Febiana Yusida / Kimia A 2013 / 13030234029 / Biokimia 1Sel dan OrganelnyaPendahuluanBiokimia merupakan salah satu ilmu yang mempelajari reaksi-reaksi kimia atau interaksi dalam sel hidup. Perbedaan utama antara biokimia dan kimia biasa adalah bahwa reaksi biokimia berlangsung di dalam batasan yang diberikan oleh ukuran sel dan ruang-ruang di dalamnya, juga, oleh sifat fisik dan kimia yang sejalan dengan kehidupan sel. Adapaun karakterisitik dari zat hidup diantaranya seperti :1. Susunannya rumit tapi terorganisisr dengan rapi2. Setiap komponen didalamnya memiliki fungsi khas3. Memiliki struktur intra sel meliputi inti sel, membran sel, protoplasma, mitokondria.4. Senyawa kompleks yang terlibat lipida, protein dan asam nukleat.Salah satu teori mengemukakan bahwa kehidupan bermula dengan terjadinya interaksi kimia seperti karbon, oksigen, nitrogen, hidrogen, fosfor, dan sulfur. Kehidupan yang paling sederhana terjadi pada ruang yang dikelilingi oleh membran yang biasa disebut dengan sel.Sel merupakan unit struktural dan fungsional organisme hidup. Organisme terkecil terdiri dari sel tunggal, sebaliknya tubuh manusia mengandung sedikitnya 1014 sel. Terdapat berbagai jenis sel yang bervariasi dalam ukuran, bentuk dan fungsinya. Meskipun berbeda dalam penampilannya, berbagai jenis sel menunjukkan kesamaan ciri struktur dasar yaitu terdiri dari membran plasma, sitoplasma, ribosom, dan inti sel.Membran plasma atau membran sitoplasma bersifat permeabel-selektif, mengangkut nutrien dan garam yang dibutuhkan ke dalam sel dan produk buangan dari sel ke luar, tetapi tidak permeabel terhadap senyawa-senyawa yang ada dilingkungan sel yang tidak dibutuhkan sehingga lingkungan didalam sel tetap terjaga. Pada umumnya susunan molekular membran plasma terdiri dari dua lapisan lipid yang mengandung protein khusus.Sitoplasma adalah tempat berlangsungnya hampir semua rekasi enzimatis dari metabolisme sel, dimana sel menggunakan energi kimia untuk membangun dan memepertahankan strukturnya serta melakukan pergerakan sel atau kontraksi. Di dalam sitoplasma juga terdapat ribosom yang berbetuk seperti granula dengan diamter 18 sampai 22 nm yang berfungsi mensintesa protein. Dan semua sel hidup dilengkapi inti sel yang merupakan tempat terjadinya replikasi senyawa genetik dan penyimpanan dalam bentuk deoksiribosanukleat (DNA atau deoxyribonucleic acid).Pada dasarnya ukuran sel sangatlah kecil, yang semula para peneliti menggunakan satuan angstrom () atau mikron (), sekarang untuk ukuran sel digunakan satuan nanometer (nm) dan mikrometer (m). Didasarkan dari perbedaan mikroskopik dan aspek-aspek biokimia, sel hidup dapat dikelompokan menjadi 2 kelompok besar yaitu sel prokariotik dan eukariotik. Golongan sel prokariotik seperti bakteri, alga, dan rickettsia tidak memiliki anatomi intrasellular yang kompleks. Sedangkan sel eukariotik, termasuk ragi, jamur, tumbuhan, sel hewan mempunyai membran inti yang jelas serta mempunyai beberapa struktur intrasellular dan beberapa organel-organel sel yang lebih kompleks dibandingkan sel prokaritois.Disamping strukturnya yang bervariasi ada pula perbedaan yang mencolok dalam komposisi kimia dan aktivitas biokimia dari sel eukariotik dibanding sel prokariotik. Dalam sel eukariotik tidak ditemui protein histon, sedangkan pada sel eukariotik protein tersebut berkompleks dengan DNA kromosom. Perbedaan lain yaitu struktur molekul kompleks seperti protein-RNA(ribosom) yang bertanggung jawab dalam biosintesis protein. Di samping masih ada banak perbedaan lain dalam mekanisme transpor melalui membran dan enzim-enzim.

Sejarah sel prokariotik dan sel eukariotikSel terkecil dan paling sederhana serta sel paling tua dikenal sebagai prokariotik yang merupakan golongan dari berbagai kelas mikroorganisme seperti bakteri ditemukan pada batu tulis kuno di Afrika dan Australia. Sel eukariotik yang muncul mungkin pada ribuan juta tahun setelah prokariotik, berukuran lebih besar, lebih kompleks, dan memperlihatkan kisaran ragam dan perbedaan yang lebih luas. Istilah prokariotik dan eukariotik diturunkan dari bahasa yunani karyon yang berarti kacang, biji, atau inti. Prokariotik berarti pra inti, dan eukariotik berarti inti yang berbentuk secara baik. Pada prokariotik, senyawa genetik ditempatkan dalam satu badan inti atau badan serupa inti yang agak acak dan tidak dikelilingi oleh membran. Eukariotik, sebaliknya dilengkapi dengan inti sel yang amat kompleks dan terlalu jauh berkembang, dikelilingi oleh selubung inti yang terdiri dari dua membran.

Sel ProkariotikPada golongan ini terdiri dari kira-kira 3000 spesies bakteri, termasuk ganggang hijau-biru yang dapat melakukan fotosintesis tetapi tidak menghasilkan oksigen. Sekitar tiga-perempat dari semua makhluk hidup di bumi terdiri dari organisme mikrokospik terutama prokaritos. Prokariotik merupakan awal dan akhir dari berbagai rantai makanan pada biosfer, dimana prokariotik akan menangkap energi matahari dan menggunakannya untuk menghasilkan karbohidrat dan bahan selular lainnya sebagai awal dari rantai makanan. Lalu bakteri yang merupakan golongan prokariotik akan menguraikan struktur organik dari tumbuhan dan hewan yang telah mati, dan mengembaikan produk akhir ke atmosfir, tanah, dan lautan. Ciri lain dari golongan prokariotik adalah bereproduksi secara aseksual, dimana golongan ini hanya memiliki satu kromosom yang terdiri dari molekul DNA sulur ganda.Escherichie coli adlaah sel prokariotik yang paling banyak diketahui berukuran 2 m (panjang) dan berdiameter lebih kecil dari 1 m. E. Coli tidak mempunyai membran yang mengelilingi materi genetik dan memiliki flagela yang bersifat kurus, kaku, berbentuk batang melengkung, kira-kira 10 sampai 20 nm melintang (across). Membran selnya terdiri dari molekul lipida yang membentuk dua lapisan tipis (bilayer), dengan berbagai protein yang menembus lapisan tersebut. Membran tersebut bersifat permeabel- selektif dan mengandung protein yang dapat melangsungkan pengangkutan nutrien tertentu ke dalam sel dan hasil buangan ke luar sel. Didalam sitoplasma terdapat sejumlah unsur granular seperti ribosom yang berfungsi untuk melangsungkna sintesa protein sel. Jika organel ini berkelompok akan membentuk poliribosom atau polisom. Didalam sitoplasma juga terdapat sitosol yang mengandung enzim terlarut dan berbagai molekul pembangun yang berfungsi sebagai prekursor makromolekul sel, dan sejumlah garam anorganik.Walaupun prokariotik bersifat relatif sederhana dan berukuran kecil dibandingkan dengan sel eukariotik, ternyata beberapa diantaranya mampu melakukan aktivitas yang kompleks. Seperti pada bakteri yang memperlihatkan fenomena khemotaksis, dimana organisme ini memiliki sistem sensori primitif yang dapat mengkomunikasikan isyarat ke flagelnya, yang akan mendorong sel menuju atau menjauhi sutau atraktan atau repelan.

Gambar 1. Struktur sel prokariotik

Sel EukariotikContoh dari sel eukariotik adalah hepatosit pada sel hati hewan tingkat tinggi dengan diameter kira-kira 20 smapai 30 m. Seperti sel prokariotik, sel eukariotik dapat membelah secara aseksual tetapi hali ini terjadi dengan proses yang lebih kompleks yang dikenal sebagai mitosis. Selain bereproduksi secara aseksual, sel ini juga dapat melangsungkan konyugasi seksual. Sel eukariotik mengandung sejumlah organel internal yang dikelilingi membran seperti mitokondria, retikulum endoplasma dan badan golgi.

Gambar 2. proses mitosis pada sel eukariotik

Inti selInti sel pada eukariotik dikelilingi oleh selubung inti yang tersusun oleh dua membran-ganda yang berdekatan dan terdapat pori-pori inti. Di dalam inti sel terdapat nukleous (anak inti). Inti sel merupakan pabrik RNA dan tempat berlangsungnya tahap awal sintesa ribosom. Bagiana lain inti sel mengandung kromatin, yang jika berkelompok akan membentuk bulir-bulir kromosom. Kromatin merupakan bentuk kompleks dari DNA-protein, dimana DNA sebagai simpanan informasi genetik dari sel. Inti sel memiliki peranan penting dalam pembalahan sel dan untuk pengendalian ekspresi fenotip dari informasi genetik yang telah diketahui dengan baik. Inti juga bertanggung jawab untuk melakukan reaksi biokimia yang terlibat dalam replikasi DNA selama proses mitosis dan perbaikan kerusakan DNA, serta transkripsi dari DNA menjadi RNA.

Gambar 3. Inti sel dan strukturnya

SitoplasmaSitoplasma adalah fase cair dalam sel yang mengandung berbagai macam konstituen berupa organel sel, antara lain mitokondria, retikulum endoplasma, lisosom, ribosom, badan golgi dan lain-lain. Zat-zat terlarut dalam sitoplasma antara lain protein, RNA, metabolit untuk digunakan sel (seperti glukosa),elektrolit dan beberapa sisa dari hasil kegiatan sel (misal urea, kreatinin, asam urat), enzim-enzim yang digunakan untuk proses glikolisis (proses glikolisis yaitu pengubah glukosa menjadi asam piruvat dan laktat), serta enzim untuk biosintesis asam lemak. Sitoplasma yang terletak dekat membran sel lebih kental disebut ektoplasma, sedangkan yang ada diantara ektoplasma dengan membran inti disebut endoplasma.

Gambar 4. Sebagian dari sitoplasma dan organel didalamnya.

MitokondriaMitokondria berasal dari bahasa yunani mitos yang berarti benang dan :chondros: yang berarti bibit atau biji. Mitokondria mempunyai dua sistem membran dimana yang bagian luar bersifat licin mengelilingi seluruh mitokondria dan bagian dalam berlipat-lipat yang disebut krista. Pada bagian dalam mitokondria terisi suatu matriks yang menyerupai gel.Mitokondria merupakan pabrik energi sel. Organel ini mengandung berbagai enzim yang secara bersama-sama mengkatalisa oksidasi zat makanan organik oleh molekul oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida dan air. Selain juga mengandung sejumlah kecil DNA, RNA, dan ribosom.

Gambar 5. struktur mitokondria

Retikulum EndoplasmikDi dalam sitoplasma hampir semua sel eukariotik, terdapat struktur tiga dimensi saluran membran berliku-liku yang amat kompleks menembus sitoplasma, yaitu retikulum endoplasma. Di dalamnya terdapat ruangan yang disebut sisterna (cisternae) yang berfungsi sebagai saluran untuk mengangkut berbagai produk ke seluruh bagian sel dan juga ruang penyimpanan. Retikulum endoplasmik terbagi menjadi 2 jenis yaitu kasar dan halus.Pada retikulum endoplasma kasar, permukaan membran dipenuhi oleh ribosom sedangkan halus tidak dilengkapi ribosom. Ribosom pada retikulum endoplasma kasar terlibat dalam biosintesis protein yang akan disimpan sementara atau diangkut keluar sel. retikulum endoplasma memegang peranan dalam biosintesa lipid. Pada sel otot kerangka yang berkontraksi dengan rangsangan Ca2+, retikulum endoplasma berpartisipasi dalam proses relaksasi dengan menyerap kembali ion Ca2+.

Gambar 6. Retikulum Endoplasma Halus dan Kasar

Badan GolgiHampir semua sel eukariotik dilengkapi dengan sekelompok kantung (vesikel) khas yang dikelilingi membran disebut badan golgi yang merupakan organel untuk pembuangan. Badan golgi berbentuk susunan kantung-kantung pipih, masing-masing dikelilingi oleh membran tunggal.Badan golgi menerima produk sel tertentu dari retikulum endoplasma dan membawa produk ini ke kantung pembuangan yang akan meneruskan lintasannya menuju kebagian luar membran plasma sel dan berdifusi dengan membran. Bagian ini dapat terbuka untuk membebaskan isi kantungnya ke luar, proses ini disebut eksositosis. Badan golgi juga berfungsi untuk pembentukkan organel-organel intraselular seperti lisosom dan peroksisom.

Gambar 7. Struktur badan golgi

LisosomLisosom merupakan kantung gelembung bulat yang dikelilingi membran, dan berada di dalam sitoplasma. Ukurannya bervariasi tetapi biasanya tidak lebih besar dari mitokondria. Lisosom mengandung berbagai jenis enzim pencerna, yaitu enzim yang menghidrolisa dengan memecahkan prtein sel, polisakarida, dan lipid yang ridak dibutuhkan lagi. Karena enzim pencerna ini dapat membahayakan bagian sel yang lain, diperlukan lisosom sebagai tempat penampungan biokatalisator tersebut. Organel sel ini hanya mempunyai satu membran yang dapat menjaga gradien pH antara matriks lisosom dan sitosol.Enzim dari lisosom mempunyai karakteristik umum yaitu sangat aktif bila pH asam. Lisosom juga berfungsi dalam proses degradasi baik senyawa intraselular atau ekstraselular. Dengan proses endositosis, enyawa luar dimasukkan ke dalam sel dan dibungkus dalam pertikel membran. Untuk senyawa asaing seperti mikroorganisme ditelan oleh membran sel dengan proses fagositosis dan cairan ekstraselular yang mengandung suspensi diambil dengan proses pinositosis.Lisosom yang enzimnya belum melakukan proses degradasi disebut lisosom primer, sedangkan lisosom sekunder adalah lisosom yang sedang melakukan proses degradasi. Produk dari proses degradasi normal dari lisosomdapat berdifusi melalui membran lisosom dan digunakan kembali oleh sel. Enzim lisosom dalam beberapa sel juga berpartisipasi dalam proses sekretori dengan menghidrolisa ikatan-ikatan spesifik pada molekul protein prekursor menghasilkan pembentukan protein aktif yang disekresi dari sel. Ketiadaan enzim-enzim lisosom spesifik menunjukkan beberapa penyakit genetik.

Gambar 8. Lisosom dan Peroksisom

PeroksisomJenis lain dari organel yang dilapisi membran di dalam sitoplasma adalah peroksisom. Struktur ini juga dikenal sebagai microbodies, berukuran leih besar dari lisosom, dengan diameter 0,3 1,5 m berbentuk oval atau bola dengan matriks granul. Pada Beberapa kasus mempunyai kristal halus yang mengkatalis oksidasi D-asam amino, asam urat dan beberapa asam 2-hidrosil. Organel ini hanya mempunyai membran tunggal di bagian luar, dan mengandung banyak protein, umumnya dalam bentuk kristal. Hidrogen peroksida (H2O2), yang bersifat amat beracun terhadap kehidupan sel, diuraikan menjadi air danoksigen oleh enzim di dalam peroksisom, yang disebut katalase.

Mikrofilamen dan MikrotubulMikrofilamen berfungsi dalam proses kontrakti sel. Filamen terdiri dari untaian molekul protein. Filamen tersebut dapat dibagi menjadi tiga kelas yang berbeda diameter, komposisi dan fungsinya. Jenis yang paling kecil disebut mikrofilamen, berdiameter kira-kira 5 nm yang umumnya membentuk jaring-jaring lepas dibawah membran sel. Mikrofilamen telah ditemukan bersifat serupa dengan filamen aktin pada sistem kontraktil otot kerangka.Jenis filamen kedua adalah filamen miosin yang lebih tebal dibandingkan dengan filamen aktin. Filamen ini dapat ditemukan pada otot halus yang biasanya bersama-sama dengan filamen tipis atau aktin. Filamen jenis ketiga berukuran lebih tebal dengan diameter 10 nm. Filamen ini di temukan pada berbagai sel dan telah dikenal dengan berbagai istilah.Mikrotubul berdiameter kira-kira 25 nm. Setiap mikrotubul terdiri dari 13 rangkaian protein. Protein ini berpartisipasi dalam pergerakan benang miotik selama pembelahan sel dan juga berfungsi sebagai unit gerak dalam silia atau flagela eukariotik. Mikrotubul yang mengandung polimer protein tubulin dapat dengan cepat berasosiasi atau berdisosiasi tergantung dari kebutuhan sel. Mikrotubul dan mikrofilamen tidak mempunyai peranan spesisfik dalam metabolisme tetapi penting untuk membentuk struktur dari sel.Jaringan mikrofilamen, mikrotubul, dan mikrotrabekular menyusun sitoskeleton. Sitoskeleton memberikan kepada sel bentuk khususnya, menyediakan tempat melekat bagi organel dan membentuk badan sel dan menentukan letaknya di dalam sel, serta memungkinkan komunikasi di antara bagian-bagian sel. Sitoskeleton jangan dipandang sebagai jaringan yang kaku dan permanen, akan tetapi sebagai struktur dinamik yang berubah-ubah.

Gambar 9. mikrofilamen dan mikrotubul

Silia dan FlagelaFlagela eukariotik amat berbeda dari flagela prokariotik. Flagela prokariotik jauh lebih tipis (10 sampai 20 nm) dan tetdiri dari rantai protein tunggal. Flagela ini kaku, berbentuk batang melingkar, seluruh perputaran geraknya diatur oleh motor pada membran sel. Silia berfungsi untuk menggerakan senyawa melalui sel melalui dengan gerakan seperti gelombang, sedangkan fungsi flagela adalah untuk mendorong selnya sendiri. Pergerakan silia dan flagela disebabkan oleh gerak luncur kompleks dari tiap-tiap mikrotubul terhadap sesamanya di dalam struktur 9 + 2.

RibosomSitoplasma eukariotik juga mengandung komponen granula yang tidak diselaputi membran terutama diantaranya adalah ribosom. Fungsi dasar dari ribosom yang berada di prokariotik dan eukariotik sama yaitu biosontesa protein dari asam amino. Selain ribosom komponen granula jenis lain di dalam sitoplasma pada sel eukariotik adlah granula glikogen yang terdapat pada sel hati, berfungsi sebagai sumber bahan bakar cadangan, terutama di dalam sel hati dan otot.

Gambar 10. ribosom pada sel eukariotik

SitosolMedia tempat adanya organel, ribosom, dan komponen granula sitoplasma adalah fase cair berkesinambungan yang mengisi sel, disebut sitosol. Sitosol juga merupakan tempat dimana substrat dan kofaktor dari berbagai macam enzim berinteraksi. Sitosol tidak hanya merupakan larutan encer akan tetapi mempunyai komposisi yang kompleks dan konsistensinya hampir seperti gel. Sitosol mengandung berbagai enzim dan sistem enzim dalam bentuk terlarut dan juga protein. Selain itu sitosol juga mengandung berbagai jenis biomolekul kecil dalam bentuk terlarut yang biasa disebut metabolit. Fungsi utama dari sitosol adalah untuk membantu sintesis protein yang dikatalisis oleh retikulum endoplasma dengan menyediakan beberapa faktor dan enzim.

Gambar 11. Struktur sitosol

Perbedaan Sel hewan dan Tumbuhan

Tabel 1. Perbedaan sel hewan dan sel tumbuhan

Berdasarkan tabel diatas dapat terlihat perbedan sel tumbuhan dengan sel hewan berdasarkan organel yang terdapat dalam masing-masing sel.

Sel hewan

Gambar 12. perbedaan struktur sel hewan dan sel tumbuhan

SentriolSentrioladalah struktur berbentuk tabung yang terdapat dalam kebanyakanseleukariota. Sentriol terlibat dalampembelahan selserta pembentukansiliadanflagela. Sentriol tidak ditemukan padatumbuhan berpembuluhmaupun kebanyakanfungi. Sepasang sentriol, teratur secara sejajar dan dikelilingi oleh sejumlah materi padat membentuk struktur gabungan yang disebut sentrosom. Sentriolberfungsi sebagai pusat pengorganisasian mikrotubula, itu adalah peristiwa penting dalam proses selular utama, yaitu pembelahan sel dan pembentukan flagela.

Gambar 13. Stuktur sentriol

Sel TumbuhanPerbedaan yang paling nyata antara sel hewan dan sel tumbuhan adalah bahwa semua sel tumbuhan mengandung plastida. Plastida adalah organel khusus di dalam sitoplasma yang dikelilingi oleh dua membran. Plastida yang nyata dan secara khas ada pada sel tumbuhan hijau adalah kloroplas. Kloroplas berukuran lebih besar daripada mitokondria dan terdapat dalam berbagai bentuk yang berbeda, kloroplas mengandung sejumlah besar pigmen klorofil.Sel tumbuhan juga mengandung jenis plastida lain. Leukoplas yang tidak berwarna berfungsi untuk menyimpan pati dan minyak. Juga tampak banyak didalam sel tumbuhan vakuola besar yang dikelilingi oleh membran tunggal. Kantung ini berisi cairan sel dan hasil buangan sel yang sering dikelompokkan menjadi endapan kristal. Kebanyakan sel tumbuhan memiliki dinding sel yang terutama berfungsi sebagai kulit pelindung yang kaku.

Gambar 14. struktur kloroplas

Transportasi melalui MembranTelah dijelaskan bahwa membran sel berfungsi mengatur zat-zat yang masuk ke dalam sel maupun ke luar sel. Ada beberapa cara metabolit berpindah melalui membran sel.

Difusi BiasaMetabolit yang mempunyai bobot molekul rendah dapat berdifusi melalui membran. Proses difusi dapat berlangsung apabila ada perbedaan konsentrasi antara kedua larutan yang dipisahkan oleh membran. Dalam proses ini zat terlarut dapat berpindah dari larutan berkonsentrasi tinggi menuju larutan berkonsentrasi rendah sehingga tercapai keadaan keseimbangan. Pada keadaan keseimbangan, konsentrasi kedua larutan sama besarnya.

Gambar 15. Difusi membran selOsmosisProses osmosis adalah proses perpindahan pelarut suatu zat melalui membran permeabel selektif. Sebagai pelarut zat-zat pada makanan dalam tubuh ialah air. Oleh karena itu osmosis yang terjadi ialah proses perpindahan air melalui membran sel.

Gambar 16. Osmosis

Transpor PasifPada dasaranya proses transpor pasif sma seperti difusi pada umumnya dimana berlangsung dari konsentrasi tinggi menuju konsentrasi rendah. Kecepatan difusi bergantung pada selisih konsentrasi dimana jika selisih menurun kecepatan difusi juga akan menurun. Kenaikan suhu 10 derajat menaikkan kecepatan difusi sebesar 1,4 kali. Pada proses transpor pasif senawa yang berdifusi diikat oleh suatu snyawa lain pada membran sel kemuadian diangkut kepihak lain lalu dilepaskan dalam bentuk senyawa semula.

Transpor AktifTranspor aktifadalah pergerakan atau pemindahan yang menggunakan energi untuk mengeluarkan dan memasukkan ion-ion dan molekul melalui membran selyang bersifatpermeabeldengan tujuan memelihara keseimbangan molekul kecil di dalamsel. Dimana proses ini diperlukan suatu energi untuk melakukan prosesnya, energi yang digunakan berbentuk ATP. Kerja transpor aktif akan terganggu oleh suatu inhibitor yang secara tidak langsung kinerjanya akan terhambat.

Gambar 16. Transpor aktif dan pasif

Daftar PustakaArbianto, Purwo. 1993. Biokimia : konsep-konsep dasar. Bandung : Proyek pendidikan tenaga akademik.Lehninger, Albert L. 1982. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta : Erlangga.Poedjiadi, Anna. 2009. Dasar-dasar Biokimia. Jakarta : UI-Press.

17