Perkembangan Biologi Sel

(1)

SEJARAH PERKEMBANGAN

BIOLOGI SEL

Adnan, Biologi Universitas Negeri Makassar, 2007

A. P

ENDAHULUAN

Jauh sebelum Robert Hooke mempopulerkan istilah sel, beberapa ahli filsafat Yunani telah mengemukakan pandangannya berkenaan dengan penyusun tubuh makhluk hidup. Aristotles dan Paracelcius telah mengemukakan bahwa tubuh semua hewan dan tumbuhan tersusun atas elemen-elemen sederhana. Elemen-elemen-elemen sederhana tersebut secara bersama-sama membentuk struktur makroskopis makhluk hidup (De Robertis et al., 1979). Belakangan, elemen-elemen sederhana tersebut dikenal dengan istilah sel (dari bahasa Yunani, yaitu Cella atau Cellula yang berarti ruang atau kamar kecil).

Sebuah sel dapat berperan sebagai suatu organisme yang dikenal sebagai organisme uniseluler atau organisme bersel satu, misalnya berbagai jenis protozoa. Sel dapat tersusun berkelompok dan berdiferensiasi menjadi berbagai jenis jaringan dan membentuk organ. Selanjutnya, beberapa organ membentuk sistem organ dan pada akhirnya beberapa sistem organ, secara bersama-sama membentuk suatu organisme. Organisme yang dibentuk dinamakan organisme multiseluler.

(2)

biokimia telah mengantar umat manusia pada pemahaman sel yang lebih mendalam hingga pada tingkatan yang belum pernah diprediksi sebelumnya. Perkembangan pengetahuan di bidang genetika molekuler dan disiplin ilmu yang lain telah mengantar umat manusia pada pemahaman hingga tingkatan rekayasa genetika yang sangat menakjubkan. Melalui pendekatan yang lebih holistik dan integratif, kini biologi sel tampil sebagai sebuah ilmu yang mampu menjadi dasar bagii pengembangan ilmu-ilmu hayati lainnya.

A. S

EJARAH

P

ERKEMBANGAN

T

EORI

S

EL

Sel merupakan massa protoplasma berbatas membran dengan sistem organisasi yang sangat kompleks. Sel bukan merupakan suatu bangunan statis, melainkan sebuah struktur yang sangat dinamis. Berbagai jenis aktivitas hidup yang berlangsung di dalam tubuh organisme pada dasarnya berlangsung di dalam sel dengan mekanisme sistem yang sangat harmonis. Aktivitas satu sel menunjang aktivitas sel yang lain membentuk suatu sistem yang sangat harmonis untuk menunjang sebuah kehidupan yang fungsional.

(3)

Sumber : http://www.royalsociety.org/downloaddoc.asp dan

http://www.tulane.edu/~wiser/cells/

Gambar-1.1Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), dan mikroskop sederhana serta jenis protozoa hasil temuannya

Marcello Malphigi (1628-1694), seorang berkebangsaan Italia merupakan orang pertama yang menggunakan mikroskop dalam mengamati sayatan jaringan pada organ-organ tertentu, seperti otak, hati, ginjal, limfa, dan paru-paru. Selain itu, dia juga mengamati perkembangan embrio ayam. Dari hasil pengamatannya, dia menyimpulkan bahwa jaringan tersusun atas unit-unit struktural yang ia sebut utricles (De Robertis, 1988).

Sumber : http://www.crimezzz.net/forensichistory/images/MALPIGHI_marcello

(4)

Robert Hooke (1663) merupakan orang pertama yang memperkenalkan istilah sel berdasarkan hasil pengamatannya pada sayatan sumbat gabus. Ia melaporkan bahwa sumbat gabus terdiri atas ruang-ruang kecil yang diberi nama sel (bahasa Yunani: Cellula yang bermakna ruang-ruang kecil).

Sumber : http://www.tulane.edu/~wiser/cells/ dan http://www.nndb.com/people Gambar-1.3Ruang-ruang kecil pada sayatan sumbat

gabus, R. Hooke (1663) dan mikroskop sederhana

(5)

Sumber : http://clendening.kumc.edu/dc/pc/hitzig.jpg Gambar-1.4 Johannes E. Purkinye (1787-1869)

Sumber : http://home.tiscalinet.ch/biografien/images/schleiden dan http://home.tiscalinet.ch/biografien/images/

Gambar-1.5Mathias J. Schleiden(1804-1882),

T(1810-1882). Schwann dan R. Virchow(1821-1902)

(6)

menyatakan bahwa setiap makhluk hidup berasal dari makhluk hidup sebelumnya (Omne vivum e vivo). (Thorpe, 1984; Sheeler and Bianchii, 1983; dan Albert et al., 1984)

Sumber : http://art-random.main.jp/samescale/

Gambar-1.6 L. Pasteur (1808-1895)

Berdasarkan penelitian-penelitian yang dilakukan para ilmuwan tersebut diambil suatu kesimpulan, yaitu: sel merupakan kesatuan struktural dari makhluk hidup, sel merupakan kesatuan fungsional dari makhluk hidup, dan sel merupakan kesatuan hereditas dari makhluk hidup. Namun, dalam lingkup yang lebih kompleks, teori sel mengandung makna (Villee et al., 1985), yaitu:

1. Semua makhluk hidup terdiri atas sel;

2. Sel yang baru dibentuk, berasal dari pembelahan sel sebelumnya;

3. Semua sel memiliki kemiripan yang mendasar dalam hal komposisi kimia dan aktivitas metabo-lismenya;

(7)

Sumber : http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/stomTS.gif

Gambar-1.7 Oragnisasi kehidupan tingkat individu

Menurut De Robertis et al., (1975), sebuah sel harus

memenuhi beberapa kriteria yaitu :

1. Memiliki membran plasma;

2. Mengandung materi genetic yang penting untuk

mengkode berbagai jenis RNA, termasuk untuk sintesis

protein;

3. Mengandung “mesin biosintesis” tempat di mana

sintesis berlangsung.

B.

P

ERKEMBANGAN

B

IOLOGI

S

EL

(8)

Tabel-1.1

Pemenang hadiah Nobel dan sumbangannya terhadap per-kembangan Biologi Sel (Sheeler & Bianchi, 1983).

Tahun N a m a Kontribusi

1906 K. Landstainer S. Ramon Y.

Mempelajari organisasi sistim saraf, khususnya struktur sel-sel saraf

1908 E. Metchnikoff P. Ehrlick

Fagositosis bakteri selama infeksi, prosedur pewarnaan bakteri, & studi mengenai imunitas

1915 R. Wilstatter Mempelajari klorofil dan pigmen-pigmen lain pada tumbuhan 1922 A.V. Hill

O. Mayerhoff Metabolisme pada jaringan otot, hubungan antara metabolisme otot dengan asam laktat

1926 T. Svedberg Sifat-sifat koloid, khususnya protein

1930 K. Landstainer Pengelompokan darah pada manusia dan mempelajari aglutinin seluler

1933 T.H. Morgan Peranan kromosom dalam pewa-risan sifat-sifat menurun

1935 _{H. Spemann} _{Peranan organizer selama} perkem-bangan telur 1936 H. Dale

O. Loewi

Mempelajari transmisi impuls-impuls saraf

1946 H.J. Miller Mempelajari mutasi gen yang dihasilkan melalui penyinaran sinar X

1947 C.F. Cori

(9)

Tabel-1.1 (Lanjutan)

1948 A. Tisellius Mempelajari sifat-sifat kimia protein, perkembangan elektro-1953 H.A. Krebs Mempelajari siklus asam

trikar-boksilat atau siklus Krebs F.A. Lipman Mempelajari mengenai Koenzim

A

1954 L. Pauling Mempelajari ikatan kimia, khusus-nya mengenai ikatan peptida pada protein.

1958 G.W. Beadle E.L. Tatum J. Lederberg

Mempelajari mengenai organisasi dan aksi gen pada bakteri, konsep satu gen satu enzim F. Sanger Analisis struktur protein 1959 S. Ochoa

A. Kornberg

Mempelajari sintesis ARN dan AND

1961 M. Calvin Mempelajari mengenai asimilasi CO2 pada tumbuhan; siklus Calvin

1962 J.D. Watson F.H.C. Crick M. Wilkins

Mempelajari mengenai struktur gen, model ADN heliks ganda

1962 M.F. Perutz

J.C. Kendrew Mempelajari mengenai struktur protein globular, khususnya miog-lobin dan hemogmiog-lobin

(10)

(Lanjutan)

1963 J. Eccles A. Hodgkins A. Huxley

Peranan ion sodium dan potasium dalam penghantaran impuls saraf sepanjang membran sel saraf

1964 K. Bloch

E. Lynen Mempelajari mengenai metabolis-me kolesterol dan asam-asam lemak

1965 F. Jacob A. Lwoff J. Monad

Menemukan gen-gen yang meng-atur aksi gen-gen lain; konsep operon

1970 L.F. Leloir Mempelajari peranan gula nukleo-tida dalam sintesis karbohidrat morf dalam transmisi impuls saraf 1971 E.A. Sutherland Mekanisme aksi hormon; peranan

Camp kompo-sisi asam amino pada protein

1974 A. Claude C. de Duve G. Palade

Isolasi dan karakterisasi dari organel-organel sub seluler dan partikel-partikel lain.

H.O. Smith

D. Nathens Engineering; menemukan enzim-enzim restriksi; dan membuat pemetaan urutan DNA

(11)

(Lanjutan)

P. Mitchel Mempelajari mengenai bioener-getika

1975 H. Temin R. Dulbecco D. Baltimore

Mempelajari mengenai interaksi virus tumor dan sel, menemukan reverse transcriptase

1980 P. Berg

F. Sanger Mempelajari mengenai gen splicing; menentukan urutan-urutan nukleo-tida dari gen.

C. S

IFATDAN

K

EISTIMEWAAN

S

EL

Seperti telah diuraikan oleh Schleiden dan Schwann, sel-sel dapat dianggap sebagai “unit-unit kehidupan“. Dapat diduga bahwa semua bentuk kehi-dupan, terlepas dari sifatnya, mempunyai dasar seluler. Sel-sel bersifat semiotonom, hal ini dapat ditunjukkan de-ngan cara mengisolasi sel-sel dari organisme multiseluler dan dan menumbuhkannya di luar organisme tersebut. Sejumlah percobaan menunjukkan bahwa sel-sel dari organisme manapun, termasuk manusia, dapat dibudi-dayakan di luar tubuh (in vitro) dengan kondisi tertentu yang memungkinkannya tetap hidup, sampai lama setelah organisme asalnya mati. Misalnya, sel-sel manusia telah dibudidayakan untuk kurun waktu puluhan tahun, dan dapat disiapkan bagi peneliti dengan hanya mengambil-nya dari

freezer.

(12)

rangsangan dari luar, menggunakan energi un-tuk mengadakan aktivitas, mewariskan sifat-sifat genetik kepada keturunannya, dan akhirnya mati.

Suatu organisme merupakan jumlah atau kumpulan bagian-bagiannya, dan aktivitasnya merupakan jumlah aktivitas sel-sel yang menyusunnya. Namun, dapat pula dikatakan bahwa organisme adalah jauh lebih dari sekedar kumpulan sel-selnya.

D. B

ENTUK

S

EL

Sel mempunyai bentuk yang sangat bervariasi, baik di antara sel-sel yang menyusun tubuh makhluk hidup yang sama maupun yang menyusun makhluk hidup yang berbeda. Beberapa sel tidak memiliki bentuk yang tetap, tetapi berubah-ubah sesuai dengan aktivitasnya. Sel amoeba dan sel darah putih termasuk contoh tipe sel yang bentuknya dapat berubah-ubah. Sel-sel yang lain memiliki bentuk yang khas atau tetap, atau bentuk-bentuk peralihan yang spesifik untuk setiap jenis makhluk hidup. Spermatozoa pada manusia memiliki bentuk yang tetap, namun demikian, sperma pada manusia memiliki bentuk yang berbeda dengan sperma pada hewan lain seperti mencit.

Bentuk-bentuk sel terutama bergantung pada (i) adaptasi fungsionalnya, (ii) tekanan permukaan, (iii) viskositas protoplasma, (iv) tekanan mekanik oleh sel-sel yang ada di sekitarnya, dan (v) rigiditas membran plasma. Selain itu, mikrotubuli memiliki peranan yang sangat penting dalam menentukan bentuk dari suatu tipe sel (De Robertis et al., 1975).

(13)

Sel darah merah pada manusia memiliki bentuk bikonkaf; sel-sel otot berbentuk memanjang; sel-sel-sel-sel bakteri memiliki bentuk yang bulat, spiral atau bentuk batang; sel-sel xylem dan floem pada tumbuhan mengalami modifikasi sedemikian rupa sehing-ga memungkinkan melaksanakan fungsinya sebasehing-gai jalur angkutan untuk berbagai jenis substansi. Sel-sel saraf memiliki bentuk yang sesuai untuk melaksanakan fungsi-nya dalam menghantarkan impuls-impuls saraf (Sheeler & Bianchi, 1983).

Sumber : http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt#257,1,Lecture

Gambar-1.8 Sel Saraf (Partin D, 2007)

Sumber : http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt#257,1,Lecture

(14)

Gambar-1.10. Berbagai bentuk sel bakteri. (a) Bakteri bentuk kokus, (b) Bakteri bentuk spiral, dan (c) Bakteri bentuk batang (Sheeler & Bianchi, 1983).

E. U

KURAN

S

EL

Sel memiliki ukuran yang sangat bervariasi, ter-gantung pada tipe sel. Pada umumnya, sel hanya dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop dengan sedikit pengecualian seperti sel telur pada burung unta yang memiliki diameter hingga beberapa cm. Pada umumnya, mata manusia tidak mampu memisahkan dua titik yang dipisahkan kurang dari 0,1 mm atau 100 m. Sementara itu, umumnya sel memiliki ukuran yang lebih kecil dari 0,1 mm. Kisaran ukuran sel ditunjukkan pada Gambar-1.11.

(15)

semua bagian sitoplasma lebih banyak dibandingkan dengan sel-sel ukurannya lebih kecil (Anonim, 2007a).

Gambar-1.11 Kisaran Ukuran Sel (Partin, 2007)

Komponen-komponen sel tertentu tidak dapat di-amati dengan menggunakan mikroskop cahaya. Oleh sebab itu, untuk mengamati komponen-komponen seluler, diperlukan alat bantu berupa mikroskop elektron. Beberapa besaran yang biasa digunakan dalam mempelajari sel ditunjukkan pada Tabel-1.2 dan Tabel-1.3.

Tabel-1.2

Besaran-besaran yang biasa digunakan dalam mempelajari sel (Sheeler & Bianchi, 1983)

1 meter (m) = 39,4 inci (in)

1 meter (m) = 100 centimeter (cm)

(16)

Tabel-1.3

Batas-batas pengamatan sistem biologi pada berbagai tingkat dimensi (De Robertis et al., 1975)

Dimensi Bidang Struktur Metode

> 0,1 mm atau

100 m Anatomi Organ mata dan lensa sederhana 100 m – 10 m Histologi Jaringan Mikroskop

cahaya < 1 nm Molekul dan atom Susunan

atom Difraksi sinar X

L

ATIHAN

Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan cermat

1. Dalam hal apakah sel yang ditemukan R. Hooke berbeda dengan sel yang di kenal sekarang ini ?

2. Jelaskan sebuah penemuan yang menggunakan teori sel sebagai pijakan sehingga tampak bahwa penemuan tentang sel memberikan sumbangan yang besar bagi kemaslahatan umat manusia. !

3. Jelaskan minimal lima faktor yang berpengaruh terhadap bentuk sel !

4. Manakah yang lebih kompleks aktivitas biokimia yang berlangsung di dalam sebuah sel amuba dibandingkan dengan sel-sel di dalam tubuh kalian ?

5. Buatlah sebuah peta konsep menganai sejarah perkembangan teori sel