1
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu mengadakan pengamatan, merencanakan dan melaksanakan percobaan tentang konsep hidup, menginterpretasi serta mengkomunikasikan hasil pengamatannya. Beberapa Teori tentang Asal-usul Kehidupan 1. Teori Abiogenesis atau Teori Generatio Spontanea Teori ini dikemukakan oleh Aristoteles (384 – 322 SM) (seorang bangsa Yunani). Dia berpendapat bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati. Teori Abiogenesis ini didukung oleh Anthoni Van Leeuwenhoek (1632 - 1723), dengan mikroskop ciptaannya ia dapat melihat adanya bentuk makhluk hidup yang sangat kecil ukurannya (mikroorganisme) yang diambil dari air hujan dan tempat merendam jerami. Berdasarkan penelitiannya tersebut, Anthoni Van Leeuwenhoek berpendapat bahwa mikroorganisme tersebut berasal dari air. Teori ini juga dianut oleh Needham seorang ahli ilmu pengetahuan bangsa Irlandia yang mengadakan eksperimen dengan merebus sekerat daging. Percobaan Needham adalah sebagai berikut : Sekerat daging direbus, kemudian air rebusan (kaldu) disimpan dalam tempat terbuka. Setelah beberapa hari air kaldu tersebut akan menjadi keruh (terdapat mikroorganisme). Dari percobaan itu Needham berkesimpulan bahwa terdapatnya mikroorganisme terjadi dari air kaldu (benda mati). 2. Teori Biogenesis Teori biogenesis menyebutkan bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk hidup juga. Beberapa ahli yang meganut teori biogenesis antara lain : a. Lazzaro Spallanzani (1729 – 1799) Spallanzani seorang filosof berkebangsaan Italia membantah pendapat Aristoteles dan Needham. Dia mengatakan bahwa perebusan daging yang yang dilakukan Needham 3tidak sempurna, sehingga masih memungkinkan untuk hidupnya mikroorganisme. Dalam percobaannya, Lazzaro Spallanzani merebus daging sampai beberapa jam lamanya. Kemudian air kaldu dimasukkan ke dalam beberapa botol/tabung. Sebagian tabung ditutup rapat-rapat dan sebagian dibiarkan terbuka. Hasil percobaan itu menunjukkan bahwa pada tabung yang tertutup rapat-rapat tidak ditemukan adanya mikroorganisme, sedangkan pada tabung yang terbuka terdapat adanya mikroorganisme. Dari percobaan tersebut Lazzaro Spallanzani berkesimpulan bahwa adanya mikroorganisme pada tabung yang terbuka berasal
dari udara dan bahwa pada tabung yang tertutup rapat-rapat tidak terdapat mikroorganisme ini berarti bahwa mikroorganisme bukan berasal dari air kaldu (benda mati). b. Fransisco Redi (1626 – 1697) Fransisco Redi seorang ahli ilmu pengetahuan berkebangsaan Italia, yang mengadakan percobaan sebagai berikut :
2 - Dalam percobaan ini digunakan tiga buah stoples atau yabung kaca yang diisi dengan beberapa kerat daging. - Kemudian masing-masing stoples diberi nomor I, II, dan III. Stoples I : Diisi dengan sekerat daging, ditutup rapat-rapat sehingga berhubungan dengan udara luar. Stoples II : Diisi sekerat daging, dan ditutup dengan kain kasa atau kain kelambu. Stoples III : Diisi sekerat daging dan dibiarkan terbuka. Sesudah beberapa hari maka akan terlihat bahwa : Stoples I : tidak ditemukan adanya larva. Stoples II : tidak ditemukan adanya larva. Walaupun ditutup dengan kain kasa dan dapat berhubungan dengan udara luar, tetapi lalat tidak dapat masuk. Stoples III : ditemukan adanya larva, karena lalat dapat masuk. Kesimpulan percobaan Redi yaitu bahwa adanya larva (kehidupan) yang terdapat pada daging yang membusuk bukan berasal dari keratan daging yang merupakan benda mati, tetapi berasal dari lalat yang masuk dan bertelur pada keratan daging. Beberapa orang tetap berkeberatan terhadap hasil eksperimen Redi dan Spallanzani, mereka itu berpendapat bahwa untuk dapat timbul kehidupan secara serta merta dari benda mati, diperlukan adanya gaya hidup, dan gaya hidup ini pada percobaan Spallanzani tersebut tidak dapat melakukan fungsinya karena botol atau tabung percobaan tertutup rapat-rapat. c. Louis Pasteur (1822 – 1895) Louis Pasteur berkebangsaan Perancis berusaha memperbaiki metode Spallanzani dengan menggunakan bentuk tabung kaca untuk menutup labu-labu yang berbentuk melengkung seperti leher angsa atau huruf S. Sehingga labu tersebut walaupunn tertutup masih berhubungan dengan udara luar. Percobaan Pasteur I. 1. Dalam percobaan ini digunakan labu yang ditutup dengan pipa yang berbentuk leher angsa (huruf S). 2. Labu diisi dengan air kaldu, kemudian disterilkan dengan cara dipanaskan.
3. Labu didinginkan selama beberapa hari. Setelah diamati ternyata air kaldu di dalam labu itu tetap jernih dan tidak ditemukan adanya mikroorganisme. Ini menunjukkan dengan pemanasan maka mikroorganiesme yang dapat tumbuhb dalam air kaldu akan mati dan udara bebas yang mengandung mikroorganisme tidak dapat masuk ke dalam labu sebab terhalang oleh adanya pipa yang berbentuk leher angsa itu. II. 1. Labu dimiringkan sehingga air kaldu di dalamnya mencapai ujung pipa yang berbentuk leher angsa tersebut, sehingga air kaldu itu berhubungan dengan udara luar, kemudian dibiarkan beberapa hari. 2. Ternyata setelah diteliti air kaldu terlihat keruh yang menunjukkan adanya mikroorganisme. Pasteur berkesimpulan bahwa mikroorganisme yang
3 tumbuh di dalam air kaldu itu bukan berasal dari benda mati (air kaldu), tetapi berasal dari mikroorganisme yang terdapat di udara bebas. Dengan percobaan Pasteur ini maka gagallah teori Generatio Spontanea. Kemudian timbul pendapat : Omne vivum ex ovo (kehidupan/semua yang hidup berasal dari telur). Omne ovum ex vivo (semua telur berasal dari makhluk hidup) Ini berarti dapat disimpulkan : 1. Kehidupan berasal dari telur dan telur dihasilkan makhluk hidup. 2. Makhluk yang hidup sekarang berasal dari kehidupan sebelumnya. 3. Makhluk hidup berasal dari makhluk hidup juga. 3. Konsep tentang hidup menurut biologi modern. Beberapa ahli berpendapat bahwa kehidupan mula-mula yang timbul di bumi adalah akibat reaksi-reaksi kimia. Molekul-molekul yang terdapat di dalam lautan, dengan suhu yang tinggi memungkinkan terjadinya zat hidup. Tetapi ahli lainnya berpendapat bahwa tempat pertama terjadinya kehidupan adalah di atmosfer. - Teori Harold Urey Harold Urey adalah seorang ahli kimia dari Amerika Serikat. Dia berpendapat bahwa atmosfer bumi pada suatu saat kaya akan molekul-molekul CH4 (metana), NH3 (amoniak), H2 (hidrogen), dan H2O dalam bentuk gas. Pada suatu saat denga adanya energi yang berasal dari aliran listrik halilintar dan radiasi-radiasi sinar kosmis, maka unsur-unsur tersebut yang merupakan komponen asam amino mengadakan reaksi-reaksi kimia membentuk zat hidup yang memungkinkan terjadinya suatu kehidupan. Selain Urey, Oparin seorang ilmuwan Rusia juga berpendapat sama. Pendapatnya yang dikenal dengan teori Oparin, bahwa kehidupan pertama terjadi di atmosfer. Stainley Miller tahun 1953 di Universitas Chicago melakukan percobaan untuk menguji teori Urey. Dalam percobaan ini Miller berhasil membuktikan bahwa apabila bunga api listrik yang berasal dari sumber listrik bertegangan tinggi diberikan ke dalam saluran yang di dalamnya mengalir campuran uap air (H2O), amoniak (NH3), hidrogen (H2), dan metana (CH4) maka zat yang terbentuk adalah asam amino. Asam amino merupakan komponen dasar protein yang merupakan zat penting untuk membentuk protoplasma yang merupakan substansi dasar kehidupan.
Setelah membaca modul ini Anda diharapkan memahami sel sebagai struktur dasar kehidupan. a. Setelah mempelajari modul ini Anda diharapkan dapat : b. Menyebutkan struktur sel dan bagian-bagiannya dengan menggunakan gambar c. Menjelaskan fungsi dari bagian-bagian atau organel dalam sel d. Menjelaskan perbedaan antara sel tumbuhan dan sel hewan dengan menggunakan
4 gambar e. Menjelaskan proses-proses metabolisme sel f. Menjelaskan cara-cara reproduksi sel
STRUKTUR SEL DAN FUNGSI BAGIAN-BAGIANNYA Uraian dan Contoh Sebagai unit terkecil mahluk hidup secara struktural dan fungsional, sel terdiri atas membran plasma, sitoplasma, nukleus, dan organel-organel lain yang masing-masing mempunyai fungsi khusus dan yang secara bersama menyususn sistem yang kompak. Sel penyusun tubuh hewan berbeda dengan sel penyusun tubuh tumbuhan. Sel tumbuhan memiliki dinding sel yang kaku, sedang sel hewan tidak memiliki dinding sel yang kaku. Meskipun tipe sel itu bermacam-macam, terdapat persamaan tertentu pada sifat-sifat bentuk dan fungsional yang lazim bagi kebanyakan sel.
Membran plasma Setiap sel terbungkus oleh suatu membran semipermeabel selektif, yaitu organel yang memisahkan bagian dalam sel dengan lingkungan luarnya. Membran ini disebut juga membran plasma, karena membungkus plasma sel (sitoplasma).Struktur membran plasma sama dengan membran yang membentuk berbagai organel. Membran sel terdiri atas 60 % protein pada lapisan sebelah luar dan 40 % lipid pada sebelah dalam. Lipid merupakan lipid bilayer yang membentuk membran plasma, terdiri atas 65 % fosfolipid, 25 % kolesterol, 10 % lipid lainnya. Fosfolipid mengandung gugus fosfat dan terdiri atas bagian kepala (polar head) yang bersifat hidrofilik (suka air) dan bagian ekor (nonpolar tail) yang bersifat hidrofobik (tidak suka air). Sifat hidrofobik terutama disebabkan oleh komponen lipid, walaupun terdapat bagian tertentu dari senyawa lipid yang memberikan sifat hidrofilik, yaitu bagian molekul lipid yang berikatan dengan gugus fosfat atau senyawa organik yang bersifat hidrofilik. Senyawa protein dan karbohidrat memberikan sifat hidrofilik. Orientasi protein dalam interaksinya dengan lapisan lipid dapat berbedabeda : yaitu dengan adanya protein yang terbenam dalam lapisan lipid (intrinsik), disebut protein integral, menempel pada permukaan lapisan lipid (ekstrinsik) disebut protein perifer.
Gambar 1. Struktur membran plasma
5 Protein dan lipid yang menyusun membran, terdistribusi secara asimetrik baik di dalam maupun di luar sel. Karbohidrat digabungkan dengan protein atau lipid pada permukaan membran bagian luar, sehingga membran plasma berfungsi memelihara susunan membran dalam menghadapi proses transport melalui membran, mengatur pertukaran substansi zat dari sel ke sel dan antara sel dengan lingkungannya, serta memberi sifat antigenik pada membran. Proses transport melalui membran. Transpor molekul-molekul zat melalui membran berlangsung secara difusi, osmosis, dan transpor aktif. a. Osmosis dan difusi melalui membran. Senyawa yang dapat masuk melalui membran, disebut permeabel terhadap membran. Jika air atau pelarut lainnya merupakan satu-satunya yang dapat melalui membran, maka membran tersebut disebut semipermeabel. Pergerakan air dari daerah konsentrasi rendah (hipotonis) menuju konsentrasi yang lebih tinggi (hipertonis), menyebabkan kesetimbangan konsentrasi (larutan isotonis). Pergerakan air terhadap respon gradien konsentrasi ini dikenal sebagai osmosis. Proses osmosis dapat diterangkan dengan menggunakan selofan yang permeabel terhadap air dan molekulmolekul kecil seperti garam, gula, dan asam amino, namun tidak permeabel terhadap protein. Jika kantong selofan diisi dengan larutan garam pada konsentrasi tertentu dan dihubungkan dengan tabung kaca yang dibenamkan dalam kontainer destilasi air, maka air akan masuk ke dalam kantong selofan secara osmosis. Masuknya air ke selofan akan menyebabkan air pada tabung gelas akan naik . Garam meresap ke dalam membran selofan lebih lambat daripada air, kadang-kadang terjadi air meresap sebelum molekul garam tersebut keluar dari kantong, masuk ke dalam air di sekelilingnya. Pergerakan molekul terlarut (garam) dari daerah konsentrasi tinggi (di dalam kantong) ke konsentrasi rendah (di luar kantong) terjadi pada proses difusi. Pergerakan air ke dalam kantong selofan diikuti oleh difusi garam dari kantong. Jika konsentrasi di dalam kantong rendah, maka tingkat cairan dalam tabung gelas akan turun, dan air akan keluar dari kantong melalui osmosis. Pergerakan garam dan air berlanjut terus hingga tercapainya konsentrasi garam di dalam dan di luar kantong setimbang. b. Transpor aktif Pergerakan substansi ke dalam membran tergantung kepada adanya gradien konsentrasi, dan biasanya pergerakan solut atau substansi tersebut sesuai dengan arah gradien konsentrasi. Tetapi dapat juga suatu substansi bergerak masuk atau keluar sel berlawanan dengan gradien konsentrasi, dimana hal tersebut membutuhkan energi dan disebut transpor aktif. Transpor aktif akan terjadi jika sel tersebut : 1. Berada pada temperatur sangat rendah (2 – 4oC) 2. Adanya racun metabolik (sianida atau asam amino asetat) 3. Hilangnya sumber energi Transpor aktif dapat dipelajari pada contoh : tanaman Nitella, yaitu ganggang hijau yang hidup di air tawar/kolam. Kandungan mineral (Na, K, Ca, Mg, dan Cl) di dalam sel tanaman tersebut lebih besar daripada kandungan mineral dalam kolam. Dengan demikian tumbuhan melakukan penyerapan mineral secara aktif sehingga mampu
6 mengakumulasikan mineral di dalam selnya. Membran plasma dari kebanyakan sel mempunyai kemampuan untuk memompa ion natrium (Na+) ke luar sel melalui membran plasma. Kemampuan tersebut disebut pompa natrium. Biasanya pompa natrium diikuti dengan pompa kalium (K+) dari luar sel ke dalam sel melewati membran plasma. Kombinasi kedua ion tersebut dinamakan pompa natriumkalium.Pemompaan ion tersebut dilakukan secara aktif. Dalam hal ini diperlukan energi yang bersumber dari penguraian ATP. Contoh lain, yaitu pada pengangkutan glukosa dan asam amino yang melewati sel epitel (membran) usus halus dan pembuluh darah kapiler. Walaupun perbedaan kadar ion natrium tidak terdapat diantara yang ada di dalam sel dan yang di luar sel, ternyata pengangkutan tetap terjadi. Telah diketahui bahwa membran plasma mengandung protein. Protein inilah yang berfungsi mengikat ion natrium bersama glukosa maupun bersama asam amino. Hal ini menunjukkanbahwa kadar glukosa maupun asam amino lebih besar di luar sel daripada di dalam sel, sehingga memungkinkan berlangsungnya difusi aktif zat-zat tersebut.
A B Gambar 2. Proses osmosis; dalam tabung (A) dan molekuler (B) Nukleus (inti sel) Nukleus merupakan pusat pengendali dalam sel. Nukleus mengandung kromosom, nukleolus, dan matriks yang dibatasi dengan membran rangkap berpori. Bagian yang diselubungi oleh membran rangkap disebut nukleoplasma, dan yang berada di antara membran rangkap dengan membran sel disebut sitoplasma. Membran plasma rangkap bersama-sama dengan nukleoplasma membentuk suatu kesatuan yang disebut nukleus (inti). Membran plasma rangkap ini diberi nama selubung nuklear dengan membran ke arah nukleoplasma disebut membran dalam atau membran Nukleoplasmik dan yang mengarah ke sitoplasma disebut membran luar. Di dalam nukleoplasma terdapat suatu massa bulat yang disebut nukleolus dan bahan pembawa informasi genetik yang disebut materi genetik berupa DNA yang tersusun dalam kromosom. Segmen DNA dinamakan gen, yang bertanggungjawab pada sifat-sifat khas organisme, misalnya golongan darah dan warna mata. Nukleolus dan materi genetik terdapat melayang-layang di dalam suatu cairan yang disebut matriks nuklear. Nukleolus merupakan tempat sintesis RNA yang digunakan dalam perakitan ribosom. Nukleus berfungsi menyimpan dan mengirimkan informasi sel.
7
Gambar 3. Nukleus Sitoplasma Sitoplasma terdapat di dalam sel di luar nukleus, terdiri dari sitosol berupa koloid yang transparan, dan berbagai organel. Larutan koloid berbentuk sol (cair) atau berbentuk gel (pekat). Bagian terluar sitoplasma sering bersifat gel. 50 % volume suatu sel terdiri dari sitosol. Beribu-ribu jenis enzim yang terlibat dalam proses metabolisme terlarut di dalam sitosol. Sitosol terdiri atas 90 % air dan membentuk larutan yang berisi berbagai zat dan molekul, seperti garam, gula, asam amino, nukleotida, vitamin, dan gas yang larut. Selain iti, cairan ini penuh dengan ribosom yang aktif mensintesis protein. Sekitar 50 % protein yang disintesis oleh ribosom ini tetap berada di sitosol. Retikulum Endoplasma = RE Semua sel eukariot mengandung RE. Organel ini bukan organel yang statis dan mudah dikenali, melainkan merupakan komponen dari suatu sistem membran yang dinamis. Sistem membran ini mencakup semua membran organel yang berada di dalam sel. Membran RE, merupakan lembaran yang berlipat-lipat, mengelilingi suatu ruangan yang disebut sisterna RE. Volume sisterna hampir 10 % volume sel. Dari mikrograf elektron terlihat bahwa, terdapat dua daerah RE yang berbeda secara fungsional. Daerah ini diberi nama retikulum endoplasma kasar (RER), yaitu daerah yang permukaan membran RE yang menghadap sitosol ditempeli ribosom, dan retikulum endoplasma licin (SER) yang secara fisik merupakan sebagian dari membran yang sama, tetapi pada permukaan sitosolnya tidak terdapat ribosom. RE merupakan pusat biosintesis sel, berperan dalam sintesis protein, sintesis lemak, dan transpor materi di dalam sel. Protein transmembran dan lipida dari membran RE, Golgi, lisosom, membran sel, dan membran organel yang lain, awal sintesisnya berhubungan erat dengan membran RE.
8
Gambar 4. Mikrograf elektron Retikulum Endoplasma Ribosom Ribosom merupakan butir globular dengan garis tengah sekitar 150 – 200 Angstrom. Butir-butir ini ditemukan dalam semua sel prokariot maupun eukariot. Pada sel prokariot terdapat bebas di sitosol, sedangkan pada sel eukariot terdapat bebas di sitosol, matriks mitokondria, stroma kloroplast, atau menempel pada permukaan sitosolik membran RE. Ribosom merupakan situs atau tempat berlangsungnya sintesis protein. Hubungan struktural antara RE dengan ribosom membentuk RER juga sering disebut ergastoplasma. Sering pula terlihat lingkaran-lingkaran kecil yang terdiri dari beberapa buah ribosom. Bentukan ini disebut polisom. Ribosom terdiri dari dua bagian yang tidak sama besar , satu kecil dan yang lainnya besar. Sub unit besar dan sub unit kecil tersebut mengandung rRNA dan berbagai jenis protein. Ribosom sel prokariot memiliki koefisien sedimentasi 70 S, sedangkan sel eukariot koefisien sedimentasinya 80 S. Ribosom prokariot maupun eukariot memiliki peranan dan pola yang mirip satu sama lain. Masing-masing terdiri dari subunit besar dan subunit kecil. Dalam proses sintesis protein, subunit kecil mengikat mRNA dan tRNA, sedangkan subunit besar berperan dalam proses pembentukan ikatan polipeptida. Lisosom dan peroksisom Lisosom terutama ditemukan dalam sel hewan. Lisosom adalah struktur yang agak bulat yang dibatasi membran tunggal dengan diameter sekitar 1,5 μm, walaupun kadang-kadang ditemukan pula lisosom sekecil 0,05 μm. Lisosom dihasilkan oleh aparat Golgi yang penuh dengan protein, berisikan kira-kira tiga lusin macam enzim hidrolitik. Enzim yang mencernakan polisakarida, lipid, fosfolipid, asam nukleat, dan protein semuanya tersedia. Mungkin dengan terkurung di dalam lisosom maka enzimenzim tersebut terhalangi untuk mencernakan komponen-komponen dalam sel. Lisosom berfungsi terutama dalam proses pencernaan intraseluler ( di dalam sel). Makanan yang dicerna berupa partikel padat (dari luar sel) dan juga organel sel yang telah rusak (dari dalam sel). Partikel-partikel tersebut dimasukkan ke dalam lisosom secara fagositosis, yaitu mencaplok ‘makanan’. Hasil pencernaan partikel zat di dalam lisosom diabsorbsi atau berdifusi masuk kedalam sitoplasma sel dan selanjutnya diasimilasikan, yaitu dibentuk menjadi zat-zat lain yang diperlukan. Proses pembuangan (pengeluaran) struktur yang tidak berguna atau telah rusak yang terdapat di dalam sel disebut autofagi.
9 Lisosom juga berperan penting dalam matinya sel-sel. Bila sel luka atau mati, lisosomnya membantu dalam menghancurkannya. Kematian sel merupakan tingkatan yang penting dalam daur hidup beberapa organisme. Sebagai contoh, peristiwa penanggalan ekor berudu pada metamorfosis. Pada waktu berudu berubah menjadi katak, ekornya secara bertahap diserap. Sel-sel ekornya yang kaya akan lisosom mati, dan hasil penghancurannya digunakan dalam pertumbuhan sel-sel baru katak yang berkembang. Peristiwa swadestruksi sel dengan cara mengeluarkan/melepaskan isi lisosom dalam sel disebut autolisis. Peroksisom besarnya hampir sama dengan lisosom (0,3 – 15 μm) dan juga dibatasi oleh membran tunggal. Juga mirip lisosom karena penuh berisi enzim, dan yang paling khas adalah katalase. Enzim ini mengkatalisis perombakan hidrogen peroksida (H2O2), produk yang berpotensi racun pada metabolisme sel. Peroksisom juga berperan dalam perubahan lemak menjadi karbohidrat dan dalam perubahan purin dalam sel. Pada hewan, peroksisom terkurung dalam sel-sel hati dan ginjal. Pada tumbuhan terdapat dalam berbagai tipe sel. Baik pada tumbuhan maupun hewan mungkin peroksisom dihasilkan oleh retikulum endoplasma.
A B Gambar 5 . Lisosom (Benda kecil hitam dalam sitoplasma) sel neutrofil (A) Proses pembentukan lisosom (B) Kompleks Golgi Kompleks Golgi dijumpai pada hampir semua sel tumbuhan dan hewan. Terdiri dari setumpuk kantung pipih yang dibatasi membran. Tumpukan kantung pipih ini disebut diktiosom, dan setiap kantung pipih disebut sakulus. Sebuah diktiosom memiliki dua permukaan yaitu permukaan cis atau pembentukan, dan permukaan trans atau pemasakan. Di sekitar diktiosom terdapat dua kelompok vesikuli (bola-bola kecil). Kelompok pertama terdiri dari vesikuli kecil berdiameter sekitar 200 Ao. Vesikuli ini disebut vesikuli peralihan yang terdapat di antara permukaan cis dan RE. Kelompok kedua terdiri dari vesikuli berukuran antara 400 – 800 Ao disebut vesikuli sekretoris, terletak di tepi permukaan trans. Kompleks Golgi terutama amat penting dalam sel-sel yang secara aktif terlibat dalam sekresi. Protein yang disintesis oleh RER dipindahkan ke dalam kompleks Golgi, di sini karbohidrat tambahan dapat dibubuhkan kepadanya. Protein-protein tersebut terkumpul di dalam kantung-kantung tadi sampai penuh. Kantung-kantung tersebut dapat berpindah ke permukaan sel dengan mengeluarkan isinya ke bagian luar. Kadang-kadang kompleks Golgi juga berperan dalam pengangkutan lipida dan
10 pembentukan lisosom. Kantung-kantung berprotein yang lain pada kompleks Golgi dapat disimpan di dalam sel sebagai lisosom. Kompleks Golgi juga merupakan situs sintesis polisakarida, seperti pada mukus. Selulosa yang disekresikan oleh sel tumbuhan untuk membentuk dinding sel disintesis pada kompleks Golgi.
A
B Gambar 6. Skema kompleks Golgi (A) fotomikrograf (B)
Mitokondria Mitokondria adalah organel yang berperan dalam respirasi sel. Mitokondria mempunyai ukuran, bentuk, dan jumlah yang bervariasi menurut jaringan dan keadaan fisiologik sel. Kebanyakan mitokondria berbentuk jorong, dengan ukuran berkisar antara 0,5 μm dan 1,0 μm dan panjang sampai 7 μm. Biasanya, makin kecil jumlah mitokondria dalam suatu sel, makin besar ukuran organel tersebut. Mikrograf elektron menunjukkan bahwa setiap mitokondria dibatasi oleh membran ganda, disebut membran luar dan membran dalam. Membran dalam membagi ruangan organel dalam dua bagian : matriks, yang berisi cairan seperti gel yang diliputi membran dalam dan ruang antar membran yang berisi cairan encer. Membran dalam mempunyai area permukaan yang lebih luas karena terlipat-lipat dan masuk ke dalam matriks. Tonjolan-tonjolan ini disebut krista, dan bervariasi dalam hal jumlah dan bentuknya. Respirasi sel terjadi pada krista dan matriks mitokondria. Pada krista terjadi proses oksidasi fasforilasi dan transfer elektron, sedangkan pada matriks terjadi daur Krebs dan oksidasi asam lemak. Kebanyakan protein pada membran mitokondria adalah enzim yang mengkatalisis reaksi kimia yang berhubungan dengan respirasi. Mitokondria mempunyai banyak fungsi metabolik didalam sel, termasuk fase-fase yang menghasilkan tenaga pada metabolisme karbohidrat dan lemak (respirasi), sintesis ATP, dan sintesis porfirin.
11 Mitokondria cenderung untuk berkumpul di daerah sel yang paling aktif. Sel saraf, sel otot, dan sel sekretori mengandung banyak mitokondria.
Gambar 7. Mitokondria Kloroplas Kloroplas adalah plastida yang berwarna hijau, umumnya berbentuk lensa, dengan diameter 2 – 6 μm dan tebal 0,5 – 1,0 μm, terdapat di dalam sel tumbuhan lumut (Bryophyta), paku-pakuan ( Pterydophyta), dan tumbuhan berbiji (Spermatophyta).Jika dilihat dengan mikroskop cahaya pembesaran kuat, kloroplas sering kelihatan berbentuk butir. Kloroplas dibatasi oleh membran ganda. Pada bagian sebelah dalam terdapat bahan dasar (matriks) yang tidak berwarna disebut stroma. Di dalam stroma tertanam struktur yang kelihatan berwarna tua disebut grana. Grana saling dihubungkan oleh lamela. Satu grana terdiri atas satu tumpukan lamela, disebut tilakoid. Tiap lamela terdiri atas lapisan protein, lipid, klorofil, dan karotenoid yang terdiri atas karoten dan xantofil. Pada stroma terdapat juga butir-butir amilum, tetes lipida, ribosom, polisom, serta DNA dan RNA. Secara umum suatu sel mesofil daun mengandung 30 – 500 butir kloroplas yang berbentuk cakram atau gelendong. Bentuk kloroplas yang beraneka ragam ditemukan pada ganggang (Algae). Kloroplas berbentuk jala ditemukan pada Cladophora, berbentuk pita spiral pada Spirogyra, sedangkan bentuk bintang pada Zygnema. Bagian-bagian yang membedakan antara membran kloroplas dengan membran plasma yang lain adalah adanya pigmen fotosintesis, yaitu klorofil, karoten dan xantofil. Pigmen yang paling utama diantaranya ialah klorofil. Hijaunya klorofil yang tergabung dalam membrannya itulah yang memberikan warna hijau kepada kloroplas dan kepada sel serta jaringan tumbuhan yang terkena cahaya. Klorofil menangkap energi matahari dan memungkinkannya digunakan untuk fotosintesis. Jadi kloroplas merupakan tempat fotosintesis.
12
A B Gambar 8. Kloroplas: Fotomikrograf (A) skematis (B) Mikrotubula Mikrotubula adalah silinder protein yang terdapat pada kebanyakan sel hewan dan tumbuhan. Diameter mikrotubula ± 24 nm dengan tebal dinding 5 nm. Protein yang membentuk mikrotubula disebut tubulin. Ada dua macam, α-tubulin dan β-tubulin. Keduanya mempunyai ukuran yang hampir sama, masing-masing dengan berat molekul sekitar 55.000 dalton. Sebelum molekul-molekul tubulin terkait menjadi mikrotubula, terlebih dahulu mereka menyusun diri membentuk protofilamen, dengan jalan subunit tubulin β dari sebuah molekul tubulin berlekatan dengan subunit α dari molekul tubulin yang lain yang berada disampingnya. Sebuah mikrotubula yang juga disebut singlet mikrotubula terdiri dari 13 protofilamen yang tersusun membentuk suatu lingkaran. Jika 3 buah protofilamen dari sebuah mikrotubula (mikrotubula A), juga menjadi milik mikrotubula yang lain (mikrotubula B), dua buah mikrotubula tersebut diberi nama doublet. Mikrotubula berperan penting dalam pembelahan sel, yaitu mengontrol pemisahan kromatid atau kromosom pada bidang pembelahan. Seluruh barisan mikrotubula yang berperan serta dalam proses itu disebut gelendong. Mikrotubula juga digunakan dalam pembentukan sentriol, benda basal, dan flagela. Mikrotubula pada benang spindel berfungsi dalam hal menggerakkan kromosom atau kromatid menuju ke kutub pembelahan Sedangkan pada silia dan flagel mikrotubula berfungsi menimbulkan gerakan bergetar.Fungsi mikrotubula yang lain adalah sebagai pemandu gerakan organel di dalam sitoplasma, sebagai penentu tempat RE dan kompleks Golgi di dalam sitoplasma, dan juga sebagai rangka sitoplasma (sitoskeleton) yang memberi bentuk tertentu pada sel organisme.
13
Gambar 9. Mikrotubula membentuk gelendong pembelahan Mikrofilamen Mikrofilamen adalah serat tipis panjang berdiameter 5 – 6 μm, terdiri dari molekul protein aktin. Selain aktin terdapat pula mikrofilamen yang disebut miosin dan tropomiosin yang banyak dijumpai di sel otot. Banyak mikrofilamen membentuk kumpulan atau jaring pada berbagai tempat dalam sel. Adanya hal itu dihubungkan dengan gerak sel. Bila sel hewan membelah menjadi dua, maka terbentuklah seberkas mikrofilamen dan memisahkan kedua sel anak tersebut. Pada banyak sel sitoplasmanya bergerak-gerak dan fenomena ini dinamakan aliran sitoplasmik. Gerakan ini bergantung pada adanya mikrofilamen. Mikrofilamen berperan dalam hal menimbulkan gerak sel menyeluruh atau gerak substansi dalam sel. Mikrofilamen juga merupakan ciri yang penting sekali dalamsel yang berpindah-pindah dan berubah-ubah bentuknya. Mikrofilamen aktin juga perperan membantu perlekatan sel pada substansi antar sel dan sel-sel lainnya yang berada dalam satu jenis jaringan. Bila aktin terdapat dalam sel yang dibiakkan, filamen-filamen ini akan menyebabkan sel-sel tersebut mampu melekat pada substrat tempat dia tumbuh. Perbedaan antara sel tumbuhan dan sel hewan Sel tumbuhan memiliki organel tertentu yang berbeda dengan sel hewan. Sel tumbuhan memiliki dinding sel, vakuola permanen, dan plastida. Sel tumbuhan juga memiliki lamela tengah dan plasmodesmata di antara dua sel yang berdekatan. Bahan timbunan sel pada tumbuhan berupa zat patiatau zat tepung dan protein. Sedangkan sel hewan memiliki 2 sentriol di dalam sentrosom untuk pembelahan sel, vakuola yang bersifat temporer, dan bahan timbunan sel berupa zat glikogen dan lemak. a. Dinding sel Dinding sel tumbuhan merupakan matriks ekstrasel yang rumit, yang mengelilingi setiap sel pada tubuh tumbuhan. Dinding sel tumbuhan pada umumnya lebih tebal, kuat, dan kaku daripada membran sel maupun matriks sel hewan. Dinding sel merupakan pelindung bagi sel yang berada di dalamnya. Selain itu sebagai jalan masuk dan keluar air serta materi zat secara difusi, osmosis, dan transpor aktif, memberi
14 bentuk tertentu pada sel, dan bersama-sama vakuola menjaga turgiditas sel untuk menopang tubuh. Secara keseluruhan dinding sel terdiri atas lamel tengah, dinding primer di bagian sisi lamel tengah, dan dinding sekunder yang dibentuk pada dinding primer. Disaat sel masih muda dinding sel masih tipis dan lunak. Dinding ini disebut dinding primer. Dinding sel primer disintesis oleh sel yang memilikinya disaat sel sedang tumbuh. Pada dinding ini , mikrofibrila selulosa tersusun ke segala arah. Setelah sel dewasa, dinding menjadi tebal, kuat, dan kaku. Dinding ini adalah dinding sekunder. Dinding sel sekunder terbentuk setelah sel mencapai ukuran maksimum. Serabut selulosa pada dinding ini tersusun sejajar satu terhadap yang lain di setiap lapisan dinding. Setiap dinding sel bertautan dengan dinding sel tetangga, merekatkan mereka membentuk tubuh yang utuh. Walaupun sel tumbuhan terkurung di dalam ruangan berdinding tebal namun hubungan langsung antar sel tetap dapat berlangsung dengan perantaraan plasmodesmata, yaitu benang sitoplasma halus yang menembus melalui lubanglubang halus (noktah) yang terdapat pada dinding sel. Komposisi dinding sel sangat bervariasi, sesuai jenis selnya. Selain selulosa, hemiselulosa, pektin, dan glikoprotein, dinding sel tumbuhan mengandung pula lignin, kutin, dan suberin. Dinding sel fungi dan bakteri berbeda dari dinding sel tumbuhan tinggi dalam beberapa hal. Dinding sel pada fungi mengandung kitin dan β-glukan, dan strukturnya berlapis-lapis tergantung pada kedewasaan dinding. Sedangkan dinding sel bakteri mengandung peptidoglikan. b. Vakuola Vakuola adalah organel sitoplasmik yang berisi cairan. Pada sel tumbuhan yang masih muda jumlah vakuola banyak dan kecil-kecil, dan letaknya menyebar. Pada sel tumbuhan yang telah dewasa terdapat vakuola permanen, ukurannya lebih besar dan umumnya terletak di bagian tengah sel. Vakuola dibatasi membran plasma yangdisebut tonoplas. Vakuola pada sel tumbuhan berisi cairan yang di dalamnya terlarut zat-zat yang bersifat mati dan cair, yaitu koloid, minyak atsiri, dan antosian pada bunga. Zat-zat penting yang juga terdapat dalam vakuola diantaranya adalah amilum yang terbentuk dalam plastida berupa karbohidrat atau polisakarida. Selain itu dijumpai pula adanya aleuron, kristal kalsium oksalat, protein, lipid, hars, dan sebagainya. Pada sel hewan vakuola bersifat temporer, artinya bersifat sementara Vakuola dibentuk ketika diperlukan dan menghilang setelah tugasnya selesai.Vakuola berperanan menimbun dan memindahkan senyawa tertentu, kadang-kadang berisi cairan yang di dalamnya terlarut beberapa zat antara lain gula dan pigmen. Pada hewan tertentu membran sel membentuk kantung yang mengelilingi partikel makanan, kemudian akan membentuk vakuola makanan yang berperan mencerna dan mengedarkan sari makanan. Pada hewan ini terdapat vakuola yang menampung kelebihan air tubuhnya dan dibuang secara teratur bersama sisa metabolisme disebut vakuola kontraktil. Secara umum peranan vakuola adalah mengatur tekanan osmosa sel dengan mengatur kepekatan plasma sel. c. Plastida Plastida hanya dijumpai pada sel tumbuhan dan beberapa sel hewan yang bersel tunggal. Ukurannya kedua setelah inti, berwarna, bentuk bulat memanjang, spiral, cakram, dan bintang.
15 Plastida dapat dibedakan atas : - Leukoplas : plastida yang tidak berwarna, terdapat pada bagian tumbuhan yang masih muda atau tidak terkena sinar matahari, seperti akar dan batang dalam tanah, terdiri atas ; • Leukoamiloplas atau amiloplas yang berfungsi mengubah glukosa menjadi tepung (amilum). • Elaioplas, merupakan plastida tak berwarna berfungsi membentuk minyak. - Kloroplas : plastida berwarna hijau, terdapat pada sel-sel yang aktif berfotosintesis. Fungsinya untuk mengabsorpsi CO2 dari udara dan energi dari cahaya untuk melaksanakan fotosintesis, dan di dalamnya terdapat ; • Klorofil atau butir-butir hijau daun, terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi. Fungsinya adalah mengabsorpsi energi matahari dan sebagai katalisator reaksi kimia pada pembentukan zat makanan,terdiri atas campuran 4 macam pigmen, yaitu ; - Klorofil a = C55H72O5N4Mg -Klorofil b = C55H70O6N4Mg - Karotin = C40H55 -Xantofil = C40H55O2 - Kromoplas : umumnya berwarna kuning atau jingga, mengandung karotenoid misalnya terdapat pada petal bunga dan buah, serta umbi wortel. d. Sentriol Sel hewan dan beberapa mikroorganisme dan tumbuhan tingkat rendah mengandung dua sentriol yang terdapat dalam sitoplasma di dekat permukaan sebelah luar nukleusnya. Setiap sentriol terdiri atas sebaris silinder sebanyak sembilan mikrotubula. Akan tetapi setiap mikrotubula tadi mempunyai dua bagian yang terikat padanya. Kedua sentriol biasanya berhadapan dengan sudut tegak lurus. Sejenak sebelum sel membagi diri, sentriolnya berduplikasi dan satu pasang berpindah ke sisi berlawanan pada nukleus. Gelendong kemudian terbentuk diantaranya. Pada beberapa sel, sentriol berduplikasi untuk membentuk benda basal silia dan flagela.
Gambar 10 . Skema struktur organisasi sel tumbuhan dengan sel hewan Rangkuman Sel penyusun tubuh tumbuhan berbeda dengan sel penyusun tubuh hewan. Sel tumbuhan memiliki dinding sel yang kaku, sedang sel hewan tidak memiliki dinding sel yang kaku. Di sebelah dalam dinding sel dijumpai senyawa kimia yang memiliki
16 tanda-tanda hidup, disebut protoplasma. Protoplasma mencakup ; sitoplasma, yang bagian tepinya terdiferensiasi menjadi selaput tipis yang disebut membran plasma, dan nukleoplasma. Sitoplasma terdiri dari matriks sitoplasmik atau sitosol, dan ruangan-ruangan yang dikelilingi membran yang disebut organel. Organel-organel tersebut adalah : retikulum endoplasma, kompleks Golgi, lisosom, peroksisom, mitokondria, dan kloroplas. Nukleoplasma beserta selubungnya disebut nukleus. Di dalam nukleoplasma terdapat anyaman kromatin yang terlihat pada sel dalam stadium interfase atau kromosom yang terlihat di saat sel mengalami mitosis. Struktur organisasi sel hewan mirip dengan sel tumbuhan, dengan catatan bahwa pada sel hewan tidak dijumpai plastida (kloroplast) maupun dinding sel.
Setiap mahluk hidup tumbuh dan berkembang. Pertumbuhan diawali dari pembelahan sel. Pada organisme uniseluler, seperti Amoeba dan Pleurococcus, pembelahan sel adalah reproduksi sel secara aseksual atau reproduksi vegetatif. Sebuah sel membelah diri menjadi dua sel anak, kemudian membelah lagi menjadi 4, 8, 16, dan seterusnya. Dengan demikian polulasi organisme semakin bertambah. Pada organisme multiseluler, seperti hewan dan tumbuhan tingkat tinggi, pembelahan sel atau reproduksi sel adalah cara pertumbuhan atau perkembangan. Organisme ini menjadi bertambah besar ukurannya, isinya sehingga mencapai ukuran dewasa. Sel bereproduksi secara mitosis dan meiosis Amitosis Pembelahan amitosis adalah pembelahan sel secara langsung. Pembelahan ini dimulai dengan pembelahan inti sel (nukleus) menjadi dua bagian secara langsung tanpa melalui pembentukan benang spindel, tanpa adanya pelarutan dinding nukleus serta kromosom tidak tampak. Kromosom yang terdapat dalam nukleus sel induk didistribusikan kepada kedua anak nukleus secara acak. Urutan tahap pembelahan tidak ada. Contoh : pembelahan nukleus sel endosperm tumbuhan Angiospermae, dan pembelahan makronukleus pada sel hewan Ciliata. Mitosis Mitosis terjadi pada perbanyakan sel tubuh, dan menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom sama dengan sel induk (2n). Pembelahan mitosis terjadi pada perbanyakan sel tubuh atau sel somatik, misalnya sel meristem pada tumbuhan, seperti pada ujung batang, ujung akar, dan sel kambium. Apabila sel ini membelah, jumlah sel menjadi berlipat ganda, akibatnya tubuh tumbuhan bertambah besar ukurannya. Mitosis mudah ditelaah pada jaringan meristem pada titik tumbuh akar bawang. Sel akar bawang yang baru terbentuk berisi 16 kromosom, 8 diantaranya disumbangkan oleh paternal yaitu tumbuhan yang menyediakan gamet jantan. Sisa yang 8 lagi disediakan oleh maternal, yaitu bawang yang menghasilkan telur. Untuk setiap kromosom maternal ada kromosom paternal yang amat mirip. Kromosomkromosom yang serupa ini merupakan pasangan homolog.
17 Apabila sel tidak sedang dalam proses membelah diri, kromosom-kromosom (yang tersimpan di dalam nukleus) tidak tampak dengan bantuan mikroskop cahaya. Manakala kromosom itu dalam keadaan seperti ini, kadang-kadang secara bersama disebut kromatin. Dari segi kimia, kromatin terdiri atas DNA dan protein dalam jumlah yang kira-kira sama. Pada keadaan ini sel aktif dalam sintesis RNA, dan juga dalam sintesis DNA sejenak sebelum pembelahan sel berikutnya. Pada banyak sel, termasuk bawang, satu atau lebih kromosom mempunyai nukleolus. Ini dapat diamati dengan mikroskop biasa. Pada tahun 1879 Boveri dan Flemming menggambarkan peristiwa yang terjadi di dalam nukleus saat sel sedang membelah diri. Peristiwa yang terjadi dalam nukleus saat berlangsung pembelahan mitosis, yaitu profase, metafase, anafase dan telofase. Antara mitosis pertama dan mitosis berikutnya terdapat interfase, yang sering dinamakan fase istirahat. a. Profase Tahap profase dimulai dengan pembelitan awal kromosom. Sementara pembelitan dan kondensasi (penebalan ) berlangsung, dua kromatid bersaudara dari masingmasing kromosom sering dapat dibedakan. Nukleolus mulai menghilang sedangkan kromosomnya mulai nampak. Melalui mikroskop elektron akan nampak partikel-partikel komponen nukleolus menyebar d seluruh nukleus. Masing-masing dari 16 kromosom (8 pasang homolog) yang ada dalam sel yang semula terbentuk kini timbul kembali, berganda. Duplikatnya saling melekat di daerah khusus yang dinamai sentromer. Seluruh struktur itu dinamakan kromosom, dan setiap untaiannya disebut kromatid seasal. Kromosom-kromosom yang diduplikasi ini dapat dikatakan membentuk dublet. Dalam hal ini, sel bawang dalam profase mempunyai kromosom sejumlah 32. Pada sel hewan dan sel tumbuhan tingkat rendah, masing-masing sepasang sentriol bergerak menuju ke kutub sel yang berlawanan. Sentriol pada masing-masing kutub sel kemudian membentuk lengan-lengan (aster) di sekitarnya dan juga membentuk benang spindel (gelendong inti) menuju ke bidang ekuator. Pada tumbuhan tingkat tinggi sentriol tidak ada, pembentukan benang spindel dilakukan oleh materi sitoplasma yang letaknya berdekatan dengan nukleus. b. Metafase Metafase ditandai dengan munculnya gelendong. Kromosom yang sudah terdiri atas dua kromatid dan bergandengan pada sentromer menyusun diri pada bidang ekuator (bidang pembelahan). Kromosom tersebut terkait pada benang spindel (sekumpulan mikrotubula) di bagian sentromer. c. Anafase Anafase dimulai dengan pembelahan sentromer kromatid saudara dari pasangan yang kemudian memisah, masing-masing bergerak menuju kutub gelendong yang terdekat. Sekali berpisah, kromatid-kromatid itu dianggap sebagai kromosom anak. Secara fisik, kromatid dan kromosom itu adalah struktur yang ekuivalen. d. Telofase Telofase merupakan kebalikan dari profase. Sekali perpindahan ke arah kutub telah diselesaikan, tebentuklah membran nuklear di sekitar perangkat kromosom anak, nukleolus terbentuk kembali. Pada saat ini gelendong mikrotubula
18 menghilang, kromosom melepaskan gulungannya, dan akhirnya lenyap, begitu pula benang spindel juga menghilang. Masing-masing nukleus anak sedikit demi sedikit menerima morfologi anafase. Bersamaan dengan kejadian tersebut terjadi pembelahan (pembagian) isi sel menjadi dua bagian yang sama disebut sitokinesis, dan nukleus kembali ke interfase. Sitokinesis pada sel hewan diawali dengan pelekukan (konstriksi) membran plasma. Sedangkan pada sel tumbuhan dibentuk bidang pembelahan pada bagian tengah sel. Pada akhir telofase terbentuk dua sel anakan yang masing-masing sel anakan membawa atau mewarisi seperangkat kromosom yang jumlah dan bentuknya sama dengan yang dimiliki sel induk. e. Interfase Di antara mitosis pertama dan mitosis berikutnya terdapat interfase. Pada interfase sel tidak membelah diri, oleh karena itu dinamakan fase istirahat. Pengertian istirahat bukan berarti tidak ada kegiatan sama sekali di dalam nukleus. Sebenarnya di dalam nukleus terjadi kegiatan-kegiatan penting untuk persiapan mitosis berikutnya, seperti sintesis protein untuk bahan organel, sintesis ribosom, replikasi DNA, sehingga masing-masing kromososm sudah terdiri atas dua kromatid yang diikat oleh sentromer. Hanya saja kegiatan tersebut tidak nampak. Interfase bukan bagian tahapan pembelahan mitosis, tetapi merupakan bagian dari siklus (daur) sel. Pembelahan mitosis terjadi hanya pada bagian tubuh mahluk hidup yang masih mengalami pertumbuhan, yaitu pada jaringan embrional. Pada tumbuhan terjadi pada sel meristem, sedangkan pada hewan terjadi pada sel somatik. Banyaknya waktu yang diperlukan dalam proses pembelahan mitosis berkisar antara 30 menit sampai dengan beberapa jam. Lamanya waktu yang tepat sangat beragam dengan tipe sel, spesies dan suhu lingkungan. Sebagai contoh pada sejenis kacang memerlukan waktu ± 25,5 jam dalam suhu 15oC, sedangkan dalam suhu 25oC memerlukan waktu ± 15 8 jam. Dengan adanya mitosis, sel bertambah banyak, dan sel anak yang baru terbentuk selalu tetap 2n atau diploid asal keadaan tetap normal. Jumlah kromosom setiap spesies selalu tetap dari generasi ke generasi. Setiap sel anak mendapat seperangkat lengkap kromosom yang identik dengan yang terdapat pada sel induknya. Jadi mitosis memberikan cara untuk memindahkan informasi ini tanpa mengalami perubahan pengurangan dari sel induk kepada sel anak. Dengan demikian fungsi mitosis adalah menjaga faktor genetik agar tetap. Semua macam reproduksi aseksual dilakukan oleh mitosis. Selain itu, pertumbuhan, regenerasi, dan penggantian sel pada mikroorganisme multiseluler dilaksanakan semuanya oleh mitosis sel-sel yang bersangkutan.
19
Gambar 11.
Mitosis
Gambar 12. Perbandingan mitosis dan meiosis
20 Siklus sel Urutan kejadian-kejadian yang berlangsung di antara pembentukan sel dan pembelahan sel dalam membentuk anakan sel dinamakan siklus sel atau daur sel, yang terdiri atas tiga tingkatan : a. Interfase Fase interfase merupakan periode sintesis dan pertumbuhan yang intensif. Sel membentuk banyak materi zat yang diperlukan untuk pertumbuhan dan untuk menyelenggarakan kegiatan sel, serta replikasi DNA. b. Mitosis Mitosis adalah proses pembelahan nukleus yang melibatkan pemisahan kromatid dan pendistribusiannya sebagai kromososm kepada anakan sel. Mitosis terdiri atas empat fase, yaitu profase, metafase, anafase, dan telofase. c. Pembelahan sel Pada pembelahan sel terjadi pembagian sitoplasma dan organel kepada anak sel dalam jumlah yang sama. Setelah interfase, selang beberapa waktu sel akan mulai lagi melakukan pembelahan secara mitosis sehingga merupakan suatu siklus. Secara keseluruhan siklus sel terdiri atas 5 fase besar, yaitu fase G1, fase S, fase G2, fase mitosis,, dan fase sitokinesis. Siklus sel memerlukan waktu tidak sama bagi setiap sel. Ada yang memerlukan waktu hanya beberapa jam dan ada pula yang sampai beberapa hari. Fase G1, S, danG2, semuanya termasuk dalam interfase. Fase G1 ialah fase gap pertama, yaitu periode pertumbuhan secara umum dan pada fase ini terjadi replikasi organel-organel di dalam sitoplasma.. Fase S, adalah fase danreplikasi DNA. Fase G2 adalah fase gap kedua yaitu penyusunan struktur sel tertentu yang diperlukan pada pembelahan kromosom selama mitosis berlangsung. Setiap sel dari organisme yang berbeda, berbeda pula lamanya siklus sel. Sebagai contoh pada tanaman kacang, siklus sel memerlukan waktu kira-kira 19 jam, yang terdiri dari G1 5 jam, S 7 jam, G2 5 jam, dan mitosis dengan sitokinesis 2 jam. Siklus sel tikus 22 jam, terdiri dari G1 9 jam, S 10 jam,, G2 2 jam lebih dan mitosis berikut sitokinesis kurang dari 1 jam.,
Gambar 13. Siklus sel eukariotik.
21 Meiosis. Dalam meiosis terjadi tahap meiosis I (pembelahan reduksi) dan meiosis II, yang masing-masing menghasilkan sel dengan jumlah kromososm tereduksi, yaitu dari jumlah kromosom diploid (2n) menjadi jumlah kromosom haploid (n). Karena terjadi pengurangan jmlah kromosom, maka pembelahan meiosis disebut pembelahan reduksi (meio artinya reduksi). Pembelahan meiosis terjadi pada gonade atau alat reproduksi. Pada hewan terjadi pada testis ketika membentuk spermatozoa, dan pada ovarium ketika membentuk ovum. Pada tumbuhan biji terjadi pada putik ketika membentuk ovum dan pada benang sari ketika membentuk serbuk sari. Pada tumbuhan paku dan lumut, terjadi pada anteridium ketika membentuk spermatozoid dan pada arkegonium pada waktu membentuk ovum. Dibandingkan mitosis, meiosis merupakan proses panjang, daur lengkapnya memakan waktu berhari-hari atau berminggu-minggu. Tahapannya adalah sebagai berikut : profase I, matafase I, anafase I dan telofase I yang diikuti oleh profase II, metafase II, anafase II dan telofase II. a. Meiosis I Profase I Profase merupakan tahapan yang lebih lamban dan sangat kompleks. Profase I umumnya dibagi menjadi lima subtahap dengan ciri-ciri sebagai berikut : 1) Leptonema (leptoten); kromosom memanjang, tampak sebagai benang tunggal dan tidak berpilin. 2) Zygonema (zigoten); pasangan kromosom homolog, membentuk pasangan disebut bivalen. 3) Pachynema (pakiten); bivalen memendek, masing-masing anggota sepasang kromosom homolog menduplikasi diri, sehingga terbentuk empat kromatid yang disebut tetrad. Sentriol bergerak menuju ke kutub sel. 4) Diplonema (diploten); homolog sedikit tertarik berpisahan sehingga tampak kromatid dan kiasmata yang terpisah. Kiasmata yaitu peristiwa dimana dua kromatid di bagian tengah dari kromatid tetrad bersilangan pada satu atau beberapa tempat, sehingga terjadi pertukaran segmen kromatid yang mengandung gen ‘crossingover’. 5) Diakinesis; sentromer homolog bergerak menjauh, kromatid terus memendek. Nukleolus dan membran nukleus menghilang. Ketika kromososm-kromosom mula-mula mulai tampak (leptoten profase I), setiap homolog ternyata merupakan struktur tunggal. Namun seperti halnya pada mitosis, kebanyakan daripada DNA selnya berganda selama fase S yang mendahului profase I. Selagi profase berlanjut (zigoten dan pakiten), setiap kromosom dalam sel itu berpasang-pasangan dengan homolognya menurut panjangnya. Proses berpasangan ini (disebut sinopsis), merupakanciri khas bagi meiosis. Homolog yang berpasangan itu disebut bivalen. Metafase I Pada metafase I, kromosom homolog yang bivalen dan tetrad menempatkan diri pada bidang ekuator nukleus, berhadapan dan melekat pada benang spindel pada bagian sentromer kromosom.
22 Anafase I Pada anafase I, masing-masing anggota pasangan kromosom homolog ditarik menuju ke kutub sel . Dengan demikian masing-masing kutub sel memperoleh setengah jumlah kromosom sel induk. Telofase I Pada telofase I terjadi pembentukan membran anakan nukleus pada masingmasing kutub. Bersamaan dengan kejadian tersebut terjadi pula sitokinesis. b. Meiosis II Meiosis II adalah pembelahan mitosis Profase II Pada profase II kromosom pada nukleus sel anak memendek dan menebal. Nukleolus menghilang. Sentriol (sepasang) bergerak menuju ke kutub anakan sel. Benang spindel memencar dari masing-masing kutub. Metafase II Pada metafase II masing-masing kromosom yang sudah terdiri atas dua kromatid menempatkan diri pada bidang ekuator. Benang spindel mengikat kromosom tersebut pada bagian kromosom. Membran nukleus menghilang. Anafase II Pada anafase II sentromer membelah diri sehingga kedua kromatid pada satu kromosom terpisah. Masing-masing kromatid ditarik menuju ke kutub oleh benang spindel. Telofase II Pada telofase II membran nukleus terbentuk pada masing-masing kutub. Kromosom kemudian memipih, memanjang, dan menghilang. Benag spindel lenyap. Bersamaan dengan kejadian tersebut terjadi pelekukan pada membran sel, sehingga terbentuk empat anakan sel yang masing-masing sel anak memiliki setengah jumlah kromosom yang dimiliki sel induknya. Jika tidak terjadi pembelahan meiosis pada sel-sel gametofit atau gonad, maka individu jantan akan menghasilkan sperma dengan jumlah kromosom tetap, yaitu 46 buah, demikian pula sel telur, yaitu tetap 46 buah. Jika terjadi perkawinan, maka jumlah kromosom anak 92 buah. Hal ini sudah tentu tidak mungkin karena telah diketahui bahwa jumlah kromosom dari generasi ke generasi pada individu dalam spesies selalu tetap. Untuk menghindari jumlah kromosom yang berlipat ganda pada generasi berikutnya, maka perlu adanya pembelahan meiosis ( reduksi). Dengan demikian sperma memiliki 23 kromosom (haploid), demikian pula sel telur memiliki 23 buah kromosom. Jika terjadi perkawinan, jumlah kromosom sel anak menjadi 46 buah. Gametogenesis Gametogenesis berlangsung pada sel tertentu dalam alat perkembangbiakan. Pembentukan gamet terjadi secara meiosis dan berlangsung dalam alat perkembangbiakan jantan dan betina pada individu dewasa. Peristiwa pembentukan sel-sel kelamin atau sel-sel gamet disebut gametogenesis, yang berlangsung di dalam gonad. Gametogenesis terutama terjadi pada hewan-hewan bertulang belakang, termasuk manusia. Gametogenesis terdiri atas spermatogenesis, yaitu proses pembentukan sperma di dalam testis dan oogenesis, yaitu proses pembentukan sel telur (ovum) di dalam ovarium.
23 a. Spermatogenesis Sel benih pertama (primordial germ cell) di dalam testis membelah berulangulang secara mitosis menghasilkan spermatogonia dengan 2n kromosom. Spermatogonia tumbuh membesar membentuk spermatosit 1 (primary spermatocyte). Sel ini kemudian membelah secara meiosis I, menghasilkan spermatosit 2 (secondary spermatocyte) yang n kromosom. Spermatosit 2 akan membelah secara meiosis II, menghasilkan spermatid yang juga n kromosom. Spermatid berdiferensiasi tumbuh menjadi sperma yang mempunyai kepala dan ekor. Selesailah proses spermatogenesis yang setiap satu sel spermatogonia menghasilkan 4 buah sperma yang haploid (n kromosom). b. Oogenesis Proses oogenesis pada dasarnya sama dengan spermatogenesis. Sel benih pertama membelah secara mitosis berkali-kali dan menghasilkan oogonia, tapi hanya satu oogonia yang tumbuh berkembang menjadi oosit 1 (primary oocyte), sedangkan yang lain mengalami degenerasi. Sel oosit pertama ini lebih besar daripada sel sperma. Oosit 1 mengalami pembelahan meiosis I, menghasilkan 2 buah sel yang tidak sama besarnya, yaitu satu sel yang besar disebut oosit 2 yang haploid dan yang kecil disebut badan polar (polar-body) yang haploid. Biasanya badan polar menempel pada kutub sel telur. Oosit 2 mengalami pembelahan mengalami pembelahan meiosis II, menghasilkan sebuah ovum atau sel telur yang berfungsi sebagai n kromosom (haploid) dan sebuah badan polar haploid tetapi tidak dapat berfungsi. Sementara itu badan polar pertama membelah menghasilkan 2 buah badan polar. Dengan demikian pada akhir proses oogenesis menghasilkan sebuah ovum yang besar dengan n kromosom (haploid) yang dapat berfungsi jika dibuahi dan 3 buah badan polar masing-masing haploid tetapi tidak berfungsi dan akhirnya mengalami degenerasi. b. Gametogenesis pada Tumbuhan Berbiji Pada tumbuhan pun terutama pada tumbuhan tingkat tinggi atau tumbuhan berbiji, juga berlangsung peristiwa gametogenesis. Pembentukan gamet terjadi di dalam gametofit jantan, yaitu dalam kepala sari (anther), hingga menghasilkan butir serbuk sari (pollen grain) yang haploid. Pembentukan gamet betina berlangsung dalam gametofit betina pada embrio di dalam bakal biji (ovule), dan menghasilkan sel telur atau ovum. Bunga yang lengkap mempunyai alat pembiak jantan yang disebut benang sari (stamen). Benang sari terdiri dari kepala sari (anther) dan tangkai sari (filament). Di dalam kepala sari terdapat 4 buah kantung serbuk sari (pollen sacs), yang merupakan tempat terbentuknya serbuk sari, sebagai alat pembiak jantan yang disebut mikrospor. Kantung serbuk sari berisi sejumlah sel yang rapat susunannya disebut sel induk serbuk sari (pollen mother cell) atau sel induk mikrospor yang masing-masing sel diploid. Sel induk serbuk sari mengalami pembelahan meiosis menghasilkan tetrad yang terdiri atas 4 buah sel mikrospor haploid yang masih bersatu. Selanjutnya akan memisah diri membentuk butir serbuk sari yang haploid. Di dalam serbuk sari, inti yang haploid ini membelah secara mitosis menghasilkan 2 buah inti, aitu inti generatif (generative nucleus) dan inti pembuluh (tube nucleus) yang kelak akan berguna dalam proses pembuahan.
24 Bunga yang lengkap juga memiliki putik (carpel). Putik terdiri atas kepala putik (stigma), tangkai putik (style), dan bakal buah (ovary) yang di dalamnya mengandung satu atau lebih bakal biji (ovule). Bakal biji berkembang membentuk 3 bagian yaitu; funicle, plasenta, dan nucellus yang terdiri dari sel-sel ang tersusun rapat. Dinding bakal biji berdiferensiasi. Ke sebelah dalam membentuk jaringan pelindung dan ke sebelah luar membentuk integument yang membungkus jaringan nucellus. Bagian dasar integument terbuka membentuk mikrofil, yaitu tempat masuknya sel kelamin jantan. Di bagian ujung yang berlawanan membentuk chalaza. Di bagian tengah bakal biji terbentuk kantung embrio sel induk atau disebut pula sel induk megaspor. Sel ini mengalami meiosis, menghasilkan 4 sel induk megaspor. Tiga sel mengalami degenerasi, satu sel sisanya membentuk kantung embrio muda (young embryosac) atau sel megaspor. Megaspor mengalami 3 kali pembelahan mitosis, sehingga menghasilkan 8 sel anak megaspor yang masing-masing selnya haploid. Dua sel di bagian tengah membentuk inti polar atau sel kandung lembaga sekunder. Tiga buah sel bergerak ke arah mikrofil dan selanjutnya akan membentuk satu sel telur (ovum) di bagian tengah dan di bagian tepi membentuk dua sel sinergid. Tiga buah sel lainnya bergerak ke arah daerah chalaza membentuk antipoda. Rangkuman Reproduksi sel terdiri atas : 1) Amitosis, yaitu pembelahan nukleus secara langsung tanpa melalui tahapan; 2) Mitosis, yaitu pembelahan nukleus secara tidak langsung, melalui tahapan profase, metafase, anafase, dan telofase; dan 3) Meiosis, yaitu pembelahan reduksi melalui tahapan meiosis I (Profase I : leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakinesis; Metafase I; Anafase I; Telofase I) dan meiosis II (Profase II, Matafase II, Anafase II, dan Telofase II). Mitosis terjadi pada sel somatik/embrional yaitu pada perbanyakan sel tubuh (somatik) dan menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom sama dengan sel induk (2n) 1 sel induk 2 sel anak (2n kromosom) (masing-masing membawa 2n kromosom) Meiosis terjadi pada organ reproduksi/gonad yaitu perbanyakan sel gonad pada saat membentuk gamet. Sel anak memiliki kromosom setengah jumlah kromosom sel induk. 1 sel induk 4 sel anak (2n kromosom) (masing-masing membawa n kromosom) Fungsi mitosis adalah menjaga agar faktor genetik tetap, pertumbuhan, dan reproduksi. Sedangkan fungsi meiosis adalah untuk kelangsungan hidup organisme. Siklus sel adalah urutan kejadian-kejadian yang berlangsung di antara pembentukan sel dan pembelahan sel dalam membentuk sel anakan, terdiri atas : interfase, mitosis, dan pembelahan sel. Gametogenesis adalah proses pembentukan gamet, yang terdiri dari : a) Spermatogenesis, proses pembentukan sel sperma; b) Oogenesis, proses pembentukan sel telur (ovum); dan c) Pada tumbuhan biji, pembentukan gamet jantan (serbuk sari) pada gametofit jantan (benang sari), pembentukan gamet betina berlangsung pada gametofit betina (kantong embrio di dalam bakal biji).
25
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda dapat: 1. menjelaskan apa yang dimaksud jaringan penyusun tubuh hewan dan manusia 2. menjelaskan empat macam jaringan utama pada hewan dan manusia berdasarkan struktur dan fungsinya 3. menyebutkan dua cara yang berbeda bagaimana jaringan epitel tersusun sehingga mempunyai fungsi yang berbeda 4. menggambarkan secara umum bagaimana jaringan epitel digolongkan berdasarkan bentuk, susunan dan fungsinya 5. menjelaskan apa yang dimaksud jaringan pengikat 6. menyebutkan bentuk umum jaringan pengikat berdasarkan struktur dan fungsinya 7. menjelaskan bentuk khusus jaringan pengikat 8. menjelaskan karakteristik, lokasi dan fungsi otot polos, otot lurik dan otot jantung 9. menjelaskan pengertian iritabilitas dan konduktivitas sel- sel saraf 10. menjelaskan apa yang dimaksud dengan organ 11. menyebutkan beberapa macam organ yang tersusun oleh beberapa jaringan 12. menjelaskan apa yang dimaksud sistem organ 13. menguraikan organisasi atau tingkat-tingkat kompleksitas pembentuk organisme manusia Uraian Materi A. Jaringan Organisme multiseluler disusun dari berbagai macam sel yang berbeda dan dikelompokkan-kelompokkan berdasarkan kesamaan bentuk, ukuran, struktur dan fungsinya. Jaringan adalah sejumlah sel yang mempunyai struktur dan fungsi yang sama. Pada hewan dan manusia terdapat empat macam jaringan utama, yaitu : jaringan epitel, jaringan pengikat (termasuk jaringan penyokong), jaringan otot, dan jaringan saraf Jaringan Epitel Jaringan epitel disusun dalam dua cara yang berbeda, sesuai fungsinya yang berbeda : a.Tersusun dalam lembaran yang terdiri dari satu atau beberapa lapisan. Fungsi lembaranlembaran adalah untuk menutupi dan melapisi permukaan rongga–rongga tubuh atau saluran-saluran organ permukaan tubuh. Epitel yang melapisi permukaan organ tubuh bagian dalam disebut endothelium, berfungsi untuk absorbsi dan proteksi b.Tersusun dalam kelenjar-kelenjar yang disesuaikan untuk sekresi. Modifikasi jaringan epitel ini digolongkan sebagai epitel kelenjar. Fungsi khas jaringan epitel adalah absorbsi (oleh lapisan dinding usus kecil), sekresi (kelenjar buntu), transpor (tubula ginjal), ekskresi (kelenjar keringat), proteksi (kulit) dan penerima rangsangan/reseptor (indera pengecap pada lidah) Jaringan epitel umumnya digolongkan berdasarkan : - bentuk sel di lapisan atas atau luarnya (epitel pipih, epitel kubus, epitel silindris dan epitel bersilia) - susunan sel dan jumlah lapisan selnya (epitel selapis atau berlapis banyak)
26 - fungsinya (epitel proteksi, epitel kelenjar dan epitel sensoris) Untuk jelasnya penggolongan jaringan epitel sesuai bentuk, susunan dan fungsinya dapat dilihat pada gambar berikut: gambar . Berbagai jenis jaringan epitel Epitel kelenjar dikhususkan untuk pembuatan, penyimpanan dan sekresi zat-zat kimia. Dikenal dua macam kelenjar utama, yaitu : kelenjar eksokrin dan kelenjar endokrin. Kelenjar endokrin (hormon) mempunyai sel-sel sekresi yang khas, tetapi tidak mempunyai saluran. Sekresinya dilepaskan langsung masuk ke dalam sinusoid yang berdekatan selanjutnya masuk ke dalam kapiler-kapiler darah untuk diangkut ke sel-sel yang dituju. Jaringan Ikat Jaringan ikat adalah jaringan yang mempunyai sejumlah besar bahan serabut yang berfungsi untuk penyokong sel-sel pada jaringan. Tulang dan tulang rawan termasuk dalam kelompok jaringan pengikat, sehingga kelompok keseluruhannya disebut jaringan penyokong. Selain fungsi di atas jaringan pengikat jugak membentuk suatu sarung (selubung) pelindung disekeliling organ-organ yang lemah.Sehingga jaringan pengikat
berfungsi untuk mempersatukan (mengikat) jaringan-jaringan menjadi organ dan berbagai organ menjadi sistem organ. Berdasarkan struktur dan fungsinya, jaringan ikat dikelompokkan dalam bentuk umum, yaitu jaringan pengikat dengan serabut longgar, serabut elastis dan serabut padat (kuat dan liat). Bentuk jaringan ikat yang lebih khusus ialah : jaringan tulang rawan, jaringan tulang, jaringan darah dan jaringan limfe. Semua jaringan ikat terdiri dari serabut substansi dasar, sel-sel dan beberapa cairan ekstraseluler. Substansi dasar dan cairan ekstraseluler dikenal sebagai matriks. Susunan, fungsi dan komposisi unsur-unsur dalam matriks berbeda-beda pada macam jaringan ikat yang berlainan. Jaringan ikat terdapat hampir disemua bagian dalam tubuh. Jaringan Otot Jaringan otot tersusun atas sel-sel otot yang berfungsi untuk melakukan pergerakan pada berbagai bagian tubuh. Jaringan ini dapat berkontraksi karena mengandung protein kontraktil berbentuk panjang dan mengandung serabut halus yang disebut miofibril. Jaringan otot dibagi menjadi jaringan otot polos, otot lurik (serat lintang) dan otot jantung. Jaringan Saraf Jaringan saraf tersusun atas sel-sel saraf yang disebut neuron. Struktur neuron bercabang-cabang. Melalui cabang-cabang tersebut berbagai bagian tubuh dihubungkan
27 dan aktivitasnya di atur. Jaringan saraf terdapat di otak, urat saraf tulang belakang dan saraf-saraf lainnya. Terdapat dua macam sel saraf yaitu sel saraf motorik dan sel saraf sensorik. Sel saraf mempunyai kemampuan untuk bereaksi. Iritabilitas adalah kemampuan jaringan saraf untuk merespons terhadap perubahan lingkungan. Konduktivitas adalah kemampuan jaringan saraf membawa impuls-impuls saraf (pesan). Untuk jelasnya dapat di lihat pada gambar berikut: B. Organ Organ adalah kumpulan beberapa jaringan untuk melakukan fungsi tertentu didalam tubuh. Misalnya : kulit yang menutupi permukaan tubuh adalah organ yang terdiri dari jaringan epitel, jaringan pengikat, jaringan pembuluh daran, jaringan otot, dan jaringan saraf. Semua jaringan tersebut secara bersama berfungsi memungkinkan kulit melindungi tubuh (dari kekeringan, perubahan temperatur, cahaya matahari, terkena infeksi, zat-zat kimia dan tekanan mekanik), mengeluarkan hasil metabolisme yang tidak berguna, menyimpan cadangan makanan, indera peraba dan fungsi khusus lainnya. C. Sistem Organ Sistem organ adalah kumpulan berbagai organ yang bekerja sama untuk melakukan suatu fungsi tertentu. Selanjutnya sistem organ membentuk organisme (individu). Berbagai sistem organ pada tubuh manusia diantaranya adalah : sistem pencernaan, sistem pernapasan, sistem ekskresi, sistem peredaran darah, sistem rangka, sistem otot (gerak), sistem endokrin, sistem saraf dan sistem reproduksi.
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu: 1. Menyebutkan jenis-jenis, sumber dan fungsi karbohidrat. 2. Menjelaskan metabolisme karbohidrat. 3. Menjelaskan fungsi lemak. 4. Menyebutkan macam-macam asam lemak dan sumbernya. 5. Menjelaskan metabolisme lemak. 6. Membedakan asam amino esensial dan asam amino non esensial besarta contohnya masing-masing. 7. Menjelaskan fungsi protein. 8. Menjelaskan metabolisme protein. 9. Menjelaskan jenis-jenis vitamin dan fungsinya masing-masing. 10. Membedakan mineral yang termasuk dalam makroelemen dan mikroelemen. 11. Menjelaskan beberapa fungsi mineral. 12. Menyebutkan organ pencernaan yang ada di dalam mulut sertafungsinya masingmasing. 13. Menjelaskan proses pencernaan yang terjadi di dalam mulut.
28 14. Menjelaskan proses pencernaan yang terjadi di dalam lambung. 15. Menjelaskan proses pencernaan yang terjadi di dalam usus halus. 16. Menjelaskan proses pencernaan yang terjadi di dalam usus besar. 17. Membedakan struktur lambung manusia dan hewan memamah biak. Uraian Materi A. Zat Makanan dan Fungsinya Zat makanan terbagi atas makronutrien yang terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein serta mikronutrien yang terdiri dari vitamin dan mineral. Fungsi makanan bagi tubuh adalah untuk : - penyediaan bahan bakar ; - pertumbuhan dan pembangun tubuh ; - pemeliharaan jaringan dan perbaikan sel-sel jaringan tubuh yang rusak atau tua ; - pengaturan proses-proses tubuh ; - pertahanan tubuh terhadap berbagai macam penyakit. 1. Karbohidrat Molekul karbohidrat tersusun atas unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O). Karbohidrat terbagi atas 3 golongan yaitu : - Monosakarida (terdiri atas satu gugus gula). Contoh : glukosa, fruktosa, galaktosa. - Disakarida (terdiri atas dua gugus gula). Contoh : sukrosa, laktosa dan maltosa. - Polisakarida (lebih dari sepuluh gugus gula). Contoh : amilum, selulosa, glikogen. a. Fungsi Karbohidrat - Sebagai sumber energi ; - Menjaga keseimbangan asam basa ; - Pembentukan struktur sel, jaringan dan organ tubuh ; - Laktosa membantu penyerapan kalsium - Ribosa merupakan komponen penting asam nukleat. b. Metabolisme Karbohidrat. Satu gram karbohidrat mengandung ± 4,1 kalori. Setelah karbohidrat (glukosa) diabsorpsi melalui usus selanjutnya akan masuk ke dalam aliran darah dan melalui vena porta dialirkan ke hati. Di dalam hati, glukosa diubah menjadi glikogen dan kadar gula darah diusahakan dalam batas-batas konstan. Di dalam saluran darah karbohidrat praktis hanya dalam bentuk glukosa, karena terlebih dahulu fruktosa dan galaktosa diubah menjadi glukosa. Bila jumlah karbohidrat yang dimakan melebihi keperluan tubuh akan kalori, sebagian glikogen ditimbun di hati dan otot. Bila penimbunan glikogen telah mencapai batasnya, kelebihan karbohidrat diubah menjadi lemak dan ditimbun di dalam jaringanjaringan lemak. Oksidasi glukosa di dalam sel terjadi secara bertingkat dengan melepaskan energi secara bertahap. Glukosa dan glikogen akan diubah menjadi asam piruvat yang akan memasuki “siklus Krebs”, menghasilkan CO2 + H2O dan melepaskan energi dalam bentuk ATP yang mudah melepaskan energinya sambil berubah menjadi ADP. Sebagian asam piruvat diubah menjadi asam laktat dan keluar dari sel-sel jaringan menuju hati untuk diubah kembali menjadi asam piruvat lalu menjadi glikogen. Metabolisme karbohidrat dipengaruhi oleh enzim-enzim dan hormon-hormon tertentu.
29 2. Lemak Molekul lemak tersusun atas unsur-unsus karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O), kadang-kadang terdapat fosfor (P) dan nitrogen (N). Lemak tidak larut dalam air tapi larut dalam pelarut organik seperti kloroform, eter dan minyak tanah. Istilah kimia untuk lemak adalah lipid. Lemak tersusun dari asam lemak dan gliserol. Berdasarkan tingkat kejenuhannya asam lemak dibagi menjadi asam lemak jenuh dan tak jenuh. Asam lemak jenuh dapat disintesis oleh tubuh sedangkan asam lemak tak jenuh tidak dapat disintesis oleh tubuh. Contoh asam lemak jenuh adalah asam palmitat dan asam stearat sedangkan contoh asam lemak tak jenuh adalah asam oleat dan asam linoleat. a. Fungsi Lemak - Pembawa zat-zat makanan esensial ; - Pelarut vitamin A, D, E dan K - Sumber energi tetap ; - Pelindung alat-alat tubuh dan melindungi tubuh dari kedinginan dan luka. - Penahan rasa lapar b. Metabolisme Lemak Satu gram lemak mengandung ± 9,3 kalori. Lemak dengan melalui proses hidrolisis menghasilkan gliserol dan asam lemak. Gliserol akan diubah menjadi glikogen dan proses selanjutnya sama dengan glukosa. Asam-asam lemak dipecah lebih lanjut menghasilkan Asetil Ko-enzim yang akan dikondensasikan menjadi asam aseto-asetat yang selanjutnua masuk “siklus Krebs” sebagai asam oksalo asetat. Di sini akan bertemu proses metabolisme karbohidrat dan lemak. Dari tempat penimbunannya, lemak dikirim ke hati dalam bentuk lesitin. Di sini gliserol dipisahkan dari asam lemak dan mengikuti proses lebih lanjut seperti karbohidrat, sedangkan asam lemak diubah menjadi aseto asetat untuk dikirim kembali ke sel-sel jaringan. Di dalam sel jaringan, aseto-asetat dioksidasi lebih lanjut dan masuk siklus Krebs untuk menghasilkan energi. Asam-asam lemak tertentu dapat dibentuk di dalam tubuh dari asam aseto-asetat atau asam piruvat yang berasal dari pemecahan karbohidrat sehingga pembentukan antara karbohidrat dan lemak merupakan suatu proses timbal balik. 3. Protein Protein tersusun atas unsur C, H, O, N, dan kadang-kadang mengandung unsur S dan P. Protein dapat dibedakan atas protein hewani dan protein nabati. Protein hewani lebih baik dari protein nabati karena memiliki asam amino yang lengkap. Protein terdiri atas berbagai macam asam amino. Terdapat sepuluh asam amino esensial yang tidak dapat dibuat oleh tubuh, yaitu : Isoleusin, leusin, lisisn, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin, arginin dan histidin. Asam amino lain yang non esensial diantaranya adalah alanin, asparagin, prolin dan serin. a. Fungsi Protein - Mensintesis substansi-substansi penting, seperti hormon, enzim, antibodi, dan kromosom ; - Pertumbuhan, perbaikan dan pemeliharaan sel, jaringan dan organ ; - Melaksanakan metabolisme tubuh. Contoh : enzim ; - Menyeimbangkan cairan tubuh dan larutan asam dan basa.
30 -
Sumber energi - Detosifikasi. b. Metabolisme Protein Satu gram protein memberikan ± 4,1 kalori. Protein diserap oleh dinding usus sebagai asam-asam amono, melalui pembuluh darah vena porta menuju ke hati. Persenyawaan yang tidak mengandung nitrogen dapat diubah menjadi glukosa dan glikogen untuk selanjutnya mengalami proses seperti karbohidrat dan lemak. Pada proses metabolisme asam amino, terjado proses dekarboksilasi yang memisahkan gugus karboksil dengan asam amino sehingga terjadi ikatan baru yang merupakan zat antara yang masih mengandung unsur nitrogen, Selanjutnya, terjadi proses transaminasi yang menghasilkan pemindahan gugus amino (NH2) dari asam amino ke ikatan lain sehingga terjadi asam amino lagi yang berbeda dari yang pertama. Asam amino terutama untuk membentuk jaringan baru atau mengganti jaringan yang rusak. Sebagian dari asam amino tersebut diuraikan di dalam sel-sel untuk disintesis menjadi zat-zat lain atau untuk menghasilkan energi. 4. Vitamin Menurut kelarutannya, vitamin dibagi atas : - vitamin yang larut dalam air (vitamin C dan B) dan - vitamin yang larut dalam lemak (vitamin A, D, E dan K). Vitamin sangat penting bagi tubuh karena memiliki fungsi fisiologis yang sangat penting. Antara lain berperan sebagai koenzim, untuk pembentukan jaringan kolagen, membantu absorpsi Fe dan Ca, mempengaruhi kondisi cairan tubuh, pengaturan DNA, membantu metabolisme, memelihara jaringan, memelihara pencernaan, kulit, gigi, mata, saraf, tulang kadar gula darah yang normal, untuk produksi antibodi, membantu pembekuan darah dan masih banyak fungsi yang lain. 5. Mineral Unsur-unsur mineral dibagi menjadi dua golongan, yaitu unsur-unsus makro (makroelemen) dan unsur-unsur mikro (mikroelemen). Fungsi mineral antara lain : memelihara keseimbangan cairan tubuh, nilai osmotik, pH, permeabilitas sel,fungsi saraf, denyut jantung, tulang, gigi; mengatur pelepasan insulin; membantu kontraksi otot, pembekuan darah, transmisi impuls saraf; kofaktor enzim; mengatur aktifitas hormon, sintesis protein, respirasi seluler; detoksifikasi; komponen struktural asam nukleat, vitamin dan asam lemak; untuk pembentukan hemoglobin; membantu fungsi kelenjar tiroid dan masih banyak fungsi lain. a. Makroelemen Dibutuhkan dalam jumlah besar oleh tubuh. Antara lain adalah : natrium, kalium, kalsium, fosfor, magnesium, klor dan belerang. Natrium, kalium, kalsium dan magnesium bersifat alkali dalam larutan sedangkan fosfor, klor dan belerang bersifat asam dalam larutan. b. Mikroelemen Dibutuhkan dalam jumlah sedikit oleh tubuh. Antara lain adalah : besi, yodium, fluor, tembaga dan unsur-unsur perunut lain seperti mangan, kromium, kobalt, molebdenum dan selenium.
31 B. Sistem Pencernaan Makanan pada Manusia Bagian-bagian saluran pencernaan adalah : mulut, kerongkongan (esofagus), lambung, usus halus dan usus besar. Organ pencernaan tambahan yang berhubungan dengan saluran pencernaan adalah gigi, kelenjar ludah, pankreas, hati dan kelenjarkelenjar pencernaan lainnya. 1. Mulut Di dalam mulut terdapat lidah, kelenjar ludah dan gigi. a. Lidah Membantu mengecap, mengunyah dan menelan makanan. Memiliki alat indra pengecap yang sensitif terhadap rasa asin, manis, pahit dan masam, juga sensitif terhadap dingin, panas dan tekanan. b. Kelenjar ludah Terdapat tiga kelenjar ludah dalam mulut, yaitu kelenjar parotis, kelenjar submandibularis dan kelenjar sublingualis. Ludah dihasilkan oleh kelenjar ludah, mengandung enzim amilase yang merupakan katalisator untuk perombakan amilum. c. Gigi Berfungsi untuk menghaluskan makanan sehingga enzim-enzim pencernaan dapat mencerna makanan lebih cepat. Selama perkembangan manusia memiliki dua perangkat gigi, yaitu gigi sulung atau susu dan gigi tetap. Gigi terdiri atas mahkota gigi, leher gigi dan akar gigi. Mahkota gigi terlihat dalam mulut dengan bentuk berbeda. Gigi seri berbentuk seperti pahat, gigi taring seperti kerucut dan geraham berbentuk agak silindris dengan permukaan yang lebar. Akar gigi tertanam dalam gusi. Jaringan gigi tersusun atas : - email : lapisan keras yang menutupi mahkota gigi - dentin : terletak di bawah email dan membentuk gigi. - sementum : menutupi akar gigi. - Pulpa : rongga pada bagian tengah gigi yang berisi serabut saraf dan pembuluh darah. Pencernaan di dalam rongga mulut dapat terjadi secara mekanik atau kimiawi atau kedua-duanya. 2. Esofagus Merupakan saluran panjang untuk jalan makanan dari mulut menuju ke lambung. Panjang esofagus ± 20 cm dan lebarnya ± 2 cm. Bagian dala osefagus selalu basah untuk melicinkan pergerakan makanan menuju ke lambung. Perpindahan makanan disebabkan oleh gerak peristaltik otot dinding osefagus. 3. Lambung Berbentuk seperti kantung dan terletak di bawah diafragma agak ke kiri dan terdiri atas tiga bagian : kardiak, fundus dan pilorus. Makanan yang dimakan tersimpan dalam lambung selama 2-5 jam. Dinding lambung terdiri atas beberapa lapis otot polos, yaitu otot memanjang di bagian luar, otot melingkar di bagian tengah dan otot miring di bagian dalam. Terdapat sfinkter kardial pada bagian atas dan sfinkter pilori di ujung pilorus. Otot-otot lambung juga dapat berkontraksi untuk menekan, memeras dan mencampur makanan dengan getah lambung.
32 Kelenjar-kelenjar pada dinding lambung menghasilkan getah lambung yang mengandung asam HCl, pepsin, renin dan lipase. Pepsin menguraikan protein menjadi molekul-molekul lebih kecil yang akan diuraikan lebih lanjut dalam usus halus menjadi asam amino. Renin berfungsi mencerna protein susu/kasein. Lipase mencerna emulsi lemak. HCl berperan untuk mempercepat reaksi kerja pepsin, mengaktifkan pepsin, membantu membuka menutupnya sfinkter pilori, memacu sekresi getah usus dan membunuh kuman-kuman dalam makanan. Pencernaan lemak belum berlangsung di dalam lambung. 4. Usus Halus Merupakan saluran yang panjang dengan banyak lipatan yang disebut vili atau jonjot usus. Vili berfungsi memperluas permukaan usus halus yang panjangnya ± 6,5 m dan lebarnya ± 25mm. Usus halus terdiri dari duodenum, jejenum dan ileum. Dinding usus halus juga terdiri dari lapisan otot polos yang berfungsi untuk memindahkan zat makanan melalui saluran pencernaan dan untuk mencampur zat-zat makanan dengan getah-getah pencernaan. a. Duodenum Dinamakan juga usus 12 jari dan panjangnya ± 25 cm. Di sini bermuara saluran empedu dan saluran pankreas. b. Jejenum dan Ileum Perbandingan panjang antara jejenum dan ileum adalah 2 : 3. Di dalam usus halus, semua tepung dan molekul disakarida dicerna menjadi glukosa ; semua molekul protein dicerna menjadi molekul asam amino ; dan semua molekul lemak dicerna menjadi molekul gliserol dan asam lemak. Hati, pankreas dan kelenjar-kelenjar pada dinding usus halus menghasilkan getah pencernaan yang bercampur dengan makanan. Hati merupakan kelenjar pencernaan terbesar dalam tubuh, berfungsi untuk menghasilkan empedu untuk mengemulsi lemak, penimbunan zat makanan dari darah, penyerapan unsur besi dari darah yang telah rusak, penyimpan darah, pembentukan fibrinogen dan heparin. Pankreas berfungsi sebagai kelenjar eksokrin yang menghasilkan getah pankreas ke dalam saluran pencernaan dan sebagai kelenjar endokrin yang mengeluarkan hormon insulin. Insulin berfungsi untuk menjaga agar kadar gula darah tetap normal dan mencegah diabetes melitus. Kelenjar-kelenjar yang ada pada dinding usus halus menghasilkan getah usus yang mengandung enzim : - maltase, mencerna maltosa menjadi dua molekul glukosa; - sukrase, mencerna sukrosa menjadi glukosa dan fruktosa; - laktase, mencerna laktosa menjadi glukosa dan galaktosa; - peptidase, mencerna polipeptida menjadi asam amino. Di dalam usus halus, pencernaan karbohidrat, lemak dan protein berlangsung sempurna. Monosakarida, asam amino dan asam lemak diabsorpsi melalui dinding usus halus. Sisa zat makanan yang tidak diabsorpsi bergerak ke usus besar. 5. Usus Besar Panjang usus besar ± 1 meter, terdapat klep ileosekum antara usus halus dan usus besar sehingga makanan tidak bisa kembali ke usus halus. Sebagian besar air pada zat-zat buangan dalam usus besar diabsorpsi kembali. Kontraksi otot-otot rektum
33 menyebabkan terjadinya defekasi (proses pengeluaran zat-zat sisa hasil pencernaan melalui anus). C. Sistem Pencernaan pada Hewan Memamah Biak Perbedaan antara sistem pencernaan pada hewan memamah biak dengan manusia terutama pada susunan dan fungsi gigi serta lambungnya. Gigi gerahamnya sangat besar sedangkan lambung terbagi atas rumen, retikulum omasum dan abomasum. Setelah dikunyah, makanan masuk ke dalam rumen dan retukulum. Di dalam rumen terdapat bakteri yang menguraikan selulosa sehingga hewan memamah biak dapat menggunakan polisakarida sebagai makanan dalam keadaan tanpa udara atau oksigen. Selulosa pada dinding sel tumbuhan dapat diurakan oleh bakteri tersebut sehingga isi sel dapat dicerna oleh hewan memamah biak. Makanan yang belum dikunyah dengan sempurna dimuntahkan kembali ke mulut untuk dikunyah lagi. Makanan lalu ditelan dan melewati rumen dan retikulum langsung masuk ke omasum. Di dalam omasum makanan diaduk secara mekanik, lalu masuk ke dalam abomasum yang serupa dengan lambung mamalia lain. Di dalam abomasum, asam dan enzim pencernaan disekresikan kembali. Dari abomasum, makanan masuk ke dalam usus halus. Sebagian besar hewan memamah biak adalah hewan ungulata.
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu: 1. Menjelaskan perbedaan antara pernapasan dada dan pernapasan perut pada manusia. 2. Membedakan antara inspirasi dan ekspirasi. 3. Menjelaskan proses pengangkutan oksigen pada manusia. 4. Menjelaskan proses pengangkutan karbon dioksida pada manusia. 5. Menjelaskan proses respirasi seluler. 6. Menjelaskan struktur organ pernapasan pada manusia. 7. Menyebutkan berbagai organ pernapasan pada hewan serta contoh hewannya masingmasing. 8. Menjelaskan mekanisme respirasi pada ikan. 9. Menjelaskan mekanisme respirasi pada katak. 10. Menjelaskan mekanisme respirasi pada burung. Uraian Materi A. Sistem Respirasi pada Manusia Respirasi pada manusia berlangsung secara aerob, yaitu membutuhkan oksigen bebas. Respirasi terbagi dua, yang pertama adalah respirasi luar, dimana berlangsung pertukaran gas (O2 dan CO2) antara udara dan darah. Yang kedua adalah respirasi dalam, yaitu pertukaran gas (O2 dan CO2) antara darah dan sel jaringan tubuh. Di antara kedua tingkatan inilah gas-gas tersebut diangkut oleh alat transportasi dalam tubuh. Pada respirasi luar, darah mengangkut sebagian kecil karbon dioksida dalam bentuk karbominohemoglobin dan sebagian besar dalam bentuk ion bikarbonat (HCO3-) sebagai hasil reaksi CO2 dengan H2O.Ion bikarbonat diangkut dalam plasma darah.
34 Ketika sedikit CO2 yang tertinggal mulai berdifusi keluar, maka reaksi berikut di dorong ke kanan : H + + HCO3 ---------- H2CO3 ----------- H2O + CO3 Hemoglobin lalu melepaskan ion-ion hidrogen yang diangkut, H Hb menjadi Hb. Hemoglobin selanjutnya mengikat oksigen dan menjadi oksihemoglobin. Hb + O2 ----------------------HbO2 Pada respirasi dalam, darah masuk ke dalam jaringan tubuh, oksigen meninggalkan hemoglobin dan berdifusi masuk ke dalam cairan jaringan tubuh : HbO2 ------------------Hb + O2 Selama respirasi luar dalam paru-paru, CO2 meninggalkan darah dan O2 masuk ke dalam darah. Selama respirasi dalam di jaringan, O2 meninggalkan darah dan CO2 masuk ke dalam darah. Respirasi seluler terjadi di dalam mitokondria. Energi yang diperooleh dari penguraian zat makanan igunakan untuk mengubah ADP menjadi ATP dengan mengikat P. 1. Respirasi pada Manusia Energi yang diperlukan untuk semua kegiatan tubuh sangat tergantung pada oksigen. Jumlah oksigen yang dapat disimpan oleh tubuh hanya sedikit, baik sebagai oksihemoglobin dalam darah maupun oksimioglobin dalam otot, maka pemasukan oksigen tidak boleh terhenti. Semua sel akan mati bila tidak mendapat oksigen, bahkan sel-sel otak akan rusak bila tidak memperoleh oksigen tiga sampai empat menit saja. a. Pernapasan Dada dan Pernapasan Perut Bernapas adalah pengambilan udara pernapasan masuk ke dalam paru-paru (inspirasi) dan pengeluarannya (ekspirasi). Bernapas dibedakan antara pernapasan dada dan pernapasan perut. Pada pernapasan dada, bila otot-otot antar tulang rusuk luar berkontraksi, tulang rusuk terangkat dan volume rongga dada menjadi lebih kecil dari pada tekanan udara luar. Akibatnya udara luar masuk ke dalam rongga dada. Pada pernapasan perut, bila otot diafragma mengerut sehingga diafragma mendatar dan volume rongga dada menjadi lebih besar sehingga tekanan udara di dalam rongga dada menjadi lebih kecil daripada yang di luar. Kedua proses pernapasan dada dan perut ini disebut inspirasi. Pada pernapasan dada, bila otot antar tulang rusuk dalam berkontraksi, tulang rusuk akan tertekan dan volume rongga dada akan mengecil sehingga tekanan udara di dalam rongga dada lebih besar dari tekanan udara luar. Akibatnya udara di dalam rongga dada terdorong keluar. Pada pernapasan perut, bila otot dinding rongga perut berkontraksi, ootot-otot dalam rongga perut akan terdorong ke atas dan diafragma naik. Akibatnya volume rongga dada menjadi lebih kecil, sehingga udara dalam rongga dada terdorong keluar. Kedua proses pernapasan dada dan perut ini disebut ekspirasi.Pada waktu otot-otot antar tulang rusuk menerut, ruang dada membesar sehingga terjadi penurunan tekanan udara di dalam paru-paru. Akibatnya udara luar masuk ke dalam melaluitenggorokan, bronkus, bronkiolus dan alveolus. Dalam keadaan biasa manusia menghisap dan menghembuskan udara kurang lebih 500 cc. Bila setengah liter ini telah dihembuskan, kita masih dapat menghembuskan satu setengah liter udara lagi dengan mengerutkan otot perut kuat-kuat. Sebaliknya,
35 sesudah menghirup udara setengah liter, kita masuh dapat menghirup kuat-kuat satu setengah liter lagi. Jadi jumlah udara yang dipernapaskan adalah antara setengah dan tiga setengah liter. Meskipun ada 500 cc udara yang kita pernapaskan dalam keadaan biasa, tetapi hanya 350 cc yang dapat sampai di alveolus, sedangkan yang 150 cc hanya sampai di saluran pernapasan saja. b. Pertukaran Oksigen dan Karbon Dioksida Dalam keadaan biasa kita memerlukan oksigen 300 liter sehari semalam. Bila kerja kita makin berat, jumlah kebutuhan oksigen meningkat sampai sepuluh atau limabelas kali. Tetapi plasma darah hanya mampu melarutkan 2-3% sedangkan sebagian besar lainnya diangkut oleh hemoglobin yang ada dalam sel darah merah. Hemoglobin (Hb) adalah zat pigmen respirasi, tersusun dari senyawa hemin atau hematin yang mengandung unsur besi, dan suatu globin. Pada waktu darah masuk ke paru-paru, hemoglobin mengikat O2 sampai jenuh. Tekanan oksigen dalam jaringan lebih rendah dibanding di dalam paru-paru sehingga molekul-molekul hemogloobin melepaskan oksigennya. Karbon dioksida yang terbentuk sebagai hasil respirasi diangkut oleh darah keluar dari jaringan menuju ke paru-paru. 2. Pernapasan Paru-paru Udara masuk melalui hidung menuju ke faring, tenggorokan, bronkus, bronkiolus dan alveolus. Dinding alveolus yang tipis dan lembab berbatasan sangat erat dengan pembuluh kapiler sehingga memudahkan difusi oksigen dan karbon dioksida. Dinding batang tenggorokan maupun bronkus terdiri dari tiga lapisan, Paling dalam adalah epitel, lapisan tengah terdiri dari gelang-gelang tulang rawan dan otot polos, sedangkan lapisan terluar terdiri dari jaringan ikat. Dinding alveolus hanya satu lapis, bahkan di beberapa tempat dinding ini terbuka sehingga memudahkan hubungan langsung dengan kapiler darah. Paru-paru dan rongga dada berselaput tipis yang disebut pleura rangkap dua yang terisi cairan limfa sehingga pada gerakan kembang kempis paru-paru tidak ada gesekan. B. Sistem Respirasi pada Hewan Persediaan oksigen untuk hewan yang hidup di darat terdapat di udara sekitarnya sedangkan untuk hewan air berupa oksigen yang terlarut dalam air. Teradapat empat macam bentuk alat respirasi pada hewan, yaitu : permukaan tubuh, trakea, insang dan paru-paru. 1. Permukaan Tubuh Beberapa hewan seperti amoeba, paramecium dan cacing tanah memperoleh semua oksigen yang dibutuhkan melalui seluruh permukaan tubuhnya. Hal tersebut juga dilakukan sebagai tambahan pertukaran gas pada beberapa vertebrata yang bernapas dengan insang atau paru-paru, termasuk beberapa ikan, kura-kura air dan ular. Amfibi memeperoleh 25 persen atau lebih oksigen melalui permukaan tubuhnya. Untuk melakukan ini, permukaan tubuh harus basah dan tipis. 2. Pembuluh Trakea Terdapat pada kelompok Artropoda. Merupakan pembuluh udara yang bercabangcabang menjadi pembuluh-pembuluh udara yang halus ke seluruh bagian tubuh. Oksigen tidak diedarkan melalui darah. Pada sepanjang kedua sisi tubuh serangga terdapat lubanglubang kecil disebut stigma, yang merupakan muara pembuluh-pembuluh trakea yang selalu terbuka. Jadi udara keluar masuk melalui stigma sebagai lubang pernapasan.
36 3. Insang Lembaran insang berwarna merah, berbentuk seperti sisir yang terdiri dari jaringan lunak, dan banyak mengandung pembuluh-pembuluh kapiler sebagai cabang dari arteri insang sehingga memudahkan pertukaran gas antara darah dan air. Cara pernapasan pada ikan mas adalah sebagai berikut : a. Fase inspirasi, ialah fase pengambilan O2 dari air masuk ke dalam insang. Mulut membuka sehingga air masuk ke dalam rongga mulut. b. Fase ekspirasi, ialah fase pelepasan CO2 dan gas-gas lainnya dari insang ke air. Setelah air masuk ke rongga mulut, celah mulut tertutup. Kemudian celah insang terbuka dan air segera keluar melalui celah-celah tersebut. Air yang keluar akan menyentuh lembaran-lembaran insang sehingga terjadi pertukaran gas. Darah melepaskan CO2 ke dalam air dan mengikat O2 dari air. Pada ikan yang tidak mempunyai tutup insang cara pernapasannya ialah dengan memperbesar dan memperkecil rongga mulut, yaitu dengan jalan menaikkan dan menurunkan dasar mulutnya. 4. Paru-paru a. Pernapasan pada Katak Pada berudu, jantungnya hanya terdiri dari satu serambi (atrium) dan satu bilik (ventrikel). Pada bentuk dewasa jantung amfibi terdiri dari dua atrium dan satu ventrikel. - Fase inspirasi Udara masuk ke dalam rongga mulut dan hulu tenggorokan melalui koane. Selanjutnya koane tertutup dan rongga mulut mengecil sehingga udara masuk ke celah-celah yang terbuka, menuju ke paru-paru untuk pertukaran gas. Oksigen diikat oleh darah yang ada di dalam kapiler dinding paru-paru. - Fase ekspirasi Udara di dalam paru-paru keluar dan masuk ke dalam rongga mulut. Selanjutnya rongga mulut mengecil sehingga udara dari paru-paru yang berisi karbon dioksida keluar melalui koane. b. Pernapasan pada Burung Paru-paru pada burung berhubungan dengan kantong-kantong udara yang terdapat pada pangkal leher, ruang dada, antar tulang korakoid, ketiak dan rongga udara tubuh. Burung mempunyai 2 cara pengambilan udara pernapasan, yaitu pernapasan yang dilakukan pada waktu tidak terbang dan pernapasan pada waktu terbang. Pada waktu tidak terbang, paru-paru mengembang sehingga udara dari luar masuk ke dalam paruparu melalui saluran alat pernapasan lalu sebagian masuk ke dalam kantong-kantong udara. Paru-paru lalu mengecil kembali dan udara di dalam kantong-kantong udara dikeluarkan melalui paru-paru lagi sehingga oksigen dapat diikat lagi oleh darah yang terdapat dalam pembuluh-pembuluh kapiler dinding paru-paru. Jadi pengambilan oksigen berlangsung baik pada waktu inspirasi maupun pada waktu ekspirasi. Pada waktu terbang, inspirasi dan ekspirasi tidak dilakukan oleh paru-paru tapi oleh kantong udara yang terdapat di antara tulang korakoid. Pada waktu sayap diangkat ke atas, kantong udara antar korakoid terjepit, tetapi kantong udara di ketiak mengembang sehingga terjadi inspirasi. Sebaliknya, ekspirasi dilakukan pada waktu
37 sayap bergerak ke bawah. Pada gerakan ini kantong udara di ketiak terjepit, tetapi kantong udara antar korakoid mengembang sehingga ekspirasi terjadi. Dengan cara demikian terjadilah pergantian udara di dalam paru-paru. c. Pernapasan pada Mamalia Pernapasan pada mamalia secara lebih rinci dapat dipelajari pada sub bab A, Sistem Respirasi pada Manusia, karena manusia merupakan anggota dalam klas mamalia.
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda dapat: 1. Menjelaskan perbedaan antara defekasi, ekskresi dan sekresi. 2. Menyebutkan berbagai alat ekskresi pada manusia. 3. Menjelaskan proses ekskresi yang terjadi di paru-paru. 4. Menjelaskan proses ekskresi yang terjadi pada kulit. 5. Menjelaskan struktur ginjal. 6. Menjelaskan proses ekskresi yang terjadi di ginjal. 7. Menyebutkan berbagai alat ekskresi pada hewan Invertebrata serta contoh hewannya masing-masing 8. Menyebutkan alat ekskresi pada ikan, amfibi, reptil dan burung. Uraian Materi A. Sistem Ekskresi pada Manusia Proses pengeluaran zat-zat sisa dari tubuh dibedakan atas defekasi, ekskresi dan sekresi. Defekasi adalah proses pengeluaran zat-zat sisa hasil pencernaan makanan yang tidak berguna bagi tubuh. Ekskresi adalah proses pengeluaran zat-zat sisa metabolisme yang sudah tidakdigunakan oleh tubuh dan dapat dikeluarkan bersama urine, keringat atau pernapasan. Sekresi adalah proses pengeluaran getah oleh kelenjar dan berguna bagi tubuh. 1. Ekskresi Zat-zat Sisa Hasil Metabolisme Pengeluaran zat-zat sisa metabolisme dari dalam tubuh dapat melalui ginjal, kulit, hati atau paru-paru. Metabolisme protein menghasilkan zat-zat sisa yang mengandung nitrogen seperti NH4OH dan NH3 yang bersifat racun bagi sel sehingga harus dikeluarkan dari tubuh. Adapun prosesnya adalah sebagai berikut, asam amino disingkat AA : Ornitin (AA1) + NH3 + CO2 -------------- AA2 (sitrulin) Sitrulin (AA2) + NH3 ------------------------ AA3 (arginin) Arginin (AA3) ---------------------------------- AA1 (ornitin) + urea + H20 arginase
38 Urea keluar dari hati bersama aliran darah dan kemudian akan disaring melalui glomerulus di dalam ginjal dan keluar bersama urine. 2. Alat-alat Ekskresi a. Paru-paru Karbon dioksida dan air sebagai hasil metabolisme karbohidrat dan lemak dikeluarkan dari sel-sel jaringan tubuh dan masuk ke dalam aliran darah. Karbon dioksida larut menjadi asam karbonat (H2CO3) yang dipercepat oleh enzim karbonat anhidrase. Asam karbonat akan terpisah lagi menjadi ion HCO3- dan ion H+. Ion hidrogen ini bersifat racun karena dapat mengubah pH darah sehingga segera diikat oleh hemoglobin. Dengan demikian CO2 akan diangkut sebagian besar sebagaiHCO3- dalam plasma darah,dan sebagian lagi (25%) diikat oleh hemoglobin sebagai senyawa karbomino hemoglobin dan sedikit sekali sebagai H2CO3 yang larut dalam plasma darah. Kebalikan proses ini berlangsung di paru-paru. Di paru-paru karbon dioksida dilepaskan dan air dikeluarkan dalam bentuk uap air. b. Hati Eritrosit yang telah tua dan rusak dibinasakan di dalam hati oleh histiosit. Hemoglobin dari sel-sel darah merah diuraikan menjadi hemin + Fe + Globulin. Zat besi diambil dan disimpan di dalam hati yang kemudian dikembalikan ke sumsum tulang. Globin digunakan lagi, baik untuk metabolisme protein maupun untuk pembentukan hemoglobin baru. Hemin diubah menjadi zat warna empedu (bilirubin dan biliverdin), kemudian dikeluarkan ke usus dan seterusnya keluar bersama feses. c. Kulit Kelenjar keringat tersebar di kulit tubuh. Pangkal kelenjar menggulung dan berhubungan dengan kapiler darah serta serabut saraf simpatik. Dari kapiler darah tersebut, kelenjar keringat akan menyerap air dengan larutan garam (terutama garam dapur) dan sedikit urea. Air beserta larutannya dikeluarkan melalui pembuluh darah ke permukaan kulit dimana air diuapkan dan merupakan penyerap panas tubuh kita. d. Ginjal Proses pembentukan urine dimulai dengan penyaringan yang terjadi di badan Malpighi. Di dalam badan ini, glomerulus dikelilingi sangat dekat oleh kapsul Bowman. Darah dalam glomerulus yang mengandung air, garam, gula, urea dan lain-lain zat mengalami penyaringan, kecuali yang bermolekul besar seperti darah dan molekul protein. Filtrat masuk ke ruangan kapsul Bowman, menjadi filtrat glomerulus dan urine primer. Filtrat glomerulus masih banyak mengandung zat yang diperlukan tubuh seperti glukosa, garam-garam dan asam amino. Dari glomerulus, filtrat dibawa melalui tubulus kontorti yang dikelilingi oleh pembuluh darah. Dalam tubulus kontorti proksimal, terjadi reabsorpsi zat-zat yang masih berguna. Terbentuklah filtrat tubulus (urine sekunder). Dalam tubulus kontorti distal, pembuluh darah menambahkan lagi zat-zat yang pada waktu itu tidak digunakan lagi dan menyerap kelebihan air. Setelah reabsorpsi, kadar urea menjadi lebih tinggi dan terbentuklah urine yang sesungguhnya, yang dikumpulkan melalui tubula kolekta ke pelvis renalis. Dari ginjal, urine dialirkan oleh ureter ke kantung kemih (vesuka urinaria) dan melalui uretra dikeluarkan dari tubuh. Dalam urine tidak lagi terdapat protein dan glukosa. B. Sistem Ekskresi pada Hewan 1. Invertebrata
39 Alat ekskresi pada cacing pipih adalah sel-sel yang memiliki rambut getar yang disebut sel api. Zat-zat sisa diserap melalui alat ekskresi ini. Pada cacing tanah dan sebagian besar invertebrata lain, alat ekskresinya dinamakan nefridia, berupa corong yang mempunyai saluran berliku-liku yang terdapat sepasang pada tiap-tiap segmen tubuh. Nefrostom yang merupakan corong terbuka dan berambut getar menarik dan mengambil cairan tubuh masuk ke dalam pembuluh yang panjang dan tipis. Pada waktu cairan tubuh mengalir melalui nefridia, zat-zat yang diperlukan tubuh diambil dan diedarkan ke sekeliling kapiler sistem peredaran. Cairan tubuh yang berupa zat-zat sisa, seperti air, senyawa nitrogen dan garam-garam yang tidak diperlukan lagi dikeluarkan dari tubuh. Pada insekta alat ekskresinya adalh pembuluh Malpighi yang melekat pada satu atau kedua ujung akhir usus. Zat-zat sisa yang berupa senyawa nitrogen diubah menjadi asam urat yang kemudian dipindahkan ke pembuluh Malpighi masuk ke usus di belakang lambung untuk dikeluarkan. Sel-sel pada rektum mengabsorpsi air dari zat-zat sisa sebelum dikeluarkan dari tubuh sebagai butir-butir feses. 2. Vertebrata Ikan dan vertebrata lain yang hidup di air laut harus menjaga jangan sampai kehilangan tekanan osmotiknya terhadap lingkungan hipertoniknya dan mencegah pengambilan terlalu banyak garam melalui difusi. Tetapi ikan dan vertebrata air tawar mempunyai masalah yang sebaliknya, mereka harus mencegah kehilangan garam dengan difusi dan pengambilan air melalui osmosis. Ikan melakukan hal ini dengan cara mengekskresikan sejumlah besar urine dari ginjal, tetapi ikan harus juga menghemat garam selain membersihkan tubuhnya dari zat-zat sisa senyawa nitrogen. Pada amfibi, ginjal merupakan alat penyaring yang mengeluarkan zat-zat sisa yang dapat larut. Saluran keluarnya merupakan sepasang saluran halus, masing-masing bermuara di kloaka. Pada reptil, zat-zat sisa diekskresikan dari ginjal dan bermuara pula di kloaka. Kelenjar kulit menghasilkan asam urine yang berguna untuk mengusir musuh. Pada burung, alat ekskresinya terdiri dari ginjal, paru-paru dan kulit. Saluran ekskresi ginjal dan saluran kelamin bermuara pada kloaka.
40
1. Alat Peredaran Darah Alat peredaran terdiri atas jantung, pembuluh darah, dan kelenjar limfe a. Jantung Dinding jantung dari luar kedalam adalah perikardium, miokardium, dan endokardium. Jantung manusia terbagi menjadi 4 ruangan; 2 atrium (serambi) kiri dan kanan, dan 2 ventrikel (bilik) kiri dan kanan. Antara atrium kanan dengan ventrikel kanan terdapat katup tiga daun (valvula trikuspidalis), sedang diantara atrium kiri dan ventrikel kiri ada katup dengan dua daun (valvula bikuspidaliis). Pada bagian pangkal aorta dan arteri pulmonalis terdapat katup berbentuk bulat sabit (valvula seminularis). Jantung sendiri mendapat oksigenisasi dari arterikoronaria. Peredaran darah ada dua yang bekerja sekaligus yaitu peredaran darah pulmonal atau peredaran darah kecil (jantung-paru-paru-jantung) dan peredaran darah sistemik atau peredaran darah besar (jantung-seluruh tubuh-jantung). Denyut jantung terbagi dua fase yaitu fase sistolik (kontraksi) dan fase diastolik (relaksasi). Arteri terbesar yang mengedarkan darah keseluruh tubuh adalah aorta. b. Pembuluh Darah Macam pembuluh darah yaitu arteri yang mengalirkan darah dari jantung dan Vena yang mengalirkan darah menuju jantung. Kapiler merupakan tempat pertukaran zat, karena dinding kapiler relatif tipis. c. Sistem pembuluh limfe (getah bening) Terdapat dua pembuluh limfe besar yaitu duktus limfatikus dekstra dan duktus torasikus. Sepanjang pembuluh ini terdapat kelenjar getah bening yang berfungsi sebagai filter terhadap kuman-kuman. Jika terjadi infeksi maka pembesaran kelenjar limfa regional. 2. Darah Darah terdiri dari dua komponen yaitu korpuskuler (sel-sel darah) : eritrosit, leukosit dan trombosit serta plasma darah yang berupa cairan darah. Fungsi darah adalah untuk : 1. Transportasi sari makanan, O2, CO2, H2O, dan hormon. 2. Termoregulator (pengatur suhu tubuh). 3. Imunitas karena menghasilkan antibodi. 4. Homoestasis (mengatur keseimbangan zat). 5. Mengatur pH cairan tubuh. a. Sel-sel darah 1. Eritrosit Merupakan bagian utama dari darah, jumlahnya pada pria dewasa sekitar 5 juta/cc dan pada wanita dewasa sekitar 4,5 juta/cc. Bentuknya bikonkaf, serta berwarna merah disebabkan karena adanya hemoglobin (Hb). Kadar Hb inilah yang dipakai sebagai patokan penyakit anemia. Umur eritrosit 120 hari. Setelah itu akan dihancurkan di hati oleh sel Kupffer. Hb dirombak menjadi pigmen empedu yaitu bilirubin dan biliverdin. Eritrosit manusia dan mamalia tidak berinti, kecuali pada beberapa jenis hewan seperti Onta dan Liama.
41 2. Leukosit Leukosit berinti, bahkan pada basofil, netrofil dan eosinofil intinya lebih dari satu lobus sehingga disebut polimorphonuclear (PMN), sedang monosit dan limfosit berintinya 1 lobus. Pada orang dewasa terdapat 5000-10000/cc. Monosit bersifat fagosit (pemakan) benda asing/kuman yang masuk ke dalam tubuh. Sedang limfosit berguna untuk menghasilkan antibodi. Leukosit, terutama monosit, mampu menembus dinding kapiler (diapedesis) dan masuk ke jaringan. Jumlahnya dapat berubah jika ada kuman atau benda asing yang masuk ke tubuh. Leukopenia : jumlah leukosit kurang dari 5000/cc. Leukositosis: jumlahnya leukosit lebih dari normal (diatas 10000/cc). Ada dua jenis yaitu leukositosis patologis dan leukositosis fisiologis. 3. Trombosit (platelet) Disebut juga keping darah pembeku. Di dalam trombosit terdapat banyak sekali faktor pembekuan (hemostatis), diantaranya adalh faktor VIII (antihaemophillic factor). Jika seseorang secara genetis trombositnya tidak mengandung faktor ini, maka orang tersebut menderita hemofilia, yaitu suatu kelainan yang bersifat genetis, dimana darah seseorang sukar membeku. Pembekuan darah. Trombosit yang menyentuh permukaan luka yang kasar akan pecah dan mengeluarkan enzim trombokinase (tromboplastin). Tromboplastin mengubah protrombin menjadi trombin. Kemudian trombin mengubah fibrinogen menjadi fibrin ( protein serabut yang tidak larut dalam air). Pada masa janin sel-sel darah dibuat dalam limpa dan hati (extra medullary haemopoiesis), setelah janin agak besar barulah fungsi ini di ambil oleh sumsum tulang. b. Plasma Darah. Terdiri dari cairan dan protein darah : albumin, globulin dan fibrinogen. Cairan darah yang tidak mengandung unsur fibrinogen di sebut serum darah. Protein globulin merupakan penyusun antibodi yang melawan benda asing (antigen). Fibrinogen untuk pembekuan darah. Albumin untuk mempertahankan tekanan osmosis protein (tekanan osmotik) dalam darah. Jika protein dalam plasma darah menurun, maka tekanan osmotik menurun. Akibatnya air akan bergerak secara osmosis dari pembuluh darah ke jaringan dan menumpuk di jaringan yang disebut oedema, misal terjadi pada busung lapar (honger oedema = HO). c. Golongan Darah Golongan darah ABO ( ABO system) oleh LANDSTEINER Golongan darah Antigen (Aglutinogen) Antibodi ( Aglutinin A A β B B α AB AB O αβ Jika aglutinogen A bertemu dengan algutinin α atau aglutinogen B bertemu dengan aglutinin β maka akan terjadi penggumpalan atau aglutinasi. Donor Universal adalah golongan darah yang dapat memberikan darahnya pada semua jenis golongan darah yang lain yaitu golongan darah O. Resipien universal adalah golongan darah yang dapat menrima darah dari semua jenis golongan darah yaitu golongan darah AB.
42 Sistem lain adalah sistem rhesus dikemukakan juga oleh Landsteiner. Rhesus adalah nama sejenis kera Macaccus rhesus (di India ). Prinsipnya adalah adanya antibodi terhadap antigen D (anti D). Sistem Rhesus mengenal dua jenis golongan yaitu rhesus positif dan rhesus negatif (diturunkan secara genetik; Rh+ dominan terhadap Rh). Eritroblastosis fetalis adalah nama kelainan pada bayi dimana telah terjadi ketidaksesuaian faktor rhesus (bayi Rh+ dan ibu Rh-). Pertolongan pada bayi tersebut adalah dengan cara transfusi eksanguinasi ( exchange transfusion) yaitu ganti darah. 3. Kelainan Pada Sistem peredaran darah Hemofilia : Tidak punya faktor pembekuan darah, darah jadi sukar membeku Anemia : Kadar Hb yang tidak mencukupi Leukimia : Penyakit keganasan darah Aterosklerosis : Pengerasan dinding pembuluh daraholeh lemak Arteriosklerosis : Pengerasan dinding pembuluh darah oleh zat kapur Varises (Hemoroid) : Pembesaran pembuluh vena akibat kerusakan pada katupkatupnya.
Sistem alat gerak terdiri atas tulang dan otot rangka. Otot merupakan alat gerak aktif karena otot yang mengalami kontraksi dan relaksasi. Otot melekat pada tulang, saat otot berkontraksi dan relaksasi, maka tulang akan ikut bergerak oleh sebab itu tulang disebut sebagai alat gerak pasif. 1. Tulang (skeleton) Tulang pada manusia terdiri atas skeleton aksial ( tulang sumbu ) dan skeleton apendikular. Skeleton aksial terdiri atas: a. Kranium ( tengkorak ) yang tersusun atas neurokranium ( tengkorak pelindung otak ) dan splanknokranium ( tengkorak pembentuk wajah ). b. Kolumna vertebralis ( tulang belakang ) yang terdiri atas kolumna vertebralis pars servikalis, torakalis, lumbalis, sakrum,dan koksigealis. c. Sternum ( tulang dada ) d. Costae ( tulang rusuk ). 2. Skeleton apendikulare ( tulang tambahan ) a.Singulum (gelang ) (1) Singulum torakalis ( gelang bahu ) tempat melekatnya tangan yang tersusun atas selangka ( klavikula ) dan belikat ( skapula ) .Pada gelang bahu melekat tulang lengan atas ( humerus ). (2) Singulum pelvikalis ( gelang pinggul ) membentuk cekungan yang disebut asetabul um tempat melekatnya tulang paha ( femur ). b. Ekstremitas ( alat gerak ) Yaitu tangan dan kaki.Manusia termasuk makhluk yang bipedal ( berdiri dengan dua kaki ).Oleh karena itu kedua tungkai atas ( tangan ) manusia dapat bergerak bebas, sebab tidak ikut menyangga beban tubuh .Hal ini menyebabkan
43 manusia mampu bergerak dengan fleksibel,dan didukung dengan struktur tangan yang dapat memegang secara sempurna. 3. Persendian (Artikulasi ) Pada manusia terdapat kurang lebih 200 tulang yang saling berhubungan.Hubungan ini disebut persrndian atau artikulasi ( articulasio ).Macam persendian dibagi menjadi 2 berdasarkan kemampuan geraknya yaitu : 1.Sinartrosis : Yaitu sendi yang tidak memungkinkan adanya gerak atau sedikit gerak sebab dihubungkan oleh serabut jaringan ikat fibrosa yang selanjutnya mengalami proses penulangan ( osifikasi ) sehingga hubungan ini tidak memungkinkan adanya gerakan atau dihubungkan oleh tulang rawan sehingga hanya memungkinkan sedikit gerak . Contoh : 1). Hubungan antara tulang-tulang tengkorak,hubungan ini diperkuat oleh Adanya sambungan bergerigi atau sutura. 2). Hubungan tulang dada dan tulang rusuk memungkinkan sedikit gerak. Sendi sinartrosis dibagi dua berdasarkan materi yang menghubungkan kedua tulang Yaitu : a. Sinkondrosis bila sendi dihubungkan oleh tulang rawan, sehingga sendi sinartrosis sikondrosis masih memeperlihatkan sedikit gerak ,misalnya sendi antara tulang dada dan tulang rusuk ( sedikit gerak = amfiartrosis ). b. Sinfibrosis bila sendi dihubungkan oleh serabut jaringan ikat.Sehingga sendi tidak dapat bergerak sama sekali,misalnya sendi di tengkorak ( tidak bergerak = sinartrosis). 2. Diartrosis : Sendi yang memungkinkan terjadinya gerakan antar tulang yang berhubungan secara leluasa.Bagian ujung dari masing-masing tulang dilapisi oleh tulang rawan hyalin dan berhubungan antara kedua ujung tulang membentuk rongga sendi yang berisi cairan sendi ( cairan synovial ) serta diikat oleh liga mentum. Macam persendian diartrosis 1. Sendi engsel , gerakan ini berporos satu (satu arah ) Contoh : siku,lutut,mata kaki,dan ruas antara jari pertama dan kedua. 2. Sendi putar , gerakan berotasi yang berporos satu. Contoh : hubungan antara tulang kepala dengan tulang atlas ( ruas pertama tulangleher ) 3. Sendi pelana ,gerakan ini berporos dua Contoh : tulang lengan atas dengan tulang telapak tangan. 4. Sendi peluru , hubungan ini berporos tiga Contoh : tulang lengan atas dengan tulang belikat,tulang paha dengan tulang pinggul 5. Sendi kaku , hubungan ini tidak berporos Contoh : hubungan antara tulang-tulang karpal ( tulang-tulang pergelangan kaki ), Hubungan antara tulang-tulang tarsal ( tulang-tulang pergelangan tangan ). 6. Sendi gulung ,gerak tulang yang satu seolah-olah mengitari tulang yang lain. Contoh : gerakan tulang pengumpil dan tulang hasta
44 7. Sendi luncur , terdapat pada hubungan antara ruas-ruas tulang belakang sehingga memungkinkan gerakan badan melengkung ke depan ( membungkuk ) dan memutar. Kelainan pada sistem rangka tubuh manusia : # Skoliosis ; pembengkokan tulang belakang ke arah samping # Lordosis ; pembengkokan tulang belakang bagian leher dan panggul ke depan # Kifosis ; pembengkokan tulang belakang ke arah belakang # Artritis sika ; nyeri sendi karena kurang minyak synovial # Osteoporosis ; tulang berlubang ( keropos ) karena aktivitas osteoklas meresorpsi tulang . Terjadi karena kekurangan ion kalsium ,kelebihan hormon parathiroid,kekura ngan hormon parathiroid,kekurangan vitamin D,atau kekurangan sinar ultraviolet. Otot SebagaI Alat Gerak AktIf Secara struktur otot dibagi menjadi otot polos dan otot lurik. Otot lurik terdiri dari atas otot rangka ( skelet ) dan otot jantung.Sedang secara fisiologis otot di bagi menjadi otot sadar ( volunter ) dan otot tak sadar ( involunter ). Berdasarkan warnanya otot di bagi menjadi otot putih,otot merah,otot intermediet ( campuran ). Otot merah banyak mengandung myoglobin ( pada darah di sebut hemoglobin ) dan sitokrom ( enzim respirasi di mitokondria ). Adanya mioglobin menyebabkan otot mempunyai cadangan oksigen yang banyak sehingga tidak cepat lelah.Pada burung yang terbang jauh ototnya tersusun atas otot merah Otot ayam tersusun atas otot putih sehingga tisdak dapat terbang jauh. Otot manusia cenderung merupakan otot campuran . Otot merah terdapat pada musculus longissimus dorsi sehingga manusia mampu berdiri tegak tampa merasakan lelah di punggung. Otot berfungsi sebagai alat gerak aktidf,tempat menyimpan makanan cadangan( glikogen) dan melindungi tubuh dari benturan benda keras. Bagian-bagian otot adalah : Tendo ( urat ) : bagian ujung otot yang mengecil Ventrikel ( empal otot ) : bagian tengah otot yang mengembang Origo : ujung otot yang melekat pada tulang yang tidak bergerak Insersi : ujung otot yang melekat pada tulang yang bergerak Gerak otot yang antagonis a.Ekstensor >< Fleksor ( meluruskan >< membengkokan ) b.Adduktor >< Abduktor ( mendekatkan >< menjauhkan ) c.Elevator >< Depresor ( naik >< turun ) d.Pronasi >< Supinasi ( menelungkupkan >< menelentangkan ) Gerak otot yang sinergis ( agonis ) adalah pronator teres dan pronator kuadratus. Mekan isme Kontraksi Otot Pada sel otot, membran selnya di sebut sarkolemma, retikulum endoplasma halus di sebut retikulum sarkoplasma,sitoplasma ( tanpa miofibril ) di sebut sarkoplasma,dan mitokondrianya di sebut sarkosom. Bila di lihat di bawah mikroskop, otot rangka menunjukan daerah gelap dan terang.Daerah yang gelap disebut pita A ( anisotropik ) . Daerah yang lebih terang disebut pita I ( isotropik yaitu tidak mengubah cahaya terpolarisasi ).
45 Filamen tebal menempati pita A,bagian sentral sarkomer. Filamen tipis terdapat di antara dan sejajar filamen tebal dan satu ujungnya melekat pada garis Z.Tiap pita I dibagi dua oleh garis gelap Z.Subunit terkecil dari susunan kontraktil di sebut sarkomer terdapat di antara 2 pita Z .Pita A terbagi 2 oleh daerah yang lebih terang yaitu pita H. Penyelidikan menunjukan bahwa pola sarkomer terutama di sebabkan oleh adanya 2 jenis filamen yaitu filamen tebal ( miosin ) dan filamen tipis ( aktin ) yang tersusun sejajar dengan sumbu panjang miofibril miosin. Teori kontraksi otot yang sekarang diakui kebenarannya adalah sliding filament. Menurut teori ini terjadinya kontraksi otot karena adanya pergeseran ( sliding ) antara filamen atau serabut aktin dan miosin. Kontraksi dimulai dari pita A , tempat filamen tipis dan tebal tumpang tindih ( overlapping ) .Pada waktu istirahat , adenosin tri phosphat ( ATP ) berikatan dengan tempat ATP fase pada kepala miosin . Miosin memerlukan aktin sebagai kofaktor agar dapat memecahkan ATP dan melepaskan energi. Di dalam otot yang sedang beristirahat , miosin tak dapat berhubungan dengan aktin karena penekanan tempat pengikatan oleh kompleks troponin-tropomiosin pada filamen aktin. Bila terdapat ion Ca2+ disekitar aktin dan miosin ,maka akan berikatan dengan unit TnC ( troponin C ) . Susunan ruang dari 3 sub unit troponin berubah dan menggerakan molekul tropomiosin lebih jauh ke dalam alur spiral aktin peristiwa ini membuka tempat pengikatan aktif dari komponen bulat aktin, sehingga aktin bebas untuk berinteraksi dengan kepala molekul miosin . Pengikatan ion kalsium ke unit TnC sesuai dengan stadium di mana miosin ATP di ubah menjadi kompleks aktif .Sebagai akibat pertemuan kepala miosin dengan sub unit G –aktin dari filamen tipis , ATP di pecah menjadi ADP + Pi + energi .Kegiatan ini menyebabkan deformasi atau pelengkungan kepala dan sebagian miosin yang seperti batang .Karena aktin berikatan dengan miosin , gerakan kepala miosin menarik aktin di atas fileamen miosin dan terbentuklah jembatan aktin-miosin. Ketika kepala miosin yang terikat menggerakkan aktin ,mereka mengadakan jembatan aktin dan miosin yang baru. Tindakan ini juga memasang lagi kepala miosin dan menyiapkannya untuk siklus kontraksi yang baru.Jika tidak tersedia ATP , kompleks aktin-miosin menjadi stabil . Hal menyebabkan kekakuan otot yang luar biasa ( rigor mortis ) yang terjadi setelah kematian. Sistem Produksi Energi Sumber energi yang siap pakai untuk kontraksi otot adalah ATP yang diproduksi saat respirasi sel . Produksi ATP ini melalui glikolisis, dekarboksilasi oksidatif,siklus krebs ( siklus asam trikarboksilat dalam mitokondria dan transpor elektron. Agar dapat masuk ke dalam siklus krebs , semua zat makanan ( karbohidrat,lemak, dan protein ) harus di ubah menjadi asam piruvat . Asam piruvat inilah yang akan masuk menembus membran ganda mitokondria dari sitosol. Jadi zat makanan ( misal glukosa hanya ada di sitosol dan tidak akan dapat masuk ke mitokondria sebelum di ubah menjadi asam piruvat ). Dalam keadaan anaerob ( sel otot kekurangan oksigen ) asam piruvat diubah menjadi asam laktat yang menyebabkan pegal. Langkah kontraksi otot :
46 1. Penglepasan zat kimia ( neuro transmitter ) dari neuron motorik. 2. Difusi neurotransmitter ( asetil kolin ) pada motor and plate. 3. Pembangkitan potensial motor end plate. 4. Pembangkitan potensial aksi pada serabut-serabut otot. 5. Penyebaran depolarisasi kedalam sistem tubulus T. 6. Pembebasan Ca2+ sinternae retikulum sarcoplasma ke sekeliling filamen aktin dan miosin. 7. Pengikatan ion kalsium oleh troponin C. 8. Pembentukan jembatan aktin-miosin ( hubungan kepala miosin dengan aktin )men sebabkan kontraksi otot. Langkah relaksasi : 1.Ion kalsium di pompa kembali masuk ke dalam sinternae (transpor aktif ). 2.Pembebasan ion kalsium oleh troponin. 3.Putusnya hubungan antara aktin dan miosin,menyebabkan relaksasi. Kelainan Di Otot : Lumpuh ( paralisis ) dapat terjadi karena kerusakan saraf , misalnya pada penderita darah tinggi . Atau juga otot tidak mempunyai reseptor asetilkolin seperti pada penderita Myasthenia gravis. Atau ada blok terhadap asetilkolin , misal yang di manfaatkan oleh orang indian yaitu memanah dengan menggunakan racun curare.
Sistem reproduksi ( perkembangbiakan ) terdiri atas organ reproduksi dan kelenjarnya baik hormon ( sel Leyding di dalam testis menghasilkan testosteron ) maupun kelenjar asesoris ( Cowper dan prostat ).Pada pria organ reproduksi terdiri atas testis dengan salurannya yaitu epididimis, vas deferens, vesica seminalis, dan uretra. Didalam testis terdapat sel Leyding yang mensintesis testosteron. Testosteron kemudian berikatan dengan androgen binding globulin ( ABG ) . Kemudian masuk kedalam sel Sertoli yang berfungsi sebagai “ testis barrier “ dan memberi pasokan makanan untuk sel germinal yang tumbuh dan membelah membentuk spermatozoa pada proses spermatogenesis. Pada wanita organ reproduksi terdiri dari ovarium, tuba falopii, uterus dan vagina. Ovarium berfungsi memproduksi hormon yaitu estrogen dan progesteron. Estrogen disintesis oleh sel teka interna dan granulosa yaitu sel-sel folikel yang mengelilingi oosit. Fungsi estrogen adalah untuk pertumbuhan oogonium pada saat oogenesis. Setelah folikel masak, kemudian oosit II keluar disebut ovulasi. Folikel berubah menjadi badan kuning yang disebut korpus luteum. Korpus luteum ini bertugas membentuk progesteron untuk mempertebal endometrium dan mencegah terjadinya kontraksi otot polos endometrium.
47 1. G A M E T O G E N E S I S Gametogenesis adalah pembentukan sel gamet ( sel kelamin ). a. Spermatogenesis di Testis Sel germinativum di tubulus seminiferus membelah secara mitosis menjadi spermatogonia A ( 2n ). Selanjutnya spermatogonia A membelah secara mitosis 4 kali , ada yang dorman dan ada yang tumbuh menjadi spermatogonium B . Spermatogonium B tumbuh menjadi spermatosit primer ( 2n ). Selanjutnya membelah secara meiosis menjadi 2 spermatosit sekunder ( n ) pada tahap meiosis I . Spermatosit sekunder ( n ) membelah menjadi spermatid ( n ). Selanjutnya spermatid mengalami metamorfosis menjadi spermatozoa. Proses ini di sebut spermiogenesis yang membentuk 4 spermatozoa normal dari 1 spermatosit primer. b. Oogenesis di Ovarium Sel germinativum di ovarium membelah secara mitosis menjadi sel-sel folikel primordial. Pada masa janin ada sekitar 7 juta folikel primodial di 2 ovarium. Saat seorang wanita lahir hanya tinggal 2 juta folikel primordial dan hanya 500 folikel yang berhasil mencapai perkembangan masak. Saat seorang wanita mencapai dewasa folikel primordial tumbuh menjadi folikel primer, sekunder dan folikel tersier yang masak ( folikel de Graaf ). Setiap 1 folikel mengandung 1 oogonium. Oogonium tumbuh menjadi oosit primer ( 2n ) Selanjutnya membelah secara meiosis menjadi 1 oosit sekunder ( n ) dan 1 polosit ( n ) pada tahap meiois I. Oosit sekunder ( n ) membelah menjadi 1 ootid ( n ) dan 1 polosit, begitu juga polosit 1 membelah menjadi 2 polosit. Hasil akhir terbentuk 1 ovum normal yang tumbuh dari ootid dan 3 sel polosit yang mati. 2. PENGATURAN HORMONAL PADA MENSTRUASI , KEHAMILAN DAN PERSALINAN a. Menstruasi Menstruasi adalah luruhnya lapisan di sebelah dalam rongga uterus (endometrium) yang disertai dengan pendarahan. Pada sekitar hari ke 1 – 5 menstruasi di ovarium terjadi pertumbuhan folikel primer menjadi folikel sekunder karena pengaruh hormon FSH ( Follicle Stimulating Hormone ) , sedang LH ( Lutenizing Hormone ) mempengaruhi sel-sel granulosa di folikel sekunder untuk membentuk estrogen. Selanjutnya estrogen menghambat pengeluaran FSH dan LH sehingga hanya 1 folikel yang bertumbuh menjadi folikel de graaf . Estrogen juga mempengaruhi organ reproduksi yaitu : epitel tuba falopii dan endometrium menebal. Pada hari ke-14 terjadi lonjakan sekresi LH di hipofisis anterior yang di simpan pada hari sebelumnya. Lonjakan LH ini mengakibatkan folikel de graaf pecah disertai keluarnya oosit sekunder yang di sebut ovulasi . Dalam perjalanannya oosit sekunder membelah menjadi ovum setelah fertilisasi. Sementara folikel berubah warna dari merah dan berakhir dengan kuning ( korpus luteum atau badan kuning ). Korpus luteum mampu memproduksi estrogen dan progesteron yang mempengaruhi pertumbuhan endometrium. Bila terjadi pembuahan di tuba falopii, selanjutnya terbentuk zygot – morula – blastula – grastula ( blastokist ) lalu menempel dan masuk ke endometrium menjadi embrio dan membentuk plasenta. Bagian plasenta ( chorion frondasum membentuk HCG
48 ). HCG merupakan indikator kehamilan . Selama plasenta belum terbentuk sempurna ( 0 – 16 minggu ), korpus luteum di pertahankan oleh HCG ( Human Chorionic Gonadotropin ). Bila tidak ada pembuahan, maka hormon gonadotropin khorion tidak ada, korpus luteum degenerasi. Akibatnya estrogen dan progesteron menurun kembali menyebabkan : endometrium luruh ( menstruasi ) dan sekresi FSH dan LH meningkat untuk pertumbuhan folikel siklus berikutnya. b. Kehamilan Kehamilan pada trimester pertama dipertahankan oleh hormon estrogen dan progesteron yang diproduksi oleh korpus luteum. Korpus luteum dipertahankan oleh HCG agar tidak mengalami involusi. HCG diproduksi oleh khorion (selaput embrio, khorion frondosum membentuk plasenta). Setelah plasenta tumbuh sempurna ( pada kehamilan 4 bulan ), maka plasenta mampu memproduksi estrogen ,progesteron,dan relaksin. Hormon lain yang berperan saat kehamilan adalah prolaktin. Kerja hormon prolaktin ( bersama-sama estrogen dan progesteron ) adalah mempengaruhi pertumbuhan kelenjar susu dan produksi susu. Air Susu Ibu hanya bisa keluar bila ada hormon oksitosin. Pengeluaran oksitosin dirangsang oleh adanya suckling refleck ( pengecapan puting susu oleh bayi ). c. Kelahiran ( Partus ) Hormon yang mempengaruhi proses kelahiran adalah : (1) Relaksin, (2) Prostaglandin dihasilkan oleh semua sel, dan (3) Oksitosin dihasilkan oleh hipothalamus yaitu nukleus supraoptikus yang selanjutnya di simpan di hipofisis posterior. Oksitosin menyebabkan otot dinding rahim ( myometrium ) berkontraksi.
Sistem koordinasi pada hewan mengatur semua kegiatan tubuh agar teratur dan terpadu untuk menjaga homeostasis, sehingga hewan dapat eksis di lingkungan karena dapat melakukan adaptasi dengan baik. Sistem koordinasi pada hewan terdiri atas sistem saraf dan sistem endokrin (hormonal) Untuk memahami system koordinasi terlebih dahulu harus memahami komponen jaringan saraf. Jaringan saraf terdiri atas dua komponen yaitu sel saraf (neuron) dan sel penyokong (neuroglia). Sel saraf merupakan sel yang dapat menghantarkan rangsang (stimulus) dari dan ke pusat susunan saraf, sedangkan sel neuorglia adalah sel yang mendukung fungsi dan memberi nutrisi sel saraf. Sel neuron terdiri atas tiga bagian, yaitu badan sel yang berinti, dendrit yang merupakan juluran sitoplasma untuk meneruskan impuls ke badan sel dan akson yang berupa juluran panjang yang aberfungsi untuk meneruskan impuls ke sel saraf atau bagian yang lain. Sel neuron ada yang berseludang (selubung) mielin yang fungsinya sebagai pelindung, dan ada juga yang tidak berseludang (nodus Ranvier). Seludang/selubung sel neuron tersebut adalah suatu sel yang disebut sel Schwann. Rangsang saraf dapat diteruskan karena diubah dalam bentuk potensial listrik (Impuls saraf). Sinapsis merupakan jarak yang
49 dibentuk antara dua sel saraf yang bersambungan, impuls yang melaluinya harus dirambatkan dengan bantuan neurotransmitter (zat kimia). a. Sistem saraf pusat Sistem saraf pusat terdiri atas saraf pusat (otak dan medulla spinalis) dan saraf tepi. Pada kedua jenis saraf ini tersusun atas jalinan sel-sel saraf (neuron). Berdasarkan fungsinya, neuron dibagai atas 1. Neuron motorik: menghantarkan impuls dari pusat saraf ke organ target/organ sensoris 2. Neuron sensorik, menghantarkan impuls dari reseptor untuk diolah di pusat saraf. 3. Neuron asosiasi:: mengatur (ajustor) dan menghubungkan neuron sensorik dengan neuron motorik.(neuron konektor). Otak terdiri atas: otak besar (serebrum), otak tengah (mesencephalon), otak kecil (serebelum), jembatan varol dan sumsum lanjutan(medulla oblongata). Otak dan medulla spinalis terdiri atas: selaput otak (meninges) yang tersusun atas lapisan: duramatter(bag. Luar), piamatter(bag. Dalam) dan arachnoid (di antara duramatter dan piamatter). Sumsum tulang belakang, terdiri atas dua bagian: white matter (putih, bag. Luar,tersusun atas dendrit dan neurit/akson) dan grey matter (abu-abu, bagian dalam, banyak mengandung badan sel saraf) b. Sistem saraf tepi (sistem saraf perifer) Sistem saraf tepi terdiri atas lanjutan sel saraf yang berfungsi untuk membawa impuls saraf dari dan ke sistem saraf pusat, oleh karena itu berdasarkan fungsinya dapat dibagi menjadi sistem saraf aferen (membawa impuls dari reseptor ke saraf pusat) dan sistem saraf eferen ( membawa impuls dari sistem saraf pusat ke efektor). Sistem saraf tepi berdasarkan asalnya terdiri atas 12 pasang saraf kranial yang terletak di otak ( saraf sensorik, yaitu saraf I(olfaktori), II(optik) dan VIII(auditori)dan X(vagus), saraf motorik adalah saraf III (okulomotor), IV (troklear), VI(abdusens), XI(spinal) dan XII(hipoglosal)) dan 31 pasang saraf spinal. (campuran berbagai sel saraf; dari akar dorsal bersifat sensorik dan menjadi satu ikatan dengan saraf dari bagian ventral yang bersifat motorik). Lengkung refleks adalah lintasan mekanisme penerimaan rangsang, perambatan impuls, pengolahan dan tanggapan(respon) yang cepat dari tubuh yang pusatnya pada sumsum tulang belakang. c. Sistem saraf otonom Sistem saraf otonom adalah kelompok sel saraf yang mempunyai lintasan kerja yang efektif, karena pusat kendalinya di luar sistem saraf pusat dan merupakan saraf motorik, biasanya mengendalikan fungsi organ tubuh yang bekerja secara otomatis seperti konstriksi dan dilatasi pembuluh darah, gerak otot organ viseral dsb.. Menurut fungsi dan cara kerjanya, saraf otonom terbagi atas saraf simpatik dan saraf para simpatik. Saraf simpatik (saraf thorakolumbal) muncul dan berpangkal pada bagian thoraks (leher) dan lumbal (pinggang) dari ruas-ruas tulang belakang. Saraf para simpatik (saraf kranio-sakral) karena berpangkal pada daerah kranial (medulla oblongata) dan sakrum. Saraf simpatik
50
dan para simpatik bekerja secara antagonis (berlawanan), misal denyut jantung dipercepat oleh saraf simpatik dan diperlemah oleh saraf parasimpatik sedangkan pada proses pencernaan dipercepat oleh saraf parasimpatik dan diperlambat oleh saraf simpatik. d. Zat kimia yang berpengaruh terhadap saraf 1. Alkohol: berfungsi sebagai zat depresant (penekan) rasa gelisah, takut, ragu. Dapat mengakibatkan kecanduan (adiksi) fisiologis, memperlemah kerja sel saraf. 2. Narkotika: dapat berupa opium (candu), ganja, morfin dan kodein (penghilang rasa sakit, efek adiksi), heroin(morfin sintetik), kokain(penghilang rasa sakit) 3. Barbitura: obat penenang (sedative), dapat menyebabkan adiksi fisiologis 4. Valium: obat penenang (obat tidur), dapat menyebabkan adiksi fisiologis 5. Amfetamin: obat perangsang sehingga pengguna menjadi lebih aktif 6. Bahan penikmat: kafein, tein, tebromin, nikotin, dapat menyebabkan adiksi fisiologis e. Hormon Hormon merupakan produk dari kelenjar endokrin, yaitu kelenjar yang tidak mempunyai saluran (kelenjar buntu). Kelenjar-kelenjar endokrin membentuk suatu sistem endokrin yang bertanggung jawab terhadap fungsifungsi koordinasi bersama sistem saraf. Kelenjar endokrin menghasilkan sekret berupa hormon (substansi kimiawi) yang hanya dikenal oleh organ atau jaringan yang mempunyai reseptor hormon tersebut. Efek/pengaruhnya bersifat spesifik. Kelenjar-kelenjar endokrin tersebut adalah: 1. Kelenjar hipofisis Kelenjar hipofisis menghasilkan hormon-hormon tropik yang bekerja mempengaruhi fungsi kelenjar endokrin yang lain, oleh sebab itu dikenal dengan master of gland. Hormon yang dihasilkan adalah: ACTH (Adenocorticotropichormone) yang mempengaruhi kerja kelenjar adrenal/anak ginjal, TH (Tirotropic hormone) yang mempengaruhi kerja kelenjar tiroid, PTH (Parathyreotropic Hormone) yang mempengaruhi kerja kelenjar paratiroid, GH (Gonadotropic Hormone) yang mempengaruhi kerja kelenjar-kelenjar kelamin dan hormon prolaktin yang mempengaruhi kerja kelenjar yang berkaitan dengan reproduksi dan laktasi. 2. Kelenjar tiroid dan paratiroid Kelenjar ini terletak di daerah leher, menghasilkan tiga macam hormon, yaitu: tiroksin, triiodotironin dan kalsitonin . Tiroksin dan triiodotironin berpengaruh luas terhadap proses metabolisme, pertumbuhan fisik dan mental, kematangan kelamin, kadar osmosis cairan tubuh, pengubahan glikogen menjadi glukosa dalam hati, produksi panas dan oksidasi sel-sel tubuh. Hiposekresi tiroid pada anak-anak menyebabkan kretinisme/kekerdilan yaitu pertumbuhan terhamat dan kemunduran mental, pada orang dewasa menyebabkan mix-oedema, yaitu obesitas/kegemukan, pembengkakan kelenjar tiroid dan penurunan kecerdasan. Hipersekresi tiroid
51 menyebabkan sindroma Basedow, yaitu meningkatnya aktivitas, badan tetap kurus. Kalsitonin menjaga keseimbangan kalsium darah Kelenjar paratiroid terletak pada bagian dorsal kelenjar tiroid, menghasilkan parathormon yang berfungsi menjaga kadar kalsium darah. Hiposekresi menyebabkan tetanus/kejang-kejang otot, hipersekresi menyebabkan penambahan kadar kalsium darah, yang memungkinkan terjadinya pengendapan kalsium pada ginjal (batu ginjal) 3. Kelenjar Adrenal Terletak pada bagian dorsal ginjal, kerjanya dibawah kendali hipofisis (lewat (ACTH). Hormon yang dihasilkan pada bagian korteksnya adalah: Kortikoid mineral yang menyerap natrium darah dan mengatur reabsorbsi air pada ginjal. Gluko-kortikoid untuk menaikkan kadar gula darah, mengubah glikogen menjadi glukosa di hati. Hormon androgen, berfungsi menentukan ciri kelamin skunder pada pria (bersama-sama hormon yang dihasilkan gonad. Pada bagian medulla adrenal dihasilkan hormon adrenalin yang mempertinggi denyut jantung, pengubahan glukosa dari glikogen. Hipersekresi kelenjar ini menyebabkan virilisme yaitu meunculnya ciri kelamin sekunder pria dan wanita, coushing syndrome muka membulat karena adanya redistribusi lemak. Hiposekresi menyebabkan penyakit Addisson yakni pigmentasi kulit yang berlebihan 4. Kelenjar kelamin/ gonad Hormon yang dihasilkan gonad adalah FSH (folikel stimulating hormone), LH (luteinizing hormone), estrogen, progesteron dan testosteron. LH dan FSH bekerja atas produksi estrogen, progesteron dan testosteron. Kadar estrogen, progesteron dan testosteron berbeda-beda pada wanita dan pria. Pada wanita yang utama adalah estorgen dan progesteron yang diproduksi oleh ovarium, kerjanya mempengaruhi penebalan dinding uterus, pemasakan sel telur, penampakan ciri seks skunder wanita. Pada pria hormon utamanya adalah testosteron yang dihasilkan oleh testis mempengaruhi produksi sel sperma dan penampakan ciri seks skunder pria. 5. Kelenjar pankreas Pankreas merupakan kelenjar yang unik karena gabungan antara kelenjar endokrin dan eksokrin. Kelenjar endokrinnya berupa pulau-pulau Langerhan yang menghasilkan hormon insulin, bertanggung jawab terhadap pengubahan glukosa menjadi glikogen yang disimpan di hati. Hiposekresi kelenjar ini menyebabkan diabetes mellitus/penyakit gula/kadar gula darah tinggi. f. Alat indera Alat indera adalah suatu struktur khusus yang terdapat pada tubuh organisme , berfungsi untuk menangkap rangsang tertentu dan menterjemahkan dalam bentuk sensasi tertentu. Alat indera mempunyai bagian utama berupa sel-sel saraf khusus, berfungsi sebagai reseptor yang hanya peka terhadap jenis rangsang tertentu, dan jaringan-jaringan lain yang menyusun struktur indera tersebut menjadi suatu struktur yang kompak. Pada hakekatnya alat indera berfungsi untuk mengenali lingkungan di sekitar mahluk hidup. Reseptor-reseptor tersebut dapat terletak di dalam (interoseptor) atau di permukaan tubuh (eksterseptor). Dalam kajian struktural, alat indera dapat berupa otot (kinestesis; proprioreseptor) yang berfungsi membantu koordinasi sikap tubuh., mata dan telinga yang peka terhadap stimulus fisik (cahaya/fotoreseptor dan gelombang bunyi/fonoreseptor; khusus telinga juga terdapat
52 organ keseimbangan) hidung dan lidah yang peka terhadap rangsang kimiawi (kemoreseptor), kulit yang peka terhadap rangsang fisik / tangoreseptor(sentuhan, tekanan, suhu) dan stimulus kimia. d.1. Kinestesis Kinestesis merupakan proprioreseptor karena reseptor-resptornya terletak di dalam otot, fungsinya adalah untuk membantu koordinasi sikap tubuh sehingga kita dapat berdiri dengan baik, memakai sesuatu dengan mata tertutup dan sebagainya. d.2. Mata Mata merupakan struktur yang berbentuk bola disesuaikan untuk menangkap dan mengolah rangsang cahaya. Fotoreseptor yang terletak dalam retina ada dua macam, cahaya tidak berwarna/gelap ditangkap oleh fotoreseptor bentuk batang (basilus) karena sel batang ini banyak mengandung pigmen rodopsin yang akan terurai jika terkena cahaya dan jika tidak ada cahaya akan terbentuk kembali. Waktu yang diperlukan untuk pembentukan kembali rodopsin ini disebut waktu adaptasi dimana pada saat pembentukan tersebut fungsi melihat menjadi tidak sempurna. Cahaya berwarna/terang ditangkap oleh fotoreseptor bentuk kerucut (konus) yang banyak mengandung pigmen iodopsin, terdapat tiga macam sel konos yakni yang peka terhadap warna biru, hijau dan merah, sehingga dengan demikian spektrum warna yang dapat ditangkap adalah dari biru hingga merah.. Benda yang terkena cahaya akan memantulkan cahaya, pantulan ini akan ditangkap oleh reseptor dalam mata. Reseptor-reseptor ini menerima dan mengubah rangsang menjadi bentuk impuls yang selanjutnya dikirim ke otak untuk diolah menjadi sensasi penglihatan (bentuk, warna). Banyak sedikitnya cahaya yang masuk ke mata diatur oleh struktur pupil mata yang kerjanya seperti diafragma pada kamera. Lensa mata yang berbentuk bikonkaf akan memfokuskan berkas cahaya yang masuk dengan memipih atau menebal dengan bantuan otot siliaris, sehingga berkas cahaya jatuh tepat pada retina. Secara struktural mata dapat dibagi lapisan; sklera, lapisan terluar dan berwarna putih, tepat di depannya terdapat lapisan transparan yang disebut kornea, koroid; lapisan tengah yang berfungsi memberi nutrisi karena banyak mengandung pembuluh darah, Retina, lapisan paling dalam mengandung banyak neuroepitel yang berfungsi sebagai fotoreseptor. Bola mata berisi cairan, cairan yang mengisi ruang di antara lensa dan kornea disebut viterous humor, sedangkan yang mengisi ruang di antara lensa dan retina disebut vitrous humor. Warna mata ditentukan oleh pigmen yang terdapat pada iris (selaput pelangi) d.3. Telinga Reseptor pada telinga adalah sel sel rambut yang peka terhadap getaran/frekuensi bunyi dan mengubahnya ke dalam bentuk impuls yang akan diolah dalam sistem saraf pusat menjadi sensasi bunyi, baik dalam tinggi rendahnya, amplitudo ataupun warna bunyinya. Secara struktural telinga terbagi atas telinga luar, telinga tengah dan telinga dalam. Telinga luar yang terdiri atas daun telinga dan saluran telinga, strukturnya disesuaikan untuk menangkap getaran dan menyalurkan ke bagian berikutnya. Telinga tengah (rongga timphany) terdiri atas selaput pendengaran (membran timphany), tulang-tulang pendengaran (maleus/martil, inkus/landasan
53
dan stapes/sanggurdi), saluran eustachius (penghubung ruang telinga dengan farink)dan ruang timphany (terdapat dua buah tingkap: tingkap bulat dan tingkap oval). Telinga dalam atau Labyrinth yang terdiri atas: koklea (rumah siput) sebagai organ pendengaran dan organ keseimbangan yang tersusun atas: kanalis semisirkularis, sakulus dan utrikulus. Sebagai organ pendengaran, koklea mempunyai struktur melingkar seperti siput terbagai menjadi tiga wilayah, yaitu: bagian dorsal (skala vestibuli), bagian tengah (skala media) dan bagian ventral (skala timfani) di antara ketiganya dipisahkan oleh selaput/membran: m. vestibularis memisahkan skala vestibuli dengan skala media; m. tektoral memisahkan skala media dengan skala timfani dan m. basilaris memisahkan skala timfani dengan skala vestibuli. Pada skala media terdapat organ korti yang mengandung saraf-saraf pendengaran d.4. Hidung Hidung merupakan struktur yang berfungsi sebagai pintu gerbang saluran respirasi. Kemoreseptor terletak pada membran mukosa atap hidung, berupa sel epitel kolumnar dengan 6 – 8 silia di ujungnya, permukaan rongganya dipenuhi dengan pembuluh kapiler yang berfungsi untuk menghangatkan udara yang akan masuk ke saluran respirasi berikutnya. Terdapat bulu/rambut yang berfungsi untuk filter udara respirasi. d.5. Lidah Lidah merupakan struktur yang cukup kompleks sebagian besar tersusun atas berkas otot yang arahnya saling silang, sehingga memungkinkan untuk digerakkan pada berbagai arah. Sehubungan dengan fungsinya sebagai organ indera, pada lidah terdapat papilla-papila pengecap dengan putting pengecap yang berhubungan dengan sel-sel saraf yang peka terhadap stimulus kimiawi. Berdasarkan strukturnya terdapat berbagai jenis/tipe putting pengecap yang pada lidah letaknya tersebar, yaitu filiformis yang berbentuk seperti kerucut, jumlahnya paling banyak, namun tidak mengandung puting pengecap. Fungiformis, berbentuk seperti jamur, mengandung putting pengecap pada bagian atasnya, tersebar di antara papilla filiformis. Foliate, seperti lembaran, mengandung banyak putting pengecap, tersebat pada bagian lateral posterior lidah. Circumvallate, seperti jamur besar dengan saluran/parit ditepinya, tersebar pada pangkal lidah (posterior), mengandung banyak putting pengecap pada tepi salurannya. Putting pengecap juga ditemukan pada bagian lain rongga mulut seperti palatum, farink, epiglottis dsb. Bagian-bagian lidah mempunyai kepekaan terhadap kualitas rasa yang berbeda-beda. Rasa manis lebih cepat dirasa oleh bagian depan lidah, rasa asin oleh bagian tepi depan lidah (lateroanterior), pada bagian tepi tengah lidah peka terhadap rasa asam dan rasa pahit peka pada bagian pangkal lidah d.6. Kulit Kulit, sebagai indera peraba mengandung reseptor berupa ujung-ujung saraf bebas yang strukturnya bias berkapsul atau tidak berkapsul. Untuk rasa
54
g.
1.
2.
3.
raba direspon oleh badan Meissner yang tersebar pada papilla dermis di dekap epidermis. Rasa tekan reseptornya adalah badan Meissner, badan Paccini dan badan Ruffini. Rangsang suhu (panas dan dingin) serta nyeri/sakit reseptornya adalah ujung saraf bebas tak bermielin dan tak berkapsul. Kelainan dan gangguan pada alat indera Kelainan dan gangguan pada alat indera dapat disebabkan oleh banyak hal, baik bersifat morfologis, struktural, kelainan perkembangan/genetis ataupun masuknya agen fdisik dan biologis dalam organ indera. Kelainan dan gangguan tadi dapat menyebabkan penurunan fungsi alat indera atau bahkan dapat menghilangkan fungsi alat indera tersebut. Kelainan dan gangguan ada yang bersifat permanen atau bersifat dapat diperbaiki. Kelainan pada otot (proprioreseptor) Kelainan pada otot lebih disebabkan oleh kelainan fisiologis otot dan fungsi saraf yang terkait. Jika saraf yang ke otot terganggu, maka impuls tidak pernah sampai ke otot, sehingga otot tidak melakukan respon. Jika kondisi ini berlangsung dalam jangka waktu yang lama, akan dapat menyebabkan otot menjadi kurang berkembang (atropi) dan dapat menyebabkan kelainan pada sistem kinestesis secara umum. Jika sel sarafnya yang terganggu oleh zat kimia tertentu, misal yang mengakibatkan disfungsi perambatan impuls maka akan menimbulkan pergeseran-pergeseran respon tubuh. Kelainan pada mata Kelainan mata yang bersifat genetis adalah buta warna yang dikendalikan oleh gen resesif terpaut seks X dimana penderita tidak dapat membedakan warna-warna dasar, atau bahkan hanya bisa membedakan warna hitam dan putih. Kondisi keparahan sangatlah beragam mulai buta warna terhadap spektrum warna tertentu hingga buta warna total. Kelainan lain yang bersifat genetis adalah bentuk dan struktur mata yang dapat menyebabkan munculnya gangguan fungsi mata yang lain seperti bola mata terlalu lonjong atau terlalu pipih sehingga menyebabkan bayangan tidak tepat jatuh di retina hal ini dapat diatasi dengan bantuan lensa, baik lensa posistif ataupun negatif. Kelainan yang bersangkutan dengan kelainan ini adalah mata miopi, mata presbiopi dan mata hipermetropi. Kelainan lain yang muncul bisa disebabkan oleh umur, sehingga menyebabkan terjadinya kemunduran fungsi mata secara umum yang disebut astigmat. Kelainan lain yang disebabkan oleh faktor luar sehingga menimbulkan kemunduran fungsi adalah katarak, yaitu selaput mata tumbuh terus sehingga menghalangi cahaya yang masuk, kebiasaan buruk seperti membaca terlalu dekat, kerja mata yang terlalu berat (melihat sesuatu yang mempunyai resolusi cahaya tinggi, TV, Komputer dsb). Kelainan pada telinga Kelainan pada telinga disebabkan gagalnya fungsi konduksi pada telinga (tuli konduksi) atau gagalnya fungsi saraf menanggapi stimulus yang ada (tuli saraf). Kelainan tersebut bisa juga disebabkan oleh kerusakan struktural ataupun secara genetis. Kelainan pada fungsi indera perasa (lidah) dan peraba (kulit) umumnya disebabkan oleh disfungsi saraf yang berhubungan.
55
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda dapat: 1. Mahasiswa akan dapat menyebutkan berbagai jaringan yang menyusun organ daun, batang dan akar tumbuhan dikotil dan monokotil 2. Mahasiswa akan dapat menjelaskan bentuk dan susunan sel epidermis 3. Mahasiswa akan dapat menyebutkan derivat epidermis 4. Mahasiswa akan dapat menjelaskan bentuk dan ciri khas parenkim sesuai dengan variasi fungsinya 5. Mahasiswa akan dapat menjelaskan pengertian pertumbuhan primer dan pertumbuhan sekunder pada tumbuhan dikotil dan monokotil 6. Mahasiswa akan dapat menjelaskan perbedaan bentuk kolenkim dan sklerenkim sebagai jaringan penguat 7. Mahasiswa akan dapat membedakan bentuk, macam dan ciri khas xilem dan floem 8. Mahasiswa akan dapat menggambarkan struktur dan susunan jaringan daun tumbuhan dikotil dan monokotil 9. Mahasiswa akan dapat menggambarkan struktur dan susunan jaringan batang tumbuhan dikotil dan monokotil 10. Mahasiswa akan dapat menggambarkan struktur dan susunan jaringan akar tumbuhan dikotil dan monokotil Uraian A. Jaringan Tumbuhan Susunan jaringan dan struktur organ yang tumbuhan dikotil dan monokotil akan dipelajari pada bahasan ini. Jaringan-jaringan yang dapat teramati adalah: epidermis, parenkim, kolenkim dan jaringan pengangkutan xilem dan floem. Jaringan-jaringan tersebut akan menyusun organ daun, batang dan akar. Epidermis Epidermis adalah jaringan yang terletak dipermukaan luar organ daun, batang, akar dan buah (gambar 2.1). Strukturnya bervariasi sehingga fungsinya dapat berbeda pula. Epidermis pada permukaan daun dan batang dilapisi kutin, sehingga disebut lapisan kutikula yang kedap air. Epidermis pada permukaan akar muda berubah menjadi bulu akar dan berfungsi sebagai peresap air. Beberapa sel epidermis mengalami perubahan atau modifikasi. Diantaranya menjadi sel penutup mulut daun (stoma atau stomata) pada daun dan batang muda.. Jika batang menjadi tua, epidermis diganti lapisan gabus dan daerahyang sel-selnya merenggang berfungsi untuk pernafasan disebut lentisel. Bentuk lain dari derivat epidermis adalah serat (kapas), rambut kelenjar, rambut (trikoma) pada permukaan daun. Parenkim dan Kolenkim Parenkim adalah jaringan dasar yang berfungsi untuk memperkuat kedudukan jaringan-jaringan lainnya. Jaringan ini terdapat pada seluruh organ tubuh tumbuhan. Jaringan-jaringan lainnya biasanya ditemukan diantara jaringan parenkim ini sehingga jaringan ini biasa disebut jaringan dasar.
56
Sel-sel yang menyusun jaringan ini disebut sel parenkim. Sel-sel ini bemacammacam bentuknya, dengan ciri khas dinding tipis atau menebal sedikit dengan selalu terdapat sistem ruang antar, sel-selnya mengandung protoplasma, plastida, atau cadangan makanan tergantung jenis tumbuhannya Kolenkim terdapat pada dasar epidermis batang. Kolenkim merupakan sel hidup dengan protoplasma yang aktif, dalam beberapa hal sifatnya hampir sama dengan sel-sel parenkim perbedaan yang jelas terletak adanya penebalan di sudut dan dinding tangensial. Jaringan ini berperan sebagai penguat pada batang muda yang sedang tumbuh dan tangkai daun. Sklerenkim Sklerenkim terdiri dari dua macam, yaitu serat dan sel batu (sklereida). Dinding selnya mengandung zat kayu. Sel batu mempunyai dinding sel yang tebal dengan banyak noktah. Bentuknya bermacam-macam dan terdapat pada epidermis, parenkim dan jaringan pengangkut tumbuhan tertentu. Contoh sklereida pada tempurung kelapa dan buah pir. Sklerenkim berbentuk serat ditemukan pada berbagai bagian tumbuhan. Pada tumbuhan dikotil, serat terdapat pada jaringan pengangkut floem dan xilem. Pada tumbuhan dikotil berkayu, floem termasuk kulit kayu yang mengandung serat dan mempunyai nilai ekonomi. Serat tumbuhan monokotil didapat pada daunnya. Meristem Jaringan meristem adalah kumpulan sel-sel yang aktif membelah dan ditemukan di ujung akar, batang dan kambium. Pertumbuhan dan perkembangan meristem apikal di ujung akar dan batang akan membentuk jaringan primer. Kambium adalah jaringan meristematik yang terletak diantara xilem dan floem. Pertumbuhan dan perkembangannya akan membentuk xilem sekunder dan floem sekunder. Karena pertumbuhannya melingkar akan menghasilkan tumbuh lingkar sekunder. Ikatan Pembuluh Xilem dan floem bersama-sama disebut jaringan pengangkutan yang terdapat pada berkas ikatan pembuluh. Berkas ini bentuknya khas, bagian yang menghadap ke dalam disebut xilem dan bagian yang menghadap ke luar disebut floem. Pada tumbuhan dikotil, diantara xilem dan floem terdapat kambium. B. Organ Tumbuhan Dalam mempelajari jaringan penyusun organ tumbuhan, diharapkan setiap mahasiswa dapat membuat sendiri sediaan (preparat) sederhana dan langsung diamati di bawah mikroskop. Berikut secara umum diuraikan susunan jaringan penyusun organ tumbuhan dikotil dan monokotil
57 Daun Dikotil dan Monokotil Daun adalah organ yang terdiri atas beberapa macam jaringan, diantaranya epidermis, parenkim dan ikatan pembuluh. Epidermis beberapa jenis daun dilapisi lapisan kutikula. Mulut daun ditemukan pada permukaan bawah daun. Diantara epidermis atas dan epidermis bawah diisi dua macam jaringan parenkim, yaitu jaringan pagar (Palisade parenkim) yang mengandung banyak kloroplast dan jaringan bunga karang (spons parenkim) dengan kloroplast yang lebih sedikit, yang keseluruhannya disebut mesofil. Ikatan pembuluh pada daun membentuk sistem pertulangan daun. Pada dasarnya daun dikotil dan monokotil mempunyai susunan jaringan yang sama, walaupun kelihatan bervariasi baik pada daun dikotil maupun monokotil. Untuk jelasnya dapat dilihat pada gambar . berikut: Gambar daun dikotil dan monokotil Batang Dikotil dan Monokotil Secara anatomi susunan batang dikotil berbeda dengan batang monokotil. Pada tumbuhan dikotil, pertumbuhan batang dimulai dari meristem apikal, yaitu meristem yang berada di ujung batang. Mula-mula meristem apikal akan membelah diri, kemudian selselnya memanjang dan selanjutnya berdiferensiasi menjadi jaringan primer. Yang termasuk jaringan primer adalah bakal daun, tunas ketiak, epidermis, korteks, ikatan pembuluh dan empulur. Ikatan pembuluh berkembang dari prokambium yang berasal dari meristem apical. Prokambium diantara floem dan xilem akan berkembang menjadi kambium. Ikatan pembuluh pada dikotil letaknya teratur, bersama empulur membentuk silinder pusat (stele). Pada tumbuhan monokotil meristem apikal kecil dan berkembang menjadi bakal daun, bakal tunas ketiak dan epidermis. Di bawah meristem apikal dan melebar ke sekelilingnya terdapat meristem primer yang menebal disebut meristem perifer. Meristem perifer ini berkembang menjadi bagian terbesar batang yang berisi ikatan pembuluh. Letak ikatan pembuluh pada batang monokotil tersebar sehingga tidak kelihatan adanya korteks dan silinder pusat. Untuk jelasnya perbedaan struktur dan susunan penampang melintang batang dikotil dan monokotil dapat dilihat pada gambar berikut: Akar Dikotil dan Monokotil Seperti batang, akar berkembang dari meristem apikal di ujung akar. Meristem apikal ini dilindungi oleh tudung akar. Tudung akar berasal dari meristem apikal dan terdiri dari sel-sel parenkim. Perkembangan jaringan primer pada akar sama seperti pada batang. Pembelahan meristem apikal membentuk daerah pemanjangan, dan kemudian daerah diferensisasi. Daerah diferensiasi dibagi menjadi dua, yaitu daerah pendewasaan jaringan primer dan daerah jaringan primer yang sudah dewasa. Jaringan sekunder pada akar dikotil tumbuh dari kambium. Letak xilem primer tetap ditengan-tengah akar, sedangkan floem primer terdesak ke tepi endodermis. Untuk jelasnya perhatikan gambar berikut:
58 Gambar Akar Dikotil dan Monokotil Susunan jaringan akar monokotil sama seperti pada akar dikotil muda, yaitu epidermis, korteks dan silinder pusat (stele). Seperti pada batang, akar monokotil tidak berkambium, sehingga tidak mempunyai jaringan sekunder.
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu: 1. Mahasiswa akan dapat menjelaskan pergertian pertumbuhan 2. Mahasiswa akan dapat menjelaskan pergertian perkembangan 3. Mahasiswa akan dapat menjelaskan tahapan-tahapan pertumbuhan dan perkembangan biji yang berkecambah berdasarkan kurva pertumbuhan 4. Mahasiswa akan dapat menguraikan faktor-faktor internal yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan 5. Mahasiswa akan dapat menguraikan faktor-faktor eksternal yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan Uraian A. Pola Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan Uraian bahasan ini didasari oleh adanya fenomena atau gejala alami, yaitu mengenai perubahan yang terjadi pada mahluk hidup yang mula-mula kecil akhirnya menjadi besar apabila tersedia faktor-faktor pendukungnya. Hal ini dapat kita amati pada seorang bayi mungil dapat berubah menjadi orang dewasa, tanaman mangga kecil berubah menjadi tanaman dewasa yang berbuah lebat, sebutir biji jagung menjadi tanaman jagung dewasa dan seterusnya. Peristiwa perubahan biologis yang terjadi pada mahluk hidup yang berupa pertambahan ukuran (volume, massa, tinggi, dsb) yang bersifat ireversibel disebut pertumbuhan. Pada umumnya hewan memiliki periode pertumbuhan yang terbatas, sedangkan tumbuhan mengalami pertumbuhan sepanjang hidupnya. Pertumbuhan pada organisme satu ditandai dengan pertambahan besar ukuran selnya, sedangkanpertumbuhan pada organisme multiseluler ditandai dengan pertambahan ukuran sel, dan/atau pertambahan jumlah sel. Perubahan yang terjadi pada mahluk hidup seperti contoh di atas tidak hanya sebagai akibat pertumbuhan saja melainkan karena terjadi peristiwa perkembangan pada mahluk hidup tersebut. Pertumbuhan dan perkembangan adalah dua peristiwa yang tidak dapat dipisahkan. Untuk memahami konsep pertumbuhan dan perkembangan dapat diperhatikan peristiwa biologi gambar 3.1 dan 3.2 berikut. Pada gambar 3.1 memperlihatkan pertumbuhan dan perkembangan organisme multiseluler. Masa pertumbuhannya diawali dari zigot, yang selanjutnya mengalami perubahan struktural dan biokimia hingga terbentuk sel yang mempunyai ukuran dan dan fungsi yang berbeda. Sel-sel yang telah berdiferensiasi tersebut selanjutnya membentuk organ-organ penyusun organisme. Gambar 3.2 memperlihatkan pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Perubahan yang terjadi selama masa pertumbuhan dan perkembangan (pada tingkat organisasi individu)
59
diawali sejak terjadinya fertilisasi. Biji memiliki embrio yang pada perkembangan awalnya memperoleh proteksi dan makanan dari cadangan makanan (kotiledon). Tiga bagian penting embrio, yaitu : tunas embrionik, akar embrionok dan kotiledon. Tunas embrionik merupakan calon batang dan daun, akar embrionik berkembang menjadi akar. Apabila kondisi lingkungan memenuhi syarat biji akan berkecambah dan akan tumbuh dan berkembang menjadi tumbuhan dewasa. Melalui pembelahan meristem akan selalu dibentuk sel-sel baru, hingga terjadi pertumbuhan dan perkembangan pada struktur akar, batang dan daun, dengan demikian tumbuhan akan bertambah besar dan tinggi. Jaringan meristem memegang peranan penting dalam pertumbuhan dan perkembangan, karena semua jaringan permanen tumbuhan berasal dari jaringan meristem. Pada tumbuhan dikotil untuk pertumbuhan diameter batang, kambium memegang peranan penting. Sedangkan pada tumbuhan monokotil tidak dijumpai kambium sehingga pertumbuhan diameter disebabkan oleh pertumbuhan sel. B. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pertumbuhan dan Perkembangan pada Tumbuhan Pertumbuhan dan perkembangan pada tumbuhan merupakan hasil interaksi yang kompleks antara tiga pengatur atau faktor, yang meliputi faktor intraseluler (faktor hereditas berupa gen), interseluler (hormon) dan lingkungan. Bentuk dan ukuran tumbuhan banyak ditentukan oleh faktor hereditas. Gen berpengaruh pada setiap struktur tumbuhan dan juga perkembangannya. Beberapa hormon mempunyai kekhususan pengaruh yang berbeda antara satu dengan yang lainnya terhadap pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan. Sedangkan faktor lingkungan yang berpengaruh adalah kelembaban udara, air dan mineral, temperatur dan cahaya. a. Hormon Hormon adalah substansi aktif yang sekresinya dipengaruhi kondisi eksternal. Beberapa hormon memacu pertumbuhan, pembelahan dan pemanjangan sel, juga ada yang menghambat. Berikut diuraikan lima macam hormon tumbuhan : 1. Auksin : merupakan hormon pertumbuhan yang memacu perpanjangan sel, yang berpengaruh dalam hal : pembengkokan batang, merangsang perkembangan akar lateraldan serabut, merangsang pembelahan sel kambium vaskuler, menyebabkan diferensiasi sel menjadi xilem, meningkatkan perkembangan bunga dan buah. 2. Giberelin : mempengaruhi pemanjangan dan pembelahan sel, perkembangan embrio dan kecambah, memperbesar ukuran buah, merangsang pembungaan, mematahkan dormansi biji dan kuncup ketiak dan mampu menghambat pembentukan biji 3. Gas Etilen : mempercepat pemasakan buah, menyebabkan batang tumbuh menjadi tebal. Jika berinteraksi dengan hormon lain akan menghasilkan respon yang khas sesuai jenisnya. Contoh gas etilen dengan auksin memacu pembungaan mangga dan nenas. Bila bersama giberelin, dapat mengatur perbandingan bunga jantan dan betina pada beberapa tumbuhan monoceous.
60
4. Sitokinin : merangsang pembelahan sel dengan cepat. Jika dikombinasikan dengan auksin dan giberelin dapat membantu mengatur pembelahan sel di daerah meristem agar akar dan batang tumbuh normal. Tergantung spesiesnya, sitokinin menyebabkan pembesaran sel daun muda, memperkecil dominansi apical, mengatur pembentukan bunga dan buah, mengatur perkembangan akar dan tunas pada kultur jaringan, serta pengguguran daun, bunga dan buah. 5. Asam absisat : hormon ini hampir selalu menghambat pertumbuhan, baik mengurangi kecepatan pembelahan dan pemanjangan sel, serta menghentikan proses tersebut. Hormon ini membantu tumbuhan untuk bertahan pada kondisi lingkungan yang buruk dengan menunda pertumbuhan (dormansi). Hormon ini membantu tumbuhan peluruh untuk menggugurkan daunnya pada musim gugur, berakumulasi dalam sel penutup pada tumbuhan xerofit hingga stomata tertutup. b. Cahaya Cahaya merupakan sumber energi untuk fotosintesis, sehingga memberi pengaruh langsung terhadap ketersediaan makanan. Ketersediaan makanan akan mempengaruhi pembelahan sel yang berpengaruh terhadap pertumbuhan. Fotoperiodisme atau panjang penyinaran adalah respon tumbuhan terhadap panjang penyinaran yang bervariasi. Faktor ini mempunyai pengaruh khusus bagi pertumbuhan dan reproduksi tumbuhan. Respons fotoperiodik dikendalikan oleh pigmen fitokrom (yang mengabsorbsi cahaya) meliputi: dormansi, pembungaan, perkecambahan, perkembangan batang dan akar. c. Temperatur Temperatur mempengaruhi kemampuan fotosintesis, translokasi, respirasi dan traspirasi, sehingga berpengaruh terhadap pertumbuhan dan reproduksi tumbuhan. Jika temperatur terlalu rendah atau tinggi, pertumbuhan tumbuhan menjadi lambat bahkan terhenti sama sekali. Temperatur optimum merupakan temperatur yang paling baik untuk pertumbuhan, yang bervariasi tergantung spesiesnya. Untuk pertumbuhannya tumbuhan memerlukan temperatur sekitar 10° – 38° C.
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda dapat: 1. Mahasiswa akan dapat menjelaskan apa yang dimaksud gerak etionom 2. Mahasiswa akan dapat menjelaskan pengertian gerak nasti berserta contoh tumbuhannya 3. Mahasiswa akan dapat menjelaskan pengertian gerak tropisme berserta contoh tumbuhannya 4. Mahasiswa akan dapat menjelaskan pengertian gerak taksis beserta contoh tumbuhannya
61 Uraian A. Gerak pada Tumbuhan Pengertian gerak pada organisme tidak harus selalu berarti pindah tempat. Seekor ayam yang sedang bertelur, maka ada bagian tubuh yang bergerak, semisal kepala dan matanya saja. Dengan dasar ini, maka pada tumbuhan tingkat tinggi dapat dikatakan terjadi gerak juga pada organ-organnya. Beberapa contoh gerak tersebut adalah bunga yang semula kuncup kemudian mekar, daun yang segar kemudian menutup layu. Gerak pada tumbuhan yang merupak reaksi atau respons terhadap faktor lingkungan disebut gerak etionom. Gerak yang terjadi tidak dipengaruhi faktor luar, disebut gerak endonom, autonom atau spontan. Contohnya adalah gerak protoplasma pada sel-sel daun tanaman lidah buaya dan umbi lapis bawang merah, gerak pada ujung batang (seperti spiral). Berikut uraian beberapa gerak etionom pada tumbuahan, diantaranya gerak nasti, gerak tropisme dan taksis. A. Gerak Nasti Gerak nasti adalah gerak bagian tumbuhan yang arahnya tidak ditentukan atau tidak ditujukan ke atau sumber rangsang. Sebagai contoh adalah gerak yang diakibatkan oleh tekanan turgor. Tekanan turgor adalah tekanan air pada dinding sel disebabkan masuknya air ke dalam sel sehingga menimbulkan tekanan pada dinding sel. Untuk memahami pengertian gerak nasti dapat diamati pada tanaman Si kejut (Mimosa pudica) yang disentuh. Telah diketahui bahwa didalam sel terdapat cairan sel sehingga ada tekanan turgor. Pada daun, tangkai dan batang Si kejut terdapat suatu zat yang dapat mengalir dari tempat sentuhan ke tempat lain yang dapat mengakibatkan perubahan tekanan turgor. Sehingga begitu daun disentuh akan terjadi kehilangan tekanan turgor dan terjadi gerak yang akibatnya seperti layu. Tekanan turgor akan kembali beberapa saat kemudian setelah sel-selnya terisi cairan. Contoh lain dari nasti adalah mekarnya bunga Pukul empat (Mirabilis jalapa), Waru (Hibiscus tiliaceus) yang mekar pada waktu atau jam-jam tertentu, sebagai rangsang dari luar yang kemungkinan adalah cahaya, suhu, atau kelembaban udara. Gerak termonasti adalah gerak yang akibat perubahan suhu udara, contoh mekarnya bunga Tulip pada musim tertentu. Gerak niktinasti adalah gerak yang terjadi di malam hari, gerak menutup pada daun tumbuhan polong (Leguminoceae). B. Gerak Tropisme Tumbuhan bereaksi terhadap perubahan lingkungan dengan perwujudan yang tampak, antara lain berupa pertumbuhan, dimana bagian tertentu tumbuh lebih cepat dari bagain lainnya. Respons tersebut menghasilkan gerak yang nyata walaupun umumnya lebih lambat dari gerak nasti. Diantara gerak akibat tumbuh yang terkenal adalah gerak tropisme. Untuk memahami gerak tropisme, berikut diuraikan berbagai macam gerak tropisme: - Gerak fototropisme atau gerak heliotropisme adalah gerak tumbuh bagian tubuh tanaman menuju arah datangnya cahaya atau cahaya matahari. Arah yang menuju sumber rangsang merupakan sifat gerak positif, sedang yang menjauhi rangsang
62
-
adalah negatif, sehingga gerak batang menuju cahaya disebut fototropisme positif sedangkan gerak akar menjauhi cahaya disebut fototropisme negatif. Gerak hidrotropisme adalah gerak organ tumbuhan yang arahnya ditentukan oleh air atau kelembaban. Contoh pada percobaan akar kecambah, dimana akar yang semula lurus akan membelok ke daerah lembab Gerak geotropisme adalah gerak bagian organ tumbuhan menuju pusat bumi (karena faktor gravitasi). Sebaliknya gerak organ tumbuhan yang menjauhi pusat bumi disebut geotropisme negatif Gerak tigmotropisme (thigma=singgungan) atau haptotropisme (hapto=sentuhan) adalah gerak tumbuh bagian tanaman (misalnya sulur ) yang membelok sebagai akibat persentuhan atau persinggungan Gerak termotropisme adalah gerak bagian atau organ tumbuhan ke arah sumber panas atau sebaliknya (menjauhi), misalnya rangsang aliran listrik Gerak reotropisme adalah gerak tumbuh yang dipengaruhi aliran air
C. Gerak Taksis Gerak taksis adalah gerak pindah tempat yang arahnya ditentukan oleh rangsang. Gerak ini umumnya dilakukan oleh golongan tumbuhan tingkat rendah. Yang perlu diperhatikan adalah rangsang apa yang menyebabkan dan bagaimana pola geraknya? Untuk itu perlu diamati gejala-gejalanya. Euglena adalah salah satu jenis ganggang yang tergolong dalam divisi Euglenophyta. Ganggang ini akan bergerak pindah tempat menuju/mendekati rangsang, yang berupa cahaya sehingga disebut fototaksis. Sebaliknya tumbuhan bersel satu lain yang bergerak menjauhi rangsang dinamakan fototaksis negatif. Alga hijau Chlamydomonas bersifat fototaksis positif terhadap intensitas cahaya sedang dan akan berpindah arah menjadi gerak fototaksis negatif jika intensitas cahaya meningkat. Jamur Pilobolus dan Neurospora, terutama sporanya jika ditempatkan ditempat gelap juga menunjukkan gejala pindah tempat jika ada rangsang cahaya. Selain sinar terdapat zat lain yang mampu sebagai rangsang gerak taksis, zat-zat tersebut diantaranya zat kimia sehingga disebut kemotaksis. Bakteri oksigen pada umumnya bergerak ke tempat-tempat yang mengandung banyak oksigen. Spermatozoid pada Arkegonium lumut atau paku-pakuan juga bergerak karena tertarik oleh sukrosa atau asam malat.
63
Metabolisme adalah proses kimia atau perubahan reaksi kimia yang terjadi di dalam sel jaringan tubuh organisme. Proses metabolisme di dalam sel melibatkan enzim yang berperan sebagai biokatalisator pada reaksi-reaksi biokimia yang terjadi di dalam sel jaringan. Metabolisme dibagi menjadi dua golongan, yaitu proses konstruksi (pembentukan) yang disebut anabolisme,dan proses destruksi (pemecahan) yang disebut katabolisme. Anabolisme yaitu proses sintesis berbagai senyawa organik dari elemen anorganik, misalnya sintesis zat gula pada peristiwa fotosintesis, sintesis protein, dan sintesis lemak. Pada anabolisme terjadi penimbunan atau penyimpanan sejumlah energi potensial pada substansi zat yang dibentuk. Katabolisme yaitu proses pemecahan molekul-molekul zat yang kompleks menjadi molekul zat yang lebih sederhana, misalnya pemecahan molekul karbohidrat menjadi molekul glukosa, molekul protein menjadi asam amino, serta pemecahan molekul lemak menjadi asam lemak dan gliserol. Proses katabolisme terjadi pada respirasi sel, fermentasi, dan pencernaan makanan. Pada katabolisme energi potensial yang semula disimpan di dalam substansi zat dibebaskan sebagai energi kerja untuk dipergunakan dalam berbagai aktivitas protoplasma sel hidup. Enzim Enzim berperan dalam reaksi biokimia di dalam sel, sebagai biokatalisator dan bekerjanya spesifik. Pada awal dan akhir reaksi keadaan enzim tetap. Sedangkan substrat diuraikan menjadi dua bagian. Pengertian Enzim Ahli kimia bangsa Jerman bernama Eduard Buchner, pertama kali mengekstrak ragi untuk mendapatkan cairan ragi yang berguna untuk pengobatan. Ternyata cairan ragi tersebut dapat memecah glukosa menjadi alkohol. Peristiwa seperti ini 20 tahun sebelumnya oleh Louis Pasteur dinamakan peragian atau ‘fermentasi’ alkohol. Pada waktu itu Pasteur menganggap fermentasi alkohol disebabkan disebabkan oleh aktivitas sel-sel ragi. Menurut Buchner, fermentasi alkohol bukan disebabkan oleh aktivitas sel-sel ragi, tetapi oleh cairan ragi yang mengandung ‘substansi zat bersifat khusus’. Pada 1874 Willy Kuhn (Jerman) menamakan substansi zat yang bersifat khusus tadi dengan sebutan ‘enzim’, yang berasal dari kata Yunani, en artinya di dalam dan zyme artinya adonan asam. Pada 1952 Mayback (Jerman) memberikan definisi enzim sebagai berikut : Enzim merupakan senyawa organik, yaitu senyawa protein yang dapat mengkatalisasikan reaksi kimia yang terjadi di dalam sel jaringan. Katalisator adalah zat yang dapat mempercepat atau memperlambat reaksi kimia, tetapi zat itu sendiri tidak ikut dalam reaksi sehingga sebelum dan sesudah reaksi kimia, zat tadi keadaannya tidak mengalami perubahan. Komponen Enzim Enzim adalah senyawa protein yang memiliki molekul besar. Berat molekulnya antara 25.000 (pada pepsin) sampai 83.000 (pada urease). Berdasarkan komponen penyusunnya, enzim dibedakan menjadi dua macam: a. Enzim protein sederhana (simple protein enzyme), terdiri atas protein saja.
64 b. Enzim konjugasi (conjugated enzyme), terdiri atas protein dan non protein. Euler (1935) memberi nama holoenzim kepada enzim konjugasi. Holoenzim terdiri atas apoenzim, yaitu bagian protein, dan kofaktor atau golongan prostetik sebagai bagian nonprotein. Golongan prostetik terdiri atas ion inorganik, seperti Mg, Mu, Ca, dan K, atau terdiri atas senyawa organik yang dinamakan koenzim. Cara Kerja Enzim Teori kerja enzim ditemukan oleh Michaelis dan Menten (1913) ketika mereka mempelajari hidrolisis senyawa gula dengan menggunakan enzim invertase. Cara kerja enzim menurut keduanya adalah sebagai berikut : a. Enzim memiliki bagian tertentu sebagai tempat aktivitas, dan bagian itu merupakan tempat untuk perlekatan molekul substrat. b. Pada tempat perlekatan tadi terbentuk hubungan yang erat di antara substrat dan enzim. c. Hubungan di antara keduanya adalah hubungan yang lemah, sehingga mudah terpisah kembali. Begitu pula cara kerja enzim dengan substrat. Molekul substrat tertentu memerlukan molekul enzim tertentu pula untuk menguraikan menjadi hasilnya. Secara singkat dapat dituliskan sebagai berikut : Enzim + Substrat Kompleks enzim substrat Hasil Akhir + Enzim Keterangan : a. Subtrat adalah zat atau senyawa yang dipengaruhi oleh enzim b. Perubahan pada substrat terjadi setelah bergabung dengan enzim c. Hasil dari substrat yang telah diubah disebut hasil akhir dari reaksi d. Enzim tidak turut bereaksi. Setelah hasil akhir tercapai, enzim bebas dan tidak mengalami perubahan apa pun. Selanjutnya, enzim akan bergabung dengan substrat lagi. Fischer (1898) mengemukakan teori ‘kunci dan anak kunci’ (Key Lock Theory). Menurut teori ini cara kerja enzim seperti kerja kunci dan dengan anak kuncinya.
2)
Sebuah kunci hanya dapat dibuka oleh anak kunci tertentu sebagai partnernya. Begitu pula cara kerja enzim dengan substrat. Molekul substrat tertentu memerlukan molekul enzim tertentu pula untuk menguraikan menjadi hasilnya. Sifat-sifat Enzim a. Enzim adalah biokatalisator yang dibentuk di dalam protoplasma sel. Enzim dibedakan menjadi dua macam, yaitu : 1) Enzim intraseluler (Endoenzim) Endoenzim bekerja di dalam sel yang membentuknya. Fungsinya ialah untuk sintesis zat-zat dan juga mengatur reaksi katabolisme untuk menghasilkan energi yang diperlukan oleh sel. Enzim ekstraseluler (Eksoenzim) Eksoenzim bekerja di luar sel yang membentuknya. Fungsinya ialah mengatur agar zat makanan dapat masuk ke dalam sel. - Enzim bekerjanya spesifik, artinya satu macam enzim hanya berperan pada satu macam reaksi substrat dan hasil akhirnya tertentu. -Enzim adalah koloid.
65 -Enzim dapat bereaksi dengan substrat asam maupun alkali -Enzim bersifat sensitif. -Enzim termolabil. -Enzim dapat dipercepat/dihambat kerjanya. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Aktivitas Enzim a. Suhu Enzim sebagai koloid sensitif terhadap suhu. Enzim akan mengalami koagulasi dan sifat katalisnya hilang apabila dididihkan. Enzim bekerja pada suhu 38oC – o o 40 C , suhu optimum 30 C. b. Logam Enzim bereaksi dengan ion anorganik, terutama ion logam (Mg, Mu, Cu, Fe, Zn). Dalam keadaan demikian, aktivitas enzim menjadi meningkat. Namun banyak senyawa yang mengandung kogam berat seperti Ag, Pb, dan Cd dapat menyebabkan enzim tidak aktif. c. pH Konsentrasi ion Hidrogen mengontrol aktivitas enzim. Derajat disosiasi dan muatan listrik berhubungan dengan pembentukan kompleks enzim-substrat. pH optimum bagi katalis enzim bervariasi, misalnya : Pepsin pH 2,0; Invertasae pH 4,5; Peroksidase pH 5,0; Maltase pH 7,0; Amilase pH 7,0; Urease pH 7,0; Katalase pH 7,0; Tripsin pH 8,0; dan ATP pH 9,0. d. Konsentrasi substrat Apabila konsentrasi substrat meningkat, laju reaksi juga meningkat. Tetapi apabila konsentrasi substrat menjadi sangat tinggi, substrat malah memperlambat kerja enzim. e. Konsentrasi enzim Kecepatan reaksi mengikuti peningkatan konsentrasi enzim. f. Pengaruh air Air sangat diperlukan untuk bekerjanya enzim. Pada biji, jumlah air sangat sedikit sehingga enzim tidak bekerja. Apabila biji diletakkan pada tempat yang lembap, maka enzim bekerja dan biji tumbuh. g. Faktor dalam Faktor dalam seperti hormon dan vitamin berpengaruh penting bagi aktivitas enzim. Tata Nama dan Peran Enzim Pemberian nama secara sistematik dari enzim didasarkan atas sejumlah peraturan yang dikenal sebagai Komisi Enzim Internasional (International Enzyme Commission) atau sistem IEC, yang diterima oleh International Union of Biochemistry. Dalam sistem IEC tiap enzim mempunyai nama sistematik dan nama trivial yang diterima untuk penggunaan sehari-hari, antara lain : a. Berdasarkan substrat yang dipengaruhi dan diberi akhiran ase Substrat Enzim
66 Protein Karbohidrat Lemak Laktosa Maltosa
Proteinase Karbohidrase Lipase Laktase Maltase
b. Berdasarkan tipe reaksinya dan diberi akhiran ase Reaksi Oksidasi Reduksi Pelepasan CO2 Pelepasan hidrogen Hidrolisis
Enzim Oksidase Reduktase Dekarboksilase Dehidrogenase Hidrolase
Peran enzim yang terlibat dalam proses metabolisme, antara lain : a. Oksidasi : pelepasan hidrogen atau elektron, atau penambahan oksigen. b. Reduksi : penambahan hidrogen atau elektron, atau pelepasan oksigen. c. Dehidrasi : pelepasan H2O. d. Hidrolisis : penambahan H2O pada suatu molekul diikuti pemecahan molekul pada ikatan yang ditambah H2O. e. Deaminase : pelepasan gugus amin (-NH2). f. Dekarboksilasi : pelepasan CO2. g. Fosforilasi : penambahan fosfat pada suatu molekul organik. h. Defosforilasi : pelepasan fosfat. i. Transferase : pemindahan suatu radikal. Contoh-contoh enzim : a. Suksinat dehidrogenase : mengubah asam suksinat menjadi asam fumarat. b. Fumarase : mengubah asam fumarat menjadi asam maleat. c. Maleat dehidrogenase : mengubah asam maleat menjadi asam oksaloasetat. d. Fosfoheksose isomerase : mengubah glukosa fosfat menjadi fruktosa fosfat. e. Fosfoheksokinase : mengubah fruktosa fosfat menjadi fruktosa difosfat.
Respirasi Respirasi sel adalah suatu proses kimia dari pembebasan energi yang berlangsung di dalam sel. Respirasi sel berlangsung melalui melalui glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, daur Krebs, dan rantai respirasi di dalam mitokondria. Produk antara pada respirasi sel dipakai sebagai bahan dasar untuk anabolisme. Ringkasan proses respirasi sel secara keseluruhan sebagai berikut : C6H12O6 + 6O2 Glukosa
6CO2 + 6H2O + energi
Pada proses respirasi, energi kimia yang tersimpan dalam sari makanan diubah menjadi energi kimia yang tersimpan dalam ATP (adenosin trifosfat) yang dapat segera digunakan untuk melakukan kerja dalam sel, dan sebagian kecil energi berubah menjadi panas. Pembebasan energi dilakukan secara bertahap dan
67 melibatkan bermacam-macam enzim. Hal ini untuk menjaga agar suhu tetap rendah. Tahapan pada respirasi sel dijelaskan sebagai berikut : Tahap Glikolisis Tahap ini adalah suatu rentetan reaksi yang mengubah glukosa menjadi asam piruvat. Tiap 1 molekul glukosa menjadi 2 molekul asam piruvat. Ringkasan reaksinya adalah sebagai berikut : Glukosa 2 asam piruvat 2 NAD 2 NADH 2 ADP 2 ATP 2 H-O-P 2 H2O Pada reaksi glikolisis terjadi pengubahan senyawa dari 6 atom C menjadi senyawa dengan 3 atom C yang rentetan reaksinya adalah sebagai berikut
Fosforilasi
Glikolisis
1 Glukosa (C6H12O6) ATP heksokinase Mg++ ADP 2 glukosa-6-fosfat (C6H11O6-P) Fosfoheksoisomerase 3 Fruktosa-6-fosfat (C6H11O6-P) ATP Fosfoheksokinase ADP 4 Fruktosa-1,6-difosfat (P- C6H10O6-P) aldolase dehidroksiaseton-fosfat Mg++ fosfotriosaisomerase 5 3-fosfogliseraldehida (2 C3H5O3-P) (PGAL) + fosfat 6 1,3-difosfogliseraldehidd (2 C3H5O3-P) (PGAL) 2NAD difosfogliseraldehida dehidrogenase 2NADH2 7 asam-1,3-difosfogliserat (2 C3H5O4-P) (APG) ADP Transfosforilase fosfogliserat Mg++ ATP 8 asam-3-fosfogliserat (2 C3H5O4-P) (PGAL) fosfogliseromutase 9 asam-2-fosfogliserat (2 C3H5O4-P) (PGAL) enolase Mg++ H2O 10 asam-2-fosfoenolviruvat (2 C3H3O3-P) (PEP) Mg++ ADP transfosforilase fosfopiruvat K+ ATP 11 asam piruvat (2 C3H3O3)
68 Tahap Dekarboksilasi Oksidatif Tahap ini adalah pengubahan asam piruvat menjadi asetil-KoA. Pada tahap ini terjadi pembebasan CO2 (dekarboksilasi) dan pembebasan H2 (dehidrogenasi). Ringkasan reaksinya sebagai berikut : Asam piruvat asetil KoA KoA CO2 NAD NADH2 Tahap Daur Krebs dalam Respirasi Aerob Tahap ini adalah penguraian asetil-KoA dari asam piruvat menjadi CO2. Oksidasi asam piruvat secara aerob merupakan suatu proses pembongkaran yang sempurna, proses mana menghasilkan CO2 dan H2O serta energi yang jauh lebih banyak daripada jika oksidasi tersebut dilakukan secara anaerob. Penguraian asetil-KoA merupakan rangkaian reaksi yang berbentuk daur (siklus). Asetil-KoA masuk pada satu titik daur reaksi dan karbon keluar dari titiktitik lain dari daur sebagai CO2. Seluruh rangkaian ini disebut daur Krebs (daur asam sitrat atau daur asam trikarboksilat). Bahan pemula daur adalah senyawa C4 (asam oksaloasetat). Bila rangkaian reaksi ini disederhanakan, dapat dituliskan dalam lingkaran reaksi sebagai berikut : CH3 O | || CO CH3-C-S-KoA | CO Asetil KoA Asam Piruvat CH-COOH | O=C-COOH Asam oksaloasetat NAD + .. H2
9
CH2-COOH | CHOH-COOH Asam malat H2O
8
CH-COOH | CH-COOH Asam fumarat 7 FAD… H2
H-S-KoA H2O 1
CH2-COOH | HOC-COOH | CH2-COOH Asam sitrat 2
H2O CH2-COOH | C-COOH | CH2-COOH Asam sisakonitat H2O 3 CH2-COOH | C-COOH | CHOH-COOH Asam isositrat
69 CH2-COOH | CH2-COOH Asam suksinat
4
CH2-COOH | CH-COOH | O= C-COOH Asam oksalosuksinat
CO-S-KoA
| CH2 | CH2 | COOH Suksinil KoA
6
CO2
NAD + .. H 2
5
CH2-COOH | CH2 H2O | O=C-COOH
CO2
Asam α-ketoglutarat
Dengan terurainya asetil-KoA menjadi CO2, maka pembakaran glukosa sudah berakhir. Pembebasan H2 akhirnya akan diterima oleh oksigen dan terbentuk H2O. Tetapi pemindahan H2 ke oksigen tidak dapat secara langsung. Bila H2 serentak bertemu dengan oksigen akan terjadi ledakan (panas) yang hebat. Pemindahan H2 di dalam sel diatur oleh enzim dehidrogenase yang mengontrol pengambilan hidrogen dan adanya akseptor hidrogen yang khusus. Beberapa akseptor hidrogen di dalam sel, antara lain : a. NAD (nikotinamida adenin dinukleotida) atau NADP (nikotinamida adenin dinukleotida fosfat) : merupakan akseptor pertama, yaitu menerima H2 yang dibebaskan oleh bahan bakar. b. FAD (flavin adenin dinukleotida) ; merupakan akseptor kedua yang menerima H2 dari akseptor pertama. c. Sistem sitokrom; merupakan akseptor ketiga yang menerima H2 dari FAD. d. Oksigen ; merupakan akseptor keempat dan terakhir, yang dengan H2 akan membentuk H2O. Hasil Akhir dan Senyawa antara Hasil Proses Respirasi a. Hasil akhir proses respirasi Bila kita jumlah ATP yang dihasilkan pada pemecahan glukosa hingga menjadiCO2 dan H2O adalah sebagai berikut : 1) C6H12O6 2 C3H4O3 + 2 H2 + 8 ATP glukosa Asam piruvat 2) 2 C3H4O3 + 2 KoA 2 asetil-KoA + 2H2 + 2 CO2 + 6 ATP 3) 2 Asetil KoA + 6 H2O 4 CO2 + 8 H2 + 2 KoA + 24 ATP Jumlah a + b + C = 6 CO2 + 12 H2 + 38 ATP 4) C6H12O6 + 6 H2O 12 H2 dipindahkan ke oksigen (akseptor akhir). Untuk ini diperlukan 12 atom oksigen dan terbentuk 12 H2O. Jadi persamaan reaksi 4) menjadi : C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
70 b. Senyawa antara hasil proses respirasi Dalam proses respirasi sel terbentuk senyawa antara, antara lain PGAL yang merupakan hasil utama fotosintesis. PGAL dalam sel tumbuhan merupakan bahan untuk sintesis gliserol yang selanjutnya disusun menjadi lemak. PGAL juga untuk sintesis glukosa. Hal ini berlaku juga di dalam sel hewan dan manusia. Dari proses ini menunjukkan bahwa dalam metabolisme sel senyawa antara hasil respirasi dapat digunakan sebagai bahan dasar sintesis lemak dan karbohidrat, demikian juga pengubahan karbohidrat menjadi lemak dan sebaliknya. Asam Piruvat dalam Respirasi Anaerob Organisme-organisme tertentu karena sesuatu sebab melakukan respirasi tanpa melibatkan oksigen. Proses ini disebut respirasi anaero atau fermentasi. Karena tidak melibatkan oksigen sebagai akseptor terakhir H2, maka akan menggunakan akseptor H2 terakhir lain yang menerima H2 dari NAD/NADP (akseptor pertama), yaitu asam piruvat atau asetaldehid. Senyawa ini adalah hasil penguraian karbohidrat (lihat glikolisis). Reaksi antara asam piruvat dengan hidrogen dengan hasil akhir asam laktat atau alkohol dan CO2 , sebagai berikut : a. Pada bakteri asam laktat : + H2 C3H6O3 C3H4O3 Asam piruvat laktat dehidrogenase Asam laktat b. Pada khamir + H2
C3H4O3 Asam piruvat alkohol dehidrogenase
C2H6O + CO2 Alkohol karbon dioksida
Respirasi anaerob pada jaringan-jaringan tumbuhan tinggi hanya terjadi jika persediaan oksigen bebas ada di bawah minimum. Respirasi anaerob berlangsung pada kecambah jagung di dalam suatu tempat tanpa oksigen, biji-bijian seperti jagung, kacang, padi, biji bunga matahari, dan lain-lain yang tampak kering, dan juga pada buah-buahan yang basah dan mendaging. Hasil respirasi anaerob di dalam jaringan tumbuhan tinggi tersebut berupa asam organik, seperti asam sitrat, asam malat, asam oksalat, asam tartarat, dan asam susu.Antara respirasi aerob dan anaerob terdapat sedikit persamaan, ialah pada tahap glikolisis. Persamaan tersebut ialah keduanya mengubah glukosa menjadi asam piruvat dan H2 yang dibebaskan diterima oleh NAD (akseptor pertama). Tahap-tahap lain pada respirasi aerob tidak terdapat pada respirasi anaerob. Pada respirasi anaerob, penguraian satu molekul glukosa hingga menjadi asam laktat hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP. Hal ini disebabkan karena pemindahan H2 ke oksigen tidak terjadi, sehingga pembentukan ATP yang biasa terjadi oleh pemindahan hidrogen ke oksigen tidak dapat dilaksanakan. Selain itu, pembakaran anaerob terhenti pada tingkat asam piruvat. Akibatnya energi yang masih terkandung dalam asam piruvat tidak digunakan dan tersimpan dalam asam laktat atau alkohol. Jadi dalam respirasi anaerob hanya menghasilkan ± 5 % dari energi yang diperoleh pada respirasi aerob. Fotosintesis
71 Suatu sifat fisiologi yang hanya dimiliki khusus oleh tumbuhan ialah kemampuannya untuk mengubah senyawa anorganik menjadi senyawa organik. Peristiwa ini melibatkan klorofil dan berlangsung jika ada cukup cahaya, oleh karena itu disebut juga fotosintesis. Proses fotosintesis dinyatakan dengan persaan reaksi : 6 CO2 + 6 H2O
C6H12O6 + 6 O2
Fotosintesis terjadi pada kloroplas dan berlangsung dalam dua tahap, yaitu : pada reaksi terang (ada cahaya) dan reaksi gelap (tanpa adanya cahaya). Reaksi Terang Energi matahari yang diserap oleh daun ditransfer pada suatu elektron yang berada dalam klorofil. Elektron dalam klorofil ini mampu menguraikan air menjadi ion hidrogen dan ion OH. Peristiwa penguraian air ini dinamakan fotolisis. Reaksinya adalah sebagai berikut : Sinar matahari e H2O H+ + OHReaksi terang ini berlangsung di dalam kloropsas pada suatu bagian yang dinamakan grana. Jadi grana adalah tempat berlangsungnya perubahan energi cahaya menjadi energi kimia. Reaksi Gelap Ion hidrogen (H+) yang dihasilkan dalam reaksi terang selanjutnya dipakai untuk memfiksasi CO2 bersama ribulosa difosfat (RDP). RDP ini berasal dari ribulosa fosfat yang mendapatkan satu gugus fosfat dari penguraian ATP. RDP atau gula enam karbon yang terbentuk ini selanjutnya pecah menjadi dua molekul asam3-fosfogliserat dan masing-masing menerima fosfat lagi dari pemecahan ATP sehingga terbentuk 2 molekul asam 1,3-difosfogliserat (DPGA) kemudian tereduksi oleh NADPH menjadi 3 fosfogliserat (PGAL) atau aldehid fosfogliserat (ALPG). Dimulai dari 6 molekul RDP dan terbentuk 12 molekul ALPG. 10 molekul dari ALPG digunakan lagi untuk membentuk kembali 6 molekul RDP yang mengawali proses ini, dan 2 molekul yang tersisa terus mengalami proses glikolisis sehingga terbentuklah 1 molekul glukosa. Fruktosa adalah suatu zat perantara dalam lintasan glikolisis, dan apabila terjadi penggabungan antara 1 molekul glukosa dengan 1 molekul fruktosa akan terbentuk disakarida dan selanjutnya terbentuk polisakarida, contohnya amilum. Glukosa hasil fotosintesis dapat dipakai untuk membentuk pati, selulosa, serta molekul-molekul lain seperti protein dan lemak. Reaksi gelap ini berlangsung pada bagian yang dinamakan ‘stroma’ yang terdapat di dalam kloroplas. Secara keseluruhan reaksi fotosintesis dapat digambarkan sebagai berikut : Sinar matahari Klorofil Terang
H2O
Klorofil eH+ + OH- (fotolisis)
72 -
OH berlebihan
Gelap
RDP CO2
H2O + O2
APG ALPG Glukosa Amilum
Berbagai macam percobaan untuk membuktikan kebenaran reaksi fotosintesis : a. Percobaan Engelmann Sarjana ini membuktikan, bahwa fotosintesis memerlukan cahaya danklorofil. Untuk ini ia memberikan seberkas sinar terhadap ganggang Spirogyra yang kloroplasnya berbentuk pita melingkar seperti spiral. Hanya kloroplas yang kena sinar melepaskan oksigen. Ini terbukti dari banyaknya bakteri-oksigen yang berkerumun di sekitar tempat kloroplas yang kena sinar. Sedangkan bagian yang tidak mengandung koroplas, walaupun dikenai sinar ternyata tidak ada bakteri berkumpul. b. Percobaan Ingenhousz Sarjana ni membuktikan, bahwa pada fotosintesis dilepaskan O2. Hal ini dibuktikan dengan percobaannya yang menggunakan tanaman-air Hydrilla verticillata di bawah corong terbalik. Jika tanaman tersebut kena sinar, maka timbullah gelembunggelembung gas yang akhirnya mengmpul di dasar tabung reaksi. Gas ini trnyata oksigen. c. Percobaan Sachs Sarjana ini membuktikan bahwa pada fotosintesis terbentuk karbohidrat amilum. Adanya amilum dapat dibuktikan dengan pengujian dengan yodium memberikan warna biru kehitaman. Amilum hanya terdapat pada bagian daun yang hijau dan kena sinar. Dari percobaan, dimana bagian daun yang tertutup sepanjang hari tidak mengandung amilum. Percobaan ini terkenal juga dengan nama ‘uji yodium’. Kemosintesis Beberapa macam bakteri yang tidak berklorofil mampu melakukan asimilasi C dengan menggunakan energi yang berasal bukan dari sinar matahari, tetapi dari hasil reaksi zat-zat kimia. Contohnya : bakteri belerang (Beggiatoa), bakteri nitrit (Nitrosomonas), bakteri nitrat (Nitrobacter), dan bakteri besi (Cladotrix). Bakteri-bakteri tersebut mengoksidasi senyawa tertentu dan energi yang timbul digunakan untuk asimilasi C. Asimilasi karbon yang demikian dinamakan kemosintesis dan bakteri yang mempunyai kemampuan demikian dikatakan bersifat kemoautotrof. Bakteri nitrit mengoksidasi senyawa amoniak menjadi nitrit, dan senyawa nitrit ini akan dioksidasi menjadi senyawa nitrat oleh bakteri nitrat. Persamaan reaksinya sebagai berikut:
73 Nitrosomonas 2 NH3 + 3 O2 (amoniak)
2 HNO2 + 2 H2O + 158 kkal Nitrobacter
2 HNO2 + O2
2 HNO3 + 36 kkal
Perubahan amoniak menjadi nitrit dinamakan nitritasi, sedangkan perubahan nitrit menjadi nitrat dinamakan nitratasi, Seluruh perubahan tadi disebut proses nitrifikasi. Energi yang dihasilkan dari peristiwa kemosintesis jumlahnya lebih sedikit bila dibandingkan dengan energi yang dihasilkan dari reaksi fotosintesis. Sintesis Lemak Lemak atau lipida merupakan zat organik yang sangat hidrofobik artinya sukar larut atau sama sekali tidak larut dalam air. Beberapa jenis lipida di dalam sel, yaitu ; lemak, fosfolipida, dan steroid. Lemak disintesis dari protein atau karbohidrat melalui asetil-KoA dan gliserol yang berasal dari aldehid fosfogliseraldehid (PGAL). Fungsi lemak sebagai bahan utama penghasil energi. Bagian gliserol dari molekul lemak diubah menjadi PGAL dan masuk pada jalur glikolisis. Asam lemaknya diubah menjadi molekul asetil koenzim-A dan masuk pada jalur respirasi. Lemak Molekul lemak terdiri atas 1 molekul gliserol dan 3 molekul asam lemak. Molekul gliserol mempunyai 3 gugus hidroksil (-OH) dan tiap gugus –OH berinteraksi dengan gugus karboksil (COO-) asam lemak. Asam lemak terdiri atas rantai hidrokarbon dengan gugus karboksil di ujungnya. Interaksi antara asam lemak dan gliserol dapat melepaskan molekul air.
Lemak dibedakan menjadi lemak tidak jenuh dan lemak jenuh. Lemak tidak jenuh yaitu lemak yang dalam keadaan suhu kamar berbentuk cair, atau dalam keadaan sehari-hari disebut minyak (minyak kelapa, minyak kacang, minyak kelapa sawit, dll.). Dengan demikian maka lemak yang berasal dari tumbuhan (nabati) merupakan lemak yang tidak jenuh, sedangkan lemak yang berasal dari hewani umumnya merupakan lemak yang jenuh. Perbedaan antara lemak tak jenuh dengan lemak yang jenuh terletak dalam kemampuan banyaknya mengikat atom hidrogen. Jika kita menambahkan basa kuat, misalnya NaOH, pada lemak, maka ikatan antara asam lemak dan gliserol akan terputus. Gugus hidroksil (-OH) dari NaOH memulihkan molekul gliserol lagi, sedangkan ion Na akan terikat pada gugus karboksil dari asam lemaknya. Fosfolipida Fosfolipida yang paling banyak terdapat di dalam kebanyakan sel yaitu fosfatidil ethanolamina atau setalin. Fosfolipida ini penting di dalam penyusunan membran sel, senyawa ini sebagian ujungnya bersifat amfifilik. Hati mammalia mensintesa dan mengeluarkan lipida amfifilik berupa garam-garam empedu. Sifat amfifilik dari garam empedu adalah hidrofilik artinya dapat larut dalam air pada salah satu ujungnya, sedangkan ujung yang lain bersifat hidrofobik. Garam-garam empedu ini mampu
74 mengemulsikan lemak yang kita makan sehingga penyerapan lemak di dalam usus lebih mudah masuk. Steroid Senyawa steroid yang paling banyak terdapat dalam tubuh manusia adalah kolesterol (kira-kira 0,25 kg tiap orang). Steroid ini merupakan bahan baku untuk pembuatan garam empedu dan beberapa hormon. Hormon seks, seperti estrogen, progesteron, dan testosteron adalah steroid. Sintesis Protein Protein merupakan senyawa majemuk yang terdiri atas unsur-unsur C, H, O, N, dan kadang-kadang S serta P. Protein disntesis di dalam sel, yaitu di bagian ribosom dan bahan penyusunnya adalah asam amino. Sebaliknya apabila protein dipecah, protein menjadi molekul yang paling sederhana, yaitu asam amino. Asam amino penyusun protein dibedakan menjadi dua, yaitu asam amino esensial dan asam amino nonesensial. Asam amino esensial yaitu asam amino yang diperlukan oleh tubuh tetapi harus didatangkan dari luar tubuh. Contohnya : tirosin, sistein, triptophan, dan fenil alanin. Sedangkan asam amino nonesensial adalah asam amino yang dapat disintesa oleh tubuh, merupakan zat antara dalam proses respirasi. Asam amino
yang dihasilkan dari hidrolisis protein dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Dalam proses deaminasi, nitrogennya dapat dipisahkan. Asam amino glisisn, serin, alanin, dan sistein diubah menjadiasam piruvat dan masuk ke mitokondria dimanfaatkan untuk respirasi sel. Asetil KoA merupakan pintu masuknya bagi reaksi fenil alanin, leosin, tirosin, lisin, dan triptofan. Asam aspartat dan asparagin dirombak menjadi asam oksaloasetat, sedangkan asam glutamat, glutamin, arginin, histidin, dan prolin masuk ke siklus Krebs. Dengan demikian apabila dalam tubuh terjadi kelebihan lemak dan protein maka senyawa itu dapat digunakan untuk pembakaran waktu respirasi. Selain sebagai sumber energi, protein dapat dimanfaatkan untuk membangun selsel baru dan menggantikan sel-sel yang rusak. Serta untuk menyusun enzim dan hormon. Protein jenis albumin dan globulin dapat dipakai untuk mengatur tekanan osmosa koloid di dalam darah. Pada tubuh manusia apabila kemasukan protein asing sebagai antigen akan memacu terbentuknya zat penolak (antibodi). Antibodi merupakan jenis protein dari senyawa gama-globulin. Untuk menghadapai antigen yang masuk ke dalam tubuh maka antibodi mampu menggumpalkan antigen yang disebut presipitin. Sedangkan yang dapat menguraikan antigen disebut lisin, dan yang menawarkan racun disebut antitoksin. Rangkuman Proses metabolisme di dalam sel melibatkan enzim dan berlangsung melalui katabolisme dan anabolisme. Katabolisme adalah proses pemecahan molekul-molekulzat yang kompleks menjadi molekul zat yang lebih sederhana. Anabolisme adalah proses sintesis berbagai senyawa organik dari senyawa anorganik. Enzim adalah biokatalisator yaitu zat yang mempercepat atau memperlambat suatu reaksi kimia dalam sel dan dia sendiri tidak ikut bereaksi sehingga sebelum dan sesudah reaksi zat tadi keadaannya tidak berubah. Enzim dibentuk di dalam protoplasma sel dan dibedakan menjadi dua, yaitu : 1) Endoenzim, bekerja di dalam sel dan fungsi utamanya mengatur reaksi katabolisme, dan 2) Eksoenzim, bekerja di luar sel yang
75 membentuknya dan fungsi utamanya mengatur agar zat makanan dapat masuk ke dalam sel. Respirasi sel adalah proses kimia untuk pembebasan energi yang terdapat dalam zat makanan dan berlangsung di dalam sel. Proses respirasi berlangsung secara bertahap,yaitu 1) tahap glikolisis; 2) dekarboksilasi oksidatif; dan 3) Daur Krebs.
Respirasi aerob melibatkan oksigen sebagai akseptor terakhir H2 untuk membentuk H2O. Respirasi anaerob tanpa melibatkan oksigen dan disebut juga fermentasi. Sebagai akseptor H2 adalah asam piruvat atau asetaldehid membentuk asam laktat atau alkohol. Pada respirasi aerob, penguraian 1 molekul glukosa sehingga menjadi CO2 dan H2O dapat membentuk 38 molekul ATP, sedangkan pada respirasi anaerob penguraian 1 molekul glukosa hingga menjadi asam laktat hanya dapat menghasilkan 2 molekul ATP. Fotosintesis merupakan krgiatan anabolisme yang berlangsundengan dua tahap, yaitu tahap terang berlangsung di grana, dan tahap gelap berlangsung di stroma.Pada reaksi cahaya terjadi peristiwa fotolisis, yaitu penguraian air menjadi H+ dan OH- oleh elektron yang berada di klorofil setelah dipengaruhi oleh cahaya. Ion hidrogen yang dihasilkan digunakan untuk memfiksasi CO2 bersama RDP untyk membentu APG. Penggunaan H+ ini berlangsung di stroma, selanjutnya APG tereduksi menjadi ALPG. ALPG kemudian digunakan untuk menyusun molekul klukosa, Glukosa dari hasil fotosintesis dapat dipakai untuk menyusnamilum, selulosa, dan lemak.
76 GANGGANG, LUMUT DAN PAKU-PAKUAN
Tumbuhan ganggang (Algae), lumut (Bryophyta), belum memiliki akar, batang dan daun sejati, tetapi bagian-bagian tubuhnya berfungsi seperti akar, batang, dan daun, oleh karena itu kedua golongan tersebut dinamakan tumbuhan talus (Thallophyta). Tumbuhan paku telah memiliki akar, batang dan daun, oleh karena itu disebut tumbuhan “kormus”. Setelah mengikuti perkuliahan materi ini diharapkan mahasiswa dapat : 1. Menyebutkan ciri-ciri algae. 2. Menjelaskan dasar klasifikasi algae. 3. Menyebitkan 4 kelas yang termasuk tumbuhan ganggang. 4. Menyebutkan minimal 2 contoh jenis masing-masing kelas yang tergolong Algae. 5. Menjelaskan 3 cara reproduksi pada Algae. 6. Menjelaskan bentuk-bentuk tubuh Algae. 7. Menjelaskan peranan Algae dalam kehidupan manusia. 8. Menjelaskan ciri-ciri tumbuhan lumut. 9. Menjelaskan 2 macam bentuk generasi dalam daur hidup tumbuhan lumut. 10. Menjelaskan pergiliran generasi pada tumbuhan lumut. 11. Menjelaskan 2 cara reproduksi pada tumbuhan lumut. 12. Menyebutkan 3 kelas tumbuhan lumut 13. Menyebutkan contoh jenis dari masing-masing kelas tumbuhan lumut. 14. Menjelaskan peranan tumbuhan lumut dalam kehidupan sehari-hari. 1. Ganggang (Algae) Materi Ganggang / alga (Algae) memiliki ciri-ciri yaitu : Tubuh berupa talus, talus ada yang uniseluler dan ada talus yang multiseluler. Talus multiseluler dapat dapat berbentuk benang, lembaran pipih, dan ada pula yang membentuk koloni.Ganggang dapat ditemukan di air tawar, di laut, tempat lembab. Ganggang memiliki klorofil dan pigmen lain yang berwarna biru, merah dan coklat. Dengan adanya klorofil dan pigmen tersebut, menyebabkan ganggang bersifat Autotrof. Berdasarkan macam klorofil dan pigmen lain, maka algae digolongkan dalam 4 kelas yaitu : 1) alga hijau (Chlorophyceae), 2) alga coklat (Phaeophyceae), 3) alga merah (Rhodophyceae), 4) alga keemasan (Chrisophyceae). Alga hijau (Chlorophyceae) Ciri-ciri : Talus ada yang unisel, dan ada yang multisel; hidup diair tawar, laut dan tempat lembab; memiliki klorofil a dan b, α, β, dan γ - carotin; hidup bebas sebagai plankton, berkoloni, dan menempel; reproduksi secara vegetatatif (membelah diri dan fragmentasi), aseksual (spora), dan seksual (peleburan 2 sel gamet yaitu isogami, anisogami, dan oogami.) Contoh alga hijau : unisel dan tidak bergerak aktif adalah Chlorococcum, Chlorella; unisel dan bergerak aktif adalah Chlamidomonas, Euglena; berbentuk koloni adalah
77 Hidrodictyon, Volvox; berbentuk benang adalah Spirogyra; berbentuk lembaran adalah Ulva /selada laut, Chara. Chlorella dan Ulva sebagai sumber bahan makanan baru (di Jepang). Alga coklat (Phaeophyceae) Ciri-ciri : Alga ini umumnya hidup di laut, melekat pada bebatuan dengan rizoid; pigmen yang dominan adalah pigmen yang berwarna coklat yang disebut fukoxantin, disamping klorofil a, klorofil c, karoten dan xantofil; ukuran bervariasi, mulai dari bentuk seperti benang (filamen) sampai ukuran besar; reproduksi secara vegetatif (fragmentasi), aseksual (zoospora), seksual (isogami, anisogami, oogami). Contoh alga coklat adalah : Laminaria, Fucus, Sargassum. Ganggang coklat umumnya menghasilkan asam alginat, sumber yodium dan kalium. Algin atau asam algin dipakai sebagai bahan campuran es krim, cat dan obat-obatan. Alga merah (Rhodophyceae) Ciri-ciri : Alga ini sebagian besar hidup di laut; mengandung klorofil a dan d, karoten, fikosianin, dan fikoeritrin. Fikoeritrin adalah pigmen yang berwarna merah dan merupakan pigmen yang dominan pada alga merah. Bentuk talus bervariasi yaitu bentuk benang, filamen dengan sel-sel parenkim. Reproduksi secara vegetatif, aseksual (spora), seksual (oogami). Contoh alga merah adalah : Eucheuma, gelidium, Gracilalaria, Porphyra, dan jenis-jenis tersebut menghasilkan agar-agar; Chondrus crispus menghasilkan karaginin. Alga keemasan (Chrysophyceae) Ciri-ciri : Umumnya bersel satu atau berkoloni; pigmen yang dikandungnya adalah klorofil a, klorofil c, β - karotin, fukoxanthin, diatoxanthin; hidup diperairan (kolan, danau, sungai, akuarium, sawah, tambak, laut); dinding tubuh mengandung zat silika; reproduksi dengan membelah diri dan secara seksual (isogami). Contoh alga ini adalah Diatomea (90 % fitoplankton di laut), Pinnularia. Sisa diatomae membentuk deposit yang disebut tanah diatomea, dan tanah tersebut dapat digunakan sebagai campuran semen, alat penggosok, bahan kaca , porselin, isolator, dinamit. 2. Tumbuhan lumut (Bryophyta) Materi Ciri-ciri : Tumbuhan lumut hidup ditempat-tempat lembab di tanah, batu dan pohon, tembok, dll; sudah membentuk embrio, berspora, tetapi belum mempunyai akar, batang, daun sejati., dan hanya disusun oleh sel-sel parenkim saja, oleh karena itu masih digolongkan tumbuhan talus. Tumbuhan lumut menunjukan 2 macam bentuk generasi yaitu generasi gametofit dan generasi sporofit. Generasi gametofit adalah generasi haploid (n), generasi paling dominan dan hidupnya lama, berwarna hijau karena mengandung klorofil dan bersifat aototrof. Generasi gametofit ini adalah generasi yang menghasilkan gamet-gamet (sel kelamin) yaitu spermatozoid sebagai sel kelamin jantan / anterozoid yang dibentuk dalam anteridium dan ovum sebagai sel kelamin betina yang dibentuk dalam arkegonium.
78 Generasi sporofit adalah generasi diploid (2n). generasi ini melekat dan mendapatkan makanan dari generasi gametofit, masa hidupnya pendek, dan tidak berklorofil. Generasi ini terdiri atas kaki, tangkai (setae) dan sporangium. Sporangium inilah yang menghasilkan spora. Generasi sporofit adalah generasi penghasil spora. Tumbuhan lumut belum memiliki jaringan pengangkut. Reproduksi : Reproduksi dapat terjadi dengan 2 cara yaitu : 1) secara vegetatif (fragmentasi, dan pembentukan “gemmae”) yaitu pada lumut hati, dan 2) secara seksual (oogami), yaitu persatuan spermatozoid (n)dan ovum (n) dan menghasilkan zigot (2n). Zigot terus membelah tumbuh menjadi sporogonium yang tetap melekat pada generasi gametofit , sporogonium mengalami meiosis dan menghasilkan spora haploid (n), dan selanjutnya spora berkecambah dan tumbuh menjadi tumbuhan lumut (fase gametofit). Klasifikasi : Tumbuhan lumut (Bryiophyta) terbagi dalam 3 kelas yaitu : 1. Kelas Hepaticae (Hepaticopsida), kelas ini biasa disebut lumut hati. Contohnya adalah Marchantia polimorpha . 2. Kelas Anthocerotae (Anthocerotopsida), kelas ini biasa disebut lumut tanduk, karena kapsulnya seperti tanduk. Contoh : Anthoceros laevis. 3. Kelas Musci (Bryopsida), kelas ini biasa disebut lumut sejati karena telah memperlihatkan bagian seperti akarn batang dan daun. Contoh : Politrichum sp., Pogonatum sp. Tumbuhan lumut umumnya merupakan tumbuhan perintis, pada daerah-daerah terbuka, karena kemampuannya untuk bersimbiosis dengan jamur. Pergiliran generasi : Pada tumbuhan lumut terjadi pergiliran generasi antara generasi sporofit (2n) dengan generasi Gametofit (n), seperti tampak pada skema berikut. Spora (n) Protonema (n) Generasi gametofit (n) tumbuhan lumut (n) anteridium
arkegonium
spermatozoid (n)
ovum/sel telur (n) zigot (2n)
79 sporogonium (2n) Generasi sporofit (2n) sel induk spora (2n) spora (n)
3. Tumbuhan paku (Pteridophyta) Tujuan Pembejaran Khusus (TPK) Setelah mengikuti tutorial ini mahasiswa diharapkan dapat : 1. Menjelaskan ciri-ciri tumbuhan paku. 2. Menjelaskan 2 macam bentuk generasi dalam daur hidup tumbuhan paku. 3. Menjelaskan pergiliran generasi pada tumbuhan paku. 4. Menjelaskan 3 tumbuhan paku berdasarkan spora yang dihasilkan. 5. Menjelaskan daur hidup tumbuhan paku. 6. Menyebutkan 4 kelas tumbuhan paku beserta contohnya masing-masing. 7. Menjelaskan peranan tumbuhan lumut dalam kehidupan sehari-hari. Materi Tumbuhan paku digolongkan tumbuhan kormus berspora, yaitu tumbuhan yang mempunyai akar, batang, dan daun sejati, tetapi menghasilkan spora untuk reproduksinya. Tumbuhan ini juga telah mempunyai pembuluh vaskuler yaitu xilem dan floem, tetapi belum mempunyai kambium. Karena memiliki pembuluh maka sering disebut Tracheophyta (tumbuhan berpembuluh). Akarnya adalah akar serabut yang keluar dari buku-buku batang. Batang berupa rizoma, kecuali paku tiang (Alsophila glauca ). Memiliki ikatan pembuluh kosentris, tetapi tidak memiliki kambium, oleh karena itu jaringannya merupakan jaringan primer. Daun pada tumbuhan paku dapat berupa daun yang tidak membawa spora (daun steril) yang disebut tropofil, dan daun dapat berupa daun yang membawa spora (daun fertil) yang disebut sporofil. Spora umumnya terletak di permukaan bawah helaian daun. Sporangiumsporangium terkumpul dalam suatu badan yang disebut sorus. Sorus yang masih muda dilindungi oleh suatu selaput (indusium). Spora dilindungi oleh suatu bagian yang disebut anulus. Pada tumbuhan paku tertentu, misalnya Selaginella, Lycopidium, Equisetum spora dihasilkan oleh sporangia yang terdapat pada daundaun kecil (sporofil) yang tersusun dipuncak batang yang membentuk sebuah kerucut yang disebut strobilus. Berdasarkan spora yang dihasilkan ada 3 golongan yaitu : 1. Tumbuhan paku isospora/homospora, adalah tumbuhan paku yang menghasilkan 1 macam spora, misalnya Lycopodium. 2. Tumbuhan paku heterospora, adalah tumbuhan paku yang menghasilkan 2 macam spora, yaitu mikrospora (spora jantan) dan makrospora (spora betina). Contoh Selaginella dan Marsilea crenata.
80 3. Tumbuhan paku peralihan, adalah tumbuham paku yang menghasilkan spora yang bentuk dan ukurannya sama tetapi ada sebagian berkelamin jantan dan sebagian berkelamin betina. Contoh : Equisetum debile . Daur hidup paku homospora Spora (n) Protalium (n) Arkegonium (betina)
Anteridiun (jantan) Generasi gametofit (n) Spermatozoid (n)
Ovun (n)
Zigot (2n) Generasi sporofit (2n) Tumbuhan paku (2n) Sporofil (2n) Sporangium
81 Daur hidup paku heterospora Mikrospora (n)
Makrospora (n )
Mikroprotalium
Makroprotalium
Anteridium
Arkegonium Generasi gametofit (n)
Spermatozoid
Ovum Zigot (2n ) Generasi sporofit (2n)
Tumbuhan paku (2n) Mikrosporofil Mikrosporangium
Makrosporofil Makrosporangium
Tumbuhan paku (Pteridophyta) terdiri dari 4 kelas yaitu : 1. Kelas Psilophytinae atau Phylotopsida (paku purba). Kelas ini daun belum ada, kalaupun ada hanya berupa sisik. Contohnya : Psilotum . 2. Kelas Equisetinae atau Calamopsida (paku ekor kuda). Kelas ini Daunnya tidak berklorofil, ukurannya kecil-kecil dan runcing terdapat pada tiap-tiap ruas batang membentuk karangan. Batang berwarna hijau. Contoh : Equisetum arvense. 3. Kelas Lycopodinae atau Lycopsida (paku kawat). Kelas ini dengan batang bercabangcabang dengan cabang menggarpu, dengan daun-daun berukuran kecil. Contoh : Lycopdium, Selaginella . 4. Kelas Filicinae atau Filicopsida (paku benar). Kelas ini memiliki daun besar (makrofil), bertangkai, bertulang daun, daun muda ujungnya menggulung. Contoh : Paku sarang burung (Asplenium nidus), Suplir (Adiantum sp.) Semanggi (Marsilea crenata), Salvinia, Azolla Tumbuhan paku bernilai ekonomi bagi manusia, yaitu dapat digunakan untuk: tanaman hias, sayuran, pupuk hijau, bingkai karangan bunga. Bahan dasar pembentuk batu bara.
82
INVERTEBRATA Setelah mengikuti perkuliahan ini mahasiswa diharapkan dapat : 1. Menyebutkan ciri-ciri hewan invertebrata. 2. Menyebutkan filum-filum yang termasuk dalam kelompok hewan invertebrata. 3. Menjelaskan ciri-ciri setiap filum yang termasuk dalam kelompok hewan invertebarata. 4. Menyebutkan contoh-contoh jenis yang termasuk dalam setiap kelas dalam invertebarata. Materi Hewan golongan invertebrata mempunyai persamaan ciri yaitu tidak bertulang belakang. Hewan yang termasuk golongan ini banyak perbedaan ciri antara satu dengan lainnya dalam hal : bentuk tubuh, sel-sel penyusun tubuh, lapisan embrional, rongga tubuh (coelom), dan simetri tubuh. Tubuh invertebrata ada yang terdiri atas satu sel (uniseluler) misalnya Protozoa, dan ada yang tersusun oleh banyak sel disebut multiseluler. Invertebrata yang multiseluler ada 2 macam yaitu metazoa dan parazoa. Pada metazoa, sel-sel penyusun tubuh telah membentuk jaringan tubuh, misalnya Coelenterata sampai Echinodermata. Pada parazoa, sel-sel penyusun tubuh belum membentuk jaringan tubuh, misalnya Porifera. Lapisan embrional terdiri dari lapisan ektoderm, lapisan mesoderm, dan lapisan endoderm. Hewan yang pada akhir perkembangan embrio hanya mempunyai 2 lapisan embrional, yaitu endoderm dan ektoderm dinamakan hewan diploblastik yang meliputi Porifera dan Coelenterata. Hewan yang pada akhir perkembangan embrio mempunyai 3 lapisan dinamakan hewan triploblastik yang meliputi vermes sampai Echinodermata. Coelom (selom) adalah rongga tubuh yang berisi cairan tubuh dan rongga ini diapit oleh lapisan mesoderm dan endoderm. Selom terdapat pada hewan yang telah maju
susunan tubuhnya mulai dari Annelida hingga Echinidermata. Pseudoselom pada Nemathelminthes (cacing gilig). Aselom pada Platyhelminthes (cacing pipih). Simetri tubuh meliputi : simetri bilateral, simetri radial, simetri universal, dan asimetri. Protozoa Protozoa adalah filum pertama dari invertebrata. Semua anggata filum ini tubuhnya terdiri dari satu sel. Protozoa hidupnya akuatik dan ada yang parasit pada tumbuhan dan hewan, hidunya soliter dan ada yang berkoloni (Volvox), ada yang bergerak bebas hidup menempel. Protozoa merupakan bagian dari plankton di air tawar dan air laut. Protozoa terdiri atas 4 kelas yaitu : Rhizopoda, Flagellata, Ciliata dan Sporozoa. 1. Rhizopoda (Sarcodina); anggota kelas ini bergerak dengan menggunakan kaki-kaki palsu (pseudopodia). Contoh : Amoeba, Entamoeba histolytica, Foraminifera. 2. Flagellata (Mastigophora); anggota kelas ini mempunyai satu atau lebih bulu cambuk (flagel) dan f;agel berfungsi untuk alat gerak. Contoh : Euglena, Volvox, Noctiluca miliaris, Trypanosoma.
3.
83 Ciliata (Ciliophora); anggota kelas ini bergerak dengan rambut-rambut halus yang disebut silia. Contoh : Paramaecium, Stentor, Vorticella, Coleps. 4. Sporozoa; anggota kelas ini tidak mempunyai organel untuk bergerak, dan semuanya hidup sebagai parasit. Contoh : Plasmodium. Beberapa plasmodium menyebabkan penyakit malaria.
Porifera Porifera adalah hewan-hewan yang tubuhnya berlubang-lubang atau berpori dan biasa disebut hewan spons. Merupakan hewan parazoa, diploblastik, aselom, simetri radial. Berdasarkan susunan rangkanya (spikula) Porifera dibagi atas 3 kelas yaitu : 1. Calcarea, mempnyai spikula dari kapur. Contoh : Grantia, Scipha. 2. Hexactinellida, mempunyai spikula dari silikat. Contoh : Euplectella. 3. Demospongia, mempunyai spikula silikat bersama spongin atau spongin saja. Contoh : Euspongia dan Spongilla.. Coelenterata Koilos berarti rongga dan enteron berarti usus, jadi Colenterata adalah hewan yang mempunyai usus berupa rongga atau rongga pencernaan. Merupakan golongan hewan diploblastik, simetri radial, bentuk seperti kantung dengan tentakel di sekitar mulut, hidupnya akuatik di laut dan ada jenis yang hidup di air tawar (Hidra). Colenterata mempunyai 2 tipe bentuk tubuh yaitu: 1. Polip; berbentuk silindris pada ujung yang satu terdapat mulut dengan tentakel dan ujung lain buntu, hidup siliter atau koloni, tidak bergerak bebas (menempel). 2. Medusa; bentuk seperti payung terbuka dengan tentakel-tentakel pada bagian tepi yang melingkar, berenang bebas. Medusa biasa disebut ubur-ubur. Medusa berfungsi untuk berkembang biak secara seksual, jadi mempunyai testes dan ovarium. Coelenterata dibagi atas 3 kelas yaitu : 1. Hydrozoa; ciri rongga tidak bersekat, bentuknya seperti kantung, dapat berupa polip atau medusa. Contoh : Hydra, Obelia, Physalia. 2. Scyphozoa; bentuk yang dominan adalah bentuk medusa, bentuk polip hanya pada stadium larva. Contoh : Aurelia. 3. Anthozoa; dalam daur hidupnya hanya dalam bentuk polip. Hewan ini penampakannya seperti rumpum bunga. Umumnya hidup berkoloni dan membentuk rumah dari kapur yang disebut karang. Di Jepang ubur-ubur dimanfaatkan untuk bahan makanan dan bahan kosmetik. Platyhelminthes Platy = pipih, helminthes = cacing. Cacing pipih adalah hewan triploblastik (sudah mempunyai ektoderm, mesoderm, endoderm) dan belum mempunyai rongga tubuh (selom). Bentuknya pipih seperti daun atau seperti pita, tubuhnya lunak dan epidermisnya mempunyai cilia. Contoh : Planaria (Turbellaria), Fasciola hepatica (Trematoda) pada hati ternak, Chlonorchis sinensis pada hati manusia, Taenia solium (Cestoda) pada usus manusia. Nemathelminthes
84 Nematos = benang, helminthes = cacing. Cacing ini biasa disebut cacing benang atau cacing gilik. Tubuh dilapisi lapisan kuytikula halus dan mengkilat, tidak bersegmen, merupakan hewan triploblastik, tubuh tidak beruas-ruas, saluran pencernaannya sempurna. Kebanyakan hidup bebas diair, tanah basah, tetapi banyak yang parasit pada manusia, hewan dan tumbuhan. Contoh : Ascaris lumbricoides (cacing perut), Ancilostoma duodenale (cacing tambang), Wuchereria bancrofti (penyebab penyakit kaki gajah). Annelida Annelus (cincin kecil). Tubuh berbentuk silindris panjang, terdiri atas ruas-ruas seperti gelang berulang-ulang sama, yang disebut ruas metameri. Annelida teridi atas 3 kelas : 1. Polychaeta ; poly = banyak, chaeta = rambut-rambut kaku seperti sikat. Contoh : Lysicide oele (cacing palolo), Eunice viridis (cacing wawo). 2. Olygochaeta ; olygo = sedikit, chaeta = rambut kaku seperti sikat. Contoh : Pheretina sp.(cacing tanah). Makanannya adalah sampah organik ditanah lembab/basah. 3. Herudinae; tubuh cacing pipih, beruas-ruas, tidak punya rambut-rambut (setae), Contoh pacet (hidup ditanah, daun-daun) dan lintah (hidup diar tawar). Nutrisi adalah darah manusia dan hewan. Mollusca Mollis = lunak. Mollusca artinya hewan lunak. Tubuhnya terdiri atas otot (daging) sehingga lunak dan berlendir, umumnya tubuh dengan mantel untuk membuat cangkang, ada yang tidak memiliki cangkang tetapi dengan endoskeleton berupa lembaran.
Mollusca dikelompokan atas 3 kelas yaitu: 1. Kelas Gastropoda; gaster = perut, podos =kaki, jadi gastropoda artinya hewan berkaki perut. Memiliki otot yang dilindungi cangkang dari kapur, bergerak dengan kontraksi otot bagian perut. Contoh : Bekicot (Achatina fulica )hidup di darat, macam-macam siput yang hidup di air. 2. Kelas Cephalopoda; cephalus = kepala, podos = kaki, artinya hewan yang menggunakan kepala sebagai kakinya. Memiliki endoskeleton seperti lembaran plastik, habitat di laut. Contoh : cumi-cumi (Loligo), gurita (Octopus ). 3. Kelas Bivalvia; bi = dua, volvo = klep, jadi Bivalvia adalah hewan yang tubuhnya terdiri dari 2 klep. Habitatnya di air laut dan air tawar. Contoh :pokea (Anadonta ), kerang, tiram mutiara. Arthropoda Arthros = sendi/ruas-ruas, poda = kaki, jadi Arthropoda adalah hewan dengan kaki yang beruas-ruas. Tubuh besegmen-segmen dengan kaki yang bersendi-sendi,
85 memiliki rangka luar (eksoskeleton)dari zat kitin, habita di air tawar, laut, tanah. Terdiri atas 5 kelas yaitu : 1. Kelas Crustacea ; tubuh terdiri dari cephalothorax dan abdomen, habitat air laut dan air tawar. Contoh : udang-udangan, kepiting, copepoda. 2. Kelas Arachnida; Contoh : laba-laba, kalajengking. 3. Kelas Diplopoda ; tubuh : bentuk silindris memanjangterdiri dari 25 – 100 segmen (tergantung species), tubuh terdiri atas kepala, dada, dan abdomen, setiap semen dada mempunyai sepasang kaki dan setiap segmen abdomen mempunyai 2 pasang kaki. Contoh keluwing (Julus terestris ). 4. Kelas Chilopoda; tubuh pih, terdiri atas kepala dan abdomen, setiap segmen abdomen terdapat 1 pasang kaki. Contoh : lipan ( Sedopendra subspinipes ). 5. Kelas Insecta; jumlanya banyak kira-kira 76 % dari seluruh hewan di bumi., bersifat kosmopolit. Tubuh terdiri dari kepala (cephalus), dada (thorax), dan perut (abdomen). Contoh : kutu buku (Lepisma saccharina ), rayap, capung, kecoak, belalang, jangkrik, kutuk busuk, kutu kepala, kumbang, nyamuk, kupu-kupu, lalat, dll.. Echinodermata Echinos = duri, derma = kulit, jadi Echinodermata adalah hewan yang kulit tubuhnya berduri. Merupakan hewan triploblastik, tubuh simetri radial, rangka berupa keping-keping kapur yang terdapat di dalam kulit, mempunyai duri-duri, hidup di laut., gerakannya lambat dengan kaki pembuluh (kaki ambulakral). Echinodermata di bagi atas 5 kelas yaitu : 1. Kelas Asteroidea; tubuh berbentuk segilima dan lengan berjumlah 5 . Contoh ; bintang laut (Asteria forbesi ). 2. Kelas Ophiuroidea; bentuk tubuh seperti bintang dengan lengan yang panjang dan bergerak seperti ular, sehingga disebut bintang ular. Contoh : Ophiothrix (bintang ular). 3. Kelas Echinoidea; hewan ini dikenal sebagai landak laut, dengan bentuk tubuh oval, atau setengah bola, tubuh ditutupi dengan cangkok tipis dengan duri-duri yang panjang. Contoh : Arbacia punctulata (landak laut), bulu babi (Diadema saratile ). 4. Kelas Holothuroidea; bentuk tubuh memanjang, tubuh lunak dengan kulit yang berisi lempeng-lempeng kecil dari zat kapur, mulut dikelelingi tentakel pendek. Hewan ini dikenal dengan teripang laut. Contoh : Thyone (teripang). 5. Kelas Crinoidea; bentuk tubuh menyerupai tumbuhan atau bunga. Contoh : lilia laut (metacrinus ).
86
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu: 1. Menyebut komposisi kimiawi DNA 2. Membuat gambar model DNA Watson & Crick 3. Menjelaskan fungsi DNA. 4. Membedakan DNA dengan RNA 5. Menjelaskan mekanisme replikasi. 6. Menjelaskan mekanisme sintesa protein. III. URAIAN MATERI A. Struktur DNA Sebagai Materi Genetik Banyak petunjuk yang membuktikan bahwa DNA merupakan pembawa sifat yang khas dalam kromosom, jadi DNA adalah gen itu sendiri. Secara kimiawi DNA disusun oleh 3 komponen dasar, yaitu gula deoksiribosa, gugus fosfat dan basa nitrogen. Basa nitrogen terdiri dari dua macam , yaitu pirimididn yang terdiri dari guanin (G) dan adenin (A). Satu satuan monomer yang terdiri dari deoksiribosa, gugus fosfat dan basa nitrogen, disebut nukleotida. DNA merupakan untaian polinukleotida. Model struktur DNA pertamakali diciptakan oleh J. Watson dan F. Crick pada tahun 1953 berdasarkan fotodifraksi sinar X. Menurut beliau, DNA merupakan dua tangga tali yang terpilin (‘double helix’, dengan ibu tangga yang terdiri dari gula dan gugus fosfat dan anak tangga yang terdiri dari basa N yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen yang lemah. Pasangan basa selalu pirin dan pirimidin (tidak sejenis), jadi kalau purinnya berupa adenin (A), maka pirimdinnya selalu timin (T) dan sebaliknya. 3. Replikasi DNA Sebagai materi genetik, DNSA mampu mengadakan replikasi, yaitu memperbanyak atau menggandakan diri. Peristiwa ini terjadi melalui penggandaan kromososm yang terjadi pada interfase siklus hidup sel. Replikasi membutuhkan antara lain enzim polimerase DNA. Prosesnya dimulai dengan membuka pilinan dari salah satu ujung. Setiap nukleotida yang terlepasa dari nukleotida komplemnternya akan berfungsi sebagai cetakan dan membuat komplementer baru dengan base N yang sesuai. B. Fungsi DNA DNA berfungsi mengendalikan aktivitas sel dengan memerintahkan sintesa semua macam protein.Urutan asam amino suatu protein ditentukan oleh urutan nukleotida pada mRNA yang dibentuk DNA. RNA dibentuk dalam inti melalui transkripsi. Berdasarkan struktur dan fungsinya, dikenal 3 macam RNA; mRNA (‘messeger’ = duta RNA) membawa informasi dalam bentuk kodon triplet yang merupakan kode bagi asam amino tertentu. mRNA akan melaksanakan fungsinya disitoplasma jika terjadi sintesa protein. tRNA (transpor RNA), berfungsi mengikat asam amino tertentu. Pada tRNA terdapat nukleotidan khas yaitu antikododn yang berpasangan dengan kodon dari mRNA, serta nukleotida tempat perngikatan asam amino. Setiap
87 asam amino empunyai tRNA sendiri-sendiri. rRNA (ribososmal RNA), merypakan bagian struktural ribososm. DNA dan RNA secara struktural merupakan asam nukleat, tetapi berbeda dalam beberapa hal, yaitu: Tabel 1. Perbedaan DNA dengan RNA DNA Hanya ditemukan dalam inti atau daerah inti Berbentuk rantai panjang dan ganda Fungsinya berhubungan erat dengan pewarisan sifat dan sintesa protein
RNA Selain di inti juga terdapat pada sitoplasma Berbentuk rantai tunggal, pendek Berfungsi dalam sintesa protein, kecuali bagi organisme yang tidak memiliki DNA, maka RNA sebagai materi genetik Kadarnya tidak dipengaruhi oleg aktiviras Kadarnya bergantung pada sintesa sintesa protein protein Basa nitrogennya terdiri dari purin berupa Terdapat urasil (U) sebagai pengganti Adenin (A) dan guanin(G), sedangkan Timin (T) pirimidin berupa Sitosisn (S) dan timin (T) Komponen gula adalah deoksiriboda, Komponen gulanya adalah ribosa. yaitu ribosa yang kehilangan satu atom O
C. Sintesis Protein Untuk sintesa protein, dibutuhkan bahan, pelaksana, energi dan enzim sebagai berikut: 1. Bahan , 20 macam asam amino. 2. Pelaksanan mRNA, tRNA, rRNA dan ribososm. 3. Enzim RNA polimerase dan preotein lain. . 4. Sumber tenaga; ATP Langkah-langkah sintesis protein. Secara sederhana sintesis protein dilakukan dalam dua tahap, yaitu pembentukan RNA atau transkripsi dan translasi atau penerjemahan kode genetik pada mRNA menjadi urutan asam amino protein. GGGGGGGGGGGGG Transkripsi: salah satu pita DNA berfungsi sebagi cetakan dan mensintesa mRNA. Setelah sempurna mRNA meninggalkan inti ke sitoplasma bergabung dengan ribosom untuk memulai sintesa protein. Translasi; gabungan mRNA-ribosom akan berikatan dengan tRNA yang memnbawa sama amino yang sesuai dengan kodon pada mRNA melalui perpasangan dengan antikodon tRNA. Diikuti dengan tRNA asam amino berikutnya, menempati ribosom, dan terjadi ikatan peptida. Ribososm akan bergerak, seakan-akan membaca kodon mRNA satu persatu dan berpasangan dengan tRNA berikutnya, sampai suatu ketika pada kodon stop, dimana tidak ada tRNA untuk itu. Hal ini mengakhiri sintesa protein dengan terlepasnya peptida yang dibentuk demikian juga antara mRNA dengan ribosom.
88 D. Kode Genetik Kode genetika adalah tripel basa N yang menyandi asam amino tertentu, karena basa N adal 4 macam, dan asam amino ada 20 macam, maka kode gentika atau disingkat kodon saja berjumlah 64 buah. Dengan demikian terdapat asam amino dengan lebih dari satu kodon.
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu: 1. Membuat diagram perkawinan dengan sifat yang terpaut pada aotososm. 2. Menjelaskan mekanisme pindah silang. 3. Menjelaskan peranan pindah silang dalam rekombinasi gen. 4. Menjelaskan tipe-tipe penentuan jenis kelamin. 5. Membuat diagram perkawinan dengan sifat terpaut seks. 6. Membuat diagram gagal berpisah pada autosom. 7. Membuat diagram gagal berpisah pada gonosom 8. Menjelaskan pengaruh gen letal 9. Menyebut contoh-contoh gen letal. III. URAIAN MATERI Pada setiap organisme, sel gamet merupakan mata rantai penghubung antara tetua dengan keturunannya. Sel gamet mewariskan sifat kepada generasi selanjutnya. W.S. Sutton (1902) merumuskan bahwa: 1. Jumlah kromososm sel sperma maupun sel telur adalah sama, yaitu separoh dari jumlah kromososm sel tubuh. 2. Setiap organisme baru mengandung dua perangkat kromososm (diploid) seperti induknya. 3. Kedua perangkat kromososm memisah secara bebas pada meiosis. 4. Setelah mitosis dan meiosis, bentuk dan indentitas kromososm adalah tetap, masing-masing gen sebagai kesatuan faktor pewarisan yang mantap. A. Pautan Pautan (‘linkage’) peristiwa dimana dua pasang gen atau lebih tidak dapat memisah secara bebas pada saat meiosis. Pautan yang diamati oleh T.H. Morgan tahun 1910 pada lalat buah (Drososphila melanogaster) adalah warnamata, bentuk sayap maupun warna tubuh, contoh persilangan yang dilakukan adalah:
89 P:
♀ BBVV Betina normal
X
♂ bbvv jantan tubuh hitam, sayap
pendek F1: ♀♂ BbVv Tubuh kelabu, sayap panjang Test cross: F1 BbVv F2:
X
induk resesif bbvv
BbVv dan bbvv.
Dalam persilangan Mendel, test cross dihibrid menghasilkan perbandingan 1 : 1 : 1 : 1. Ini berarti tidak terbentuk gamet rekombinan, sehingga disimpulkan bahwa B-b dab V-v terletak dalam satu kromosom dan terpaut. B. Pindah silang (crossing over) Pindah silang adalah pertukaran segmen kromosom homolog.. Adanya pindah silang menyebabkan timbulnya rekombinasi gen. Pindah silang dipengaruhi oleh jarak gen,makin dekat jarak makin kecil kemungkinan pindah silang, umur dan zat kimia tertentu. Pindah silang dapat digambarkan sebagai berikut
Gambar 16. Skema pindah silang yang menyebabkan terjadinya Rekombinasi gen
90 C. Determinasi Seks Penetuan jenis kelamin (determinasi seks) didasarkan atas beberapa hal, salah satu diantaranya adalah kromosom seks. Kromosom seks, dalam hal ini dikenal : 1. Sistem XX – XY pada manusia dan lalat buah, laki-laki XY dan perempuan XX. 2. Sistem XX – XO pada beberpa jenis serangga (XX = betina , XO = jantan) 3. Sistem ZZ – ZW pada burung, kupu-kupu dan ikan ( ZZ = jantan, ZW = betina)
Gambar 17. Determinasi seks pada beberapa organisme D. Pautan Seks Pautan seks adalah peritiwa dimana gen-gen terpaut pada kromosom seks, baik kromosom X maupuin kromosom Y.
Pada percobaanya, Morgan mengawinkan lalat buah jantan mata putih dengan lalat betina mata merah. Sifat mata merah dominan terhadap putih. Keturunan pertama (F1). Semua lalat betina maupun jantan bermata merah. F1 dikawinkan dengan F1, menghasilkan F2 dengan perbandingan 3 mata merah : 1 mata putih. Jadi sesuai dengan perbandingan Mendel. Tetapi Morgan menemukan bahwa semua yang bermata putih adalah jantan, sedang yang bermata merah ada jantan dan ada betina. Inilah penyimpangannya, sebab mestinya peluang untuk menjadi merah atau putih adalah sama bagi jantan dan betina. Berdasarkan kenyataan itu Morgan berkesimpulan bahwa sifat mata tersebut terpaut pada kromososm X. Diagramn perkawinannya adalah sebagai berikut: E. Gagal Berpisah (Nondisjunction) Gagal berpisah adalah peristiwa dimana dua perangkat kromososm tidak memisah diri ke kutub yang berlawanan (pada meiosis), sehingga sel anakan yang dihasilkan ada yang tidak memiliki kromososm, dan sel lainnya mempunyai kelebihan kromososm. Calvin B. Bridges, mengawinkan lalat betina mata putih dengan lalat jantan mata merah, diharapkan F1 adalah alat betina mata merah, dan lalat jantan mata putih. Ternyata keturunannya adal pula jantan mata putih. Ini berarti penyimpangan. Calvin B. Bridges menjelaskan kejadian itu sebagai berikut: Pada meiosis, kadang secara kebetulan
91 pasangan kromosom melilit satu sama lain dan berkumpul pada salah satu sel anakan, sel anakan lainnya tidak memiliki kromososm seks. Pada manusia gagal berpisah menyebabkan antara lain sindron Turner, akibat kehilangan satu kromosom X, penderi ta adalah wanita dengan formula kromososm XO. Sindron Klinefelter, terjadi karena kelebihan kromosom, penderita adalah laki-laki dengan formula kromososm XXY. Masih banyak lagi sindrom lainnya. F. Gen Letal Gen letal adalah gen yang menyebabkan keletalan (kematian) bagi pemiliknya.Kematian dapat terjadi awal perkembangan maupun dsalam perkembangan lanjut. Dapat berupa gen dominan maupun gen resesif Contoh pada tikus: A = gen domina untuk bulu kuning, bersifat letal bila homozigot A = alel bukan kuning P: F1:
Aa Kuning
X
Aa kuning
¼ AA = letal ½ Aa = kuning ¼ aa = bukan kuning
Gen subletal , jika menyebabkan kematian pada masa perkembangan lanjut, contohnya talassemia pada manusia dan sickle cell anemia. Gen letal dominan lainnya adalah brachydactyly (orang berjari pendek). Gen letal resesif, tanaman albino, sapi dekster, kelinci pelger dll.
92
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu: 1. Menjelaskan mekanisme penentuan jenis kelamin pada manusia. 2. Meramalkan kemungkinan jenis kelamin anak dari suatu perkawinan. 3. Menyebutkan sekurang-kurangnya 2 jenis penyakit menurun yang dikendalikan oleh gen resesif maupun gen dominan. 4. Menjelaskan mekanisme pewarisan sifat yang terpaut pada kromososm tubuh. 5. Menjelaskan mekanisme pewarisan sifat yang terpaut kromosom X. 6. Menjelaskan cara penentuan golongan darah sistem ABO. 7. Menjelaskan cara penentuan golongan darah sistem MN. 8. Menjelaskan cara penentuan golongan darah sistem Rh. III. URAIAN MATERI Hereditas pada manusia awalnya dipelajari dengan mempelajari peta silsilah (pedigree), dengan dasar bahwa dalam kenyataannya seseorang yang memiliki hubungan kekeluargaan cenderung memiliki kemiripan, bahkan kecenderungan menderita penyakit yang sama. 1. Jenis Kelamin Dalam setiap sel tubuh manusia terdapat 46 buah kromosom dengan 44 buah kromosom tubuh, dan 2 buah kromosom kelamin. Jenis kelamin pada manusia ditentukan oleh gonosom atau kromosom kelaminnya. Laki-laki memiliki sebuah gonosom X dan sebuah gonosom Y, sedangkan perempuan memiliki 2 buah gonosom X. Ini berarti bahwa dalam setiap sel tubuh laki-laki terdapat 22 AA + XY kromosom, sedang perempuan memiliki 22AA + XX. Kromosom Dalam pembentukan gamet, perempuan hanya menghasilkan satu macam sel telur saja, yaitu X, sedang laki-laki dapat membentuk 2 macam sperma, yaitu sperma X dan sperma Y. Dalam fertilisasi, maka telur X dapat dibuahi oleh sperma X, yang menghasilkan embrio XX (perempuan) atau dibuahi oleh sperma Y, mengahsilkan embrio XY (lakilaki). Perhatikan diagram berikut:
Gamet: Fertilisasi
XX
XY
Sel telur X & X
sel sperma
XX
X
& Y
XY
Dari diagram tersebut, kelihatan bahwa peluang untuk terjadinya anak laki-laki maupun perempuan adalah sama (50%). Perbedaan sifat kromosom X dan Y, yang terdapat pada sperma adalah sperma yang membawa kromosom X, pergerakannya lambat, daya hidup lebih lama, dan tahan terhadap suasana asam, sedang sperma yang membawa Y, pergerakan cepat, daya hidup lebih singkat , dan kurang tahan suasana asam.
93 2. Cacat dan Penyakit Cacat dan penyakit yang bersifat menurun ditandai dengan: - Umumnya sulit disembuhkan. - Tidak menular, umumnya disebabkan oleh gen resesif., contoh albinisma, buta warna dll. a. Albinisma Albinisma atau bulai disebabkan oleh gen resesif yang terdapat ppada kromososm tubuh., biasanya ditandai dengan pigmentasi yang tidak normal pada kulit dan bagian tubuh lainnya. Sehingga penglihatan penderita sangat peka, jaringan sarat mata lemah dan kurang dapat memfokuskan lensanya. Penderita albino dapat lahir dari pasangan: - Orang tua normal, tetapi pembawa gen untuk albino (heterozigot). - Salah satu orang tua albino, dan lainnya heterozigot. Contoh: 1. Kedua orang tua pembawa gen albino (carrier), mereka normal: P: Aa X Aa (carrier albino) (carrier albino) F1:
AA : Aa : Aa : aa 75% normal : 25% albino.
2. Salah satu dari orang tua albino P:
Aa (carrier)
X
F1.
Aa : Aa : aa : aa 50% normal : 50% albino
aa (albino)
B. Buta warna Buta warna merupakan penyakit menurun yang dikendalikan oleh gen resesif c (colour blind) yang terpaut pada kromosom X. Buta warna dapat parsial, yaitu penderita tidak dapat membedakan warna tertentu, atau buta warna total, dimana penderita hanya dapat melihat warna putih dan hitam saja. Karena terpaut kromosom X, maka laki-laki lebih banyak menderita daripada wanita sebab laki-laki hanya memiliki 1 kromosom X, dengan demikian jika dia memilki gen c, maka ia buta warna, sedang perempuan jika hanya memiliki satu gen c, maka masih normal, kemungkinan genotipnya adalah:
94 XX = perempuan normal XXc = perempuan carrier XcXc = perempuan buta warna XY = laki-laki normal XxY = laki-laki buta warna. Contoh 1. Perkawinan antara perempuan carrier dengan laki-laki normal P: ♀XXc X ♂XY F1: XXc (25%♀carrier)
: XX ( 25% ♀ normal)
: XcY : XY (25% ♂ buta warna) (25%♂ normal)
2. Perkawinan antar laki-laki buta warna dengan perempuan buta warna: P: XcXc X XcY : F1: XcXc 50% ♀ buta warna :
XcXc : XcY 50% ♂ butawarna
: XcY
C. Hemofilia Hemofilia merupakan penyakit dimana darah tidak dapat membeku. Ini disebabkan oleh gen resesif h (hemofilia) yang terpaut kromosom X. Mekanisme pewarisanya sama dengan buta warna, namun demikian hemofilia pada wanita (homozigot) menyebabkan keletalan atau sub letal. D. Gangguan Mental Gangguan mental yang menurun, dsebabkan gen resesif antara lain idiot, embisil dan debil. Ciri-ciri umum menunjukkan gejala kebodohan, reaksi refleks lambat, biasanya tidak berumur panjang warna kulit dan rambut kurang pigmen dll. 3. Golongan Darah Sistem penggolongan darah pada manusia ada bermacam-macamantara lain; simtem ABO, MN, dan resus. a. Sistem ABO Sistem golongan darah ABO, didasarkan ada tidaknya antigen-antibodi dalam darah sesorang. Terdapat sepasang gen yang bertanggung jawab pada golongan darah setiap individu, dan ada 3 macam alel yang mungkin berpasangan, yaitu IA, IB dan i. Sistem ABO ditemukan oleh Landstainer pada tahun 1900. Ada 4 macam tipe golongan darah, yaitu A, B, AB dan O. Ketiga alal, masing-masing IAdan IB dominan terhadap i. Alel itu mengontrol isoaglutinoigen.
95 Tabel 1. Fenotip dan Genotip sesorang berdasarkan sistem gol darah ABO Genotip Fenotip (golongan) A IAIA atau IAi B IBIB atau IBi AB IAIB O Ii Kemungkinan darah anak dari ayah golongan darah A dan ibu golongan darah B P: F1:
IAIA, IAi
I BI B,
x
Kemungkinan I: IAIA x Kemungkinan II: IAIA x Kemungkinan III: IAi x Kemungkinan IV : IAi x
I BI B I Bi IB I B I Bi
= = = =
IBi
IAIB IAIB IAIB IAIB I Bi
= = = = =
100 % AB 50% AB dan IAi = 50% 50% AB dan IBi = 50% 25% AB , IAi = 25% A 25% B, dan ii = 25% O
b. Sistem MN Selain sistem ABO, Lansdstainer dan Levine menumukan sistem MN yang kendalaikan oleh gen IM danIN., masing-masing membentuk antigen M dan N, tertapi tidak menghasilkan antibodi Orang bergolongan darah (fenotip) M memiliki genotip IMIM Orang bergolongan darah N, bergenotip ININ Orang bergolongan darah MN, bergenotip IMIN c. Sistem rhesus. Sistem resus ditemukan oleh Landsteiner dan Wiener tahun 1940. Resus adalah nama sejenis kera. Berdasarkan ada tidaknya antigen resus, darah menusia dibedakan atas 2 golongan +, Rh Rh , Rh rh - Rh bila sel darah merah mengandung antigen rh, bergenotip I I I I - Rh-, bila sel darah merah tidak mengandung antigen rh, genotipnya IRh Irh Faktor resus dapat menyebabkan eritoblastis faetalis. Kejadiannya dapat diuraikan seperti berikut. Seorang ibu Rh - yang mengandung anak Rh+, maka anaknya akan lahir dengan selamat. Pada saat dalam kandungan darah ibu dan anak kadang bercampur, darah anak (Rh+) merangsang darah ibu menghasilkan zat anti rh, namun pada saat itu kadar masih cukup rendah sehingga anak tersebut, dapat selamat, tetapi pada kehamilan berikut, jika anak masih Rh+, maka zat anti yang dihasilkan darah ibunya cukup untuk menyebabkan anemi berat pada anak, yang biasanya menyebabkan kematian sejak masih dalam kandungan , atau beberapa saat setelah lahir.
96
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu mengadakan pengamatan, menafsirkan, menyimpulkan dan mengkomunikasikan pemahamannya tentang konsepkonsep evolusi. A. Awal Timbulnya Teori Evolusi Para ahli biologi berpendapat bahwa makhluk hidup selalu mengalami perubahan secara perlahan-lahan dalam jangka waktu yang lama sekali. Mungkin perubahanperubahan itu berjalan jauh menyimpang dari strukturaslinya, sehingga timbullah spesies baru. Jadi hewan dan tumbuhan yang ada sekarang ini, bukanlah makhluk yang pertama kali menghuni bumi, tetapi berasal dari makhluk hidup pada masa lampau, yang beberapa diantaranya mungkin sudah punah. Dari berbagai penelitian yang dilakukan akhirnya muncullah teori Evolusi.
97 Kalau makhluk hidup yang sekarang ini berasal dari makhluk hidup di masa lampau dengan mengalami perubahan secara perlahan-lahan, maka timbul berbagai pertanyaan seperti : a). Perubahan-perubahan yang bagaimanakah yang menyebabkan timbulnya suatu “spesies baru”? b) Bagaimanakah asal-usul spesies-spesies makhluk hidup yang ada sekarang? c) Faktor-faktor dan kekuatan-kekuatan apakah yang menyebabkan suatu spesies iru musnah, sedang spesies yang lain dapat mempertahankan kelestarian hidupnya. d) Faktor-faktor apakah yang menyebabkan timbulnya spesies baru? Mula-mula ajaran evolusi hanya merupakan hipotesis saja, tertapi dengan ditemukannya fakta-fakta yang dapat membuktikan kebenaran ajaran tersebut maka evolusi bukan lagi dipandang sebagai hipotesis. B. Hipotesis Darwin tentang Seleksi Alam Delapan belas tahun setelah pelayaran keliling dunianya dengan kapal Beagle muncullah laporan ilmiah dari Darwin yang berjudul On The Origin of Species by Means of Natural Selection (Timbulnya Spesies Baru Melalui Se4leksi Alam) yang diterbitkan tanggal 24 November 1859. Di dalam mengemukakan teori evolusi, Darwin menyertakan bukti-bukti dan alasanalasan yang dapat diterima secara ilmiah. Ajaran Darwin tentang evolusi didasarkan pada pokok-pokok pikiran sebagai berikut: a) Tidak ada dua individu yang sama b) Setiap populasi cenderung bertambah banyak. Sebab setiap makhluk hidup mempunyai kemampuan untuk berkembang biak c) Untuk berkembang biak perlu makanan dan ruang yang cukup d) Kenyataan menunjukkan bahwa bertambahnya populasi tidak berjalan terusmenerus. Oleh karena itu kenaikan pop;ulasi bukan tak terbatas. Darwin juga mengemukakan masalah-masalah berikut : - Mengapa banyak hewan mati sebelum dewasa? - Mengapa suatu individu dapat berumur panjang dan yang lain tidak? Sebagai jawabnya Darwin menyatakan bahwa setiap individu harus berusaha mendapatkan unsur-unsur yang diperlukan untuk kelangsungan hidupnya, seperti cahaya, mineral, makanan, tempat hidup dan sebagainya. Kebutuhan tersebut umumnya diperoleh melalui persaingan, baik persaingan intra spesies maupun antar spesies. Pernyataan Darwin tersebut dikenal dengan seleksi alam (natural selection), yaitu : alam mengadakan seleksi terhadap individu-individu yang hidup di dalamnya. Hanya individu-individu yang dapat menyesuaikan diri dengan alam lingkungannya yang akan hidup terus, sedang yang tidak dapat menyesuaikan diri akan musnah. Uraian tentang evolusi yang berpijak pada teori Darwin tidak lepas dari kenyataankenyataan berikut : 1) Adanya variasi dalam satu keturunan 2) Adanya kecenderungan bertambah besarnya populasi 3) Adanya perjuangan spesies untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya 4) Adanya kenyataan bahwa individu yang berbeda akan melahirkan keturunan yang berbeda, dan hanya individu-individu yang mempunyai sifat-sifat yang sesuai
98 dengan lingkungannya saja yang akan dapat mempertahankan kelangsungan hidupnya. Untuk menjaga kelangsungan hidupnya setiap makhluk hidup selalu berusaha untuk menyesuaikan diri dengan lingkungannya. Lambat laun spesies itu akan berubah ke arah sifat yang lebih sesuai. C. Petunjuk-petunjuk tentang Adanya Evolusi Untuk menunjukkan bukti-bukti bahwa evolusi itu ada, kita dapat melakukan pendekatan terhadap kenytaan ini melalui beberapa jalur : 1. Adanya variasi di antara individu-individu yang berasal dari satu keturunan. 2. Pola sebaran geografi makhluk hidup 3. Peninggalan fosil di berbagai lapisan batuan bumi 4. Homologi organ-organ pada makhluk hidup 5. Embriologi perbandingan Variasi Antar Individu dalam Satu Keturunan Di dunia ini tidak pernah dijumpai dua individu yang identik sama. Bahkan anak kembar sekalipun pasti mempunyai suatu perbedaan. Demikian juga dengan individuindividu yang termasuk dalam satu spesies. Misalnya, perbedaan warna, ukuran, berat, kefaalan, kebiasaan. Jadi antar individu di dalam satu spesies terdapat variasi. Hal ini dapat terjadi karena pengaruh berbagai faktor seperti suhu, tanah, makanan, dan lain-lain. Variasi-variasi di dalam satu spesies ini dalam perkembangan berikutnya akan menurunkan keturunan yang berbeda. Bila variasi di dalam spesies itu menghuni daerah yang berbeda, maka dalam perkembangannya akan menghasilkan varian yang berbeda. Proses seleksi terhadap berbagai jenis hewan dan tumbuh-tumbuhan selama bertahun-tahun akan menghasilkan varian yang makin jauh berbeda dengan moyangnya. Pemuliaan berbagai spesies liar secara berangsur-angsur akan menghasilkan spesies baru yang menguntungkan manusia. Jadi dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa adanya variasi merupakan petunjuk adanya evolusi yang menuju ke arah terbentuknya spesies-spesies baru. Pengaruh Penyebaran Geografi Di samping Galapagos, dalam ekspedisinya kurang lebih selama lima tahun, Darwin juga mampir ke kepulauan Cape Verde. Lalu ia membuat perbandingan dua kepulauan tersebut. Kedua kepulauan tersebut mempunyai keadaan geografis dan iklim yang sama, tetapi mengapa jenis biotanya berbeda. Menurut Darwin, flora dan fauna di Cape Verde berasal dari pantai Afrika, sedang flora dan fauna di kepulauan Galapagos berasal dari daratan Amerika Selatan. Setiap jenis makhluk hidup mempunyai kecenderungan untuk menyebar ke tempat lain. Penyebaran organisme dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :
99 1. Penyebaran aktif, bila penyebarannya didorong oleh faktor kemampuan dari dalam individu sendiri. Misalnya : burung-burung pelikan dari Australia pindah ke Bali (Indonesia). 2. Penyebaran Pasif, bila penyebarannya disebabkan oleh adanya faktor-faktor luar. Misalnya : kelapa, eceng gondok yang menyebar karena terbawa arus air dan lainlain. Penyebaran aktif dan pasif tidak selalu berakibat pada perluasan daerah, sebab di alam sendiri banyak rintangan seperti daerah tandus, dan lingkungan yang tidak memenuhi persyaratan. Rintangan yang dihadapi makhluk hidup dalam penyebarannya antara lain pegunungan yang tinggi atau samudera yang luas, sehingga dua daerah yang dipisahkan oleh gunung yang tinggi atau samudera yang luas mempunyai flora dan fauna yang berlainan. Hal ini terjadi karena adanya isolasi geografis. Fosil Sebagai Catatan Sejarah Evolusi Makhluk Hidup Fosil merupakan catatan sejarah yang sangat penting sebagai petunjuk adanya evolusi. Dari hasil penelilian mengenai fosil diketahui bahwa pada masa lampau terdapat flora dan fauna yang sekarang tidak ditemukan lagi. Hal ini disebabkan oleh perbedaan iklim, air, keadaan tanah dan sebagainya. Dengan membandingkan struktur tubuh hewan yang menjadi fosil dan hewan sekarang, dapat disimpulkan bahwa keadaan lingkungan di masa lampau berbeda dengan sekarang. Perubahan keadaan di bumi ini mengakibatkan terjadinya perubahan jenis-jenis makhluk hidup yang hidup di atasnya. Beberapa tokoh yang tel;ah mempelajari fosil yang berhubungan dengan evolusi : a) Leonardo da Vinci (Itali 1452 – 1519), adalah orang yang pertama kali berpendapat bahwa fosil merupakan suatu bukti adanya makhluk hidup di masa lampau. b) George Cuvier (Perancis 1769 – 1832), seorang ahli anatomi perbandingan. Ia mengadakan studi perbandingan antara fosil-fosil dengan makhluk hidup yang ada sekarang. Selanjutnya ia menyimpulkan bahwa pada masa tertentu telah diciptakan makhluk-makhluk hidup yang berbeda dari masa ke masa (atau pada masa yang berbeda diciptakan makhluk yang berbeda pula. Setiap masa diakhiri dengan kehancuran alam. Faham ini dikenal dengan Kataklisma. Darwin sendiri mengatakan bahwa makhluk-makhluk hidup yang terdapat pada lapisan bumi yang tua mengadakan perubahan bentuk disesuaikan dengan bumi yang lebih muda. Oleh karena itu fosil pada lapisan bumi yang muda berbeda dengan fosil di lapisan bumi yang tua. Penemuan fosil adalah secara kebetulan. Fosil-fosil tersebut jarang ditemukan dalam keadaan lengkap (utuh), kebanyakan merupakan suatu bagian atau beberapa bagian dari tubuh makhluk hidup. Faktor-faktor yang menyebabkan mengapa jarang ditemukan fosil dalam keadaan lengkap adalah : 1) Terjadinya lipatan batuan bumi 2) Pengaruh air, angin, dan bakteri pembusuk 3) Hewan pemakan bangkai 4) Jenis organisme, organisme yang tubuhnya tidak mungkin menjadi fosil 5) Keadaan sekelilingnya yang tidak memungkinkan suatu bagian tubuh organisme menjadi fosil.
100 Perubahan yang ditunjukkan oleh fosil-fosil kuda merupakan petunjuk tentang kebenaran evolusi, yaitu perubahan-perubahan secara berangsur-angsur dalam jangka waktu yang lama. Ilmu yang mempelajari tentang fosil disebut Palaentologi.
Gambar 18. Fosil Trilobita Homologi Alat-Alat Tubuh pada Berbagai Makhluk Hidup Apabila kita mengamati struktur organ tubuh dari berbagai vertebrata maka dapat kita temukan sesuatu yang menarik, misalnya anggota tubuh depan dari manusia dipakai untuk memegang, sedang pada burung anggota tubuh depan adalah untuk terbang. Kedua alat tersebut asalnya sama tetapi karena arah evolusi, kedua organisme itu menjadi berbeda dan akibatnya terjadilah perubahan adaptif yang berbeda pula sehingga fungsinya menjadi berbeda. Organ-organ dari berbagai mahkluk hidup yang mempunyai bentuk asal sama, dan selanjutnya berubah struktur sehingga fungsinya berbeda, disebut homolog. Contoh homolog adalah : - tangan manusia homolog dengan kaki depan kuda, kaki depan anjing dengan sayap burung. - Kaki depan kadal homolog dengan sirip dada ikan. Lawan dari homolog adalah analog, yaitu organ-organ yang fungsinya sama tanpa memperhatikan asalnya. Contoh analog adalah : - Sayap kupu-kupu analog dengan sayap burung, berfungsi untuk terbang - Sayap kelelawar analog dengan sayap burung, keduanya berfungsi untuk terbang Bila kita bandingkan tulang-tulang anggota tubuh depan mulai dari ikan, katak, kadal, burung, mamalia, hingga manusia, tampak adanya perubahan-perubahan yang disesuaikan dengan fungsinya, seperti dalam gambar berikut:
101
HOMOLOGI ORGAN BEBERAPA MAHLUK HIDUP
Embriologi Perbandingan Hewan multisel yang berkembang biak secara seksual selalu mengalami tahaptahap perkembangan. Mulai dari zigot sampai fase-fase tertentu. Berbagai jenis vertebrata menunjukkan adanya persamaan, yaitu mulai dari zigot, morula, blastula, gastrula, hingga fase tertentu dari perkembangan embrio. Setelah fase embrio, fase perkembangannya mengalami perbedaan. Adanya persamaan perkembangan pada semua golongan hewan vertebrata tersebut menunjukkan adanya perkerabatan. Perkembangan individu mulai dari sel telur dibuahi hingga individu tersebut mati disebut ontogeni.
102 Kalau kita bandingkan dengan filogeni, yaitu sejarah perkembangan organisme dari filum yang paling sederhana hingga yang paling sempurna, maka akan kita lihat adanya kesesuaian, dimana ontogeni merupakan filogeni yang dipersingkat. Dengan kata lain ontogeni merupakan ulangan (rekapitulasi) dari filogeni.
1
1
2 3 4 5 6 7 8 Gambar 20. Embriologi perbandingan beberapa spesies mahluk hidup Keterangan: = pisces 2= amfibia 3= reptilia 4= aves 5= babi 6= sapi 7= monyet 8= manusia
103
LINGKUNGAN I. Tujuan Pembelajaran Umum : Setelah mengikuti matrikulasi diharapkan siswa memahami : - faktor-faktor yang mengganggu keseimbangan lingkungan - pendeteksian dan penanganan polusi lingkungan secara dini - dampak-dampak yang timbul akibat perubahan lingkungan - etika lingkungan untuk menjaga kelestarian lingkungan II. Tujuan Pembelajaran Khusus : 1. Menjelaskan pengertian lingkungan 2. Menjelaskan dan memberi contoh apa yang disebut keseimbangan lingkungan yang bersifat dinamis. 3. Menjelaskan mengapa dapat terjadi peledakan jumlah hama tanaman 4. Menjelaskan polutan-polutan perairan 5. Menjelaskan ciri-ciri perairan yang mengalami polusi 6. Menjelaskan polutan-polutan udara 7. Menjelaskan pengaruh CFCs terhadap terjadinya lubang ozon dan apa akibatnya terhadap kesehatan manusia. 8. Menjelaskan apa yang dimaksud dengan efek rumah kaca dan pengaruhnya terhadap pemanasan global 9. Menjelaskan apa yang dimaksud dengan etika lingkungan 10. Menjelaskan dampak pembabatan hutan terhadap lingkungan. III. Uraian Materi Lingkungan hampir sama artinya dengan ekosistem yang komponennya terdiri atas komponen biotik dan abiotik, hanya saja pada lingkungan, manusia mempunyai peran yang sangat besar terhadap kualitas lingkungan. Perilaku manusia yang memanfaatkan kekayaaan alam secara berlebihan dapat menurunkan kualitas lingkungan dan dapat mempengaruhi kelangsungan hidup manusia di masa mendatang. A. Keseimbangan Lingkungan Di dalam ekosistem terdapat suatu dinamika yang disebut rantai makanan, jarring makanan, dan piramida makanan. Pada sebuah jaring makanan tiap organisme mempunyai fungsi tertentu dan terdapat pada tingkatan trofik sebagai produsen, konsumen, atau pengurai. Peran tiap konsumen dalam ekosistem ialah memangsa dan dimangsa. Pada suatu ekosistem yang seimbang, setiap jenis konsumen jumlahnya akan dibatasi oleh pemangsa (konsumen II atau konsumen III). Jumlah karnivor akan dibatasi oleh jumlah hewan yang akan dimangsa dan yang akan memangsa. Demikian juga herbivor jumlahnya akan dibatasi oleh jumlah produsen dan oleh karnivor. Pada suatu lingkungan yang sudah tidak seimbang / terganggu maka kan terjadi perkembangan atau penurunan suatu jenis secara drastic. Contohnya serangan
104 serangga yang menjadi hama tanaman, seperti hama wereng coklat.. Pada lingkungan yang masih seimbang serangga hama tanaman ditekan perkembangannya karena ada predator dan parasitoid. Parasitoid ialah serangga parasit pada serangga lain terutama serangga hama yang menyebabkan inangnya mati. Tiap jenis serangga hama mempunyai parasitoid dan predator tertentu. Serangga hama bertambah karena migrasi dari kawasan hutan yang ditebang. Hama tanaman ini biasanya dibasmi dengan insektisida. Dengan insektisida parasitoid dan predator yang bermanfaat ikut musnah. Tanaman hortikultura saat ini akan musnah tanpa insektisida. Akibat pemakaian insektisida akan terbasmi pula hewan-hewan lain seperti jenis-jenis ikan di sungai, burung-burung yang biasa hidup dan mencari makan di sawah atau daerah pertanian. Faktor-faktor penyebab gangguan keseimbangan lingkunganantara lain akibat pembukaan lahan untuk pemukiman, pertanian dan industri; pengelolaan tanah yang kurang baik yang menyebabkan erosi sehingga tanah akan menjadi kritis; pemanenan organisme tingkatan trofik tertentu yang berlwebihan yang mempengaruhi organisme tingkatan trofik lainnya. B. Polusi (Pencemaran) Pencemaran adalah masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi , dan atau komponen lain ke dalam lingkungan dan atau berubahnya tatanan lingkungan oleh kegiatan manusia atau oleh prose alam sehingga kualitas lingkungan turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan lingkungan menjadi kurang atau tidak berfungsi lagi sesuai dengan peruntukannya (UU RI no 4 tahun 1982). Polutan dapat berupa bahan kimia, debu, sedimen, makhluk hidup atau yang dihasilkan makhluk hidup, panas, suara atau radiasi yang dilepaskan ke dalam lingkungan yang dapat mengganggu atau merugikan manusia dan spesies makhluk hidup lain. 1. Polusi Air Polusi di lingkungan perairan berasal dari limbah industri, limbah rumah tangga, pasar, atau daerah pertanian. Ada beberapa tipe tipe polutan yang dapat memasuki perairan yaitu : bahan-bahan yang mengandung bibit penyakit, bahanbahan yang membutuhkan banyak oksigen untuk penguraiannya, bahan-bahan kimia anorganik dari industri atau limbah pupuk pertanian, bahan-bahan yang tidak larut, sedimen(endapan), bahan-bahan yang mengandung radiokatif dan panas.Untuk mengetahui perairan terpolusi atau tidak dapat dilakukan dengan cara mengukur jumlah bakteri dan kandungan oksigen di dalam air, kandungan bahan organic, anorganik, dan kekeruhannya. Bibit-bibit penyakit, berbagai zat yang bersifat racun dan bahan radioaktif dapat merugikan manusia. Ikan dan berbagai hewan air akan terganggu dan mungkin musnah. Berbagai polutan memerlukan banyak oksigen untuk penguraiannya. Jika jumlah oksigen kurang, penguraiannya tidak sempurna dan menyebabkan air berubah warnanya dan berbau busuk.
105 Jika air yang tercemar masuk ke sungai, danau atau laut, konsentrasi polutannya akan berkurang karena terjadinya pengenceran, penguraian, atau pengendapan dan irnya akan menjadi bersih kembali. Pembersihan air secara lami dapat terjadi pada sungai yang mengalir deras atau di laut. Masalah lain akan terjadi apabila perairan tercemar dengan bahan atau logam berbahaya seperti arsenat, kadmium, air raksa, krom , timah, benzen, tetra kloroda karbon, dan lainlain. Bahan-bahan tersebut dapat merusak organ tubuh manusia atau dapat menyebabkan kanker. Pada sungai-sungai yang alirannya lambat dan pada danau, karena banyak polutan terurai dan juga terdapat bahan-bahan anorganik yang menyuburkan, airnya akan menjadi subur sekali untuk pertumbuhan ganggang dan tumbuhan air lainnya. Keadaan ini disebut eutrofikasi. Jika tumbuhan dan ganggang mati mati akan terjadi pembusukan yang menghabiskan persediaan oksigen dan terjadi pengendapan bahan-bahan yang dapat menyebabkan pendangkalan danau atau waduk buatan. Sejumlah besar limbah dari sungai akan masuk ke laut. Polutan ini dapat merusak kehidupan air di sekitar muara sungai dan sebagian kacil laut dekat muara. Bahan-bahan yang berbahaya masuk ke laut atau samudra mempunyai akibat jangka panjang yang belum diketahui. Banyak jenis kerang-kerangan yang mungkin mengandung zat yang berbahaya untuk dimakan. Laut dapat pula tercemar oleh minyak yang asalnya mungkin dari pemukiman, pabrik-pabrik melalui sungai atau dari kapal tanker yang rusak. Minyak dapat mematikan ikan, burung, dan hewan laut lainnya. Polusi air yang berat dapat menyebabkan polutan meresap ke dalam air tanah yang menjadi sumber air untuk mencuci, mandi, dan untuk air minum. Air tanah yang tercemar sukar sekali untuk dikembalikan menjadi air bersih. Pengenceran dan penguraian polutan pada air tanah sulit terjadi karena airnya tidak mengalir dan tidak mengandung bakteri pengurai yang aerob. Jadi, air tanah yang tercemar akan tetap tercemar dalam waktu yang sangat lama, walau tidak ada lagi pencemar baru yang masuk. Karena itu, banyak usaha yang dilakukan untuk menjaga air tanah tetap bersih, misalnya dengan membuat septic tank yang baik dan setiap pabrik harus mempunyai pengolah limbah agar bahan pencemar tidak merembes ke tanah di sekitarnya atau ke sungai. 2. Polusi Udara Bahan-bahan pencemar di udara dapat berupa oksida karbon (CO, CO2), oksida nitrogen (NO,NOx), oksida sulfur (SO2, SO3), persenyawaan hodrokarbon (CH4, C4H10), bahan organic, partikel padat seperti tanah, karbon, asbes, timbal, partikel cair seperti asam sulfat asam nitart, minyak dan pestisida. Meskipun banyak polutan yang bersifat alami, tapi kebanyakan polutan berasal dari pembakaran bahan bakar fosil seperti minyak bumi dan batubara. Pembakaran minyak bumi dan batubara terjadi di pabrik-pabrik atau berasal dari kendaraan bermotor. Sejumlah oksida nitrat dan oksida belerang sebagai polutan di udara dapat membentuk persenyawaan asam nitrat dan asam sulfat. Dalam jumlah banyak
106 bahan ini akan menimbulkan hujan asam yang akan merusak tumbuh-tumbuhan, mikroorganisme tanah, dan hewan-hewan air tawar. Polutan di udara dalam waktu lama dapat mnegganggu kesehatan manusia, merusak bahan bangunan karena lapuk, menyebabkan korosi pada logam, karet menjadi rapuh, kulit warnanya pudar dan rapuh, dan banyak lagi kerusakan lain yang sangat merugikan. Penggunaan CFCs (Chlorofluorocarbons) sebagai gas pendingin pada lemari es, pendingin ruangan (air conditining) dan gas penyemprot macam-macam kosmetik, menyebabkan gas tersebut menjadi polutan udara yang tak dapat terurai dalam jangka waktu yang lama (_± 100 tahun). Gas ini masuk ke dalam stratosfer dan akan merusak lapisan ozon yang berfubngsi sebagai penyaring radiasi sinar ultra violet dari cahaya matahari. Radiasi sinar ultra violet jika intensitasnya bertambah akan berbahaya bagi kesehatan manusia yaitu dapat menyebabkan kanker kulit. Pembakaran bahan bakar minyak bumi, batubara, dan pembakaran hutan menyebabkan bertambahnya CO2 dan gas lain di atmosfer. Gas-gas nin membuat lapisan di atmosfer yang menghalangi pantulan panas dari permukaaan bumi untuk lepas ke angkasa. Panas ini justru akan dipantulkan kembali ke bumi sehingga permukaaan bumi panasnya bertambah. Peristiwa ini biasa disebut efek rumah kaca. Efek rumah kaca dapat menaikkan suhu secara global dan dapat mengubah pola cuaca di seluruh dunia. C. Perubahan Lingkungan Menyebabkan Berbagai Dampak Lingkungan terdiri atas factor biotic dan abiotik, di dalamnya terjadi daur biologi atau daur materi. Perubahan lingkungan berarti ada mata rantai yang terputus dalam daur tersebut. Perubahan tersebut mungkin karena adanya kepentingan manusia untuk memenuhi keperluan hidupnya. Salah satu contoh perubahan lingkungan antara lain penggunaan kawasan hutan untuk dipakai sebagai lahan pertanian, perkebunan,pemukiman atau hanya untuk diambil kayunya saja. Pada saat ini di banyak negara tropis termasuk Indonesia pembukaan huitan dilakukan untuk keperluan pemukiman dan perkebunan selain dipakai untuk lahan berpindah. Hutan yang akan dibuka pohon pohonnya ditebang, dibakar atau secara tidak langsung dicegah terjadinya regenerasi dari biji sebagai akibat pembakaran. Pembukaan hutan berarti menghilangkan sebagian besar dari produsen dalam suatu ekosistem. Karena itu akan terjadi kepunahan tidak saja flora tapi juga fauna penghuni hutan tersebut. Berbagai jenis hewan mungkin akan punah, bermigrasi atau sengaja dipindahkan ke kawasan hutan lain. Pengaruh lain dari pembukaan hutan ialah adanya perubahan dalam daur hidrologi (daur air). Perubahan ini ditentukan oleh luasnya hutan yang dibuka, keadaan jenis-jenis tumbuhan dasar yang tersisa, jumlah dan keadaan bahan organik tanah, tekstur tanah dan kemiringan tanah. Air hujan yang melalui tanah bekas tanah hutan yang miring akan menyebabkan erosi, dan akan terjadi banjir di daerah hilir. Air hanya sedikit yang meresap yang meresap menjadi air tanah. Karena itu air tanah di daerah hilir akan turun, banyak mata air yang menjadi kering. Karena erosi, tanah akan cepat menjadi tidak subur, apalagi di hutan hujan
107 tropis lapisan tanah umumnya tipis dan bahan organik pada tanah terbuka akan cepat sekali terurai.. D. Etika Lingkungan Bagaimanapun manusia tidak dapat mencegah sepenuhnya terjadinya polusi dan penurunan kualitas lingkungan, tapi manusia dapat mengusahakan agar bumi menjadi tempat tinggal yang lebih baik untuk masa sekarang dan untuk masa depan. Untuk itu diperlukan manusia yang sadar lingkungan yaitu manusia yang sudah memahami dan menerapkan prinsip-prinsip ekologi dan etika lingkungan dalam menghadapi masalah dan dari perbuatan yang berkaitan dengan lingkungan. Etika bersifat obyektif dan tidak dipengaruhi oleh berbagai kepentingan atau golongan. Dalam etika lingkungan ada beberapa prinsip yang menuntun sikap manusia dalam penerapan etika lingkungan. 1. Manusia bukan sumber dari semua nilai. Kita adalah bagian dari lingkungan dan tidak terpisah. Jika kita menyayangi diri kita, sayangi pula semua kehidupan dan lingkungannya. 2. Lingkungan tidak disediakan hanya untuk kepentingan manusia tapi disediakan pula untuk semua jenis kehidupan. Kita harus menjadi anggota lingkungan yang jujur. 3. Sumber daya alam yang terbatas harus dipelihara untuk kepentingan manusia dan semua spesies lainnya. Pergunakanlah untuk keperluan vital bukan dipergunakan dengan serakah. 4. Sumber bahan dan energi jumlahnya terbatas, hematlah pemakaiannya. 5. sebagai bagian dari lingkungan, kita harus bekerja sama dengan lingkungan, artinya perbuatan kita benar apabila mempunyai sumbangan terhadap pelestarian, kestabilan, dan menjaga keindahan alam. 6. Dalam memproduksi dan mengkonsumsi hasilnya harus diketahui bahwa sumber daya alam yang dipergunakan jumlahnya terbatas. 7. Negara mempunyai peran untuk mencegah agar tidak ada yang mengeksploitasi sumber daya alam secara berlebihan sehingga dapat merusak lingkungan dan diwujudkan dalam bentuk undang-undang.
108
BAB X. PELESTARIAN SUMBER DAYA ALAM HAYATI I. Tujuan Pembelajaran Umum : Setelah mengikuti matrikulasi diharapkan siswa memahami : - Keterbatasan SDA hayati - Cara-cara melakukan pelestarian SDA hayati II. Tujuan Pembelajaran Khusus : 1. Menjelaskan perbedaan SDA hayati dengan SDA non hayati 2. Menjelaskan komponen-komponen SDA hayati 3. Menjelaskan nilai-nilai SDA hayati bagi manusia. 4. Menjelaskan faktor-faktor penyebab kepunahan SDA hayati 5. Menjelaskan tindakan-tindakan yang dapat menyebabkan degradasi lingkungan . 6. Menjelaskan pelestarian secara ex situ dan in situ 7. Menjelaskan SDA yang tak terbaharukan yang dapat di daur ulang atau dipakai ulang. 8. Menjelaskan pelestarian SDA hayati yang harus dilakukan secara terpadu dan ditangani oleh berbagai pakar. 9. Menjelaskan cara pelestarian yang dipakai di indonesia 10.Menjelaskan erosi plasma nutfah III. Uraian Materi Indonesia merupakan negara yang memiliki kekayaan flora, fauna, dan ekosistem yang besar. Kekayaan alam ini merupakan potensi alam yang untuk pemenfaatannya diperlukan ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek). Akibat pemanfaatan yang tak kenal batas dan pengelolaan yang salah, kita akan kehilangan semua kekayaan tersebut, mungkin untuk selama-lamanya. Untuk sampai pada kekayaan flora, fauna, dan ekosistem seperti yang kita miliki sekarang ini, alam memerlukan waktu ribuan tahun bahkan jutaan tahun, namun untuk menjadi rusak oleh perlakuan yang salah, dalam waktu singkat, semua kekayaan alam ini dapat hancur atau musnah sama sekali. Karena itu, adalah bijaksana bila kita semua mengambil langkah-langkah yang tepat untuk menjaga, berbuat, dan memperlakukan kekayaan alam kita secara benar untuk menghindari kehancuran atau kerusakan total kekayaan alam ini. A. Berbagai Tipe Sumber daya Alam (SDA) Sumber daya alam adalah segala sesuatu yang dapat diperoleh dari lingkungan untuk keperluan manusia. Beberapa sumber daya seperti udara dan beberapa tumbuhan yang dapat dimakan, dapat langsung kita peroleh, tetapi pada umumnya sumber daya seperti bahan bakar minyak (BBM), besi, air tanah, ikan, binatang buruan, tidak langsung dapat diperoleh. Barang kebutuhan ini baru menjadi sumber daya setelah manusia menggunakan sains dan teknologi untuk mencarinya, memproses, dan mengubah menjadi bentuk yang dapat dimanfaatkan.
109 Sumber daya alam dapat diklasifikasikan sebagai sumber daya alam yang kekal, yang terperbaharui, dan yang tidak terperbaharui. Sumber daya lam yang kekal, seperti energi matahari yang merupakan sumber daya yang tidak habishabisnya, selalu dapat diperoleh dalam pasok yang mantap. Sumber daya alam yang tak terperbaharui seperti minyak bumi, besi, tembaga, aluminium, berada dalam persediaan yang sudah pasti jumlahnya di berbagai tempat dalam kerak bumi, dan tidak satupun dapat tergantikan dalam proses secara alami ataupun dapat tergantikan jauh lebih lambat dari penggunaannya dan berkualitas lebih rendah. Beberapa sumber daya alam yang tak terperbaharui dapat di daur ulang atau dipakai ulang untuk memperpanjang pasok, seperti tembaga, aluminium, besi, dan kaca. Sumber daya alam yang lain seperti batu bara, minyak bumi, gas alam, tak dapat di daur ulang. Sekali terbakar, bahan-bahan bakar tersebut kehilangan energinya untuk selamanya. Walaupun ada usaha untuk menggantikan sumber-sumber daya yang tak terperbaharukan dengan bahan lainnya, ternyata tidak selamanya dapat dilakukan karena bahan-bahan sumber daya yang disajikan oleh alam mempunyai sifat yang unik (khas) tak tergantikan oleh bahan buatan yang biasanya bermutu rendah, biayanya mahal, dan kurang memuaskan. Sebagai contoh, hingga sekarang belum diketahui pengganti baja dan betonan untuk membangun bendungan dan reaktor pembangkit tenaga nuklir. Sumber daya lam yang terperbaharui dapat rusak dalam jangka pendek bila terlalu sering digunakan atau terkontaminasi (tercemar), namun dapat juga terperbaiki melalui proses alam dalam jangka waktu cukup panjang. Misalnya pepohonan dalam hutan, rerumputan di padang rumput, burung dan binatang bururan, air tawar di danau dan sungai-sungai, air tanah, udara segar dan tanah subur. Tetapi hal ini tidak berarti bahwa semua itu tanpa batas dan tetap terberbaharui. Kecepatan maksimal sumber daya alam yang terbaharukan untuk dapat digunakan tanpa mengganggu atau merusak potensinya untuk pulih secara penuh, disebut hasil berlanjut. Jika hasil ini terlampaui, pasok bahan dasar untuk dapat diperbaharui menjadi menciut dan akhirnya menjadi tidak dapat diperbaharui dalam skala waktu manusia dan dalam beberapa hal dapat musnah; yang disebut degradasi lingkungan. Bukti-bukti kuat menunjukkan di banyak bagian dunia bahwa hasil berlanjut sumber-sumber daya alam yang berpotensi untuk terperbaharui sudah terlampaui (berarti sudah mengalami degradasi lingkungan ) atau atau penurunan kualitas lingkungan. B. Sumber Daya Alam Hayati (SDAH) SDAH termasuk kategori SDA yang terperbaharui, namun tetap memiliki keterbatasan, yaitu hasil penopangnya jangan sampai terlampaui hingga terjadi degradasi lingkungan. SDA hayati dapat dikelompokkan atas flora (tumbuhatumbuhan), fauna (hewan), dan pengurai (dekomposer). Organisme hidup yang merupakan sumber daya alam hayati ini adalah komponen dari mata rantai tatanan lingkungan atau ekosistem. Dalam ekosistem, organisme hidup membentuk rentetan fungsi dalam perpindahan energi, daur ulang materi dan perombakan. Organisme hidup sebagai sumber daya alam hayati yaitu sumber daya yang diperoleh dari makhluk hidup untuk pemenuhan
110 kebutuhan hidup manusia berupa makanan, minuman, tempat tingggal, pakaian dan kepuasan batiniah. C. Nilai-nilai SDA Hayati Semua kebutuhan manusia dipasok oleh atau berasal dari lingkungannya. SDA hayati merupakan pemasok utama kebutuhan hidup biologis maupun kesejahteraan hidup manusia. Manusia memanfaatkan SDA hayati untuk berbagai keperluan. Kekayaan flora Indonesia tidak kurang dari 3000 jenis yang dapat dipergunakan manusia dan hanya sekitar 100 jenis yang dibudidayakan secara luas, memasok kebutuhan karbohidrat sebagai sumber energi bangsa, seperti : padi-padian, jagung, sagu, dan sebagainya. Ribuan macam buah-buahan dan sayuran adalah pemasok berbagai vitamin dan mineral bagi kesehatan. Sudah sejak lama bangsa Indonesia memanfaatkan berbagai macam akarakaran, daun-daunan, bunga, buah, sebagai obat-obatan atau jamu tradisional. Kayu-kayuan dimanfaatkan sebagai bahan bangunan rumah dan gudung, mebel, galangan kapal, ukir-ukiran. Beberapa jenis pohon dijadikan bahan pakaian dan kertas dan beberapa lagi merupakan penghasil getah, damar, minyak, sebagai komoditi ekspor dan bahan mentah bagi agroindustri. Di samping itu semua, manfaat yang tidak kalah pentingnya adalah bahwa tumbuhan merupakan pemasok oksigen bagi kebutuhan hidup manusia dan hewan yang sangat vital. Tumbuhan yang terhampar di muka bumi melindungi lahan dari kerusakan oleh curah hujan dan melindungi bumi dari teriknya matahari. Tumbuhan memberi kesegaran udara dan penyejuk perasaandan suasana hati menjadi tentram. Dari dunia hewan sebagai SDA hayati dapat diperoleh daging dan susunya sebagai sumber protein. Kulitnya merupakan bahan mentah untuk pakaian, perhiasan, komponen kendaraan. Kerbau, sapi, kuda, gajah diambil tenaganya untuk keperluan transportasi, menggarap lahan pertanian dan ada juga untuk hiburan dan olahraga. Ilmuwan kedokteran / kesehatan telah lama memanfaatkan berbagai hewan untuk keperluan penelitian. Kera, kelinci, sapi bahkan katak digunakan sebagai hewan-hewan percobaan untuk mengetahui efek obat, vaksin, serum, sebelum secara praktis digunakan untuk penyembuhan atau diagnosis terhadap manusia. Beberapa penduduk memelihara berbagai burung berkicau untuk dinikmati kemerduan suaranya, bahkan ada yang menjadikannya sebagai lambing kedudukan dalam masyarakat (status social). Berbagai burung pemakan serangga bermanfaat untuk menjaga keseimbangan alam agar ulat dan serangga perusak tidak merusak berbagai tanaman pertanian. Burung-burung juga bertindak sebagai agen penyerbukan bunga untuk menjadi buah. Jasad renik dan detrivor merupakan agen ekosistem yang memungkinkan daur materi dapat terlaksana. Tanpa jasanya, bumi akan tertimbun sampah dan kotoran, dan pasokan hara bagi produsen di dalam ekosistem akan terhenti. Tanpa ini produsen akan lenyap berarti arus energi ke taraf trofik berikutnya akan berhenti pula. Akibatnya akan berakhirlah kehidupan kita. Banyak kita yang tidak memahami hal ini.
111 Menjelang akhir abad ini, manusia dengan perkembangan Iptek mulai lebih mengintensifkan penggunaan mikroorganisme dalam berbagai kepentingan seperti pengolahan limbah, pengendalian polusi, pembuatan bahan makanan baru, penghasil obat-abatan/ zat kimia dan beberapa hormon. Di Indonesia, pemanfaatan mikroorganisme sudah sejak ratusan tahun yang lalu, untuk fermentasi dalam pembuatan tempe dan tapai. Kemajuan Iptek dalam bidang seleksi dan pemuliaan (pembuatan bibit unggul) melalui persilangan, meningkatkan pemanfaatan organisme bukan saja pada tingkat individu, tetapi juga pada tingkat gen sebagai sebagai penentu sifat organisme. Keanekaragaman genetic dalam ekosistem terjadi karena adanya pengendalian gen terhadap sifat – sifat organisme, yang kemudian diwariskan secara berkesinambungan pada keturunannya. Ilmu pemuliaan memungkinkan pemindahan satu gen atau beberapa gen dari satu individu ke individu lain, atau penggabungan sifat-sifat dari beberapa individu ke dalam individu baru yang dikehendaki. Dengan cara inilah bibit unggul diciptakan para pemulia hewan dan tumbuhan. Tanaman-tanaman “liar” merupakan kekayaan keanekaragaman genetic yang memiliki kisaran keanekaragaman genetic yang luas. Kisaran keakeragaman genetic yang menyangkut individu-individu liar sampai bibit unggul disebut dengan plasma nutfah. Dengan memahami kekayaan alam Indonesia akan plasma nutfah, kita memiliki gudang persediaan sifat-sifat hayati (gen), yang suatu ketika ahli pemulia Indonesia dapat merekayasa untuk melahirkan bibit-bibit unggul atau jenis-jenis baru yang dikehendaki. D. Usaha Pelestarian SDA Hayati Sumber daya alam hayati sangat penting artinya bagi kehidupan manusia. Untuk itu seharusnyalah kita memelihara, mengembanglan, dan menjaga agar kita senantiasa dapat memperoleh manfaat dari SDA hayati tersebut. Usaha pelestarian SDA hayati ini menjadi tanggung jawab semua warga negara. Sudah banyak spesies hewan, tumbuhan asli Indonesia dalam keadaan ambang kepunahan, bahkan beberapa sudah punah sama sekali. Menurut hokum alam suatu spesies yang sudah punah, tidak akan pernah dapat tercipta lagi di bumi ini. Ini tentu kerugian bagi Indonesia bahkan bagi dunia. 1. Kepunahan Jenis Hewan dan Tumbuhan dari Suatu ekosistem Kita mengenal dua macam penyebab bagaimana suatu spesies tumbuhan atau hewan dapat punah dari suatu ekosistem. a) bencana alam seperti banjir, dan lahar panas dari letusan gunung berapi. Lahar panas ini dapat menutup areal yang luas dan tidak memungkinkan jenis organisme yang tertimbun dapat hidup.Banjir bandaang lahar dingin yang membawa Lumpur dan pasir juga dapat menutupi areal yang sangat luas dengan ketebalan yang tidak memungkinkan hewan dan tumbuhan yang tertimbun dapat hidup. Kebakaran hutan yang timbul oleh panas terik matahari juga merusak suatu ekosistem sehingga hewan dan tumbuhan tidak dapat lagi beradaptasi dengan kondisi baru ekosistem tersebut. Kita tidak dapat meniadakan bencana alam , kita hanya dapat mengurangi akibat buruk yang
112 ditimbulkannya, atau menunggu timbulnya suksesi baru yang amat mungkin berbeda dengan komunitas yang pernah ada sebelumnya. b) Bencana yang terjadi akibat tindakan manusia pandir. Beberapa contoh dapat disebutkan di sini. 1. Pembukaan hutan atau penggundulan gunung, dan bukit yang berhutan. Jutaan hektar bukit dan hutan yang merupakan berbagai ekosistem dan habitat berbagai jenis hewan, tumbuhan menjadi rusak. Dengan ditumbangkannya pohon besar, menjadi terbukalah hutan. Lantai hutan yang biasanya teduh, lembab, dan tertutup dan dihuni oleh komunitas hewan, tumbuhan dan mikroorganisme yang tidak begitu suka sinar matahari, menjadi terdedah terhadap teriknya sinar matahari, dan lambat laun menjadi rusak, merana, dan mati. Dengan demikian ketiga fungsi yang mendudung kehidupan suatu ekosistem, arus energi, daur materi, perombak, akan berhenti. Berakhirlah kehidupan ekosistem, kehidupan komunitas, berarti kehidupan berbagai jenis hewan dan tumbuhan dalam ekosistem tersebut. Mungkin masih ada satu dua tanaman dan serangga yang masih bertahan hidup di situ, tetapi sebagian besar, bahkan namanya pun belum terdaftar, menjadi punah. Padahal tumbuhan dan hewan tadi merupakan kekayaan tanah air kita, merupakan simpanan keanekaragaman gen yang tidak ternilai harganya. 2. Perburuan dan penangkapan yang tak kenal batas telah menjadi penyebab punahnya hewan tertentu dari hutan-hutan Indonesia atau dalam ambang kepunahan. Walaupun perburuan tidak dapat menghabiskan sama sekali suatu spesies, tetapi jumlah individu yang terlalu sedikit dalam suatu populasi spesies tidak memberi kemungkinan terjadinya perkembangbiakan dalam alam bebas. Akhirnya spesies ini akan punah dan tidak akan muncul lagi di planet kita. Beberapa hewan yang sudah diambang kepunahan antara lain : harimau bali, harimau jawa, badak jawa, orang hutan, jalak bali, cendrawasih, maleo, babirusa, dan anoa. 3. Penangkapan ikan yang tidak mengenal batas waktu, jumlah dan cara, juga mengakibatkan punahnya jenis-jenis ikan dan organisme air tertentu. Penggunaan bahan peledak dan racun untuk menangkap ikan menyebabkan ikan dan organisme lain yang hidup di air akan mati. Penangkapan yang tidak mengenalwaktu, menyebabkan ikan-ikan tertentu yang sedang dalam masa reproduksi ikut tertangkap dan tidak sempat meninggalkan keturunanya. Untuk memperoleh gambaran, bagaimana keadaan flora, fauna kita sehingga perlu segera diambil tindakan penyelamatannya. 4. Erosi (pengikisan) nutfah sebagai akibat terdesaknya bibit-bibit tanaman tradisional oleh bibit unggul yang di,asukkan dari luar. Contoh: jambu dan durian local mulai terdesak oleh jambu dan durian Bangkok. Selain terdesak oleh diperkenalkannya bibit unggul dari luar, bibit tradisional juga menghilang karena habitatnya dimanfaatkan untuk pembangunan fisik : pabrik, jalan, real estate, dam, sekolah, dan lain-lain. Sekitar Bogor dan Jakarta yang dulu merupakan pusat keanekaragaman buah asli Indonesia sekarang sudah berubah menjadi bangunan dan jalan tol. Orang
113 di situ enggan menanam kembali bibit-bibit yang kena gusur, dan hilanglah tanaman-tanaman asli di situ seperti rambutan, duku, durian, sentul, kemang. Maka kita kehilangan salah satu rangkaian plasma nutfah sebagai SDAH.
2. Usaha Pelestarian SDAH SDAH tidak lepas dari ekosistem yang merupakan habitat komponen biotic flora, fauna, dan detrivor. Pelestarian SDAH seharusnya juga melestarikan ekosistem. Usaha pelestarian hewan dan t tumbuhanuntuk mempertahankan keberadaan plasma nutfah itulah yang dikenal sebagai usaha pelestarian SDAH. Pelestarian SDAH ada dua cara, yaitu secara in situ dan ex situ. (situ, Latin = tempat ). Pelestarian in situ dilaksanakan di habitat aslinya, sedang pelestarian ex situ dilaksanakan dengan memindahkan individu yang dilestarikan dari tempat tumbuh aslinya dan dipelihara di tempat lain. Contoh pelestarian in situ adalah bunga padma raksasa dan bunga bangkai raksasa di Bengkulu, badak jawa di Ujung Kulon, biawak komodo di Pulau Komodo. Pelestarian secara ex situ dapat dilakukan melalui cara-cara berikut ini. a) Kebun koleksi Kebun koleksi banyak macamnya, misalnya : kebun koleksi kelapa di BoneBone, buah-buahan di Paseh, mangga di Cukur Gondang – Pasuruan, tebu di Pasuruan. Di kebun koleksi ini, plasma nutfah tanaman dipertahankan dalam bentuk koleksi hidup. Biasanya hanya yang unggul-unggul mutunya saja yang dipertahankan. b) Kebun Plasma Nutfah Kebun macam ini merupakan perkembangan baru di kebun koleksi, cakupannya lebih luas . Dalam kebun ini bukan hanya plasma nutfah yang masuk kategori bibit unggul yang dipertahankan, tetapi juga bibit tradisional dan kerabat liarnya. Kebun plasma nutfah baru dalam taraf perintisan, contohnya di Cibinong LIPI dengan inti buah-buahan ; jenis lainnya temu-temuan, talas, dan suweg. c) Kebun Botani Kebun botani yang pertama dikembangkan di Indonesia adalah Kebun Raya Indonesia, didirikan pada tahun 1817. Koleksi yang dipertahankan oleh Kebun raya Bogor, Cibodas Jawa Barat, Purwodadi Jawa Timur dan Bedugul Bali lebih bersifat melestarikan jenis daripada plasma nutfah dalam arti yang sebenarnya. Karena itu, untuk setiap jenis hanya ditanam 2-5 individu. Dengan cara ini dapat ditampung ribuan jenis pada lahan yang luasnya terbatas. Kebun Botani Puspitek serpong mengutamakan tumbuhan ekonomi yang belum mendapat prioritas utama dalam pengembangannya serta yang berasal dari Indonesia sendiri. Jumlah koleksi untuk setiap jenis diwakili oleh sekurangkurangnya 50 individu. Di antara jenis yang diutamakan terdapat tanaman pangan jenis pohon seperti petai, gayam, sawo kecik, kenari, sagu, dan salam. Diharapkan nantinya di kebun botani ini akan lebih ditonjolkan kegiatan pengembangan pemenfaatan dan perekayasaan sifat plasma nutfah yang ada. d) Penyimpanan dalam Kamar-kamar Bersuhu Dingin.
114 Yang disimpan dalam keadaan seperti ini adalah plasma nutfah yang berupa biji. Tidak semua biji dapat disimpan di suhu rendah. Biasanya biji yang berkulit keras atau yang berbiji keras tahan untuk disimpan sampai puluhan tahun secara ini. Biji berkulit tipis seperti nangka, alpukat, durian, tidak dapat disimpan lama dengan cara ini. Selain biji, jaringan, sel, atau organ tanaman dapat diperlakukan serupa. Teknik penyimpanan memerlukan perlakuan yang cermat. Teknologi masa kini memungkinkan untuk memperoleh tanaman dari sel, jaringan, atau organ yang telah lama disimpam dalam kamar-kamar dingin. e) Pengembangan Kebun Raya Di dalam kebun raja, orang dapat menikmati keindahan tanaman dan kesejukan suasananya. Gagasan tentang kebun raja ini sekaligus dapat dikaitkan dengan maksud pemerintah untuk menggalakkan agrowisata. Banyak daerah di Indonesia memiliki kekhususan dalam kekayaan tanaman pangannya. Bila saja di setiap daerah ibu kota kabupaten dapat dikembangkan kebun raja, yang akan menampilkan kekhususan floranya, bukannya menjadi hal yang mustahil tiap kebun raja memiliki kekhasan. Tanaman pangan, sebagai bagian dari daya tarik agrowisata dapat ditata di antara kekayaan flora daerah. Misalnya, bila Manokwari akan mendirikan kebun raja, maka matoa dan talas yang beraneka ragan itu dapat dipamerkan (ditanam) di dalamnya. Kebun raja Ambon dapat memamerkan pohon kemiri, gandaria, dan sagu ; sedang kunyit, sereh, petai, dan durian dapat menjadi bagian yang tak terpisahkan dari koleksi kebun raja Padang. Tindakan-tindakan lain yang senada dengan usaha pelestarian SDA hayati adalah pendirian Suaka Margasatwa, Hutan Lindung, Taman Laut, Perlindungan dan Pengawetan Alam dan Hutan. Sistem penebangan hutan dengan TPI (Tebang Pilih Indonesia ) dapat menjaga agar hutan yang dibuka hanya dipilih pohon-pohon tertentu yang cukup besarnya.
