sel[sunting | sunting sumber]
Biologi sel modern berkembang dari integrasi
antara sitologi, yaitu kajian tentang struktur sel, dan biokimia,
yaitu kajian tentang molekul dan proses kimiawi metabolisme. Mikroskop merupakan peralatan yang paling
penting dalam sitologi, sementara pendekatan biokimia yang disebut fraksinasi
sel juga telah menjadi
sangat penting dalam biologi sel.[72]
Mikroskopi
Silia pada permukaan
sel bagian dalam trakea mamalia dilihat
dengan SEM (perbesaran 10.000 kali pada berkas aslinya).
Mikroskop berperan dalam kajian tentang sel
sejak awal penemuannya. Jenis mikroskop yang digunakan para ilmuwan Renaisans dan yang kini masih banyak digunakan
di laboratorium ialah mikroskop
cahaya. Cahaya tampak dilewatkan menembus spesimen dan
kemudian lensa kaca yang merefraksikan cahaya sedemikian rupa sehingga citra
spesimen tersebut diperbesar ketika diproyeksikan ke mata pengguna mikroskop.
Namun demikian, mikroskop cahaya memiliki batas daya urai, yaitu tidak mampu
menguraikan perincian yang lebih halus dari kira-kira 0,2 µm (ukuran bakteri kecil). Pengembangan teknik penggunaan
mikroskop cahaya sejak awal abad ke-20 melibatkan usaha untuk meningkatkan
kontras, misalnya dengan pewarnaan atau pemberian zat fluoresen.
Selanjutnya, biologi selmengalami
kemajuan pesat dengan penemuan mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron sebagai pengganti cahaya tampak dan
dapat memiliki resolusi (daya urai) sekitar 2 nm. Terdapat dua jenis dasar
mikroskop elektron, yaitu mikroskop elektron transmisi (transmission
electron microscope, TEM) dan mikroskop elektron payar (scanning
electron microscope, SEM). TEM terutama digunakan untuk mengkaji struktur
internal sel, sementara SEM sangat berguna untuk melihat permukaan spesimen
secara rinci.[72]
Fraksinasi sel
Fraksinasi
sel ialah teknik untuk
memisahkan bagian-bagian sel. Secara umum, teknik ini melibatkan homogenisasi,
yaitu pemecahan sel secara halus dengan bantuan blender atau alat ultrasuara, dan sentrifugasi,
yaitu pemisahan komponen-komponen sel oleh gaya
sentrifugal dalam alat sentrifuge,
alat seperti komidi putar untuk tabung reaksi yang dapat
berputar pada berbagai kecepatan. Sentrifuge yang paling canggih, yang disebut
ultrasentrifuge, dapat berputar secepat 80.000rotasi per
menit (rpm) dan
memberikan gaya pada partikel-partikel sampel hingga 500.000 kali gaya
gravitasi bumi (500.000g). Pemutaran homogenat di dalam sentrifuge akan
memisahkan bagian-bagian sel ke dalam dua fraksi, yaitu pelet, yang terdiri
atas struktur-struktur lebih besar yang terkumpul di bagian bawah tabung
sentrifuge, dan supernatan, yang terdiri atas bagian-bagian sel yang lebih
kecil yang tersuspensi dalam cairan di atas pelet tersebut. Supernatan ini
disentrifugasi kembali dan prosesnya diulangi, dengan kecepatan putaran yang
semakin tinggi pada setiap tahap, sehingga komponen sel yang semakin lama
semakin kecil terkumpul dalam pelet yang berurutan.[72]
0 komentar:
Posting Komentar