STRUKTUR SEL

Berdasarkan penemuan sel oleh Robert hooke, berkembangkah teori-teori mengenai sel. Jacob Scheiden da theodor Schwan mengemukakan bahwa sel merupakan unit struktural terkecil pada makhluk hidup. Menurut Max Schultze, sel merupakan kesatuan fungsional kehidupan. Rudolph Virchow berpendapat bahwa omnis cellula ex cellulae ( semua sel berasal dari sel sebelumnya). Sementara itu, teori mengenai sel sebagai unit hereditas makhluk hidup dikemukakan oleh Robert Brown, Felix Durjadin, dan Johanes Purkinye.

A. Struktur dan Fungsi Bagian-bagian Sel

Berdasarkan jenisnya, sel dibedakan menjadi 2 macam yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik.

1. Struktur Sel Prokariotik

Sel prokariotik yaitu sel yang tidak memiliki membran inti. Makhluk hidup uniseluler termasuk golongan sel prokariotik. Contoh bakteri (bacteria) dan sianobacteria (cyanobacteria). Struktur sek prokariotik sebagai berikut.

a. Dinding sel tersusun atas peptidoglikan, lipid, dan protein. Dinding sel berfungsi sebagai pelindung dan pemberi bentuk tubuh.

b. Membran plasma tersusun atas molekul lipid atau protein. Membran plasma berfungsi sebagai pelindung dan molekuler sel terhadap lingkungan di sekitarnya.

c. Sitoplasma tersusun atas air, protein, lipid, mineral, da enzim-enzim. Enzim-enzim untuk mencerna makanan secara ekstraseluler dan untuk melakukan proses metabolisme sel.

d. Mesosom berfungsi sebagai penghasil energi. Pada membran mesosom terdapat enzim-enzim pernapasan yang berperan dalam reaksi-reaksi oksidasi untuk menghasilkan energi.

e. Ribosom sebagai tempat berlangsungnya sintesis protein.

f. DNA tersusun atas gula deoksiribosa, fosfat, dan basa-basa nitrogen. DNA berfungsi sebagai pembawa informasi genetik yaitu sifat-sifat yang harus diwariskan kepada keturunannya.

g. RNA merupakan persenyawaan hasil transkripsi DNA. RNA berfungsi membuat kode-kode genetik sesuai pesanan DNA, kemudian akan diterjemahkan dalam bentuk urutan asam amino dalam proses sintesis protein.

2. Struktur Sel Eukariotik

Sel eukariotik yaitu sel yang memiliki membran inti dan sistem endomembran yaitu organel-organel bermembran seperti retikulum endoplasma, kompleks Golgi, mitokondria, dan Lisosom. Sel hewan dan sel tumbuhan tergolong sel eukariotik.

Struktur sel eukariotik terdiri atas tiga komponen utama yaitu membrane plasma, sitoplasma, dan organel-organel sel.

a. Membran Plasma

Membran plasma merupakan bagian terluar sel yang melindungi protoplasma. Membran plasma bersifat selektif permeabel, artinya hanya dapat dilalui molekul-molekul tertentu seperti glukosa, asam amino, gliserol, dan berbagai ion. Membran plasma berfungsi melindungi isi sel, mengatur keluar masuknya berbagai zat, dan sebagai tempat reaksi respirasi dan oksidasi.

Membran plasma terdiri atas lapisan protein dan lapisan lipid (lipoprotein). Lapisan lipid disusun oleh fosfolipid, glikolipid, dan sterol. Lapisan protein membran sel terdiri atas glikoprotein. Lapisan protein membentuk dua macam lapisan yaitu lapisan protein perifer dan integral.

b. Sitoplasma

Sitoplasma adalah cairan sel yang berada di luar plasma inti. Komponen utama penyusun sitoplasma sebagai berikut.

1) Cairan seperti gel yang disebut sitosol.

2) Substansi genetik simpanan dalam sitoplasma.

3) Sitoskeleton yang berfungsi sebagai kerangka sel.

4) Organel-organel sel.

Sifat-sifat fisikawi matriks sitoplasma meliputi efek Tyndal, gerak Brown, gerak siklosis, memiliki tegangan permukaan, dan bersifat elekrolit. Sifat biologis matriks sitoplasma meliputi mampu mengenali rangsang (iritabilita) dan mengantar rangsang (konduktivitas). Adapun fungsi sitoplasma yaitu sebagai sumber bahan kimia penting bagi sel dan tempat terjadinya reaksi metabolisme.

c. Organel-Organel Sel

Organel-organel sel terdapat dalam sitoplasma. Macam-macam organel penyusun sel sebagai berikut.

1) Inti Sel (Nukleus)

Nukleus merupakan organel terbesar yang berada dalam sel dengan diameter sekitar 10 µm. Nukleus berfungsi sebagai pengatur pembelahan sel, pengendali seluruh kegiatan sel, dan pembawa informasi genetik.

2) Retikulum Endoplasma (RE)

Retikulum endoplasma merupakan jaringan yang tersusun oleh membran yang berbentuk seperti jala. Terdapat dua tipe retikulum endoplasma yaitu RE kasar dan RE halus. RE kasar adalah RE yang ditempeli ribosom dan tampak berbintil-bintil. RE halus adalah RE yang tidak ditempeli ribosom. RE memiliki beberapa fungsi berikut.

a) Mensintesis lemak dan kolesterol (RE kasar dan RE halus).

b) Menampung protein yang disintesis oleh ribosom (RE kasar).

c) Transportasi molekul-molekul (RE kasar dan halus).

d) Menetralkan racun (detoksifikasi)

3) Ribosom

Ribosom merupakan struktur unit gabungan protein dengan RNA-ribosom (disingkat RNA-r). Ribosom terdiri atas dua subunit, yaitu subunit kecil dan subunit besar. Ribosom berperan dalam sintesis protein.

4) Kompleks Golgi

Kompleks Golgi tersebar dalam sitoplasma dan merupakan salah satu komponen terbesar dalam sel. Kompleks Golgi mempunyai hubungan yang erat dengan RE dalam sintesis protein. Selain itu,kompleks Golgi juga mempunyai beberapa fungsi berikut.

a) Tempat sintesis polisakarida seperti mukus, selulosa, hemiselulosa, dan pektin.

b) Membentuk membran plasma.

c) Membentuk kantong sekresi untuk membungkus zat yang akan dikeluarkan sel.

d) Membentuk akrosom pada sperma, kuning telur pada sel telur, dan lisosom

5) Lisosom

Lisosom merupakan kantong membran yang enzim-enzim hidrolitik (lisozim) seperti enzim protease, lipase, nuklease, fosfotase, dan enzim pencerna yang lain. Enzim lisosom merupakan protein yang dihasilkan di ribosom dan dihasilkan di dalam ruangan retikulum endoplasma. Lisosom terdapat hampir pada semua sel eukariotik.

Beberapa fungsi lisosom sebagai berikut.

a) Melakukan pencernaan intrasel.

b) Autofagi yaitu menghancurkan struktur yang tidak dikehendaki, misalnya organel lain yang sudah tidak berfungsi lagi.

c) Eksositosis yaitu pembebasan enzim ke luar sel.

d) Autolisis yaitu penghancuran diri sel dengan membebaskan isi lisosom ke dalam sel.

6) Badan Mikro

Badan mikro terdiri atas dua tipe,yaitu peroksisom dan glioksisom. Peroksisom terdapat padasel hewan, fungi, dan daun tumbuhan tingkat tinggi. Peroksisom berperan dalam oksidasi substrat menghasilkan H₂O₂ yang selanjutnya dipecah menjadi H₂0 dan O₂, selain itu, peroksisom juga berperan dalam perubahan lemak menjadi karbohidrat dan perubahan purin dalam sel. Sementara itu, glioksisom berperan dalam metabolisme asam lemak dan sebagai tempat terjadinya siklus glioksilat.

7) Mitokondria

Mitokondria memiliki dua jenis membran yaitu membran luar dan membran dalam. Kedua membran ini bersifat kuat, fleksibel, stabil, dan tersusun atas lipoprotein. Membran dalam membentuk tonjolan-tonjolan yang disebut krista. Tonjolan-tonjolan tersebut berfungsi untuk memperluas permukaan agar penyerapan oksigen lebih efektif.

Ruangan dalam mitokondria berisi cairan yang disebut matriks mitokondria. Di dalam matriks mitokondria terdapat enzim pernapasan, DNA, RNA, dan protein.

Mitokondria berfungsi dalam oksidasi makanan, respirasi sel, dehidrogenasi, fosforilasi oksidatif, dan sistem transfer elektron. Berkaitan dengan fungsi tersebut, mitokondria sering disebut the power house of cell.

B. Perbedaan Sel Hewan dan Sel Tumbuhan

Sel hewan dan sel tumbuhan tergolong sel eukariotik. Kedua sel tersebut mempunyai banyak kemiripan. Namun dalam perkembangannya, sel hewan memiliki beberapa perbedaan dengan sel tumbuhan. Sel tumbuhan memiliki organel tertentu yang tidak terdapat pada sel hewan, demikian pula sebaliknya. Sel tumbuhan memiliki dinding sel, plastida, dan vakuola yang tidak dimiliki sel hewan. Sementara itu sel hewan memiliki sentriol yang tidak dimiliki sel tumbuhan.

1. Struktur Sel Tumbuhan

Organel-organel sel yang hanya dimiliki oleh sel tumbuhan yaitu dinding sel, vakuola, dan plastida.

a. Dinding Sel

Dinding sel merupakan lapisan terluar yang tersusun atas selulosa, hemiselulosa,dan pektin. Dinding sel berfungsi sebagai penyokong dan pelindung selaput plasma serta memelihara keseimbangan sel dari tekanan. Adanya dinding sel menyebabkan bentuk sel tumbuhan relatif tetap.

Di antara dua dinding sel yang berdekatan terdapat lamela tengah. Dua sel yang berdekatan dihubungkan oleh saluran yang disebut plasmodesmata.

Dinding sel dibedakan menjadi dua, yaitu dinding sel primer dan dinding sel sekunder. Ciri-ciri dinding sel primer yaitu dibentuk pada waktu sel membelah serta tersusun atas selulosa 9-25%, hemiselulosa, pektin, dan beberapa senyawa lainnya. Ciri-ciri dinding sel sekunder yaitu dimiliki oleh sel-sel dewasa serta tersusun atas selulosa 41-45%, hemiselulosa, dan lignin. Dinding sel dapat mengalami penebalan (lignifikasi) yang mengakibatkan xilem dan sklerenkim mengayu. Bagian dinding sel yang tidak mengalami penebalan disebut noktah.

b. Vakuola

Vakuola atau rongga sel adalah organel sitoplasmik yang berisi cairan yang dibatasi membran tonoplas. Sel dewasa hanya memiliki satu vakuola tengah yang berukuran besar . vakuola memiliki beberapa fungsi sebagai berikut.

1) Tempat menyimpan zat makanan seperti amilum dan gula.

2) Memasukan air melalui tonoplas untuk membangun turgiditas sel bersama dinding sel.

3) Menyimpan pigmen. Pada vakuola sel-sel mahkota bunga, terdapat pigmen warna merah, biru, kuning, dan warna lain.

4) Menyimpan minyak aisiri seperti minyak kayu putih, pepermin, dan aroma harum pada bunga.

Tempat penimbunan sisa metabolisme dan metabolit sekunder seperti Ca-oksalat, tanin, getah karet, dan alkaloid.

c. Plastida

Plastida berasal dari perkembangan proplastida di daerah meristematik. Terdapat tiga tipe plastida berdasarkan kandungan pigmen di dalamnya.

1) Kloroplas

Kloroplas mengandung klorifil, karotenoid, dan pigmen fotosintetik lainnya. Kroroplas tersusun atas membran luar dan dalam.membran luar berfungsi mengatur ke luar masuknya zat. Membran dalam membungkus cairan kloroplas yang disebut stroma. Membran dalam melipat ke arah dalam dan membentuk lembaran-lembaran yang disebut tilakoid. Pada tempat tempat tertentu, tilakoid bertumpuk-tumpuk membentuk grana. Pada umumnya sebuah kloroplas mengandung 40-60 grana. Kloroplas berfungsi sebagai tempat berlangsungnya fotosintesis.

Klorofil dibedakan menjadi empat berdasarkan panjang gelombang (spektrum warna) yang diserap.

a) Klorofil a menyerap spektrum warna hijau-biru.

b) Klorofil b menyerap spektrum warna hijau-kuning.

c) Klorofil c menyerap spektrum warna hijau-cokelat.

d) Klorofil d menyerap spektrum warna hijau-merah.

2) Kromoplas

Kromoplas yaitu plastida yang mengandung pigmen nonfotosintetik (merah, oranye, atau kuning). Pigmen yang terkandung dalam kromoplas yaitu karoten (warna kuning), xantofil (warna kuning kecokelatan), dan fikosianin (warna biru).

3) Leukoplas

Leukoplas yaitu plastida yang tidak berwarna. Biasanya terdapat pada organ penyimpan makanan cadangan seperti biji dan umbi. Ada tiga macam leukoplas yaitu amiloplas untuk menyimpan amilium, elaioplas untuk membentuk dan menyimpan lemak, serta proteoplas untuk menyimpan protein.

2. Struktur Sel Hewan

Sel hewan memiliki perbedaan dengan sel tumbuhan.sel hewan tidak memiliki dinding sel, vakuola, dan plastida. Namun, hewan-hewan uniseluler biasanya memiliki vakuola. Ada dua tipe vakuola pada hewan uniseluler biasanya memiliki vakuola. Ada dua tipe vakuola pada hewan uniseluler sebagai berikut.

a. Vakuola kontraktil, berperan dalam menjaga tekanan osmotik sitoplasma.

b. Vakuola nonkontraktil/vakuola makanan untuk mencerna makanan.

Sel hewan juga memiliki dua sentriol di dalam sentrosom. Sentriol berperan dalam proses pembelahan sel. Saat pembelahan sel, tiap-tiap sentriol memisahkan diri menuju kutub yang berlawanan dan memancarkan benang-benang gelendong pembelahan yang akan menjerat kromosom. Sementara itu, sel tumbuhan tidak memiliki sentrosom dan sentriol, kecuali tumbuhan tingkat rendah.

C. Mekanisme Transpor Melalui Membran

Membran plasma bersifat selektif permeabel (semipermeabel) yang artinya membran plasma dapat dilalui oleh molekul atau ion tertentu. Perpindahan molekul atau ion melewati membran ada dua macam yaitu transpor pasif yaitu difusi dan osmosis.

1. Transpor Pasif

Transport pasif merupakan perpindahan molekul atau ion tanpa menggunakan energi sel. Perpindahan molekul terjadi secara spontan mengikuti gradien konsentrasi dari konsentrasi tinggi ke rendah. Contoh transport pasif yaitu difusi dan osmosis.

a. Difusi

Difusi adalah perpindahan molekul-molekul dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah baik melalui membran plasma ataupun tidak. Difusi dibedakan menjadi dua yaitu difusi sederhana dan difusi terbantu.

1) Difusi Sederhana

Difusi sederhana terjadi secara spontan, molekul zat akan berdifusi menyebar ke seluruh ruang sampai dicapai kesetimbangan. Kesetimbangan ini ditandai dengan kerapatan zat yang seragam di seluruh bagian ruang. Contoh difusi sederhana sebagai berikut.

a) Setetes parfum akan menyebar ke seluruh ruangan (difusi gas di dalam medium udara).

b) Molekul dari sesendok gula akan menyebar ke seluruh volume dalam gelas meskipun tanpa diaduk (difusi zat padat di dalam medium air) sehingga kerapatan zat tersebut merata.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses difusi sebagai berikut.

a) Wujud materi

Zat padat akan lebih lambat dalam proses difusi dibandingkan zat cair dan gas.

b) Ukuran molekul

Molekul yang berukuran besar akan lebih lambat melewati membran daripada molekul yang berukuran kecil.

c) Konsentrasi zat

Semakin besar gradien konsentrasi antara dua sel maka akan semakin cepat laju difusinya.

d) Suhu

Kenaikan suhu akan menyebabkan molekulnya lebih cepat bergerak sehingga laju difusi semakin cepat.

2) Difusi Terbantu

Difusi terbantu merupakan proses difusi dengan perantara protein pembawa dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Sebagai contoh mekanisme difusi terbantu yaitu proses molekul glukosa melewati membran. Membran sel memiliki struktur protein perifer dan protein integral pada lapisan fosfolipidnya. Fungsi protein ini untuk membantu pengangkutan molekul gula yang tidak dapat berdifusi secara spontan melewati membran sel. Proses pengangkutan dengan bantuan protein juga berlaku bagi ion-ion Na⁺, Cl^-, dan Ca²⁺.

b. Osmosis

Osmosis adalah perpindahan molekul dari larutan berkepekatan rendah (hipotonis) ke larutan berkepekatan tinggi (hipertonis) melalui selaput (membran) semipermeabel. Osmosis juga berarti perpindahan molekul air melalui membran semipermeabel dari larutan yang konsentrasi airnya tinggi ke larutan yang konsentrasi airnya rendah.

Proses osmosis dapat menyebabkan kerusakan sel. Apabila konsentrasi larutan dalam sel tinggi, air akan masuk ke dalam sel dan terjadi endosmosis. Endosmosis menyebabkan kehancuran sel karena membran plasmanya robek (lisis). Apabila konsentrasi larutan di luar sel tinggi, air dalam sel akan keluar dan terjadi eksosmosis. Eksosmosis pada hewan akan menyebabkan pengerutan sel (krenasi). Eksosmosis pada tumbuhan akan menyebabkan terlepasnya membran dari dinding sel yang disebut plasmolisis.

2. Transpor Aktif

Pada tranpor aktif terjadi pemompaan molekul melewati membran dan melewati gradien konsentrasi. Transpor aktif memerlukan energi untuk melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif meliputi pompa natrium-kalium, endositosis, dan eksositosis.

a. Pompa Natrium-Kalium

Ion Na⁺ dan K⁺ sangat dibutuhkan oleh tubuh. Kedua ion ini dapat melewati membran. Namun, tubuh lebih membutuhkan ion K⁺ daripada Na⁺ sehingga diperlukan lagi pemasukan ion K⁺ ke dalam sel dan pengeluaran ion Na⁺. konsentrasi ion K⁺ di dalam sel tinggi, sedangkan di luar sel rendah. Sebaliknya, konsentrasi Na⁺ di dalam sel rendah, sedangkan di luar sel tinggi.  Apabila terjadi proses difusi, akan terjadi difusi ion K⁺ dari dalam sel ke luar dan difusi ion Na⁺ dari luar ke dalam sel.

Namun justru terjadi pergerakan ion-ion yang melawan gradien konsentrasi sehingga terjadi pemasukan ion K⁺ dan pengeluaran ion Na⁺. sementara itu, untuk melawan gradien konsentrasi diperlukan sejumlah energi ATP dengan bantuan protein pada membran sel. Setiap pengeluaran 3 ion Na⁺ akan diimbangi dengan pemasukan 2 ion K⁺. oleh karena itu, disebut pompa Natrium-Kalium.

b. Endositosis dan Eksositosis

Endositosis adalah proses pemasukan zat ke dalam sel. Proses ini terjadi melalui fagositosis dan pinositosis. Fagositisis yaitu memakan sel atau benda padat, misalnya sel darah putih memakan benda asing yang masuk ke aliran darah. Pinositosis yaitu memakan atau meminum zat cair, misalnya sel yang memakan zat cair dan memasukannya ke dalam vakuola. Pinositosis terjadi pada sel-sel calendar dan sel eksresi.

Eksositosis adalah proses pengeluaran zat dari dalam sel ke luar sel. Sekret terbungkus kantong membran yang selanjutnya melebar dan pecah. Eksositosis terjadi pada beberapa sel kelenjar atau sel sekresi.