JAWABAN UJIAN BIOLOGI SEL

1. Mekanisme konversi energi yang terjadi pada kloroplas dan mitokondria adalah sebagai berikut:

Mitokondria dan   kloroplas

Dalam kaitannya dengan sitologi kita akan mempelajari organel yang

berkaitan dengan energi yang diberi nama mitokondria dan kloroplas. Mitokondria

dan kloroplas merupakan organ yang penting bagi sel eukariotik, sebab tanpa

mitokondria sel akan mati karena energi tidak akan terbentuk. sedangkan kloroplas

berfungsi untuk menyediakan material untuk mendukung proses berlangsungnya

pembuatan energi oleh mitokondria.

Secara mudahnya mitokondria yang berada di dalam sel berperan sebagai

penghasil tenaga melalui proses respirasi aerob.

Mitokondria dan kloroplas memiliki kemiripan dalam hal jumlah lapisan

membrannya yaitu :

dua lapis membran fosofolipid bilayer.

memiliki cairan

Peran utama mitokondria adalah sebagai pabrik energi sel yang

menghasilkan energi dalam bentuk ATP. Metabolisme karbohidrat akan berakhir di

mitokondria ketika piruvat di transpor dan dioksidasi oleh O2¬ menjadi CO2 dan

air. Energi yang dihasilkan sangat efisien yaitu sekitar tiga puluh molekul ATP

yang diproduksi untuk setiap molekul glukosa yang dioksidasi, sedangkan dalam

proses glikolisis hanya dihasilkan dua molekul ATP. Proses pembentukan energi

atau dikenal sebagai fosforilasi oksidatif terdiri atas lima tahapan reaksi enzimatis

yang melibatkan kompleks enzim yang terdapat pada membran bagian dalam

mitokondria. Proses pembentukan ATP melibatkan proses transpor elektron dengan

bantuan empat kompleks enzim, yang terdiri dari kompleks I (NADH

dehidrogenase), kompleks II (suksinat dehidrogenase), kompleks III (koenzim Q –

sitokrom C reduktase), kompleks IV (sitokrom oksidase), dan juga dengan bantuan

FoF1 ATP Sintase dan Adenine Nucleotide Translocator (ANT) Bagaiman dengan

kloroplas? Jika dilihat sepintas pada komponen sel antara kolroplas dengan

mitokondria hampir sama, namun secara struktur penyusunnya itu sangat berbeda.

Didalam kloroplas terdapat yang namanya stroma, grana, tilakoid, dan organ –

organ lainnya.

Kloroplas sangat berpengaruh dalam keberlangsungan hidupnya suatu

organisme, karena kloroplas memiliki membrane ganda yaitu membran luar dan

membran dalam. membran luar kloroplas juga mengandung porin yang

menyebabkan membran ini permeable terhadap molekul dengan ukuran 10.000

dalton. Sebaliknya membran dalam relatif lebih impermeabel. Membran dalam

menutupi daerah yang berisi cairan yang disebut stroma yang mengandung enzim

untuk reaksi terang pada proses fotosintesis. Stroma juga mengandung DNA dan

ribosom. Pelipatan membran dalam membentuk struktur seperti tumpukan piringan

yang saling berhubungan yang disebut tilakoid yang tersusun membentuk grana.

Membran tilakoid yang mengelilingi ruang interior tilakoid yang berisi cairan

mengandung klorofil dan pigmen fotosintesis lain serta rantai transport elektron.

Reaksi terang dari fotosintesis terjadi di tilakoid. Membran luar kloroplas menutupi

ruang intermembran antara membran dalam dan membran luar kloroplas. Seperti

pada matriks mitokondria, stroma kloroplas mengandung molekul DNA sirkuler

dan ribosom. Diperkirakan pula terdapat sekitar 60 macam polipeptida pada

membran tilakoid. Setengah diantaranya dikode oleh DNA kloroplas. Sebagian

besar protein dalam kloroplas dikode oleh gen nuklear, dihasilkan di sitoplasma dan

selanjutnya dikirim ke kloroplas.

Kloroplas tidak hanya ditemukan di dalam daun (khususnya bagian

mesofil), tapi dapat juga ditemukan di batang yang berwarna hijau. Hal ini

dikarenakan, di dalamnya terdapat zat pembawa pigmen warna hijau yang disebut

juga klorofil. Klorofil menyerap energi cahaya. Pigmen ini menyerap semua warna

kecuali warna hijau. Pada klorofil zat warna hijau akan dipantulkan. Klorofil

terdapat pada membran tilakoid dan perubahan energi cahaya menjadi energi kimia

berlangsung dalam tilakoid, sedangkan pembentukan glukosa sebagai produk akhir

fotosintesis berlangsung di stroma. Disamping klorofil a ( pigmen berwarna hijau )

dikenal pula klorofil b yang mempunyai struktur mirip klorofil a, yaitu pigmen

yang berwarna kuning sampai jingga yang disebut karoten.

Di dalam kloroplas berlangsung reaksi terang dan reaksi gelap dari

fotosintesis tumbuhan. Kloroplas terdapat pada hampir seluruh tumbuhan, tetapi

tidak umum dalam semua sel. Bila ada, maka tiap sel dapat memiliki satu sampai

banyak plastid. Kesinambungan kloroplas terjadi melalui pertumbuhan dan

pembelahan proplastid di daerah meristem. Secara khas kloroplas dewasa

mencakup dua membran luar yang meliputi stroma homogen, di sinilah

berlangsung reaksi-reaksi fase gelap.

1. Reaksi Terang

Pada reaksi terang, klorofil dan pigmen menyerap energi matahari yang

kemudian diubah menjadi bentuk energi kimia yaitu ATP dan senyawa pereduksi

NADPH.  Reaksi terang dalam proses fotosintesis menggunakan dua fotosistem

sebagai akseptor proton, yaitu Fotosistem I (P700 / mampu menyeran cahaya

dengan panjang gelombang 700nm) dan Fotosistem II(P680 / mampu menyerap

cahaya dengan panjang gelombang 680nm).

2. Reaksi Gelap

Raeksi gelap merupakan rangkaian reaksi penggunaan ATP dan NADPH

dari reaksi terang untuk sintesis glukosa. Reaksi ini tidak membutuhkan cahaya.

Secara ringkas tahapan reaksi gelap adalah.

Fiksasi karbon monoksida oleh molekul ribulosa bifosfat yang mempunyai 5

atom C membentuk 2 molekul phosphoglyceric acid atau asam fosfogliserat

(PGA) yang mempunyai 3 atom C.

Reduksi PGA menjadi PGAL (fosfogliseraldehide) yang mempunyai 3 atom C

denagn menggunakan ATP dan NADPH2.

Setelah berlangsung 6 siklus pembentukan PGAL, maka dihasilkan 12 PGAL.

Dua PGAL digunakan untuk membentuk glukosa dengan 6 atom C dan10

molekul PGAL digunakan untuk membentuk kembali molekul RuBp.

Fungsi kloroplas adalah sebagai tempat fotosintesis. Pada dasarnya

fotosintesis seperti juga reaksi pada mitokondria merupakan pembentukan ATP dan

melibatkan transport hidrogen dan elektron dalam senyawa-senyawa seperti NADH

dan sitokrom. Perbedaannya adalah bahwa fotosintesis menggunakan cahaya

sebagai sumber energy dan bukan substrat kimia, fotosintesis menggunakan CO2

dan air, menghasilkan oksigen dan karbohidrat.

Reaksi fotosintesis dirangkum sebagai berikut:

6CO2 + 12H2O + energy cahaya –> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

2. Mekanisme transport melalui membran sel, baik secara pasif maupun aktif

a. Mekanisme transport membrane secara pasif

Transpor pasif merupakan perpindahan zat yang tidak memerlukan energi.

Perpindahan zat ini terjadi karena perbedaan konsentrasi antara zat atau larutan.

Transpor pasif melalui peristiwa difusi, osmosis, dan difusi terbantu.

a. Difusi

b. Osmosis

c. Difusi Terbantu

Proses difusi terbantu difasilitasi oleh suatu protein. Difusi terbantu sangat

tergantung pada suatu mekanisme transpor dari membran sel. Difusi terbantu dapat

ditemui pada kehidupan sehari-hari, misalnya pada bakteri Escherichia coli yang

diletakkan pada media laktosa. Membran sel bakteri tersebut bersifat impermeabel

sehingga tidak dapat dilalui oleh laktosa. Setelah beberapa menit kemudian bakteri

akan membentuk enzim dari dalam sel yang disebut permease, yang merupakan

suatu protein sel. Enzim permease inilah yang akan membuatkan jalan bagi laktosa

sehingga laktosa ini dapat masuk melalui membran sel.

Transportasi pasif (difusi) adalah perpindahan molekul atau ion tanpa

menggunakan energi sel. Perpindahan molekul tersebut terjadi secara konstan dari

konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, baik melalui membran plasma ataupun

tidak. Molekul dan ion yang terlarut dalam air bergerak secara acak dengan

konstan. Gerakan acak ini mendorong terjadinya difusi. Difusi dapat dibedakan

menjadi dua, yaitu difusi sederhana dan difusi terbantu (facilitated diffusion)/ difusi

dipermudah. Sedangkan contoh dari transport pasif adaah difusi dan osmosis.

b. Mekanisme transport membrane secara aktif

Transpor aktif merupakan mekanisme pemindahan molekul atau zat tertentu

melalui membran sel, berlawanan arah dengan gradien konsentrasi. Oleh karena itu,

harus ada energi tambahan dari sel yang digunakan untuk membantu perpindahan

tersebut.

Energi tambahan yang digunakan dalam proses transpor aktif berasal dari

ATP yang dihasilkan oleh mitokondria melalui proses respirasi. Selain itu, pada

membran sel terdapat lapisan protein. Salah satu jenis protein yang terdapat di

membran sel tersebut adalah protein transpor. Protein transpor mengenali zat

tertentu yang masuk atau keluar sel.

Zat yang dipindahkan dengan cara transpor aktif pada umumnya adalah zat

yang memiliki ukuran molekul cukup besar sehingga tidak mampu melewati

membran sel. Sel mengimbangi tekanan osmosis lingkungannya dengan cara

menyerap atau mengeluarkan molekul-molekul tertentu. Dengan  demikian, terjadi

aliran air masuk atau keluar sel. Kemampuan mengimbangi tekanan osmosis

dengan transpor aktif menjadi sangat penting untuk bertahan hidup.

Pompa natrium kalium merupakan contoh transpor aktif yang banyak

ditemukan pada membran sel. Perpindahan molekul ini menggunakan energi ATP

untuk mengeluarkan natrium (Na+) keluar sel dan bersama dengan itu memasukkan

kalium (K+) ke dalam sel. Perhatikan gambar berikut.

Transport aktif merupakan proses perpindahan substansi (zat) berjalan dari

larutan yang memiliki konsentrasi rendah ke larutan yang memiliki konsentrasi

tinggi, sehingga dapat tercapai keseimbangan di dalam sel. Transport aktif bersifat

tidak spontan memerlukan energy yang berasal dari hidrolisis ATP. transport

partikel-partikel ini melalui membrane sel semipermeabel dengan melibatkan ion-

ion tertentu. Contoh : pompa natrium (Na+), kalium (K+).

Peristiwa transpor aktif dibedakan menjadi dua, yaitu endositosis dan

eksositosis. Endositosis merupakan peristiwa pembentukan kantong membran sel.

Endositosis terjadi karena ada transfer larutan atau partikel ke dalam sel.

Eksositosis adalah proses keluarnya suatu zat ke luar sel.

3. Mekanisme transport di dalam sel yang melibatkan endomembran

Sistem endomembran terdiri dari membran yang berbeda yang tersuspensi

dalam sitoplasma dalam sel eukariotik. Membran ini membagi sel ke dalam

kompartemen fungsional dan struktural, atau organel. Pada eukariota organel-

organel sistem endomembran meliputi: amplop nuklir, yang retikulum endoplasma,

yang aparatus Golgi, lisosom, vakuola, vesikel, endosomes dan membran sel.

Sistem ini didefinisikan lebih akurat sebagai himpunan membran yang membentuk

sebuah unit fungsional dan perkembangan tunggal, baik yang terhubung secara

langsung, atau bertukar materi melalui transportasi vesikel. Yang penting, sistem

endomembran tidak termasuk membran mitokondria dan kloroplas.

Organel-organel sistem endomembran terkait melalui kontak langsung atau

melalui transfer segmen membran sebagai vesikel. Meskipun hubungan ini,

membran berbagai tidak identik dalam struktur dan fungsi. Ketebalan, komposisi

molekul, dan perilaku metabolisme membran tidak tetap, mereka dapat

dimodifikasi beberapa kali selama hidup membran. Salah satu karakteristik

pemersatu berbagi membran adalah lipid bilayer, dengan protein yang melekat pada

kedua sisi atau melintasi mereka.

4. Organel-organel yang terlibat dalam proses sintesis protein pada sel eukariotik.

a. Struktur Sel Eukariotik

Sel eukariotik yaitu sel yang memiliki membran inti dan sistem

endomembran. Sistem endomembran yaitu organel-organel bermembran seperti

reticulum endoplasma, kompleks Golgi, mitokondria, dan lisosom. Sel hewan dan

sel tumbuhan tergolong sel eukariotik.

Struktur sel eukariotik terdiri atas tiga komponen utama yaitu membran

plasma, sitoplasma, dan organel-organel sel.

b. Membran Plasma

Membrane plasma merupakan bagian terluar sel yang melindungi

protoplasma.Membran plasma bersifat selektif permeabel, artinya hanya dapat

dilalui molekul-molekul tertentu seperti glukosa, asam amino, gliserol, dan

berbagai ion. Membran plasma berfungsi melindungi isi sel, mengatur keluar

masuknya berbagai zat dan sebagai tempat reaksi respirasi dan oksidasi.

Membran plasma terdiri atas lapisan protein dan lapisan lipid (lipoprotein).

Lapisan lipid disusun oleh fosfolipid, glikopid, dan sterol. Lapisan protein

membrane sel terdiri atas glikoprotein. Lapisan protein membentuk dua macam

lapisan yaitu lapisan protein perifer dan integral. Perhatikan struktur membran

plasma (membran sel) dan fosfolipid

c. Sitoplasma

Sitoplasma adalah cairan sel yang berada di luar membran inti. Komponen

utama penyusunnya yaitu:

1)     Cairan seperti gel yang disebut sitosol.

2)     Substansi genetik simpanan dalam sitoplasma.

3)     Sitoskeleton yang berfungsi sebagai kerangka sel.

4)     Organel-organel sel.

Sifat-sifat fisikawi matriks sitoplasma meliputi efek Tyndal, gerak Brown,

gerak siklosis, memiliki tegangan permukaan, dan bersifat elektrolit.Sifat biologis

matriks sitoplasma mampu mengenali rangsangan (iritabilita) dan mengantar

rangsang (konduktivitas). Fungsi sitoplasma yaitu sebagai sumber bahan kimia

penting bagi sel dan tempat terjadinya reaksi metabolisme.

c.       Organel-organel Sel

Macam-macam organel penyusun sel sebagai berikut.

1)     Inti Sel (Nukleus)

Nukleus merupakan organel terbesar yang berada dalam sel dengan

diameter sekitar 10 um. Nucleus berfungsi sebagai pengatur pembelahan sel,

pengendali seluruh kegiatan sel, dan pembawa informasi genetik.

2)     Retikulum Indoplasma (RE)

RE merupakan jaringan yang tersusun oleh membran yang berbentuk seperti

jala.Terdapat dua tipe retikulum endoplasma, yaitu RE kasar dan RE halus.RE

kasar adalah RE yang ditempeli ribosom dan tampak berbintil-bintil.RE halus

adalah RE yang tidak ditempeli ribosom. RE berfungsi:

a)      Mensintesis lemak dan kolesterol (RE kasar dan RE halus).

b)     Menampung protein yang disintesis oleh ribosom (RE kasar).

c)      Transportasi molekul-molekul (RE kasar dan RE halus).

d)     Menetralkan racun (detoksifikasi).

3)     Ribosom

Ribosom merupakan struktur unit gabungan protein dengan RNA-ribosom

(disingkat RNA-r).ribosom terdiri atas dua subunit, yaitu subunit kecil dan subunit

besar. Ribosom berperan dalam sintesis protein.

4)     Kompleks Golgi

Kompleks Golgi tersebar dalam sitoplasma dan merupakan salah satu

komponen terbesar dalam sel. Kompleks Golgi mempunyai hubungan yang erat

dengan RE dalam sintesis protein. Selain itu, kompleks Golgi juga berfungsi:

a. Tempat sintesi polisakarida seperi mukus, selulosa, hemiselulosa, dan

pektin.

b. Membentuk membran plasma.

c. Membentuk kantong sekresi untuk membungkus zat yang akan dikeluarkan

sel.

d. Membentuk akrosom pada sperma, kuning telur pada sel telur, dan lisosom.

5)     Lisosom

Lisosom merupakan kantong membran yang berisi enzim-enzim hidrolitik

(lisozim) seperti enzim protease, lipase, nuklease, fosfatase, dan enzim pencerna

yang lain. Enzim lisozim merupakan protein yang dihasilkan di ribosom dan

disimpan di dalam ruangan retikulum endoplasma.Lisosom terdapat hampir pada

semua sel eukariotik.

Beberapa fungsi lisosom sebagai berikut.

a. Melakukan pencernaan intrasel.

b. Autofagi, yaitu menghancurkan struktur yang tidak dikehendaki, missal

organel lain yang sudah tidak berfungsi lagi.

c. Eksositosis, yaitu pembebasan enzim ke luar sel.

d. Autolisis, yaitu penghancuran diri sel dengan membebaskan isi lisosom ke

dalam sel.

6)     Badan Mikro

Badan mikro terdiri atas dua tipe, yaitu peroksisom dan

glioksisom.Peroksisom terdapat pada sel hewan, fungi, dan daun tumbuhan tingkat

tinggi.Peroksison berperan dalam oksidasi substrat menghasilkan H2O2 yang

selanjutnya dipecah menjadi H2O dan O2.Selain itu, peroksison juga berperan

dalam pengubahan lemak menjadi karbohidrat dan penguraian purin dalam sel.

Adapun glioksisom berperan dalam metabolisme asam lemak dan sebagai tempat

terjadinya siklus glioksilat.

7)     Mitokondria

Mitokondria memiliki dua jenis membran, yaitu membran luar dan

membran dalam.Kedua memberan ini bersifat kuat, fleksibel, stabil, dan tersusun

darii lipoprotein. Membran dalam membentuk tonjolan-tonjolan yang disebut

krista. Tonjolan-tonjolan tersebut berfungsi untuk memperluas permukaan agar

penyerapan oksigen lebih efektif.

Ruangan dalam mitokondria berisi cairan yang disebut matriks

mitokondria.Di dalam matriks mitokondria terdapat enzim pernapasan, DNA, RNA,

dan protein.

5. Peranan mikrofilamen pada proses (1) pergerakan sel dan (2) pembelahan

sel

Mikrofilamen

Mikrofilamen atau filamen aktin adalah bagian dari kerangka sel

(sitoskeleton) yang berupa batang padat berdiameter sekitar 7 nm dan tersusun atas

protein aktin. Mikrofilamen terdapat pada sel eukariot.

Organisasi molekular dari filamen actin/mikrofilamen

(A) actin G (globular); (B) actin F (polimer actin G, dalam bentuk

fibrilair): (C) actin F dengan kedua butir; satu molekul tropomyosin4 dan

setiap 36 nm satu molekul troponine;

1. Aktin G; 2. Aktin F; 3. tropomyosin; 4. troponin

  Peran mikrofilamen:

1) peran struktural mikrofilamen dalam sitoskeleton ialah untuk menahan

tegangan (gaya tarik)

2) Dengan bergabung dengan protein lain, mikrofilamen sering membentuk

jalinan tiga dimensi persis di dalam membran plasma, yang membantu

mendukung bentuk sel

3) Perannya dalam pergerakan sel seperti aliran sitoplasama, kontraksi otot,

pembelahan sel, gerak ameboid.

4) Untuk menjaga bentuk sel sepanjang mikrotubul

5) Mikrofilamen biasanya membentuk jaringan sub membran plasma untuk

mendukung bentuk sel

6) Kontraksi otot (filament aktin bergantian dengan serat yang lebih tebal dari

myosin, membentuk protein motor, dalam jaringan otot)

7) Siklosis (pergerakan komponen sitoplasma di dalam sel)

8) Pergerakan ‘amuboid’ dan fagositosis

9) Bertanggung jawab untuk pemutusan galur pada sitokinesis hewan

2 ). Peranan mikrofilamen pada proses pembelahan sel yaitu :

a) Pergerakan kromosom selama pembelahan sel.

b) Transport senyawa atau bahan-bahan intraselular

c) Morfogenesis sel

d) Mempertahankan bentuk sel

e) Pergerakan dari sel (cilia dan flagella)

f) Migrasi vakuola endositosis

g) Pembebasan partikel-partikel sekresi

h) Polaritas selular

i) Mempertahankan struktur membran sel