Apa itu sitoplasma dan contohnya?

Sel selaput penyusun umbi bawang bombai (Allium cepa) dilihat dengan mikroskop cahaya. Tampak dinding sel yang membentuk "ruang-ruang" dan inti sel berupa noktah di dalam setiap ruang (perbesaran 400 kali pada berkas aslinya).

Sel bakteri Helicobacter pylori dilihat menggunakan mikroskop elektron. Bakteri ini hadir banyak flagela pada permukaan selnya.

Dalam biologi, sel yaitu kumpulan materi paling sederhana yang mampu hidup dan adalah unit penyusun seluruh makhluk hidup.[1][2] Sel bisa memperagakan seluruh aktivitas kehidupan dan sebagian mulia reaksi kimia sebagai mempertahankan kehidupan berlanjut di dalam sel.[3][4] Kebanyakan makhluk hidup tersusun atas sel tunggal,[5] atau disebut organisme uniseluler, misalnya bakteri dan ameba. Makhluk hidup lainnya, termasuk tumbuhan, hewan, dan manusia, adalah organisme multiseluler yang terdiri dari banyak tipe sel terspesialisasi dengan fungsinya masing-masing.[1] Tubuh manusia, misalnya, tersusun atas semakin dari 1013 sel.[5] Namun demikian, seluruh tubuh seluruh organisme berasal dari hasil pembelahan satu sel. Contohnya, tubuh bakteri berasal dari pembelahan sel bakteri induknya, sementara tubuh tikus berasal dari pembelahan sel telur induknya yang sudah dibuahi.

Sel-sel pada organisme multiseluler tidak akan bertahan lama bila masing-masing berdiri sendiri.[1] Sel yang sama dikelompokkan dijadikan jaringan, yang membangun organ dan akhir sistem organ yang membentuk tubuh organisme tersebut. Contohnya, sel otot jantung membentuk jaringan otot jantung pada organ jantung yang adalah bagian dari sistem organ peredaran darah pada tubuh manusia. Sementara itu, sel sendiri tersusun atas komponen-komponen yang disebut organel.[6]

Sel terkecil yang dikenal manusia ialah bakteri Mycoplasma dengan diameter 0,0001 sampai 0,001 mm,[7] sedangkan salah satu sel tunggal yang mampu dilihat dengan mata telanjang ialah telur ayam yang belum dibuahi. Akan tetapi, sebagian mulia sel berdiameter selang 1 sampai 100 µm (0,0010,1 mm) sehingga hanya mampu dilihat dengan mikroskop.[8] Penemuan dan kajian awal tentang sel mendapat kemajuan sejalan dengan penemuan dan penyempurnaan mikroskop pada seratus tahun ke-17. Robert Hooke pertama kali mendeskripsikan dan menamai sel pada tahun 1665 ketika beliau mengamati suatu irisan gabus (kulit batang pohon ek) dengan mikroskop yang hadir perbesaran 30 kali.[4] Namun demikian, teori sel sbg unit kehidupan baru dirumuskan nyaris dua seratus tahun setelah itu oleh Matthias Schleiden dan Theodor Schwann. Selanjutnya, sel dikaji dalam cabang biologi yang disebut biologi sel.

• 1 Sejarah
  • 1.1 Penemuan awal
  • 1.2 Teori sel
  • 1.3 Perkembangan biologi sel
• 2 Struktur
  • 2.1 Sel prokariota
  • 2.2 Sel eukariota
• 3 Komponen subseluler
  • 3.1 Membran
  • 3.2 Nukleus
  • 3.3 Ribosom
  • 3.4 Sistem endomembran
    • 3.4.1 Retikulum endoplasma
    • 3.4.2 Badan Golgi
    • 3.4.3 Lisosom
    • 3.4.4 Vakuola
  • 3.5 Mitokondria
  • 3.6 Kloroplas
  • 3.7 Peroksisom
  • 3.8 Sitoskeleton
• 4 Komponen ekstraseluler
  • 4.1 Matriks ekstraseluler hewan
  • 4.2 Dinding sel tumbuhan
  • 4.3 Sambungan antarsel
• 5 Fungsi
  • 5.1 Metabolisme
  • 5.2 Komunikasi sel
  • 5.3 Siklus sel
  • 5.4 Diferensiasi sel
  • 5.5 Kematian sel terprogram
• 6 Kajian tentang sel
  • 6.1 Mikroskopi
  • 6.2 Fraksinasi sel
• 7 Referensi
• 8 Daftar pustaka
• 9 Tautan luar

Sejarah

Mikroskop rancangan Robert Hooke menggunakan sumber cahaya lampu minyak.[9]

Penemuan awal

Mikroskop majemuk dengan dua lensa telah ditemukan pada kesudahan seratus tahun ke-16 dan berikutnya dikembangkan di Belanda, Italia, dan Inggris. Hingga pertengahan seratus tahun ke-17 mikroskop sudah hadir kemampuan perbesaran citra sampai 30 kali. Ilmuwan Inggris Robert Hooke akhir merancang mikroskop majemuk yang hadir sumber cahaya sendiri sehingga semakin remeh dipergunakan.[10] Beliau mengamati irisan-irisan tipis gabus melewati mikroskop dan menjabarkan struktur mikroskopik gabus sbg "berpori-pori seperti sarang lebah tetapi pori-porinya tidak beraturan" dalam makalah yang diterbitkan pada tahun 1665.[11] Hooke menyebut pori-pori itu cells karena mirip dengan sel (bilik kecil) di dalam biara atau penjara.[10][12] Yang sebenarnya dilihat oleh Hooke yaitu dinding sel kosong yang melingkupi sel-sel mati pada gabus yang berasal dari kulit pohon ek.[13] Beliau juga mengamati bahwa di dalam tumbuhan hijau terdapat sel yang hadir intinya cairan.[9]

Gambar struktur gabus yang dilihat Robert Hooke melewati mikroskopnya

Pada masa yang sama di Belanda, Antony van Leeuwenhoek, seorang pedagang kain, membuat mikroskopnya sendiri yang berlensa satu dan menggunakannya sebagai mengamati beragam hal.[10] Beliau berhasil melihat sel darah merah, spermatozoid, khamir bersel tunggal, protozoa, dan bahkan bakteri.[13][14] Pada tahun 1673 beliau mulai mengirimkan surat yang memerinci caranya untuk Royal Society, perkumpulan ilmiah Inggris, yang lalu menerbitkannya. Pada salah satu suratnya, Leeuwenhoek menggambarkan sesuatu yang bergerak-gerak di dalam cairan liur yang diamatinya di bawah mikroskop. Beliau menyebutnya diertjen atau dierken (bahasa Belanda: 'hewan kecil', diartikan sbg animalcule dalam bahasa Inggris oleh Royal Society), yang diyakini sbg bakteri oleh ilmuwan modern.[10][15]

Pada tahun 16751679, ilmuwan Italia Marcello Malpighi menjabarkan unit penyusun tumbuhan yang beliau sebut utricle ('kantong kecil'). Menurut pengamatannya, setiap rongga tersebut hadir intinya cairan dan dikelilingi oleh dinding yang kokoh. Nehemiah Grew dari Inggris juga menjabarkan sel tumbuhan dalam tulisannya yang diterbitkan pada tahun 1682, dan beliau berhasil mengamati banyak struktur hijau kecil di dalam sel-sel daun tumbuhan, yaitu kloroplas.[10][16]

Teori sel

Beberapa ilmuwan pada seratus tahun ke-18 dan awal seratus tahun ke-19 telah berspekulasi atau mengamati bahwa tumbuhan dan hewan tersusun atas sel,[17] namun hal tersebut masih diperdebatkan pada masa itu.[16] Pada tahun 1838, berbakat botani Jerman Matthias Jakob Schleiden mencetuskan bahwa seluruh tumbuhan terdiri atas sel dan bahwa seluruh aspek fungsi tubuh tumbuhan pada landasannya adalah manifestasi aktivitas sel.[18] Beliau juga mencetuskan pentingnya nukleus (yang ditemukan Robert Brown pada tahun 1831) dalam fungsi dan pembentukan sel, namun beliau salah mengira bahwa sel terbentuk dari nukleus.[16][19] Pada tahun 1839, Theodor Schwann, yang setelah bertanya dengan Schleiden menyadari bahwa beliau pernah mengamati nukleus sel hewan sebagaimana Schleiden mengamatinya pada tumbuhan, mencetuskan bahwa seluruh bagian tubuh hewan juga tersusun atas sel. Menurutnya, prinsip universal pembentukan beragam bagian tubuh seluruh organisme yaitu pembentukan sel.[18]

Yang akhir memerinci teori sel sebagaimana yang dikenal dalam wujud modern ialah Rudolf Virchow, seorang ilmuwan Jerman lainnya. Pada mulanya beliau sependapat dengan Schleiden tentang pembentukan sel. Namun, pengamatan mikroskopis atas beragam bagian patologis membuatnya menyimpulkan hal yang sama dengan yang telah disimpulkan oleh Robert Remak dari pengamatannya terhadap sel darah merah dan embrio, yaitu bahwa sel berasal dari sel lain melewati pembelahan sel. Pada tahun 1855, Virchow menerbitkan makalahnya yang mengandung motonya yang terkenal, omnis cellula e cellula (semua sel berasal dari sel).[20][21]

Perkembangan biologi sel

Selang tahun 1875 dan 1895, terjadi beragam penemuan tentang fenomena seluler landasan, seperti mitosis, meiosis, dan fertilisasi, serta beragam organel penting, seperti mitokondria, kloroplas, dan badan Golgi.[22] Lahirlah bidang yang mempelajari sel, yang masa itu disebut sitologi.

Perkembangan teknik baru, terutama fraksinasi sel dan mikroskopi elektron, memungkinkan sitologi dan biokimia melahirkan bidang baru yang disebut biologi sel.[23] Pada tahun 1960, perhimpunan ilmiah American Society for Cell Biology didirikan di New York, Amerika Serikat, dan tidak lama setelahnya, jurnal ilmiah Journal of Biochemical and Biophysical Cytology berproses dan berubah nama dijadikan Journal of Cell Biology.[24] Pada kesudahan dekade 1960-an, biologi sel telah dijadikan suatu disiplin ilmu yang mapan, dengan perhimpunan dan publikasi ilmiahnya sendiri serta hadir misi mengungkapkan mekanisme fungsi organel sel.[25]

Struktur

Seluruh sel dibatasi oleh suatu membran yang disebut membran plasma, sementara daerah di dalam sel disebut sitoplasma.[26] Setiap sel, pada tahap tertentu dalam hidupnya, mengandung DNA sbg materi yang mampu diwariskan dan mengarahkan aktivitas sel tersebut.[27] Selain itu, seluruh sel hadir struktur yang disebut ribosom yang berfungsi dalam pembuatan protein yang akan dipergunakan sbg katalis pada beragam reaksi kimia dalam sel tersebut.[5]

Setiap organisme tersusun atas salah satu dari dua jenis sel yang secara struktur berbeda: sel prokariotik atau sel eukariotik. Kedua jenis sel ini dibedakan berlandaskan posisi DNA di dalam sel; sebagian mulia DNA pada eukariota terselubung membran organel yang disebut nukleus atau inti sel, sedangkan prokariota absen nukleus. Hanya bakteri dan arkea yang hadir sel prokariotik, sementara protista, tumbuhan, jamur, dan hewan hadir sel eukariotik.[7]

Sel prokariota

Gambaran umum sel prokariota.

Pada sel prokariota (dari bahasa Yunani, pro, 'sebelum' dan karyon, 'biji'), absen membran yang memisahkan DNA dari bagian sel lainnya, dan daerah tempat DNA terkonsentrasi di sitoplasma disebut nukleoid.[7] Kebanyakan prokariota adalah organisme uniseluler dengan sel berukuran kecil (berdiameter 0,72,0 µm dan volumenya sekitar 1 µm3) serta umumnya terdiri dari selubung sel, membran sel, sitoplasma, nukleoid, dan beberapa struktur lain.[28]

Nyaris seluruh sel prokariotik hadir selubung sel di luar membran selnya. Bila selubung tersebut mengandung suatu lapisan kaku yang terbuat dari karbohidrat atau kompleks karbohidrat-protein, peptidoglikan, lapisan itu disebut sbg dinding sel. Kebanyakan bakteri hadir suatu membran luar yang menutupi lapisan peptidoglikan, dan hadir pula bakteri yang hadir selubung sel dari protein. Sementara itu, kebanyakan selubung sel arkea berbahan protein, walaupun hadir juga yang berbahan peptidoglikan. Selubung sel prokariota mencegah sel pecah akhir suatu peristiwa tekanan osmotik pada lingkungan yang hadir konsentrasi semakin rendah daripada pokok sel.[29]

Sejumlah prokariota hadir struktur lain di luar selubung selnya. Banyak jenis bakteri hadir lapisan di luar dinding sel yang disebut kapsul yang menolong sel bakteri melekat pada permukaan benda dan sel lain. Kapsul juga mampu menolong sel bakteri menghindar dari sel kekebalan tubuh manusia jenis tertentu. Selain itu, sejumlah bakteri melekat pada permukaan benda dan sel lain dengan benang protein yang disebut pilus (jamak: pili) dan fimbria (jamak: fimbriae). Banyak jenis bakteri memperagakan usaha menggunakan flagelum (jamak: flagela) yang melekat pada dinding selnya dan berputar seperti motor.[30]

Prokariota umumnya hadir satu molekul DNA dengan struktur lingkar yang terkonsentrasi pada nukleoid. Selain itu, prokariota sering kali juga hadir bahan genetik tambahan yang disebut plasmid yang juga berstruktur DNA lingkar. Pada umumnya, plasmid tidak diperlukan oleh sel sebagai pertumbuhan walaupun sering kali plasmid membawa gen tertentu yang memberikan keuntungan tambahan pada kondisi tertentu, misalnya resistansi terhadap antibiotik.[31]

Prokariota juga hadir sejumlah protein struktural yang disebut sitoskeleton, yang pada mulanya diasumsikan hanya hadir pada eukariota.[32] Protein skeleton tersebut meregulasi pembelahan sel dan berperan menentukan wujud sel.[33]

Sel eukariota

Gambaran umum sel tumbuhan.

Gambaran umum sel hewan.

Tidak seperti prokariota, sel eukariota (bahasa Yunani, eu, 'sebenarnya' dan karyon) hadir nukleus. Diameter sel eukariota kebanyakan 10 hingga 100 µm, sepuluh kali semakin mulia daripada bakteri. Sitoplasma eukariota yaitu daerah di selang nukleus dan membran sel. Sitoplasma ini terdiri dari medium semicair yang disebut sitosol, yang di dalamnya terdapat organel-organel dengan wujud dan fungsi terspesialisasi serta sebagian mulia tidak dimiliki prokariota.[7] Kebanyakan organel dibatasi oleh satu lapis membran, namun hadir pula yang dibatasi oleh dua membran, misalnya nukleus.

Selain nukleus, sejumlah organel lain dimiliki nyaris seluruh sel eukariota, yaitu (1) mitokondria, tempat sebagian mulia metabolisme energi sel terjadi; (2) retikulum endoplasma, suatu jaringan membran tempat sintesis glikoprotein dan lipid; (3) badan Golgi, yang mengarahkan hasil sintesis sel ke tempat tujuannya; serta (4) peroksisom, tempat perombakan asam lemak dan asam amino. Lisosom, yang menguraikan komponen sel yang rusak dan benda asing yang diisi oleh sel, ditemukan pada sel hewan, tetapi tidak pada sel tumbuhan. Kloroplas, tempat terjadinya fotosintesis, hanya ditemukan pada sel-sel tertentu daun tumbuhan dan sejumlah organisme uniseluler. Baik sel tumbuhan maupun sejumlah eukariota uniseluler hadir satu atau semakin vakuola, yaitu organel tempat menyimpan nutrien dan limbah serta tempat terjadinya sejumlah reaksi penguraian.[34]

Jaringan protein serat sitoskeleton mempertahankan wujud sel dan mengendalikan pergerakan struktur di dalam sel eukariota.[34] Sentriol, yang hanya ditemukan pada sel hewan di tidak jauh nukleus, juga terbuat dari sitoskeleton.[35]

Dinding sel yang kaku, terbuat dari selulosa dan polimer lain, mengelilingi sel tumbuhan dan membuatnya kuat dan tegar. Fungi juga hadir dinding sel, namun komposisinya berbeda dari dinding sel bakteri maupun tumbuhan.[34] Di selang dinding sel tumbuhan yang bersebelahan terdapat aliran yang disebut plasmodesmata.[36]

Komponen subseluler

Membran

Membran sel terdiri dari lapisan ganda fosfolipid dan beragam protein.

Membran sel yang membatasi sel disebut sbg membran plasma dan berfungsi sbg rintangan selektif yang memungkinkan arus oksigen, nutrien, dan limbah yang cukup sebagai melayani seluruh volume sel.[7] Membran sel juga berperan dalam sintesis ATP, pensinyalan sel, dan adhesi sel.

Membran sel berupa lapisan sangat tipis yang terbentuk dari molekul lipid dan protein. Membran sel bersifat dinamik dan kebanyakan molekulnya mampu memperagakan usaha di sepanjang bidang membran. Molekul lipid membran tersusun dalam dua lapis dengan tebal sekitar 5 nm yang dijadikan penghalang bagi kebanyakan molekul hidrofilik. Molekul-molekul protein yang menembus lapisan ganda lipid tersebut berperan dalam nyaris seluruh fungsi lain membran, misalnya mengangkut molekul tertentu melewati membran. Hadir pula protein yang dijadikan pengait struktural ke sel lain, atau dijadikan reseptor yang mendeteksi dan menyalurkan sinyal kimiawi dalam lingkungan sel. Diperkirakan bahwa sekitar 30% protein yang mampu disintesis sel hewan adalah protein membran.[37]

Nukleus

Nukleus dan bagian-bagiannya.

Nukleus mengandung sebagian mulia gen yang mengendalikan sel eukariota (sebagian lain gen terletak di dalam mitokondria dan kloroplas). Dengan diameter rata-rata 5 µm, organel ini umumnya yaitu organel yang paling mencolok dalam sel eukariota.[38] Kebanyakan sel hadir satu nukleus,[39] namun hadir pula yang hadir banyak nukleus, misalnya sel otot rangka, dan hadir pula yang absen nukleus, misalnya sel darah merah dewasa yang kehilangan nukleusnya masa berkembang.[40]

Selubung nukleus melingkupi nukleus dan memisahkan pokoknya (yang disebut nukleoplasma) dari sitoplasma. Selubung ini terdiri dari dua membran yang masing-masing adalah lapisan ganda lipid dengan protein terkait. Membran luar dan dalam selubung nukleus dipisahkan oleh ruangan sekitar 2040 nm. Selubung nukleus hadir sejumlah pori yang berdiameter sekitar 100 nm dan pada bibir setiap pori, kedua membran selubung nukleus menyatu.[38]

Di dalam nukleus, DNA terorganisasi bersama dengan protein dijadikan kromatin. Sewaktu sel siap sebagai membelah, kromatin berlilit yang hadir wujud benang akan menggulung, dijadikan cukup tebal sebagai dibedakan melewati mikroskop sbg struktur terpisah yang disebut kromosom.[38]

Struktur yang menonjol di dalam nukleus sel yang sedang tidak membelah ialah nukleolus, yang adalah tempat sejumlah komponen ribosom disintesis dan dirakit. Komponen-komponen ini akhir dilewatkan melewati pori nukleus ke sitoplasma, tempat seluruhnya bergabung dijadikan ribosom. Kadang-kadang terdapat semakin dari satu nukleolus, bergantung pada spesiesnya dan tahap reproduksi sel tersebut.[38]

Nukleus mengedalikan sintesis protein di dalam sitoplasma dengan cara mengirim molekul pembawa pesan berupa RNA, yaitu mRNA, yang disintesis berlandaskan "pesan" gen pada DNA. RNA ini lalu dikeluarkan ke sitoplasma melewati pori nukleus dan melekat pada ribosom, tempat pesan genetik tersebut diartikan dijadikan urutan asam amino protein yang disintesis.[38]

Ribosom

Ribosom adalah tempat sel membuat protein. Sel dengan laju sintesis protein yang tinggi hadir sangat banyak ribosom, misalnya sel hati manusia yang hadir beberapa juta ribosom.[38] Ribosom sendiri tersusun atas beragam jenis protein dan sejumlah molekul RNA.

Ribosom eukariota semakin mulia daripada ribosom prokariota, namun keduanya sangat mirip dalam hal struktur dan fungsi. Keduanya terdiri dari satu subunit mulia dan satu subunit kecil yang bergabung membentuk ribosom lengkap dengan massa beberapa juta dalton.[41]

Pada eukariota, ribosom mampu ditemukan tidak terikat di sitosol atau terikat pada bagian luar retikulum endoplasma. Sebagian mulia protein yang dihasilkan ribosom tidak terikat akan berfungsi di dalam sitosol, sementara ribosom terikat umumnya membuat protein yang ditujukan sebagai diisi ke dalam membran, sebagai dibungkus di dalam organel tertentu seperti lisosom, atau sebagai dikirim ke luar sel. Ribosom tidak terikat dan terikat hadir struktur identik dan mampu saling berubah tempat. Sel mampu menyesuaikan banyak relatif masing-masing ribosom begitu metabolismenya berubah.[38]

Sistem endomembran

Sistem endomembran sel.

Beragam membran dalam sel eukariota adalah bagian dari sistem endomembran. Membran ini dihubungkan melewati sambungan fisik langsung atau melewati transfer antarsegmen membran dalam wujud vesikel (gelembung yang dibungkus membran) kecil. Sistem endomembran mencakup selubung nukleus, retikulum endoplasma, badan Golgi, lisosom, beragam jenis vakuola, dan membran plasma.[38] Sistem ini hadir beragam fungsi, termasuk sintesis dan modifikasi protein serta transpor protein ke membran dan organel atau ke luar sel, sintesis lipid, dan penetralan beberapa jenis racun.[42]

Retikulum endoplasma

Retikulum endoplasma adalah perluasan selubung nukleus yang terdiri dari jaringan (reticulum = 'jaring kecil') aliran bermembran dan vesikel yang saling terhubung. Terdapat dua wujud retikulum endoplasma, yaitu retikulum endoplasma kasar dan retikulum endoplasma halus.[42]

Retikulum endoplasma kasar disebut demikian karena permukaannya ditempeli banyak ribosom. Ribosom yang mulai mensintesis protein dengan tempat tujuan tertentu, seperti organel tertentu atau membran, akan menempel pada retikulum endoplasma kasar. Protein yang terbentuk akan terdorong ke bagian dalam retikulum endoplasma yang disebut lumen.[43] Di dalam lumen, protein tersebut merasakan pelipatan dan dimodifikasi, misalnya dengan penambahan karbohidrat sebagai membentuk glikoprotein. Protein tersebut lalu dipindahkan ke bagian lain sel di dalam vesikel kecil yang menyembul keluar dari retikulum endoplasma, dan bergabung dengan organel yang berperan semakin lanjut dalam modifikasi dan distribusinya. Kebanyakan protein menuju ke badan Golgi, yang akan mengemas dan memilahnya sebagai diantarkan ke tujuan kesudahannya.

Retikulum endoplasma halus absen ribosom pada permukaannya. Retikulum endoplasma halus berfungsi, misalnya, dalam sintesis lipid komponen membran sel. Dalam jenis sel tertentu, misalnya sel hati, membran retikulum endoplasma halus mengandung enzim yang mengubah obat-obatan, racun, dan produk sampingan beracun dari metabolisme sel dijadikan senyawa-senyawa yang kurang beracun atau semakin remeh dikeluarkan tubuh.[42]

Badan Golgi

Badan Golgi (dinamai menurut nama penemunya, Camillo Golgi) tersusun atas setumpuk kantong pipih dari membran yang disebut sisterna. Kebanyakan terdapat tiga sampai delapan sisterna, tetapi hadir sejumlah organisme yang hadir badan Golgi dengan puluhan sisterna. Banyak dan ukuran badan Golgi bergantung pada jenis sel dan aktivitas metabolismenya. Sel yang giat memperagakan sekresi protein mampu hadir ratusan badan Golgi. Organel ini kebanyakan terletak di selang retikulum endoplasma dan membran plasma.[42]

Segi badan Golgi yang paling tidak jauh dengan nukleus disebut segi cis, sementara segi yang menjauhi nukleus disebut segi trans. Ketika tiba di segi cis, protein diisi ke dalam lumen sisterna. Di dalam lumen, protein tersebut dimodifikasi, misalnya dengan penambahan karbohidrat, ditandai dengan penanda kimiawi, dan dipilah-pilah supaya nantinya mampu dikirim ke tujuannya masing-masing.[43]

Badan Golgi mengatur pergerakan beragam jenis protein; hadir yang disekresikan ke luar sel, hadir yang digabungkan ke membran plasma sbg protein transmembran, dan hadir pula yang diletakkan di dalam lisosom. Protein yang disekresikan dari sel diangkut ke membran plasma di dalam vesikel sekresi, yang melepaskan pokoknya dengan cara bergabung dengan membran plasma dalam bagian eksositosis. Bagian sebaliknya, endositosis, mampu terjadi bila membran plasma mencekung ke dalam sel dan membentuk vesikel endositosis yang dibawa ke badan Golgi atau tempat lain, misalnya lisosom.[42]

Lisosom

Lisosom pada sel hewan adalah vesikel yang mengandung semakin dari 30 jenis enzim hidrolitik sebagai menguraikan beragam molekul kompleks. Sel menggunakan kembali subunit molekul yang sudah diuraikan lisosom itu. Bergantung pada zat yang diuraikannya, lisosom mampu hadir beragam ukuran dan wujud. Organel ini diwujudkan sbg vesikel yang melepaskan diri dari badan Golgi.[42]

Lisosom menguraikan molekul makanan yang masuk ke dalam sel melewati endositosis ketika suatu vesikel endositosis bergabung dengan lisosom. Dalam bagian yang disebut autofagi, lisosom mencerna organel yang tidak berfungsi dengan jadi. Lisosom juga berperan dalam fagositosis, bagian yang dilakukan sejumlah jenis sel sebagai menelan bakteri atau fragmen sel lain sebagai diuraikan. Contoh sel yang memperagakan fagositosis ialah sejenis sel darah putih yang disebut fagosit, yang berperan penting dalam sistem kekebalan tubuh.[42]

Vakuola

Kebanyakan fungsi lisosom sel hewan dilakukan oleh vakuola pada sel tumbuhan. Membran vakuola, yang adalah bagian dari sistem endomembran, disebut tonoplas. Vakuola berasal dari kata bahasa Latin vacuolum yang berfaedah 'kosong' dan dinamai demikian karena organel ini absen struktur internal. Umumnya vakuola semakin mulia daripada vesikel, dan kadang kala terbentuk dari gabungan banyak vesikel.[44]

Sel tumbuhan muda berukuran kecil dan mengandung banyak vakuola kecil yang akhir bergabung membentuk suatu vakuola sentral seiring dengan penambahan cairan ke dalamnya. Ukuran sel tumbuhan diperbesar dengan menambahkan cairan ke dalam vakuola sentral tersebut. Vakuola sentral juga mengandung cadangan makanan, garam-garam, pigmen, dan limbah metabolisme. Zat yang beracun bagi herbivora mampu pula disimpan dalam vakuola sbg mekanisme pertahanan. Vakuola juga berperan penting dalam mempertahankan tekanan turgor tumbuhan.[44]

Vakuola hadir banyak fungsi lain dan juga mampu ditemukan pada sel hewan dan protista uniseluler. Kebanyakan protozoa hadir vakuola makanan, yang bergabung dengan lisosom supaya makanan di dalamnya mampu dicerna. Beberapa jenis protozoa juga hadir vakuola kontraktil, yang mengeluarkan keunggulan cairan dari sel.[44]

Mitokondria

Gambaran umum mitokondria.

Sebagian mulia sel eukariota mengandung banyak mitokondria, yang menempati sampai 25 persen volume sitoplasma. Organel ini termasuk organel yang mulia, secara umum hanya semakin kecil dari nukleus, vakuola, dan kloroplas.[45] Nama mitokondria berasal dari penampakannya yang seperti benang (bahasa Yunani mitos, 'benang') di bawah mikroskop cahaya.[46]

Organel ini hadir dua jenis membran, yaitu membran luar dan membran dalam, yang dipisahkan oleh ruang antarmembran. Luas permukaan membran dalam semakin mulia daripada membran luar karena hadir lipatan-lipatan, atau krista, yang menyembul ke dalam matriks, atau ruang dalam mitokondria.[45]

Mitokondria yaitu tempat berlanjutnya respirasi seluler, yaitu suatu bagian kimiawi yang memberi energi pada sel.[47] Karbohidrat dan lemak adalah contoh molekul makanan berenergi tinggi yang dipecah dijadikan cairan dan karbon dioksida oleh reaksi-reaksi di dalam mitokondria, dengan pelepasan energi. Kebanyakan energi yang dilepas dalam bagian itu ditangkap oleh molekul yang disebut ATP. Mitokondria-lah yang menghasilkan sebagian mulia ATP sel.[42] Energi kimiawi ATP nantinya mampu dipergunakan sebagai menjalankan beragam reaksi kimia dalam sel.[44] Sebagian mulia tahap pemecahan molekul makanan dan pembuatan ATP tersebut dilakukan oleh enzim-enzim yang terdapat di dalam krista dan matriks mitokondria.[45]

Mitokondria menjadikan banyakan diri secara independen dari keseluruhan bagian sel lain.[46] Organel ini hadir DNA sendiri yang menyandikan sejumlah protein mitokondria, yang dibuat pada ribosomnya sendiri yang serupa dengan ribosom prokariota.[44]

Kloroplas

Gambaran umum kloroplas.

Kloroplas adalah salah satu jenis organel yang disebut plastid pada tumbuhan dan alga.[36] Kloroplas mengandung klorofil, pigmen hijau yang menangkap energi cahaya sebagai fotosintesis, yaitu serangkaian reaksi yang mengubah energi cahaya dijadikan energi kimiawi yang disimpan dalam molekul karbohidrat dan senyawa organik lain.[48]

Satu sel alga uniseluler mampu hadir satu kloroplas saja, sementara satu sel daun mampu hadir 20 sampai 100 kloroplas. Organel ini cenderung semakin mulia daripada mitokondria, dengan panjang 510 µm atau semakin. Kloroplas kebanyakan hadir wujud seperti cakram dan, seperti mitokondria, hadir membran luar dan membran dalam yang dipisahkan oleh ruang antarmembran. Membran dalam kloroplas menyelimuti stroma, yang mengandung beragam enzim yang bertanggung jawab membentuk karbohidrat dari karbon dioksida dan cairan dalam fotosintesis. Suatu sistem membran dalam yang kedua di dalam stroma terdiri dari kantong-kantong pipih disebut tilakoid yang saling berkomunikasi. Tilakoid-tilakoid membentuk suatu tumpukan yang disebut granum (jamak, grana). Klorofil terdapat pada membran tilakoid, yang berperan serupa dengan membran dalam mitokondria, yaitu terlibat dalam pembentukan ATP.[48] Sebagian ATP yang terbentuk ini dipergunakan oleh enzim di stroma sebagai mengubah karbon dioksida dijadikan senyawa selang berkarbon tiga yang akhir dikeluarkan ke sitoplasma dan diubah dijadikan karbohidrat.[49]

Sama seperti mitokondria, kloroplas juga hadir DNA dan ribosomnya sendiri serta tumbuh dan menjadikan banyakan dirinya sendiri.[44] Kedua organel ini juga mampu berpindah-pindah tempat di dalam sel.[49]

Peroksisom

Peroksisom berukuran mirip dengan lisosom dan mampu ditemukan dalam seluruh sel eukariota.[50] Organel ini dinamai demikian karena kebanyakan mengandung satu atau semakin enzim yang terlibat dalam reaksi oksidasi menghasilkan hidrogen peroksida (H2O2).[51] Hidrogen peroksida adalah bahan kimia beracun, namun di dalam peroksisom senyawa ini dipergunakan sebagai reaksi oksidasi lain atau diuraikan dijadikan cairan dan oksigen. Salah satu tugas peroksisom yaitu mengoksidasi asam lemak panjang dijadikan semakin pendek yang akhir dibawa ke mitokondria sebagai oksidasi sempurna.[50] Peroksisom pada sel hati dan ginjal juga mendetoksifikasi beragam molekul beracun yang memasuki darah, misalnya alkohol. Sementara itu, peroksisom pada biji tumbuhan berperan penting mengubah cadangan lemak biji dijadikan karbohidrat yang dipergunakan dalam tahap perkecambahan.[51]

Sitoskeleton

Sitoskeleton sel eukariota; mikrotubulus diwarnai hijau, sementara mikrofilamen diwarnai merah.

Sitoskeleton eukariota terdiri dari tiga jenis serat protein, yaitu mikrotubulus, filamen intermediat, dan mikrofilamen.[52] Protein sitoskeleton yang serupa dan berfungsi sama dengan sitoskeleton eukariota ditemukan pula pada prokariota.[33] Mikrotubulus berupa silinder berongga yang memberi wujud sel, menuntun sikap yang dibuat organel, dan menolong pergerakan kromosom pada masa pembelahan sel. Silia dan flagela eukariota, yang adalah alat bantu pergerakan, juga hadir intinya mikrotubulus. Filamen intermediat mendukung wujud sel dan membuat organel tetap hadir di tempatnya. Sementara itu, mikrofilamen, yang berupa batang tipis dari protein aktin, berfungsi ditengahnya dalam kontraksi otot pada hewan, pembentukan pseudopodia sebagai pergerakan sel ameba, dan arus bahan di dalam sitoplasma sel tumbuhan.[53]

Sejumlah protein motor menggerakkan beragam organel di sepanjang sitoskeleton eukariota. Secara umum, protein motor mampu digolongkan dalam tiga jenis, yaitu kinesin, dinein, dan miosin. Kinesin dan dinein memperagakan usaha pada mikrotubulus, sementara miosin memperagakan usaha pada mikrofilamen.[54]

Komponen ekstraseluler

Sel-sel hewan dan tumbuhan disatukan sbg jaringan terutama oleh matriks ekstraseluler, yaitu jejaring kompleks molekul yang disekresikan sel dan berfungsi utama membentuk kerangka pendukung. Terutama pada hewan, sel-sel pada kebanyakan jaringan terikat langsung satu sama lain melewati sambungan sel.[55]

Matriks ekstraseluler hewan

Matriks ekstraseluler sel hewan berbahan penyusun utama glikoprotein (protein yang berikatan dengan karbohidrat pendek), dan yang paling melimpah ialah kolagen yang membentuk serat kuat di bagian luar sel. Serat kolagen ini tertanam dalam jalinan tenunan yang terbuat dari proteoglikan, yang adalah glikoprotein kelas lain[56] Variasi jenis dan susunan molekul matriks ekstraseluler menimbulkan beragam wujud, misalnya keras seperti permukaan tulang dan gigi, transparan seperti kornea mata, atau hadir wujud seperti tali kuat pada otot. Matriks ekstraseluler tidak hanya menyatukan sel-sel tetapi juga memengaruhi perkembangan, wujud, dan perilaku sel.[57]

Dinding sel tumbuhan

Dinding sel tumbuhan adalah matriks ekstraseluler yang menyelubungi tiap sel tumbuhan.[58] Dinding ini tersusun atas serabut selulosa yang tertanam dalam polisakarida lain serta protein dan berukuran jauh semakin tebal daripada membran plasma, yaitu 0,1 µm hingga beberapa mikrometer. Dinding sel melindungi sel tumbuhan, mempertahankan wujudnya, dan mencegah pengisapan cairan secara amat sangat.[59]

Sambungan antarsel

Sambungan sel (cell junction) mampu ditemukan pada titik-titik pertemuan antarsel atau selang sel dan matriks ekstraseluler. Menurut fungsinya, sambungan sel mampu diklasifikasikan dijadikan tiga, yaitu (1) sambungan penyumbat (occluding junction), (2) sambungan jangkar (anchoring junction), dan (3) sambungan pengomunikasi (communicating junction). Sambungan penyumbat menyegel permukaan dua sel dijadikan satu sedemikian rupa sehingga molekul kecil sekalipun tidak mampu lewat, misalnya ialah sambungan sempit (tight junction) pada vertebrata. Sementara itu, sambungan jangkar menempelkan sel (dan sitoskeletonnya) ke sel tetangganya atau ke matriks ekstraseluler. Terakhir, sambungan pengomunikasi menyatukan dua sel tetapi memungkinkan sinyal kimiawi atau listrik melintas antarsel tersebut. Plasmodesmata adalah contoh sambungan pengomunikasi yang hanya ditemukan pada tumbuhan.[60]

Fungsi

Metabolisme

Keseluruhan reaksi kimia yang membuat makhluk hidup bisa memperagakan aktivitasnya disebut metabolisme,[61] dan sebagian mulia reaksi kimia tersebut terjadi di dalam sel.[3] Metabolisme yang terjadi di dalam sel mampu berupa reaksi katabolik, yaitu perombakan senyawa kimia sebagai menghasilkan energi maupun sebagai dijadikan bahan pembentukan senyawa lain, dan reaksi anabolik, yaitu reaksi penyusunan komponen sel.[62] Salah satu bagian katabolik yang merombak molekul makanan sebagai menghasilkan energi di dalam sel ialah respirasi seluler, yang sebagian mulia berlanjut di dalam mitokondria eukariota atau sitosol prokariota dan menghasilkan ATP. Sementara itu, contoh bagian anabolik ialah sintesis protein yang berlanjut pada ribosom dan membutuhkan ATP.

Komunikasi sel

Kemampuan sel sebagai mengadakan komunikasi, yaitu menerima dan mengirimkan 'sinyal' dari dan untuk sel lain, menentukan interaksi antarorganisme uniseluler serta mengatur fungsi dan perkembangan tubuh organisme multiseluler. Misalnya, bakteri mengadakan komunikasi satu sama lain dalam bagian quorum sensing (pengindraan kuorum) sebagai menentukan apakah banyak mereka sudah cukup sebelum membentuk biofilm, sementara sel-sel dalam embrio hewan mengadakan komunikasi sebagai koordinasi bagian diferensiasi dijadikan beragam jenis sel.

Komunikasi sel terdiri dari bagian transfer sinyal antarsel dalam wujud molekul (misalnya hormon) atau aktivitas listrik, dan transduksi sinyal di dalam sel target ke molekul yang menghasilkan respons sel. Mekanisme transfer sinyal mampu terjadi dengan kontak antarsel (misalnya melewati sambungan pengomunikasi), penyebaran molekul sinyal ke sel yang berdekatan, penyebaran molekul sinyal ke sel yang jauh melewati aliran (misalnya pembuluh darah), atau perambatan sinyal listrik ke sel yang jauh (misalnya pada jaringan otot polos). Selanjutnya, molekul sinyal menembus membran secara langsung, lewat melewati kanal protein, atau melekat pada reseptor berupa protein transmembran pada permukaan sel target dan memicu transduksi sinyal di dalam sel. Transduksi sinyal ini mampu melibatkan sejumlah zat yang disebut pembawa pesan kedua (second messenger) yang konsentrasinya meningkat setelah pelekatan molekul sinyal pada reseptor dan yang nantinya meregulasi aktivitas protein lain di dalam sel. Selain itu, transduksi sinyal juga mampu dilakukan oleh sejumlah jenis protein yang pada kesudahannya mampu memengaruhi metabolisme, fungsi, atau perkembangan sel.[63][64]

Siklus sel

Video yang dipercepat menggambarkan pembelahan sel bakteri E. coli

Setiap sel berasal dari pembelahan sel sebelumnya, dan tahap-tahap kehidupan sel selang pembelahan sel ke pembelahan sel berikutnya disebut sbg siklus sel.[65] Pada kebanyakan sel, siklus ini terdiri dari empat bagian terkoordinasi, yaitu pertumbuhan sel, replikasi DNA, pemisahan DNA yang sudah digandakan ke dua yang akan menjadi sel anakan, serta pembelahan sel.[66] Pada bakteri, bagian pemisahan DNA ke yang akan menjadi sel anakan mampu terjadi bersamaan dengan replikasi DNA, dan siklus sel yang berurutan mampu bertumpang tindih. Hal ini tidak terjadi pada eukariota yang siklus selnya terjadi dalam empat fase terpisah sehingga laju pembelahan sel bakteri mampu semakin cepat daripada laju pembelahan sel eukariota.[67] Pada eukariota, tahap pertumbuhan sel umumnya terjadi dua kali, yaitu sebelum replikasi DNA (disebut fase G1, gap 1) dan sebelum pembelahan sel (fase G2). Siklus sel bakteri tidak harus hadir fase G1, namun hadir fase G2 yang disebut periode D. Tahap replikasi DNA pada eukariota disebut fase S (sintesis), atau pada bakteri ekuivalen dengan periode C. Selanjutnya, eukariota hadir tahap pembelahan nukleus yang disebut fase M (mitosis).

Peralihan antartahap siklus sel dikemudikan oleh suatu perlengkapan pengaturan yang tidak hanya mengoordinasi beragam kejadian dalam siklus sel, tetapi juga menghubungkan siklus sel dengan sinyal ekstrasel yang mengendalikan perbanyakan sel. Misalnya, sel hewan pada fase G1 mampu selesai dan tidak berpindah ke fase S bila absen faktor pertumbuhan tertentu, melainkan memasuki kondisi yang disebut fase G0 dan tidak merasakan pertumbuhan maupun perbanyakan. Misalnya yaitu sel fibroblas yang hanya membelah diri sebagai memperbaiki kerusakan tubuh akhir suatu peristiwa luka.[66] Bila pengaturan siklus sel terganggu, misalnya karena mutasi, risiko pembentukan tumoryaitu perbanyakan sel yang tidak normalmeningkat dan mampu berpengaruh pada pembentukan kanker.[68]

Diferensiasi sel

Diferensiasi sel membuat keberagaman jenis sel yang muncul selama perkembangan suatu organisme multiseluler dari suatu sel telur yang sudah dibuahi. Misalnya, mamalia yang berasal dari suatu sel berkembang dijadikan suatu organisme dengan ratusan jenis sel berbeda seperti otot, saraf, dan kulit.[69] Sel-sel dalam embrio yang sedang berkembang memperagakan pensinyalan sel yang memengaruhi ekspresi gen sel dan mengakibatkan diferensiasi tersebut.[70]

Kematian sel terprogram

Sel dalam organisme multiseluler mampu merasakan suatu kematian terprogram yang bermanfaat sebagai pengendalian populasi sel dengan cara mengimbangi perbanyakan sel, misalnya sebagai mencegah munculnya tumor. Kematian sel juga bermanfaat sebagai menghilangkan bagian tubuh yang tidak diperlukan. Contohnya, pada masa pembentukan embrio, jari-jari pada tangan atau kaki manusia pada mulanya saling menyatu, namun akhir terbentuk berkat kematian sel-sel antarjari. Dengan demikian, masa dan tempat terjadinya kematian sel, sama seperti pertumbuhan dan pembelahan sel, adalah bagian yang sangat terkendali. Kematian sel semacam itu terjadi dalam bagian yang disebut apoptosis yang dimulai ketika suatu faktor penting hilang dari lingkungan sel atau ketika suatu sinyal internal diaktifkan. Gejala awal apoptosis ialah pemadatan nukleus dan fragmentasi DNA yang diikuti oleh penyusutan sel.[71]

Kajian tentang sel

Biologi sel modern berkembang dari integrasi selang sitologi, yaitu kajian tentang struktur sel, dan biokimia, yaitu kajian tentang molekul dan bagian kimiawi metabolisme. Mikroskop adalah alat yang paling penting dalam sitologi, sementara pendekatan biokimia yang disebut fraksinasi sel juga telah dijadikan sangat penting dalam biologi sel.[72]

Mikroskopi

Silia pada permukaan sel bagian dalam trakea mamalia dilihat dengan SEM (perbesaran 10.000 kali pada berkas aslinya).

Mikroskop berperan dalam kajian tentang sel sejak awal penemuannya. Jenis mikroskop yang dipergunakan para ilmuwan Renaisans dan yang sekarang masih banyak dipergunakan di laboratorium ialah mikroskop cahaya. Cahaya tampak dilewatkan menembus spesimen dan akhir lensa kaca yang merefraksikan cahaya sedemikian rupa sehingga citra spesimen tersebut diperbesar ketika diproyeksikan ke mata pengguna mikroskop. Namun demikian, mikroskop cahaya berbatas kekuatan urai, yaitu tidak bisa menguraikan perincian yang semakin halus dari sekitar 0,2 µm (ukuran bakteri kecil). Pengembangan teknik penggunaan mikroskop cahaya sejak awal seratus tahun ke-20 melibatkan usaha sebagai meningkatkan kontras, misalnya dengan pewarnaan atau pemberian zat fluoresen. Selanjutnya, biologi sel merasakan kemajuan pesat dengan penemuan mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron sbg pengganti cahaya tampak dan mampu hadir resolusi (daya urai) sekitar 2 nm. Terdapat dua jenis landasan mikroskop elektron, yaitu mikroskop elektron transmisi (transmission electron microscope, TEM) dan mikroskop elektron payar (scanning electron microscope, SEM). TEM terutama dipergunakan sebagai mengkaji struktur internal sel, sementara SEM sangat bermanfaat sebagai melihat permukaan spesimen secara rinci.[72]

Fraksinasi sel

Fraksinasi sel ialah teknik sebagai memisahkan bagian-bagian sel. Secara umum, teknik ini melibatkan homogenisasi, yaitu pemecahan sel secara halus dengan bantuan blender atau alat ultrasuara, dan sentrifugasi, yaitu pemisahan komponen-komponen sel oleh gaya sentrifugal dalam alat sentrifuge, alat seperti komidi putar sebagai tabung reaksi yang mampu berputar pada beragam kecepatan. Sentrifuge yang paling canggih, yang disebut ultrasentrifuge, mampu berputar secepat 80.000 rotasi per menit (rpm) dan memberikan gaya pada partikel-partikel sampel hingga 500.000 kali gaya gravitasi bumi (500.000 g). Pemutaran homogenat di dalam sentrifuge akan memisahkan bagian-bagian sel ke dalam dua fraksi, yaitu pelet, yang terdiri atas struktur-struktur semakin mulia yang terkumpul di bagian bawah tabung sentrifuge, dan supernatan, yang terdiri atas bagian-bagian sel yang semakin kecil yang tersuspensi dalam cairan di atas pelet tersebut. Supernatan ini disentrifugasi kembali dan bagiannya diulangi, dengan kecepatan putaran yang makin tinggi pada setiap tahap, sehingga komponen sel yang makin lama makin kecil terkumpul dalam pelet yang berurutan.[72]

Referensi

Daftar pustaka

Tautan luar

• Ixedu.com 3D Animations, Virtual Microscope, Activities, a Game and more! All about the cells.
• The Inner Life of A Cell, a flash video showing what happens inside of a cell
• The Virtual Cell
• Cells Alive!
• Journal of Cell Biology
• A comparison of the generational and exponential growth of cell populations
• High-resolution images of brain cells
• The Biology Project > Cell Biology
• The Image & Video Library of The American Society for Cell Biology, a collection of peer-reviewed still images, video clips and digital books that illustrate the structure, function and biology of the cell.
• Centre of the Cell online
• Biology sites
• Molecular Biology of the Cell NCBI Books