SEL

S E L

A. Struktur dan Fungsi Sel

Sel tidak dapat dilihat dengan mata telanjang karena sangat kecil. Di dalam setiap sel, terdapat sejumlah aktivitas yang sangat kompleks. Semua makhluk hidup, mulai dari bakteri sampai dengan gajah, tersusun atas sel-sel. Sel-sel dari setiap makhluk hidup memiliki struktur dan fungsi yang sama. Semenjak penemuan sel, para ilmuwan telah banyak melakukan penelitian mengenai bagaimana cara kerja sel. Pada perkembangannya, selalu muncul teknik baru dalam mempelajari sel.

1. Perkembangan Teori Sel

Sel berasal dari kata cellula yang berarti ruang kecil. Pada 1665, seorang ilmuwan Inggris, Robert Hooke, meneliti sayatan gabus di bawah mikroskop. Robert Hooke melihat bahwa sayatan gabus tersebut tersusun atas ruangan-ruangan kecil. Hooke memberi nama ruangan-ruangan kecil tersebut dengan nama  sel. Pada 1835, ahli biologi berkebangsaan Prancis,  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, seorang ahli Botani Jerman,  Matthias Jakob Schleiden, menyatakan bahwa semua tumbuhan tersusun atas sel-sel. Tidak lama kemudian, ahli Zoologi Jerman,  Theodor Schwann, menyimpulkan bahwa semua hewan tersusun atas sel-sel pula. Shcleiden dan Schwan kemudian menduga bahwa sel adalah komponen dasar dari seluruh makhluk hidup.

Dua puluh lima tahun kemudian,  Rudolf Virchow, ahli biologi Jerman, membuat tulisan bahwa “tubuh adalah sebuah negara dan setiap sel adalah warganya”. Dari penelitiannya tentang pembelahan sel, Virchow menyimpulkan bahwa sel berasal dari sel lainnya.

Hasil observasi dari para ilmuwan selama bertahun-tahun, membentuk suatu teori yang dinamakan teori sel.

Teori sel tersebut menyatakan bahwa :

a.     sel merupakan unit struktural paling dasar dari makhluk hidup;

b.     sel adalah unit fungsional dari makhluk hidup; dan

c.     semua sel berasal dari sel lainnya melalui proses pembelahan.

2. Struktur Sel

Semenjak Robert Hooke menemukan sel, para ilmuwan telah mengembangkan berbagai teknik yang digunakan untuk mempelajari sel. Salah satu alat yang digunakan adalah mikroskop cahaya. Dengan mikroskop cahaya tersebut, para ilmuwan dapat mempelajari struktur dari sel tersebut. Sel merupakan unit fungsional dan struktural dasar dari suatu makhluk hidup. Sel tersusun atas bagian-bagian, yang masing-masing memiliki struktur dan fungsi yang berbeda. Apa sajakah bagian-bagian sel tersebut? Apakah fungsi dari setiap bagian sel?

a. Membran Sel

Satu sel dibatasi oleh lapisan tipis yang disebut membran sel (plasmalema). Membran sel tersusun atas molekul-molekul protein, lapisan senyawa lemak (fosfolipid), air, karbohidrat, dan sedikit kolesterol. Setiap lapisan senyawa lemak, tersusun atas gugus lipid dan fosfat. Gugus lipid dari fosfolipid bersifat tidak suka air (hidrofobik), sedangkan gugus fosfat bersifat suka air (hidrofilik). Gusus lipid sering disebut ekor dan gugus fosfat disebut kepala. Setiap fosfolipid akan saling berpasangan sehingga membentuk dua lapisan (bilayer) fosfolipid yang saling berlawanan. Molekul-molekul protein dari membran sel terbagi menjadi dua, yaitu protein  integral  (intrinsik) dan protein  perifer  (ekstrinsik). Protein integral merupakan protein yang terletak menembus lapisan lipid, sedangkan protein perifer hanya menempel di permukaan fosfolipid tersebut. Struktur membran sel ini dikemukakan menjadi  teori mosaic cair (fluid mosaic model) oleh dua orang ilmuwan, yaitu  Jonathan Singer dan Garth Nicolson. Dengan struktur yang demikian kompleks, membrane sel memiliki beberapa fungsi di antaranya sebagai berikut.

1) Membentuk suatu batas yang fleksibel (tidak mudah robek) antara isi sel dan luar sel.

2) Membungkus dan melindungi isi sel.

3) Menyeleksi zat-zat apa saja yang bisa masuk ke dalam sel dan apa yang harus keluar dari sel. Dengan kata lain, membran sel dapat dilalui oleh zat-zat tertentu. Sifat membran sel ini dinamakan selektif permeabel.

b. Inti Sel (Nukleus)

Organel pertama yang diteliti oeh para ilmuwan adalah inti sel (nukleus). Nukleus adalah struktur berbentuk bulat dan biasanya terletak di tengah-tengah sel. Nukleus adalah bagian terpenting bagi kehidupan sel sebab nukleus mengendalikan seluruh aktivitas sel. Nukleus dibatasi oleh dua lapisan membran yang disebut membrane inti. Membran inti memiliki struktur yang mirip dengan membran sel. Membran inti memiliki pori-pori yang hanya bisa dilalui oleh substansi tertentu. Membran inti memiliki fungsi sebagai pelindung inti sel dan sebagai tempat pertukaran zat antara materi inti dan sitoplasma. Inti sel memiliki bagian-bagian di dalamnya, seperti berikut ini.

1) Cairan Inti (Nukleoplasma)

Cairan inti merupakan suatu cairan kental berbentuk jeli. Cairan inti ini mengandung senyawa kimia yang sangat kompleks. Selain itu, di dalam cairan inti terdapat enzim, ion, protein, dan nukleotida.

2) Anak Inti (Nukleolus)

Anak inti adalah suatu struktur berbentuk bulat yang tersusun atas filamen-filamen dan butiran-butiran. Secara kimiawi, anak inti mengandung DNA, RNA, dan protein. Nukleolus berperan dalam pembentukan ribosom.

3) Kromatin

Kromatin adalah struktur berupa benang-benang halus yang mengandung DNA (deoxyribonucleic acid). DNA merupakan bahan atau substansi genetik dari suatu organisme. Pada saat pembelahan sel, kromatin akan memendek dan melingkar membentuk  kromosom.

c. Sitoplasma

Sel memiliki suatu cairan yang berada di antara membran sel dan inti sel. Cairan tersebut dinamakan dengan sitoplasma. Sitoplasma merupakan cairan koloid kompleks tempat beradanya organel-organel sel dan substansi sel yang tidak hidup. Di dalam sitoplasma berlangsung beberapa proses metabolisme sel, seperti sintesis protein dan respirasi sel. Di dalam sitoplasma terdapat organel-organel, seperti mitokondria, ribosom, reticulum endoplasma, badan Golgi, lisosom, mikrobodi, dan sentriol.

1) Mitokondria

Mitokondria mengandung enzim yang dapat melepaskan energi dalam bentuk makanan pada proses respirasi sel. Oleh karena itu, mitokondria sering disebut sebagai “powerhouse” atau “pabrik energi” dari sel. Setiap mitokondria memiliki dua lapis membran, yaitu membrane dalam dan membran luar. Membran dalam pada mitokondria membentuk lipatan-lipatan yang disebut  krista. Adapun membran luar membatasi mitokondria dengan sitoplasma. Antara membran dalam dan membrane luar mitokondria terdapat ruangan yang disebut  matriks

2) Ribosom

Ribosom merupakan organel berbentuk butiran-butiran yang tersusun atas RNA (ribonucleic acid) dan protein. Ribosom berfungsi sebagai tempat berlangsungnya sintesis protein. Di dalam sitoplasma, ribosom ada yang menempel pada reticulum endoplasma dan ada yang bebas. Ribosom yang menempel pada retikulum endoplasma berfungsi menyintesis protein-protein untuk disekresikan ke luar sel. Adapun ribosom yang bebas berfungsi menyintesis protein untuk keperluan sel itu sendiri.

3) Retikulum endoplasma

Retikulum endoplasma (RE) adalah organel yang terdiri atas membran-membran yang tersusun paralel. RE memiliki rongga-rongga (sisterna) yang berbentuk pipih dan tubulus. Sisterna menghubungkan membran inti dengan membran sel. Retikulum endoplasma terdiri atas dua jenis, yaitu RE kasar dan RE halus. RE kasar adalah RE yang permukaannya ditempeli oleh ribosom. Adapun RE halus, permukaannya tidak ditempeli oleh ribosom. RE memiliki beberapa fungsi, seperti membentuk jaringan citocavitari  (sistem sirkulasi intraseluler); menyediakan enzim-enzim di sepanjang RE; berperan dalam transportasi berbagai zat; dan berperan dalam pembentukan fosfolipid, kolesterol, dan karbohidrat.

4) Badan goldi (apparatus golgi)

Pada 1898, seorang ahli biologi berkebangsaan Itali, Camillo Golgi, menemukan suatu organel yang tersusun atas tumpukan kantung pipih. Organel tersebut kemudian diberi nama badan Golgi. Badan Golgi membentuk  vesikula  (kantong) yang akan membawa zat-zat yang dihasilkan oleh retikulum endoplasma kasar dan retikulum endoplasma halus menuju membran sel. Zat-zat yang dihasilkan RE biasanya berbentuk protein. Di dalam badan Golgi, protein tersebut mengalami  perubahan-perubahan lebih lanjut. Badan Golgi biasanya berjumlah banyak dan aktif pada sel-sel sekresi, seperti pankreas dan kelenjar ludah.

5) Lisosom

Beberapa vesikula yang berasal dari badan Golgi tetap berada di dalam sitoplasma. Vesikula tersebut dinamakan lisosom, yaitu organel berbentuk oval atau bulat yang dilapisi oleh satu lapis membran. Lisosom mengandung enzim yang dapat mencerna polisakarida, fosfolipid, lipid, dan protein. Selain itu, lisosom juga berfungsi mencernakan dan menguraikan organel sel yang tua atau telah rusak. Lisosom pun berperan di dalam proses kematian sel (autolisis). Lisosom yang baru dibentuk disebut lisosom primer. Adapun lisosom yang telah ikut dalam proses pencernaan sel disebut  lisosom sekunder. Contoh lisosom sekunder adalah lisosom primer yang telah bergabung dengan vakuola fagositik.

6) Mikrobodi

Mikrobodi merupakan organel dengan struktur yang mirip dengan lisosom. Contoh mikrobodi adalah peroksisom. Peroksisom adalah organel yang mengandung banyak enzim katalase. Enzim katalase berfungsi menguraikan senyawa beracun peroksida (H2O2). Hasil penguraian peroksida berupa air (H2O) dan oksigen(O2). Pada hewan, peroksisom banyak terdapat di dalam hati dan ginjal. Peroksisom yang hanya terdapat pada tumbuhan disebut  glioksisom. Glioksisom berfungsi mengoksidasi asam lemak. Organel ini banyak ditemukan di dalam jaringan lemak pada biji yang sedang berkecambah.

3. Perbedaan Sel Hewan dan Sel Tumbuhan

Sejak penemuan sel oleh Robert Hooke, penelitian mengenai sel semakin berkembang. Dua orang ilmuwan yang turut berperan adalah Theodor Schwann dan Matthias Schleiden. Kedua ilmuwan tersebut merupakan pengembang penelitian sel tumbuhan dan sel hewan. Jika diamati melalui mikroskop elektron, akan terlihat secara morfologi perbedaan antara sel tumbuhan dan sel hewan.  

Perbedaan antara sel tumbuhan dan sel hewan bisa berupa ada tidaknya suatu bagian atau organel sel, maupun perbedaan struktur dan fungsi organelnya. Berikut beberapa organel yang hanya dimiliki oleh sel hewan atau sel tumbuhan saja.

a. Sentriol

Sentriol hanya terdapat pada sel hewan dan Protista. Sentriol merupakan organel berbentuk silinder yang tersusun atas mikrotubulus. Sentriol biasanya terletak di dekat inti sel (nukleus). Organel ini berperan dalam pembelahan sel.

b. Dinding Sel

Sel tumbuhan memiliki dinding sel yang kaku. Dinding sel ini berfungsi sebagai pelindung sel dan pemberi bentuk sel agar tetap stabil. Dinding sel terletak di sebelah luar setelah membran sel. Pada tumbuhan, dinding sel tersusun atas selulosa dalam jumlah besar, lignin, dan suberin. Dinding sel merupakan suatu struktur yang sangat kompleks. Dinding sel pada tumbuhan tersusun atas dua bagian yaitu,  dinding sel primer dan  dinding sel sekunder. Di antara dinding sel primer dan dinding sel sekunder terdapat suatu lapisan yang disebut  lapisan tengah  (middle lamella). Lapisan tengah ini tersusun atas polisakarida yang menyerupai jeli (pektin). Dinding sel sekunder lebih kuat apabila dibandingkan dinding sel primer. Hal ini dikarenakan dinding sel sekunder mengandung lebih banyak selulosa dan lignin.

c. Plastida

Organel ini hanya terdapat pada sel tumbuhan. Plastida berperan dalam proses fotosintesis, yaitu proses pembentukan karbohidrat. Plastida berfungsi menangkap energi cahaya untuk menghasilkan gula. Adanya plastida di dalam sel membuat tumbuhan dapat menghasilkan molekul makanannya sendiri.

Terdapat dua tipe plastida, yaitu leukoplas dan kromoplas. Leukoplas merupakan plastida yang tidak memiliki pigmen. Leukoplas berfungsi menyimpan makanan cadangan berupa karbohidrat, lipid, ataupun protein. Adapun kromoplas adalah plastida yang memiliki pigmen. Pigmen ini akan memberi warna pada daun, bunga, dan buah. Jenis pigmen pada kromoplas, di antaranya pigmen jingga (karoten), pigmen merah (fikoeritrin), dan pigmen hijau (klorofil). Kromoplas dengan pigmen hijau (kloroplas) sangat berpengaruh dalam proses fotosintesis. Oleh karena itu, berikut akan dijelaskan tentang kloroplas.

Kloroplas memiliki ukuran panjang hampir sama dengan panjang sel darah merah (3–8 Pm). Kloroplas merupakan tempat terjadinya fotosintesis. Kebanyakan kloroplas ditemukan di dalam sel mesofil, yaitu jaringan hijau pada daun. Setiap mesofil mengandung 30–40 kloroplas. Kloroplas merupakan plastida dengan pigmen hijau (klorofil). Di dalam kloroplas terdapat banyak klorofil. Klorofil berperan menyerap energi cahaya matahari yang digunakan di dalam proses fotosintesis. Pada tumbuhan, sinar matahari diserap oleh klorofil beserta karbon dioksida untuk direaksikan dengan air dari tanah. Proses fotosintesis menghasilkan molekul makanan dan oksigen. Kloroplas dibagi menjadi tiga ruang fungsional yang dibentuk oleh sistem membran, yaitu ruang intermembran, ruang tilakoid, dan stroma. Ruang intermembran tersusun atas dua membran yang terbentuk dari sitosol. Ruang tilakoid terbentuk dari sistem membran di dalam kloroplas. Klorofil banyak ditemukan di dalam membran tilakoid. Membran tilakoid ini membentuk dua kompartemen, yaitu ruang tilakoid dan grana. Grana adalah susunan tilakoid yang bertumpuk-tumpuk.

4. Sel Prokariotik dan Sel Eukariotik

Sel terdiri atas dua tipe, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik. Perbedaan yang mendasar dari kedua tipe sel tersebut adalah ada atau tidaknya membran yang membatasi inti sel. Sel prokariotik (pro = sebelum, karyotic = nukleus) merupakan tipe sel yang paling sederhana. Substansi genetiknya (DNA) terkonsentrasi dalam suatu kumpulan yang disebut nukleoid  karena tidak adanya membran khusus. Oleh karena itu, sel prokariotik bisa disebut sebagai sel yang tidak memiliki membran inti. Sel eukariotik (eu=sejati) berukuran lebih besar daripada sel prokariotik. Selain itu, sel eukariotik memiliki struktur dan fungsi yang lebih kompleks daripada sel prokariotik. Sesuai dengan namanya, sel eukariotik sudah memiliki membran inti sel (nukleus). Artinya, substansi genetiknya sudah dibatasi oleh sebuah membran.

B. Transpor Zat-Zat Melalui Membran Sel

Sel-sel membutuhkan zat atau molekul untuk menjalankan semua aktivitas metabolisme. Beberapa zat yang diperlukan harus bergerak masuk ke dalam sel. Hal ini berlawanan dengan sampah metabolism yang harus bergerak ke luar sel. Membran sel memegang peranan yang sangat penting dalam proses keluar masuknya zat. Transportasi zat-zat dibagi menjadi dua, yaitu  transportasi pasif dan trasportasi aktif. Transportasi pasif adalah perpindahan zat-zat mengikuti aliran perbedaan konsentrasi, sedangkan transportasi aktif adalah perpindahan zat-zat melawan aliran perbedaan konsentrasi dan memerlukan energi. Transportasi pasif berlangsung melalui proses  difusi dan  osmosis. Adapun transportasi aktif, berlangsung melalui proses transpor aktif, eksositosis, dan  endositosis.

1. Difusi

Secara tidak sadar proses difusi sangat dekat dengan kehidupan sehari-hari. Misalnya, Anda akan memasukan satu sendok gula ke dalam segelas air teh jika ingin membuat air teh manis. Apa yang akan terjadi dengan gula tersebut? Awalnya, gula tersebut akan mengendap di dasar gelas. Akan tetapi, lama-kelamaan gula tersebut akan larut ke dalam air teh tersebut.

Peristiwa tersebut akan terjadi pula pada tinta yang Anda teteskan ke dalam air bening dalam suatu wadah. Tinta tersebut akan larut dan membuat air bening berubah warna menjadi seperti warna tinta. Peristiwa larutnya gula dan tinta merupakan contoh peristiwa difusi. Difusi merupakan perpindahan molekul-molekul suatu zat dari bagian yang berkonsentrasi tinggi menuju bagian yang berkonsentrasi rendah. Difusi dapat terjadi melalui membran ataupun tidak melalui membran. Dalam tingkatan sel, difusi dapat diartikan perpindahan molekul sel dari konsentrasi molekul tinggi menuju konsentrasi molekul rendah.

2. Osmosis

Osmosis adalah pergerakan molekul air dari konsentrasi air yang tinggi menuju konsentrasi air yang rendah melalui membran selektif permeable (semipermeabel). Dengan kata lain, osmosis adalah difusi molekul air melalui membran semipermeabel. Semipermeabel berarti membrane tersebut hanya bisa dilalui oleh molekul-molekul air atau molekul-molekul seukuran dengan air. Air merupakan zat pelarut. Oleh karena itu, osmosis dapat diartikan sebagai gerak cairan yang encer menuju cairan yang pekat melalui membran semipermeabel. Apabila kepekatan cairan di luar dan di dalam sel sama (isotonis), kondisi sel akan tetap. Namun, apabila cairan di luar sel lebih encer daripada di dalam sel (hipotonis) maka air akan masuk ke dalam sel. Sebaliknya, apabila cairan di luar sel lebih pekat daripada di dalam sel (hipertonis) maka air dari dalam sel akan bergerak ke luar. Kondisi hipotonis dapat mengakibatkan sel menggelembung dan mungkin pecah. Adapun pada kondisi hipertonis, sel akan mengerut.

3. Transpor Aktif

Transpor aktif terjadi apabila sel secara aktif memindahkan zat-zat melewati membran sel dengan menggunakan energi. Biasanya, transport aktif dilakukan untuk memindahkan zat dari konsentrasi rendah menuju konsentrasi tinggi. Misalnya, glukosa tidak dapat melewati membran sel karena ukurannya terlalu besar. Oleh karena itu, molekul glukosa ini akan diangkut secara aktif. Energi yang digunakan untuk transpor aktif ini didapat dari pemecahan ATP menjadi ADP, fosfat, dan energi. Glukosa tersebut akan berikatan dengan fosfat menjadi glukosa-fosfat. Glukosa-fosfat inilah yang dapat melewati membran sel. Contoh transpor aktif yang paling sering muncul adalah mekanisme pompa natrium-kalium. Mekanisme pompa natrium-kalium akan memompa masuk ion kalium (K+) dan memompa keluar ion natrium (Na+). Ion Na+ akan melekat pada protein di dalam membran sel. Ketika ATP dihidrolisis menjadi ADP, fosfat yang dihasilkan akan melekat pada protein. Melekatnya fosfat pada protein menyebabkan protein berubah bentuk. Perubahan bentuk protein membuat ion Na+ keluar dari dalam sel. Bersamaan dengan itu, ion K+ akan melekat pada protein dan fosfat akan lepas. Lepasnya fosfat menyebabkan bentuk protein kembali seperti semula. Ion K+ akan masuk ke dalam sel.

4. Eksositosis

Eksositosis terjadi apabila terdapat molekul-molekul berukuran besar yang tidak dapat ditransportasikan melalui mekanisme transpor aktif. Eksositosis (ex = keluar dari, cytos = sel) merupakan mekanisme transport molekul keluar dari sel dengan cara membentuk vesikula. Suatu sel akan membentuk vesikula apabila akan mengeluarkan suatu molekul. Vesikula yang terbentuk akan melingkupi molekul yang akan dikeluarkan. Vesikula bersama molekul yang dilingkupinya tersebut akan bergerak menuju membran sel. Setelah melekat dengan membran sel, molekul yang dibawa vesikula akan dikeluarkan dari dalam sel.

5. Endositosis

Sebaliknya dari eksositosis, endositosis merupakan mekanisme masuknya molekul ke dalam sel dengan bantuan vesikula. Endositosis berasal dari  endon  yang berarti dalam dan  cytos  yang berarti sel. Mekanismenya, suatu sel akan membentuk vesikula dengan cara menjulurkan bagian luar membran sel. Bagian luar membran sel tersebut akan mengurung atau menangkap molekul yang akan dibawa masuk. Kemudian, vesikula akan menelan molekul tersebut sehingga masuk ke dalam sel. Terdapat dua jenis endositosis, yaitu  pinositosis  dan  fagositosis. Pinositosis adalah proses endositosis berupa cairan, sedangkan fagositosis adalah proses endositosis tidak berupa cairan, misalnya bakteri.

Sumber : BSE Kemendiknas, Rikky F.