Biologi Sel

Struktur Sel Prokariotik dan Eukariotik

Sejak ditemukannya mikroskop elektron para ahli biologi mulai berhasil mengidentifikasi struktur internal dari berbagai macam sel. Berdasarkan hasil pengamatannya, para ahli menggolongkan sel menjadi dua kelompok, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik. Penggolongan ini didasarkan atas ukuran dan struktur intemal atau kandungan organel selnya. Sel prokariotik memiliki struktur yang sederhana,. misalnya bakteri, ganggang hijau-biru, dan mikoplasma. Sedangkan, sel eukariotik memiliki struktur yang lebih kompleks, misalnya protista, fungi, tumbuhan, dan hewan.

1. Sel Prokariotik

Sel Prokariotik. Kata prokariota (prokaryote) berasal dari bahasa Yunani, pro yang berarti “sebelum” dan karyon yang artinya “kernel” atau juga disebut nukleus. Prokariota adalah makhluk hidup yang tidak memiliki membran inti sel (= karyon), sedangkan eukariota memiliki membran inti sel. Semua prokariota adalah uniseluler, kecuali myxobacteria yang sempat menjadi multiseluler di salah satu tahap siklus hidup biologinya. Kata prokaryota’' berasal dari Yunani πρό- (pro-) "sebelum" + καρυόν (karyon) "kacang atau biji".

Prokariotik meliputi archaebakteria (bakteri purba) dan eubakteria (bakteri modern/bakteri sejati) yang beranggotakan bakteri, mikoplasma dan alga hijau-biru. Ukuran sel prokariotik berkisar antara 0,5 -3 mm. Struktur umum sel prokariotik yang diwakili oleh bakteri berturut-turut mulai dari luar ke dalam adalah dinding sel, membran sel, mesosom, sitoplasma, ribosom dan materi inti (DNA dan RNA).

Dinding sel bakteri berfungsi untuk menahan tekanan osmotic sitoplasma, sehingga sel tidak mudah pecah akibat masuknya air kedalam sel, dinding sel bakteri tersusun atas peptidoglikan atau mukopepetida yang dapat dipergunakan sebagai dasar penggolongan bakteri menjadi dua golongan , yaitu bakteri gram positif dan bakteri gram negative. Pada bajteri gram positif, hamper 90% komponen dinding selnya tersusun atas peptidoglikan, sedangkan pada bakteri gram negative berkisar antara 5 – 20%.

Reproduksi

Bakteri dan archaea berkembang biak secara aseksual, yaitu kebanyak secara fisi biner atau tunas. Pertukaran dan rekombinasi genetik bisa terjadi, namun ini merupakan transfer gen horisontal dan bukan replikasi, yaitu melibatkan DNA yang ditransfer antara dua sel, seperti halnya konjugasi bakteri.

Struktur

Ukuran prokariota dibandingkan biomolekul dan makhluk hidup lain

Riset terbaru menunjukkan bahwa semua prokariota memiliki sitoskeleton yang lebih primitif daripada sitoskeleton eukariota. Di samping homologi dari aktin dan tubulin (MreB dan FtsZ) komponen dari flagela yang tersusun helix, bernama flagellin, adalah salah satu dari protein sitoskeletal dari bakteri yang paling penting sebagai penyedia latar belakang struktural dari kemotaksis, respons fisiologis sel yang dasar dari bakteri. Paling tidak, beberapa prokariota juga mengandung struktur intrasel, yaitu berupa organela primitif. organela membran (atau membran antar sel) terdapat di beberapa prokariota seperti vakuola dan sistem membran yang dipakai khusus untuk metabolisme, seperti fotosintesis atau kemolithotrofi. Beberapa spesies juga mengandung mikrokompartemen yang disertai protein yang memiliki peran fisiologis tertentu (misal, karboksisom atau vakuola udara). Sebagian besar prokariota berukuran 1 µm sampai 10 µm, tapi ukurannya bisa beragam mulai 0.2 µm sampai 750 µm (Thiomargarita namibiensis). Berikut ini struktur sel dari prokariota: flagela, membran sel, dinding sel (kecuali genus Mycoplasma), sitoplasma, ribosom, nucleoid, glikokalix, inklusi.

Morfologi Sel

Berikut ini 4 bentuk dasar prokariot :

Coccus - berbentuk sferik
Bacilli - berbentuk tangkai
Spirochaete - berbentuk spiral
Vibrio - berbentuk koma

Habitat

Prokariota hidup di hampir semua lingkungan di bumi selama ada airnya. Beberapa archaea dan bakteri tumbuh dengan baik dalam lingkungan yang ekstrem, seperti suhu tinggi (termofilia) atau salinitas tinggi (halofilia). Makhluk hidup seperti ini disebut juga ekstremofilia. Banyak archaea yang berperan sebagai plankton di laut. Prokariota simbiotik hidup di dalam atau pada tubuh makhluk hidup lain, termasuk manusia.

Evolusi Prokariota

Pohon filogenetik yang menunjukkan diversitas prokariota, dibandingkan eukariota.

Model evolusi dari makhluk hidup pertama adalah prokariota, yang kemudian berevolusi menjadi protobion, lalu eukariota secara umum dikatakan berevolusi dari sini. Akan tetapi, banyak ilmuwan yang mempertanyakan kesimpulan ini, karena menurut mereka spesies prokariota yang hidup saat ini berevolusi dari nenek moyang eukariotik yang lebih kompleks melalui proses simplifikasi. Ilmuwan lain berpendapat bahwa tiga domain muncul secara bersamaan, dari sekumpulan sel-sel yang bervariasi yang membentuk satu kolam gen. Kontroversi ini diringkas di tahun 2005.

Belum ada konsensus di antara para ahli biologi mengenai posisi eukariota dalam skema evolusi. Pendapat terkini mengenai evolusi eukariota meliputi:

eukariota muncul pertama kali dalam evolusi dan prokariota berevolusi dari mereka,
eukariota muncul bersamaan dengan eubacteria dan archeabacteria sehingga nenek moyang eukariota sejajar dengan prokariota,
eukariota muncul melalui kejadian simbiotik, yaitu asal mula endosimbiotik dari inti sel,
eukariota muncul tanpa endosimbiosis,
eukariota muncul melalui kejadian simbiotik, yaitu asal mula endosimbiotik yang bersamaan dari flagela dan inti sel.

Fosil tertua prokariota ditemukan sekitar 3.5 milyar tahun yang lalu, yaitu sekitar 1 milyar tahun setelah pembentukan kerak bumi. Bahkan hari ini, prokariota mungkin adalah bentuk kehidupan yang paling berhasil dan banyak. Eukariota muncul dalam catatan fosil beberapa masa kemudian, dan mungkin telah terbentuk dari endosimbiosis dari beberapa nenek moyang prokariota. Fosil eukariota tertua berumur sekitar 1.7 milyar tahun. Akan tetapi, beberapa bukti genetik mengarah pada kesimpulan bahwa eukariota muncul 3 milyar tahun yang lalu.Bumi adalah satu-satunya tempat ditemukannya kehidupan, tapi beberapa ilmuwan berpendapat bahwa ada bukti kehidupan/fosil prokariota di Mars, tapi pendapat ini masih menjadi skeptisisme dan debat yang dipertimbangkan. Prokariota telah berdiversifikasi besar-besaran dalam waktu lama. Metabolisme prokariota jauh lebih bervariasi daripada eukariota, sehingga tercipta bermacam-macam tipe prokariota. Misalnya, di samping memakai fotosintesis atau senyawa organik sebagai energi, seperti halnya eukariota, prokariota mendapat energi dari senyawa anorganik seperti [[H₂S]], sehingga membuat prokariota bisa bertahan di lingkungan yang sedingin permukaan salju Antartika, dan sepanas lubang hidrothermal dasar laut dan sumber air panas.

2. Sel Eukariotik

Eukariota (berasal dari bahasa Yunani "eu" yang artinya "baik", dan "karyon" yang artinya menunjuk pada nuklei sel) adalah organisme dengan sel kompleks, di mana bahan-bahan genetika disusun menjadi nuklei yang terikat membran. Eukariota termasuk hewan, tumbuhan, dan jamur—yang kebanyakan multiselular—serta berbagai kelompok lainnya yang diklasifikasikan secara kolektif sebagai protista (banyak di antaranya uniselular). Sebaliknya, organisme-organisme lainnya, misalnya bakteri, tidak mempunyai nuklei dan struktur sel kompleks lainnya; organisme-organisme seperti itu disebut prokariota.

Ciri-ciri Sel

Pada umumnya, sel eukariota memiliki ukuran yang lebih besar dari prokariota dan memiliki bagian-bagian sub-selular yang disebut dengan organel dan sitoskeleton yang terdiri atas mikrotubulus, mikrofilamen dan filamen antara. Berbeda dengan prokariota, DNA eukariota disimpan dalam kumpulan kromosom yang tersimpan di dalam nuklei yang terbungkus membran nuklei. Selain melakukan pembelahan sel secara aseksual, kebanyakan eukariota juga bisa melakukan reproduksi seksual melalui proses fusi sel, yang tidak ditemukan pada prokariota.

Membran Internal

Sel eukariotik memiliki bermacam-macam struktur yang dibatasi membran, yang secara kolektif disebut sistem endomembran. Ruang sederhana, yang disebut vesikel atau vakuola, dapat terbentuk dengan pemisahan dari membran lain. Banyak sel menelan makanan dan bahan lain melalui proses yang disebut endositosis, dimana membran luar melekuk ke dalam kemudian putus membentuk vesikel. Kemungkinan banyak organel bermembran lainnya berasal dari vesikel yang demikian.

Inti sel dilapisi oleh membran ganda, yang memiliki pori-pori yang memungkinkan bahan-bahan keluar-masuk. Bermacam peluasan membran nukleus yang berbentuk tabung atau lembaran membentuk retikulum endoplasma (atau RE), yang terlibat dalam transpor dan pematangan protein. RE terdiri atas RE kasar yang memiliki ribosom yang melekat, dan protein yang disintesis ribosom itu memasuki ruang dalam atau lumen . Kemudian, biasanya mereka memasuki vesikel, yang terpisah dari RE halus. Pada kebanyakan eukariota, vesikel pembawa protein ini dilepaskan dan dimodifikasi pada tumpukan vesikel yang memipih yang disebut badan Golgi atau diktiosom.

Vesikel dapat berspesialisasi untuk beragam kegunaan. Contohnya, lisosom mempunyai enzim yang menguraikan isi vakuola makanan, dan peroksisom yang fungsinya menguraikan peroksida, yang beracun. banyak protozoa memiliki vakuola kontraktil, yang mengumpulkan dan membuang kelebihan air dan ekstrusom, yang mengeluarkan bahan yang dipakai untuk melawan pemangsa atau menangkap mangsa. Pada tumbuhan tingkat tinggi, sebagian besar ruang sel diisi oleh vakuola pusat, yang fungsi utamanya untuk menjaga tekanan osmotik.

Mitokondria dan Plastida

Mitokondria adalah organel yang ditemukan pada hampir semua eukariota. Mitokondria diselubungi membran ganda, yang membran dalamnya berlekuk-lekuk ke dalam membentuk krista, tempat berlangsungnya respirasi aerobik. Mitokondria memiliki DNA dan ribosom-nya sendiri dan hanya terbentuk dari pembelahan mitokondria lain. Sekarang mereka umumnya berkembang dari prokariota yang berendosimbiosis, mungkin proteobacteria. Beberapa protozoa yang tidak memiliki mitokondria ditemukan mempunyai organel yang diturunkan dari mitokondira seperti hidrogenosom dan mitosom. Tumbuhan dan berbagai kelompok alga juga memiliki plastida. Dan plastida ini juga mempunyai DNA sendiri dan berkembang dari proses endosimbiosis, dalam hal ini cyanobacteria. Biasanya plastida berbentuk kloroplas, yang mengandung klorofil dan menghasilkan energi melalui fotosintesis seperti halnya cyanobacteria. Plastida lain terlibat dalam menyimpan makanan. Meskipun plastida mungkin memiliki satu asal, tidak semua grup yang memiliki plastida berkerabat dekat. beberapa eukariota mendapatkannya dari yang lain dengan endosimbiosis penelanan sekunder.

Sel eukariotik mempunyai dua buah isoenzim malate dehydrogenase yang berupa mitokondria (m-MDH) dan plastida (bahasa Inggris: cytoplasmic) (s-MDH). Enzim ini berfungsi untuk konfigurasi isomer L pada asam malik (bahasa Inggris: malate). Inhibitor enzim ini adalah ATP, ADP, AMP, tiroksin, yodium sianida, and molekul yodium.

Reproduksi

Reproduksi eukariota dilakukan melalui pembelahan sel, yang umumnya terjadi secara mitosis, yaitu proses pembelahan inti sel yang menyebabkan sebuah sel anak menerima duplikat setiap kromosom yang dimiliki sel induk. Pada kebanyakan eukariota terdapat juga reproduksi seksual, di antara sel haploid, yaitu sel yang hanya memiliki satu buah kromosom dari masing-masing pasang kromosom yang dimiliki sel induk yang melibatkan proses fusi inti sel (singami) dan pembelahan secara meiosis yang menghasilkan sel diploid, yaitu sel yang memiliki pasangan kromosom yang lengkap.

Tabel Perbandingan Antara Sel Prokariotik dan Eukariotik

Karakteristik	Prokariot	Eukariot
Ukuran sel	umumnya 0,5-5 μm	10-100 μm
Inti sel	Tidak terbungkus membran inti sehingga tidak disebut nukleus tetapi nukleiod	Inti sejati yang terbungkus membran inti dan memiliki nukleolus
Organel yang terbungkus membran	Tidak ada	Ada, seperti lisosom, kompleks golgi, mitokondria, retikulum endoplasma, dan kloroplas
Flagel	Tersusun atas 2 berkas protein	Lengkap, tersusun atas mikrotubulus rangkap
Glikokaliks	Ada, berupa kapsul atau lapisan lendir	Ada pada sel yang tidak memiliki dinding sel
Dinding sel	Biasanya ada, tersusun atas peptidoglikan	Jika ada, struktur kimia sederhana
Vesikel gas	Ada	Tidak
Membran sel	Tanpa karbohidrat dan biasanya tanpa sterol	Sterol dan karbohidrat ada sebagai reseptor
Sitoplasma	Tanpa sistoskeleton atau aliran sitoplasmik	Ada sistoskeleton dan terjadi aliran sitoplasmik
Ribosom	Ukuran kecil (70s)	Ukuran besar (80s)
Kromosom (DNA)	Kromosom tunggal melingkar tanpa protein histon	Kromosom linear melipat dengan terikat protein histon
Pembelahan sel	Pembelahan biner	Mitosis
Rekombinasi seksual	Tanpa meiosis, hanya transfer fragmen DNA	Meiosis
Sensitivitas terhadap antibiotik	Sensitif	Tidak sensitif