PK Biologi XI - Semester 1 - Struktur Sel - Bagian 1

PK Biologi XI - Semester 1 - Struktur Sel - Bagian 1


BIOLOGI SMA/MA

Kelas XI Semester I






BAB 1
Struktur Sel


Pendalam Materi



Mengamati Sel sebagai Penyusun Tubuh



Amati gambar berikut. Kemukakan beberapa pertanyaan kepada guru Anda mengenai hal-hal yang ingin Anda ketahui berkaitan dengan sel-sel penyusun tubuh. Misalnya, komponen apa saja yang terkandung di dalam sel-sel tubuh.


Jika diamati menggunakan mikroskop, seluruh makhluk hidup, baik yang mikroskopis maupun makroskopis, tersusun dari bagian bagian kecil yang disebut sel. Sel merupakan tingkatan struktural kehidupan terendah yang memiliki seluruh sifat kehidupan, seperti reproduksi, pertumbuhan dan perkembangan, pemanfaatan energi, respons terhadap lingkungan, homeostasis (pengaturan tubuh), serta adaptasi terhadap lingkungan di sekitarnya. Di dalam setiap sel, keteraturan kehidupan diatur pada tingkat molekuler. Pada organisme multiseluler, seperti tumbuhan dan hewan, terjadi kerja sama berbagai jenis sel yang terspesialisasi dan bergabung membentuk tingkatan struktural kehidupan yang lebih tinggi, yaitu jaringan, organ, dan sistem organ.


Apa sebenarnya sel itu? Pada bab ini, kita akan membahas tentang teori-teori yang berhubungan dengan sel, struktur sel dan fungsinya, organel-organel sel yang terdapat di dalam sel, perbedaan struktur sel tumbuhan dengan sel hewan, serta mekanisme transpor pada membran sel.



I. Penemuan Sel dan Teori tentang Sel


Sel pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan dari Inggris bernama Robert Hooke pada tahun 1665. Saat itu, Hooke mengamati sel gabus dari dinding sel tumbuhan yang sudah mati dengan menggunakan mikroskop sederhana. Ia melihat adanya ruangan kecil kosong, kemudian menamakannya dengan sel (bahasa Latin, cellula = kamar kecil).


Penemuan tentang sel berkembang ketika Antonie Van Leeuwenhoek menjadi orang yang pertama kali melihat sel hidup dari alga Spirogyra dan bakteri dengan menggunakan mikroskop pada tahun 1674. Sejak saat itu, para ilmuwan di seluruh dunia berlomba-lomba untuk melakukan percobaan tentang sel. Banyak sekali ilmuwan yang mencoba untuk mengungkapkan teori-teori tentang sel, di antaranya sebagai berikut.


• Jean Baptiste de Lamarck (1809) mengeluarkan pernyataan bahwa setiap badan hidup merupakan kumpulan sel-sel.

• Ludolph Christian Treviranus dan Johann Jacob Paul Moldenhawer menyatakan bahwa individu merupakan kesatuan dari sel-sel.

• Henriri Dutrochet menyatakan bahwa sel merupakan elemen fundamental dari organisme.

• Theodore Schwann (ahli anatomi hewan) dan Matthias Jakob Schleiden (ahli anatomi tumbuhan) pada tahun 1838 berpendapat bahwa sel merupakan unit dasar kehidupan dan setiap makhluk hidup tersusun dari sel.

• Felix Dujardin (1835) menyatakan bahwa bagian terpenting dari sel hidup adalah cairan yang selalu terdapat di dalam sel hidup.

• Johannes Purkinje (1840) memperkenalkan istilah protoplasma yang merupakan cairan di dalam sel.

• Max Schultze berpendapat bahwa protoplasma merupakan struktur dasar kehidupan dan merupakan bagian penting dari sel.

• Rudolf Ludwig Karl Virchow pada tahun 1858 menyatakan bahwa sel berasal dari sel sebelumnya (omnis cellula e cellula).

• Robert Brown menemukan nukleus (inti sel) pada sel tanaman anggrek. Ia berpendapat bahwa nukleus memiliki arti penting bagi sel karena mengatur segala aktivitas di dalam sel.

• R. Strasburger menyatakan bahwa setiap inti sel berasal dari inti sel sebelumnya melalui pembelahan.

• C. Bernard menyatakan bahwa inti sel merupakan struktur terpenting dari sel yang mengatur seluruh pekerjaan sel.


Berdasarkan hasil penemuan-penemuan para ilmuwan tersebut, dapat disimpulkan hal-hal berikut.


•Semua makhluk hidup terdiri atas sel-sel.

•Sel merupakan unit struktural terkecil makhluk hidup yang menjadi komponen dasar penyusun tubuh makhluk hidup.

•Sel merupakan unit fungsional karena sel melakukan suatu fungsi kehidupan, seperti sintesis protein yang berhubungan dengan pembentukan sifat morfologis dan fisiologis, reproduksi dalam proses pertumbuhan dan perkembangan, melakukan respons, serta melakukan pemanfaatan energi.

•Semua sel berasal dari sel sebelumnya.

•Sel merupakan unit hereditas yang dapat mewariskan sifat genetik dari satu generasi ke generasi berikutnya.


II. Kisaran Ukuran Sel


Sebagian besar sel berdiameter antara 1-100 mikrometer (um) dengan volume berkisar antara 1-1.000 um. Sel hewan berdiameter sekitar 20 um, sel tumbuhan berdiameter sekitar 40 pm, sel Amoeba berdiameter 90-800 pm, dan sel alga yang besar berdiameter 50.000 um (50 mm). Ukuran sel yang sangat kecil tersebut menyebabkan sel sulit diamati dengan mata telanjang. Oleh karena itu, digunakan mikroskop untuk mengamati sel. Mikroskop yang biasanya digunakan di laboratorium sekolah adalah mikroskop cahaya (light microscope, LM). Pada mikroskop cahaya, cahaya tampak dilewatkan melalui spesimen menembus lensa kaca. Lensa kaca merefraksi (membelokkan) cahaya, kemudian bayangan spesimen diperbesar dan diproyeksikan ke mata.


Pengamatan struktur subseluler atau tingkat organel yang berada di dalam sel tidak dapat diamati dengan mikroskop cahaya. Organel-organel sel hanya dapat diamati menggunakan mikroskop elektron (electron microscope, EM). Mikroskop elektron memfokuskan berkas elektron melalui spesimen, Berkas elektron memiliki panjang gelombang yang jauh lebih pendek dari panjang gelombang cahaya tampak. Resolusi (penguraian) mikroskop elektron kira-kira 0,1 nanometer (nm) atau ratusan kali lipat lebih kecil dibandingkan dengan mikroskop cahaya. Mikroskop elektron baik sekali digunakan untuk mengkaji spesimen sel mati, sedangkan mikroskop cahaya lebih cocok digunakan untuk mengkaji spesimen sel-sel hidup.


Terdapat dua jenis mikroskop elektron yang digunakan saat ini, yaitu sebagai berikut.


•Mikroskop elektron transmisi (transmission electron microscope, TEM) digunakan untuk mengkaji struktur ultra internal sel.

•Mikroskop elektron payar (scanning electron microscope, SEM) digunakan untuk mengamati permukaan spesimen.



II. Tipe Sel


Secara struktural, terdapat dua tipe sel, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik. Setiap makhluk hidup tersusun dari salah satu tipe sel tersebut. Organisme yang memiliki sel prokariotik, yaitu Archaebacteria, Eubacteria, dan Cyanobacteria. Organisme yang memiliki sel eukariotik, yaitu Protista, Fungi (jamur), Plantae (tumbuhan), dan Animalia (hewan).


A. Sel Prokariotik


    Prokariotik (Yunani, pro = sebelum, karyon = inti) merupakan sel yang belum memiliki nukleus atau tidak memiliki membran inti yang memisahkan materi genetik di inti sel dengan bagian sel lainnya. Materi genetik (DNA) pada sel prokariotik tampak terkonsentrasi pada suatu tempat yang disebut nukleoid. Sel prokariotik memiliki DNA sirkuler (plasmid), sejumlah ribosom yang berfungsi untuk sintesis protein, membran plasma yang membatasi sel, serta dinding sel yang terdapat di sebelah luar membran plasma dan dilapisi kapsul seperti gel. Sebagian sel prokariotik (bakteri) ada yang memiliki organel perlekatan berupa pili dan organel pergerakan berupa flagela. Sel bakteri (prokariotik) pada umumnya berdiameter 0,1-1,0 um.


B. Sel Eukariotik


    Eukariotik (Yunani, eu = sebenarnya, karyon = inti) merupakan sel yang memiliki nukleus yang sebenarnya atau materi genetik (DNA) yang dibungkus oleh membran inti. Pada sitoplasma atau daerah antara nukleus dan membran sel, terdapat medium semi cair yang disebut sitosol serta organel-organel sel yang sebagian besar tidak terdapat pada sel prokariotik. Sel eukariotik umumnya berdiameter 10-100 pm.



IV. Komponen Kimiawi Sel


A. Unsur dan Senyawa Kimiawi Makhluk Hidup


Di dalam sel hidup, terdapat senyawa kimiawi hasil dari aktivitas sel yang disebut biomolekul. Seluruh senyawa tersebut saling berinteraksi secara terarah dan teratur sehingga menunjukkan ciri kehidupan. Untuk mengetahui jenis senyawa dan unsur yang menyusun tubuh makhluk hidup, perlu dilakukan suatu analisis. Terdapat perbedaan komposisi senyawa penyusun tubuh hewan dengan tumbuhan. Tubuh hewan lebih banyak mengandung protein, sedangkan tubuh tumbuhan lebih banyak mengandung karbohidrat.


Seperti halnya sel, komponen kimiawi sel juga merupakan komponen yang dibutuhkan untuk menyusun tubuh makhluk hidup. Komponen dasar tersebut merupakan unsur dan senyawa dasar yang penting untuk aktivitas sel di dalam tubuh makhluk hidup. Kebutuhan unsur dan senyawa dasar tersebut diambil dari makanan dan lingkungan sekitarnya Senyawa dasar secara bertahap diubah menjadi senyawa yang lebih kompleks, baik fungsi maupun strukturnya, biasa disebut makromolekul.


B. Struktur dan Fungsi Makromolekul


    Makromolekul merupakan molekul besar yang terdiri atas banyak atom atau blok penyusun. Sebagian besar makromolekul berupa polimer atau suatu molekul panjang yang terdiri atas banyak blok penyusun identik dan dihubungkan dengan ikatan-ikatan kovalen. Blok penyusun dari suatu polimer adalah molekul kecil yang disebut monomer. Monomer-monomer dihubungkan melalui suatu reaksi kondensasi atau dehidrasi sehingga dua molekul dapat berikatan secara kovalen melalui pelepasan satu molekul air. Sel hidup memiliki empat makromolekul, yaitu karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat.


1. Karbohidrat


Karbohidrat adalah polihidroksi aldehida (golongan aldosa) atau polihidroksi keton (golongan ketosa) dengan rumus molekul (CHO), Karbohidrat berfungsi sebagai bahan penyusun struktur sel dan sumber energi. Karbohidrat merupakan polimer yang tersusun dari monomer-monomer. Berdasarkan jumlah monomer yang menyusun polimer, karbohidrat dapat digolongkan menjadi monosakarida, disakarida, dan polisakarida.


a. Monosakarida


    Monosakarida (Yunani, monos = tunggal, sacchar = gula) yang umum terdapat di alam, memiliki atom C berjumlah sekitar 3-7 atom. Pemberian nama monosakarida ditentukan oleh jumlah atom C, misalnya triosa (memiliki 3 atom C), pentosa (memiliki atom C), dan heksosa (memiliki 6 atom C). Monosakarida dapat 5 berasal dari golongan aldosa (gula aldehida) maupun golongan ketosa (gula keton). Senyawa-senyawa yang termasuk monosakarida, yaitu gliseraldehid, ribosa, glukosa, galaktosa, dihidroksiaseton, ribulosa, dan fruktosa. Struktur antara glukosa dan galaktosa hanya berbeda dalam penempatan bagian-bagian di sekitar karbon asimetris (karbon yang terikat dengan empat jenis pasangan kovalen yang berbeda). Glukosa merupakan nutrien utama sel, sedangkan ribosa dan ribulosa terkandung dalam asam nukleat (DNA, RNA, dan koenzim).


b. Disakarida


    Disakarida terdiri atas dua monosakarida yang dihubungkan oleh suatu ikatan glikosidik, yaitu suatu ikatan kovalen yang terbentuk melalui reaksi dehidrasi. Senyawa yang termasuk disakarida, yaitu maltosa, selobiosa, laktosa, dan sukrosa. Maltosa terdiri atas dua molekul glukosa, biasanya dihasilkan dari hidrolisis pati dan digunakan sebagai bahan pembuatan bir. Selobiosa berasal dari hidrolisis selulosa dan terdiri atas dua molekul glukosa. Laktosa terdiri atas satu molekul glukosa yang berikatan dengan satu molekul galaktosa dan dapat ditemukan di dalam susu. Sukrosa terdiri atas glukosa dan fruktosa, yang dapat ditemukan dalam tanaman tebu (Saccharum officinarum) dan umbi bit serta dikenal sebagai gula yang sehari-hari kita konsumsi.


c. Polisakarida


Polisakarida merupakan makromolekul yang terdiri atas ratusan hingga ribuan monosakarida yang saling berikatan melalui ikatan glikosidik. Beberapa fungsi dari polisakarida adalah sebagai berikut.


•Sebagai materi simpanan atau cadangan. Jika diperlukan, polisakarida akan dihidrolisis menjadi gula untuk kebutuhan sel. Contohnya pati atau amilum yang terdapat pada tanaman dan glikogen yang terdapat pada hewan. Bentuk pati yang sederhana atau tidak bercabang disebut amilosa, sedangkan bentuk pati yang lebih kompleks atau polimer bercabang disebut amilopektin. Pada manusia dan Vertebrata, glikogen banyak disimpan di dalam sel hati dan otot.

•Sebagai materi pembangun (struktural), contohnya selulosa dan kitin. Selulosa merupakan bahan penyusun dinding sel tumbuhan. Kitin merupakan bahan penyusun eksoskeleton pada Arthropoda, seperti serangga, laba-laba, dan udang. Monomer kitin terdiri atas molekul glukosa dengan cabang yang mengandung nitrogen. Pada bidang kedokteran, kitin dapat digunakan untuk membuat benang operasi yang kuat dan fleksibel serta akan terurai setelah sayatan atau luka sembuh.


2. Lipid


Lipid berfungsi sebagai komponen struktural membran sel, cadangan bahan bakar (sumber energi), lapisan pelindung, komponen vitamin, dan komponen hormon. Lipid bersifat hidrofobik, yaitu sedikit atau tidak memiliki afinitas (ketertarikan) terhadap air. Senyawa lipid yang paling penting bagi makhluk hidup adalah lemak, fosfolipid, dan steroid. Senyawa lipid lainnya, yaitu sfingolipid, lilin, karotenoid (sebagai bahan baku vitamin A), dan limonen dalam minyak lemon.


a. Lemak


Lemak disebut juga trigliserida atau triasilgliserol dan tersusun dari satu molekul gliserol dan tiga molekul asam lemak. Gliserol merupakan sejenis alkohol dengan tiga atom karbon yang masing-masing mengandung gugus hidroksil, sedangkan asam lemak terdiri atas 16 hingga 18 atom karbon. Asam lemak dapat dibedakan menjadi asam lemak jenuh dan asam lemak tidak jenuh. Pada asam lemak jenuh tidak terdapat ikatan ganda di antara atom-atom karbon pada struktur ekor hidrokarbon sehingga atom hidrogen sebanyak mungkin akan terikat pada kerangka karbon. Contoh asam lemak jenuh, yaitu asam stearat dan asam palmitat. Pada asam lemak tidak jenuh terdapat satu atau lebih ikatan ganda yang terbentuk melalui pengeluaran atom hidrogen dari kerangka karbon. Contoh asam lemak tidak jenuh, yaitu asam linoleat, asam oleat, dan asam linolenat.


Lemak yang memiliki asam lemak jenuh disebut lemak jenuh, contohnya lemak hewan yang berbentuk padat pada suhu ruangan. Sementara itu, lemak yang memiliki asam lemak tidak jenuh disebut lemak tidak jenuh, contohnya lemak nabati (minyak tumbuhan) dan minyak ikan yang berbentuk cair pada suhu ruangan.


b. Fosfolipid


    Fosfolipid (fosfogliserida) terdiri atas gliserol, asam lemak, dan alkohol. Gugus hidroksil pada molekul gliserol berikatan dengan gugus fosfat. Pada umumnya, fosfolipid tersusun dari dua jenis asam lemak, yaitu jenuh dan satu lagi yang bersifat tidak jenuh. Fosfolipid menunjukkan sifat ambivalen terhadap air karena memiliki ekor hidrokarbon yang bersifat hidrofobik (tidak memiliki afinitas terhadap air) dan kepala dengan gugus fosfat yang bersifat hidrofilik (memiliki afinitas terhadap air). Fosfolipid merupakan komponen utama membran sel. Membran sel tersusun dari lapisan ganda (bilayer) fosfolipid.


c. Sfingolipid


    Sfingolipid tersusun dari tiga komponen, yaitu satu molekul sfingosin, satu molekul asam lemak, dan satu kepala polar fosforilkolin. Sfingolipid terdapat pada selubung mielin sel saraf.


d. Steroid


Steroid merupakan lipid yang memiliki kerangka karbon dengan bentuk empat cincin yang menyatu. Senyawa yang termasuk ke dalam kelompok steroid, yaitu stigmasterol dan sitosterol (terdapat pada tanaman), ergosterol (terdapat pada ragi dan merupakan bahan baku vitamin D), serta kolesterol. Kolesterol terdapat dalam otak, sel saraf, membran sel, dan berperan sebagai prekursor (senyawa pendahulu) dalam sintesis hormon seks Vertebrata. Namun, jika konsentrasi kolesterol dalam darah terlalu tinggi, akan menyebabkan aterosklerosis.


e. Lilin


Lilin merupakan senyawa yang terbentuk dari ester asam lemak dengan alkohol yang bukan gliserol. Asam lemak yang menyusun lilin umumnya adalah asam palmitat. Sementara itu, alkohol penyusunnya umumnya memiliki 26 hingga 34 atom karbon (C).


3. Protein


Protein merupakan komponen penyusun sel yang meliputi sekitar 50% dari bobot kering sel tersebut. Protein berfungsi sebagai dukungan struktural, penyimpanan, pergerakan, transpor substansi tertentu, pengiriman sinyal, enzim, dan pertahanan untuk melawan substansi asing. Molekul protein sangat beragam, baik struktur maupun fungsinya. Manusia memiliki puluhan ribu jenis protein yang berbeda. Meskipun sangat beragam, tetapi semua jenis protein merupakan polimer yang dibangun dari kumpulan 20 jenis asam amino, yaitu glisin, alanin, valin, leusin, isoleusin, metionin, fenilalanin, triptofan, prolin, serin, treonin, sistein, tirosin, asparagin, glutamin, asam aspartat, asam glutamat, lisin, arginin, dan histidin. Asam amino adalah molekul organik yang memiliki gugus karboksil dan amino. Polimer asam amino disebut juga polipeptida. Suatu protein terdiri atas satu atau lebih polipeptida. Setiap polipeptida spesifik karena memiliki urutan linier yang unik dari asam-asam amino tersebut.


Setiap jenis molekul protein memiliki bentuk tiga dimensi atau konformasi yang unik. Namun, bentuk konformasi tersebut dapat berubah dari konformasi asli apabila terjadi perubahan kondisi fisik dan kimiawi lingkungan protein tersebut, misalnya pH, konsentrasi garam, dan suhu. Perubahan bentuk konformasi asli karena perubahan kondisi lingkungan disebut denaturasi.


4. Asam Nukleat


Asam nukleat berfungsi sebagai tempat penyimpanan sifat individu yang diwariskan, penyimpanan energi. dan koenzim. Asam nukleat merupakan polinukleotida, yaitu suatu polimer yang satuan penyusunnya adalah nukleotida. Nukleotida terdiri atas tiga komponen, yaitu basa nitrogen pentosa (gula berkarbon lima), dan gugus fosfat. Ada dua golongan basa nitrogen, yaitu pirimidin dan purin, Basa nitrogen pirimidin terdiri atas timin (T), sitosin (S), dan urasil (U), sedangkan purin terdiri atas adenin (A) dan guanin (G).


Berdasarkan jenis nukleotidanya, asam nukleat dibedakan menjadi dua macam, yaitu asam ribonukleat (RNA) dan asam deoksiribonukleat (DNA). Molekul DNA dan RNA memiliki beberapa perbedaan pokok. DNA hanya memiliki satu macam jenis, sedangkan RNA memiliki tiga macam jenis, yaitu m-RNA (messenger RNA sebagai pembawa pesan). r-RNA (ribosomal RNA yang terdapat dalam ribosom), dan t-RNA (transfer RNA untuk membawa asam amino).


Nukleotida tidak hanya terdapat dalam molekul DNA dan RNA, tetapi juga terdapat dalam molekul lainnya sebagai penyimpan energi dan koenzim. Molekul nukleotida penyimpan energi, misalnya adenosin monofosfat (AMP), adenosin difosfat (ADP), adenosin trifosfat (ATP), guanosin monofosfat (GMP), guanosin trifosfat (GTP), sitidin trifosfat (STP), dan uridin monofosfat (UMP). Molekul nukleotida yang digunakan sebagai koenzim, contohnya nikotinamida adenin dinukleotida (NAD), flavin adenin dinukleotida (FAD), dan flavin mononukleotida (FMN).







Post a Comment

0 Comments