PBL Blok 3

"biologi sel-1"

Analisis Sel dan Bahan Penyusunnya

Ika Puspita*

10-2011-036

Mahasiswa Fakultas Kedokteran UKRIDA

*Alamat Korespendensi:

Fakultas Kedokteran UKRIDA

Jl. Arjuna Utara No. 6, Jakarta 11510, e-mail: ika.puspita20@gmail.com

Pendahuluan :

Tubuh makhluk hidup secara umum terdiri atas sistem yang berkoordinasi . Sistem dibentuk oleh organ-organ, organ dibentuk oleh jaringan-jaringan, sedangkan jaringan dibentuk oleh sel-sel. Secara singkat, artinya tubuh manusia dibentuk oleh sel-sel yang terus menjadi satu kesatuan yang berkoordinasi dan menjalankan fungsinya masing-masing. Sebelumnya, banyak sekali teori yang mucul mengenai kehidupan, yaitu abiogenesis dan biogenesis yang diyakini oleh beberapa pencetusnya yang kemudian kita yakini sekarang adalah makhluk hidup berasal dari benda yang hidup juga. Kemudian berkembang lagi teori-teori mengenai makhluk hidup itu sendiri, yaitu bahwa makhluk hidup terdiri atas sel-sel. Sel adalah dasar dari kehidupan. Tidak ada satupun makhluk hidup yang tidak terdiri dari sel, manusia, hewan, tumbuhan (multiseluer) bahkan bakteri juga memiliki sel (uniseluler). Hanya saja bentuk dan strukturnya yang bervariasi. Sel sangat kecil, namun meskipun kecil, sel merupakan objek yang paling komples di alam semesta. Karena banyak organel yang memiliki fungsi berbeda yang sangat berpengaruh dalam kehidupan.¹

Pembahasan :

1.      Konsep Kehidupan dan Teori Sel

1.1 Konsep Kehidupan (Abiogenesis & Biogenesis)

Asal dari kehidupan merupakan masalah dari abad ke abad. Pada permulaan sekali dipercaya bahwa organisme hidup berasal dari zat tidak hidup secara spontan, teori ini dikenal dengan teori abiogenesis (generatio spontanae) dan dikemukaan oleh Aristoteles (384-322 SM). Teori ini diperkuat oleh perkuat oleh penemuan Anthony Van Leeuwenhoek (1632-1723) bahwa dalam rendaman jerami dapat dilihat berbagai macam mikroorganisme dengan mikroskop. Sehingga timbullah pandangan bahwa makhluk hidup dapat berkembang dari benda-benda mati. Didukung pula oleh John Needham (1748)  diketahui bahwa panas membunuh mikroorganisme. Needham merebus daging kaldu kemudian menutup wadah dengan gabus, setelah didiamkan mikroorganisme muncul kembali. Needham mengklaim bahwa mikroorganisme yang telah mati dan dalam wadah yang tertutup rapat, mikroorganisme dapat muncul kembali dari air kaldu.²

Teori-teori tersebut kemudian banyak dibicarakan dan dipertentangkan orang. Francesco redi, Spalanzani, dan Pasteur adalah para ahli yang menunjukkan ketidakbenaran teori abiogenesis.^2,3

-          Francesco Redi (1660)

Redi melakukan percobaan dengan memasukkan daging ke dalam wadah yang terbuka, dan ke dalam wadah yang tertutup kain kassa. Pada wadah terbuka, belatung muncul dari daging, sedangkan pada wadah tertutup kain kassa, belatung terdapat pada kain kassa. Beliau menyimpulkan belatung berasal dari telur yang ditinggalkan oleh lalat.

-          Spallanzani

Lazzaro Spallanzani menampilkan suatu percobaan yang mirip dengan percobaan Needham, tetapi dengan dua perbedaan yang nyata. Pertama, Spallanzani mendidihkan kaldunya lebih lama, yaitu hampir satu jam. Kedua, Spallanzani menggunakan metoda berbeda dalam menutup tabung, menurutnya menutup dengan gabus tidak cukup kuat. Dengan perlakuan tersebut, wadah Spallanzani tetap bebas dari mikroorganisme, tetapi ketika tutupnya dirusak, ditemukan mikroorganisme setelah 1 jam dibiarkan terbuka. Beliau menyimpulkan bahwa mikroorganisme ada di udara dan mengganda saat masuk ke dalam wadah berisi makanan.

-          Louis Pasteur (1861)

Pecobaan yang dilakukannya adalah dengan merebus kaldu di dalam tabung yang lehernya berkelok-kelok seperti leher angsa. Tujuannya adalah agar bakteri terperangkap/menempel di leher tabung, tetapi masih ada kontak antara kaldu dengan udara. Hasilnya setelah beberapa hari, tidak ada bakteri yang muncul. Beliau menyimpulkan bahwa bakteri bukan berasal dari kaldu dan juga bukan berasal dari udara. Dari percobaannya ini, lahirlah teori biogenesis yang berhasil menjadikannya sebagai father of biogenesis.

Dari banyak percobaan peneliti-peneliti penentang teori abiogenesis didapatkan pembuktian bahwa semua yang hidup berasal dari yang hidup (biogenesis) atau dikenal dengan omne vivum ex ovo, omne ovum ex vivo (semua makhluk berasal dari telur, semua telur berasal dari makhluk hidup).³

1.2 Teori Sel

Sel berasal dari kata cellula yang berarti ruang kecil. Seorang ilmuwan Inggris, Robert Hooke, meneliti sayatan gabus dibawah mikroskop. Robert Hooke melihat bahwa sayatan gabus tersebut tersusun atas ruangan-ruangan kecil yang disebut dengan nama sel. Pada 1835, ahli biologi Perancis, Felix Dujardin menemukan bahwa banyak mikroorganisme yang tersusun atas satu sel saja. Dujardin juga mengamati bahwa bahan atau substansi dari semua sel hidup adalah sama. Tiga tahun kemudian, ahli Botani Jerman, Matthias Jakob Schleiden, menyatakan bahwa semua tumbuhan tersusun atas sel-sel. Kemudian ahli Zoologi Jerman, Theodor Schwan, menyatakan bahwa semua hewan tersusun atas sel-sel. Schleiden dan Schwann kemudian menduga bahwa sel adalah komponen dasar bagi semua makhluk hidup. Dua puluh lima tahun kemudian, Rudolf Virchow, ahli biologi Jerman, menyatakan bahwa tubuh adalah sebuah negara dan setiap sel adalah warganya. Dari penelitian tentang pembelahan sel, Virchow menyimpulkan bahwa sel berasal dari sel lainnya. Hasil observasi para ilmwan selama bertahun-tahun, membentuk suatu teori yang dinamakan teori sel. Teori sel menyatakan bahwa sel merupakan unit struktural yang paling dasar dari makhluk hidup, sel adalah unit fungsional dari makhluk hidup, dan semua sel berasal dari sel lainnya.^2,3

2.      Perbedaan Sel Pada Tiap Makhluk hidup

Sebagaimana teori sel yang ada, bahwa setiap organisme tersusun dari salah satu diantara dua jenis sel yang secara struktural berbeda, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik.⁴

2.1 Sel Prokariotik & Sel Eukariotik

Kata prokariota (prokaryote) berasal dari bahasa Yunani, pro yang berarti sebelum dan karyone yang berarti nukleus. Sehingga sel prokariotik adalah sel yang tidak memiliki nukleus. Materi genetiknya (DNA) terkonsentrasi pada suatu daerah yang disebut nukleoid, dan tidak ada yang membran yang memisahkan daerah nukleoid ini dengan bagian sel lainnya. Yang memiliki sel prokariota adalah golongan monera (bakteri) dan ganggang hijau biru (Cyanobacteria).⁴

Gambar 1. Sel Prokariotik (sumber: http://biologi.blogsome.com/)

Sedangkan kata eukariota berasal dari bahasa Yunani, eu yang berarti sebenarnya dan karyone yang berarti nukleus. Sehingga sel eukariota adalah sel yang memiliki nukleus sesungguhnya yang dibungkus oleh selubung nukleus. Yang termasuk kedalam golongan sel eukariotik adalah makhluk tingkat tinggi seperti golongan protista, fungi, tumbugan, hewan, dan manusia.⁴

Gambar 2. Sel Eukariotik (Sumber: http://biologi.blogsome.com/)

2.2 Perbedaan Sel Prokariotik & Sel Eukariotik

Berikut ini tabel perbedaan sel prokariotik dan sel eukariotik.⁴

Struktur	Prokariotik	Eukariotik
Membran nukleus	-	+
Membran plastida	-	+
Nukleus	-	+
Nukleolus	-	+
Plastida	-	+/-
Mitokondria	-	+
Badan golgi	-	+
Kromosom	+ (tunggal)	+ (ganda)
DNA	+ (telanjang)	+ (dengan protein)
RNA	+	+
Histon	-	+
Pigmen	+	+
Pembelahan	amitosis	Mitosis/meiosis

Tabel 1. Perbandingan Sel Prokariotik dan Sel Eukariotik

(Sumber: http://biologi.blogsome.com/)

3.      Struktur, dan Bahan Penyusun Sel

Sel merupakan unit terkecil penyusun kehidupan, namun meskipun berukuran sangat kecil, sel adalah objek paling kompleks di alam semesta.¹

Komponen utama sel adalah membran plasma, sitoplasma dan nukleoplasma, dan organel sel.^2,3,5

3.1  Membran Plasma

Membran plasma adalah bagian sel yang membatasi sitoplasma dengan lingkungan luar. Penyusun utama membran sel adalah lipid dan protein, namun karbohidrat juga merupakan unsur penting. Model mosaik fluida adalah struktur membran plasma yang dianut saat ini. Model ini menggambarkan bahwa membran plasma memiliki struktur bilayer lipid, diantara molekul lipid terdapat molekul protein. Bagian kepala lipid menghadap bagian luar sel bersifat hidrofilik (senang air) dan bagian ekor lipid menghadap bagian dalam sel bersifat hidrofobik (tidak senang air). Sedangkan karbohidrat menempel pada protein integral, perifer, dan lipid. Fungsi tiap karbohidrat yang menempel pada membran plasma tergantung pada fungsi membran plasma tersebut.

Gambar 3. Membran plasma (sumber: http://biologi.biosome.com/)

Selain berfungsi sebagai pembatas, membran plasma juga berfungsi :

·         Mengatur lalu-lintas senyawa atau ion yang keluar masuk sel

·         Sebagai reseptor molekul-molekul khusus

·         Tempat berlangsungnya berbagai reaksi kimia

·         Sebagai reseptor perubahan lingkungan sel, seperti perubahan suhu, intensitas cahaya, dll.^2,3,5

3.2  Sitoplasma dan Nukleoplasma

Sitoplasma terdiri dari sitosol yang merupakan cairan pengisi sel, dan ruangan-ruangan yang dikelilingi membran disebut organela. Bagian pinggir sitoplasma terdiferensiasi menjadi selaput tipis yang disebut membran plasma. Sitosol mengandung protein-protein terlarut berupa enzim, dan protein berbentuk filamen (aktin dan mikro tubulus) yang disebut sitoskeleton. Sitoplasma berfungsi memberi bentuk sel, namun karena sitoplasma berbentuk gel sehingga tidak dapat mempertahankan bentuk yang tetap. Sitoskeleton yang berada di bawah membran plasma-lah yang menjadi rangka internal untuk mempertahankan bentuk sel serta mengatur dan menimbulkan gerakan sel dan berbagai reaksi enzimatik.

Nukleoplasma merupakan cairan yang terdapat dalam inti sel (nukleus). Nukleoplasma dan sitoplasma dipisahkan oleh membran inti. Membran yang menghadap nukleoplasma disebut mebran nukleoplasmik, sedangan yang menghadap sitoplasma disebut sitosolik.^2,5

3.3  Organel sel

Organel adalah tempat intraseluler kompleks dimana proses-proses yang dibutuhkan untuk terjadinya kehidupan seluler eukariotik. Kebanyakan organel dilapisi membran kecuali ribosom.

Nukleus

Nukleus adalah organel terbesar yang sering disebut otak sel karena fungsinya mengontrol apa yang dilakukan oleh sel. Di dalam nukleus terdapat kromosom (serabut panjang DNA). Pada manusia normal, terdapat 23 pasang kromosom di dalam inti sel. Struktur terluar nukleus adalah selaput inti. Selaput inti ini adalah membran berlapis ganda fosfolipid dengan pori-pori untuk transfer bahan antara sitosol dan nukleus. Struktur lainnya yang menonjol  di dalam inti disebut nukleolus, berfungsi sebagai tempat terjadinya produksi ribosom.^2,3,5

Gambar 4. Struktur nukleus (sumber: www.chem-is-try.org)

Ribosom
Ribosom adalah mesin untuk sintesis protein. Ribosom terdiri dari 40% protein dan 60% RNA ribosomal (rRNA). Ribosom terdiri dari subunit besar dan subunit kecil yang terdapat bebas dalam sitoplasma dan hanya berkumpul jika terjadi sintesis protein. Subunit kecil memiliki tempat pengikatan untuk mRNA yang terbentuk di nukleus, dan subunit besar memiliki 2 tempat pengikatan tRNA, tempat akseptor, dan lokasi peptida, tempat pengikatan membran, dan juga tempat keluarnya protein yang baru dibentuk.^2,3,5

Gambar 5. Struktur Ribosom (sumber: www.elearning-bio.co.cc)

Retikulum Endoplasma (RE)

Retikulum endoplasma sering disingkat RE, merupakan sebuah sistem membran yang berlipat-lipat. Dilihat secara tiga dimensi, sistem membran pada retikulum endoplasma bersatu dengan membran plasma dan membran inti. Retikulum endoplasma ada yang tampak kasar (RE kasar), dan ada pula yang tampak halus (RE halus). Pada permukaan RE kasar terdapat ribosom yang menempel dan membuat RE terlihat kasar. Ribosom yang terikat pada retikulum endoplasma akan terlibat dalam produksi dan modifikasi protein yang kemudian akan dimasukkan ke dalam membran plasma, fungsi lisosom, badan golgi, RE, atau akan disekresikan keluar sel. RE halus   berperan dalam pembentukan lemak, menetralisir racun, dan penyimpanan kalsium yang berguna pada kontraksi sel otot.^2,3,5

Gambar 6. Struktur Retikulum Endoplasma (sumber: http://biologi.blogsome.com/)

Kompleks Golgi

Kompleks golgi disebut juga aparatus golgi. Berbentuk seperti kantung yang pipih, dibatasi oleh membran. Beberapa badan golgi sering terlihat berdekatan dan membentuk kantung yang bertumpuk. Tiga bagian yang terdapat dalam kompleks golgi adalah : cis (yang terdekat dengan RE), medial, dan trans (yang terdekat dengan membran plasma), setiap bagian memiliki tanggung jawab untuk modifikasi yang berbeda. Fungsi utama badan golgi adalah mengolah protein yang bari disintesis. Badan golgi memotong protein berukuran besar yang dihasilkan ribosom menjadi protein berukuran kecil seperti hormon dan neurotransmiter (bahan penerus informasi pada sistem saraf). Badan golgi juga berfungsi menambahkan molekul glukosa ketika proses sintesis glikoprotein.^2,3,5

Gambar 7. Struktur Kompleks Golgi (Sumber: http:// php.med.unsw.edu.au)

Mitokondria

Mitokondria adalah organel berbentuk lonjong yang berada di sitoplasma. Mitokondria memiliki dua lapis membran yang terpisah dengan membran inti, membran sel, dan RE. Membran bagian dalam membentuk lipatan-lipatan, disebut krista.Membran ini mengandung enzim untuk memproduksi energi kimia, dan ATP, pemecahan hasil pencernaan. Membran bagian luar memiliki pori cukup besar untuk melepaskan ATP ke dalam sel sebagai energi untuk berbagai aktivitas sel. Mitokondria dapat mereplikasi dirinya sendiri dan juga mengandung DNAnya sendiri. Karena sifat ini, mitokondria diyakini memiliki asal usul bakteri.^2,3,5

Gambar 8. Struktur mitokondria (Sumber: www.elearning-bio.co.cc)

Lisosom

Lisosom adalah organel yang tertutup dari berbagai ukuran yang memiliki PH internal asam (PH 5). Lisosom berbentuk kantung yang yang dibatasi oleh membran. Lisosom merupakan vesikel sederhana yang berasal dari RE atau kompleks golgi. Di dalam lisosom terdapat enzim-enzim yang berperan dalam dekomposisi atau penguraian sebagian besar sel. Enzim ini hanya akan bekerja pada PH rendah. Jika lisosom terganggu maka isinya akan merusak komponen sel yang ada di dekatnya. Lisosom juga bertanggung jawab untuk menghancurkian komponen sel yang sudah lama atau tidak diinginkan.^2,3,5

Gambar 9. Struktur lisosom (Sumber: http://biologi.blogsome.com/)

Peroksisom

Peroksisom menyerupai lisosom dalam ukuran dan strukturnya. Peroksisom banyak terdapat di sel hati dan ginjal. Peroksisom mengandung enzim untuk mendegradasi asam lemak dan asam amino, serta mensintesis asam empedu. Pada proses degradasi ini terbentuk hidrogen peroksida. Hidrogen peroksida ini sangat toksik untuk sel, tetapi peroksisom memiliki enzim khusus yaitu katalase, yang akan mendegradasi hidrogen peroksida menjadi air dan oksigen.^2,3,5

4.      Analisa Sel (Contoh : Spermatozoa)

          Gambar 10. Struktur Spermatozoa

Struktur sperma, terdiri atas :

^·          Kepala sperma,terdiri atas akrosom, nukleus dan sentriol. Untuk membentuk kepala zat inti memadat menjadi massa yang padat, dan membran sel berkontraksi di sekitar inti. Bagian ini memegang peranan utama pada proses fertilisasi. Akrosom terletak di bagian depan kepala sperma yang dibentuk dari aparatus golgi. Mengandung enzim-enzim seperti hialuronidase dan protease yang berfungsi untuk menembus (melisiskan) membran ovum. Nukleus mengandung berada pada pusat kepala sperma dengan ukuran yang cukup besar, mengandung kode/informasi genetik (DNA) yang akan diwariskan kepada keturunannya.⁶

·         Leher sperma

·         Bagian tengah badan sperma, dikelilingi oleh banyak mitokondria. Mitokondria berfungsi menghasilkan energi bagi sperma dalam pergerakannya. Krista mitokondria yang terkemas padat mengandung komponen fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif sendiri dapat didasarkan pada teori kemiosmotif, bahwa energi untuk sintesi ATP dihasilkan oleh gradien proton melintasi membran mitokondria bagian dalam. Jadi kalau misalnya, jumlah mitokondrianya sedikit, maka sperma akan memiliki pergerakan yang lambat. Karena saat sperma berada pada lingkungan erobik, diperlukan 60-85% ATP. ⁷

·         Ekor sperma memiliki struktur yang hampir sama dengan silia. Ekor sendiri merupakan pertumbuhan keluar dari sentriol. Ekor mengandung dua pasang mikrotubulus yang turun ke tengah dan sembilan mikrotubulus ganda yang tersusun sekitar pinggir. Ekor berfungsi untuk pergerakan sel. Saat sperma masuk kedalam saluran genitalis wanita ekor akan mulai bergerak memberikan dorongan agar sperma bergerak ke depan, dengan kecepatan maksimum 20 cm per jam.⁷

Penutup :

Sel adalah dasar dari kehidupan yang saling berkoordinasi dan menjalankan fungsinya masing-masing. Sebelumnya banyak teori mengenai sel, namun teori yang diyakini saat ini adalah teori sel yang menyatakan bahwa sel merupakan unit struktural yang paling dasar dari makhluk hidup, sel adalah unit fungsional dari makhluk hidup, dan semua sel berasal dari sel lainnya. Semua makhluk hidup terdiri atas sel, namun sel penyusunnya bervariasi, seperti sel prokariotik (monera, dan cyanobacteria) dan sel eukariotik (hewan, tumbuhan, manusia). Sel merupakan unit terkecil namun merupakan obyek paling kompleks di alam semesta karena sel terdiri pula atas beberapa komponen yang menjalankan fungsi yang berbeda. Contoh sel adalah, sel sperma. Sel sperma terdiri atas beberapa bagian, yaitu kepala, leher, bagian tengah badan, dan bagian ekor yang terdiri lagi atas beberapa bahan penyusun. Salah satu bahan penyusun yang paling utama adalah nukleus pada kepala yang mengatur kegiatan sperma, dan membawa DNA, dan mitokondria pada bagian tengah badan yang memberikan energi kepada sperma untuk bergerak menuju ovum.