Biologi Sel

 Sel merupakan unit kehidupan struktural dan fungsional terkecil dari tubuh. Semua jaringan tubuh mahluk hidup terdiri dari sel-sel. Bentuk dasar sel yang diisolasi adalah bulat, namun biasanya berubah karena spesialisasi. Contoh: sel saraf berbentuk bintang, dan sel otot polos berbentuk seperti lurik. Ukuran sel biasanya berkisar antara 10-30μm. Fungsi sel pada umumnya ada 3, yaitu:

1. Mempertahankan barrier yang selektif. Jadi membran plasma membatasi bagian dalam sel dengan bagian luarnya. Ada juga turunan membran plasma yang menjadi membran dari kompartemen yang ada di dalam sel, fungsinya agar kegiatan sel yang satu tidak bercampur dengan kegiatan sel yang lain. 

2. Di dalam sel kan ada inti sel yang didalemnya terkandung materi hereditas. Materi hereditas ini berfungsi tidak hanya sebagai pembawa sifat tetapi juga untuk sintesis protein. 

3. Sel melakukan aktivitas metabolik, yang dikatalis reaksi kimia sehingga terjadi proses sintesis dan penguraian molekul organik.

Membran plasma

Membran plasma adalah suatu sekat mekanis yang memisahkan antara cairan intra seluler (CIS) dengan caira ekstra seluler (CES). Membran plasma juga berperan seperti pintu gerbang (selektif permeable) jadi tidak semua zat bisa keluar masuk seenaknya lewat membran plasma. Membran plasma juga mempertahankan konsentrasi ion di dalem dan diluar sel. Perbedaan ionik ini penting buat aktivitas listrik membran plasma. Kalo diliat pake mikroskop elektron, membran plasma itu keliatan kayak struktur trilaminar, 2 lapisan gelap dengan 1 lapisan terang ditengah. 

Membran plasma terdiri atas lemak, protein dan sedikit karbohidrat. Lemak membran tersusun atas fosfolipid dan sedikit kolesterol. Fosfolipid memiliki sebuah kepala polar bermuatan minus dan dua ekor lema nonpolar. Yang bermuatan suka air, karena sama-sama polar. Membran plasma tersusun atas 2 layer fosfolipid. Lapisan ganda lemak ini bersifat cair dan tidak kaku mirip minyak goreng. Membran plasma ini tidak diikat dengan ikatan kimia yang kuat, jadi bisa bergerak-gerak. Kolesterol berperan dalam sifat cair serta stabilitas membran. Kolesterol terletak di antara fosfolipid, mencegah asam lemak tersebut menyatu dan mengkristal. Kolesterol juga membantu menstabilkan posisi fosfolipid. Karena bisa berubah-ubah, bentuk sel menjadi fleksibel. Contohnya, pas berkontraksi sel otot berubah bentuk.

Selain lemak, di membran plasma juga ada protein. Protein membran ada yang tertancap seutuhnya, ada juga yang cuma nempel dipermukaan luar atau dalam membran plasma. Model yang diperlihatkan oleh perpaduan protein dan lemak ini disebut juga model mosaic cair, yang artinya sifat cair membran dan pola mosaic yang disebabkan oleh protein.

Di permukaan membran plasma terdapat sejumlah karbohidrat membran yang sebagian besar tertanam ke protein. Hanya sebagian kecil saja yang tertanam ke lemak. Kombinasinya dinamakan glikolipid (karbohidrat + lemak), dan glikoprotein (karbohidrat + protein). Karbohidrat ini berfungsi sebagai tanda pengenal bagi sel untuk berhubungan dengan sel lain. 

Fungsi lapis ganda lemak:

1. Membentuk struktur dasar membran

2. Bagian hidrofobik berfungsi sebagai jaring-jaring bagi bahan larut air, jadi bahan larut air tidak bisa masuk melalui lapisan hidrofobik ini.

3. Menentukan sifat cair membran

Fungsi protein membran:

1. Sebagai saluran menembus fosfolipid bilayer. Ukuran maksimal yang bisa melewati protein ini adalah partikel berdiameter 0,8 nm. Ada juga yang menarik dan menolak ion tertentu seperti Na dan K. Sifat selektif ini disebabkan oleh susunan spesifik gugus kimia yang membentuk dinding dalam saluran. 

2. Berperan sebagai molekul pembawa/pengangkut. Molekul yang bisa dibawa spesifik untuk masing-masing protein. Contoh: tiroid adalah satu-satunya kelenjar yang menggunakan iodium.

3. Sebagai akseptor penanda penambatan. Fungsi ini terkait dengan proses eksositosis yang dilakukan oleh vesikel sekretorik. 

4. Sebagai enzim terikat membran. 

5. Sebagai reseptor yang berikatan dengan molekul spesifik di lingkungan. Prinsip pengikatan ini bekerja secara lock and key. Contohnya: TSH yang meskipun dialirkan melalui darah, tetapi yang bisa menangkap hanya kelenjar tiroid. 

6. Berperan sebagai molekul perekat sel (CAM). Jadi, protein ini membuat bentuk semacam kait yang digunakan untuk merekat satu sama lain. Prinsip kerjanya seperti resleting. CAM juga berfungsi sebagai penyalur sinyal. 

7. Glikoprotein penting dalam kemampuan sel mengenal diri dan interaksi antarsel.

Retikulum Endoplasma

Retikulum endoplasma pada dasarnya adalah pabrik pembuat protein dan lemak. Ada 2 jenis retikulum endoplasma, yaitu retikulum endoplasma halus dan retikulum endoplasma kasar. RE halus berbentuk seperti anyaman tubulus halus, sedangkan RE kasar berbentuk tumpukan kantung-kantung yang relatif gepeng. Permukaan luar RE kasar ditutuli oleh ribosom, yang merupakan organel sintesis protein. Ribosom ada yang menempel ada juga yang bebas di sitoplasma. Protein yang dihasilkan ada yang disekresikan keluar sel, ada juga yang digunakan di dalam sel untuk membuat membran sel baru atau komponen organel lainnya. Dinding sel RE mengandung enzim yang digunakan untuk sintesis lemak. Lemak yang telah disintesis masuk ke lumen RE bersama dengan protein. Di lumen RE, protein yang baru disintesis mengalami modifikasi, dan menetap secara permanen di dalam RE. 

RE halus tidak memiliki ribosom sehingga tidak terlibat dalam sintesis protein. RE halus berperan sebagai pusat pengemasan dan jalan keluar zat yang akan diangkut dari RE. Membran RE halus kemudian membentuk vesikel sebagai tempat dari molekul-molekul protein dan lemak yang telah sampai di lumen RE halus. Vesikel ini kemudian dialirkan ke badan golgi, sementara membran sel yang digunakan untuk membentuk vesikel tadi digantin menggunakan komponen membran yang baru disintesis.

Jenis-jenis sel yang mengandung banyak RE halus:

1. Sel yang mengkhususkan diri dalam metabolisme lemak. Contoh: sel yang mengeluarkan hormone steroid yang berasal dari lemak.

2. Dalam sel hati, RE halus mengandung enzim untuk detoksifikasi racun. 

3. Dalam sel obat, dengan nama retikulum sarkoplasma. Berfungsi sebagai tempat penyimpanan kalsium yang berperan penting dalam proses kontraksi otot. 

Kompleks Golgi

Badan golgi merupakan tumpukan kantung gepeng (sisterna) yang terbungkus membran. Badan golgi memiliki 2 bagian, yaitu bagian cis dan trans. Bagian cis adalah bagian yang menerima vesikel dari RE halus, sedangkan bagian trans adalaha bagian yang mengeluarkan vesikel dari badan golgi untuk proses eksositosis. Ketika mencapai badan golgi, membran vesikel melebur dengan membran kompleks golgi, dan isi vesikel tertuang ke dalam kantung badan golgi. Di dalam badan golgi, protein mentah dari RE disempurnakan menjadi bentuk akhir. Kemudian badan golgi juga berperan dalam menentukan tujuan akhir dari masing-masing produk. Berdasarkan fungsi dan tujuannya, terdapat 3 jenis produk:

1. Produk yang akan disekresikan keluar sel

2. Produk yang akan digunakan untuk membentuk membran plasma baru

3. Produk yang akan digabungkan dengan organel lain, seperti lisosom.

Tepi-tepi membran kompleks golgi terlepas dan membentuk vesikel yang didalamnya terkandung produk akhir yang telah dimatangkan di kompleks golgi. Vesikel-vesikel tersebut dibungkus oleh suatu membran yang memiliki protein permukaan spesifik. Protein permukaan ini berfungsi sebagai penanda penambatan spesifik dan bekerja dengan sistem lock and key. Isi vesikel sekretori akan tetap di dalam hingga ada sinyal khusus yang menunjukkan kebutuhan akan pengeluaran produk sekretorik tersebut. Membran vesikel sekretori kemudian melebur dengan membran plasma, menyebabkan isi vesikel sekretori keluar dari sel. Proses ini disebut sebagai eksositosis. 

Lisosom

Lisosom merupakann kantung yang berisi enzim hidrolitik. Lisosom menghancurkan senyawa organik tidak diperlukan yang masuk ke dalam sel. Lisosom berperan sebagai sistem pencernaan sel. Enzim umumnya menguraikan bahan organik tersebut menjadi bahan mentah yang dapat digunakan kembali. Selain mencerna molekul asing, lisosom juga dapat mencerna bagian dari sel yang sudah tidak berguna lagi (ototfagi). Di sebagian besar sel, semua organel dapat diperbarui. Ada 2 jenis lisosom, yaitu:

1. Lisosom primer: hanya mengandung enzim

2. Lisosom sekunder: mengandung enzim dan materi terdegradasi

Peroksisom 

Peroksisom memiliki struktur yang hampir sama dengan lisosom, namun dengan ukuran yang lebih kecil. Enzim yang terkandung dalam peroksisom adalah enzim oksidatif kuat, dan mengandung sebagian besar katalase sel. Enzim oksidatif menggunakan oksigen untuk menguraikan materi organik tertentu yang masuk ke dalam sel. Hasil dari proses perombakan ini adalah hidrogen peroksida (H2O2). Hidrogen peroksida sendiri adalah senyawa berbahaya bagi sel. Hidrogen peroksida tersebut diuraikan oleh enzim katalase menjadi H2O dan O2. Kedua senyawa hasil tersebut bukanlah senyawa berbahaya bagi sel. 

Mitokondria 

Mitokondria merupakan organel yang bertugas untuk mengekstraksi energi dari nutrient dalam makanan dan mengubahnya menjadi bentuk energi yang dapat dimanfaatkan oleh sel secara langsung. Mitokondria pada mulanya merupakan turunan bakteri primitif yang yang termakan oleh sel lain dan menjadi organel permanen. Oleh karena itu, mitokondria memiliki DNA sendiri yang berfungsi untuk kode genetik untuk membentuk mitokondria lain. 

Membran mitokondria merupakan membran rangkap yang terdiri atas membran luar yang halus dan membran dalam yang berlekuk-lekuk (kristae). Bagian dalam mitokondria disebut sebagai matriks, yang berisi berbagai enzim untuk siklus asam sitrat. Kristae juga mengandung banyak enzim yang digunanakan untuk proses transport elektron. 

Sumber energi bagi tubuh berasal dari energi ikatan antarmolekul organik pada makanan. Hasil ekstraksi yang dapa digunakan langsung oleh sel adalah Adenosin Triphosphat (ATP). Energi dapat diperoleh melalui pemutusan salah satu rantai fosfat pada ATP sehingga menghasilkan Adenosin Diphosphate (ADP). 

Vault

Vault merupakan rongga oktagonal dengan interior berongga, yang berfungsi untuk mengangkut molekul dari satu tempat ke tempat lain. Vault akan menambatkan diri ke pori nukleus, mengambil molekul yang disintesis oleh nukleus kemudian menyalurkannya ke organel-organel di sitoplasma dan sitosol. Sejauh ini, molekul sintesis yang dibawa oleh vault masih diteliti. 

Ribosom

Ribosom adalh granula kecil berwarna hitam dengan diameter kurang lebih 25 nm yang tersusun atas RNA ribosomal (rRNA) dan protein. Ada 2 jenis ribosom, yaitu ribosom yang terikat pada RE kasar, dan ribosom yang terletak bebas diluar RE kasar. Ribosom bebas ini berfungsi untuk melakukan sintesis protein yang akan digunakan oleh sel itu sendiri. 

Nukleus

Nukleus merupakan organ terbesar dalam sel hewan. Setiap sel memiliki nukleus, minimal 1 buah, kecuali pada sel darah merah (eritrosit). Beberapa sel bahkan memiliki lebih dari 1 nukleus, sebagai contoh adalah sel otot rangka. Nukleus dilapisi oleh sebuah membran bilayer yang dipisah oleh ruang perinuklear. Membran dalam nukleus bertekstur halus sedangkan bagian luarnya menyatu dengan RE kasar sehingga mengandung sejumlah ribosom. Di membran nukleus juga terdapat pori-pori nuklear yang berfungsi sebagai media pertukaran zat antara nukleus dengan lingkungan luarnya.

Di dalam nukleus terdapat materi herediter DNA yang tersusun bersama dengan protein histon dalam bentuk kromatin. Pada sel yang hendak membelah, kromatin menebal membentuk struktur kromosom. Di dalam nukelus juga terdapat nukleoplasma, matriks yang tersusun dari protein, metabolit dan ion, kurang lebih sama seperti sitoplasma pada sel. Di dalam inti sel terdapat inti dari inti sel yang disebut nukleolus. Nukleolus tersusun atas protein dan DNA. Nukleolus hanya terdapat pada sel yang mensintesis protein.

Fungsi dari nukleus adalah:

1. Mengatur keseluruhan aktivitas sel

2. Mengandung materi genetik yang mengkode informasi untuk reproduksi sel dan sintesis protein.

SITOSKELETON SEL

Sitoskeleton memegang peranan penting dalam menopang dan menata berbagai komponen sel dan mengontrol pergerakan komponen sel tersebut. Sitoskeleton sendiri merupakan anyaman protein kompleks pada sitosol. Sitoskeleton tersusun atas 3 elemen:

1. Mikrotubulus

Mikrotubulus merupakan elemen sitoskeleton yang terbesar. Bentuknya batang panjang berongga, langsing, dan lurus tidak bercabang dengan diameter kurang lebih 20 nm. Mikrotubulus tersusun atas protein tubulin. Mikrotubulus memiliki beberapa peran penting, diantaranya:

1. Transport vesikel sekretorik

2. Penyusun silia dan flagella

3. Pembentukan gelondong mitotik

2. Mikrofilamen

Mikrofilamen adalah sitoskeleton yang paling kecil, dengan diameter kurang lebih 6 nm. Mikrofilamen mayoritas tersusun atas protein aktin, yang tersusun atas 2 untai saling memilin. Mikrofilamen memiliki 2 fungsi, yaitu:

1. Berperan penting dalam berbagai sistem kontraktil sel

Struktur berbasis aktin penting dalam kontraksi otot, pembelahan sel dan pergerakan sel. Sebagai contohnya adalah sel otot dan cincin kontraktil aktin. Kompleks berbasis aktin juga aktif dalam pergerakan sel, diantaranya sperma, sel darah putih, fibroblast, dan sel kulit. Sperma bergerak menggunakan flagella, sedangkan sejumlah sel menggunakan gerakan amuboid. Pseudopodia pada gerakan amuboid adalah anyaman aktin. 

2. Sebagai pengeras mekanis untuk beberapa tonjolan sel spesifik

3. Filamen intermediet

Filamen intermediet merupakan ukuran tengah antara mikrotubulus dan mikrofilamen, dengan garis tengah sebesar 7-11 nm. Protein yang menyusun filamen intermediet adalah molekul ireguler seperti benang. Struktur ini berperan untuk mempertahankan integritas struktural sel dan menahan stress mekanis yang berasal dari luar sel. Contoh dari filamen intermediet adalah:

1. Neurofilamen

Neurofilamen ditemukan pada akson sel saraf. Neurofilamen berfungsi untuk memperkuat penjuluran sel yang memanjang.

2. Sel kulit

Sel kulit merupakan filamen intermediet yang tersusum atas protein keratin. Filamen ini berhubungan baik secara intersel maupun ekstrasel, memberikan kekuatan melalui anyaman berkesinambungan.

Gerakan silia dan flagella

Silia dan flagella adalah elemen pelengkap sel yang digunakan untuk membantu pergerakan maupun transportasi yang ada di dalam sel. Sebagai contoh, silia pada saluran pernapasan manusia yang digunakan untuk menyaring debu dan kotoran. Pada kerang, silia membantu membawa zat makanan dan oksigen melalui insang. Flagella biasanya terdapat pada gamet, yang digunakan untuk membantu pergerakan gamet.

Struktur silia dan flagella terdiri atas sebuah inti yang terdiri atas 2 buah mikrotubulus atau biasa disebut aksonem. Kedua mikrotubulus pusat ini dikelilingi oleh 9 mikrotubulus doublet. Doublet mikrotubulus ini terdiri atas sebuah mikrotubulus lengkap dan sebuah mikrotubulus parsial. Masing-masing doublet mikrotubulus dihubungkan oleh molekul dyenin. Kompleks aksonem ini dikelilingi oleh sebuah badan basal yang dikenal dengan nama kinestosom.

Meskipun sama-sama terbentuk dari mikrotubulus, namun ternyata silia dan flagella berbeda. Biasanya, silia berukuran lebih pendek dan terdapat dalam jumlah banyak pada permukaan sel. Sementara flagella berukuran lebih panjang dan biasanya soliter dipermukaan sel. Gerakan silia pun berbeda dengan gerakan flagella. Silia bergerak seperti ombak secara simultan, sementara flagella melakukan pergerakan yang halus dan independen.

Sentriol 

Sentriol hanya terdapat pada sel hewan, dan biasanya terletak dalam sentrosom di dekat inti sel. Sentrosom merupakan masa granuler yang merupakan pusat pengorganisasian mikrotubulus. Di dalam sentrosom, kedua sentriol diletakkan tegak lurus satu sama lain. Setiap sentriol tersusun atas 9 buah bundle mikrotubulus (terdiri atas masing-masing 3 mikrotubulus) yang tersusun melingkar.

Sentriol berperan penting dalam pembelahan sel. Sebelum sel membelah, sentrosom menggandakan diri menghasilkan 2 sentriol. Kedua sentriol kemudian bergerak ke arah yang berlawanan, dan membentuk pusat-pusat baru yang disebut aster. Dari aster tersebut mulailah muncul benang-benang spindle (protein tubulin yang membantu proses penarikan kromatid pada saat anaphase).

Ontogeni dan Filogeni

Ontogeni adalah suatu proses perkembangan dan pertumbuhan organisme mulai dari tahap zigot sebagai hasil fertilisasi, embrio, fetus, anak, hingga dewasa. Sedangkan filogeni adalah sejarah evolusi perkembangan mahluk hidup dari organisme yang paling sederhana hingga organisme yang paling kompleks yang ada sekarang ini. Filogeni berasal dari Bahasa Belanda yaitu fylogenie yang merupakan gabungan dari kata-kata dalam Bahasa Yunani, yang artinya asal usul ras suku dan ras. 

Filogeni diperlukan guna mempelajari sejarah mahluk hidup dan taksonomi. Evolusi adalah proses perubahan panjang suatu mahluk hidup dari tingkat paling sederhana hingga keberadaannya sekarang. Bukti keberadaan filogeni adalah penemuan fosil (morfologi) dan homologi alat gerak pada sejumlah organisme yang menunjukkan bahwa organisme-organisme tersebut berasal dari nenek moyang yang sama. Ada 2 metode penyusunan filogeni, yaitu metode fenetik dan kladistik. Metode fenetik menggunakan pendekatan numerik, sedangkan kladistik menggunakan pendekatan ciri fisik pada tingkatan tertentu.

Teori Ernst Haeckel : pada suatu level tertentu, organisme akan sampai pada tahap di mana ia sama atau mirip dengan nenek moyangnya. Teori ini sekarang sudah tidak relevan lagi.  Namun, pada tahap embriologi teori Ernst Haeckel masih bisa dianggap benar.

Transportasi Zar dalam Membran Sel

Transportasi zat-zat di dalam sel melalui membran sel yang bersifat semipermeabel terjadi dengan dua cara, yaitu transpor pasif dan transpor aktif. Transpor pasif adalah suatu pemindahan zat-zat ke dalam atau ke luar sel melalui membran sel yang terjadi dengan sendirinya karena adanya perbedaan gradien konsentrasi, tanpa bantuan ATP. Transpor pasif meliputi: 

1. Difusi, yaitu perpindahan zat-zat terlarut dari daerah dengan konsentrasi zat terlarut tinggi (hipertonik) ke daerah dengan konsentrasi zat terlarut rendah (hipotonik), sampai dicapailah isotonik (kedua daerah memiliki tingkat konsentrasi zat terlarut yang sama). Difusi dapat terjadi dalam dua cara, yaitu difusi sederhana dan difusi terfasilitasi. 

2. Osmosis, yaitu perpindahan zat-zat pelarut dari daerah dengan konsentrasi zat pelarut tinggi (hipotonik) ke daerah dengan konsentrasi zat pelarut rendah (hipertonik), sampai dicapailah suatu keadaan isotonik. 

Transportasi zat-zat dapat juga terjadi dengan transpor aktif, yaitu terjadinya perpindahan/transportasi zat-zat yang melawan gradien konsentrasi dan membutuhkan ATP sebagai sumber energinya. Transpor aktif terjadi melalui beberapa cara, yaitu:

1. Pompa Natrium-Kalium. Sistem transpor ini memompa ion untuk melawan gradien konsentrasi, memompa tiga ion Na+ keluar dari sel untuk setiap dua ion K+ yang dipompakan ke dalam sel. ATP berperan dalam memfosforilasi protein transpor (mentransfer gugus fosfat ke protein).

2. Kotranspor, yaitu suatu sistem transpor di mana pompa bertenaga ATP tunggal yang mentranspor zat terlarut spesifik dapat menggerakkan transpor aktif beberapa zat terlarut lain secara tidak langsung dalam suatu mekanisme. 

3. Eksositosis dan endositosis. Adalah sistem transpor makromolekul, seperti protein dan polisakarida. Pada eksositosis, sel mensekresi makromolekul dengan cara menggabungkan vesikula dengan membran plasma. Vesikula transpor yang lepas dari apparatus golgi dipindahkan oleh sitoskeleton ke membran plasma. Ketika membran vesikula dan membran plasma bertemu, molekul lipid kedua bilayer menyusun ulang dirinya sendiri sehingga kedua membran bergabung. Pada endositosis, sel memasukkan makromolekul dengan cara membentuk vesikula baru dari membran plasma. Sebagian kecil luas membran plasma terbenam ke dalam membentuk kantong. Begitu kantong ini semakin dalam, kantong ini terjepit, membentuk vesikula yang berisi makromolekul.5 Terdapat tiga jenis endositosis, yaitu fagositosis (makan), pinositosis (minum), dan endositosis yang diperantai reseptor.

Perbedaan sel eukariot dan prokariot

	Eukariot	Prokariot
Nukleus	Ada	Tidak ada
Jumlah kromosom	Lebih dari 1	Hanya ada 1 namun bukan kromosom asli : plasmid
Jenis sel	Multiseluler	Uniseluler
Membran inti	Ada	Tidak ada
Contoh:	Sel hewan dan tumbuhan	Sel bakteri dan archaebakeria
Telomer	Ada (DNA Linear)	DNA sirkuler tidak mempunyai telomer
Rekombinasi genetik	Mitosis dan fusi gamet	Transfer DNA sebagian
Lisosom dan peroksisom	Ada	Tidak ada
Mikrotubulus	Ada	Tidak ada atau jarang
Retikulum Endoplasma	Ada	Tidak ada
Mitokondria	Ada	Tidak ada
Sitoskeleton	Ada	Mungkin tidak ada
DNA terbungkus protein	Iya	Tidak
Ribosom	Besar	Kecil
Mitosis	Iya	Tidak, yang ada pembelahan biner
Kloroplas	Ada (sel tumbuhan)	Tidak ada, klorofil tersebar di sitoplasma
Flagella	Berukuran mikroskopik, terbungkus membran, tersusun dari 9 serat double mengelilingi 2 serat single	Berukuran submikroskopik, tersusun dari 1 serat saja
Permeabilitas membran plasma	Selektif	Tidak ada
Membran plasma dengan steroid	Ada	Biasanya tidak
Dinding sel	Ada hanya pada sel tumbuhan, tersusun atas selulosa dan hemiselulosa	Ada, dan kompleks secara kimiawi, tersusun atas peptidoglikan
Ukuran sel	10-100 μm	1-10 μm
Inti sel	Nukleus	Nukleoid
Glikokaliks	Berbentuk lendir	Hanya ada pada sel yang tidak memiliki dinding sel
Vesikel gas	Tidak ada	Ada
Alat gerak	Protein tubulin dan bersifat fleksibel	Flagella yang kaku

   

Metabolisme dalam Sel

Metabolisme adalah rangkaian reaksi kimia yang berlangsung pada suatu organisme. Dapat berupa katabolisme dan anabolisme. Katabolisme yaitu pembongkaran molekul yang menghasilkan energi. Anabolisme yaitu penyusunan molekul yang membutuhkan energi. Enzim berperan sebagai katalis reaksi.

1. Anabolisme

Fotosintesis

Pada organisme eukariotik autotrof, fotosintesis berlangsung di kloroplas. Berikut adalah persamaan reaksi fotosintesis: 

6 CO + 6 HO →  CHO + 6 O

Pada fotosintesis terjadi 2 tahap yaitu reaksi terang dan reaksi gelap atau disebut siklus Calvin. Reaksi terang di grana memecah molekul air, membebaskan oksigen, memproduksi ATP, dan membentuk NADPH. Siklus Calvin di stroma membentuk glukosa dari karbon dioksida, menggunakan ATP sebagai energi.

2. Katabolisme

1. Respirasi

Respirasi dapat dikategorikan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob. Respirasi anaerob atau respirasi dengan oksigen berlangsung dalam 3 tahap: (1) glikolisis, (2) oksidasi asam piruvat dan siklus asam sitrat, dan (3) fosforilasi oksidatif. 

Sewaktu glikolisis, molekul glukosa dipecah untuk membentuk dua molekul asam piruvat dan akan terbentuk 2 mol ATP. Tahap berikutnya adalah perubahan dua molekul asam piruvat menjadi dua molekul asetil-KoA. Pada reaksi ini, dibebaskan dua molekul karbon dioksida dan atom hidrogen. Selanjutnya adalah siklus asam sitrat yaitu suatu rangkaian reaksi kimia berupa penguraian bagian asetil dari asetil-KoA menjadi karbon dioksida dan atom hidrogen. Reaksi ini berlangsung di matriks mitokondria dan menghasilkan 2 mol ATP. Atom-atom hidrogen yang dibebaskan kemudian dioksidasi, membebaskan energi dalam jumlah yang sangat besar dalam bentuk ATP. 

Meskipun glikolisis dan siklus asam sitrat merupakan proses yang rumit, hanya sedikit ATP terbentuk selama proses-proses ini  Molekul ATP paling banyak dihasilkan oleh hasil oksidasi atom-atom hidrogen. Fosforilasi oksidatif diselesaikan melalui serangkaian reaksi yang dikatalisis oleh enzim di mitokondria. Untuk setiap dua atom hidrogen yang terionisasi, dibentuk hingga tiga molekul ATP. Pada fosforilasi oksidatif, dihasilkan 34 molekul ATP. Maka, respirasi aerob menghasilkan  total 38 molekul ATP untuk setiap satu molekul glukosa.

Persamaan reaksinya:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + Energi (ATP + panas)

Reaksi	Bahan yang diolah	Lokasi	Energi yang dihasilkan	Produk terakhir	Kebutuhan akan oksigen
Glikolisis	Glukosa	Sitosol	2 molekul ATP	2 molekul asam piruvat	Tidak; anaerob
Siklus asam sitrat	Asetil KoA, yang berasal adari asam piruva, produk akhir glikolisis; 2 molekul asetil KoA terbentuk dari pengolahan 1 molekul glukosa	Matriks mitokondria	2 molekul ATP	8 NADH dan 2 FADH2 molekul pembawa hidrogen	Ya, berasal dari molekul yang terlibat dalam reaksi siklus asam sitrat
Rantai transport elektron	Elektron energi tinggi yang terimpan dalam atom hidrogen dalam molekul pembawa NADH dan FADH2, yang berasal dari reaksi siklus asam sitrat	Krista membran dalam mitokondria	32 molekul ATP	Tidak ada	Ya, berasal dari oksigen molecular yang diperoleh dengan bernapas

2. Respirasi Anaerob

Respirasi anaerob memiliki pengertian tidak adanya oksigen dalam reaksi katabolisme. Reaksi fermentasi dapat digolongkan dalam respirasi anaerob ini.

Fermentasi terdiri dari glikolisis dan reaksi yang meregenerasi NAD+ dengan memberikan elektron dari NADH yang menghasilkan asam piruvat. Ada beberapa macam fermentasi tergantung pada produk akhir bentukan asam piruvat. Contohnya adalah fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.

• Fermentasi Alkohol

Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol dalam dua tahap. Tahap pertama yaitu membebaskan karbon dioksida dari asam piruvat yang akan menghasilkan asetaldehida. Tahap kedua, asetaldehida direduksi oleh NADH menjadi etanol. Fermentasi alkohol ini dapat dilakukan oleh ragi.

Persamaan reaksinya:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2 ATP

• Fermentasi Asam Laktat

Selama fermentasi asam laktat, asam piruvat direduksi oleh NADH untuk membentuk laktat sebagai produk akhir, tanpa membebaskan karbon dioksida. (Laktat adalah bentuk ionik dari asam laktat). Fermentasi asam laktat oleh jamur dan bakteria tertentu digunakan dalam industri makanan untuk memproduksi keju dan yogurt. Sel otot manusia dapat membuat ATP dari fermentasi asam laktat saat kekurangan oksigen. Hal ini dapat terjadi karena olahraga atau aktivitas berlebihan yaitu saat katabolisme karbohidrat untuk memproduksi ATP melebihi kecepatan suplai oksigen dari darah ke otot.

Persamaan reaksinya:

C6H12O6 → 2 C2H5OCOOH + 2 ATP

Makromolekul dalam sel

Makromolekul atau disebut juga polimer adalah molekul panjang dan kompleks yang terdiri dari monomer-monomer sejenis yang diikat oleh ikatan kovalen. Reaksi pembentukan polimer disebut dehidrasi. Reaksi pemecahan polimer menjadi monomer disebut hidrolisis. 

1. Protein

Protein adalah senyawa polimer organic yang tersusun dari 20  asam amino. Protein memiliki unsur C, H, O, N, S atau P. Protein bisa berfungsi sendiri dan berikatan dengan senyawa lain contohnya dengan asam nukleat membentuk nukleoprotein, dengan karbohidrat membentuk glikoprotein dan dengan lipid membentuk lipoprotein.

Protein dikelompokan berdasarkan fungsinya yaitu sebagai protein struktural yang berperan dalam menyusun jaringan contohnya kolagen pada jaringan ikat dan keratin pada lapisan epidermis kulit. Serta berperan sebagai protein fungsional yang berfungsi dalam metabolisme tubuh seperti enzim dan antibodi. Hormon-hormon juga tergolong ke dalam protein regulator yang disekresikan oleh kelenjar endokrin. Protein fungsional juga berfungsi untuk pertumbuhan, perbaikan sel yang rusak, penguat dan penyokong, buffer, dan dapat digunakan sebagai penghasil energi. 

2. Karbohidrat

Karbohidrat adalah senyawa organic yang tersusun atas unsur C, H, O dengan perbandungan 2:1 antara hydrogen dan oksigen. Karbohidrat terbagi menjadi monosakarida, disakarida, dan polisakarida. Contoh monosakarida atau gula sederhana adalah glukosa, fruktosa (gula buah), galaktosa (gula susu), pentosa, ribosa, deoksiribosa, dan ribulosa. Disakarida atau gabungan dari monosakarida contohnya adalah maltosa (glukosa + glukosa), laktosa (glukosa + galaktosa), dan sukrosa (glukosa + fruktosa). Sedangkan polisakarida adalah rantai gula panjang yang kompleks yaitu glikogen, selulosa, dan amilum (pada sel tumbuhan). Karbohidrat berfungsi seagai sumber energi tubuh dan menjaga keseimbangan asam basa. Karbohidrat juga digunakan sebagai cadangan makanan seperti glikogen yang tersimpan dalam otot (hanya pada sel hewan). 

3.  Lipid

Lipid adalah makromolekul penting pada tubuh. Lipid bersifat tidak larut dalam air. Lipid dbagi menjadi tiga yaitu lemak (fat), fosfolipid, dan kolesterol. Lemak, terdiri dari asam lemak dan gliserol, berfungsi sebagai penyusun sel tubuh dan penyedia cadangan energi metabolik. Lemak juga berperan dalam melindungi dan menjaga panas tubuh. Fosfolipid adalah molekul penyusun membran sel dan berfungsi dalam mengatur keluar masuknya zat ke dalam sel. Lipid, sama seperti karbohidrat, tersusun atas unsur C, H, O. Tetapi, lipid mengandung kadar oksigen yang lebih sedikit dibanding karbohidrat.

Lemak dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu:

• Lemak jenuh: ikatan tunggal, bisa disintetis tubuh (non esenssial), bersumber  dari hewani, dan berbentuk solid pada suhu kamar.

• Lemak tak jenuh: ikatan ganda, tidak bisa disintetis tubuh (esenssial), bersumber dari nabati/tumbuhan, berwujud liquid seperti minyak zaitun pada suhu kamar. Lemak tak jenuh terbagi menjadi cis fat (yang umumnya terdapat pada asam lemak) dan trans fat.

Kelebihan kadar kolesterol, lemak jenuh, dan trans fat dapat menyebabkan penyakit aterosklerosis.

4. Asam Nukleat

Asam nukleat adalah makromolekul atau polimer yang disebut polinukleotida. Asam nukleat tersusun dari monomer-monomer nukleotida. Nuklerotida sendiri terdiri dari gula pentosa, basa nitrogen, dan gugus fosfat. Apabila suatu monomer hanya tersusun dari gula pentosa dan basa N maka disebut nukleosida. 

Nukleotida bisa berupa DNA atau RNA. DNA tersusun dari gula deoksiribosa, basa N yang terdiri dari basa purin: Adenin, Guanin, basa pirimidin: Timin, Sitosin, dan gugus fosfat. Sedangkan RNA memiliki struktur penyusun yang sama dengan DNA, hanya berbeda pada gula ribosa dan basa pirimidin Timin diganti dengan Urasil.

Nukleotida tergabung membentuk polimer dengan ikatan fosfodiester yang tersusun dari fosfat yang menghubungkan 2 gula dari nukleotida yang berbeda. Informasi genetik tersimpan dalam DNA sel. Dan setiap nukleotida mengkode informasi genetic yang berbeda struktur dan artinya.

Proses Sintesis Protein

DNA adalah kombinasi satu molekul asam fosfor, gula deoksiribosa, dan salah satu dari 4 basa nitrogen. Setiap kelompok 3 basa yang berurutan di untai DNA disebut dengan kata kode (code word) dan kode ini mengatur urutan asam amino di protein. Rangkaian kode yang berurutan di untai DNA ini dikenal sebagai kode genetik. 

DNA yang terdapat di nucleus mengalami rangkaian proses yang disebut transkripsi yaitu proses penyetakan RNA-m dari DNA. Kode yang tersusun di DNA ditransmisi menjadi kode triplet komplementer (kodon) yang hanya terdapat pada RNA-m. Bahan-bahan dasar pembentuk RNA sama dengan pembentuk DNA, kecuali ribosa yang menggantikan gula deoksiribosa dan basa Urasil yang menggantikan Timin. Proses transkripsi ini dibantu oleh enzim RNA polymerase.

Setelah terbentuk, RNA-m bergerak menuju sitoplasma dan bertemu dengan RNA-transfer (RNA-t). Kode RNA-t memungkinkannya untuk mengenali suatu kodon spesifik pada RNA-m yang disebut antikodon. Antikodon kemudian berikatan secara longgar melalui ikatan hidrogen dengan kodon pada RNA-m. Setelah terikat, RNA-t akan membawa kodon menuju ribosom. Untuk membentuk protein, ujung untai RNA-m hingga keseluruhan untaian menyusup melalui ribosom. Sewaktu berjalan, ribosom “membaca” kodon dan menyebabkan asam amino saling berikatan membentuk ikatan kimiawi yaitu ikatan polipeptida. Setiap jenis RNA-t hanya membawa satu asam amino spesifik untuk dimasukkan ke dalam protein yang dibentuk. Proses inilah yang disebut dengan translasi.

Pembelahan dan Reproduksi Sel

Proses pembelahan sel dapat terjadi dalam 3 cara, yaitu pembelahan biner/amitosis, pembelahan mitosis, dan pembelahan meiosis. Tujuan dilaksanakannya pembelahan sel ini adalah untuk menghasilkan sel-sel baru yang sama dengan induknya, regenerasi bagian yang luka, regenerasi sel-sel yang sudah tidak dapat berfungsi dengan baik, dan menghasilkan sel-sel gamet. Berikut ini adalah penjelasan tahapan-tahapan pembelahan sel. 

1. Pembelahan Biner.

Cara reproduksi sel dengan cara membelah diri secara langsung dari satu sel menjadi 2 sel anak. Pada awalnya terjadi replikasi DNA lalu sel membelah menjadi 2 sel anak tersebut. Pembelahan biner pada umumnya hanya terjadi pada sel prokariotik.

2. Mitosis dan Meiosis

• Mitosis: Cara reproduksi sel yang terjadi dalam beberapa tahap, yaitu profase, metafase, anafase dan telofase. Sel anak yang dihasilkan sama dengan sel induk. Mitosis terjadi pada sel somatik eukariotik.

1. Profase: Kromatid terlihat jelas, sentriol bergerak ke arah kutub-kutub sel.

2. Metafase: Kromosom berderet di bidang equator.

3. Anafase: Kromosom akan ditarik oleh benang spindel menuju kutub sel.

4. Telofase: Inti dan sitoplasma sel dibagi menjadi 2.

• Meiosis: Cara reproduksi sel dimana terjadi 2 kali pembelahan yaitu Meiosis I dan Meiosis II. Pada pembelahan meiosis terjadi reduksi kromosom. Meiosis bertujuan menghasilkan kromosom normal ketika nanti fertilisasi antara sel ovum dan sel sperma. Meiosis hanya terjadi pada sel gamet eukariotik. Tahap-tahap Meiosis:

1. Profase I: Terbentuk tetrad kromosom, terjadi crossing over.

2. Metafase I: Tetrad berderet di bidang equator.

3. Anafase I: Penarikan oleh benang spindel. Kromosom crossing over bergerak ke arah kutub yang berlawanan. Terjadi reduksi kromosom.

4. Telofase I: Pembagian inti dan sitoplasma sel. Terbentuk 2 sel anak haploid.

1. Profase II: Terbentuk benang spindel kembali.

2. Metafase II: Kromosom ke bidang equator.

3. Anafase II: Penarikan kromosom oleh benang spindel ke kutub-kutub sel.

4. Telofase II: Tahap terakhir dimana setiap sel bersifat haploid(n).

Berikut ini adalah penjelasan mengenai pembelahan sel ovum dan sperma untuk menghasilkan sel-sel gamet.

1. Spermatogenesis. 

Spermatogenesis merupakan proses pematangan dan perkembangan sel sperma yang terjadi di epididimis. Pada spermatogenesis terjadi mitosis dan meiosis. Spermatogonium mengalami mitosis menjadi spermatosit primer. Lalu spermatosit primer akan mengalami meiosis I yang akan menghasilkan spermatosit sekunder yang sudah bersifat haploid. Lalu terjadi meiosis II yang akan membentuk spermatid. Dan spermatid akan mengalami pematangan di epididimis yang hasilnya adalah 4 sel sperma.

2. Oogenesis. 

Oogenesis adalah proses pembentukan sel ovum yang terjadi di ovarium. Oogenesis mengalami mitosis dan meiosis. Sel oogonium akan mengalami mitosis menjadi oosit primer. Kemudian oosit primer ini mengalami meiosis I yang akan membentuk 1 sel oosit sekunder dan 1 badan polar. Badan polar akan menghasilkan 2 badan polar sedangkan oosit primer akan membentuk 1 badan polar dan 1 ootid pada tahap meiosis II. Ootid ini akan berkembang menjadi sel ovum yang telah matang.