Dalam biologi, sel adalah
kumpulan materi paling
sederhana yang dapat hidup dan merupakan unit penyusun semua makhluk hidup. Sel
mampu melakukan semua aktivitas kehidupan dan sebagian besar reaksi kimia untuk
mempertahankan kehidupan berlangsung di dalam sel. Kebanyakan makhluk
hidup tersusun atas sel tunggal, atau disebut organisme uniseluler, misalnya bakteri dan ameba. Makhluk hidup
lainnya, termasuk tumbuhan, hewan, dan manusia, merupakan organisme multiseluler yang terdiri
dari banyak tipe sel terspesialisasi dengan fungsinya masing-masing. Tubuh
manusia, misalnya, tersusun atas lebih dari 10 sel. Namun
demikian, seluruh tubuh semua organisme berasal dari hasil pembelahan satu
sel. Contohnya, tubuh bakteri berasal dari pembelahan sel bakteri induknya,
sementara tubuh tikus berasal
dari pembelahan sel telur induknya yang sudah dibuahi.
SUMBER KLIK DI SINI
SUMBER KLIK DI SINI
Sel-sel pada organisme
multiseluler tidak akan bertahan lama jika masing-masing berdiri sendiri. Sel
yang sama dikelompokkan menjadi jaringan,
yang membangun organ dan
kemudian sistem organ yang membentuk tubuh
organisme tersebut. Contohnya, sel otot jantung membentuk jaringan otot jantung pada
organ jantung yang
merupakan bagian dari sistem organ peredaran darah pada tubuh manusia.
Sementara itu, sel sendiri tersusun atas komponen-komponen yang disebut organel.
Sel terkecil yang dikenal
manusia ialah bakteri Mycoplasma dengan diameter 0,0001 sampai 0,001 mm, sedangkan
salah satu sel tunggal yang bisa dilihat dengan mata telanjang ialah
telur ayam yang
belum dibuahi. Akan tetapi, sebagian besar sel berdiameter antara 1 sampai
100 µm (0,001–0,1 mm)
sehingga hanya bisa dilihat dengan mikroskop. Penemuan
dan kajian awal tentang sel memperoleh kemajuan sejalan dengan penemuan dan
penyempurnaan mikroskop pada abad ke-17. Robert Hooke pertama
kali mendeskripsikan dan menamai sel pada tahun 1665 ketika ia mengamati suatu
irisan gabus (kulit batang pohon ek) dengan mikroskop yang memiliki perbesaran 30
kali. Namun demikian, teori sel sebagai unit kehidupan baru dirumuskan
hampir dua abad setelah itu oleh Matthias Schleiden dan Theodor
Schwann. Selanjutnya, sel dikaji dalam cabang biologi yang
disebut biologi sel.
Teori sel
Beberapa ilmuwan pada abad
ke-18 dan awal abad ke-19 telah berspekulasi atau mengamati bahwa tumbuhan dan hewan tersusun atas
sel, namun hal tersebut masih diperdebatkan pada saat itu. Pada tahun
1838, ahli botani Jerman Matthias Jakob Schleiden menyatakan
bahwa semua tumbuhan terdiri atas sel dan bahwa semua aspek fungsi
tubuh tumbuhan pada dasarnya merupakan manifestasi aktivitas sel. ia juga
menyatakan pentingnya nukleus (yang ditemukan Robert Brown pada
tahun 1831) dalam fungsi dan pembentukan sel, namun ia salah mengira bahwa sel
terbentuk dari nukleus. Pada tahun 1839, Theodor
Schwann, yang setelah berdiskusi dengan Schleiden menyadari bahwa ia
pernah mengamati nukleus sel hewan sebagaimana Schleiden mengamatinya pada
tumbuhan, menyatakan bahwa semua bagian tubuh hewan juga tersusun
atas sel. Menurutnya, prinsip universal pembentukan berbagai bagian tubuh semua
organisme adalah pembentukan sel.
Yang kemudian memerinci teori
sel sebagaimana yang dikenal dalam bentuk modern ialah Rudolf
Virchow, seorang ilmuwan Jerman lainnya. Pada mulanya ia sependapat
dengan Schleiden mengenai pembentukan sel. Namun, pengamatan mikroskopis atas
berbagai proses patologis membuatnya menyimpulkan hal yang sama dengan yang
telah disimpulkan oleh Robert Remak dari pengamatannya
terhadap sel darah merah dan embrio, yaitu
bahwa sel berasal dari sel lain melalui pembelahan
sel. Pada tahun 1855, Virchow menerbitkan makalahnya yang memuat
motonya yang terkenal, omnis cellula e cellula (semua sel
berasal dari sel).
Perkembangan biologi sel
Antara tahun 1875 dan 1895,
terjadi berbagai penemuan mengenai fenomena seluler dasar, seperti mitosis, meiosis,
dan fertilisasi,
serta berbagai organel penting, seperti mitokondria, kloroplas,
dan badan Golgi. Lahirlah
bidang yang mempelajari sel, yang saat itu disebut sitologi.
Perkembangan teknik baru,
terutama fraksinasi sel dan mikroskopi elektron, memungkinkan sitologi
dan biokimia melahirkan
bidang baru yang disebut biologi sel. Pada tahun 1960, perhimpunan
ilmiah American Society for Cell Biology didirikan
di New York, Amerika
Serikat, dan tidak lama setelahnya, jurnal ilmiah Journal of
Biochemical and Biophysical Cytology berganti nama menjadi Journal of Cell Biology. Pada
akhir dekade 1960-an, biologi sel telah menjadi suatu disiplin ilmu yang mapan,
dengan perhimpunan dan publikasi ilmiahnya sendiri serta memiliki misi
mengungkapkan mekanisme fungsi organel sel.
Struktur
Semua sel dibatasi oleh
suatu membran yang disebut membran plasma,
sementara daerah di dalam sel disebut sitoplasma.
Setiap sel, pada tahap tertentu dalam hidupnya, mengandung DNA sebagai materi yang dapat
diwariskan dan mengarahkan aktivitas sel tersebut. Selain itu, semua sel
memiliki struktur yang disebut ribosom yang
berfungsi dalam pembuatan protein yang akan digunakan sebagai katalis pada
berbagai reaksi kimia dalam sel tersebut.
Setiap organisme tersusun
atas salah satu dari dua jenis sel yang secara struktur berbeda: sel prokariotik atau
sel eukariotik.
Kedua jenis sel ini dibedakan berdasarkan posisi DNA di dalam sel; sebagian besar DNA
pada eukariota terselubung membran organel yang disebut nukleus atau
inti sel, sedangkan prokariota tidak memiliki nukleus. Hanya bakteri dan arkea yang memiliki
sel prokariotik, sementara protista, tumbuhan, jamur, dan hewan memiliki sel eukariotik.
Sel prokariota
Pada sel prokariota (dari bahasa Yunani, pro,
'sebelum' dan karyon, 'biji'), tidak ada membran yang
memisahkan DNA dari bagian sel lainnya, dan
daerah tempat DNA terkonsentrasi di sitoplasma disebut nukleoid. Kebanyakan
prokariota merupakan organisme uniseluler dengan sel
berukuran kecil (berdiameter 0,7–2,0 µm dan volumenya sekitar 1 µm3)
serta umumnya terdiri dari selubung sel, membran sel, sitoplasma, nukleoid, dan
beberapa struktur lain.
Hampir semua sel prokariotik
memiliki selubung sel di luar membran selnya. Jika selubung tersebut mengandung
suatu lapisan kaku yang terbuat dari karbohidrat atau
kompleks karbohidrat-protein, peptidoglikan,
lapisan itu disebut sebagai dinding sel.
Kebanyakan bakteri memiliki
suatu membran luar yang menutupi lapisan peptidoglikan, dan ada pula bakteri
yang memiliki selubung sel dari protein.
Sementara itu, kebanyakan selubung sel arkea berbahan
protein, walaupun ada juga yang berbahan peptidoglikan. Selubung sel prokariota
mencegah sel pecah akibat tekanan
osmotik pada lingkungan yang memiliki konsentrasi lebih
rendah daripada isi sel.
Sejumlah prokariota memiliki
struktur lain di luar selubung selnya. Banyak jenis bakteri memiliki lapisan di
luar dinding sel yang disebut kapsul yang membantu sel bakteri
melekat pada permukaan benda dan sel lain. Kapsul juga dapat membantu sel
bakteri menghindar dari sel kekebalan
tubuh manusia jenis tertentu. Selain itu, sejumlah bakteri
melekat pada permukaan benda dan sel lain dengan benang protein yang
disebut pilus (jamak:
pili) dan fimbria (jamak: fimbriae). Banyak jenis bakteri
bergerak menggunakan flagelum (jamak: flagela) yang melekat pada dinding
selnya dan berputar seperti motor.
Prokariota umumnya memiliki
satu molekul DNA dengan struktur lingkar yang terkonsentrasi pada nukleoid.
Selain itu, prokariota sering kali juga memiliki bahan genetik tambahan yang
disebut plasmid yang
juga berstruktur DNA lingkar. Pada umumnya, plasmid tidak dibutuhkan oleh sel
untuk pertumbuhan meskipun sering kali plasmid membawa gen tertentu yang
memberikan keuntungan tambahan pada keadaan tertentu, misalnya resistansi terhadap antibiotik.
Prokariota juga memiliki sejumlah protein struktural
yang disebut sitoskeleton, yang pada mulanya dianggap hanya
ada pada eukariota. Protein
skeleton tersebut meregulasi pembelahan
sel dan berperan menentukan bentuk sel.
Sel eukariota
Tidak seperti prokariota,
sel eukariota (bahasa Yunani, eu,
'sebenarnya' dan karyon) memiliki nukleus.
Diameter sel eukariota biasanya 10 hingga 100 µm, sepuluh kali lebih besar
daripada bakteri. Sitoplasma eukariota
adalah daerah di antara nukleus dan membran sel.
Sitoplasma ini terdiri dari medium semicair yang disebut sitosol,
yang di dalamnya terdapat organel-organel dengan bentuk dan fungsi terspesialisasi
serta sebagian besar tidak dimiliki prokariota. Kebanyakan organel dibatasi
oleh satu lapis membran, namun ada pula yang dibatasi oleh dua membran,
misalnya nukleus.
Selain nukleus, sejumlah organel lain dimiliki hampir
semua sel eukariota, yaitu (1) mitokondria,
tempat sebagian besar metabolisme energi sel terjadi; (2) retikulum endoplasma, suatu jaringan
membran tempat sintesis glikoprotein dan lipid; (3) badan Golgi,
yang mengarahkan hasil sintesis sel ke tempat tujuannya; serta (4) peroksisom,
tempat perombakan asam lemak dan asam amino. Lisosom,
yang menguraikan komponen sel yang rusak dan benda asing yang dimasukkan oleh
sel, ditemukan pada sel hewan, tetapi tidak pada sel tumbuhan. Kloroplas,
tempat terjadinya fotosintesis, hanya ditemukan pada sel-sel
tertentu daun tumbuhan
dan sejumlah organisme uniseluler. Baik sel tumbuhan
maupun sejumlah eukariota uniseluler memiliki satu atau lebih vakuola,
yaitu organel tempat menyimpan nutrien dan limbah serta tempat terjadinya
sejumlah reaksi penguraian.
Jaringan protein serat sitoskeleton mempertahankan
bentuk sel dan mengendalikan pergerakan struktur di dalam sel eukariota. Sentriol,
yang hanya ditemukan pada sel hewan di dekat nukleus, juga terbuat dari
sitoskeleton.
Dinding sel yang
kaku, terbuat dari selulosa dan polimer lain,
mengelilingi sel tumbuhan dan membuatnya kuat dan tegar. Fungi juga memiliki
dinding sel, namun komposisinya berbeda dari dinding sel bakteri maupun
tumbuhan. Di antara dinding sel tumbuhan yang bersebelahan terdapat
saluran yang disebut plasmodesmata.
Komponen subseluler
Membran
Membran sel yang membatasi sel disebut
sebagai membran plasma dan berfungsi sebagai rintangan selektif yang
memungkinkan aliran oksigen, nutrien, dan limbah yang cukup untuk melayani seluruh
volume sel. Membran
sel juga berperan dalam sintesis ATP, pensinyalan
sel, dan adhesi sel.
Membran sel berupa lapisan sangat tipis yang terbentuk
dari molekul lipid dan protein.
Membran sel bersifat dinamik dan kebanyakan molekulnya dapat bergerak di
sepanjang bidang membran. Molekul lipid membran tersusun dalam dua lapis dengan
tebal sekitar 5 nm yang menjadi penghalang bagi kebanyakan molekul hidrofilik.
Molekul-molekul protein yang menembus lapisan ganda lipid tersebut berperan
dalam hampir semua fungsi lain membran, misalnya mengangkut molekul tertentu
melewati membran. Ada pula protein yang menjadi pengait struktural ke sel lain,
atau menjadi reseptor yang mendeteksi dan menyalurkan
sinyal kimiawi dalam lingkungan sel. Diperkirakan bahwa sekitar 30% protein
yang dapat disintesis sel hewan merupakan protein membran.[37]
Nukleus
Nukleus dan
bagian-bagiannya.
Nukleus mengandung sebagian besar gen yang
mengendalikan sel eukariota (sebagian lain gen terletak di dalam mitokondria dan kloroplas).
Dengan diameter rata-rata 5 µm, organel ini
umumnya adalah organel yang paling mencolok dalam sel eukariota.[38] Kebanyakan
sel memiliki satu nukleus,[39] namun
ada pula yang memiliki banyak nukleus, contohnya sel otot rangka,
dan ada pula yang tidak memiliki nukleus, contohnya sel darah
merah matang yang kehilangan nukleusnya saat berkembang.[40]
Selubung nukleus melingkupi nukleus dan memisahkan isinya
(yang disebut nukleoplasma) dari sitoplasma.
Selubung ini terdiri dari dua membran yang
masing-masing merupakan lapisan ganda lipid dengan protein terkait. Membran
luar dan dalam selubung nukleus dipisahkan oleh ruangan sekitar 20–40 nm.
Selubung nukleus memiliki sejumlah pori yang berdiameter sekitar 100 nm
dan pada bibir setiap pori, kedua membran selubung nukleus menyatu.[38]
Di dalam nukleus, DNA terorganisasi
bersama dengan protein menjadi kromatin.
Sewaktu sel siap untuk membelah,
kromatin kusut yang berbentuk benang akan menggulung, menjadi cukup tebal untuk
dibedakan melalui mikroskop sebagai struktur terpisah yang disebut kromosom.[38]
Struktur yang menonjol di dalam nukleus sel yang sedang
tidak membelah ialah nukleolus, yang merupakan tempat sejumlah komponen ribosom disintesis
dan dirakit. Komponen-komponen ini kemudian dilewatkan melalui pori nukleus ke
sitoplasma, tempat semuanya bergabung menjadi ribosom. Kadang-kadang terdapat
lebih dari satu nukleolus, bergantung pada spesiesnya dan
tahap reproduksi sel tersebut.[38]
Nukleus mengedalikan sintesis
protein di dalam sitoplasma dengan cara mengirim molekul
pembawa pesan berupa RNA,
yaitu mRNA,
yang disintesis berdasarkan
"pesan" gen pada DNA. RNA ini lalu
dikeluarkan ke sitoplasma melalui pori nukleus dan melekat pada ribosom, tempat
pesan genetik tersebut diterjemahkan menjadi urutan asam amino protein
yang disintesis.[38]
Ribosom
Artikel utama untuk bagian ini adalah:
Ribosom merupakan tempat sel membuat protein.
Sel dengan laju sintesis protein yang tinggi memiliki
banyak sekali ribosom, contohnya sel hati manusia yang
memiliki beberapa juta ribosom.[38] Ribosom
sendiri tersusun atas berbagai jenis protein dan sejumlah molekul RNA.
Ribosom eukariota lebih
besar daripada ribosom prokariota, namun keduanya sangat mirip dalam hal struktur dan
fungsi. Keduanya terdiri dari satu subunit besar dan satu subunit kecil yang
bergabung membentuk ribosom lengkap dengan massa beberapa juta dalton.[41]
Pada eukariota, ribosom dapat ditemukan bebas di sitosol atau
terikat pada bagian luar retikulum endoplasma. Sebagian besar
protein yang diproduksi ribosom bebas akan berfungsi di dalam sitosol,
sementara ribosom terikat umumnya membuat protein yang ditujukan untuk
dimasukkan ke dalam membran, untuk dibungkus di dalam organel
tertentu seperti lisosom, atau untuk dikirim ke luar sel. Ribosom bebas dan
terikat memiliki struktur identik dan dapat saling bertukar tempat. Sel dapat
menyesuaikan jumlah relatif masing-masing ribosom begitu metabolismenya
berubah.[38]
Sistem endomembran
Sistem endomembran
sel.
Berbagai membran dalam
sel eukariota merupakan
bagian dari sistem endomembran. Membran ini dihubungkan melalui sambungan fisik
langsung atau melalui transfer antarsegmen membran dalam bentuk vesikel (gelembung
yang dibungkus membran) kecil. Sistem endomembran mencakup selubung
nukleus, retikulum endoplasma, badan Golgi, lisosom,
berbagai jenis vakuola, dan membran plasma.[38] Sistem
ini memiliki berbagai fungsi, termasuk sintesis dan
modifikasi protein serta transpor protein ke membran dan organel atau
ke luar sel, sintesis lipid, dan penetralan beberapa jenis racun.[42]
Retikulum endoplasma
Retikulum endoplasma merupakan
perluasan selubung nukleus yang terdiri dari jaringan (reticulum =
'jaring kecil') saluran bermembran dan vesikel yang
saling terhubung. Terdapat dua bentuk retikulum endoplasma, yaitu retikulum endoplasma
kasar dan retikulum endoplasma halus.[42]
Retikulum endoplasma kasar disebut demikian karena
permukaannya ditempeli banyak ribosom.
Ribosom yang mulai mensintesis protein dengan tempat tujuan tertentu, seperti
organel tertentu atau membran, akan menempel pada retikulum endoplasma kasar.
Protein yang terbentuk akan terdorong ke bagian dalam retikulum endoplasma yang
disebut lumen.[43] Di
dalam lumen, protein tersebut mengalami pelipatan dan dimodifikasi, misalnya
dengan penambahan karbohidrat untuk membentuk glikoprotein.
Protein tersebut lalu dipindahkan ke bagian lain sel di dalam vesikel kecil
yang menyembul keluar dari retikulum endoplasma, dan bergabung dengan organel
yang berperan lebih lanjut dalam modifikasi dan distribusinya. Kebanyakan
protein menuju ke badan Golgi, yang akan mengemas dan memilahnya
untuk diantarkan ke tujuan akhirnya.
Retikulum endoplasma halus tidak memiliki ribosom pada
permukaannya. Retikulum endoplasma halus berfungsi, misalnya, dalam
sintesis lipid komponen
membran sel. Dalam jenis sel tertentu, misalnya sel hati, membran retikulum
endoplasma halus mengandung enzim yang mengubah obat-obatan, racun, dan produk
sampingan beracun dari metabolisme sel menjadi senyawa-senyawa
yang kurang beracun atau lebih mudah dikeluarkan tubuh.[42]
Badan Golgi
Badan Golgi (dinamai menurut nama
penemunya, Camillo Golgi) tersusun atas setumpuk kantong
pipih dari membran yang disebut sisterna.
Biasanya terdapat tiga sampai delapan sisterna, tetapi ada sejumlah organisme
yang memiliki badan Golgi dengan puluhan sisterna. Jumlah dan ukuran badan
Golgi bergantung pada jenis sel dan aktivitas metabolismenya.
Sel yang aktif melakukan sekresi protein dapat memiliki ratusan badan Golgi. Organel ini
biasanya terletak di antara retikulum endoplasma dan membran
plasma.[42]
Sisi badan Golgi yang paling dekat dengan nukleus disebut
sisi cis, sementara sisi yang menjauhi nukleus disebut sisi trans.
Ketika tiba di sisi cis, protein dimasukkan
ke dalam lumen sisterna. Di dalam lumen, protein tersebut dimodifikasi,
misalnya dengan penambahan karbohidrat,
ditandai dengan penanda kimiawi, dan dipilah-pilah agar nantinya dapat dikirim
ke tujuannya masing-masing.[43]
Badan Golgi mengatur pergerakan berbagai jenis protein;
ada yang disekresikan ke luar sel, ada yang digabungkan ke membran plasma
sebagai protein transmembran, dan ada pula yang ditempatkan di dalam lisosom.
Protein yang disekresikan dari sel diangkut ke membran plasma di dalam vesikel sekresi,
yang melepaskan isinya dengan cara bergabung dengan membran plasma dalam
proses eksositosis. Proses sebaliknya, endositosis,
dapat terjadi bila membran plasma mencekung ke dalam sel dan membentuk vesikel
endositosis yang dibawa ke badan Golgi atau tempat lain, misalnya lisosom.[42]
Lisosom
Lisosom pada sel hewan merupakan vesikel yang
memuat lebih dari 30 jenis enzim hidrolitik untuk menguraikan berbagai molekul
kompleks. Sel menggunakan kembali subunit molekul yang sudah diuraikan lisosom
itu. Bergantung pada zat yang diuraikannya, lisosom dapat memiliki berbagai
ukuran dan bentuk. Organel ini dibentuk sebagai vesikel yang melepaskan diri
dari badan Golgi.[42]
Lisosom menguraikan molekul makanan yang masuk ke dalam
sel melalui endositosis ketika suatu vesikel
endositosis bergabung dengan lisosom. Dalam proses yang disebut autofagi,
lisosom mencerna organel yang tidak berfungsi dengan benar. Lisosom juga
berperan dalam fagositosis, proses yang dilakukan sejumlah
jenis sel untuk menelan bakteri atau fragmen sel lain untuk diuraikan. Contoh sel
yang melakukan fagositosis ialah sejenis sel darah
putih yang disebut fagosit,
yang berperan penting dalam sistem kekebalan tubuh.[42]
Vakuola
Kebanyakan fungsi lisosom sel hewan dilakukan
oleh vakuola pada
sel tumbuhan. Membran vakuola,
yang merupakan bagian dari sistem endomembran, disebut tonoplas.
Vakuola berasal dari kata bahasa Latin vacuolum yang
berarti 'kosong' dan dinamai demikian karena organel ini
tidak memiliki struktur internal. Umumnya vakuola lebih besar daripada vesikel,
dan kadang kala terbentuk dari gabungan banyak vesikel.[44]
Sel tumbuhan muda berukuran kecil dan mengandung banyak
vakuola kecil yang kemudian bergabung membentuk suatu vakuola sentral seiring
dengan penambahan air ke
dalamnya. Ukuran sel tumbuhan diperbesar dengan menambahkan air ke dalam
vakuola sentral tersebut. Vakuola sentral juga mengandung cadangan
makanan, garam-garam, pigmen, dan
limbah metabolisme. Zat yang beracun bagi herbivora dapat
pula disimpan dalam vakuola sebagai mekanisme pertahanan. Vakuola juga berperan
penting dalam mempertahankan tekanan
turgor tumbuhan.[44]
Vakuola memiliki banyak fungsi lain dan juga dapat
ditemukan pada sel hewan dan protista uniseluler.
Kebanyakan protozoa memiliki
vakuola makanan, yang bergabung dengan lisosom agar makanan di dalamnya dapat
dicerna. Beberapa jenis protozoa juga memiliki vakuola kontraktil, yang
mengeluarkan kelebihan air dari sel.[44]
0 komentar:
Posting Komentar