Organisasi Tingkat Sel - Materi Biologi Kelas 11 SLTA/SMA/MA

Ruang lingkup Biologi mempelajari makhluk hidup dari tingkat molekul hingga organisme dan bahkan biosfer. Suatu orgnisme dikatakan sebagai makhluk hidup salah satunya karena memiliki sel. Sel adalah unit fungsional terkecil yang mampu melakukan aktifitas kehidupan secara independen. Sel yang satu dengan lainnya dapat bergabung membentuk satu kesatuan yang disebut organisme.

Bab ini secara khusus membahas seputar aktifitas makhluk hidup pada tingkatan sel. Meliputi pengertian sel, struktur dan fungsi sel, sel hewan dan tumbuhan, serta fungsi sel sebagai transport molekul.

{tocify} $title={Daftar isi}

A. Pengertian Sel

Sel adalah bagian terkecil yang menyusun tubuh makhluk hidup. Sel juga disebut sebagai unit fungsional terkecil pada tubuh makhluk hidup, karena secara otonom mampu mengatur kehidupannya sendiri.

Sel berukuran mikroskopis atau tidak dapat dilihat bentuknya secara langsung tanpa menggunakan bantuan mikroskop. Tumbuhan, hewan, manusia, dan mikroorganisme di seluruh dunia ini tersusun oleh sel. Sejak penemuan sel pertama kali, para ilmuan berlomba-lomba untuk mempelajari cara kerja sel. Hingga munculnya beberapa teori tentang sel.

B. Teori Sel

1. Teori Sel Robert Hooke

Pada tahun 1665 seorang ilmuan dari Inggris bernama Robert Hooke mengamati sayatan gabus dengan menggunakan mikroskop cahaya. Ketika sayatan gabus diamati dibawah mikroskop tampak sebuah ruangan-ruangan kecil. Setelah menggambar dan mendiskripsiakn bentuknya, Robert Hooke memberi nama ruangan kecil itu dengan istilah Sel.

2. Teori Sel Felix Dujardin

Pada tahun 1835, seorang ahli Biologi asal perancis bernama Felix Juardin menemukan bahwa mikroorganisme hanya disusun oleh 1 sel (uniseluler).

3. Teori Sel Matthias Jacob Shcleiden

Pada tahun 1838 seorang ahli Botani asal Jerman bernama Matthias Jacob Shcleiden menemukan bahwa semua bagian tumbuhan tersusun atas sel.

4. Teori Sel Theodor Schwan

Seorang ahli Zoologi asalak Jerman bernama Theodor Schwan juga mengemukakan bahwa tubuh hewan juga tersusun atas sel-sel yang saling bersatu.

5. Teori Sel Rudolf Virchow

Pada tahun 1855 seorang dokter sekaligus ahli Biologi asal Jerman bernama Rudolf Virchow mengemukaan teori tentang sel. Pernyataan yang terkenal hingga saat ini adalah Omnis cellula e cellula atau setiap sel berasal dari sel lainnya. Pernyataan tersebut untuk membantah teori Abiogenesis yang dianut oleh Aristoteles dan John Needam. Pernyataan ini juga dikemukakan setelah membuat tulisan "Tubuh adalah sebuah negara dan sel adalah warga negaranya".

C. Komponen Kimiawi Sel

A. Karbohidrat

Karbohidrat adalah makromolekul yang berfungsi sebagai bahan penyusun struktur sel dan sebagai sumber energi. Karbohidrat dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:

Monosakarida, yang terdiri atas glukosa, fruktosa dan galaktosa.
Disakarida, yang teridiri atas laktosa, maltosa dan sukrosa.
Polisakarida, yang terdiri atas glikogen dan amilum.

B. Lipid

Lipid adalah makromolekul yang berfungsi sebagai komponen struktural membran sel, seabagai cadangan energi, lapisan pelindung, komponen vitamin dan hormon. Senyawa lipid yang paling penting untuk makhluk hidup adalah lemak, fosfolipid, sfingolipid, steroid dan lilin.

C. Protein

Protein adalah makromolekul penyusun sel yang meliputi 50% dari bobot kering sel. Protein berfungsi sebagai pendukung struktural sel, penyimpanan, pengiriman sinyal, transport dan pertahanan tubuh. Protein dalam sel dibentuk melalui mekanisme sintesis protein yang melibatkan materi genetik DNA dan RNA.

D. Asam Nukleat

Asam nukleat berfungsi sebagai tempat menyimpan informasi genetik yang dapat diwariskan kepada keturunannya. Asam nukleat berupa polinukleotida yang tersusun atas nukleotida. Struktur nukleotida disusun atas gula, fosfat dan basa nitrogen. Basa nitrogen terdiri dari basa Adenin, Urasil, Timin, Guanin dan Sitosin. Berdasarkan jenis basa nukleotidanya asam nukleat dibagi menjadi 2, yaitu DNA dan RNA. DNA mengandung basa Timin, sedangkan RNA mengandung basa Urasil.

D. Struktur Sel dan Fungsinya

Semenjak penemuan sel pertama kali dan berkembangnya teori sel, para ilmuan juga melakukan observasi lebih jauh mengenai susunan sel. Observasi dilakukan dengan menggunakan mikroskop cahaya, yang pada waktu itu hanya mampu mengamati dengan perbesaran terbatas. Meskipun demikian, suatu sel dapat di identifikasi bagian-bagiannya dan dideskripsikan fungsi nya. Kemudian disebut sebagai membran sel, inti sel, cairan sel (sitoplasma) dan organel-organel.

1. Membran Sel

Membran sel adalah lapisan tipis yang membatasi cairan didalam sel dengan lingkungan luar. Membran sel disusun oleh molekul protein, senyawa lemak (fosfolipid), karbohidrat, air dan sedikit kolesterol. Senyawa lemak disusun oleh gugus senyawa lipid dan fosfat. Lipid bersifat sukar berikatan dengan air (hidrofobik), sedangkan fosfat mudah berikatan dengan air (hidrofilik).

Fosfolipid satu dengan lainnya akan bersatu membentuk 2 lapisan mirip roti lapis yang disebut fosfolipid bilayer. Fosfolipid bilayaer tersusun atas 2 jenis protein yaitu protein integral dan periferal. Protein mengikat gugus karbohidrat disebut dengan Glikoprotein, sedangakan gugus karbohidrat yang mengikat lipid disebut dengan Glikolipid. Secara keseluruhan fungsi membran sel adalah sebgai berikut:

Membatasi komponen dalam sel dengan luar sel.
Membungkus dan melindungi sel.
Membatasi molekul yang masuk kedalam sel (selektif permeabel).

2. Inti Sel (Nukleus)

Inti sel adalah bagian paling penting di dalam sel karena berfungsi untuk mengatur semua aktifitas sel. Inti sel terletak dibagian tengah sel, berbentuk bulat dan dibatasi oleh 2 lapisan membran yang disebut membran inti (nukleoplasma). Membran inti memliki pori-pori yang berfungsi sebagai tempat keluar-masuknya substansi. Di dalam inti sel terdapat beberapa bagian penyusun, diantaranya:

a. Cairan Inti (Nukleoplasma)

Cairan kimia kental seperti jeli yang mengandung enzim, ion, protein dan nukleotida (satuan materi genetik).

b. Anak Inti (Nukleolus)

Struktur yang berbetuk bulat, mengandung protein materi genetik berupa DNA dan RNA. Nukleolus berfungsi menghasilkan Ribosom.

c. Kromatin

Struktur yang berupa benang-benang halus yang mengandung meteri genetik DNA. Kromatin berperan penting dalam proses sintesis/pembelahan sel. Pada saat pembelahan sel, kromatin akan memendek membentuk struktur Kromosom.

Fungsi dari inti sel adalah mengatur semua aktifitas di dalam sel dan sebagai suatu unit hereditas pada makhluk hidup.

Sumber : Foto Google

3. Cairan Sel (Sitoplasma)

Didalam sel terdapat suatu cairan yang disebut Sitoplasma. Sitoplasma berada diantara inti sel dengan membran sel. Didalam sitoplasma juga terdapat organel-organel sel seperti mitokondria, Retikulum Endoplasma, Ribosom, Badan Goldi, Sentriol, Lisosom dan Mikrobodi. Semuanya penting dalam keberlangusungan kehidupan sel. Fungsi sitoplasma adalah sebagai tempat melangsungkan metabolisme sel, seperti sintesis protein dan respirasi sel.

4. Mitokondria

Mitokondia adalah organel berbentuk seperti kapsul. Apabila dibuka bagian dalam akan tampak struktur berlipat seperti otak manusia yang disebut dengan Krista. Selain itu juga terdapat membran luar dan dalam yang menyelubungi Mitokondria, serta terdapat semacam ruangan yang disebut matrik. Energi yang diperoleh dari proses respirasi berupa ATP yang dimanfaatkan untuk menjalankan kerja organ-organ lain.Fungsi organel Mitokondria adalah untuk menghasilkan energi melalui Respirasi Sel.

Fungsi Bagian-Bagian Mitokondria:

1). Membran luar

Membran luar terdiri dari lapisan lipoprotein (protein dan lemak). Membran luar mengandung enzim yang terlibat dalam biosintesis lemak dan enzim yang berperan dalam proses transpor lemak ke matriks untuk menjalani β-oksidasi menghasilkan asetil-KoA.

2). Membran dalam

Membran dalam merupakan tempat utama pembentukan ATP. Membran dalam membentuk lipatan-lipatan yang disebut krista. Struktur krista ini dapat meningkatkan luas permukaan dalam membran, sehingga dapat menungkatkan kemampuan mitikondria memproduksi ATP. Membran dalam mengandung protein-protein berupa enzim-enzim yang terlibat dalam reaksi fosforilasi oksidatif (pembentukan ATP) dan protein transport yang berperan mengatur keluar masuknya metabolit melalui membran dalam.

3). Ruang antar membran

Ruang Antar Membran adalah sebuah ruang yang ditemukan berada diantara membran luar dan membran dalam pada organel mitokondria. Fungsi ruang antar membran adalah sebagai tempat berlangsungnya berbagai reaksi penting yang ada pada sebuah sel.

4). Matriks

Pada matriks mitokondria terdapat materi genetik DNA, ribosom, ATP, ADP, enzim-enzim yang berperan dalam siklus Krebs, air, gas CO2 danO2. Fungsi mitokondria adalah sebagai tempat terjadinya respirasi sel sehingga merupakan tempat diproduksinya energi (ATP).

5. Ribosom

Ribosom berbentuk butiran-butiran yang terbentuk oleh untai RNA (rRNA / ribosomal RNA). Ribosom terletak menempel pada permukaan Retikulum Endoplasma (RE) dan ada juga yang bebas di dalam Sitoplasma. Ribosom yang menempel pada permukaan Retikulum Endoplasma (RE) berfungsi untuk menyintesis protein untuk di ekskresikan keluar sel sedangkan Ribosom yang bebas berfungsi untuk menyintesis protein untuk di gunakan di dalam sel.

Struktur ribosom terdiri dari 2 bagian yakni sub unitkecil dan subunit besar. Kedua unit datang bersama-sama ketika ribosom siap untuk membuat protein baru. Subunit kecil berguna untuk mengalirkan/menyampaikan informasi selama sintesis protein, subunit ini disebut dengan sebutan “40S” dalam sel eukariotik dan “50S” dalam sel prokariotik. Subunit besar merupakan bagian ribosom tempat terbentuknya ikatan asam amino-asam amino yang baru untuk membuat protein, subunit disebut dengan “60S” dalam sel eukariotik dan “50S” dalam sel prokariotik.

Struktur Ribosom

6. Retikulum Endoplasma (RE)

RE merupakan organel yang berupa membran berlekuk dan paralel. RE memiliki rongga-rongga yang disebut Sisterna yang berbentuk pipih dan tubulus. Sisterna berfungsi untuk menghubungkan antara membran inti dengan membran sel.

Terdapat 2 jenis RE di dalam sel, yaitu RE halus dan RE kasar. Dinamakan RE kasar karena terdapat Ribosom yang menempel pada permukaannya seperti jerawat-jerawat, sedangakan RE halus tidak mengandung ribosom.

Fungsi RE kasar karena mengandung Ribosom adalah sebagai tempat sintesa protein yang hasilnya akan melekat pada retikulum endoplasma dan biasanya ditujukan untuk luar sel. RE halus memiliki enzim-enzim pada permukaannya yang berfungsi untuk sintesis lipid, glikogen dan persenyawaan steroid seperti kolesterol, gliserida dan hormon.

7. Badan Golgi (Apparatus Golgi)

Sesuai namanya, organel ini ditemukan oleh seorang ahli Biologi berkebangsaan Itali bernama Camillo Golgi. Badan Golgi berbentuk Vesikula yang tersusun dari tumpukan kantung pipih. Protein yang dibawa Badan Golgi akan mengalami pemrosesan dan modifikasi menghasilkan protein siap pakai.

Struktur badan golgi memiliki dua permukaan yakni permukaan luar berbentuk cembung (forming face) disebut permukaan cis yang berfungsi sebagai tempat penerima potein dan permukaan dalam berbentuk cekung (maturing face) disebut permukaan trans yang berfungsi sebagai tempat mengirimkan protein.

Fungsi Badan Golgi adalah untuk membentuk dinding sel tumbuhan, Membentuk bahan membran plasma, Membentuk lisosom, Tempat sekresi senyawa-senyawa sekret kelompok karbohidrat, lipida dan protein, Membentuk akrosom pada spermatozoa

8. Lisosom

Lisosom adalah organel berbentuk bulat dan dilapisi selapis membran. Lisosom sebenarnya merupakan sebuah vesikula Badan Golgi yang masih berada di dalam Sitoplasma. Lisosom mempunyai enzim hidrolitik seperti glikosidase, fosfolipase, protease, nuklease, lipase, fosfatase.

Fungsi utama lisosom adalah untuk mencerna komponen sel yang sudah rusak, sehingga berperan penting dalam proses kematian sel yang terkendali (Autolisis).

8. Plastida

Plastida merupakan organel yang khas pada sel tumbuhan. Plastida adalah organel yang tersebar di sitoplasma pada sel tumbuhan dan terlihat jelas di bawah mikroskop sederhana. Berdasarkan ada dan tidaknya zat warna, plastida dapat dibedakan menjadi 3 yaitu:

a. Leukoplas

Leukoplas adalah plastida yang tidak berwarna, umumnya terdapat dalam sel-sel dewasa yang tidak terkena cahaya matahari. Fungsi leukoplas adalah sebagai pusat pembentukan dan penyimpanan makanan cadangan seperti pati.

b. Kloroplas

Kloroplas merupakan plastida yang berwarna hijau, mengandung klorofil yaitu suatu pigmen yang memberi warna hijau pada tumbuhan. Fungsinya adalah menangkap energi cahaya yang diperlukan untuk proses fotosintesis. Selain klorofil, kloroplas juga mengandung karotenoid.

c. Kromoplas

Merupakan plastida yang menghasilkan warna selain hijau seperti Karotenoid (warna orange pada wortel), xantofil (warna kuning pada daun tua), antosianin (warna merah pada bunga). Fungsi kromoplas antara lain bertanggung jawan untuk sintesis dan penyimpanan pigmen, memberi warna pada bunga , buah atau bagian tumbuhan lain yang berwarna selain hijau, untuk menarik perhatian hewan polinator atau penyebar biji.

9. Sentrosom/Sentriol

Sentrosom dan sentriol merupakan dua komponen dari sel hewan, terutama terlibat dalam pembelahan sel. Sentrosom adalah organel sel yang terdiri dari dua sentriol yang disusun secara ortogonal. Kedua sentriol tersebut cenderung tegak lurus satu sama lain yang terdapat dalam massa yang amorf yang mengandung lebih dari 100 protein yang berbeda. Fungsi sentriol adalah menggerakkan kromosom pada saat pembelahan sel.

10. Mikrobodi

Mikrobodi adalah organel-organel yang secara bentuk mirip dengan Lisosom. Salah satu contoh Mikrobodi adalah Peroksisom yang mempunyai enzim Katalase. Fungsi enzim katalase adalah untuk menguraikan senyawa beracun seperti H2O2 agar tidak membunuh sel. H2O2 diurai oleh enzim katalase menjadi air (H2O) dan Oksigen (O2) yang tidak berbahaya. Pada tumbuhan, Peroksisom dinamakan Glioksisom yang berfungsi mengoksidasi asam lemak. Jadi, fungsi utama mikrobodi adalah untuk mencerna komponen dan senyawa dalam sel yang tidak dimanfaatkan (rusak).

E. Perbedaan Sel Hewan dan Tumbuhan

Sel hewan dan sel tumbuhan memiliki perbedaan. Perbedaan tersebut berkaitan dengan ukuran sel, bentuk sel dan organel-organel penyusun. Perbedaan tersebut dapat dilihat pada tabel perbandingan dibawah ini:

Sel hewan tidak mempunyai plastida dan dinding sel seperti yang dimiliki oleh sel tumbuhan. Sedangkan pada sel tumbuhan tidak mempunyai lisosom dan sentrosom seperti yang dimiliki oleh sel hewan. Lebih jelasnya dapat dilihat pada struktur sel hewan dan tumbuhan dibawah ini:

Dinding sel = Struktur yang pelindung pada sel tumbuhan, bersifat kaku, mengandung senyawa selulosa, lignin dan pektin.

1. Video Struktur dan Fungsi Komponen Sel Tumbuhan

2. Video Struktur dan Fungsi Komponen Sel Hewan

F. Perbedaan Sel Prokariot dan Eukariot

Sel Prokariot dan eukariot dibedakan berdasarkan ada tidaknya membran pada inti sel. Sel prokariot tidak memiliki membran inti sel. Pro artinya sebelum dan Karyon artinya intisel atau belum mempunyai inti sejati. Contoh organisme Prokariot adalah bakteri. Sedangakan Eukariot adalah tipe sel yang sudah memiliki membran inti sel. Eu artinya sejati dan Karyon artinya inti atau mempunyai inti sejati. Contohnya adalah pada sel hewan, tumbuhan dan jamur.

G. Transport Zat Melalui Membran Sel

Membran sel berfungsi sebgai transport zat dari dalam sel menuju ke luar sel atau sebaliknya. Sel membutuhkan zat tertentu untuk melangsungkan proses metabolismenya. Beberapa zat diperoleh dari lingkungan dengan bantuan sistem transport membran.

Sistem tansport membran dibagi menjadi 2 tipe, yaitu transport pasif dan aktif.

1. Transport Pasif

Transpor pasif merupakan tranpor yang tidak memerlukan energi, berlangsung karena adanya perbedaan konsentrasi zat/larutan di dalam dan luar sel. Mekanisme transport pasif dibagi menjadi difusi dan osmosis.

a). Difusi

Difusi merupakan perpindahan molekul air dalam sel dari larutan berkonsentrasi tinggi menuju konsentrasi rendah. Difusi merupakan proses spontan yang tidak memerlukan masukan energi. Mekanisme transpor ini meliputi berbagai zat (padat, cair, gas). Difusi bertujuan untuk mencapai keseimbangan konsentrasi antara zat dengan pelarutnya.

Difusi dibagi menjadi 2 yaitu difusi sederhana dan difusi terfasilitasi. Difusi sederhana adalah perpindahan tanpa memerlukan energi, contohnya pertukaran oksigen dan karbondioksida pada saat proses bernafas. Difusi difusi terfasilitasi atau difusi dipermudah merupakan mekanisme transpor yang dibantu oleh protein-protein integral dalam membran plasma (protein pembawa). Difusi terfasilitasi berguna untuk meloloskan molekul yang besar seperti asam amino dan glukosa.

b). Osmosis

Pergerakan molekul air dari konsentrasi air tinggi menuju konsentrasi air yang rendah dengan melewati membran semipermeabel. Pada peristiwa osmosis, air dari larutan yang konsentrasinya rendah (hipotonis) akan bergerak ke konsentrasi yang lebih tinggi (hipertonis). Contoh peristiwa osmosis pada sel hewan adalah pada sel darah merah.

Peristiwa osmosis pada sel hewan:

Lisis = Sel darah merah bila ditempatkan pada lingkungan hipotonik misalnya akuades, akan menyebabkan sel mengembang terus menerus dan lama kelamaan akan pecah.
Krenasi = Sel darah merah bila ditempatkan pada lingkungan hipertonik misalnya larutan garam cairan dalam sel akan keluar, dan lama kelamaan sel akan mengkerut.