biologi sel
DESCRIPTION
Biologi SelTRANSCRIPT
UNIVERSITAS INDONESIA
MAKALAH
BIOLOGI SEL
Oleh:
Kelompok Biomedik Salemba 13-1
KMS. Rakhmat Notariza - 1206207060
Muhammad Yasin - 1206207496
Lady Aurora - 1206243186
Irvi Firqotul Aini - 1206237630
Shierly C. S - 1206240575
PROGRAM SARJANA REGULAR
Ganjil, 2012/2013
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG
Di dunia, terdapat berjuta-juta kelompok makhluk hidup. Kemudian, dari kumpulan
makhluk hidup tersebut, terdapat kumpulan individu. Setiap individu pun tersusun dari jutaan
sel. Berdasarkan Kamus Dorland, sel (dalam bahasa inggris disebut cell) adalah setiap massa
protoplasmik kecil yang menyusun jaringan yang terorganisasi. Sel sendiri pun menjadi unit
fundamental struktural dan fungsional tubuh.
Sel sendiri tersusun dari berbagai aspek yang mendukung fungsi kerja dan struktural
tubuh. Dalam hal fungsi kerja misalnya, terdapat nukleus atau inti sel yang menjadi pusat
pengatur kerja sel secara keseluruhan. Adapula organel berupa Retikulum Endoplasma yang
menjalankan fungsi biosintesis protein yang sangat penting bagi tubuh individu.
Pemelajaran mengenai sel pun tidak sebatas hanya mengenai sel dan komponen
didalamnya. Proses metabolisme, transportasi, hingga proses pembelahan juga menjadi hal
yang penting untuk diketahui. Contohnya, terdapat transpor yang dilaksanakan baik dari
dalam ke luar sel maupun dari luar ke dalam sel dengan mekanisme yang berbeda-
beda.Bahkan, terdapat juga keterkaitan antara reproduksi sel dengan keadaan gamet individu.
Seluruh aspek ini menjadi hal yang penting untuk diketahui dan dimengerti oleh mahasiswa,
kususnya mahasiswa yang akan mempelajari tubuh manusia dan kesehatan.
Dari paparan tersebut, dapat disimpulkan bahwa sel menjadi aspek fundamental bagi
tubuh setiap individu. Oleh karena itu, pemelajaran mengenai sel menjadi aspek yang
penting. Pemelajaran ini patut menjadi mukadimah atau pembuka sebelum seseorang
mempelajari suatu sistem tubuh secara lebih luas. Basis pengetahuan mengenai sel pun harus
diperkuat. Oleh karena itu, pembahasan mengenai sel pun harus dilihat dari berbagai aspek,
mulai dari struktur dan fungsi sel hingga proses pembelahan sel yang nantinya akan terjadi
rangkaian yang berkesinambungan.
TUJUAN PENULISAN MAKALAH
Penulisan makalah bertema ― Biologi Sel ‖ ini bertujuan agar mahasiswa dapat
mengetahui sel mulai dari struktur, fungsi, serta pengorganisasiannya dalam tubuh makhluk
hidup, khususnya manusia.
TINJAUAN PUSTAKA
Ontogeni dan Filogeni
Filogeni menitikberatkan pada perubahan temporal program genetik dalam individu
dan spesies (1)
. Filogeni juga dapat disebut sebagai perubahan dari generasi ke generasi (2)
.
Mutasi Aseksual dan seksual juga menyebabkan terbentuknya organisme baru. Adanya
mutasi dan rekombinasi menyebabkan terjadinya diversifikasi, tetapi diversifikasi tersebut
tidak menjamin kemampuan spesies tersebut untuk bertahan. Apabila spesies tersebut
berhasil bertahan dan beradaptasi maka terbentuklah spesies baru (1)
. Ontogeni menitik
beratkan pada proses perkembangan organisme (1)
. Dalam literatur klasik perbandingan
ontogeni dari suatu organisme dipisahkan dalam beberapa tahap diskrit (3)
. Pada setiap
tahapannya ditandai dengan ciri khusus tertentu, seperti mineralisasi matriks atau sebuah sel
yang tumbuh menandai terbentuknya organ baru (3)
. Ernest Haeckel menyebutkan bahwa
ontogeni merupakan suatu proses filogeni yang berlangsung secara cepat dan singkat (2)
.
Sejarah evolusi organisme dapat dilihat melalui sebuah diagram bercabang yang
disebut pohon filogenik (5)
. Pola percabangan sesuai dengan yang telah dikelompokkan oleh
ahli taksonomi (5)
. Salah satu alasan terjadinya kesalahan pada pengelompokkan organisme
adalah karena organisme tersebut telah kehilangan sifat yang menjadi persamaan dengan
keluarga dekatnya (5)
. Jika DNA atau bukti baru menunjukkan bahwa telah terjadi kesalahan
dalam pengelompokkan organisme akibat evolusi maka organisme tersebut akan
dikelompokkan dalam kelompok barunya setelah terjadi evolusi (5)
. Metode pengelompokkan
Linnaean yang tidak menunjukkan kekerabatan antara mamalia, aves, reptil, dan kelas
vertebrata lain menyebabkan dibentuknya suatu sistem yang menunjukkan asal mula
kekerabatan antara moyang dan keturunannya yang disebut PhyloCode (5)
.
Gambar 1. Filogeni dan Ontogeni (5)
Table 1. Perbedaan sel eukariotik dan prokariotik.
Perbedaan utama antara sel prokariotik dan eukariotik ditandai dengan namanya. Kata
prokariota (prokaryote) berasal dari bahasa Yunani pro yang artinya ―sebelum‖, dan karyon
yang artinya ―kernel‖, yang disini disebut nukleus. Sedangkan sel eukariotik (eukaryote)
Karakteristik Prokariot Eukariot
Ukuran sel umumnya 0,5-5 μm 10-100 μm
Inti sel Tidak terbungkus membran inti
sehingga tidak disebut nukleus tetapi
nukleiod
Inti sejati yang terbungkus
membran inti dan memiliki
nukleolus
Organel yang
terbungkus
membrane
Tidak ada Ada, seperti lisosom, kompleks
golgi, mitokondria, retikulum
endoplasma, dan kloroplas
Flagel Tersusun atas 2 berkas protein Lengkap, tersusun atas
mikrotubulus rangkap
Glikokaliks Ada, berupa kapsul atau lapisan lender Ada pada sel yang tidak memiliki
dinding sel
Dinding sel Biasanya ada, tersusun atas
peptidoglikan
Jika ada, struktur kimia sederhana
Vesikel gas Ada Tidak
Membran sel Tanpa karbohidrat dan biasanya tanpa
sterol
Sterol dan karbohidrat ada sebagai
reseptor
Sitoplasma Tanpa sistoskeleton atau aliran
sitoplasmik
Ada sistoskeleton dan terjadi aliran
sitoplasmik
Ribosom Ukuran kecil (70s) Ukuran besar (80s)
Kromosom (DNA) Kromosom tunggal melingkar tanpa
protein histon
Kromosom linear melipat dengan
terikat protein histon
Pembelahan sel Pembelahan biner Mitosis
Rekombinasi
seksual
Tanpa meiosis, hanya transfer fragmen
DNA
Meiosis
Sensitivitas
terhadap antibiotic
Sensitif Tidak sensitive
berasal dari kata eu yang berarti ―sebenarnya‖, dan karyon yang artinya ―kernel‖ atau
nekleus.(5)
Jadi, pada dasarnya, perbedaan mendasar dari kedua macam sel tersebut yaitu pada
ada tidaknya membran inti. Pada sel prokariotik, materi inti (DNA) terdapat dalam nukleoid
yang tidak dibatasi oleh membran inti. Contoh sel prokariotik ialah bakteri, dan gangang
biru yang termasuk Monera. Sedangkan pada sel eukariotik terdapat membran inti, yang
memisahkan materi inti (DNA dan protein histon membentuk kromosom) yang terletak di
nukleus dari sitoplasma. Sel eukariotik dijumpai pada Tumbuhan, Hewan, Cendawan, dan
Protista.
Gambar 2. Sel Prokariotik dan Eukariotik (6)
1. Struktur Sel Prokariotik
Semua sel prokariotik memiliki membran plasma, nukleoid berupa DNA dan RNA, serta
sitoplasma yang mengandung ribosom. Sel prokariotik tidak mempunyai membran inti
sehingga bahan inti yang berada dalam sel mengadakan kontak langsung dengan
protoplasma. Sel prokariotik juga tidak memiliki sistem endomembran (membran dalam),
seperti retikulum endoplasma dan kompleks Golgi. Selain itu, sel prokariotik juga tidak
memiliki mitokondria dan kloroplas, tetapi mempunyai struktur yang berfungsi sama dengan
keduanya, yaitu mesosom dan kromatofor.
2. Struktur sel eukariotik
Semua sel eukariotik memiliki membran inti. Selain itu, sel eukariotik memiliki sistem
endomembran, yakni memiliki organelorganel bermembran seperti retikulum endoplasma,
kompleks Golgi, mitokondria, dan lisosom. Sel eukariotik juga memiliki sentriol.
Struktur dan biokimia membran sel .
Gambar 3. Membran Sel (5)
Membrane sel merupakan bagian terluar yang membatasi bagian dalam sel dengan
lingkungan luar. Membran sel memiliki sisi sitoplasmik dan sisi ekstraseluler yang terpisah.
Membran bukanlah suatu lembarab molekul statis yang terikat kuat di tempatnya, melainkan
ditahan oleh interaksi hidrofobik yang ikatannya lebih lemah dari ikatan kovalen. (5)
Membrane sel merupakan selaput selektif permeable, artinya hanya dapat dilalui molekul
molekul tertentu seperti glukosa, asam amino, gliserol dan berbagai ion.
Pada dasarnya, membrane sel terdiri dari dua komponen utama yaitu protein dan
bilayer lipid. Bilayer lipid merupakan penyusun utama membran, tetapi protein menentukan
sebagian besar fungsi spesifik membran. Selain dua komponen itu, terdapat juga karbohidrat
yang terikat pada keduanya. Ukuran membrane sel berkisar antara 6-10 nm. Struktur sangat
viskus tetapi elastis, tertutup, asimetris dengan dua permukaan (bilayer). (7)
1. Lipid
Lipid membran mempunyai bagian hidrofob (tidak suka air) yang bersifat non polar di
bagian ekor dan hidrofil (suka air) yang bersifat polar di bagian kepala. Lipid terdiri atas :
a. Fosfolipid
Merupakan lipid yang mengandung gugusan fosfat. Terdiri atas :
- Fosfogliserida
Unsur yang paling banyak, punya rangkag liserin, mengikat dua asam lemak
dengan ikatan ester pada C1 dan C2. Bisa juga mengikat alcohol terfosforilasi (serin,
etanolamin, kolin, inositol.(7)
- Sfingomielin
Mempunyai rangka sfingosin (derivate amino alkohol, mengikat satu asam
lemak dengan ikatan amida (unsure dalam selubung myelin) (7)
b. Glikolipid
Merupakan lipid yg mengandung karbohidrat, seperti :
- Serebrosida : mengandung ikatan heksosa tunggal, glukosa atau galaktosa
- Gangliosida : mengandung ikatan gula yg lebih kompleks
c. Sterol
Sterol yang lazim dijumpai yaitu Kolesterol. Paling banyak terdapat
pada sel hewan. Komponen utama dalam membran plasma, sedikit di badan
golgi, mitokondria dan nukleus. Tersisip diantara fosfolipid, berperan dalam
menentukan tingkat fluiditas membrane dengan mengontrol gerakan fosfolipid
dan menghambat penyusunan-rapat fosfolipid. Kolesterol ini lebih sedikit
dibandingkan lipida membran lainnya dan tidak terlalu bersifat amfipatik.
2. Protein
A. Protein integral ( bersifat amfipatik )
Protein integral umumnya merupakan protein transmembran, dengan daerah
hidrofobik yang seluruhnya membentang sepanjang interior hidrofobik
membran tersebut.(5)
B. Protein perifer
Protein ini sama sekali tidak tertanam pada bilayer lipid, namun berikatan
dengan permukaan membran dengan ikatan nonkovalen, sering juga pada
bagian protein integral yang dibiarkan terpapar.
C. Protein yang berikatan dengan lipid, yang berlokasi di luar membran
lipid, pada ekstraselular atau sitoplasmik. Protein- protein ini diikat ditempatnya
dengan pelekatan pada sitoskleton.
3. Karbohidrat
Karbohidrat berikatan secara kovalen pada lipid dan protein. Pada membrane
plasma terkandung 2 – 10% karbohidrat. Karbohidrat membran biasanya berupa
oligosakarida bercabang dengan kurang dari 15 satuan gula. Beberapa
oligosakarida ini berikatan secara kovalen dengan protein dan lipid sehingga
membentuk glikoprotein dan glikolipid. Keberadaan oligosakarida juga menandai
adanya empak kelompok golongan darah manusia yaitu A. B. O, dan AB dengan
mencerminkan keragaman oligosakarida pada permukaan sel darah merah. (5)
.
Proses Transpor Zat Menembus Membran
1. Transpor Aktif
a. Endositosis
Sel mengambil molekul biologis dan partikel dengan cara membuat vesikel baru dari
membran plasma (8)
.
Endositosis konstitutif tidak deperantarai klatrin, sementara endositosis
nonkonstitutif dipengaruhi klatrin terakumulasi (8)
. Molekul klatrin memiliki bentuk
triskelion dan tiga kaki menyebar dibagian tengah (8)
. Seiring berlangsungnya endositosis
molekul klatrin membentuk susunan geometrik yang mengelilingi vesikel endositotik.di
leher vesikel juga terdapat protein guanosin trifosfat yang disebut dinamin ikut terlibat
secara langsung atau tidak langsung, dalam menjepit protein; protein disebut pinchase.
Setelah vesikel terbentuk, klatrin terlepas dan molekul berkaki tiga mengalami daurulang
untuk membentuk vesikel lain (8)
. Vesikel kemudian menyatu dan membuang isinya pada
endosom awal (8)
. Pada keadaan tertentu endosom awal dapat menjadi endosom lanjut dan
menyatu dengan lisosom (8)
.
Endositosis nonkonstitutif berperan sebagai reseptor dan ligan terikat lainnya-faktor
penumbuh saraf dan LDL (Low Density Lipoprotein) (8)
. Endositosis ini juga berperan
dalam proses sinaps (8)
.
Gambar 4. Endositosis (6)
Fagositosis
Gambar 5. Fagositosis (6)
Proses dimakannya bakteri, jaringan mati, atau benda mikroskopik oleh
leukosit polimorfonukleus (9)
. Bahan-bahan ini berkontak dengan membran sel
kemudian mengalami invaginasi (9)
. Invaginasi terlepas sehingga bagian yang
dimakan dalam vakuol yang terbungkus membran dan membran sel tetap utuh (9)
.
Pinositosis
Gambar 6. Pinasitosis (6)
Prinsipnya sama dengan fagositosis tetapi perbedaannya adalah yang dimakan
merupakan zat larut dan tidak tampak pada mikroskop (9)
. Akan tetapi, vesikel
pinositosis dapat bergerak ke permukaan sel yang bertolak belakang dengan asal usul
(9). Vesikel-vesikel tersebut bergabung dengan membran plasma dan melepaskan isi
dari kuliah sel (9)
. Proses ini disebut transitosis (9)
.
Receptor-mediated endocytosis
Gambar 7. Receptor-mediated endocytosis (6)
Protein membran yang disebut reseptor mengikat molekul spesifik (ligan) (9)
.
Ketika reseptor diikat oleh ligan, keduanya menyatu pada salah satu bagian membran
plasma (coated pits) yang kemudian membentuk invaginasi dan terlepas membentuk
vesikel (coated vesicle) atau endosome (9)
.
b. Eksositosis
Suatu proses dimana sel menyekresikan molekul biologis tertentu melalui fusi vesikel
dengan membran plasma (5)
.
c. Pompa ion Natrium-Kalium
Konsentrasi ion Na+ yang tinggi diluar dan rendah di dalam, dan sebaliknya
bagi ion K+
(3). Bagian dalam sitoplasma yang lebih negatif dari bagian luar maka
terjadilah efek potensial membran. Gaya tersebut kemudian dikombinasikan dengan
gaya kimiawi (gradien konsentrasi ion) menghasilkan gaya elektrokimiawi (5)
.
Pengaktifan molekul protein transpor (pompa elektrogenik) dilakukan dengan cara
fosforilasi protein tersebut dengan ATP (5)
.
2. Transpor Pasif
a. Difusi
Pergerakan molekul zat terlarut melalui membran semipermeabel menuruni gradien
konsentrasi (5)
.
b. Difusi terfasilitasi
Merupakan suatu proses difusi yang terjadi dengan bantuan dari protein spesifik yang
hanya bisa membuka dan menutup dengan adanya rangsangan tertentu yang bersifat
spesifik (5)
.
Gambar 8. Difusi terfasilitasi (5)
c. Osmosis
Proses difusi molekul air melalui membran semipermeabel (5)
.
Struktur dan Fungsi Organel Sel
Sel merupakan satuan terkecil yang menjadi penyusun tubuh makhluk hidup yang ada
di bumi. Namun, walaupun menjadi bagian terkecil dari makhluk hidup, sel tidaklah kosong.
Di dalam sel, terdapat berbagai macam komponen yang mendukung fungsi kerja sel itu
sendiri. Salah satu komponen yang dapat ditemukan di dalam sel adalah organel. Organel
adalah struktur sitoplasma terorganisasi yang terikat membran pada fungsi dan morfologi
yang berbeda.(10)
Organel sendiri terdapat di dalam sitoplasma yang merupakan bagian dalam
sel selain nukleus.(11)
Organel yang ditemukan di dalam sel makhluk hidup eukariotik dengan yang
ditemukan di dalam sel makhluk hidup prokariotik berbeda dalam hal kuantitas. Sel makhluk
hidup eukariotik memiliki lebih banyak macam organel daripada sel makhluk hidup
prokariotik. Hal ini terjadi karena makhluk hidup prokariotik memiliki struktur dalam sel
yang masih sederhana. Oleh karena itu, makhluk hidup prokariotik hanya memiliki organel
yang memiliki struktur sederhana.
Gambar 9. Animal Cell (5)
Organel-organel di dalam sel memiliki struktur dan fungsi yang berbeda-beda.
Macam-macam organel yang terkandung dalam sitoplasma sel adalah sebagai berikut.
1. Retikulum Endoplasma
Retikulum Endoplasma (RE) adalah organel sel yang tersebar luas di seluruh
sitoplasma. Hal ini berkaitan dengan fungsi RE dalam pembentukan protein. Didalam satu sel
hanya terdapat satu RE. Struktur RE adalah berupa jaringan membrosa yang luas. Jaringan ini
terdiri dari pipa berisi cairan kantung gepeng yang sebagian mengandung ribosom.(11)
RE dibagi menjadi 2 macam berdasarkan keberadaan ribosom.
a. RE Halus
RE halus adalah bagian Retikulum Endoplasma yang tidak mengandung ribosom.
RE ini berfungsi untuk sintesis lemak. Di dalam RE halus juga terdapat enzim
penting yang bernama sitokrom yang akan menjadi katalis dalam proses sintesis
hormon steroid dan juga dalam proses pembuangan substansi bersifat toksik.(12)
b. RE Kasar
RE kasar adalah bagian Retikulum Endoplasma yang mengandung ribosom. RE
ini memiliki fungsi biosintesis protein secara seluler.(12)
Dalam prosesnya, RE
kasar akan mengemaskan protein dari ribosom dan melepaskannya ke lumen
RE.(11)
Gambar 10. Retikulum Endoplasma (5)
2. Kompleks Golgi
Kompleks golgi tersusun dari kantung-kantung gepeng dan membentuk lapisan yang
bertumpuk-tumpuk.(11)
Jumlah lapisan kompleks golgi pada tiap sel berbeda-beda.
Kompleks golgi memiliki fungsi sebagai pengolahan ―barang mentah‖, seperti contohnya
protein, menjadi produk akhir dengan membentuk vesikel yang menyelubungi protein.
Gambar 11. Badan Golgi (5)
3. Lisosom
Lisosom adalah vesikel yang berisi berbagai ennzim hidrolitik. Oleh karena itu,
lisosom dikenal sebagai organel yang melakukan pencernaan intra seluler. Di dalam satu sel
terdapat sekitar tiga ratus lisosom. Lisosom memiliki bentuk oval dengan diameter sekitar
0,2-0,5 mm.(11)
Lisosom yang ditemukan dimasing-masing jaringan tubuh manusia tidaklah
sama. Masing-masing lisosom memiliki spesifikasi enzim yang berbeda.
Lisosom memiliki tiga macam fungsi utama. Fungsi yang pertama adalah fagositosis,
yaitu dengan memakan zat asing yang masuk ke dalam sel, contohnya bakteri. Kemudian,
lisosom juga melakukan endositosis. Endositosis adalah aksi. Lisosom juga melakukan
autolisis, yaitu kegiatan mematikan sel atau ―bunuh diri‖.
4. Peroksisom
Peroksisom adalah organel yang memiliki rupa mirip dengan lisosom. Peroksisom
memiliki struktur kantung-kantung yang berisi enzim oksidase. Dalam satu sel, terdapat
sekitar dua ratus buah peroksisom dengan diameter sekitar 0,3-1,5 mm.(12)
Enzim ini
berfungsi untuk merombak racun (peroksida) menjadi zat yang tidak berbahaya. Peroksisom
banyak ditemukan pada organ tubuh yang berfungsi merombak racun, yaitu liver/hati.(12)
5. Mitokondria
Mitokondria adalah organel yang berbentuk batang atau oval dengan ukuran sebesar
bakteri. Di dalam satu sel, terdapat sekitar 100-2000 buah mitokondria.(11)
Struktur
mitokondria adalah berupa badan berbentuk batang atau oval yang memiliki dua membran.
Membran bagian dalam mitokondria berbentuk melekuk-lekuk. Membran tersebut disebut
krista. Fungsi dari mitokondria adalah untuk respirasi sel sehingga sel dapat melakukan
fungsi kerjanya secara keseluruhan.Mitokondria juga mengandung enzim-enzim yang
membantu proses transpor elektron.(11)
Gambar 12. Mitokondria (5)
Struktur dan Fungsi Sitoskeleton
Sitoskeleton (dalam bahasa inggris disebut cytoskeleton) adalah salah satu komponen
dalam sel yang mengisi seluruh ruang dalam sel. Menurut kamus Dorland‘s, sitoskeleton
adalah penguatan internal yang nyata dalam sitoplasma sel.(9)
Sitoskeleton bertindak seperti
rangka dan otot dalam sel. Oleh karena itu, Sitoskeleton menjadi penunjang bentuk sel
tersebut.(10)
Sitoskeleton tersusun dari 4 komponen utama, yaitu :
1. Mikrotubulus
Mikrotubulus adalah komponen utama dari sitoskeleton. Mikrotubulus berbentuk
seperti tabung-tabung lurus. Mikrotubulus berfungsi untuk menjaga bentuk sel yang
asimetris.(9)
Mikrotubulus juga berperan dalam mengkoordinasi beberapa gerakan
kompleks, contohnya distribusi kromosom dalam proses pembelahan sel.(11)
2. Mikrofilamen
Mikrofilamen adalah protein penyusun sitoskeleton yang paling kecil. Mikrofilamen
sendiri terdiri dari aktin dan miosin. Mikrofilamen memiliki peran vital dalam sistem
kontraktil sel dan sebagai penguat.(11)
Sistem kontraktil sel berhubungan dengan sistem
pergerakan intraseluler sedangkan fungsi penguat berkaitan dengan kegiatan mekanis
seluler.
3. Filamen Intermediet
Filamen intermediet adalah struktur sitoskeleton yang memiliki ukuran di antara
mikrotubulus dan mikrofilamen.(11)
Protein penyusun filamen intermediet berbentuk
seperti benang. Filamen intermediet berfungsi untuk menjadi penahan beban pada sel-sel
yang mendapatkan stress mekanis.
4. Kisi-kisi mikrotabekuler
Komponen ini adalah komponen yang paling baru ditemukan oleh peneliti dunia.(11)
Bentuk kisi-kisi mikrotabekuler mirip dengan filamen intermediet, yaitu berupa benang,
tetapi sangat halus dan saling berhubungan. Para peneliti memperkirakan bahwa kisi-kisi
mikrotabekuler merupakan interkoneksi terhadap ketiga struktur sitokinin lainnya.(11)
Sitoskeleton memiliki beberapa fungsi. Berikut adalah fungsi utama dari sitoskeleton
pada sel.
1. Sebagai rangka sel
Dari nama sitoskeleton, tentu dapat diperkirakan bahwa fungsi sitoskeleton
memiliki kemiripan dengan tulang. Ya, fungsi utama sitoskeleton adalah
mempertahankan bentuk sel. Hal ini dilakukan karena bentuk, ukuran, dan spesialisasi
masing-masing sel dalam tubuh berbeda dan sitoskeletonlah yang mempertahankan
bentuk sel itu sendiri.(11)
2. Sebagai pendukung struktur sel
Selain bertindak sebagai rangka sel, sitoskeleton juga memiliki fungsi lain.
Fungsi tersebut adalah fungsi sitoskeleton yang mendukung struktur sel.(10)
Sitoskeleton mengatur dan memosisikan letak organel dalam sel sehingga organel
dapat berfungsi secara optimal.
Gambar 14. Sitoskeleton sebagai penyokong (5)
3. Sebagai pengatur transpor intraseluler
Sebelumnya, dijelaskan bahwa fungsi sitoskeleton adalah sebagai pendukung
struktur sel. Dari gambar di atas juga dapat dilihat bahwa sitoskeleton menjadi
―penghubung‖ antarorganel sel. Sebagian besar organel pun melakukan fungsi
kerjanya secara berkesinambungan. Dalam hal tersebut, sitoskeleton pun
memfasilitasi transportasi dalam kegiatan intraseluler.(13)
4. Sebagai kontrol pergerakan intrasel
Aktin dan meosin dalam mikrofilamen berperan penting dalam fungsi kontrol
pergerakan intraseluler yang dilakukan oleh sitoskeleton. Proses kontrol pergerakan
ini berlangsung sejalan dengan alur perubahan energi dari energi kimia menjadi
energi mekanik.(13)
Proses tersebut dilakukan oleh sitoskeleton khususnya zat-zat
penyusun mikrofilamen secara berkesinambungan.
Respirasi aerob dan anaerob
Respirasi adalah proses reduksi, oksidasi, dan dekomposisi, baik menggunakan oksigen
maupun tidak dari senyawa organik kompleks menjadi senyawa lebih sederhana dan dalam
proses tersebut dibebaskan sejumlah energi.
Respirasi yang memerlukan oksigen disebut respirasi aerob dan respirasi yang tidak
memerlukan oksigen disebut respirasi anaerob. Respirasi anaerob hanya dapat dilakukan oleh
kelompok mikroorganisme tertentu (bakteri), sedangkan pada organisme tingkat tinggi belum
diketahui kemampuannya untuk melakukan respirasi anaerob. Dengan demikian bila tidak
tersedia oksigen, organisme tingkat tinggi tidak akan melakukan respirasi anaerob melainkan
akan melakukan proses fermentasi.
1. Respirasi aerob
Respirasi aerob memiliki empat tahap yaitu glikolisis, pembentukan asetil Co-A
(DO), daur Krebs, dan sistem transpor elektron.
a. Glikolisis
Glikolisis adalah proses pertama dari respirasi aerob. Glikolisis terjadi di sitoplasma.
Inti dari proses ini adalah pengubahan bahan awal berupa glukosa(senyawa beratom C 6
buah) menjadi 2 asam piruvat (senyawa beratom C 3 buah). Selain menghasilkan 2 molekul
asam piruvat, dalam glikolisis juga dihasilkan 2 molekul NADH2 dan 2 ATP. ATP yang
dihasilkan dalam reaksi glikolisis dibentuk melalui reaksi fosforilasi tingkat substrat.
Proses glikolisis dapat dibagi menjadi dua tahapan besar, yaitu pertama perubahan
glukosa menjadi fruktosa 1,6-difosfat (gula yang mengandung 6 C dan 2 fosfat). Kedua
adalah pemecahan fruktosa 1,6-difosfat menjadi gula dengan 3 atom C, yaitu asam piruvat.
Dari kedua tahap reaksi tersebut dua molekul ATP digunakan untuk reaksi fosforilasi, pada
tahap pertama (selama perubahan dari glukosa menjadi fruktosa 1,6-difosfat), dan 4 ATP
dihasilkan ri reaksi kedua. Jadi, hasil bersih ATP dari glikolisis adalah 4 - 2 =2 ATP.(14)
Berikut adalah skema proses glikolisis.
Gambar 15. Bagan Glikolisis (15)
Secara singkat, persamaan reaksi pada glikolisis dapat dituliskan :
Glukosa + 2ADP + 2Pi + 2NAD+ » 2 Piruvat + 2H2O + 2ATP + 2NADH + 2H
+
b. Dekarboksilasi Oksidatif
Senyawa hasil dari tahapan glikolisis akan masuk ke mitokondria. Disini asam
piruvat akan diubah menjadi asetil CoA melalui tahapan yang disebut dekarboksilasi
oksidatif, yaitu tahapan pembentukan CO2 melalui reaksi oksidasi reduksi (redoks) dengan
O2 sebagai penerima elektronnya. Dekarboksilasi oksidatif merupakan persambungan
(junction) antara glikolisi dan siklus krebs.
Gambar 16. Dekarboksilasi Oksidatif (15)
Pada tahap 1, gugus karboksil piruvat teroksidasi dan dipecah menjadi CO2 dan
molekul berkarbon 2. Selanjutnya, NAD+ direduksi (menerima elektron) menjadi NADH +
H+. Lalu, molekul berkarbon 2 yang tersisa dioksidasi membentuk senyawa asetat (bentuk
asam asetat terionisasi) dan mengikat Co-A (koenzim A) sehingga terbentuk asetil Co-A.
Hasil akhir tahapan ini adalah asetil Co-A, CO2, dan 2NADH. Asetil Co-A ini selanjutnya
akan masuk ke tahap siklus krebs.
c. Siklus krebs
Siklus krebs dinamai berdasarkan nama Hans Krebs, saintis Jerman-Inggris yang
menemukan siklus ini
di tahun 1930an.
Gambar 17. Siklus Kreb (www.bio.miami.edu)
1. Asetil Ko-A (2 atom C) menambahkan atom C pada oksaloasetat (4 atom C) sehingga
dihasilkan asam sitrat (6 atom C).
2. Sitrat diubah menjadi isositrat (6 atom C) dengan melepas H2O dan menerima H2O
kembali.
3. Isositrat melepaskan CO2 sehingga terbentuk α- ketoglutarat (5 atom C), mereduksi NAD+
menjadi NADH
4. α - ketoglutarat melepaskan CO2. NAD+ sebagai akseptor atau penerimaelektron) untuk
membentuk NADH dan menghasilkan suksinil Ko-A (4 atom C).
5. Terjadi fosforilasi tingkat substrat pada pembentukan GTP (guanosin trifosfat) dan
terbentuk suksinat (4 atom C).
6. Pembentukan fumarat (4 atom C) melalui pelepasan FADH2.
7. Fumarat terhidrolisis (mengikat 1 molekul H2O) sehingga membentuk
malat (4 atom C).
8. Pembentukan oksaloasetat (4 atom C) melalui pelepasan NADH.(14)
d. Transport elektron
Gambar 18. Transpor Elektron (5)
Tahap ini berlangsung di membran dalam mitokondria atau krista. Pada tahap ini,
elektron-elektron yang dibawa oleh produk glikolisis dan siklus Krebs (NADH dan FADH2)
dipindahkan melewati beberapa molekul yang sebagian besar berupa protein. Transportasi
elektron menghasilkan 90% ATP dari keseluruhan ATP hasil respirasi aerobik sel.
Pembentukan ATP pada tahap ini terjadi melalui transfer elektron dengan penerima elektron
terakhir yaitu oksigen, sehingga disebut fosforilasi oksidatif.(15)
Molekul pertama yang menerima elektron berupa flavoprotein, dinamakan flavin
mononukleotida (FMN). Selanjutnya, elektron dipindahkan berturut-turut melewati molekul
protein besi-sulfur (Fe-S), ubiquinon (Q atau CoQ), dan sitokrom (Cyst). Elektron melewati
sitokrom b, Fe-S, sitokrom c1, sitokrom c, sitokrom a, sitokrom a3, dan oksigen sebagai
penerima elektron terakhir. Akhirnya terbentuklah molekul H2O (air).
Pada sistem transportasi elektron, NADH dan FADH2 masingmasing menghasilkan
rata-rata 3 ATP dan 2 ATP. Sebanyak 2 NADH hasil glikolisis dan 2 NADH hasil
dekarboksilasi oksidatif masing-masing menghasilkan 6 ATP. Sementara itu, 6 NADH dan 2
FADH2 hasil siklus Krebs masing-masing menghasilkan 18 ATP dan 4 ATP. Jadi, sistem
transportasi elektron menghasilkan 34 ATP.
Gambar 19. ATP yang didapatkan (15)
Berdasarkan bagan tersebut tampak bahwa pada organisme prokariotik setiap molekul
glukosa menghasilkan 38 ATP, sedangkan eukariotik setiap molekul glukosa akan
menghasilkan 36 ATP dalam respirasi. Telah diketahui bahwa oksidasi NADH atau
NADPH2 dan FADH2 terjadi dalam membran mitokondria, namun ada NADH yang
dibentuk di sitoplasma (dalam proses glikolisis). Pada organisme eukariotik, untuk
memasukkan setiap 1 NADH dari sitoplasma ke dalam mitokondria diperlukan 1 ATP.
Dengan demikian, 2 NADH dari glikolisis menghasilkan hasil bersih 4 ATP setelah dikurangi
2 ATP. Sementara itu, pada organisme prokariotik, karena tidak memiliki sistem membran
dalam maka tidak diperlukan ATP lagi untuk memasukkan NADH ke dalam mitokondria
sehingga 2 NADH menghasilkan 6 ATP. Akibatnya total hasil bersih ATP yang dihasilkan
respirasi aerob pada organisme prokariotik yaitu 38 buah.(14)
2. Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob adalah respirasi yang dapat dilakukan dalam keadaan tanpa
oksigen. Anaerob berasal dari bahasa Yunani, an = tanpa, aer = udara, dan bios = kehidupan.
Bagaimana bisa terjadi ? kita harus ingat bahwa oksidasi glukosa mengacu pada perpindahan
elektron ke setiap akseptor elektron, bukan hanya oksigen. Selain itu, agen pengoksidasi
dalam hal ini adalah NAD+, bukan oksigen. Dan pada dasarnya proses awal respirasi berupa
glikolisi merupakan reaksi eksergonik, sehingga akan tetap menghasikan 2 ATP dengan atau
tanpa oksigen. Sementara respirasi aerobik menggunakan oksigen sebagai penerima elektron
terakhir, respirasi anaerobik menggunakan senyawa organik selain oksigen sebagai penerima
elektron terakhir. Proses perombakan senyawa-senyawa kompleks menjadi senyawa-senyawa
yang lebih sederhana, dengan penerima maupun pemberi elektron atau hidrogen berupa
senyawa organik disebut fermentasi.(5)
Fermentasi terdiri dari glikolisis ditambah dengan
reaksi yang menghasilkan NAD+
melalui transfer elektron ari NADH ke piruvat atau turunan
piruvat. (15)
Dua jenias umum fermentasi yaitu :
1. Fermentasi alkohol
\
Gambar 20. Fermentasi Alkohol (5)
Penerima elektron pada fermentasi alkohol adalah asetaldehid. Pada fermentasi
alkohol, piruvat hasil glikolisis akan mengalami dekarboksilasi (melepas CO2) sehingga
membentuk asetaldehid. Pada fermentasi alkohol ini, NADH yang dihasilkan tersebut
digunakan untuk mereduksi asetaldehid menjadi etanol. Oleh karena itu, asetaldehid
merupakan senyawa organik sebagai penerima hidrogen terakhir pada fermentasi alkohol.
Beberapa organisme bersel satu yang berperan dalam fermentasi alkohol adalah ragi (khamir)
dan bakteri. Saccharomyces cereviceae salah satunya. Beberapa contoh fementasi alkohol,
antara lain: pada pembuatan tape singkong atau tape ketan, bir, dan minuman anggur.
2. Fermentasi asam laktat
Gambar 21. Fermentasi asam laktat (5)
Pada fermentasi ini, piruvat tidak dikarboksilasi terlebih dahulu menjadi asetaldehid
melainkan langsung direduksi oleh NADH menjadiasam laktat, tanpa melepas CO2. Dengan
demikian, piruvat merupakan senyawa organik sebagai penerima hidrogen terakhir pada
fermentasi asam laktat. Asam laktat tersebut mengalami ionisasi membentuk laktat. Beberapa
mikroorganisme seperti fungi (jamur mikroskopis) dan bakteri tertentu (Lactobacillus sp.)
berperan dalam fermentasi asam laktat ini, antara lain: dalam pembuatan susu, keju, dan
minuman yoghurt.
Metabolisme Sel
Metabolisme adalah proses perubahan kimia dan energi yang terjadi dalam tubuh.
Metabolisme terbagi menjadi dua, yaitu katabolisme dan anabolisme. Reaksi kimia yang
terjadi ini melibatkan enzim dan menyebabkan perubahan senyawa dalam suatu lintasan, baik
linear ataupun siklik. (5)
Enzim merupakan protein yang begitu penting dalam proses metabolisme. Karakteristik
yang dimiliki enzim antara lain berperan sebagai biokatalisator, berupa protein, bekerja
secara khusus, dapat digunakan berulang kali, dapat rusak oleh panas, tidak ikut bereaksi, dan
dapat bekerja balik. Enzim bekerja seperti gembok dan anak kunci dengan substratnya
sehingga fungsinya memang spesifik untuk zat-zat tertentu. Zat yang dapat menghambat
kerja enzim disebut inhibitor.
Adapun katabolisme merupakan reaksi penguraian senyawa kompleks menjadi
senyawa yang lebih sederhana dengan bantuan enzim. Proses ini melepaskan energi. Zat yang
dikatabolisme dapat berupa karbohidrat, lemak, dan protein. Contoh katabolisme karbohidrat
merupakan respirasi sel yang akan dijelaskan kemudian dalam makalah ini.
Sementara itu, anabolisme merupakan reaksi penyusunan zat yang kompleks dari zat
yang lebih sederhana. Proses ini membutuhkan energi. Berkebalikan dari katabolisme, pada
anabolisme ini, zat-zat kompleks , seperti karbohidrat, lemak, dan protein, dapat disusun dari
molekul-molekul sederhana. Contoh anabolisme karbohidrat adalah proses fotosintesis pada
tumbuhan hijau. (5)
Makromolekul
Meskipun kehidupan di Bumi begitu kompleks, sejatinya makromolekul yang ada di
dunia dapat digolongkan ke dalam empat kelompok saja, yaitu karbohidrat, lipid, protein, dan
asam nukleat. Karbohidrat terbagi lagi menjadi monosakarida, disakarida, dan polisakarida.
Sementara itu, lipid terbagi menjadi lemak, fosfolipid, dan steroid. (16)
Karbohidrat merupakan kelompok gula dan polimer-polimer gula. Monosakarida
merupakan karbohidrat paling sederhana. Rumus empiris gula adalah CH2O. Ciri khas
monosakarida adalah memiliki gugus karbonil dan beberapa gugus hidroksil. Fungsi
monosakarida adalah sebagi nutrien utama bagi sel.
Monosakarida dapat dikelompokkan berdasarkan tiga aspek. Aspek pertama yaitu
lokasi gugus karbonil. Dalam hal ini, monosakarida dapat berupa aldose dan ketosa. Aldosa
merupakan gula aldehida yang dicirikan dengan adanya gugus aldehida pada strukturnya,
contohnya adalah glukosa dan gliseraldehida. Ketosa merupakan gula keton karena memiliki
gugus keton pada strukturnya, contohnya adalah fruktosa.
Aspek kedua yaitu ukuran rangka karbon. Panjangnya berkisar antara tiga hingga tujuh
karbon. Monosakarida yang memiliki tiga karbon disebut triosa, contohnya dihidroksiaseton.
Gula berkarbon lima disebut pentose, contohnya ribosa. Monosakarida berkarbon enam
disebut heksosa, contohnya adalah galaktosa.
Aspek ketiga adalah susunan spasial bagian-bagiannya di sekeliling karbon asimetrik.
Jika posisi gugus hidroksi berada di kanan karbon asimetrik, maka disebut gula dekstro.
Sebaliknya, Jika posisi gugus hidroksi berada di kiri karbon asimetrik, maka disebut gula
lefo. (16)
Disakarida merupakan dua monosakarida yang digabungkan dengan tautan glikosidik
melalui reaksi dehidrasi. Contoh disakarida adalah maltosa, fruktosa, dan laktosa. Maltosa
yang merupakan pertautan dua molekul glukosa. Fungsi maltosa adalah sebagai bahan dalam
pembuatan bir. Sukrosa terdiri atas monomer glukosa dan fruktosa. Fungsi sukrosa adalah
sebagai gula pasir. Laktosa adalah gabungan molekul glukosa dan galaktosa. Fungsi laktosa
adalah gula dalam susu.
Polisakarida adalah polimer monosakarida yang digabungkan oleh tautan glikosidik.
Polisakarida tergolong menjadi polisakarida simpanan dan polisakarida structural. Fungsi
polisakarida simpanan adalah sebagai materi simpanan yang akan dihidrolisis jika dibutuhkan
untuk memenuhi kebutuhan gula bagi sel. Contohnya adalah pati dan glikogen. Mayoritas
monomer glukosa dalam pati digabungkan oleh tautan 1-4. Sementara itu,, fungsi
polisakarida struktural adalah untuk membangun materi kuat bagi organisme. Contohnya
adalah selulosa yang merupakan komponen utama dinding kokoh yang menyelubungi sel
tumbuhan. Selulosa mempunyai persamaan dengan pati, yaitu sama-sama merupakan polimer
glukosa. Akan tetapi, perbedaannya adalah semua monomer pati berada dalam konfigurasi α,
sedangkan semua monomer selulosa berada dalam konfigurasi β. Perbedaan struktur inilah
yang menyebabkan enzim yang mencerna pati tidak dapat menghidrolisis selulosa. Contoh
lain dari polisakarida adalah kitin. Ciri khas kitin adalah monomer glukosanya memiliki
cabang yang mengandung nitrogen. Fungsi kitin adalah untuk membangun eksoskeleton
artropoda. (16)
Lipid memiliki ciri utama, yaitu sulit tercampur dengan air karena sebagian besar terdiri
atas susunan hidrokarbon. Tiga tipe lipid yang paling penting secara biologis adalah lemak,
fosfolipid, dan steroid.
Lemak terdiri atas gliserol dan asam lemak. Gliserol adalah alkohol tiga karbon yang
tiap-tiap karbonnya memiliki gugus hidroksil. Asam lemak biasanya terdiri atas 16 – 18 atom
karbon. Ikatan C-H yang relatif bersifat nonpolar pada asam lemak menyebabkan lemak
bersifat hidrofobik. Lemak dibuat dengan menggabungkan gliserol dan tiga molekul asam
lemak melalui tautan ester sehingga menghasilkan trigliserol. Oleh karena itu, lemak disebut
juga trigliserida.
Gambar 22. Struktur (5)
Lemak yang berasal dari asam lemak jenuh akan bersifat jenuh pula. Begitu pula lemak
yang berasal dari asam lemak tak jenuh akan bersifat tak jenuh pula. Kejenuhan asam lemak
ditentukan oleh struktur rantai hidrokarbonnya. Asam lemak disebut jenuh dengan hidrogen
jika semua ikatannya berupa ikatan tunggal sehingga aka nada sebanyak mungkin hidrogen
yang terikat pada rantai. Lemak tumbuhan dan ikan umumnya bersifat tak jenuh, sedangkan
lemak hewan biasanya bersifat jenuh. Lemak jenuh merupakan penyebab penyakit
aterosklerosis yang menghambat aliran darah.
Fungsi utama lemak adalah sebagai simpanan energi. Dibandingkan dengan satu gram
polisakarida, satu gram lemak menyimpan dua kali lebih banyak energy. Cadangan makanan
berupa lemak disimpan oleh manusia dan mamalia pada sel-sel adipose. (16)
Jenis lipid yang lain adalah fosfolipid. Fungsi fosfolipid sangat penting karena
merupakan komponen membrane sel. Fosfolipid hanya terdiri atas dua molekul asam lemak
yang melekat pada gliserol. Ekor hidrokarbonnya bersifat hidrofobik, sedangkan kepalanya
bersifat hidorfilik.
Steroid adalah lipid yang memiliki rantai karbon dari empat cincin yang menyatu.
Contoh dari steroid adalah hormon dan kolesterol. Fungsi kolesterol adalah sebagai
komponen umum membran sel hewan dan bahan untuk sintesis steroid lainnya. (16)
Makromolekul ketiga adalah protein. Protein fungsional merupakan satu atau beberapa
polipeptida yang secara tepat terpintir, terlipat, dan terkumpar menjadi molekul berbentuk
unik. Fungsi protein adalah menyusun lebih dari 50% massa kering sebagian besar sel,
mempercepat reaksi kimia, penyokongan struktural, dan pertahanan melawan zat asing.
Terdapat empat tingkat struktur protein. Struktur primer adalah sekuens unik asam-
asam amino yang ditentukan oleh informasi genetik yang diwariskan. Untuk membuat suatu
polipeptida sepanjang n asam amino, terdapat 20n
variasi cara berbeda. Hal ini karena jumlah
asam amino ada 20.
Struktur sekunder adalah kumparan dan lipatan yang diakibatkan oleh ikatan hidrogen
di antara bagian-bagian berulang pada rantai utama polipeptida. Adapun struktur tersier
adalah bentuk keseluruhan polipeptida sebagai hasil dari interaksi antarrantai samping yang
berupa variasi asam amino. Sementara itu, struktur kuartener adalah struktur keseluruhan
protein yang merupakan hasil agregasi subunit-subunit polipeptida.
Kelompok keempat makromolekul adalah asam nukleat. Ada dua tipe asam nukleat,
yaitu asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Fungsi asam nukleat
adalah memungkinkan organisme mereproduksi komponen-komponen kompleksnya untuk
generasi selanjutnya. Aliran informasi genetik oleh asam nukleat yaitu DNA → RNA →
protein. (16)
Secara struktural, asam nukleat tersusun atas polinukleotida. Monomer dari polimer ini
adalah nukleotida yang terdiri atas 3 bagian, yaitu basa bernitrogen, gula pentosa, dan gugus
fosfat. Susunan nukleotida tanpa gugus fosfat disebut nukleosida.
Terdapat dua kelompok basa bernitrogen, yaitu purin dan pirimidin. Ukuran purin lebih
besar dan terdiri atas adenine (A) dan guanine (G). Anggota pirimidin yaitu sitosin (C), timin
(T), dan urasil (U). Akan tetapi, timin hanya ada pada DNA, sedangkan urasil hanya ada pada
RNA. Terkait dengan gula yang berikatan dengan basa bernitrogen, penomoran atomnya
dibubuhi tanda apostrof (‗) agar dapat dibedakan dengan penomoran atom basa bernitrogen.
Gugus fosfat berikatan dengan gula pada karbon 5‘ sehingga terbentuk nukleotida.
Nukleotida-nukleotida yang ada kemudian membentuk polimer melalui tautan
fosfodiester. Tautan ini menghubungkan gugus fosfat dan gula-gula pada dua ujung
nukleotida. Antara ujung bebas yang satu dari polimer dapat berbeda dengan ujung bebas
lain. Biasanya, fosfat melekat pada karbon 5‘ dan gugus hidroksil melekat pada karbon 3‘. Di
sepanjang rantai gula-fosfat tersebut, terdapat embelan-embelan berupa basa-basa
bernitrogen. Urutan basa-basa yang bersifat unik untuk setiap gen inilah yang menentukan
urutan asam amino suatu protein dan menentukan pula struktur dimensi tiga beserta fungsi
protein dalam sel.
Kedua untaian heliks ganda DNA bersifat komplementer sehingga pasangannya dapat
diprediksi dan memungkinkan penyalinan secara tepat terhadap gen-gen yang berperan dalam
pewarisan sifat. Saat akan membelah, masing-masing untai DNA menjadi cetakan untuk
mengurutkan untai komplementer baru sehingga didapatkan dua salinan identik molekul
DNA. Struktur DNA yang demikianlah yang membuatnya mampu meneruskan informasi
genetik setiap kali reproduksi sel. (16)
Sintesis Protein
Sintesis protein terdiri dari 4 tahapan, yaitu: transkripsi, modifikasi pascatranskripsi,
translasi, dan modifikasi pascatranslasi (7)
. Enzim RNA polimerase memisahkan kedua untai
DNA dan merakir polinukleotida dari arah 5‘ ke 3‘ akan tetapi tidak seperrti DNA
polimerase, RNA polimerase tidak membutuhkan rantai dari nol proses pembelahan sel
(mitosis dan meiosis) (5)
. Sekuens DNA tempat RNA melekat dan menginisiasi transkripsi
disebut promoter sedangkan yang menandai akhir transkripsi disebut terminator (5)
.
Rentangan unit DNA yang ditranskripsi disebut unit transkripsi (5)
.
Transkripsi bermula dengan melekatnya RNA polimerase pada promoter (5)
. Pada
eukariota proses mediasi pengikatan RNA polimerase dan inisiasi transkripsi dibantu oleh
faktor transkripsi (5)
. Setelah faktor transkripsi tertentu melekat pada promoter maka RNA
polimerase II akan berikatan dengan promoter disebut kompleks inisiasi transkripsi (5)
. Kotak
TATA merupakan suatu sekuens penting dalam inisiasi promoter eukariot (5)
. Begitu RNA
polimerase melekat dan rantai DNA membuka maka enzim mulai mentranskripsi cetakan
(5).Ketika RNA polimerase bergerak sepanjang DNA, enzim tersebut terus membuka heliks
ganda dan menambahkan nukleotida ke ujung 3‘ yang terus tumbuh (5)
.
Mekanisme terminasi pada bakteri dan eukariot berbeda, pada bakteri transkripsi
berlanjut melalui sekuens terminator pada DNA, terminator yang ditranskripsikan (sekuens
RNA) berfungsi sebagai sinyal terminasi yang menyebabkan terlepasnya RNA polimerase
dan transkrip yang digunakan sebagai mRNA nantinya (5)
. Pada eukariota RNA polimerase II
mentranskripkan sekuens pada DNA yang disebut sekuens sinyal poliadenilasi pada pre-
mRNA, kemudian pada suatu titik kira-kira 10-35 nukleotida yang mengarah ke hilir dari
sinyal AAUAAA berasosiasi dengan transkrip RNA yang sedang tumbuh hingga akhirnya
terlepas (5)
.
Kemudian RNA ini mengalami modifikasi dengan cara tertentu (5)
. Ujung 5‘ disintesis
untuk mendapat tudung 5‘—Guanin yang termodifikasi—sebanyak 20-40 nukleotida (5)
.
Pada ujung 3‘ sejenis enzim menambahkan 5-250 nukleotida Adenin membentuk poli A (5)
.
Fungsi keduanya adalah (1) memfasilitasi transpor mRNA dari nukleus, (2) melindungi RNA
dari enzim hidrolitik, dan (3) menandai bagian yang tidak akan ditranslasikan tetapi berguna
misalnya bagi pengikatan dengan ribosom. Setelah itu mRNA akan mengalami pemisahan
dari sekuens bukan pengode yang berselang-seling dengan sekuens pengode (5)
. Sekuens
bukan pengode atau intervening section (intron) dipisahkan dari sekuens pengode yang
disebut ekson dan mRNA yang hanya terdiri dari ekson ini kemudian digabungkan kembali
(5). Partikel yang bertugas memotong ekson dan memisahkannya dengan intron dan kemudian
menyambungkan kembali ekson dengan ekson disebut small nuclear ribonucleoprotein
(snRNP) berupa susunan 150 buah nukleotida (5)
. beberapa snRNP dapat bergabung dengan
protein tertentu dan membentuk splisosom yang nyaris sama besar dengan ribosom (5)
.
Tahap translasi dibagi menjadi tiga bagian yaitu (1) inisiasi, (2) elongasi, dan (3)
terminasi (5)
. Pada proses inisiasi subunit ribosom kecil berikatan dengan mRNA dan tRNA
inisiator spesifik (5)
. Penggabungan mRNA, tRNA inisiator, dan subunit ribosom kecil diikuti
perlekatan ribosom besar sehingga kompleks inisiasi translasi pun lengkap (5)
. Protein yang
disebut faktor inisiasi dibutuhkan untuk menyatukan semua komponen ini (5)
. Setelah inisiasi
selesai tRNA terdapat pada P ribosom dan situs A yang kosong siap untuk tRNA aminoasil
berikutnya (5)
. Polipeptida selalu disintesis satu arah dari metionin pada ujung awal asam
amino (N-terminus) ke arah asam amino di ujung karboksil (C-terminus) (5)
. Tahap
berikutnya adalah elongasi oleh faktor pemanjangan (5)
. Setelah itu terjadi proses terminasi
(5).
Polipeptida kemudian mengalami modifikasi pasca translasi (8)
. Asam-asam amino
dimodifikasi secara kimiawi dengan penambahan gugus tertentu, pemotongan, atau
penyambungan agar dapat berfungsi dengn baik (5)
. Polipeptida yang telah selesai ini
kemudian ditargetkan ke lokasi spesifik (5)
Pembelahan Sel
Pembelahan mitosis terjadi pada sel tubuh organisme multiseluler, kecuali jaringan
yang menghasilkan sel gamet. Tujuan dari pembelahan mitosis adalah mewariskan semua
sifat induk kepada kedua sel anaknya. Oleh karena itu, ketika suatu sel induk membelah,
semua sifat sel induk diwariskan kepada kedua sel anak. Melalui pembelahan mitosis ini,
terjadi proses pertumbuhan dan perkembangan jaringan dan organ tubuh makhluk hidup. (5)
Pembelahan mitosis tetap mempertahankan jumlah kromosom antara sel induk dan sel
anak. Sebagai contoh, ketika sel induk yang memiliki 2n kromosom membelah, masing-
masing sel anak pun juga akan memiliki 2n kromosom.(5)
Namun, fase mitosis pada dasarnya hanyalah salah satu bagian siklus sel yang terdiri
atas fase mitosis dan interfase. Interfase merupakan tahapan yang jauh lebih panjang daripada
fase mitosis, cakupannya sekitar 90% dari siklus sel. Interfase dibagi menjadi 3 subfase, yaitu
fase pertumbuhan primer (G1, growth 1 atau gap 1), fase sintesis (S), dan fase pertumbuhan
sekunder (G2, growth 2 atau gap 2).
Gambar 23. Pembagian waktu (5)
Satu kali pembelahan pada sel manusia tertentu berlangsung sekitar 24 jam. Fase
mitosis hanya kurang dari 1 jam. Fase G1 biasanya berlangsung selama 5 – 6 jam, tetapi
durasi ini bervariasi untuk tipe sel yang berbeda. Fase G2 berlangsung 4 – 6 jam. Fase
sintesis merupakan fase terpanjang karena berlangsung selama 10 – 12 jam. (16)
Pada fase G1, terjadi pertumbuhan tahap pertama dari sel. Organel-organel
memperbanyak diri untuk menunjang kehidupan sel, contohnya mitokondria, reticulum
endoplasma, kompleks Golgi, dan organel-organel lain. Adapun pada tahap sintesis, sel
melakukan sintesis DNA. Dalam tahap ini, terjadi replikasi DNA sehingga menghasilkan
kromosom yang mempunyai dua molekul untai ganda DNA yang identik. Sel kemudian
memasuki fase G2 di mana sel bertumbuh lagi dan menyelesaikan persiapan pembelahan.
Selanjutnya, pembelahan sel memasuki fase mitosis. Mitosis terdiri atas beberapa tahap, yaitu
profase, metafase, anafase, dan telofase.
Gambar 24. Fase awal pembelahan (5)
Profase ditandai oleh menebal dan memendeknya (kondensasi) benang-benang
kromatin di nukleus menjadi kromosom. Setiap kromosom menggandakan diri membentuk
kromatid yang saling tersambung pada sentromernya. Membran inti kemudian melebur dan
nukleolus pun lenyap. Sentrosom-sentrosom kemudian bergerak saling menjauhi. Dari kutub,
terbentuk serat-serat gelendong yang terdiri atas sentrosom dan mikrotubulus yang menjulur
dari sentosom. Terdapat aster yang merupakan susunan radial mikrotubulus yang lebih
pendek dan menjulur dari sentrosom. Melalui serat gelondong tersebut, nantinya tiap
kromosom menuju kutub masing-masing. (5)
Sebelum ke tahap metafase, sel mengalami tahap prometafase. Kini, tiap kromosom
memiliki kinetokor pada sentrosom. Kromosom juga semakin terkondensasi. Pada metafase,
kromosom berjejer pada lempeng metafase yang merupakan bidang khayal di berjarak sama
dari kedua kutub. Metafase merupakan tahap dalam fase mitosis yang paling lama, sekitar 20
menit. (16)
Gambar 25. Metafase, Anafase, Telofase (5)
Tahap berikutnya adalah anafase. Ini adalah tahap dalam fase mitosis yang paling
pendek karena hanya berlangsung beberapa menit. Protein kohesin terbelah dan kromatid
saudara dari setiap pasangan memisah. Proses pembagian kromosom ini kemudian membawa
tiap-tiap kromatid ke kutub masing-masing. Pada akhir anafase, kedua kutub sel mempunyai
jumlah kromosom yang sama.
Tahap akhir pembelahan mitosis adalah telofase. Pada tahap ini, dua nukleus anakan
terbentuk pada sel. Benang-benang kromosom menjadi kurang terkondensasi sehingga
semakin tipis dan berubah menjadi benang-benang kromatin. Membran inti terbentuk dan
nukleolus juga muncul kembali. Kemudian, terjadi sitokinesis yang membagi sel menjadi dua
dan kedua anak sel tersebut identik satu sama lain serta identik dengan induknya.(5)
Pembelahan meiosis terjadi pada sel-sel gamet di organ reproduksi. Tujuan dari
pembelahan meiosis adalah untuk menghasilkan sel anak yang memilki setengah set
kromosom sel induknya. Jadi, terdapat pengurangan jumlah kromosom menjadi separuh
antara sel induk dan sel anak. (5)
Setiap sel induk membelah dua kali sehingga dihasilkan empat anak sel. Meiosis terdiri
atas dua tahap, yaitu meiosis I (pembelahan reduksi) dan meiosis II. Jika sel yang membelah
bersifat diploid, pada akhir meiosis II akan dihasilkan empat sel anak yang haploid.
Meiosis I terdiri atas tahap profase I, metafase I, anafase I, dan telofase I. Profase I
sendiri dibagi menjadi lima subtahap, yaitu leptonema, zigonema, pakinema, diplonema, dan
diakinesis.(5)
Leptonema berarti benang tipis. Pada subtahap ini, kromosom mengalami kondensasi
menjadi benang-benang. Subtahap zigonema merupakan masa ketika kromatid yang homolog
saling membentuk sinapsis dan menjadi berpasangan. Dalam proses ini, terjadi pindah silang
yang merupakan pertukaran segmen molekul DNA yang sesuai di antara kromatid
nonsaudara. Pindah silang ini menyebabkan sel-sel anak tidak identik satu sama lain dan
tidak identik pula dengan sel induknya. Pada subtahap pakinema, terbentuk benang-benang
tebal dan pendek yang menjadi benang kromatid. Pembelahan memasuki subtahap diplonema
di mana kromatid berpisah dengan pasangannya. Subtahap berikutnya adalah diakinesis, yaitu
ketika kromosom terus memendek dan berkondensasi secara maksimal.(5)
Gambar 26. Meiosis I (5)
Gambar 27. Meiosis II (5)
Tahapan meiosis I kemudian dilanjutkan dengan metafase I. Pada fase ini, pasangan
kromosom homolog berada di lempeng metafase pada daerah ekuator. Satu kromosom dari
setiap pasangan menghadap ke arah kutub yang berbeda dari pasangannya. Kedua kromatid
yang homolog melekat pada mikrotubulus kinetokor.
Fase berikutnya adalah anafase I. Berbeda dengan mitosis, pada anafase I tidak terjadi
pembelahan sentromer sehingga setiap kromosom yang menuju ke kutub sel masih terdiri
atas dua kromatid. Selanjutnya adalag telofase I. Kromosom berpasangan kini telah tiba di
kutub masing-masing dan membrane nukleus pun terbentuk. Proses ini dilanjutkan oleh
sitokinesis yang membelah sitoplasma sel sehingga terbentuk dua anak sel yang haploid.
Pembelahan sel lalu memasuki tahapan meiosis II yang terdiri atas profase II, metafase
II, anafase II, dan telofase II. Pada profase II, benang kromatin menebal dan memendek
sehingga membentuk kromosom. Perlu dipahami bahwa dalam fase ini, tidak terjadi
penggandaan kromosom sehingga jumlah set kromosom tetap. Serat-serat gelendong juga
terbentuk di tiap sel.
Memasuki metafase II, kromosom berjejer di lempeng metafase pada daerah ekuator.
Kinetokor masing-masing mengarah ke kutub yang berbeda. Pada anafase II, sentromer
berpisah dan kromosom pun bergerak menuju kutub masing-masing.
Tahap akhir adalah telofase II. Pada tahap ini, kromosom telah berada di kutub masing-
masing. Membran inti dan nukleus kembali terbentuk. Kromosom mulai terurai. Terjadi
sitokinesis sehingga dihasilkan empat sel anak haploid yang masing-masing berbeda secara
genetik, baik terhadap sesama sel anak maupun terhadap sel induk. (5)
Spermatogenesis dan Oogenesis
Gambar 28. Spermatogenesis(5)
Spermatogenesis adalah proses pembentukan dan pematangan spermatozoa oleh sel
kelamin jantan.(5)
Proses spermatogenesis memakan waktu 64 hari untuk perkembangan dari
spermatogonium ke sperma dewasa.
Spermatogonium yang bersifat diploid (2n) berkembang menjadi spermatogonia yang
memiliki 46 kromosom, lalu spermatogonia membelah secara mitosis menghasilkan
spermatosit primer (2n) yang memiliki juga memiliki 46 kromosom. Setelah itu, spermatosit
primer membelah secara meiosis menjadi dua spermatosit sekunder yang bersifat haploid (n).
Pada saat ini jumlah kromosom tereduksi menjadi setengahnya yaitu 23 kromosom. Tahap
pembelahan ini di namakan meiosis I. Kemudian, spermatosit sekunder membelah secara
meiosis, dinamakan meiosis II, menjadi empat spermatid. Keempat spermatid inilah yang
kemudian berkembang menjadi spermatozoa.(9)
Gambar 29. Oogenesis
Oogenesis adalah proses pembentukan dan pematangan ovum/sel telur di dalam
ovarium. Tidak seperti spermatogenesis yang dapat menghasilkan jutaan sperma dalam sekali
proses. Oogenesis hanya dapat menghasilkan satu ovum/sel telur.
Oogonium yang merupakan sel induk dari ovum yang terdapat dalam sel folikel yang
berada di dalam ovarium mengalami pembelahan mitosis menjadi oosit primer (2n), yang
memiliki 46 kromosom. Kemudian oosit primer yang bersifat diploid membelah secara
meiosis, dinamakan meiosis I, menjadi dua sel anak yang ukurannya tidak sama besar. Sel
anak yang besar merupakan oosit sekunder, bersifat haploid (n) dan memiliki 23 kromosom.
Sedangkan, sel anak yang kecil merupakan badan polar I yang kemudian akan membelah
menghasilkan dua badan polar, yang diberi nama badan polar II dan badan polar III.
Kemudian, oosit sekunder akan melakukan pembelahan lagi secara meiosis, dinamakan
meiosis II, bila dibuahi oleh sperma. Pembelahan oosit sekunder membentuk ootid yang akan
berdiferensiasi menjadi ovum dan satu badan polar lagi, sehingga terbentuk tiga badan polar
dan satu ovum masak.(5)
Sel Gamet Haploid
Sel gamet terbentuk melalui proses meiosis(5)
. Ketika proses fertilisasi sel ovum dan
sperma melebur dan membentuk zigot yang juga merupakan diploid (2n) seperti induknya,
karena itulah pembelahan meiosis mengimbangi hal tersebut dengan cara mengurangi set
kromosom yang nantinya akan digandakan pada saat fertilisasi(5)
. Melalui proses ini jumlah
kromosom dari satu generasi ke generasi lain tetap terjaga(5)
.
RINGKASAN
RUJUKAN
(1) Sipper, Moshe et al. IEEE Transactions on Evolutionary Computation, Vol. 1, No. 1 A
Phylogenetic, Ontogenetic, and Epigenetic View of Bio-Inspired Hardware Systems.
1997.
(2) Clune, Jeffs et al. Ontogeny Tends to Recapitulate Phylogeny in Digital Organisms.
Chicago: The Chicago University Press; 2012.
(3) Alberch, Pere. Size And Shape in Ontogeny and Phylogeny. 1979.
(4) Tim Penyusun Naskah BTA. Jakarta: BTA group, 2011 P. 131
(5) Campbell, Neil A et al.. Biologi Edisi Kedelapan. Jakarta: Erlangga; 2010.
(6) Mascher, Anthony L. Junquiera‘s Basic Histology Twelfth Edition. Indiana: McGraw-
Hill; 2010.
(7) Departemen Biokimia FK USU. Membran Sel dan Biokimia Jaringan.
http://ocw.usu.ac.id/course/download/111-Basic-Biology-of-
Clasic/bbc_slide_membran_sel_dan_biokimia_jaringan.pdf ( accesed 8 September 2012)
(8) Guyton and Hall.. Textbook of Medical Physiology Twelfth Edition. Singapore: EGC
Publisher; 2011.
(9) Ganong, WF. Review of Medical Physiology. Singapore: McGrawHill; 2005.
(10) Guyton, Arthur C. and John E. Hall. Dorland‘s Illustrated Medical Dictionary, 29/E.
Philadelphia. Pennsylvania: W. B. Sanders Company; 2000.
(11) Sherwood, Lauralee. Fisiologi Manusia Dari Sel ke Sistem, Ed. 2. Jakarta: Penerbit Buku
Kedokteran EGC; 2001.
(12) Devlin, Thomas M. Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, Fifth Edition.
New York: Wiley-Liss; 2002.
(13) Permana, Agus Dana dkk. Biologi. Tim Olimpiade Biologi Indonesia. Bandung: PT.
Lima Enam Tujuh; 2004.
(14) Langkah Sembiring, Sudjino. BIOLOGI. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen
Pendidikan Nasional; 2009.
(15) Siti Nur Rochmah, et. al. BIOLOGI. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan
Nasional; 2009.
(16) Syamsuri, Istamar. Biologi untuk SMA Kelas XII Semester I. Ed. 3A. Jakarta: Penerbit
Erlangga; 2007.