Download Biologi tentang sel eukariotik yg ke 3 and more Lab Reports Cell Biology in PDF only on Docsity!
BAHAN AJAR ( Hand Out )
Mata Kuliah : Biologi Reproduksi Sks : 3 Program Studi : D3 Kebidanan Kode : BD. Pertemuan ke- : 1 Minggi ke- : 1 Dosen : Fitra Wahyuni, M.Si.
Learning Outcomes (Capaian Pembelajaran) Mata Kuliah terkait KKNI :
Materi Minggu 1 :
- Definisi sel dan perbandingan sel prokariot dan eukariot.
- Struktur dan Fungsi Sel : Membran plasma, sitoplasma dan organel – organel sel (retikulum endoplasma, ribosom, lisosom, mitokodria, sitoskeleton, sentriol dan sentrosom, badan golgi, peroksisom).
- Nukleus (inti sel)
- Siklus sel
BAB I. STRUKTUR DAN FUNGSI SEL Sel adalah unit struktural dan fungsional bagi seluruh organisme. Pada tubuh kita terdapat triliunan sel yang menjalankan fungsi tubuh tertentu^1. Untuk memahami fungsi organ – organ dan struktur lainnya dari tubuh kita, maka diperlukan pengetahuan dasar tentang organisasi sel dan fungsi komponen – komponen sel tersebut^6. Berdasarkan penelitian dan pengamatan yang telah dilaksanakan maka ahli biologi menyatakan adanya ‘ cell theory ’ atau ‘ cell doctrine ’ yang terdiri dari tiga konsep dasar mengenai sel yaitu2,3:
- Setiap organisme hidup mempunyai satu sel atau lebih serta produk dari sel tersebut.
- Sel adalah unit terkecil dari tubuh yang memiliki semua karakteristik kehidupan.
- Semua sel yang ada berasal dari sel yang telah ada. Pada semua sel hidup dan telah dewasa mempunyai tiga komponen dasar yang sama, dikenal dengan istilah ‘ prototypical cell ’ yaitu, membran plasma , sitoplasma dan nukleus 1,3,4.
- Membran plasma , merupakan bagian permukaan luar sel yang fleksibel, berperan sebagai pembatas yang memisahkan lingkungan internal sel (semua yang terdapat di dalam sel)
Menjabarkan struktur dan fungsi sel Soft skills/Karakter: berfikir kritis, kepemimpinan, kerja sama.
dengan lingkungan eksternal sel (semua yang terdapat di luar sel). Sebagai pembatas, membran plasma bersifat selektif dengan cara meregulasi materi – materi yang akan masuk dan keluar sel, dikarenakan hal ini sel dapat menciptakan dan mempertahankan lingkungan yang sesuai untuk menjalankan aktifitasnya. Membran plasma juga berperan dalam komunikasi antar sel dan dengan lingkungan eksternalnya.
- Sitoplasma , terdiri dari semua komponen seluler yang terletak antara membran sel dengan nukleus. Komponen – komponen seluler tersebut adalah sitosol (bagian cairan yang kental dari sitoplasma), inclusions (nonfungsional, struktur sementara yang meyimpan produk seluler) dan organel (struktur kecil yang melaksanakan fungsi seluler tertentu).
- Nukleus adalah pusat pengatur sel. Pada nukleus terdapat kromosom, terdiri dari rangkaian molekul DNA dengan beberapa protein, termasuk ribuan unit heriditas yang disebut gen, yang mengatur semua aspek struktur dan fungsional seluler. Klasifikasi sel berdasarkan organisasi internalnya terdiri dari sel prokariot dan sel eukariot. Sel prokariot merupakan sel yang tidak memiliki membran nukleus, sehingga materi genetiknya tidak terpisah dari komponen – komponen internal sel yang lain. Sel prokariot juga tidak memiliki organel selengkap eukariot, contoh sel prokariot adalah bakteri (kingdom monera). Selain bakteri, spesies lainnya termasuk sel eukariot, sel eukariot sel adalah sel yang mempunyai membran nukleus dan mempunyai tiga struktur dasar sel2,3.
Gambar I.1 Struktur sel yang sering ditemukan pada sel tubuh manusia^4
Gambar I.2 Struktur membran plasma^1
Protein Molekul penyusun struktur membran plasma selanjutnya adalah protein. Sebagian besar fungsi khusus membran plasma ditentukan oleh keberadaan protein pada membran plasma tersebut. Protein pada membran plasma ada dua tipe yaitu, protein integral dan protein peripheral. Protein integral merupakan protein yang berikatan dan berada di sepanjang phospholipid bilayer, beberapa protein integral ada yang berperan sebagai ion channel dan sebagai reseptor. Protein peripheral adalah protein yang tidak berikatan pada phospholipid bilayer, protein ini hanya berada di permukaan internal maupun eksternal membran plasma, biasanya berada di bagian protein integral yang terlihat di permukaan membran sel. Protein integral dan peripheral dapat berperan sebagai enzim yang berfungsi sebagai katalis suatu reaksi kimia. Sebagian besar protein integral merupakan glikoprotein1,4.
I.1.2 Fungsi spesifik protein membran plasma Protein – protein yang terdapat di membran plasma menentukan sebagain besar fungsi membran tersebut, yaitu1,4,5:
- Transporter atau carrier , protein integral pada membran yang berperan memindahkan molekul – molekul atau ion – ion dari salah satu sisi permukaan membran, baik dari internal ke eksternal maupun sebaliknya. Protein transporter mempunyai tempat berikatan ( binding site ) molekul atau ion yang akan ditransfernya, dan saat pelepasan molekul atau ion yang ditransfer, protein tersebut akan mengalami perubahan bentuk. Pemindahan molekul atau ion ini kadang membutuhkan energi seluler yang berupa ATP (Adenosin Triphospat).
Gambar I.3 Carier Protein^5
- Koneksi interseluler dan tempat penambatan sitoskeleton ( attachment site ), protein integral dan peripheral yang berperan sebagai penghubung antar sel ketika protein membran plasma antar sel saling berhubungan dan juga dengan molekul ekstraseluler. Protein koneksi ini juga berperan dalam mempertahankan bentuk sel dengan cara berhubungan dengan sitoskeleton sel (molekul intraseluler). Gambar I.4 Attachment site^5
- Enzim pada membran plasma , protein membran plasma dapat berperan sebagai enzim yang mengkatalis reaksi kimia pada permukaan luar atau dalam membran plasma. Gambar I.5 Enzim pada membran plasma^5
Gambar I.9 Reseptor dengan ion channel^5 Gambar I.10 Reseptor dengan G-protein^5 I.1.3 Transport melewati membran plasma Proses transport materi melewati membran plasma penting untuk keberlangsungan hidup sel, contohnya senyawa tertentu harus masuk ke dalam sel untuk membantu reaksi metabolisme yang berlangsung di dalam sel dan ada juga senyawa lainnya yang harus keluar dari sel sebagai hasil sekresi atau sampah dari sel. Secara umum senyawa melewati membran plasma melalui proses transport yang diklasifikasikan secara pasif dan aktif. Pada transport secara pasif, senyawa bergerak dengan cara menurunkan konsentrasinya atau gradient listrik senyawa tersebut untuk melewati membran plasma dengan energi kinetiknya sendiri tanpa adanya energi dari sel, sedangkan pada transport secara aktif, energi selular sangat dibutuhkan untuk melawan konsentrasinya atau gradien listriknya, energi yang biasa digunakan dalam bentuk ATP (Adenosine triphosphat)^4.
- Transport pasif a. Difusi Difusi merupakan proses pergerakan molekul dengan cara menurunkan gradien konsentrasinya, sehingga menyebabkan molekul bergerak dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi yang rendah dan terus berlangsung sampai molekul tersebut mencapai kesetimbangan. Proses transport difusi sederhana terjadi ketika senyawa yang kecil atau nonpolar atau keduanya melewati membran plasma, yang termasuk senyawa tersebut adalah oksigen, karbon dioksida, gas nitrogen, asam lemak, steroid, dan vitamin yang larut dalam lemak (A, D, E dan K). Senyawa lainnya yang melewati membran plasma secara difusi sederhana adalah molekul polar kecil yang tidak bermuatan seperti, air, urea, dan sebagian kecil alkohol1,4. Difusi sederhana molekul melewati membran plasma penting dalam memindahkan oksigen dan karbon dioksida antara sel – sel darah dan sel – sel tubuh, dan juga antara darah dan udara di dalam paru – paru saat bernafas. Difusi sederhana juga diperlukan untuk menyerap beberapa nutrisi dan untuk ekskresi beberapa senyawa buangan^4. Larutan yang sangat polar atau memiliki muatan yang tinggi dapat melewati membran plasma secara difusi yaitu dengan cara difusi difasilitasi. Pada proses transport ini difusi difasilitasi oleh protein integral pada membran plasma, yang dapat berupa protein channel atau protein carier^4.
Gambar I.11 Pergerakkan difusi melewati membran plasma^4
membran plasma yang kemudian dipindahkan ke dalam sel. Ada tiga tipe endositosis yaitu, phagositosis, pinositosis dan endositosis yang dimediasi oleh reseptor. Phagositosis merupakan proses “makan sel”, yaitu pergerakkan materi ke dalam sel setelah peusodopodia menelan materi tersebut membentuk phagosom. Pinositosis dikenal juga sebagai proses “minum sel”, yaitu pergerakkan cairan ektraseluer ke dalam sel dengan adanya pelipatan membrane plasma untuk membentuk vesikel. Endositosis dimediasi oleh reseptor , adalah pergerakkan molekul tertentu ke dalam sel dengan terlebih dahulu berikatan dengan reseptornya pada permukaan membrane plasma kemudian memicu terjadinya pelipatan pembungkus kalatrin untuk membentuk vesikel.
I.2 Sitoplasma Sitoplasma adalah semua komponen sel yang berada di antara membran plasma dan nukleus. Sitoplasma tediri dari tiga komponen yaitu sitosol, inclusion dan organel^1.
I.2.1 Sitosol Sitosol disebut juga cairan intraseluler yang berupa cairan kental seperti sirup dari sitoplasma. Sitosol mendominasi 55 % volume sel, mengandung 75 – 90 % air dan materi – materi terlarut yang termasuk ion – ion, nutrisi – nutrisi, protein, lipid, karbohidrat dan molekul – molekul kecil lainnya. Protein yang berada di sitosol sebagian besar berupa enzim yang berguna sebagai katalis untuk reaksi kimia yang terjadi pada sel. Lipid dan karbohidrat berfungsi sebagai sumber energi bagi sel. Molekul – molekul kecil pada sitosol merupakan molekul pembangun makromolekul yang ada pada sel, contoh asam amino yang merupakan molekul kecil digunakan untuk mensintesis protein1,4. 1.2.2 Inclusion Sitoplasma pada beberapa sel ada yang mengandung inclusion , merupakan kelompok senyawa kimia yang beragam dan besar yang sementara disimpan di dalam sel. Contoh seluler inclusion adalah pigmen, kristal – kristal protein, nutrisi seperti glikogen dan trigliserida, debu, mineral – mineral dan zat warna1,5. 1.2.3 Organel – organel Organel adalah unit struktural kecil yang mempunyai fungsi tertentu untuk keberlangsungan hidup sel. Jumlah dan tipe organel yang terdapat di sitoplasma ditentukan oleh struktur dan fungsi
sel. Dua kategori organel yang dikenal yaitu, organel yang dibatasi atau dikelilingi oleh membran dan organel yang tidak mempunyai membran1,4,5. A. Organel yang dikelilingi membran^1
1. Retikulum endoplasma (ER) ER adalah intraseluler membran network yang merupakan perpanjangan dari pembungkus nukleus. Secara umum struktur ER berupa tubulus dan kantong yang datar dan lebar yang saling berhubungan, rongga bagian dalam dari kantong atau tubulus tersebut disebut cisternae yang terisolasi dari sitoplasma. ER mempunyai dua bagian yang berbeda struktur dan fungsinya, retikulum endoplasma halus (SER) dan retikulum endoplasma kasar (RER). RER bersambungan langsung dengan pembungkus nukleus dan merupakan ER yang berikatan dengan ribosom pada permukaan membrannya, pada ribosom ini terjadi sintesis dan modifikasi protein, RER juga berfungsi untuk mentransport protein yang diproduksi ke organel selanjutnya yaitu apparatus golgi. SER merupakan ER yang tidak berikatan dengan ribosom, berfungsi membuat lipid seperti, phospholipid, cholesterol, hormon steroid, dan karbohidrat seperti glikogen. SER juga berperan dalam proses detoksifikasi obat – obatan dan alkohol1,4,5.
Gambar I.12 Retikulum Endoplasma1,
2. Apparatus golgi Apparatus golgi disebut juga kompleks golgi, merupakan pusat untuk modifikasi, pembungkusan dan penyortiran materi – materi (protein atau lipid) yang berasal dari RER dalam bentuk vesikel transport. Struktur golgi kompleks berbentuk kantong membran yang datar, memiliki banyak cisternae, saling bertumpukkan satu sama lainnya. Cisternae pada golgi kompleks berbeda dalam
- Protein tersebut kemudian dipindahkan ke bagian medial cisternae, enzim pada medial cisternae memodifikasi protein menjadi glikoprotein, glikolipid, dan lipoprotein. Kemudian dihasilkan vesikel transport pada ujung cisternae ini, vesikel transport untuk enzim spesifik ditranfer kembali ke entri face dan vesikel transport sebagian protein yang telah dimodifikasi di transfer ke exit face (trans face).
- Produk dari medial cisternae ini kemudian dipindahkan ke lumen exit face.
- Di dalam cisterna exit face, produk dimodifikasi kembali, disortir, dan dilakukan pembungkusan.
- Beberapa protein yang telah diproses dikeluarkan dari exit face berupa vesikel sekresi, vesikel ini diantarkan ke membran plasma, yang kemudian akan di keluarkan dengan cara eksositosis ke ekstraseluler sel.
- Protein lainnya yang telah diproses dikeluarkan dalam bentuk membran vesikel, yang kemudian akan ditransfer ke membran plasma, dengan proses ini kompleks golgi berperan dalam menambah bagian baru pada membran plasma dan juga memodifikasi jumlah dan distribusi molekul pada membran plasma.
- Bagian protein yang terakhir yang telah diproses dikeluarkan dari exit face dalam bentuk vesikel transport, yang ditransfer di intraseluler. Contoh, vesikel transport yang membawa enzim pencernaan yang berguna bagi lisosom. 3. Lisosom Lisosom merupakan vesikel yang diselubungi membran dibentuk dari kompleks golgi. Lisosom mengandung enzim pencernaan dan enzim untuk hidrolisis. Lisosom disebut “ garbagemen ” dikarenakan lisosom mencerna dan membuang produk – produk yang tidak berguna. Lisosom juga berfungsi mencerna organel yang telah rusak dan tidak butuhkan lagi oleh sel yang disebut proses autophagea , ketika sel mengalami kerusakan atau mati
Gambar I.14 Lisosom^1
maka semua enzim pada semua lisosom akan dikeluarkan sehingga mempercepat proses pencernaan sel itu sendiri, proses ini disebut auto lilis^1.
4. Peroksisom Peroksisom merupakan organel yang mempunyai struktur serupa dengan lisosom, tetapi mempunyai diameter yang lebih kecil dibandingkan lisosom. Peroksisom disebut juga mikrobodi, yang merupakan vesikel yang terbentuk dari RER. Peroksisom mengandung enzim yang dapat menguraikan asam lemak dan asam amino, peroksisom juga mempunyai enzim catalase, dengan enzim ini peroksisom mampu mendetoksifikasi hydrogen peroksida menjadi oksigen dan air. Peroksisom dengan jumlah yang banyak dijumpai pada sel yang aktif untuk detoksifikasi yaitu, sel – sel hati dan ginjal1,4,5. Gambar I.15 Proksisom^1
B. Organel yang tidak mempunyai membran plasma^1
1. Ribosom Ribosom berupa granula yang sangat kecil dan padat, berperan dalam sintesis protein. Tiap ribosom mempunyai subunit kecil dan subunit yang besar, ukuran subunit kecil setengah dari ukuran subunit besar, subunit ribosom terdiri dari ribosomal RNA (rRNA) dan protein. Kedua subunit ribosom ini dibentuk secara terpisah di dalam nucleolus sel, dan setelah itu akan bergabung di sitoplasma. Ribosom yang ada di sitoplasma disebut juga dengan ribosom bebas, yang berfungsi unutuk mensintesis sebagian besar protein yang dibutuhkan intraseluler, sedangkan ribosom yang menempel pada RE mensintesis protein yang akan disekresi oleh sel1,4,5. Gambar I.17 Ribosom^1 2. Sitoskeleton Sitoskeleton adalah subunit-subunit protein yang dapat membentuk filament atau hollow tube. Sitoskeleton berfungsi untuk mempertahankan bentuk sel, mempertahankan agar nukleus dan organel lainnya tetap berada pada tempatnya, dan juga berperan dalam pergerakan sel. Sitoskeleton terdiri dari tiga komponen protein yang berbeda struktur dan fungsinya
Gambar I.18 Sitoskeleton^1
yaitu, mikrofilamen (aktin), intermediate filamen , dan mikrotubul 1,5. Mikrofilamen (aktin) , merupakan sitoskeleton yang paling kecil dengan diameter 7 – 8 μm, terdiri dari protein aktin yang membentuk dua untaian dan membentuk jalinan, yang kemudian bisa membentuk ikatan, lembaran dan juga percabangan di sitoplasma sel, struktur mikrofilamen di sitoplasma sel sperti sarang laba – laba. Mikrofilamen berperan dalam kontraksi otot, pembelahan sel, dan pergerakkan sel seperti migrasi yang terjadi pada sel – sel embrio selama proses perkembangan, invasi jaringan oleh sel darah putih untuk mencegah infeksi dan migrasi sel – sel kulit selama proses penyembuhan luka. Mikrofilamen menyebakan pergerakkan dengan melibatkan penguraian dan pembentukkan kembali mikrofilamen tersebut. Mikrofilamen juga berperan mempertahankan bentuk sel, mikrofilamen menambatkan sitoskeleton pada protein integral di membran plasma, mikrofilamen juga berperan mempertahankan mikrovili, tiap mikrovili terdapat susunan parallel mikrofilamen1,4,5. Intermediate filamen , merupakan serabut protein yang mempunyai diameter 8 – 12 μm, yang lebih kaku dan lebih tebal dibandingkan mikrofilamen. Intermediate filament tersusun dari beberapa protein yang sangat kuat tergantung pada sel pada bagian tubuh mana ditemukan. Intermediate filament membantu memberi kekuatan pada struktur sel dan mempertahannya serta juga mestabilkan hubungan atau ikatan antara sel yang satu dengan sel yang lainnya1,4,5. Mikrotubul merupakan komponen sitoskeleton yang paling besar dan juga panjang, berbentuk seperti tabung yang berongga, tidak bercabang dengan diameter 25 μm, disusun oleh unit protein yang disebut tubulin. Mikrotubul bukan struktur yang permanen, mikrotubul dapat mengalami
Gambar I.19 Mikrofilamen^4
Gambar I.20 Intermediate filamen^4
Gambar I.21 Mikrotubul^4
4. Cilia dan Flagella Cilia dan flagella merupakan perpanjangan dari permukaan sel yang dapat bergerak, strukturnya terdiri dari mikrotubul dan sitoplasma yang diselubungi membran^1. Cilia biasanya ditemukan pada permukaan sel dalam jumlah banyak, cilia tersebut pendek dan berbentuk seperti rambut. Miktotubul pada cilia tersusun dengan cara sembilan kelompok mikrotubul berjumlah dua mengelilingi sepasang mikrotubul di tengah – tengah. Cilia bergerak terlihat seperti dayung yang memukul – mukul, adanya pergerakkan dari banyak cilia yang terorganisasi dengan baik menyebabkan pergerakkan cairan yang stabil pada permukaan sel^4. Struktur dasar flagella sama seperti cilia, tetapi flagella lebih panjang biasanya hanya berjumlah satu saja. Fungsi flagella adalah untuk menbantu mendorong atau menggerakkan sel secara keseluruhan, contoh sel yang memiliki flagella adalah sel sperma^1. 5. Mikrovilli Mikrovilli merupakan perpanjangan dari membran plasma yang tipis dan satu mikrovilli hanya dapat terlihat dengan menggunakan mikroskop elektron. Mikrovilli sangat kecil jika dibandingkan dengan cilia dan mikrovilli lebih rapat dan tidak mempunyai kemampuan untuk bergerak, struktur mikrovilli dibangun oleh aktin. Fungsi utama mikrovilli adalah memperluas area permukaan sel, hal ini dapat diartikan bahwa mikrovilli memperluas area permukaan membran plasma agar lebih banyak molekul dapat melewati membran plasma. Mikrovilli ditemukan di usus dan ginjal dan di tempat lainnya yang memiliki fungsi penting untuk pnyerapan1,4.
I.3 Nukleus Nukleus adalah pusat pengatur segala aktifitas sel, mengandung sebagian besar materi genetik dari sel. Nukleus merupakan komponen paling besar yang berada di dalam sel dengan diameter 5 – 7 μm. Bentuk nukleus umumnya sama dengan bentuk sel nukleus tersebut berada, sebagian besar sel mempunyai satu nukleus, namun ada beberapa sel yang unik. Diantaranya sel darah merah (eritrosit) dan sel otot, sel darah merah tidak mempunyai nukleus, nukleus hilang selama perkembangan sel, sedangkan sel otot punya lebih dari satu nukleus. Nukleus terdiri dari tiga struktur dasar yaitu, selubung nukleus , nukleolus dan kromatin 1,4,5.
Gambar I.24 Nukleus^1
I.3.1 Selubung Nukleus Selubung nukleus adalah membran lipid bilayer yang mengeliling nukleus yang memilki struktur serupa dengan membran sel. Selubung nukleus mempunyai ribosom pada permukaannya dan bersambungan dengan RER yang terdapat di sitoplasma. Selain ribosom, pada permukaan selubung nukleus juga terdapat pori, baik di permukaan luar maupun dalam. Pori – pori pada sebung nukleus ini mengatur pergerakkan ion – ion dan molekul – molekul diantara sitoplasma dan nukleus1,4,5.
I.3.2 Nukleolus Nukleolus (tunggal, jamak : Nukleoli ) terdiri dari DNA (Asam deoksiribonukleat), RNA dan protein – protein. Nukleolus merupakan tempat sintesis dan pengolahan rRNA dan produksi protein subunit – subunit ribosom, yang kemudian digabungkan membentuk ribosom di sitoplasma. Tidak semua sel memiliki nukleolus, keberadaan dan jumlah nukleolus menunjukkan
