Struktur dan Fungsi Sel Mapel Biologi SMA K13

Para ahli biologi sekarang ini banyak menaruh perhatian pada Struktur dan Fungsi Sel. Hal ini dikarenakan hampir seluruh pemahaman terhadap proses dan kegiatan-kegiatan yang terjadi pada makhluk hidup diawali dengan mempelajari struktur dan fungsi sel.

Pada masa lalu sebelum ditemukannya mikroskop, para ahli biologi belum menyadari akan pentingnya sel sebagai unit struktural dan fungsional dari kehidupan. Mengapa demikian? Karena skala penglihatan mata manusia sangat terbatas dan tidak mungkin dapat mengamati suatu objek yang berukuran kurang dari 100 mikron tanpa memakai alat bantu seperti mikroskop. Ukuran sel begitu kecil, berkisar antara 5 – 15mikron.

Ukuran sel yang sedemikian kecil itu di luar jangkauan pengamatan mata telanjang manusia. Hanya setelah ditemukannya suatu alat yang dinamakan mikroskop maka mulailah para ilmuwan mencurahkan perhatiannya pada apa yang dinamakan sel.

Struktur sel untuk pertama kali dilaporkan oleh seorang ilmuwan Inggris bernama Robert Hooke, tepatnya pada tahun 1665 atau kurang lebih 342 tahun yang lalu. Ia telah melakukan penelitian pada sayatan tumbuhan gabus (Quercus suber) yang sangat tipis dengan menggunakan mikroskop. Pada sayatan gabus tersebut ditemukan adanya ruang-ruang kosong yang dibatasi dinding-dinding dan tampak seperti sarang lebah madu. Ia memberi nama penemuannya itu ”cella” yang artinya ruang kosong. 

Penemuan Robert Hooke mengenai struktur berongga yang terdapat pada sel gabus tersebut sebenarnya hanya mengenai sel mati. Di dalam sel semacam itu hanya terlihat rongga sel tanpa isi. Akan tetapi, penemuan tersebut telah memberikan dorongan kepada para ilmuwan lainnya untuk mempelajari dan menyelidiki sayatan-sayatan yang dibuat dari bagian tubuh makhluk hidup.

Mikroskop bukanlah satu-satunya perlengkapan yang digunakan untuk menyelidiki sel, melainkan ada metode baru yang telah dikembangkan, yaitu dengan memisahkan bagian-bagian sel dan kemudian mengisolasinya untuk penelitian yang lebih teliti. Bagaimanakah seorang ilmuwan dapat menemukan gagasan semacam itu.

Bagian-bagian yang terdapat di dalam sel memiliki massa yang berbeda-beda. Apabila sekumpulan isi sel ditempatkan pada pemusing (sentrifuge) maka bagian yang paling berat akan mengendap ke lapisan paling bawah. Sebaliknya, bagian yang paling ringan akan terapung di permukaan. Dengan cara demikian, orang dapat memisahkan bagian demi bagian sel untuk dianalisa susunan kimianya atau untuk diadakan percobaan-percobaan yang lebih lanjut.

Pengetahuan tentang sel pada masa sekarang telah jauh berbeda daripada pengertian yang diperoleh Robert Hooke pada tahun 1665 saat sel baru ditemukan.

Baca juga: Cara Kerja Mata Manusia dan Bagian-bagiannya

Struktur dan Fungsi Sel

Sebelum kita mempelajari tentang sel dan bagian-bagiannya, kita harus mengetahui terlebih dahulu seperti apakah sel itu?

Sel dapat dianalogikan seperti pabrik kimia.

• Sel membawa bahan baku molekul organik, seperti gula atau garam anorganik, yakni nitrat dan fosfat.
• Sel menggunakan bahan baku ini untuk membentuk molekul baru, seperti protein, di mana sel dapat menggunakannya untuk kepentingannya atau mengirimkannya ke bagian tubuh lainnya.

Berikut ini akan disajikan mengenai berbagai bagian dalam sel secara terpisah, namun sebelumnya perhatikanlah dengan baik oleh Anda gambar sebuah sel secara keseluruhan yang dilihat dengan menggunakan mikroskop elektron.

Sel merupakan unit struktural dan fungsional dalam kehidupan. Di dalam sel terjadi reaksi kimia dan berbagai macam proses hidup yang merupakan ciri bahwa sel merupakan unit fungsional. Sebagai unit struktural sel merupakan komponen penyusun jaringan makhluk hidup. Setiap sel terdiri dari protoplasma dan membran sel.

Protoplasma kemudian terbagi lagi menjadi plasma sel atau sitoplasma dan inti sel atau nukleus. Sitoplasma terdiri dari medium semi cair yang disebut sitosol, yang di dalamnya terdapat organel-organel dengan bentuk dan fungsi yang terspesialisasi.

Secara struktural, sel dibedakan menjadi dua kelompok utama, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik. Penamaan eukariot dan prokariot ini didasari oleh ada tidaknya membran pada nukleus. Organisme yang tidak memiliki membran nukleus disebut organisme prokariot, sedangkan organisme yang memiliki membran nukleus disebut organisme eukariot. Kata prokariot berasal dari bahasa Yunani, yaitu pro dan karyon. Pro artinya sebelum dan karyon artinya inti sel. 

Demikian pula istilah eukariot berasal dari kata eu dan karyon. Eu artinya sebenarnya dan karyon artinya inti sel. Pada sel eukariotik yang memiliki membran nukleus, cairan dalam intinya (nukleoplasma) terpisah dengan cairan yang berada di luar nukleus (sitoplasma). Untuk membandingkan sel eukariot dan prokariot, perhatikan gambar di bawah ini:

Sel prokariot dan bagian-bagiannya.

1. Membran Plasma

Membran plasma atau membran sel pada sel hewan merupakan lapisan yang paling luar yang membatasi isi sel dengan lingkungan di sekitarnya, sedangkan membran plasma pada sel tumbuhan terdapat di antara dinding sel dengan isi sel tersebut.

Fungsi utama membran plasma, yaitu sebagai pengatur lalu lintas berbagai zat yang keluar dan zat yang masuk dari dan ke dalam sel secara selektif permeabel.

Dengan perbesaran yang sangat kuat dapat diketahui bahwa membran plasma terdiri dari dua lapisan. Ketebalan masing-masing lapisan antara 2,5 sampai 3,5 nm (1 nm = 10-5 mm), kedua lapisan itu dipisahkan oleh suatu lapisan terang setebal ± 3,5 nm sehingga tebal membran plasma secara keseluruhan dapat mencapai ± 10 nm.

Untuk lebih jelasnya perhatikanlah struktur membran sel pada gambar di bawah ini:

Struktur membran sel.

Membran sel atau membran plasma tersusun dari dua lapisan lipoprotein, yaitu senyawa lipida yang mengandung protein. Lipida pada membran plasma terutama berupa fosfolipida, glikolipida, dan sterol. Setiap molekul lipid terdiri dari bagian ”kepala” berupa gliserol bersifat hidrofilik atau mampu mengikat molekul air, dan bagian ”ekor” berupa asam lemak yang bersifat hidrofobik atau menolak molekul air.

Perbandingan protein dengan lipida pada membran plasma bergantung pada spesies dan lingkungan hidupnya, tetapi rata-rata kandungan protein berkisar antara setengah sampai dua pertiga bagian dari berat kering membran plasma tersebut. Molekul protein yang terdapat pada permukaan dalam maupun permukaan luar membran plasma disebut protein ekstrinsik atau protein perifer yang sifatnya hidrofilik. 

Sementara itu, molekul protein yang menembus dari permukaan dalam ke permukaan luar dinamakan protein intrinsik atauprotein integral. Bagian-bagian protein intrinsik yang terbenam di dalam lapisan lipida bersifat hidrofobik dan bagian yang mencuat ke permukaan cenderung bersifat hidrofilik. Adanya polisakarida yang terikat pada molekul-molekul protein membran plasma tersebut menambah sifat hidrofilik pada kedua permukaan membran plasma itu.

Sifat hidrofilik pada kedua sisi membran plasma menyebabkan membran plasma bersifat selektif permeabel sehingga ada molekul-molekul yang hanya dapat melewati membran dari luar ke dalam sel, atau hanya dapat melewati membran dari dalam ke luar sel saja. Namun, ada pula molekul yang dapat melewati membran dari dalam ke luar sel maupun sebaliknya.

Contohnya, membran akan membiarkan substansi yang berguna, seperti O2 dan glukosa ke dalam sel. Membran juga akan membiarkan substansi yang tidak berguna, seperti CO2 untuk meninggalkan sel. Selain itu, membran akan menjaga zat racun untuk masuk ke dalam sel melalui struktur molekul yang dimilikinya.

2. Sitoplasma

Istilah sitoplasma dipergunakan untuk menyatakan protoplasma yang terdapat di luar nukleus. Jadi, sitoplasma meliputi substansi yang berada di dalam sel, tetapi di luar nukleus. Sitoplasma ini terdiri dari matriks atau sitosol yang transparan, dan sejumlah organel, yaitu struktur yang memiliki membran pemisah terhadap matriks di sekelilingnya.

Bagian terbesar dari matriks ialah air dan selebihnya berupa zat-zat organik, misalnya karbohidrat, lemak, dan protein serta berbagai macam zat anorganik.

Sistem koloid terdiri dari medium berupa air dan misel, yaitu partikel-partikel yang tersebar di dalamnya. Sistem ini di dalam sitoplasma memiliki kekentalan yang dapat berubah dari keadaan encer atau mudah mengalir (fase sol) menjadi keadaan kental yang sulit mengalir (fase gel). Begitu pula sebaliknya, yaitu dari fase gel menjadi fase sol. Perubahan fase ini disebabkan berubahnya kadar air dan susunan partikelpartikel di dalam sitoplasma.

3. Nukleus

Nukleus atau inti sel biasanya berbentuk bundar atau oval, terletak di sekitar bagian tengah sel. Struktur yang merupakan pusat pengendali seluruh kegiatan sel ini, memiliki dua rangkap membran nukleus sebagai pembatas terhadap sitoplasma yang ada di sekelilingnya.

Membran ini tersusun dari lipoprotein yang sama seperti membran plasma, serta memiliki pori-pori yang memungkinkan beberapa macam substansi dapat melintasinya, baik dari dalam nukleus ke sitoplasma maupun sebaliknya. Matriks di dalam nukleus disebut nukleoplasma, di dalamnya terkandung bermacam-macam enzim yang terlarut serta kromosom dan nukleoid (tunggal: nukleolus). Untuk mendapatkan gambaran mengenai bentuk nukleus, perhatikan gambar di bawah ini:

Nukleus (a) Foto mikroskop elektron, (b) model nukleus.

Komponen utama penyusun kromosom ialah protein dasar yang disebut histon dan asam nukleat dalam bentuk asam deoksiribonukleat (DNA). DNA merupakan substansi genetika pembawa sifat-sifat keturunan. Di dalam sel yang tidak sedang mengalami proses pembelahan, terdapat kromosom yang sangat halus dan panjang yang biasa disebut sebagai kromatin. Jumlah kromosom pada sel berbagai spesies sangat bervariasi, jumlah tersebut umumnya tetap pada setiap spesies.

Nukleolus merupakan badan yang berbentuk bundar dan hanya tampak setelah berakhirnya proses pembelahan sel. Badan ini berfungsi pada pembentukan jenis asam nukleat yang lain, yaitu asam ribonukleat (RNA).

4. Ribosom

Ribosom merupakan suatu partikel nukleoprotein, yaitu senyawa protein dengan molekul asam ribonukleat (RNA). Pada sel-sel eukariotik, setiap ribosom memiliki diameter berukuran sekitar 20 nm, sedangkan pada sel-sel prokariotik ukurannya lebih kecil.

Sebagian organel ini melekat pada membran retikulum endoplasma membentuk kelompok-kelompok yang disebut polisom, sedangkan yang selebihnya tersebar bebas di dalam sitosol bahkan kerap kali terdapat pula dalam organel lain seperti mitokondria dan kloroplas. Organel ini berperan pada sintesis protein dan tahaptahap sintesis protein.

5. Retikulum Endoplasma

Retikulum endoplasma (RE) tersusun dari pasangan membran atau selaput yang sejajar dan membentuk suatu sistem yang tersebar di seluruh bagian sitoplasma. Perhatikanlah Gambar di bawah ini:

Retikulum Endoplasma (RE).

Adanya ruang-ruang yang terbentuk di antara pasangan membran yang sejajar menyebabkan sistem RE tampak seperti saluran-saluran yang rumit, dan di beberapa tempat sistem ini berhubungan dengan membran plasma dan membran nukleus. Pada permukaan luar selaput RE terdapat deretan-deretan ribosom. 

Namun, tidak seluruh RE memiliki deretan ribosom. RE yang tidak memiliki ribosom berperan

pada sintesis lemak dan steroid. Hasil sintesis tersebut selanjutnya akan disekresikan ke dalam saluran RE untuk diangkat ke bagian-bagian sel lain, yaitu ke badan golgi, vakuola, atau dikeluarkan dari sel secara eksositosis.

6. Lisosom

Lisosom termasuk organel yang sangat kecil dibandingkan dengan organel lain, umumnya berdiameter antara 0,2 sampai 0,5 mikro meter. Organel ini dihasilkan oleh badan golgi dan banyak tersebar di dalam sitoplasma sel-sel hewan, terutama pada sel-sel kelenjar, dan sel-sel darah putih yang bersifat fagosit, juga terdapat pada jamur dan protista.

Di dalam lisosom terdapat bermacam-macam enzim hidrolitik yang berperan dalam pencernaan intraseluler sebagai pengurai berbagai substansi di dalam sel. 

Substansi tersebut sebagian berasal dari luar, misalnya polisakarida, lemak, dan protein termasuk juga bakteri yang ditangkap secara fagosit. Sebagian lagi substansi tersebut berupa organel-organel yang sudah tidak terpakai, bahkan sel-sel yang rusak atau mati. Dengan demikian, bahan-bahannya dapat dimanfaatkan kembali untuk pertumbuhan sel-sel yang baru.

7. Mitokondria

Struktur mitokondria

Mitokondria berbentuk bulat, lonjong, atau batang dengan diameter berkisar antara 0,5 – 1,0 mikro meter dan panjang antara 1 – 2 mikro meter. Organel ini terdapat pada semua sel eukariotik dengan jumlah beragam. 

Pada sel yang aktivitasnya tinggi seperti sel saraf dan sel otot, didapatkan mitokondria dalam jumlah ratusan sampai ribuan. Pada ganggang, Chlorella misalnya hanya terdapat sebuah mitokondria berukuran besar yang bercabang-cabang, sedangkan pada sel darah merah tidak terdapat mitokondria.

Mitokondria memiliki dua lapis membran, yaitu membran dalam dan membran luar. Membran dalam
memiliki lipatan-lipatan ke arah dalam yang disebut krista dan berfungsi pada proses respirasi sel. Pada proses respirasi sel ini, permukaan membran dalam akan bertambah luas. Membran dalam diselaputi oleh membran luar yang strukturnya sama dengan membran plasma dan berperan sebagai pengatur keluar masuknya zat-zat kimia dari dan ke dalam sel.

Matriks dibungkus oleh membran dan mengandung DNA dan ribosom sehingga di dalam mitokondria dapat berlangsung proses sintesis protein. Namun, fungsi utama organel ini adalah sebagai tempat berlangsungnya proses respirasi sel. Di dalam matriksnya terdapat bermacam-macam enzim yang mengendalikan tahap-tahap reaksi respirasi sel.

8. Kloroplas

Kloroplas merupakan salah satu bentuk plastida, yaitu organel yang terbungkus oleh dua lapis membran dan mengandung pigmen yang sebagian besar merupakan klorofil atau zat hijau daun. Selain itu, di dalam kloroplas terdapat pula pigmen-pigmen lainnya yang tergolong karotenoid, yaitu karioten yang memberikan warna jingga dan xantofil untuk warna kuning. 

Struktur kloroplas.

Bentuk kloroplas menyerupai cakram dengan diameter 5 – 10 mikro meter dan ketebalan antara 2 – 4 mikrometer. Organel ini dijumpai pada sel-sel fotosintesis tumbuhan dan beberapa jenis ganggang. 

Di dalam membran pembungkus kloroplas terdapat grana (tunggal: granum), yaitu tumpukan kantung-kantung yang masing-masing berisi pigmen klorofil, karotenoid, juga protein dan lemak.

Setiap kantung disebut tilakoid dan yang lebih panjang ada di antaranya, yaitu tilakoid stroma, menghubungkan grana yang satu dengan grana yang lain. Seluruh grana tersebut terbenam di dalam stroma, yaitu bahan dasar yang bening dan banyak mengandung enzim-enzim pembentuk karbohidrat, terdapat pula sedikit DNA, RNA, dan ribosom.

9. Badan Mikro

Organel yang dibatasi oleh selapis membran ini berbentuk bulat dengan diameter berkisar antara 0,5 mm sampai 1,5 mm. Badan mikro merupakan organel yang dihasilkan dari retikulum endoplasma dan tidak memiliki struktur dalam. Terdapat dua macam badan mikro yang penting, yaitu peroksisom dan
glioksisom.

Peroksisom merupakan organel yang pada tumbuhan terdapat di dalam jaringan fotosintesis dan berhubungan langsung dengan kloroplas, sedangkan pada hewan terdapat di dalam selsel hati dan ginjal. Organel ini mengandung beberapa enzim metabolisme seperti enzim asam glikosilat dan H2O2 (hidrogen peroksida) yang berfungsi pada rangkaian fotorespirasi sel tumbuhan.

Hidrogen peroksida yang dihasilkan dari beberapa reaksi biokimia di dalam sel tumbuhan maupun hewan ini bersifat racun. Selanjutnya, akan diuraikan oleh enzim katalase yang juga terdapat di dalam peroksisom menjadi senyawa yang tidak beracun. 

H2O2 -> 2H2O + O2

Glioksisom berisi enzim yang berfungsi untuk menguraikan molekul-molekul lemak menjadi karbohidrat selama perkecambahan, dalam reaksi ini pun dihasilkan H2O2 yang akan diuraikan oleh enzim katalase.

Baca juga: Pembahasan Materi Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit - Kimia SMA Kelas X

10. Sitoskeleton

Sitoskeleton berfungsi sebagai rangka pada sel seperti halnya rangka pada tubuh manusia. Sitoskeleton memberikan bentuk pada sel dan membantu pengangkutan bahan-bahan di dalam sel.
Sitoskeleton terbagi menjadi tiga jenis, yaitu mikrotubul, mikrofilamen, dan filamen intermediat.

a. Mikrotubul

Struktur mikrotubul.

Mikrotubul (jamak = mikrotubula) terdapat pada sel-sel hewan maupun sel tumbuhan berupa silinder atau tabung yang tidak bercabang-cabang, panjangnya mencapai beberapa mikrometer (mm) dengan diameter luar ± 25 nm dan diameter dalam 12 nm.

Organel ini tersusun dari molekul-molekul protein tubulin yang terangkai dalam susunan heliks (terpilin) membentuk dinding silinder berongga. Pada irisan melintang mikrotubul tampak penampang lintangnya terdiri dari 13 subunit yang merupakan bagian dari 13 benang-benang tubulin.
Mikrotubul bersifat kaku dan berperan sebagai rangka dalam sel (sitoskeleton) yang memberi bentuk sel. 

Peranan lainnya adalah membantu pengangkutan bahanbahan di dalam sel, serta merupakan komponen utama yang membangun silia, flagel, dan benang-benang gelendong inti selama berlangsungnya pembelahan sel.

b. Mikrofilamen

Mikrofilamen merupakan benang-benang halus dengan diameter berkisar antara 5 sampai 7 nm. Benang-benang ini tersusun dari protein aktin. Selain itu, terdapat juga protein pada kontraksi otot seperti yang terlihat pada Gambar di bawah. Mikrofilamen juga berperan dalam pembentukan kaki semu pada protista dan jamur lendir.

c. Filamen Intermediat

Bahan-bahan yang menyusun filamen intermediat adalah keratin. Keratin merupakan protein berbentuk serabut yang menggulung-gulung. Filamen intermediat berfungsi sebagai penahan tegangan dan memberikan bentuk sel. Selain itu, filamen intermediat juga berfungsi sebagai jangkar bagi organel dan nukleus.

11. Badan Golgi

Kita dapat mengatakan golgi sebagai pusat produksi, pergudangan, penyortiran, dan pengiriman. Di sini, produk RE dimodifikasi dan disimpan, kemudian dikirim ke tujuan lain. Oleh karena itu, aparatus golgi sangat banyak ditemukan pada sel yang terspesialisasi untuk sekretori, misalnya sel-sel kelenjar pencernaan, sel-sel kelenjar pankreas, kelenjar air ludah, dan kelenjar air mata.

Badan golgi bertugas melakukan modifikasi produk kiriman RE sebelum digunakan di dalam atau di luar sel. Salah satu modifikasi yang dilakukan oleh golgi, yaitu glikosilasi yang merupakan modifikasi protein. Glikosilasi menghasilkan oligosakarida yang khas sebagai penanda protein yang akan masuk ke dalam sel. 

Demikian sekilas informasi mengenai Struktur dan Fungsi Sel Mata Pelajaran Biologi SMA. Semoga bermanfaat dan jangan lupa share agar kemanfaatan ilmu ini bisa dibaca adek-adek generasi kita selanjutnya, salam.