BIOLOGI SEL
Semua makhluk hidup tersusun atas sel. Telah diyakini bahwa semua organisme diturunkan dari satu sel nenek moyang melalui mekanisme evolusi. Sel mengalami perubahan struktur dan fungsi yang bertujuan untuk menyesuaikan diri dengan perubahan lingkungan. Organisme hidup menjalankan dua karakteristik dasar yang membedakannya dengan benda mati yaitu kemampuan memperbaiki dan membelah diri. Unit terkecil dari kehidupan yang merepresentasikan kemampuan dasar tersebut adalah sebuah sel) tunggal. Sebuah sel tunggal merupakan unit struktural dan fungsional dari makhluk hidup. Istilah sel pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1635—1703) untuk menjelaskan gambar struktur gabus di bawah mikroskop. Selanjutnya, istilah sel digunakan untuk menyatakan unit dasar minimum dari suatu makhluk hidup yang mampu memperbanyak diri. Berikut ini merupakan penemuan-penemuan lebih lanjut tentang sel:
a. Tahun 1674, Anthony van Leeuwenhoek menemukan sel-sel tunggal yang bebas.
b. Schleiden dan Schwann menguatkan penemuan Hooke tentang sel pada abad ke-19.
c. Robert Brown (1831) menemukan inti sel dan protoplasma.
Berdasarkan penemuan-penemuan tentang sel, berbagai teori tentang sel dikemukakan, yaitu: (1) seluruh organisme hidup tersusun atas sel-sel; (2) seluruh sel berasal dari sel-sel sebelumnya yang memperbanyak diri; (3) sifat organisme bergantung pada sifat sel tersebut: dan (4) seluruh komponen pewarisan sifat dari organisme terdapat di dalam sel (Gunstream, 2012).
Komponen Kimiawi Sel
Atom sebagai Penyusun Organisme Hidup
Suatu materi tersusun atas beberapa jenis atom yang mungkin berbeda dengan susunan atom dari materi lain. Sebuah atom merupakan unit terkecil dari materi yang masih membawa sifat dari materi tersebut (Campbell, 2020). Atom memiliki ukuran yang sangat kecil. Struktur atom tersaji pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1: Model atom dari atom Helium (He) (Campbell, 2020)
Atom memiliki bagian yang lebih kecil lagi yang dinamakan partikel subatom. Para ahli telah mengidentifikasi lebih dari 100 jenis partikel dalam atom, namun yang relevan dengan bahasan dalam topik ini antara lain neutron, proton, dan elektron. Proton dan elektron memiliki muatan listrik, sedangkan neutron bersifat netral. Tiap proton memiliki satu muatan positif, sedangkan tiap elektron memiliki satu muatan negatif. Proton dan dan neutron terletak dalam satu daerah terpusat yang dinamakan inti atom, sedangkan elektron terletak dalam kulit atom. Perpindahan elektron membentuk awan muatan negatif di sekitar inti atom atau nukleus. Berbagai materi telah ditemukan. Organisme hidup tersusun atas sejumlah materi yang termasuk di dalamnya seperti C (karbon), H (hidrogen), O (oksigen), N (nitrogen), dan P (fosfat).
Ikatan Kimia dalam Organisme Hidup
Pada bahasan sebelumnya, dikatakan bahwa organisme hidup tersusun atas materi dan atom-atom. Kombinasi atom-atom akan membentuk unsur. Unsur akan membentuk molekul yang sifatnya berbeda dengan unsur penyusunnya. Atom dengan elektron valensi yang belum lengkap dapat berinteraksi dengan atom lain dengan tujuan saling melengkapi elektron terluar yang kurang satu sama lain. Interaksi tersebut dapat bertahan dalam jangka waktu tertentu, yang dinamakan ikatan kimia. Ada beberapa ikatan kimia yang berperan membentuk molekul, antara lain ikatan kovalen dan ikatan non kovalen.
1. Ikatan Kovalen
Ikatan kovalen merupakan ikatan antar atom melalui aktivitas penggunaan bersama pasangan elektron. Ada beberapa macam ikatan kovalen, yaitu ikatan kovalen tunggal dan ikatan kovalen ganda. Ikatan kovalen tunggal merupakan ikatan kovalen dimana elektron yang digunakan sebanyak satu pasang. Jika terdapat dua atau lebih pasangan elektron maka disebut ikatan kovalen ganda. Ikatan kovalen tunggal dapat bersifat kuat atau lemah tergantung pada atom apa yang saling berikatan. Contoh ikatan kovalen tunggal yang lemah yaitu ikatan antara atom C dan H, sedangkan contoh ikatan kovalen yang kuat adalah ikatan antara atom C dan O, serta C dan N. Formasi ikatan kovalen dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2: Ikatan Kovalen tunggal molekul H2 (atas) dan ikatan kovalen ganda molekul O2 (Campbell, 2020)
2. Ikatan Non Kovalen
Ikatan non kovalen terdiri atas ikatan ion dan hidrogen. Ikatan ion merupakan ikatan elektrostatik. Ikatan ini dihasilkan dari muatan antar atom yang terikat. Ikatan ion menjadi kuat apabila dalam keadaan tanpa air. Ikatan ion terjadi karena perbedaan muatan pada atom yang berinteraksi. Formasi ikatan ion tersaji dalam Gambar 3. Contoh ikatan ionik adalah pada molekul natrium klorida (NaCl).
Gambar 3 : Ikatan Ionik (Bruce, 2008)
Ikatan non kovalen selanjutnya adalah ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen merupakan ikatan yang lemah akan tetapi merupakan jenis ikatan yang berperan besar dalam kehidupan organisme. Ikatan hidrogen terjadi ketika sebuah atom hidrogen terikat secara kovalen ke atom yang bersifat elektronegatif. Ikatan ini dapat terjadi karena hidrogen memiliki muatan positif sebagian, sehingga mampu berikatan dengan atom yang memiliki muatan negatif. Ikatan hidrogen terjadi antara molekul amonia (NH3) dan air (H2O).
Gambar 4: Ikatan hidrogen (Campbell, 2020)
Komponen Kimiawi Sel
Atom-atom akan berinteraksi membentuk molekul dengan berbagai jenis ikatan kimia. Pada bahasan ini, akan dibahas berbagai macam molekul yang menyusun organisme hidup serta fungsi biologisnya dalam berbagai aktivitas kehidupan. Molekul yang akan dibahas antara lain karbohidrat, lipid, protein, nukleotida, air, garam, serta ion. Pada organisme hidup, senyawa yang paling banyak ditemukan adalah hidrokarbon. Atom karbon berpotensi untuk membentuk molekul besar, sepeti protein. Selain itu, atom karbo juga memiliki potensi membentuk ikatan kovalen yang stabil. Senyawa karbon yang dibentuk oleh organisme dinamakan senyawa organik.
1. Karbohidrat
Istilah karbohidrat mencakup gula dan polimer gula. Karbohidrat yang paling sederhana adalah monosakarida. Monosakarida merupakan sebuah monomer yang mampu membentuk molekul karbohidrat yang lebih besar. Molekul karbohidrat dengan dua gugus gula yang dhubungkan dengan ikatan kovalen dinamakan disakarida. Makromolekul dari polimer karbohidrat dinamakan polisakarida, yang tersusun atas ribuan molekul gula. Monosakarida memiliki rumus umum yaitu beberapa unit CH2O. Contoh monosakarida adalah glukosa (C6H12O6). Glukosa merupakan monosakarida yang memiliki fungsi penting dalam kehidupan. Monosakarida memiliki gugus karbonil (-CO) dan beberapa gugus hidroksil (-OH). Jika dilihat dari lokasi gugus karbonil, ada monosakarida terdiri atas dua kelompok yaitu aldosa, atau ketosa. Contoh aldosa adalah glukosa, contoh ketosa adalah fruktosa. Fruktosa merupakan isomer dari glukosa. Kriteria lain dari pengelompokan monosakarida adalah jumlah rangka karbonnya, dimana monosakarida memiliki rangka karbon 3—7. Monosakarida dengan 3 rangka karbon dinamakan triosa, 6 karbon dinamakan heksosa. Berbagai contoh molekul monosakarida dan fungsinya ada pada Gambar 5.
Gambar 5: Contoh monosakarida dan fungsinya (Urry, 2020)
Molekul disakarida terdiri atas dua monosakarida yang terikat melalui ikatan glikosida/glikosidik. Ikatan glikosida merupakan ikatan kovalen antara dua monosakarida melalui reaksi dehidrasi (melepaskan molekul air). Contohnya adalah molekul maltosa yang dibentuk dari ikatan antara dua molekul glukosa (Gambar 6). Maltosa atau gula malt merupakan bahan dasar produksi bir. Contoh disakarida lain adalah sukrosa atau gula pasir konsumsi, yang terbentuk dari molekul glukosa dan fruktosa. Sukrosa adalah hasil jadi fotosintesis yang ditranspor oleh tumbuhan dari daun ke organ non fotosintetik. Laktosa adalah contoh monosakarida yang terkandung dalam susu.
Gambar 6: Sintesis disakarida (Campbell, 2020)
Polisakarida merupakan karbohidrat dalam bentuk makromolekul. Polisakarida mengandung ratusan hingga ribuan monomer monosakarida yang terikat dengan ikatan glikosida. Beberapa polisakarida berfungsi sebagai zat penyimpan yang sewaktu-waktu dapat dihidrolisis untuk menyediakan monosakarida bagi sel, misalnya pati yang merupakan karbohidrat kompleks yang disimpan oleh tumbuhan, serta glikogen yang merupakan karbohidrat kompleks yang disimpan dalam jaringan otot dan hati hewan (Gambar 7).
Gambar 7: Polisakarida penyimpan (Urry, 2020)
Polisakarida juga dapat berfungsi sebagai polisakarida struktural. Organisme mampu membentuk polisakarida untuk membangun struktur tubuh yang kuat. Contoh polisakarida struktural yaitu selulosa dan kitin. Selulosa merupakan zat utama penyusun dinding sel (Gambar 8), sedangkan kitin merupakan polisakarida yang digunakan oleh Arthropoda seperti serangga, laba-laba, udang, dan sebagainya.
Gambar 8: Polisakarida strukural/selulosa (Urry, 2020)
2. Lipid
Lipid merupakan salah satu kelompok molekul biologis yang berukuran besar tetapi tidak digolongkan sebagai polimer. Lipid dikelompokkan tersendiri karena bersifat hidrofobik. Sifat lipid tergantung dari struktur molekulnya. Lipid memiliki beberapa ikatan polar dengan atom oksigen, tetapi mayoritas strukturnya terdiri atas ikatan C-H non polar. Lipid yang berperan besar secara biologis antara lain lemak, fosfolipid, dan steroid. Lemak bukan merupakan polimer akan tetapi merupakan molekul besar. Lemak terdiri atas 3 karbon yang membawa sebuah gugus hidroksil. Sebuah asam lemak memiliki rangka karbon dengan panjang umumnya terdiri atas 16—18 atom karbon. Karbon di ujung rantai merupakan bagian dari gugus karboksil. Gugus karboksil ini menjadi kunci penamaan asam lemak. Lemak bersifat hidrofobik dikarenakan ikatan C-H non polar di rantai karbonnya. Lemak terbentuk apabila tiap asam lemak tergabung ke molekul gliserol melalui reaksi dehidrasi. Lemak yang memiliki 3 asam lemak dinamakan triasilgliserol atau trigliserida (Gambar 9). Asam lemak ada yang bersifat jenuh dan tak jenuh, tergantung dari ada atau tidaknya ikatan ganda pada rantai karbonnya.
Gambar 9: Sintesis dan struktur lemak atau triasilgliserol (Urry, 2020)
Fosfolipid merupakan molekul mirip lemak akan tetapi hanya memiliki dua asam lemak yang terikat ke molekul gliserol, sedangkan gugus hidroksil ketiga terikat dengan gugus fosfat. Salah satu contoh fosfolipid adalah kolin. Dua ujung molekul fosfolipid menunjukkan sifat yang berbeda ketika bertemu dengan air. Ekor hidrokarbon bersifat hidrofobik, sedangkan kepala fosfat bersifat hidrofilik. Ketika molekul fosfolipid didekatkan ke air maka akan membentuk struktur double layer atau bilayer yang melindungi ekor hidrokarbon dari air (Gambar 10). Struktur bilayer inilah yang terdapat dalam membran sel dan organel sel.
Gambar 10: Struktur fosfolipid (Urry, 2020)
Steroid merupakan lipid yang ditandai dengan sebuah rangka karbon yang memiliki 4 cincin yang bergabung. Steroid dikelompokkan tersendiri karena struktur cincin yang dimilikinya. Salah satu jenis steroid adalah kolesterol (Gambar 11), molekul penting bagi hewan. Kolesterol merupakan komponen penting dalam membran sel, dan sebagai prekursor sintesis hormon seks pada vertebrata.
Gambar 11: Struktur molekul kolesterol (Urry, 2020)
3. Asam Amino dan Protein
Berbagai fungsi kehidupan tak lepas dari peranan enzim, yang merupakan salah satu contoh dari protein. Enzim memainkan sebagian proses sebagai katalis berbagai reaksi penting dalam tubuh. Protein juga terdapat dalam berbagai molekul penting lain seperti reseptor sinyal, hormon, dan sebagainya. Asam amino sebagai monomer protein, memiliki struktur umum yang sama. Sebuah asam amino merupakan molekul organik yang memiliki gugus amina dan sebuah gugus karboksil (Gambar 12). bagian tengah asam amino terdapat satu atom karbon atau karbon alfa. Atom karbon mengikat gugus amina, gugus hidroksil, atom hidrogen, dan gugus yang bervariasi, disimbolkan sebagai gugus R atau disebut rantai sisi.
Gambar 12: Struktur umum asam amino (Urry, 2020)
Protein merupakan unsur seluler utama yang menyusun hingga 50% berat kering sel (Bruce, 2008). Fungsi utama protein berkisar antara fungsi katalitik, hingga toksik (racun). Fungsi protein tersaji pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Fungsi Protein
Protein dibangun oleh kombinasi dari 20 asam amino yang terangkai menjadi sebuah polimer. Ikatan antar monomer protein dikenal dengan nama ikatan peptida. Polimer dari asam amino dinamakan polipeptida (Gambar 13). Sebuah protein dapat tersusun atas satu atau lebih polipeptida, yang membentuk struktur 3 dimensi yang khusus.
TA Prayitno
Selasa, 28 Desember 2021 06:33 AM
materi yg disajikan sdh sangat lengkap..akan lbih bagus tampilannya, apabila ada videp di bagian tertentu, misal fisiologi proses metabolisme transport membran sel. Pada bagian membran sel bisa klik, shg gambarnya bisa bergerak. Shg sajian materi ini tdk sekedar dibaca, tetapi bisa interaktif. Lembar kegiatan, e-book, tes dan keg lab sdh tersaji di sini dg baik