Biologi Sel

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 berbedabeda.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 beratkan pada proses perkembangan organisme

(1)

. Ontogeni menitik

(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 ahli taksonomi

(5)

. Pola percabangan sesuai dengan yang telah dikelompokkan oleh

(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)

Karakteristik

Prokariot

Eukariot

Ukuran sel

umumnya 0,5-5 μm

10-100 μm

Inti sel

Tidak terbungkus membran inti

Inti sejati yang terbungkus

sehingga tidak disebut nukleus tetapi

membran inti dan memiliki

nukleiod

nukleolus

Tidak ada

Ada, seperti lisosom, kompleks

Organel yang terbungkus

golgi, mitokondria, retikulum

membrane

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

Jika ada, struktur kimia sederhana

peptidoglikan Vesikel gas

Ada

Tidak

Membran sel

Tanpa karbohidrat dan biasanya tanpa

Sterol dan karbohidrat ada sebagai

sterol

reseptor

Tanpa sistoskeleton atau aliran

Ada sistoskeleton dan terjadi aliran

sitoplasmik

sitoplasmik

Ukuran kecil (70s)

Ukuran besar (80s)

Sitoplasma Ribosom

Kromosom (DNA) Kromosom tunggal melingkar tanpa

Kromosom linear melipat dengan

protein histon

terikat protein histon

Pembelahan sel

Pembelahan biner

Mitosis

Rekombinasi

Tanpa meiosis, hanya transfer fragmen Meiosis

seksual

DNA

Sensitivitas

Sensitif

Tidak sensitive

terhadap antibiotic 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)

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

nonkonstitutif dipengaruhi klatrin terakumulasi

(8)

triskelion dan tiga kaki menyebar dibagian tengah

(8)

klatrin,

sementara

endositosis

. Molekul klatrin memiliki bentuk . 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

memfasilitasi transportasi dalam kegiatan intraseluler.

tersebut,

sitoskeleton

pun

(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

di

1930an.

tahun

ini

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 asamasam 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 TATA merupakan suatu sekuens penting dalam inisiasi promoter eukariot

(5)

. Kotak

(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 premRNA, 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 (5)

perlekatan ribosom besar sehingga kompleks inisiasi translasi pun lengkap disebut faktor inisiasi dibutuhkan untuk menyatukan semua komponen ini

. Protein yang

(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) berikutnya adalah elongasi oleh faktor pemanjangan

(5)

. Tahap

(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, masingmasing 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 masingmasing. 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: McGrawHill; 2010.

(7)

Departemen Biokimia FK USU. Membran Sel dan Biokimia Jaringan. http://ocw.usu.ac.id/course/download/111-Basic-Biology-ofClasic/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.