BAB I STRUKTUR DAN FUNGSI SEL Sel adalah satuan unit terkecil dari kehidupan. Kata "sel" itu sendiri dikemukakan oleh Robert Hooke yang berarti "kotak-kotak kosong", setelah ia mengamati sayatan gabus dengan mikroskop. Selanjutnya disimpulkan bahwa sel terdiri dari kesatuan zat yang dinamakan Protoplasma. Istilah protoplasma pertama kali dipakai oleh Johannes Purkinje. Menurut Johannes Purkinje protoplasma dibagi menjadi dua bagian yaitu Sitoplasma dan Nukleoplasma. Robert Brown mengemukakan bahwa Nukleus (inti sel) adalah bagian yang memegang peranan penting dalam sel. Rudolf Virchow mengemukakan sel itu berasal dari sel (Omnis Cellula E Cellula). Berdasarkan ada & tidaknya membran inti sel dibagi menjadi : 1. Prokariotik, misalnya Bakteri dan Alga biru (Cyanophyta) a. Tidak memiliki inti sel yang jelas karena tidak memiliki membran inti sel yang dinamakan nucleoid b. Dinding sel tersusun atas senyawa peptidoglikan c. Diameter sel antara 1-10 mm d. Mengandung 4 subunit RNA polymerase e. Susunan kromosomnya sirkuler 2. Eukariotik, misalnya tumbuhan dan hewan a. Memiliki inti sel yang dibatasi oleh membran inti dan dinamakan nucleus b. Membran selnya tersusun atas senyawa lipoprotein, sisi tengah berupa fosfolipid c. Diameter selnya antara 10-100 mm d. Mengandung banyak subunit RNA polymerase e. Susunan kromosomnya linier Secara anatomis sel dibagi menjadi 3 bagian, yaitu : 1. Selaput Plasma (Membran Plasma atau Plasmalemma) 2. Inti Sel (Nukleus) 3. Sitoplasma dan Organel Sel Perbedaan Sel Hewan dan Sel Tumbuhan (Eukariotik)
Gambar 1.1 Sel tumbuhan (kanan) dan sel hewan (kiri) Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 1
1. Selaput Plasma (Membran Plasma) Yaitu selaput atau membran sel yang terletak paling luar yang tersusun dari senyawa kimia Lipoprotein (gabungan dari senyawa lemak atau Lipid dan senyawa Protein). Lipoprotein ini tersusun atas 3 lapisan yang jika ditinjau dari luar ke dalam urutannya adalah : Protein - Lipid - Protein
Gambar 1.2 Senyawa kimia lipoprotein Lemak bersifat Hidrofobik (tidak larut dalam air) sedangkan protein bersifat Hidrofilik (larut dalam air), oleh karena itu selaput plasma bersifat Selektif Permeabel (teori dari Overton). *Selektif permeabel berarti hanya dapat memasukkan / dilewati molekul tertentu saja. Struktur membran sel yaitu model mozaik fluida yang dikemukakan oleh Singer dan Nicholson pada tahun 1972. Pada teori mozaik fluida membran merupakan 2 lapisan lemak dalam bentuk fluida dengan molekul lipid yang dapat berpindah secara lateral di sepanjang lapisan membran. Protein membran tersusun secara tidak beraturan yang menembus lapisan lemak. Jadi dapat dikatakan membran sel sebagai struktur yang dinamis dimana komponenkomponennya bebas bergerak dan dapat terikat bersama dalam berbagai bentuk interaksi semi permanen. Komponen penyusun membran sel antara lain adalah phosfolipid, protein, oligosakarida, glikolipid dan kolesterol. Fungsi dari selaput plasma ini adalah sebagai tempat transportasi / lalu lintas molekul dan ion secara dua arah. Lalu lintas membran digolongkan menjadi dua cara, yaitu : 1) Transpor pasif Adalah perpindahan molekul dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah, tidak memerlukan energi. Contohnya : difusi dan osmosis a. Difusi Adalah pergerakan partikel (ion, molekul) dari daerah berkonsentrasi tinggi ke daerah berkonsentrasi rendah. 1) Difusi sederhana Bahan yang diangkut bergerak melintasi membran dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, dimana energi untuk gerakannya adalah kalor dari gerakan molekul itu sendiri yang pada akhirnya akan mencapai suatu keseimbangan. Contohnya : ketika kita mencium bau sesuatu, pergerakan O2 melalui membran lipid, gula yang dimasukan ke dalam air.
Gambar 1.3 perpindahan molekul dari gula (sebagai zat terlarut) yang berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi yang rendah (air(sebagai pelarut)) Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 2
2) Difusi berfasilitas Beberapa zat sulit lurut dalam lipid, tetapi tetap dapat melintasi membran lipid melalui suatu proses yang disebut difusi terbantu dengan fasilitas berupa protein yang menembus lapisan lipid yaitu protein integral. Contohnya transfer glukosa melintasi membran yang dibantu oleh protein pembawa.
Gambar 1.4 transfer glukosa melintasi membran yang dibantu oleh protein pembawa.
b. Osmosis (difusi air) Adalah perpindahan air dari potensial air yang tinggi ke potensial air yang lebih rendah. Arah osmosis ditentukan oleh perbedaan konsentrasi zat terlarut total. a. Larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang lebih tinggi disebut hipertonik b. Larutan dengan konsentrasi zat pelarut yang lebih tinggi disebut hipotonik c. Larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang sama dengan zat pelarutnya disebut isotonik d. Jadi pada peristiwa osmosis air berpindah dari larutan hipotonik ke larutan hipertonik.
Gambar 1.5 Proses yang terjadi pada sel hewan (darah) dan sel tumbuhan setelah mengalami osmosis 2) Transpor aktif Adalah perpindahan molekul dari daerah konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi atau melawan gradient konsentrasi sehingga diperlukan energi. Contohnya transport Na+ ke luar dan K+ ke dalam sel.
Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 3
Gambar 1.6 proses transport Na+ ke luar dan K+ ke dalam sel 3. Inti Sel (Nukleus) Inti sel atau nukleus adalah organel yang ditemukan pada sel eukariotik. Organel ini mengandung sebagian besar materi genetik sel dengan bentuk molekul DNA linier panjang yang membentuk kromosom bersama dengan beragam jenis protein. Gen di dalam kromosom-kromosom inilah yang membentuk genom inti sel. Berfungsi sebagai pusat pengendali proses-proses seluler, pertumbuhan, perkembangan dan reproduksi sel. Memiliki dua lapis membran, pada tempat-tempat tertentu membran luar menyatu dengan membran dalam dan membentuk pori inti. Di dalam inti terdapat anak inti (nukleolus) yang berperan sebagai tempat pembentukan RNA ribosom (rRNA)
Gambar 1.7 Gambar penanpang inti sel (nukleus) 4. Sitoplasma dan Organel Sel Bagian yang cair dalam sel dinamakan Sitoplasma khusus untuk cairan yang berada dalam inti sel dinamakan Nukleoplasma, sedang bagian yang padat dan memiliki fungsi tertentu dinamakan Organel Sel. Penyusun utama dari sitoplasma : Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 4
a. air (90%), berfungsi sebagai pelarut zat-zat kimia serta sebagai media terjadinya reaksi kimia sel. b. Organel sel adalah benda-benda solid yang terdapat di dalam sitoplasma dan bersifat hidup (menjalankan fungsi-fungsi kehidupan). Organel Sel tersebut antara lain : a. Retikulum Endoplasma (RE) : sebagai alat transportasi zat-zat di dalam sel itu sendiri Yaitu struktur berbentuk benang-benang yang bermuara di inti sel. Dikenal dua jenis RE yaitu : 1) RE. Granuler (Rough E.R) : berfungsi untuk sintesa protein 2) RE. Agranuler (Smooth E.R) : berfungsi untuk sintesa lemak, metabolisme karbohidrat dan konsentrasi kalsium, detoksifikasi obat-obatan
Gambar 1.8 Retikulum endoplasma halus (panah atas), reticulum endoplasma kasar (panah bawah)
b. Ribosom Struktur ini berbentuk bulat terdiri dari dua partikel besar dan kecil, ada yang melekat sepanjang R.E. dan ada pula yang soliter. Ribosom merupakan organel sel terkecil yang tersuspensi di dalam sel. Fungsi dari ribosom adalah : tempat sintesis protein.
Gambar 1.9 Sub unit ribosom besar dan sub unit ribosom kecil c. Mitokondria (The Power House) Struktur berbentuk seperti cerutu ini mempunyai dua lapis membran. Lapisan dalamnya berlekuk-lekuk dan dinamakan Krista. Fungsi mitokondria adalah sebagai pusat respirasi seluler yang menghasilkan banyak ATP (energi), karena itu mitokondria diberi julukan "The Power House". Mitokondria mempunyai sifat plastis, artinya bentuknya mudah berubah. Mitokondria baru terbentuk dari pertumbuhan serta pembelahan mitokondria yang telah ada sebelumnya (seperti pembelahan bakteri). Penyebaran dan jumlah mitokondria di dalam tiap sel tidak sama dari hanya satu hingga beberapa ribu. Pada sel sperma, mitokondria tampak berderet-deret pada bagian ekor yang digunakan untuk bergerak. Di dalam matriks mitokondria juga terdapat materi genetik, yang dikenal dengan DNA mitokondria, ribosom, ATP, ADP, fosfat anorganik serta ion-ion seperti magnesium, kalsium dan kalium Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 5
Gambar 1.10 susunan organel mitokondria d. Lisosom Lisosom berasal dari kata lyso = pencernaan dan soma = tubuh. Lisosom merupakan kantong yang berbentuk agak bulat dikelilingi membran tunggal yang digunakan sel untuk mencerna makromolekul. Lisosom berisi enzim hidrolitik yang dapat memecahkan (mencerna) polisakarida, lipid, fosfolipid, asam nukleat, dan protein. Enzim hidrolitik itu dinamakan lisozim (protease, nuklease, glikosidase, lipase, fosfolipase, fosfatase, ataupun sulfatase). Lisosom berperan dalam pencernaan intra sel.
Gambar 1.11 Proses pembentukan lisososm yang dihasilkan dai badan golgi Pembentukan lisosom : 1) Enzim lisosom adalah suatu protein yang diproduksi oleh ribosom dan kemudian masuk ke dalam RE. Dari RE enzim dimasukkan ke dalam membran kemudian dikeluarkan ke sitoplasma menjadi lisosom 2) Selain ini ada juga enzim yang dimasukkan terlebih dahulu ke dalam golgi. Oleh golgi, enzim itu dibungkus membran kemudian dilepaskan di dalam sitoplasma (Gambar 1.11). 3) Jadi proses pembentukan lisosom ada dua macam, pertama dibentuk langsung oleh RE dan kedua oleh golgi. Fungsi utama lisosom adalah : Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 6
1) Endositosis dan Eksositosis a) Endositosis ialah pemasukan materi makromolekul dari luar sel ke dalam sel . b) Materi-materi ini akan dibawa ke vesikel kecil dan tidak beraturan, yang disebut endosom awal c) Beberapa materi yang masuk dengan cara endositosis itu tersebut dipilah dan ada yang digunakan kembali (dibuang ke sitoplasma), d) Materi yang tidak dimasukkan ke sitoplasma dibawa ke lisosom untuk dicerna oleh enzim hidrolitik yang hasilnya bisa dipakai dan dimasukkan ke sitoplasma e) Materi yang tidak tercerna di eksositosikan ke luar sel 2) Fagositosis a) Fagositosis merupakan proses pemasukan partikel berukuran besar dan mikroorganisme seperti bakteri dan virus ke dalam sel. b) Pertama, membran akan membungkus partikel atau mikroorganisme dan membentuk fagosom. c) Kemudian, fagosom akan berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (endosom lanjut). 3) Autofagi. a) Proses autofagi digunakan untuk pembuangan dan degradasi bagian sel sendiri, seperti organel yang tidak berfungsi lagi. b) Mula-mula, bagian dari retikulum endoplasma kasar menyelubungi organel dan membentuk autofagosom. c) Setelah itu, autofagosom berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (atau endosom lanjut). d) Proses ini berguna pada sel hati, transformasi berudu menjadi katak, dan embrio manusia
Gambar 1.12 Proses yan menggambarkan a. phagositosis, b. pinositosis, c. endositosis Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 7
e. Badan Golgi / Apparatus Golgi (pada hewan) atau Diktiosom (pada tumbuhan) Organel ini terdapat hampir di semua sel eukariotik dan banyak dijumpai pada organ tubuh yang melaksanakan fungsi ekskresi, misalnya ginjal dan sekresi enzim-enzim, misalnya kelenjar. Setiap sel hewan memiliki 10 hingga 20 badan Golgi, sedangkan sel tumbuhan memiliki hingga ratusan badan Golgi. Badan Golgi ditemukan oleh seorang ahli histologi dan patologi berkebangsaan Italia yang bernama Camillo Golgi. Fungsi badan golgi : 1. Membentuk kantung (vesikula) untuk sekresi. Terjadi terutama pada sel-sel kelenjar kantung kecil tersebut, berisi enzim dan bahan-bahan lain. 2. Membentuk membran plasma. Kantung atau membran golgi sama seperti membran plasma. Kantung yang dilepaskan dapat menjadi bagian dari membran plasma. 3. Membentuk dinding sel tumbuhan 4. Fungsi lain ialah dapat membentuk akrosom pada spermatozoa yang berisi enzim untuk memecah dinding sel telur dan pembentukan lisosom. 5. Tempat untuk memodifikasi protein 6. Untuk menyortir dan memaket molekul-molekul untuk sekresi sel 7. Untuk membentuk lisosom .
Gambar 1.13 Organel badan golgi g. Vakuola (Rongga Sel) 1) Selaput pembatas antara vakuola dengan sitoplasma disebut Tonoplas 2) Vakuola berisi : garam-garam organik, glikosida, tanin (zat penyamak), minyak eteris (misalnya Jasmine pada melati, Roseine pada mawar, Zingiberine pada jahe), alkaloid (misalnya Kafein, Kinin, Nikotin, Likopersin dan lain-lain), enzim dan butir-butir pati 3) Vakuola ditemukan pada sel tumbuhan dan sel hewan. Namun, vakuola pada sel tumbuhan memiliki bentuk dan fungsi yang lebih nyata dibandingkan dengan sel hewan 4) Pada beberapa spesies dikenal adanya vakuola kontraktil dan vaknola non kontraktil. 5) Fungsi vakuola : 1) memelihara tekanan osmotik sel Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 8
2) penyimpanan hasil sintesa berupa glikogen, fenol 3) mengadakan sirkulasi zat dalam sel h. Sentriol 1) Sentorom merupakan wilayah yang terdiri dari dua sentriol (sepasang sentriol) yang terjadi ketika pembelahan sel 2) Dapat membentuk struktur seperti jala (benang spindel) yang terdiri atas mikritubulus yang akan menarik kromosom menuju ke kutub berlawanan pada proses pembelahan sel 3) Umumnya ditemukan di dekat inti, sel hewan memiliki sentriol sedangkan sel tumbuhan tidak memiliki sentriol 4) Terdapat sejumlah fase tersendiri dalam duplikasi sentrosom, dimulai dengan G1 dimana sepasang sentriol akan terpisah sejauh beberapa mikrometer. Kemudian dilanjutkan dengan S, yaitu sentirol anak akan mulai terbentuk sehingga nanti akan menjadi dua pasang sentriol. Fase G2 merupakan tahapan ketika sentriol anak yang baru terbentuk tadi telah memanjang. Terakhir ialah fase M dimana sentriol bergerak ke kutub-kutub pembelahan dan berlekatan dengan mikrotubula yang tersusun atas benang-benang spindel. i. Peroksisom 1) Mengandung enzim katalase dan peroksidase yang berfungsi untuk menetralkan hydrogen peroksida (H2O2) yang bersifat racun menjadi air H2O2 H2O + O2 2) Enzim katalase juga berfungsi dalam metabolisme lemak dan fotorespirasi 3) Peroksisom terdapat banyak pada sel-sel yang melakukan metabolisme lemak, sel-sel hati, biji dan daun yang melakukan fotorespirasi j. Sitoskeleton Sitoskeleton terdiri atas 3 macam benang, yaitu : 1) Mikrotubulus Berbentuk benang silindris, kaku, berfungsi untuk mempertahankan bentuk sel dan sebagai "rangka sel". 2) Mikrofilamen atau filamen aktin Mikrofilamen adalah rantai ganda protein yang saling bertaut dan tipis, terdiri dari protein yang disebut aktin. Mikrofilamen berperan dalam pergerakan se.l 3) Filamen antara (Serabut antara) Filamen antara adalah rantai molekul protein yang berbentuk untaian yang saling melilit. Fungsi Sitoskeleton adalah sebagai berikut : 1) Memberikan kekuatan mekanik pada sel 2) Menjadi kerangka sel 3) Membantu gerakan substansi dari satu bagian sel ke bagian yang lain.
Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 9
k. Sitoplasma (plasma sel) 1) Tersusun atas padatan dan cairan 2) Cairan sitoplasma bersifat koloid yang mengandung : air, protein, asam amino, vitamin, nukleotida, asam lemak, gula dan ion-ion 3) Padatan sitoplasma terdiri atas organel-organel sel 4) Tempat berlangsungnya kegiatan metabolism sel berupa pembongkaran dan penyusunan zat-zat melalui reaksi kimia l. Plastida Plastida adalah organel sel yang menghasilkan warna pada sel tumbuhan. ada tiga macam plastida, yaitu : 1. leucoplast : plastida yang berwarna putih berfungsi menyimpan cadangan makanan meliputi elaioplast (berupa minyak) dan amiloplast (berupa amilum) 2. kloroplast : plastida yang umumnya berwarna hijau. Terdiri dari : klorofil a dan b (untuk fotosintesis), xantofil, dan karoten 3. kromoplast : plastida yang banyak mengandung karoten (kuning jingga dan merah), misalnya pada bunga, buah masak dan daun yang akan gugur
Gambar 1.14 Penampang organel plastida Tabel 1 Perbedaan Sel Tumbuhna Dan Sel Hewan Pembeda Sel Hewan Sel Tumbuhan Dinding sel Tidak ada Ada Kloroplast Tidak ada Ada Sentriol Ada Tidak ada Lisosom Ada Tidak ada Vakuola Kecil dan banyak Besar dan sedikit Plasmodesmata Tidak ada Ada Timbunan zat makanan Lemak atau glikogen Amilum
Modul Biologi SMA Kelas XI
Page 10
