Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu mengadakan pengamatan, merencanakan dan melaksanakan percobaan tentang konsep hidup, menginterpretasi serta mengkomunikasikan hasil pengamatannya.
Beberapa Teori tentang Asal-usul Kehidupan 1. Teori Abiogenesis atau Teori Generatio Spontanea
Teori ini dikemukakan oleh Aristoteles (384 – 322 SM) (seorang bangsa Yunani). Dia berpendapat bahwa makhluk hidup berasal dari benda mati.
Teori Abiogenesis ini didukung oleh Anthoni Van Leeuwenhoek (1632 - 1723), dengan mikroskop ciptaannya ia dapat melihat adanya bentuk makhluk hidup yang sangat kecil ukurannya (mikroorganisme) yang diambil dari air hujan dan tempat merendam jerami. Berdasarkan penelitiannya tersebut, Anthoni Van Leeuwenhoek berpendapat bahwa mikroorganisme tersebut berasal dari air. Teori ini juga dianut oleh Needham seorang ahli ilmu pengetahuan bangsa Irlandia yang mengadakan eksperimen dengan merebus sekerat daging.
Percobaan Needham adalah sebagai berikut :
Sekerat daging direbus, kemudian air rebusan (kaldu) disimpan dalam tempat terbuka.
Setelah beberapa hari air kaldu tersebut akan menjadi keruh (terdapat mikroorganisme). Dari percobaan itu Needham berkesimpulan bahwa terdapatnya mikroorganisme terjadi dari air kaldu (benda mati).
2. Teori Biogenesis
Teori biogenesis menyebutkan bahwa makhluk hidup berasal dari makhluk hidup juga.
Beberapa ahli yang meganut teori biogenesis antara lain : a. Lazzaro Spallanzani (1729 – 1799)
Spallanzani seorang filosof berkebangsaan Italia membantah pendapat Aristoteles dan Needham. Dia mengatakan bahwa perebusan daging yang yang dilakukan Needham 3tidak sempurna, sehingga masih memungkinkan untuk hidupnya mikroorganisme.
Dalam percobaannya, Lazzaro Spallanzani merebus daging sampai beberapa jam lamanya. Kemudian air kaldu dimasukkan ke dalam beberapa botol/tabung.
Sebagian tabung ditutup rapat-rapat dan sebagian dibiarkan terbuka. Hasil percobaan itu menunjukkan bahwa pada tabung yang tertutup rapat-rapat tidak ditemukan adanya mikroorganisme, sedangkan pada tabung yang terbuka terdapat adanya mikroorganisme. Dari percobaan tersebut Lazzaro Spallanzani berkesimpulan bahwa adanya mikroorganisme pada tabung yang terbuka berasal
dari udara dan bahwa pada tabung yang tertutup rapat-rapat tidak terdapat mikroorganisme ini berarti bahwa mikroorganisme bukan berasal dari air kaldu (benda mati).
b. Fransisco Redi (1626 – 1697)
Fransisco Redi seorang ahli ilmu pengetahuan berkebangsaan Italia, yang mengadakan percobaan sebagai berikut :
- Dalam percobaan ini digunakan tiga buah stoples atau yabung kaca yang diisi dengan beberapa kerat daging.
- Kemudian masing-masing stoples diberi nomor I, II, dan III.
Stoples I : Diisi dengan sekerat daging, ditutup rapat-rapat sehingga berhubungan dengan udara luar.
Stoples II : Diisi sekerat daging, dan ditutup dengan kain kasa atau kain kelambu.
Stoples III : Diisi sekerat daging dan dibiarkan terbuka.
Sesudah beberapa hari maka akan terlihat bahwa : Stoples I : tidak ditemukan adanya larva.
Stoples II : tidak ditemukan adanya larva. Walaupun ditutup dengan kain kasa dan dapat berhubungan dengan udara luar, tetapi lalat tidak dapat masuk.
Stoples III : ditemukan adanya larva, karena lalat dapat masuk.
Kesimpulan percobaan Redi yaitu bahwa adanya larva (kehidupan) yang terdapat pada daging yang membusuk bukan berasal dari keratan daging yang merupakan benda mati, tetapi berasal dari lalat yang masuk dan bertelur pada keratan daging.
Beberapa orang tetap berkeberatan terhadap hasil eksperimen Redi dan Spallanzani, mereka itu berpendapat bahwa untuk dapat timbul kehidupan secara serta merta dari benda mati, diperlukan adanya gaya hidup, dan gaya hidup ini pada percobaan Spallanzani tersebut tidak dapat melakukan fungsinya karena botol atau tabung percobaan tertutup rapat-rapat.
c. Louis Pasteur (1822 – 1895)
Louis Pasteur berkebangsaan Perancis berusaha memperbaiki metode Spallanzani dengan menggunakan bentuk tabung kaca untuk menutup labu-labu yang berbentuk melengkung seperti leher angsa atau huruf S. Sehingga labu tersebut walaupunn tertutup masih berhubungan dengan udara luar.
Percobaan Pasteur
I. 1. Dalam percobaan ini digunakan labu yang ditutup dengan pipa yang berbentuk leher angsa (huruf S).
2. Labu diisi dengan air kaldu, kemudian disterilkan dengan cara dipanaskan.
3. Labu didinginkan selama beberapa hari. Setelah diamati ternyata air kaldu di dalam labu itu tetap jernih dan tidak ditemukan adanya mikroorganisme.
Ini menunjukkan dengan pemanasan maka mikroorganiesme yang dapat tumbuhb dalam air kaldu akan mati dan udara bebas yang mengandung mikroorganisme tidak dapat masuk ke dalam labu sebab terhalang oleh adanya pipa yang berbentuk leher angsa itu.
II. 1. Labu dimiringkan sehingga air kaldu di dalamnya mencapai ujung pipa yang berbentuk leher angsa tersebut, sehingga air kaldu itu berhubungan dengan udara luar, kemudian dibiarkan beberapa hari.
2. Ternyata setelah diteliti air kaldu terlihat keruh yang menunjukkan adanya mikroorganisme. Pasteur berkesimpulan bahwa mikroorganisme yang
tumbuh di dalam air kaldu itu bukan berasal dari benda mati (air kaldu), tetapi berasal dari mikroorganisme yang terdapat di udara bebas.
Dengan percobaan Pasteur ini maka gagallah teori Generatio Spontanea. Kemudian timbul pendapat :
Omne vivum ex ovo (kehidupan/semua yang hidup berasal dari telur).
Omne ovum ex vivo (semua telur berasal dari makhluk hidup) Ini berarti dapat disimpulkan :
1. Kehidupan berasal dari telur dan telur dihasilkan makhluk hidup.
2. Makhluk yang hidup sekarang berasal dari kehidupan sebelumnya.
3. Makhluk hidup berasal dari makhluk hidup juga.
3. Konsep tentang hidup menurut biologi modern.
Beberapa ahli berpendapat bahwa kehidupan mula-mula yang timbul di bumi adalah akibat reaksi-reaksi kimia. Molekul-molekul yang terdapat di dalam lautan, dengan suhu yang tinggi memungkinkan terjadinya zat hidup.
Tetapi ahli lainnya berpendapat bahwa tempat pertama terjadinya kehidupan adalah di atmosfer.
- Teori Harold Urey
Harold Urey adalah seorang ahli kimia dari Amerika Serikat. Dia berpendapat bahwa atmosfer bumi pada suatu saat kaya akan molekul-molekul CH4 (metana), NH3
(amoniak), H2 (hidrogen), dan H2O dalam bentuk gas.
Pada suatu saat denga adanya energi yang berasal dari aliran listrik halilintar dan radiasi-radiasi sinar kosmis, maka unsur-unsur tersebut yang merupakan komponen asam amino mengadakan reaksi-reaksi kimia membentuk zat hidup yang memungkinkan terjadinya suatu kehidupan.
Selain Urey, Oparin seorang ilmuwan Rusia juga berpendapat sama. Pendapatnya yang dikenal dengan teori Oparin, bahwa kehidupan pertama terjadi di atmosfer.
Stainley Miller tahun 1953 di Universitas Chicago melakukan percobaan untuk menguji teori Urey.
Dalam percobaan ini Miller berhasil membuktikan bahwa apabila bunga api listrik yang berasal dari sumber listrik bertegangan tinggi diberikan ke dalam saluran yang di dalamnya mengalir campuran uap air (H2O), amoniak (NH3), hidrogen (H2), dan metana (CH4) maka zat yang terbentuk adalah asam amino.
Asam amino merupakan komponen dasar protein yang merupakan zat penting untuk membentuk protoplasma yang merupakan substansi dasar kehidupan.
Setelah membaca modul ini Anda diharapkan memahami sel sebagai struktur dasar kehidupan.
a. Setelah mempelajari modul ini Anda diharapkan dapat :
b. Menyebutkan struktur sel dan bagian-bagiannya dengan menggunakan gambar c. Menjelaskan fungsi dari bagian-bagian atau organel dalam sel
d. Menjelaskan perbedaan antara sel tumbuhan dan sel hewan dengan menggunakan
e gambar
. Menjelaskan proses-proses metabolisme sel f. Menjelaskan cara-cara reproduksi sel
STRUKTUR SEL DAN FUNGSI BAGIAN-BAGIANNYA Uraian dan Contoh
Sebagai unit terkecil mahluk hidup secara struktural dan fungsional, sel terdiri atas membran plasma, sitoplasma, nukleus, dan organel-organel lain yang masing-masing mempunyai fungsi khusus dan yang secara bersama menyususn sistem yang kompak.
Sel penyusun tubuh hewan berbeda dengan sel penyusun tubuh tumbuhan. Sel tumbuhan memiliki dinding sel yang kaku, sedang sel hewan tidak memiliki dinding sel yang kaku. Meskipun tipe sel itu bermacam-macam, terdapat persamaan tertentu pada sifat-sifat bentuk dan fungsional yang lazim bagi kebanyakan sel.
Membran plasma
Setiap sel terbungkus oleh suatu membran semipermeabel selektif, yaitu organel yang memisahkan bagian dalam sel dengan lingkungan luarnya. Membran ini disebut juga membran plasma, karena membungkus plasma sel (sitoplasma).Struktur membran plasma sama dengan membran yang membentuk berbagai organel. Membran sel terdiri atas 60 % protein pada lapisan sebelah luar dan 40 % lipid pada sebelah dalam. Lipid merupakan lipid bilayer yang membentuk membran plasma, terdiri atas 65 % fosfolipid, 25 % kolesterol, 10 % lipid lainnya. Fosfolipid mengandung gugus fosfat dan terdiri atas bagian kepala (polar head) yang bersifat hidrofilik (suka air) dan bagian ekor (nonpolar tail) yang bersifat hidrofobik (tidak suka air). Sifat hidrofobik terutama disebabkan oleh komponen lipid, walaupun terdapat bagian tertentu dari senyawa lipid yang memberikan sifat hidrofilik, yaitu bagian molekul lipid yang berikatan dengan gugus fosfat atau senyawa organik yang bersifat hidrofilik. Senyawa protein dan karbohidrat memberikan sifat hidrofilik. Orientasi protein dalam interaksinya dengan lapisan lipid dapat berbeda- beda : yaitu dengan adanya protein yang terbenam dalam lapisan lipid (intrinsik), disebut protein integral, menempel pada permukaan lapisan lipid (ekstrinsik) disebut protein perifer.
Gambar 1. Struktur membran plasma
Protein dan lipid yang menyusun membran, terdistribusi secara asimetrik baik di dalam maupun di luar sel. Karbohidrat digabungkan dengan protein atau lipid pada permukaan membran bagian luar, sehingga membran plasma berfungsi memelihara susunan membran dalam menghadapi proses transport melalui membran, mengatur pertukaran substansi zat dari sel ke sel dan antara sel dengan lingkungannya, serta memberi sifat antigenik pada membran.
Proses transport melalui membran.
Transpor molekul-molekul zat melalui membran berlangsung secara difusi, osmosis, dan transpor aktif.
a. Osmosis dan difusi melalui membran.
Senyawa yang dapat masuk melalui membran, disebut permeabel terhadap membran.
Jika air atau pelarut lainnya merupakan satu-satunya yang dapat melalui membran, maka membran tersebut disebut semipermeabel.
Pergerakan air dari daerah konsentrasi rendah (hipotonis) menuju konsentrasi yang lebih tinggi (hipertonis), menyebabkan kesetimbangan konsentrasi (larutan isotonis). Pergerakan air terhadap respon gradien konsentrasi ini dikenal sebagai osmosis. Proses osmosis dapat diterangkan dengan menggunakan selofan yang permeabel terhadap air dan molekul- molekul kecil seperti garam, gula, dan asam amino, namun tidak permeabel terhadap protein.
Jika kantong selofan diisi dengan larutan garam pada konsentrasi tertentu dan dihubungkan dengan tabung kaca yang dibenamkan dalam kontainer destilasi air, maka air akan masuk ke dalam kantong selofan secara osmosis. Masuknya air ke selofan akan menyebabkan air pada tabung gelas akan naik . Garam meresap ke dalam membran selofan lebih lambat daripada air, kadang-kadang terjadi air meresap sebelum molekul garam tersebut keluar dari kantong, masuk ke dalam air di sekelilingnya. Pergerakan molekul terlarut (garam) dari daerah konsentrasi tinggi (di dalam kantong) ke konsentrasi rendah (di luar kantong) terjadi pada proses difusi. Pergerakan air ke dalam kantong selofan diikuti oleh difusi garam dari kantong.
Jika konsentrasi di dalam kantong rendah, maka tingkat cairan dalam tabung gelas akan turun, dan air akan keluar dari kantong melalui osmosis. Pergerakan garam dan air berlanjut terus hingga tercapainya konsentrasi garam di dalam dan di luar kantong setimbang.
b. Transpor aktif
Pergerakan substansi ke dalam membran tergantung kepada adanya gradien konsentrasi, dan biasanya pergerakan solut atau substansi tersebut sesuai dengan arah gradien konsentrasi. Tetapi dapat juga suatu substansi bergerak masuk atau keluar sel berlawanan dengan gradien konsentrasi, dimana hal tersebut membutuhkan energi dan disebut transpor aktif. Transpor aktif akan terjadi jika sel tersebut :
1. Berada pada temperatur sangat rendah (2 – 4oC)
2. Adanya racun metabolik (sianida atau asam amino asetat) 3. Hilangnya sumber energi
Transpor aktif dapat dipelajari pada contoh : tanaman Nitella, yaitu ganggang hijau yang hidup di air tawar/kolam. Kandungan mineral (Na, K, Ca, Mg, dan Cl) di dalam sel tanaman tersebut lebih besar daripada kandungan mineral dalam kolam. Dengan demikian tumbuhan melakukan penyerapan mineral secara aktif sehingga mampu
mengakumulasikan mineral di dalam selnya. Membran plasma dari kebanyakan sel mempunyai kemampuan untuk memompa ion natrium (Na+) ke luar sel melalui membran plasma. Kemampuan tersebut disebut pompa natrium. Biasanya pompa natrium diikuti dengan pompa kalium (K+) dari luar sel ke dalam sel melewati membran plasma. Kombinasi kedua ion tersebut dinamakan pompa natrium- kalium.Pemompaan ion tersebut dilakukan secara aktif. Dalam hal ini diperlukan energi yang bersumber dari penguraian ATP. Contoh lain, yaitu pada pengangkutan glukosa dan asam amino yang melewati sel epitel (membran) usus halus dan pembuluh darah kapiler. Walaupun perbedaan kadar ion natrium tidak terdapat diantara yang ada di dalam sel dan yang di luar sel, ternyata pengangkutan tetap terjadi. Telah diketahui bahwa membran plasma mengandung protein. Protein inilah yang berfungsi mengikat ion natrium bersama glukosa maupun bersama asam amino.
Hal ini menunjukkanbahwa kadar glukosa maupun asam amino lebih besar di luar sel daripada di dalam sel, sehingga memungkinkan berlangsungnya difusi aktif zat-zat tersebut.
A B
Gambar 2. Proses osmosis; dalam tabung (A) dan molekuler (B) Nukleus (inti sel)
Nukleus merupakan pusat pengendali dalam sel. Nukleus mengandung kromosom, nukleolus, dan matriks yang dibatasi dengan membran rangkap berpori.
Bagian yang diselubungi oleh membran rangkap disebut nukleoplasma, dan yang berada di antara membran rangkap dengan membran sel disebut sitoplasma. Membran plasma rangkap bersama-sama dengan nukleoplasma membentuk suatu kesatuan yang disebut nukleus (inti). Membran plasma rangkap ini diberi nama selubung nuklear dengan membran ke arah nukleoplasma disebut membran dalam atau membran Nukleoplasmik dan yang mengarah ke sitoplasma disebut membran luar. Di dalam nukleoplasma terdapat suatu massa bulat yang disebut nukleolus dan bahan pembawa informasi genetik yang disebut materi genetik berupa DNA yang tersusun dalam kromosom. Segmen DNA dinamakan gen, yang bertanggungjawab pada sifat-sifat khas organisme, misalnya golongan darah dan warna mata. Nukleolus dan materi genetik terdapat melayang-layang di dalam suatu cairan yang disebut matriks nuklear. Nukleolus merupakan tempat sintesis RNA yang digunakan dalam perakitan ribosom. Nukleus berfungsi menyimpan dan mengirimkan informasi sel.
Gambar 3. Nukleus Sitoplasma
Sitoplasma terdapat di dalam sel di luar nukleus, terdiri dari sitosol berupa koloid yang transparan, dan berbagai organel. Larutan koloid berbentuk sol (cair) atau berbentuk gel (pekat). Bagian terluar sitoplasma sering bersifat gel. 50 % volume suatu sel terdiri dari sitosol. Beribu-ribu jenis enzim yang terlibat dalam proses metabolisme terlarut di dalam sitosol. Sitosol terdiri atas 90 % air dan membentuk larutan yang berisi berbagai zat dan molekul, seperti garam, gula, asam amino, nukleotida, vitamin, dan gas yang larut. Selain iti, cairan ini penuh dengan ribosom yang aktif mensintesis protein. Sekitar 50 % protein yang disintesis oleh ribosom ini tetap berada di sitosol.
Retikulum Endoplasma = RE
Semua sel eukariot mengandung RE. Organel ini bukan organel yang statis dan mudah dikenali, melainkan merupakan komponen dari suatu sistem membran yang dinamis. Sistem membran ini mencakup semua membran organel yang berada di dalam sel. Membran RE, merupakan lembaran yang berlipat-lipat, mengelilingi suatu ruangan yang disebut sisterna RE. Volume sisterna hampir 10 % volume sel. Dari mikrograf elektron terlihat bahwa, terdapat dua daerah RE yang berbeda secara fungsional. Daerah ini diberi nama retikulum endoplasma kasar (RER), yaitu daerah yang permukaan membran RE yang menghadap sitosol ditempeli ribosom, dan retikulum endoplasma licin (SER) yang secara fisik merupakan sebagian dari membran yang sama, tetapi pada permukaan sitosolnya tidak terdapat ribosom.
RE merupakan pusat biosintesis sel, berperan dalam sintesis protein, sintesis lemak, dan transpor materi di dalam sel. Protein transmembran dan lipida dari membran RE, Golgi, lisosom, membran sel, dan membran organel yang lain, awal sintesisnya berhubungan erat dengan membran RE.
Gambar 4. Mikrograf elektron Retikulum Endoplasma Ribosom
Ribosom merupakan butir globular dengan garis tengah sekitar 150 – 200 Angstrom. Butir-butir ini ditemukan dalam semua sel prokariot maupun eukariot. Pada sel prokariot terdapat bebas di sitosol, sedangkan pada sel eukariot terdapat bebas di sitosol, matriks mitokondria, stroma kloroplast, atau menempel pada permukaan sitosolik membran RE. Ribosom merupakan situs atau tempat berlangsungnya sintesis protein. Hubungan struktural antara RE dengan ribosom membentuk RER juga sering disebut ergastoplasma. Sering pula terlihat lingkaran-lingkaran kecil yang terdiri dari beberapa buah ribosom. Bentukan ini disebut polisom. Ribosom terdiri dari dua bagian yang tidak sama besar , satu kecil dan yang lainnya besar. Sub unit besar dan sub unit kecil tersebut mengandung rRNA dan berbagai jenis protein. Ribosom sel prokariot memiliki koefisien sedimentasi 70 S, sedangkan sel eukariot koefisien sedimentasinya 80 S. Ribosom prokariot maupun eukariot memiliki peranan dan pola yang mirip satu sama lain. Masing-masing terdiri dari subunit besar dan subunit kecil.
Dalam proses sintesis protein, subunit kecil mengikat mRNA dan tRNA, sedangkan subunit besar berperan dalam proses pembentukan ikatan polipeptida.
Lisosom dan peroksisom
Lisosom terutama ditemukan dalam sel hewan. Lisosom adalah struktur yang agak bulat yang dibatasi membran tunggal dengan diameter sekitar 1,5 μm, walaupun kadang-kadang ditemukan pula lisosom sekecil 0,05 μm. Lisosom dihasilkan oleh aparat Golgi yang penuh dengan protein, berisikan kira-kira tiga lusin macam enzim hidrolitik. Enzim yang mencernakan polisakarida, lipid, fosfolipid, asam nukleat, dan protein semuanya tersedia. Mungkin dengan terkurung di dalam lisosom maka enzim- enzim tersebut terhalangi untuk mencernakan komponen-komponen dalam sel.
Lisosom berfungsi terutama dalam proses pencernaan intraseluler ( di dalam sel).
Makanan yang dicerna berupa partikel padat (dari luar sel) dan juga organel sel yang telah rusak (dari dalam sel). Partikel-partikel tersebut dimasukkan ke dalam lisosom secara fagositosis, yaitu mencaplok ‘makanan’. Hasil pencernaan partikel zat di dalam lisosom diabsorbsi atau berdifusi masuk kedalam sitoplasma sel dan selanjutnya diasimilasikan, yaitu dibentuk menjadi zat-zat lain yang diperlukan. Proses pembuangan (pengeluaran) struktur yang tidak berguna atau telah rusak yang terdapat di dalam sel disebut autofagi.
Lisosom juga berperan penting dalam matinya sel-sel. Bila sel luka atau mati, lisosomnya membantu dalam menghancurkannya. Kematian sel merupakan tingkatan yang penting dalam daur hidup beberapa organisme. Sebagai contoh, peristiwa penanggalan ekor berudu pada metamorfosis. Pada waktu berudu berubah menjadi katak, ekornya secara bertahap diserap. Sel-sel ekornya yang kaya akan lisosom mati, dan hasil penghancurannya digunakan dalam pertumbuhan sel-sel baru katak yang berkembang. Peristiwa swadestruksi sel dengan cara mengeluarkan/melepaskan isi lisosom dalam sel disebut autolisis.
Peroksisom besarnya hampir sama dengan lisosom (0,3 – 15 μm) dan juga dibatasi oleh membran tunggal. Juga mirip lisosom karena penuh berisi enzim, dan yang paling khas adalah katalase. Enzim ini mengkatalisis perombakan hidrogen peroksida (H2O2), produk yang berpotensi racun pada metabolisme sel. Peroksisom juga berperan dalam perubahan lemak menjadi karbohidrat dan dalam perubahan purin dalam sel. Pada hewan, peroksisom terkurung dalam sel-sel hati dan ginjal. Pada tumbuhan terdapat dalam berbagai tipe sel. Baik pada tumbuhan maupun hewan mungkin peroksisom dihasilkan oleh retikulum endoplasma.
A B
Gambar 5 . Lisosom (Benda kecil hitam dalam sitoplasma) sel neutrofil (A) Proses pembentukan lisosom (B)
Kompleks Golgi
Kompleks Golgi dijumpai pada hampir semua sel tumbuhan dan hewan. Terdiri dari setumpuk kantung pipih yang dibatasi membran. Tumpukan kantung pipih ini disebut diktiosom, dan setiap kantung pipih disebut sakulus. Sebuah diktiosom memiliki dua permukaan yaitu permukaan cis atau pembentukan, dan permukaan trans atau pemasakan. Di sekitar diktiosom terdapat dua kelompok vesikuli (bola-bola kecil). Kelompok pertama terdiri dari vesikuli kecil berdiameter sekitar 200 Ao. Vesikuli ini disebut vesikuli peralihan yang terdapat di antara permukaan cis dan RE.
Kelompok kedua terdiri dari vesikuli berukuran antara 400 – 800 Ao disebut vesikuli sekretoris, terletak di tepi permukaan trans.
Kompleks Golgi terutama amat penting dalam sel-sel yang secara aktif terlibat dalam sekresi. Protein yang disintesis oleh RER dipindahkan ke dalam kompleks Golgi, di sini karbohidrat tambahan dapat dibubuhkan kepadanya. Protein-protein tersebut terkumpul di dalam kantung-kantung tadi sampai penuh. Kantung-kantung tersebut dapat berpindah ke permukaan sel dengan mengeluarkan isinya ke bagian luar. Kadang-kadang kompleks Golgi juga berperan dalam pengangkutan lipida dan
pembentukan lisosom. Kantung-kantung berprotein yang lain pada kompleks Golgi dapat disimpan di dalam sel sebagai lisosom. Kompleks Golgi juga merupakan situs sintesis polisakarida, seperti pada mukus. Selulosa yang disekresikan oleh sel tumbuhan untuk membentuk dinding sel disintesis pada kompleks Golgi.
A
B
Gambar 6. Skema kompleks Golgi (A) fotomikrograf (B)
Mitokondria
Mitokondria adalah organel yang berperan dalam respirasi sel. Mitokondria mempunyai ukuran, bentuk, dan jumlah yang bervariasi menurut jaringan dan keadaan fisiologik sel. Kebanyakan mitokondria berbentuk jorong, dengan ukuran berkisar antara 0,5 μm dan 1,0 μm dan panjang sampai 7 μm. Biasanya, makin kecil jumlah mitokondria dalam suatu sel, makin besar ukuran organel tersebut. Mikrograf elektron menunjukkan bahwa setiap mitokondria dibatasi oleh membran ganda, disebut membran luar dan membran dalam. Membran dalam membagi ruangan organel dalam dua bagian : matriks, yang berisi cairan seperti gel yang diliputi membran dalam dan ruang antar membran yang berisi cairan encer. Membran dalam mempunyai area permukaan yang lebih luas karena terlipat-lipat dan masuk ke dalam matriks.
Tonjolan-tonjolan ini disebut krista, dan bervariasi dalam hal jumlah dan bentuknya.
Respirasi sel terjadi pada krista dan matriks mitokondria. Pada krista terjadi proses oksidasi fasforilasi dan transfer elektron, sedangkan pada matriks terjadi daur Krebs dan oksidasi asam lemak.
Kebanyakan protein pada membran mitokondria adalah enzim yang mengkatalisis reaksi kimia yang berhubungan dengan respirasi. Mitokondria mempunyai banyak fungsi metabolik didalam sel, termasuk fase-fase yang menghasilkan tenaga pada metabolisme karbohidrat dan lemak (respirasi), sintesis ATP, dan sintesis porfirin.
Mitokondria cenderung untuk berkumpul di daerah sel yang paling aktif. Sel saraf, sel otot, dan sel sekretori mengandung banyak mitokondria.
Gambar 7. Mitokondria Kloroplas
Kloroplas adalah plastida yang berwarna hijau, umumnya berbentuk lensa, dengan diameter 2 – 6 μm dan tebal 0,5 – 1,0 μm, terdapat di dalam sel tumbuhan lumut (Bryophyta), paku-pakuan ( Pterydophyta), dan tumbuhan berbiji (Spermatophyta).Jika dilihat dengan mikroskop cahaya pembesaran kuat, kloroplas sering kelihatan berbentuk butir. Kloroplas dibatasi oleh membran ganda. Pada bagian sebelah dalam terdapat bahan dasar (matriks) yang tidak berwarna disebut stroma. Di dalam stroma tertanam struktur yang kelihatan berwarna tua disebut grana. Grana saling dihubungkan oleh lamela. Satu grana terdiri atas satu tumpukan lamela, disebut tilakoid. Tiap lamela terdiri atas lapisan protein, lipid, klorofil, dan karotenoid yang terdiri atas karoten dan xantofil. Pada stroma terdapat juga butir-butir amilum, tetes lipida, ribosom, polisom, serta DNA dan RNA.
Secara umum suatu sel mesofil daun mengandung 30 – 500 butir kloroplas yang berbentuk cakram atau gelendong. Bentuk kloroplas yang beraneka ragam ditemukan pada ganggang (Algae). Kloroplas berbentuk jala ditemukan pada Cladophora, berbentuk pita spiral pada Spirogyra, sedangkan bentuk bintang pada Zygnema.
Bagian-bagian yang membedakan antara membran kloroplas dengan membran plasma yang lain adalah adanya pigmen fotosintesis, yaitu klorofil, karoten dan xantofil. Pigmen yang paling utama diantaranya ialah klorofil. Hijaunya klorofil yang tergabung dalam membrannya itulah yang memberikan warna hijau kepada kloroplas dan kepada sel serta jaringan tumbuhan yang terkena cahaya. Klorofil menangkap energi matahari dan memungkinkannya digunakan untuk fotosintesis. Jadi kloroplas merupakan tempat fotosintesis.
A B Gambar 8. Kloroplas: Fotomikrograf (A) skematis (B) Mikrotubula
Mikrotubula adalah silinder protein yang terdapat pada kebanyakan sel hewan dan tumbuhan. Diameter mikrotubula ± 24 nm dengan tebal dinding 5 nm. Protein yang membentuk mikrotubula disebut tubulin. Ada dua macam, α-tubulin dan β-tubulin.
Keduanya mempunyai ukuran yang hampir sama, masing-masing dengan berat molekul sekitar 55.000 dalton. Sebelum molekul-molekul tubulin terkait menjadi mikrotubula, terlebih dahulu mereka menyusun diri membentuk protofilamen, dengan jalan subunit tubulin β dari sebuah molekul tubulin berlekatan dengan subunit α dari molekul tubulin yang lain yang berada disampingnya. Sebuah mikrotubula yang juga disebut singlet mikrotubula terdiri dari 13 protofilamen yang tersusun membentuk suatu lingkaran. Jika 3 buah protofilamen dari sebuah mikrotubula (mikrotubula A), juga menjadi milik mikrotubula yang lain (mikrotubula B), dua buah mikrotubula tersebut diberi nama doublet.
Mikrotubula berperan penting dalam pembelahan sel, yaitu mengontrol pemisahan kromatid atau kromosom pada bidang pembelahan. Seluruh barisan mikrotubula yang berperan serta dalam proses itu disebut gelendong. Mikrotubula juga digunakan dalam pembentukan sentriol, benda basal, dan flagela. Mikrotubula pada benang spindel berfungsi dalam hal menggerakkan kromosom atau kromatid menuju ke kutub pembelahan Sedangkan pada silia dan flagel mikrotubula berfungsi menimbulkan gerakan bergetar.Fungsi mikrotubula yang lain adalah sebagai pemandu gerakan organel di dalam sitoplasma, sebagai penentu tempat RE dan kompleks Golgi di dalam sitoplasma, dan juga sebagai rangka sitoplasma (sitoskeleton) yang memberi bentuk tertentu pada sel organisme.
Gambar 9. Mikrotubula membentuk gelendong pembelahan Mikrofilamen
Mikrofilamen adalah serat tipis panjang berdiameter 5 – 6 μm, terdiri dari molekul protein aktin. Selain aktin terdapat pula mikrofilamen yang disebut miosin dan tropomiosin yang banyak dijumpai di sel otot. Banyak mikrofilamen membentuk kumpulan atau jaring pada berbagai tempat dalam sel. Adanya hal itu dihubungkan dengan gerak sel. Bila sel hewan membelah menjadi dua, maka terbentuklah seberkas mikrofilamen dan memisahkan kedua sel anak tersebut. Pada banyak sel sitoplasmanya bergerak-gerak dan fenomena ini dinamakan aliran sitoplasmik.
Gerakan ini bergantung pada adanya mikrofilamen. Mikrofilamen berperan dalam hal menimbulkan gerak sel menyeluruh atau gerak substansi dalam sel. Mikrofilamen juga merupakan ciri yang penting sekali dalamsel yang berpindah-pindah dan berubah-ubah bentuknya. Mikrofilamen aktin juga perperan membantu perlekatan sel pada substansi antar sel dan sel-sel lainnya yang berada dalam satu jenis jaringan. Bila aktin terdapat dalam sel yang dibiakkan, filamen-filamen ini akan menyebabkan sel-sel tersebut mampu melekat pada substrat tempat dia tumbuh.
Perbedaan antara sel tumbuhan dan sel hewan
Sel tumbuhan memiliki organel tertentu yang berbeda dengan sel hewan. Sel tumbuhan memiliki dinding sel, vakuola permanen, dan plastida. Sel tumbuhan juga memiliki lamela tengah dan plasmodesmata di antara dua sel yang berdekatan. Bahan timbunan sel pada tumbuhan berupa zat patiatau zat tepung dan protein. Sedangkan sel hewan memiliki 2 sentriol di dalam sentrosom untuk pembelahan sel, vakuola yang bersifat temporer, dan bahan timbunan sel berupa zat glikogen dan lemak.
a. Dinding sel
Dinding sel tumbuhan merupakan matriks ekstrasel yang rumit, yang mengelilingi setiap sel pada tubuh tumbuhan. Dinding sel tumbuhan pada umumnya lebih tebal, kuat, dan kaku daripada membran sel maupun matriks sel hewan. Dinding sel
merupakan pelindung bagi sel yang berada di dalamnya. Selain itu sebagai jalan masuk dan keluar air serta materi zat secara difusi, osmosis, dan transpor aktif, memberi
bentuk tertentu pada sel, dan bersama-sama vakuola menjaga turgiditas sel untuk menopang tubuh.
Secara keseluruhan dinding sel terdiri atas lamel tengah, dinding primer di bagian sisi lamel tengah, dan dinding sekunder yang dibentuk pada dinding primer.
Disaat sel masih muda dinding sel masih tipis dan lunak. Dinding ini disebut dinding primer. Dinding sel primer disintesis oleh sel yang memilikinya disaat sel sedang tumbuh. Pada dinding ini , mikrofibrila selulosa tersusun ke segala arah. Setelah sel dewasa, dinding menjadi tebal, kuat, dan kaku. Dinding ini adalah dinding sekunder.
Dinding sel sekunder terbentuk setelah sel mencapai ukuran maksimum. Serabut selulosa pada dinding ini tersusun sejajar satu terhadap yang lain di setiap lapisan dinding. Setiap dinding sel bertautan dengan dinding sel tetangga, merekatkan mereka membentuk tubuh yang utuh. Walaupun sel tumbuhan terkurung di dalam ruangan berdinding tebal
namun hubungan langsung antar sel tetap dapat berlangsung dengan perantaraan plasmodesmata, yaitu benang sitoplasma halus yang menembus melalui lubang- lubang halus (noktah) yang terdapat pada dinding sel. Komposisi dinding sel sangat bervariasi, sesuai jenis selnya. Selain selulosa, hemiselulosa, pektin, dan glikoprotein, dinding sel tumbuhan mengandung pula lignin, kutin, dan suberin. Dinding sel fungi dan bakteri berbeda dari dinding sel tumbuhan tinggi dalam beberapa hal. Dinding sel pada fungi mengandung kitin dan β-glukan, dan strukturnya berlapis-lapis tergantung pada kedewasaan dinding. Sedangkan dinding sel bakteri mengandung peptidoglikan.
b. Vakuola
Vakuola adalah organel sitoplasmik yang berisi cairan. Pada sel tumbuhan yang masih muda jumlah vakuola banyak dan kecil-kecil, dan letaknya menyebar. Pada sel tumbuhan yang telah dewasa terdapat vakuola permanen, ukurannya lebih besar dan umumnya terletak di bagian tengah sel. Vakuola dibatasi membran plasma yangdisebut tonoplas. Vakuola pada sel tumbuhan berisi cairan yang di dalamnya terlarut zat-zat yang bersifat mati dan cair, yaitu koloid, minyak atsiri, dan antosian pada bunga. Zat-zat penting yang juga terdapat dalam vakuola diantaranya adalah amilum yang terbentuk dalam plastida berupa karbohidrat atau polisakarida. Selain itu dijumpai pula adanya aleuron, kristal kalsium oksalat, protein, lipid, hars, dan sebagainya.
Pada sel hewan vakuola bersifat temporer, artinya bersifat sementara Vakuola dibentuk ketika diperlukan dan menghilang setelah tugasnya selesai.Vakuola berperanan menimbun dan memindahkan senyawa tertentu, kadang-kadang berisi cairan yang di dalamnya terlarut beberapa zat antara lain gula dan pigmen.
Pada hewan tertentu membran sel membentuk kantung yang mengelilingi partikel makanan, kemudian akan membentuk vakuola makanan yang berperan mencerna dan mengedarkan sari makanan. Pada hewan ini terdapat vakuola yang menampung kelebihan air tubuhnya dan dibuang secara teratur bersama sisa metabolisme disebut vakuola kontraktil. Secara umum peranan vakuola adalah mengatur tekanan osmosa sel dengan mengatur kepekatan plasma sel.
c. Plastida
Plastida hanya dijumpai pada sel tumbuhan dan beberapa sel hewan yang bersel tunggal. Ukurannya kedua setelah inti, berwarna, bentuk bulat memanjang, spiral, cakram, dan bintang.
Plastida dapat dibedakan atas :
- Leukoplas : plastida yang tidak berwarna, terdapat pada bagian tumbuhan yang masih muda atau tidak terkena sinar matahari, seperti akar dan batang dalam tanah, terdiri atas ;
• Leukoamiloplas atau amiloplas yang berfungsi mengubah glukosa menjadi tepung (amilum).
• Elaioplas, merupakan plastida tak berwarna berfungsi membentuk minyak.
- Kloroplas : plastida berwarna hijau, terdapat pada sel-sel yang aktif berfotosintesis. Fungsinya untuk mengabsorpsi CO2 dari udara dan energi dari cahaya untuk melaksanakan fotosintesis, dan di dalamnya terdapat ;
• Klorofil atau butir-butir hijau daun, terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi. Fungsinya adalah mengabsorpsi energi matahari dan sebagai katalisator reaksi kimia pada pembentukan zat makanan,terdiri atas campuran 4 macam pigmen, yaitu ;
- Klorofil a = C55H72O5N4Mg -Klorofil b = C55H70O6N4Mg - Karotin = C40H55 -Xantofil = C40H55O2
- Kromoplas : umumnya berwarna kuning atau jingga, mengandung karotenoid misalnya terdapat pada petal bunga dan buah, serta umbi wortel.
d. Sentriol
Sel hewan dan beberapa mikroorganisme dan tumbuhan tingkat rendah mengandung dua sentriol yang terdapat dalam sitoplasma di dekat permukaan sebelah luar nukleusnya. Setiap sentriol terdiri atas sebaris silinder sebanyak sembilan
mikrotubula. Akan tetapi setiap mikrotubula tadi mempunyai dua bagian yang terikat padanya. Kedua sentriol biasanya berhadapan dengan sudut tegak lurus. Sejenak sebelum sel membagi diri, sentriolnya berduplikasi dan satu pasang berpindah ke sisi berlawanan pada nukleus. Gelendong kemudian terbentuk diantaranya. Pada beberapa sel, sentriol berduplikasi untuk membentuk benda basal silia dan flagela.
Gambar 10 . Skema struktur organisasi sel tumbuhan dengan sel hewan Rangkuman
Sel penyusun tubuh tumbuhan berbeda dengan sel penyusun tubuh hewan. Sel tumbuhan memiliki dinding sel yang kaku, sedang sel hewan tidak memiliki dinding sel yang kaku. Di sebelah dalam dinding sel dijumpai senyawa kimia yang memiliki
tanda-tanda hidup, disebut protoplasma. Protoplasma mencakup ; sitoplasma, yang bagian tepinya terdiferensiasi menjadi selaput tipis yang disebut membran plasma, dan nukleoplasma. Sitoplasma terdiri dari matriks sitoplasmik atau sitosol, dan ruangan-ruangan yang dikelilingi membran yang disebut organel. Organel-organel tersebut adalah : retikulum endoplasma, kompleks Golgi, lisosom, peroksisom, mitokondria, dan kloroplas. Nukleoplasma beserta selubungnya disebut nukleus. Di dalam nukleoplasma terdapat anyaman kromatin yang terlihat pada sel dalam stadium interfase atau kromosom yang terlihat di saat sel mengalami mitosis. Struktur organisasi sel hewan mirip dengan sel tumbuhan, dengan catatan bahwa pada sel hewan tidak dijumpai plastida (kloroplast) maupun dinding sel.
Setiap mahluk hidup tumbuh dan berkembang. Pertumbuhan diawali dari pembelahan sel. Pada organisme uniseluler, seperti Amoeba dan Pleurococcus, pembelahan sel adalah reproduksi sel secara aseksual atau reproduksi vegetatif.
Sebuah sel membelah diri menjadi dua sel anak, kemudian membelah lagi menjadi 4, 8, 16, dan seterusnya. Dengan demikian polulasi organisme semakin bertambah. Pada organisme multiseluler, seperti hewan dan tumbuhan tingkat tinggi, pembelahan sel atau reproduksi sel adalah cara pertumbuhan atau perkembangan. Organisme ini menjadi bertambah besar ukurannya, isinya sehingga mencapai ukuran dewasa.
Sel bereproduksi secara mitosis dan meiosis Amitosis
Pembelahan amitosis adalah pembelahan sel secara langsung. Pembelahan ini dimulai dengan pembelahan inti sel (nukleus) menjadi dua bagian secara langsung tanpa melalui pembentukan benang spindel, tanpa adanya pelarutan dinding nukleus serta kromosom tidak tampak. Kromosom yang terdapat dalam nukleus sel induk didistribusikan kepada kedua anak nukleus secara acak. Urutan tahap pembelahan tidak ada.
Contoh : pembelahan nukleus sel endosperm tumbuhan Angiospermae, dan pembelahan makronukleus pada sel hewan Ciliata.
Mitosis
Mitosis terjadi pada perbanyakan sel tubuh, dan menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom sama dengan sel induk (2n). Pembelahan mitosis terjadi pada perbanyakan sel tubuh atau sel somatik, misalnya sel meristem pada tumbuhan, seperti pada ujung batang, ujung akar, dan sel kambium. Apabila sel ini membelah, jumlah sel menjadi berlipat ganda, akibatnya tubuh tumbuhan bertambah besar ukurannya.
Mitosis mudah ditelaah pada jaringan meristem pada titik tumbuh akar bawang.
Sel akar bawang yang baru terbentuk berisi 16 kromosom, 8 diantaranya disumbangkan oleh paternal yaitu tumbuhan yang menyediakan gamet jantan. Sisa yang 8 lagi disediakan oleh maternal, yaitu bawang yang menghasilkan telur. Untuk setiap kromosom maternal ada kromosom paternal yang amat mirip. Kromosom- kromosom yang serupa ini merupakan pasangan homolog.
Apabila sel tidak sedang dalam proses membelah diri, kromosom-kromosom (yang tersimpan di dalam nukleus) tidak tampak dengan bantuan mikroskop cahaya.
Manakala kromosom itu dalam keadaan seperti ini, kadang-kadang secara bersama disebut kromatin. Dari segi kimia, kromatin terdiri atas DNA dan protein dalam jumlah yang kira-kira sama. Pada keadaan ini sel aktif dalam sintesis RNA, dan juga dalam sintesis DNA sejenak sebelum pembelahan sel berikutnya. Pada banyak sel, termasuk bawang, satu atau lebih kromosom mempunyai nukleolus. Ini dapat diamati dengan mikroskop biasa.
Pada tahun 1879 Boveri dan Flemming menggambarkan peristiwa yang terjadi di dalam nukleus saat sel sedang membelah diri. Peristiwa yang terjadi dalam nukleus saat berlangsung pembelahan mitosis, yaitu profase, metafase, anafase dan telofase.
Antara mitosis pertama dan mitosis berikutnya terdapat interfase, yang sering dinamakan fase istirahat.
a. Profase
Tahap profase dimulai dengan pembelitan awal kromosom. Sementara pembelitan dan kondensasi (penebalan ) berlangsung, dua kromatid bersaudara dari masing- masing kromosom sering dapat dibedakan. Nukleolus mulai menghilang sedangkan kromosomnya mulai nampak. Melalui mikroskop elektron akan nampak partikel-partikel komponen nukleolus menyebar d seluruh nukleus.
Masing-masing dari 16 kromosom (8 pasang homolog) yang ada dalam sel yang semula terbentuk kini timbul kembali, berganda. Duplikatnya saling melekat di daerah khusus yang dinamai sentromer. Seluruh struktur itu dinamakan kromosom, dan setiap untaiannya disebut kromatid seasal. Kromosom-kromosom yang diduplikasi ini dapat dikatakan membentuk dublet. Dalam hal ini, sel bawang dalam profase mempunyai kromosom sejumlah 32. Pada sel hewan dan sel tumbuhan tingkat rendah, masing-masing sepasang sentriol bergerak menuju ke kutub sel yang berlawanan. Sentriol pada masing-masing kutub sel kemudian membentuk lengan-lengan (aster) di sekitarnya dan juga membentuk benang spindel (gelendong inti) menuju ke bidang ekuator. Pada tumbuhan tingkat tinggi sentriol tidak ada, pembentukan benang spindel dilakukan oleh materi sitoplasma yang letaknya berdekatan dengan nukleus.
b. Metafase
Metafase ditandai dengan munculnya gelendong. Kromosom yang sudah terdiri atas dua kromatid dan bergandengan pada sentromer menyusun diri pada bidang ekuator (bidang pembelahan). Kromosom tersebut terkait pada benang spindel (sekumpulan mikrotubula) di bagian sentromer.
c. Anafase
Anafase dimulai dengan pembelahan sentromer kromatid saudara dari pasangan yang kemudian memisah, masing-masing bergerak menuju kutub gelendong yang terdekat. Sekali berpisah, kromatid-kromatid itu dianggap sebagai kromosom anak.
Secara fisik, kromatid dan kromosom itu adalah struktur yang ekuivalen.
d. Telofase
Telofase merupakan kebalikan dari profase. Sekali perpindahan ke arah kutub telah diselesaikan, tebentuklah membran nuklear di sekitar perangkat kromosom anak, nukleolus terbentuk kembali. Pada saat ini gelendong mikrotubula
menghilang, kromosom melepaskan gulungannya, dan akhirnya lenyap, begitu pula benang spindel juga menghilang. Masing-masing nukleus anak sedikit demi sedikit menerima morfologi anafase. Bersamaan dengan kejadian tersebut terjadi pembelahan (pembagian) isi sel menjadi dua bagian yang sama disebut sitokinesis, dan nukleus kembali ke interfase.
Sitokinesis pada sel hewan diawali dengan pelekukan (konstriksi) membran plasma. Sedangkan pada sel tumbuhan dibentuk bidang pembelahan pada bagian tengah sel. Pada akhir telofase terbentuk dua sel anakan yang masing-masing sel anakan membawa atau mewarisi seperangkat kromosom yang jumlah dan bentuknya sama dengan yang dimiliki sel induk.
e. Interfase
Di antara mitosis pertama dan mitosis berikutnya terdapat interfase. Pada interfase sel tidak membelah diri, oleh karena itu dinamakan fase istirahat.
Pengertian istirahat bukan berarti tidak ada kegiatan sama sekali di dalam nukleus.
Sebenarnya di dalam nukleus terjadi kegiatan-kegiatan penting untuk persiapan mitosis berikutnya, seperti sintesis protein untuk bahan organel, sintesis ribosom, replikasi DNA, sehingga masing-masing kromososm sudah terdiri atas dua kromatid yang diikat oleh sentromer. Hanya saja kegiatan tersebut tidak nampak.
Interfase bukan bagian tahapan pembelahan mitosis, tetapi merupakan bagian dari siklus (daur) sel. Pembelahan mitosis terjadi hanya pada bagian tubuh mahluk hidup yang masih mengalami pertumbuhan, yaitu pada jaringan embrional. Pada tumbuhan terjadi pada sel meristem, sedangkan pada hewan terjadi pada sel somatik. Banyaknya waktu yang diperlukan dalam proses pembelahan mitosis berkisar antara 30 menit sampai dengan beberapa jam. Lamanya waktu yang tepat sangat beragam dengan tipe sel, spesies dan suhu lingkungan. Sebagai contoh pada sejenis kacang memerlukan waktu ± 25,5 jam dalam suhu 15oC, sedangkan dalam suhu 25oC memerlukan waktu ± 15 8 jam. Dengan adanya mitosis, sel bertambah banyak, dan sel anak yang baru terbentuk selalu tetap 2n atau diploid asal keadaan tetap normal. Jumlah kromosom setiap spesies selalu tetap dari generasi ke generasi. Setiap sel anak mendapat seperangkat lengkap kromosom yang identik dengan yang terdapat pada sel induknya. Jadi mitosis memberikan cara untuk memindahkan informasi ini tanpa mengalami perubahan pengurangan dari sel induk kepada sel anak. Dengan demikian fungsi mitosis adalah menjaga faktor genetik agar tetap. Semua macam reproduksi aseksual dilakukan oleh mitosis. Selain itu, pertumbuhan, regenerasi, dan penggantian sel pada mikroorganisme multiseluler dilaksanakan semuanya oleh mitosis sel-sel yang bersangkutan.
Gambar 11. Mitosis
Gambar 12. Perbandingan mitosis dan meiosis
Siklus sel
Urutan kejadian-kejadian yang berlangsung di antara pembentukan sel dan pembelahan sel dalam membentuk anakan sel dinamakan siklus sel atau daur sel, yang terdiri atas tiga tingkatan :
a. Interfase
Fase interfase merupakan periode sintesis dan pertumbuhan yang intensif. Sel membentuk banyak materi zat yang diperlukan untuk pertumbuhan dan untuk menyelenggarakan kegiatan sel, serta replikasi DNA.
b. Mitosis
Mitosis adalah proses pembelahan nukleus yang melibatkan pemisahan kromatid dan pendistribusiannya sebagai kromososm kepada anakan sel.
Mitosis terdiri atas empat fase, yaitu profase, metafase, anafase, dan telofase.
c. Pembelahan sel
Pada pembelahan sel terjadi pembagian sitoplasma dan organel kepada anak sel dalam jumlah yang sama.
Setelah interfase, selang beberapa waktu sel akan mulai lagi melakukan pembelahan secara mitosis sehingga merupakan suatu siklus. Secara keseluruhan siklus sel terdiri atas 5 fase besar, yaitu fase G1, fase S, fase G2, fase mitosis,, dan fase sitokinesis. Siklus sel memerlukan waktu tidak sama bagi setiap sel. Ada yang memerlukan waktu hanya beberapa jam dan ada pula yang sampai beberapa hari.
Fase G1, S, danG2, semuanya termasuk dalam interfase. Fase G1 ialah fase gap pertama, yaitu periode pertumbuhan secara umum dan pada fase ini terjadi replikasi organel-organel di dalam sitoplasma.. Fase S, adalah fase danreplikasi DNA. Fase G2
adalah fase gap kedua yaitu penyusunan struktur sel tertentu yang diperlukan pada pembelahan kromosom selama mitosis berlangsung. Setiap sel dari organisme yang berbeda, berbeda pula lamanya siklus sel. Sebagai contoh pada tanaman kacang, siklus sel memerlukan waktu kira-kira 19 jam, yang terdiri dari G1 5 jam, S 7 jam, G2 5 jam, dan mitosis dengan sitokinesis 2 jam. Siklus sel tikus 22 jam, terdiri dari G1 9 jam, S 10 jam,, G2 2 jam lebih dan mitosis berikut sitokinesis kurang dari 1 jam.,
Gambar 13. Siklus sel eukariotik.
Meiosis.
Dalam meiosis terjadi tahap meiosis I (pembelahan reduksi) dan meiosis II, yang masing-masing menghasilkan sel dengan jumlah kromososm tereduksi, yaitu dari jumlah kromosom diploid (2n) menjadi jumlah kromosom haploid (n). Karena terjadi pengurangan jmlah kromosom, maka pembelahan meiosis disebut pembelahan reduksi (meio artinya reduksi).
Pembelahan meiosis terjadi pada gonade atau alat reproduksi. Pada hewan terjadi pada testis ketika membentuk spermatozoa, dan pada ovarium ketika membentuk ovum. Pada tumbuhan biji terjadi pada putik ketika membentuk ovum dan pada benang sari ketika membentuk serbuk sari. Pada tumbuhan paku dan lumut, terjadi pada anteridium ketika membentuk spermatozoid dan pada arkegonium pada waktu membentuk ovum. Dibandingkan mitosis, meiosis merupakan proses panjang, daur lengkapnya memakan waktu berhari-hari atau berminggu-minggu. Tahapannya adalah sebagai berikut : profase I, matafase I, anafase I dan telofase I yang diikuti oleh profase II, metafase II, anafase II dan telofase II.
a. Meiosis I Profase I
Profase merupakan tahapan yang lebih lamban dan sangat kompleks. Profase I umumnya dibagi menjadi lima subtahap dengan ciri-ciri sebagai berikut :
1) Leptonema (leptoten); kromosom memanjang, tampak sebagai benang tunggal dan tidak berpilin.
2) Zygonema (zigoten); pasangan kromosom homolog, membentuk pasangan disebut bivalen.
3) Pachynema (pakiten); bivalen memendek, masing-masing anggota sepasang kromosom homolog menduplikasi diri, sehingga terbentuk empat kromatid yang disebut tetrad. Sentriol bergerak menuju ke kutub sel.
4) Diplonema (diploten); homolog sedikit tertarik berpisahan sehingga tampak kromatid dan kiasmata yang terpisah. Kiasmata yaitu peristiwa dimana dua kromatid di bagian tengah dari kromatid tetrad bersilangan pada satu atau beberapa tempat, sehingga terjadi pertukaran segmen kromatid yang mengandung gen ‘crossingover’.
5) Diakinesis; sentromer homolog bergerak menjauh, kromatid terus memendek.
Nukleolus dan membran nukleus menghilang.
Ketika kromososm-kromosom mula-mula mulai tampak (leptoten profase I), setiap homolog ternyata merupakan struktur tunggal. Namun seperti halnya pada mitosis, kebanyakan daripada DNA selnya berganda selama fase S yang mendahului profase I. Selagi profase berlanjut (zigoten dan pakiten), setiap kromosom dalam sel itu berpasang-pasangan dengan homolognya menurut panjangnya. Proses berpasangan ini (disebut sinopsis), merupakanciri khas bagi meiosis. Homolog yang berpasangan itu disebut bivalen.
Metafase I
Pada metafase I, kromosom homolog yang bivalen dan tetrad menempatkan diri pada bidang ekuator nukleus, berhadapan dan melekat pada benang spindel pada bagian sentromer kromosom.
Anafase I
Pada anafase I, masing-masing anggota pasangan kromosom homolog ditarik menuju ke kutub sel . Dengan demikian masing-masing kutub sel memperoleh setengah jumlah kromosom sel induk.
Telofase I
Pada telofase I terjadi pembentukan membran anakan nukleus pada masing- masing kutub. Bersamaan dengan kejadian tersebut terjadi pula sitokinesis.
b. Meiosis II
Meiosis II adalah pembelahan mitosis Profase II
Pada profase II kromosom pada nukleus sel anak memendek dan menebal.
Nukleolus menghilang. Sentriol (sepasang) bergerak menuju ke kutub anakan sel.
Benang spindel memencar dari masing-masing kutub.
Metafase II
Pada metafase II masing-masing kromosom yang sudah terdiri atas dua kromatid menempatkan diri pada bidang ekuator. Benang spindel mengikat kromosom tersebut pada bagian kromosom. Membran nukleus menghilang.
Anafase II
Pada anafase II sentromer membelah diri sehingga kedua kromatid pada satu kromosom terpisah. Masing-masing kromatid ditarik menuju ke kutub oleh benang spindel.
Telofase II
Pada telofase II membran nukleus terbentuk pada masing-masing kutub.
Kromosom kemudian memipih, memanjang, dan menghilang. Benag spindel lenyap.
Bersamaan dengan kejadian tersebut terjadi pelekukan pada membran sel, sehingga terbentuk empat anakan sel yang masing-masing sel anak memiliki setengah jumlah kromosom yang dimiliki sel induknya.
Jika tidak terjadi pembelahan meiosis pada sel-sel gametofit atau gonad, maka individu jantan akan menghasilkan sperma dengan jumlah kromosom tetap, yaitu 46 buah, demikian pula sel telur, yaitu tetap 46 buah. Jika terjadi perkawinan, maka jumlah kromosom anak 92 buah. Hal ini sudah tentu tidak mungkin karena telah diketahui bahwa jumlah kromosom dari generasi ke generasi pada individu dalam spesies selalu tetap. Untuk menghindari jumlah kromosom yang berlipat ganda pada generasi berikutnya, maka perlu adanya pembelahan meiosis ( reduksi). Dengan demikian sperma memiliki 23 kromosom (haploid), demikian pula sel telur memiliki 23 buah kromosom. Jika terjadi perkawinan, jumlah kromosom sel anak menjadi 46 buah.
Gametogenesis
Gametogenesis berlangsung pada sel tertentu dalam alat perkembangbiakan.
Pembentukan gamet terjadi secara meiosis dan berlangsung dalam alat perkembangbiakan jantan dan betina pada individu dewasa. Peristiwa pembentukan sel-sel kelamin atau sel-sel gamet disebut gametogenesis, yang berlangsung di dalam gonad. Gametogenesis terutama terjadi pada hewan-hewan bertulang belakang,
termasuk manusia. Gametogenesis terdiri atas spermatogenesis, yaitu proses pembentukan sperma di dalam testis dan oogenesis, yaitu proses pembentukan sel telur (ovum) di dalam ovarium.
a. Spermatogenesis
Sel benih pertama (primordial germ cell) di dalam testis membelah berulang- ulang secara mitosis menghasilkan spermatogonia dengan 2n kromosom.
Spermatogonia tumbuh membesar membentuk spermatosit 1 (primary spermatocyte).
Sel ini kemudian membelah secara meiosis I, menghasilkan spermatosit 2 (secondary spermatocyte) yang n kromosom. Spermatosit 2 akan membelah secara meiosis II, menghasilkan spermatid yang juga n kromosom. Spermatid berdiferensiasi tumbuh menjadi sperma yang mempunyai kepala dan ekor. Selesailah proses spermatogenesis yang setiap satu sel spermatogonia menghasilkan 4 buah sperma yang haploid (n kromosom).
b. Oogenesis
Proses oogenesis pada dasarnya sama dengan spermatogenesis. Sel benih pertama membelah secara mitosis berkali-kali dan menghasilkan oogonia, tapi hanya satu oogonia yang tumbuh berkembang menjadi oosit 1 (primary oocyte), sedangkan yang lain mengalami degenerasi. Sel oosit pertama ini lebih besar daripada sel sperma.
Oosit 1 mengalami pembelahan meiosis I, menghasilkan 2 buah sel yang tidak sama besarnya, yaitu satu sel yang besar disebut oosit 2 yang haploid dan yang kecil disebut badan polar (polar-body) yang haploid. Biasanya badan polar menempel pada kutub sel telur.
Oosit 2 mengalami pembelahan mengalami pembelahan meiosis II, menghasilkan sebuah ovum atau sel telur yang berfungsi sebagai n kromosom (haploid) dan sebuah badan polar haploid tetapi tidak dapat berfungsi. Sementara itu badan polar pertama membelah menghasilkan 2 buah badan polar. Dengan demikian pada akhir proses oogenesis menghasilkan sebuah ovum yang besar dengan n kromosom (haploid) yang dapat berfungsi jika dibuahi dan 3 buah badan polar masing-masing haploid tetapi tidak berfungsi dan akhirnya mengalami degenerasi.
b. Gametogenesis pada Tumbuhan Berbiji
Pada tumbuhan pun terutama pada tumbuhan tingkat tinggi atau tumbuhan berbiji, juga berlangsung peristiwa gametogenesis. Pembentukan gamet terjadi di dalam gametofit jantan, yaitu dalam kepala sari (anther), hingga menghasilkan butir serbuk sari (pollen grain) yang haploid. Pembentukan gamet betina berlangsung dalam gametofit betina pada embrio di dalam bakal biji (ovule), dan menghasilkan sel telur atau ovum. Bunga yang lengkap mempunyai alat pembiak jantan yang disebut benang sari (stamen). Benang sari terdiri dari kepala sari (anther) dan tangkai sari (filament). Di dalam kepala sari terdapat 4 buah kantung serbuk sari (pollen sacs), yang merupakan tempat terbentuknya serbuk sari, sebagai alat pembiak jantan yang disebut mikrospor. Kantung serbuk sari berisi sejumlah sel yang rapat susunannya disebut sel induk serbuk sari (pollen mother cell) atau sel induk mikrospor yang masing-masing sel diploid. Sel induk serbuk sari mengalami pembelahan meiosis menghasilkan tetrad yang terdiri atas 4 buah sel mikrospor haploid yang masih bersatu. Selanjutnya akan memisah diri membentuk butir serbuk sari yang haploid.
Di dalam serbuk sari, inti yang haploid ini membelah secara mitosis menghasilkan 2 buah inti, aitu inti generatif (generative nucleus) dan inti pembuluh (tube nucleus) yang kelak akan berguna dalam proses pembuahan.
Bunga yang lengkap juga memiliki putik (carpel). Putik terdiri atas kepala putik (stigma), tangkai putik (style), dan bakal buah (ovary) yang di dalamnya mengandung satu atau lebih bakal biji (ovule). Bakal biji berkembang membentuk 3 bagian yaitu; funicle, plasenta, dan nucellus yang terdiri dari sel-sel ang tersusun rapat. Dinding bakal biji berdiferensiasi. Ke sebelah dalam membentuk jaringan pelindung dan ke sebelah luar membentuk integument yang membungkus jaringan nucellus. Bagian dasar integument terbuka membentuk mikrofil, yaitu tempat masuknya sel kelamin jantan. Di bagian ujung yang berlawanan membentuk chalaza.
Di bagian tengah bakal biji terbentuk kantung embrio sel induk atau disebut pula sel induk megaspor. Sel ini mengalami meiosis, menghasilkan 4 sel induk megaspor.
Tiga sel mengalami degenerasi, satu sel sisanya membentuk kantung embrio muda (young embryosac) atau sel megaspor. Megaspor mengalami 3 kali pembelahan mitosis, sehingga menghasilkan 8 sel anak megaspor yang masing-masing selnya haploid. Dua sel di bagian tengah membentuk inti polar atau sel kandung lembaga sekunder. Tiga buah sel bergerak ke arah mikrofil dan selanjutnya akan membentuk satu sel telur (ovum) di bagian tengah dan di bagian tepi membentuk dua sel sinergid.
Tiga buah sel lainnya bergerak ke arah daerah chalaza membentuk antipoda.
Rangkuman
Reproduksi sel terdiri atas : 1) Amitosis, yaitu pembelahan nukleus secara langsung tanpa melalui tahapan; 2) Mitosis, yaitu pembelahan nukleus secara tidak langsung, melalui tahapan profase, metafase, anafase, dan telofase; dan 3) Meiosis, yaitu pembelahan reduksi melalui tahapan meiosis I (Profase I : leptoten, zygoten, pachyten, diploten, diakinesis; Metafase I; Anafase I; Telofase I) dan meiosis II (Profase II, Matafase II, Anafase II, dan Telofase II).
Mitosis terjadi pada sel somatik/embrional yaitu pada perbanyakan sel tubuh (somatik) dan menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom sama dengan sel induk (2n)
1 sel induk 2 sel anak
(2n kromosom) (masing-masing membawa 2n kromosom) Meiosis terjadi pada organ reproduksi/gonad yaitu perbanyakan sel gonad pada saat membentuk gamet. Sel anak memiliki kromosom setengah jumlah kromosom sel induk.
1 sel induk 4 sel anak
(2n kromosom) (masing-masing membawa n kromosom) Fungsi mitosis adalah menjaga agar faktor genetik tetap, pertumbuhan, dan reproduksi.
Sedangkan fungsi meiosis adalah untuk kelangsungan hidup organisme.
Siklus sel adalah urutan kejadian-kejadian yang berlangsung di antara pembentukan sel dan pembelahan sel dalam membentuk sel anakan, terdiri atas : interfase, mitosis, dan pembelahan sel.
Gametogenesis adalah proses pembentukan gamet, yang terdiri dari : a) Sper- matogenesis, proses pembentukan sel sperma; b) Oogenesis, proses pembentukan sel telur (ovum); dan c) Pada tumbuhan biji, pembentukan gamet jantan (serbuk sari) pada gametofit jantan (benang sari), pembentukan gamet betina berlangsung pada gametofit betina (kantong embrio di dalam bakal biji).
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda dapat:
1. menjelaskan apa yang dimaksud jaringan penyusun tubuh hewan dan manusia 2. menjelaskan empat macam jaringan utama pada hewan dan manusia berdasarkan
struktur dan fungsinya
3. menyebutkan dua cara yang berbeda bagaimana jaringan epitel tersusun sehingga mempunyai fungsi yang berbeda
4. menggambarkan secara umum bagaimana jaringan epitel digolongkan berdasarkan bentuk, susunan dan fungsinya
5. menjelaskan apa yang dimaksud jaringan pengikat
6. menyebutkan bentuk umum jaringan pengikat berdasarkan struktur dan fungsinya 7. menjelaskan bentuk khusus jaringan pengikat
8. menjelaskan karakteristik, lokasi dan fungsi otot polos, otot lurik dan otot jantung 9. menjelaskan pengertian iritabilitas dan konduktivitas sel- sel saraf
10. menjelaskan apa yang dimaksud dengan organ
11. menyebutkan beberapa macam organ yang tersusun oleh beberapa jaringan 12. menjelaskan apa yang dimaksud sistem organ
13. menguraikan organisasi atau tingkat-tingkat kompleksitas pembentuk organisme manusia
Uraian Materi A. Jaringan
Organisme multiseluler disusun dari berbagai macam sel yang berbeda dan dikelompokkan-kelompokkan berdasarkan kesamaan bentuk, ukuran, struktur dan fungsinya.
Jaringan adalah sejumlah sel yang mempunyai struktur dan fungsi yang sama. Pada hewan dan manusia terdapat empat macam jaringan utama, yaitu : jaringan epitel, jaringan pengikat (termasuk jaringan penyokong), jaringan otot, dan jaringan saraf
Jaringan Epitel
Jaringan epitel disusun dalam dua cara yang berbeda, sesuai fungsinya yang berbeda :
a.Tersusun dalam lembaran yang terdiri dari satu atau beberapa lapisan. Fungsi lembaran- lembaran adalah untuk menutupi dan melapisi permukaan rongga–rongga tubuh atau saluran-saluran organ permukaan tubuh. Epitel yang melapisi permukaan organ tubuh bagian dalam disebut endothelium, berfungsi untuk absorbsi dan proteksi
b.Tersusun dalam kelenjar-kelenjar yang disesuaikan untuk sekresi. Modifikasi jaringan epitel ini digolongkan sebagai epitel kelenjar.
Fungsi khas jaringan epitel adalah absorbsi (oleh lapisan dinding usus kecil), sekresi (kelenjar buntu), transpor (tubula ginjal), ekskresi (kelenjar keringat), proteksi (kulit) dan penerima rangsangan/reseptor (indera pengecap pada lidah)
Jaringan epitel umumnya digolongkan berdasarkan :
- bentuk sel di lapisan atas atau luarnya (epitel pipih, epitel kubus, epitel silindris dan epitel bersilia)
- susunan sel dan jumlah lapisan selnya (epitel selapis atau berlapis banyak)
- fungsinya (epitel proteksi, epitel kelenjar dan epitel sensoris)
Untuk jelasnya penggolongan jaringan epitel sesuai bentuk, susunan dan fungsinya dapat dilihat pada gambar berikut:
gambar . Berbagai jenis jaringan epitel
Epitel kelenjar dikhususkan untuk pembuatan, penyimpanan dan sekresi zat-zat kimia. Dikenal dua macam kelenjar utama, yaitu : kelenjar eksokrin dan kelenjar endokrin. Kelenjar endokrin (hormon) mempunyai sel-sel sekresi yang khas, tetapi tidak mempunyai saluran. Sekresinya dilepaskan langsung masuk ke dalam sinusoid yang berdekatan selanjutnya masuk ke dalam kapiler-kapiler darah untuk diangkut ke sel-sel yang dituju.
Jaringan Ikat
Jaringan ikat adalah jaringan yang mempunyai sejumlah besar bahan serabut yang berfungsi untuk penyokong sel-sel pada jaringan. Tulang dan tulang rawan termasuk dalam kelompok jaringan pengikat, sehingga kelompok keseluruhannya disebut jaringan penyokong. Selain fungsi di atas jaringan pengikat jugak membentuk suatu sarung (selubung) pelindung disekeliling organ-organ yang lemah.Sehingga jaringan pengikat
berfungsi untuk mempersatukan (mengikat) jaringan-jaringan menjadi organ dan berbagai organ menjadi sistem organ.
Berdasarkan struktur dan fungsinya, jaringan ikat dikelompokkan dalam bentuk umum, yaitu jaringan pengikat dengan serabut longgar, serabut elastis dan serabut padat (kuat dan liat). Bentuk jaringan ikat yang lebih khusus ialah : jaringan tulang rawan, jaringan tulang, jaringan darah dan jaringan limfe.
Semua jaringan ikat terdiri dari serabut substansi dasar, sel-sel dan beberapa cairan ekstraseluler. Substansi dasar dan cairan ekstraseluler dikenal sebagai matriks.
Susunan, fungsi dan komposisi unsur-unsur dalam matriks berbeda-beda pada macam jaringan ikat yang berlainan. Jaringan ikat terdapat hampir disemua bagian dalam tubuh.
Jaringan Otot
Jaringan otot tersusun atas sel-sel otot yang berfungsi untuk melakukan pergerakan pada berbagai bagian tubuh. Jaringan ini dapat berkontraksi karena mengandung protein kontraktil berbentuk panjang dan mengandung serabut halus yang disebut miofibril.
Jaringan otot dibagi menjadi jaringan otot polos, otot lurik (serat lintang) dan otot jantung.
Jaringan Saraf
Jaringan saraf tersusun atas sel-sel saraf yang disebut neuron. Struktur neuron bercabang-cabang. Melalui cabang-cabang tersebut berbagai bagian tubuh dihubungkan
dan aktivitasnya di atur. Jaringan saraf terdapat di otak, urat saraf tulang belakang dan saraf-saraf lainnya.
Terdapat dua macam sel saraf yaitu sel saraf motorik dan sel saraf sensorik.
Sel saraf mempunyai kemampuan untuk bereaksi. Iritabilitas adalah kemampuan jaringan saraf untuk merespons terhadap perubahan lingkungan. Konduktivitas adalah kemampuan jaringan saraf membawa impuls-impuls saraf (pesan). Untuk jelasnya dapat di lihat pada gambar berikut:
B. Organ
Organ adalah kumpulan beberapa jaringan untuk melakukan fungsi tertentu didalam tubuh. Misalnya : kulit yang menutupi permukaan tubuh adalah organ yang terdiri dari jaringan epitel, jaringan pengikat, jaringan pembuluh daran, jaringan otot, dan jaringan saraf. Semua jaringan tersebut secara bersama berfungsi memungkinkan kulit melindungi tubuh (dari kekeringan, perubahan temperatur, cahaya matahari, terkena infeksi, zat-zat kimia dan tekanan mekanik), mengeluarkan hasil metabolisme yang tidak berguna, menyimpan cadangan makanan, indera peraba dan fungsi khusus lainnya.
C. Sistem Organ
Sistem organ adalah kumpulan berbagai organ yang bekerja sama untuk melakukan suatu fungsi tertentu. Selanjutnya sistem organ membentuk organisme (individu). Berbagai sistem organ pada tubuh manusia diantaranya adalah : sistem pencernaan, sistem pernapasan, sistem ekskresi, sistem peredaran darah, sistem rangka, sistem otot (gerak), sistem endokrin, sistem saraf dan sistem reproduksi.
Setelah mempelajari bagian ini diharapkan anda mampu:
1. Menyebutkan jenis-jenis, sumber dan fungsi karbohidrat.
2. Menjelaskan metabolisme karbohidrat.
3. Menjelaskan fungsi lemak.
4. Menyebutkan macam-macam asam lemak dan sumbernya.
5. Menjelaskan metabolisme lemak.
6. Membedakan asam amino esensial dan asam amino non esensial besarta contohnya masing-masing.
7. Menjelaskan fungsi protein.
8. Menjelaskan metabolisme protein.
9. Menjelaskan jenis-jenis vitamin dan fungsinya masing-masing.
10. Membedakan mineral yang termasuk dalam makroelemen dan mikroelemen.
11. Menjelaskan beberapa fungsi mineral.
12. Menyebutkan organ pencernaan yang ada di dalam mulut sertafungsinya masing- masing.
13. Menjelaskan proses pencernaan yang terjadi di dalam mulut.
14. Menjelaskan proses pencernaan yang terjadi di dalam lambung.
15. Menjelaskan proses pencernaan yang terjadi di dalam usus halus.
16. Menjelaskan proses pencernaan yang terjadi di dalam usus besar.
17. Membedakan struktur lambung manusia dan hewan memamah biak.
Uraian Materi
A. Zat Makanan dan Fungsinya
Zat makanan terbagi atas makronutrien yang terdiri dari karbohidrat, lemak dan protein serta mikronutrien yang terdiri dari vitamin dan mineral. Fungsi makanan bagi tubuh adalah untuk :
- penyediaan bahan bakar ;
- pertumbuhan dan pembangun tubuh ;
- pemeliharaan jaringan dan perbaikan sel-sel jaringan tubuh yang rusak atau tua ; - pengaturan proses-proses tubuh ;
- pertahanan tubuh terhadap berbagai macam penyakit.
1. Karbohidrat
Molekul karbohidrat tersusun atas unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O).
Karbohidrat terbagi atas 3 golongan yaitu :
- Monosakarida (terdiri atas satu gugus gula). Contoh : glukosa, fruktosa, galaktosa.
- Disakarida (terdiri atas dua gugus gula). Contoh : sukrosa, laktosa dan maltosa.
- Polisakarida (lebih dari sepuluh gugus gula). Contoh : amilum, selulosa, glikogen.
a. Fungsi Karbohidrat
- Sebagai sumber energi ;
- Menjaga keseimbangan asam basa ;
- Pembentukan struktur sel, jaringan dan organ tubuh ; - Laktosa membantu penyerapan kalsium
- Ribosa merupakan komponen penting asam nukleat.
b. Metabolisme Karbohidrat.
Satu gram karbohidrat mengandung ± 4,1 kalori. Setelah karbohidrat (glukosa) diabsorpsi melalui usus selanjutnya akan masuk ke dalam aliran darah dan melalui vena porta dialirkan ke hati. Di dalam hati, glukosa diubah menjadi glikogen dan kadar gula darah diusahakan dalam batas-batas konstan. Di dalam saluran darah karbohidrat praktis hanya dalam bentuk glukosa, karena terlebih dahulu fruktosa dan galaktosa diubah menjadi glukosa.
Bila jumlah karbohidrat yang dimakan melebihi keperluan tubuh akan kalori, sebagian glikogen ditimbun di hati dan otot. Bila penimbunan glikogen telah mencapai batasnya, kelebihan karbohidrat diubah menjadi lemak dan ditimbun di dalam jaringan- jaringan lemak.
Oksidasi glukosa di dalam sel terjadi secara bertingkat dengan melepaskan energi secara bertahap. Glukosa dan glikogen akan diubah menjadi asam piruvat yang akan memasuki “siklus Krebs”, menghasilkan CO2 + H2O dan melepaskan energi dalam bentuk ATP yang mudah melepaskan energinya sambil berubah menjadi ADP.
Sebagian asam piruvat diubah menjadi asam laktat dan keluar dari sel-sel jaringan menuju hati untuk diubah kembali menjadi asam piruvat lalu menjadi glikogen.
Metabolisme karbohidrat dipengaruhi oleh enzim-enzim dan hormon-hormon tertentu.
2. Lemak
Molekul lemak tersusun atas unsur-unsus karbon (C), hidrogen (H) dan oksigen (O), kadang-kadang terdapat fosfor (P) dan nitrogen (N). Lemak tidak larut dalam air tapi larut dalam pelarut organik seperti kloroform, eter dan minyak tanah.
Istilah kimia untuk lemak adalah lipid. Lemak tersusun dari asam lemak dan gliserol. Berdasarkan tingkat kejenuhannya asam lemak dibagi menjadi asam lemak jenuh dan tak jenuh. Asam lemak jenuh dapat disintesis oleh tubuh sedangkan asam lemak tak jenuh tidak dapat disintesis oleh tubuh. Contoh asam lemak jenuh adalah asam palmitat dan asam stearat sedangkan contoh asam lemak tak jenuh adalah asam oleat dan asam linoleat.
a. Fungsi Lemak
- Pembawa zat-zat makanan esensial ; - Pelarut vitamin A, D, E dan K - Sumber energi tetap ;
- Pelindung alat-alat tubuh dan melindungi tubuh dari kedinginan dan luka.
- Penahan rasa lapar b. Metabolisme Lemak
Satu gram lemak mengandung ± 9,3 kalori. Lemak dengan melalui proses
hidrolisis menghasilkan gliserol dan asam lemak. Gliserol akan diubah menjadi glikogen dan proses selanjutnya sama dengan glukosa.
Asam-asam lemak dipecah lebih lanjut menghasilkan Asetil Ko-enzim yang akan dikondensasikan menjadi asam aseto-asetat yang selanjutnua masuk “siklus Krebs”
sebagai asam oksalo asetat. Di sini akan bertemu proses metabolisme karbohidrat dan lemak.
Dari tempat penimbunannya, lemak dikirim ke hati dalam bentuk lesitin. Di sini gliserol dipisahkan dari asam lemak dan mengikuti proses lebih lanjut seperti karbohidrat, sedangkan asam lemak diubah menjadi aseto asetat untuk dikirim kembali ke sel-sel jaringan. Di dalam sel jaringan, aseto-asetat dioksidasi lebih lanjut dan masuk siklus Krebs untuk menghasilkan energi.
Asam-asam lemak tertentu dapat dibentuk di dalam tubuh dari asam aseto-asetat atau asam piruvat yang berasal dari pemecahan karbohidrat sehingga pembentukan antara karbohidrat dan lemak merupakan suatu proses timbal balik.
3. Protein
Protein tersusun atas unsur C, H, O, N, dan kadang-kadang mengandung unsur S dan P. Protein dapat dibedakan atas protein hewani dan protein nabati. Protein hewani lebih baik dari protein nabati karena memiliki asam amino yang lengkap.
Protein terdiri atas berbagai macam asam amino. Terdapat sepuluh asam amino esensial yang tidak dapat dibuat oleh tubuh, yaitu : Isoleusin, leusin, lisisn, metionin, fenilalanin, treonin, triptofan, valin, arginin dan histidin. Asam amino lain yang non esensial diantaranya adalah alanin, asparagin, prolin dan serin.
a. Fungsi Protein
- Mensintesis substansi-substansi penting, seperti hormon, enzim, antibodi, dan kromosom ;
- Pertumbuhan, perbaikan dan pemeliharaan sel, jaringan dan organ ; - Melaksanakan metabolisme tubuh. Contoh : enzim ;
- Menyeimbangkan cairan tubuh dan larutan asam dan basa.
