10 Struktur dan Fungsi Organel-organel Sel, TERLENGKAP
Biologi Sel
Sel memegang peranan penting dalam sistem kehidupan. Berdasarkan strukur internal sel, terdapat dua jenis sel yakni sel prokariotik dan sel eukariotik. Sel prokariotik tidak memiliki membran inti sel dan beberapa organel yang kompleks, sedangkan sel eukariotik memiliki membran inti sel dan memperlihatkan susunan internal yang kompleks.
Materi mengenai Struktur dan Fungsi Organel-organel Sel ini akan difokuskan pada sel eukariotik yang memiliki organel-organel sel yang kompleks dibandingkan dengan sel prokariotik. Sel eukariotik pada dasarnya tersusun dari protoplasma dan paraplasma. Untuk mempermudah pemahaman mengenai struktur sel eukariotik, silahkan dilihat peta konsep pada gambar 1.
Pembahasan utama pada materi ini adalah mengenai organel sel. Berdasarkan peta konsep tersebut, banyak yang masih salah konsep mengenai pengertian organel sel. Sebagai contoh menganggap bahwa inti sel dan dinding sel adalah organel sel.
Pengertian organel sel adalah subunit sel yang memiliki struktur dan fungsi tertentu di dalam sel eukariotik. Defnisi organel sel juga dikatakan sebagai sistem membran dalam atau struktur kompartemen/ruangan yang berada di sitoplasma. Kegiatan di masing-masing organel memiliki fungsi yang saling berkaitan. Berikut adalah pembahasan mengenai masing-masing organel yang meliputi struktur dan fungsinya.
Gambar 1. Peta konsep struktur umum sel eukariotik
1. Retikulum Endoplasma
Berdasarkan morfologinya, RE dibedakan menjadi 3 bentuk, yakni lamela (sisterna), pipa (tubulus), dan vesikula. Sementara berdasarkan strukturnya, RE memiliki dua bentuk struktur yakni retikulum endoplasma halus (REH) dan retikulum endoplasma kasar (REK).
Gambar 2. Struktur retikulum endoplasma dengan bentuk lamela/sisterna (kiri) dan tubulus (kanan).
a. Retikulum Endoplasma Halus (REH)
Retikulum Endoplasma Halus (REH) adalah organel RE yang memiliki bentuk pipa (tubulus) dengan berbagai aktivitasnya seperti kegiatan reaksi sintesis dan modifkasi bahan kimia. Fungsi dari Retikulum Endoplasma Halus adalahe
Sintesis lipid (sterol). Enzin retikulum endoplasma halus mampu mensintesis kolestrol untuk bahan baku steoroid.
Metabolisme karbohidrat. REH berperan keseimbangan glukosa dengan mengatur enzim glukosa-6-fosfatase serta berperan dalam sintesis glikoprotein.
Detoksifikasi. REH mampu mentralisir toksin (detoksifkasi) dari yang berasal dari luar sel seperti racun dan obat dengan cara menambahkan guguk hidroksil sehingga mudah larut dengan air yang selanjutnya dibuang dengan mudah dari tubuh.
Retikulum Endoplasma Kasar (REK) adalah organel RE yang memiliki bentuk lamela (sisterna) yang berasosiasi dengan organel ribosom. Fungsi dari retikulum endoplasma kasar adalah tempat sintesis protein.
Setelah mempelajari tentang Retikulum Endoplasma Kasar dan Retikulum Endoplasma Halus, maka perbedaan keduanya dapat dilihat dalam tabel berikute
Tabel 1. Perbedaan REK dan REH.
2. Ribosom
Gambar 3. Struktur ribosom
Pada umumnya hasil protein yang dibuat oleh ribosom bebas memiliki peranan aktivitas dalam sitosol, contohnya adalah enzim-enzim yang berprean dalam proses metabolisme di dalam sitosol. Adapun ribosom yang terikat biasanya membuat protein yang kemudian dimasukkan ke dalam membran untuk berbagai keperluan seperti pembentukan organel lisosom dan juga dikirim ke luar sel.
Struktur atau ciri-ciri ribosom terdiri dari protein dan rRNA, tidak memiliki membran, dan diameter 15 - 20 nm. Berdasarkan bentuknya, terdapat dua macam ribosom yakni ribosom subunit kecil (40S) dan ribosom subunit besar (60S) dengan masing-masing ribosom mengandung rRNA. Fungsi ribosom adalah tempat sintesis protein.
3. Badan Golgi
Badan golgi atau dengan nama lain seperti aparatus golgi, kompleks golgi, dan vesikula golgi adalah organel sel bermembran mirip RE yang ditemukan pertama kali oleh Camillio Golgi pada tahun 1898. Badan golgi adalah organel yang tampak seperti tumpukan beberapa kantung bermembran dengan bentuk pipih. Setiap kantung pipih disebut dengan sisterna, sakulus alau lamela. Tiap sisterna cenderung berbentuk seperti cakram dengan membran halus. Ruangan yang ada dalam kantung disebut lumen.
Setiap sisterna agak melengkung, sehingga seluruh kompleks golgi tampak seperti busur. Sisterna pada bagian ujung cembung disebut permukaan cis atau permukaan pembentukan yang dekat dengan retikulum endoplasma, sedangkan sisterna pada ujung cenderung cekung, disebut permukaan trans atau permukaan pematangan. Vesikula kecil disebut vesikula transisi yang berdekatan dengan permukaan sisi akan melebur dengan kompleks golgi dan menambah struktur kompleks golgi.
Gambar 4. Struktur badan golgi
Fungsi Badan Golgi pada sel eukariotik mempunyai banyak fungsi, antara laine
Pengemasan bahan-bahan sekretori yang dikeluarkan dari sel.
Pemrosesan protein (sebagai contoh, glikosilasi, fosforilasi sulfasi, dan proteolisis terpilih) yang disintesis oleh ribosom pada retikulum endoplasma kasar.
Sintesis polisakarida tertentu dan glikolipid.
Pemilihan protein yang diperuntukkan untuk berbagai tempat di dalam sel
Pelepasan elemen membran baru untuk membentuk membran plasma
Pemrosesan komponen membran yang masuk sitosol selama endositosis.
Badan mikro adalah suatu organel sel berselaput yang mengandung enzim favin oksidase dan katalase. Organela ini berbentuk ovoid atau sferis serta mempunyai selaput tunggal dan kadang-kadang mengandung matriks granuler yang amorf. Organel ini mempunyai variasi dalam struktur, penampakan maupun fungsi antara sel yang satu dengan sel yang lain.
Badan mikro tertentu menunjukkan komponen biokimiawi yang spesifk sebagaimana distribusinya pun juga spesifk di antara hewan, tumbuhan dan sel-sel
mikrobia. Ada dua jenis badan mikro,
yaitu peroksisom dan glioksisom Perbedaannya hanya terletak pada enzim yang dikandungnya. Pada jaringan hewan, letak badan mikro tersebar merata dalam sel, namun pada umumnya terdapat di sekitar retikulum endoplasma. Sementara pada sel tumbuhan, badan mikro sering berasosiasi dengan kloroplas yang mencerminkan keterkaitan metabolisme antara kedua organela tersebut dalam menjalankan reaksi reaksi jalur glikolat
a.Peroksisom
Peroksisom adalah organela sel yang berperan sebagai aktiftas peroksidatif yakni berkaitan dengan nama senyawa yang merupakan senyawa perantara dalam reaksi, yaitu hidrogen peroksida. Sejumlah enzim khusus yang terdapat dalam peroksisom meliputi asam urat oksidase, asam D-amino oksidase, asil-koA oksidase, poliamin oksidase, asam β-hidroksi oksidase, NADH-glioksilat reduktase, NADP-isositrat dehidrogenase dan katalase. Jika asam urat oksidase terdapat dalam jumlah yang besar, seringkali membentuk serupa inti parakristalin pada bagian tengah organel.
Gambar 5. Struktur peroksisom.
yang berasal dari reaksi peroksisomal yang lain. Asam urat oksidase sangat penting dalam jalur katabolik yang menguraikan purin. Pada pengamatan awal menunjukkan ditemukannya peroksisom yang melimpah pada sel-sel yang sedang melakukan metabolisme lemak, sehingga diyakini organela ini terlibat dalam metabolisme lemak. Tetapi kini telah diketahui bahwa peroksisom mengandung sebagian besar sistem β-oksidasi untuk asam lemak, meskipun enzim ini berbeda dengan yang ada di mitokondria, namun enzim ini dapat menghasilkan senyawa yang sama yaitu asetil-koA
Ada kaitan yang erat antara peroksisom dan mitokondria dalam kegiatan peroksisomal. Sebagai contoh glioksilat yang dihasilkan dalam peroksisom dikonversi menjadi glisin melalui proses transaminasi. Di dalam mitokondria, glisin diproses melalui berbagai jalur metabolik, termasuk konversi menjadi asam amino lain atau digabung dalam heme.
b. Glioksisom
Glioksisom adalah organel sel tumbuhan yang ditemukan pertama kali pada sel-sel penyimpan lemak dari perkecambahan biji yang ternyata mengandung enzim untuk seluruh daur glikolat, selain katalase dan oksidase. Organel ini tidak saja mengandung enzim khusus untuk daur glikolat, tetapi juga mengandung beberapa enzim penting dari daur kreb, yang berfungsi secara simultan baik pada mitokondria maupun glioksisom.
Gambar 6. Struktur Glioksisom (Lehninger, 2008).
isositrat berturut-turut mengalami dekarboksilasi menghasilkan dua molekul CO2 dan
suksinat. Di dalam daur glikolat, isositrat dikonversi menjadi suksinat dan glikolat. Sebagai pengganti dua molekul CO2, glioksilat yang berkarbon dua bergabung
dengan asetil koA yang lain membentuk asam dikarboksilat dengan 4 karbon, yaitu malat. Empat atom karbon dari dua molekul asetil-koA membentuk satu senyawa, sesudah proses konversi menjadi suksinat dan bermigrasi ke mitokondria, yang kemudian dikonversi menjadi oksaloasetat.
5. Lisosom
Lisosom adalah organel sel yang memiliki ciri-ciri (a) diselubungi selapis membran pembatas, (b) mengandung dua atau lebih enzim hidrolase asam, (c) menunjukkan kelatenan enzim atau "Enzyme latency". Ketiga ciri tersebut berlaku terutama untuk lisosom dalam jaringan hewan. Pengamatan dengan mikroskop elektron memperlihatkan adanya tiga struktur lisosom yang berkaitan erat dengan fungsi
fsiologisnya. Ketiga lisosom tersebut yaitu
Lisosom Primer. Dibentuk paling awal oleh sel dan belum ikut serta dalam suatu peristiwa dalam sel tersebut. Lisosom primer mempunyai ciri-ciri berselaput tunggal. mengandung enzim positif dengan reaksi reaksi untuk fosfatase asam, penampangnya membulat.
Lisosom Sekunder. Lisosom ini berperan dalam aktiftas pencernaan dalam sel, mempunyai dua fungsi yang berbeda yaitu (1) mencerna bahan yang berasal dari dari luar sel yang masuk secara endositosis, disebut juga fagosom. Lisosom ini dinamakan heterolisosom atau vakuola pencernaan. Heterolisosom dibentuk dari hasil peleburan antara lisosom primer dengan fagosom; (2) mencema bahan intrasel milik sel itu sendiri atau disebut sitosegrosom. Lisosom ini dinamakan pula autolisosom atau vakuola autofagi. Autolisosom dibentuk dari hasil peleburan antara lisosom primer dengan sitosegrosom.
Gambar 7. Struktur lisosom (Campbell, 2017).
Berdasarkan analisis kimia yang dilakukan terhadap lisosom menunjukkan bahwa komponen-komponen penyusun membran lisosom serupa dengan penyusun membran plasma pada umumnya. Sifat membran lisosom yang unik adalah kemampuan membran tersebut melebur dengan membran sel yang lain. Yang paling sering adalah peleburan lisosom primer dengan fagosom selama pencernaan sel dan antara lisosom primer dengan membran plasma selama sekresi seluler.
Isi lumen lisosom terdiri dari protein yang sebagian besar adalah enzim-enzim yang bekerja dengan kegitan optimal pada pH kurang dari 6. Fungsi lisosom dalam sel sangat bervariasi, tetapi semua fungsi tersebut berkaitan dengan pencernaan yang sebagian besar terjadi di dalam sel atau pencernaan intrasel, yaitue
Heterofagi adalah pencernaan bahan-bahan yang berasal dari luar sel masuk melalui mekanisme endositosis, yang kemudian diselubungi oleh membran, kemudian diberi nama endosom. Bahan-bahan tersebut akhirnya akan dikeluarkan kembali ke luar sel dengan mekanisme eksositosis atau endosom melebur dengan satu atau beberapa lisosom dan membentuk partikel baru dengan nama lisosom misalnya perubahan uterus setelah parturasi, metamorfosis insekta, hilangnya ekor berudu. Vakuola autofagi mengandung pecahan-pecahan mitokondria, retikulum endoplasma, badan mikro, partikel glikogen, sehingga vakuola tersebut terlibat dalam aktivitas penguraian sel
epitel folikel. Tetes-tetes tiroglobulin bergabung dengan lisosom primer dan di dalam lisosom hormon tiroid dilepaskan dari protein, kemudian dilepaskan ke kapiler darah secara difusi stau transpor aktif.
6. Sitoskeleton
Sitoskeleton adalah sistem struktural dan aktivitas di dalam sel. Secara umum, ciri-ciri skeleton yakni memiliki bentuk seperti anyaman flamen-flamen halus ketika diamati dengan mikroskop elektron. Sitoskeleton berperan dalam mekanisme gerakan intrasel seperti perpindahan organel dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain itu, fungsi sitoskeleton yakni memberikan bentuk pada sel dan memberikan daya mekanis sel.
Sitoskelet berupa anyaman flamen yang terdiri dari tiga macam yakni mikrotubulus, mikrofilamen dan filamen intermedia. Masing-masing flamen terdiri atas subunit protein yang berbeda. Penjelasan mengenai masing-masing mengenai sitoskeleton antara lain sebagai berikut.
a. Mikrotubulus
Mikrotubulus adalah flamen yang memiliki rongga seperti tabung, kaku, serta mudah mengalami penguraian di suatu tempat dan juga mudah mengalami perakitan kembali di tempat yang lain.
Penyusun mikrotubulus adalah molekul tubulin. Tiap molekul berupa heterodimer yang disebut dimer tubulin α β. Masing-masing heterodimer tersusun atas dua subunit yang saling terikat erat dengan ikatan kovalen. Subunit-subunit tersebut yakni subunit α dan subunit β.
b. Mikrofilamen (Filamen Aktin)
Mikroflamen adalah struktur dengan bantuk batang padat debgan diameter sektita 7 nm. Mikroflamen juga disebut flamen aktin dikarenakan bahan penyusunnya berupa molekul aktin. Mkroflamen berupa rantai ganda subunit aktin yang saling melilit. Fungsi mikroflamen yakni memberikan daya tahan terhadap tegangan/daya tarik serta pergerakan sel terutama kontraksi otot.
c. Filamen Intermedia
Filamen intermedia adalah struktur yang memiliki diameter lebih besar dari mikroflamen namun diameternya kurang dari mikrotubulus, yakni ukuran diameternya 8-12 nm. Terdapat 4 kelompok flamen intermedia yaknie
Filemen Intermedia Tipe I. Polipeptidanya penyusunnya berupa keratin yang ditemukan di sel epitelium dan derivat epidermis (rambut, kuku).
Filemen Intermedia Tipe II. Polipeptidanya penyusunnya berupa vimentin, desmin, dan protein fbrilar yang ditemukan di sel mesenkin dan sel otot.
Filemen Intermedia Tipe III. Polipeptidanya penyusunnya berupa protein penyusun neuroflamen seperti di sel saraf.
Filemen Intermedia Tipe IV. Polipeptidanya penyusunnya berupa protein lamina nuklear.
Fungsi flamen intermedia adalah mempertahankan bentuk sel, menahan tarikan, tempat tautannya nukleus, dan pembentukan lamina nukleus.
7. Mitokondria
Mitokondria adalah organel sel yang memiliki mebran rangkap dengan bentuk bulat panjang. Organel ini ditemukan pada organime dengan sel eukariotik aerob. Membran mitokondria tersusun atas dua lapis membran kuat, feksibel, stabil, dengan bahan penyusun berupa lipoprotein. Membran dalam mitokondria berbentuk lekukan yang disebut krista yang berfungsi untuk memperluas permukaan agar memaksimalkan penyerapan oksigen. Kompartemen bagian dalam mitokondria berisi cairan yang disebut dengan matriks mitokondria yang mengandung enzim pernapasan (sitokrom), DNA, RNA, dan protein.
Gambar 9. Struktur mitokondria
Mitokondria juga mempunyai DNA tersendiri yang berfungsi untuk menghasilkan kode sintesis protein spesifk. Fungsi mitokondria yakni berperan dalam proses oksidasi makanan, respirasi sel, dehidrogenasi, fosforilasi oksidasif, dan sistem transfer elektron. Oksidasi zat makanan yang terjadi di dalam mitokondria menghasilkan energi dan zat residu. Berkaitan dengan fungsinya tersebut, maka mitokondria dijuluki dengan the power house of cell.
8. Plastida
Plastida adalah organel bermembran rangkap dengan bentuk dan fungsi yang bermacam-macam. Plastida terdiri dari 3 macam yakni kloroplas, kromoplas, dan leukoplas.
a. Kloroplas
Gambar 10. Struktur kloroplas.
Kloroplas adalah organel sel tumbuhan yang mengandung pigmen warna hijau/klorofl. Klorofl memiliki fungsi menyerap gelombang cahaya saat fotosintesis. Struktur kloroplas tersusun atas membran luar yang berfungsi untuk keluar masuknya molekul-molekul yang memiliki ukuran kurang dari 10 kilodalton; membran dalam yang memiiki sifat selektif permeabel yang berfungsi untuk keluar masuknya zat secara transpor aktif; stroma adalah cairan dalam kloroplas yang memiliki fungsi untuk menyimpan hasil fotosintesis dalam bentuk amilum; dan tilakoid tempat terjadinya fotosintesis.
b. Kromoplas
Kromoplas adalah plastida yang memiliki warna oranye serta merah karena memiliki kandungan pigmen karoten. Sel-sel yang memiliki kromoplas biasanya terdapat pada organ bunga, buah masak, serta daun yang akan mengalami keguguran. Warna pada kromoplas memiliki variasi yang banyak. Hal tersebut dikarenakan adanya rasosiasi dengan pigmen bunga dan buah lainnya, seperti pigmen antosianin yang tersimpan di dalam vakuola.
c. Leukoplas
ketela pohon dan sel-sel akar pada kentang. Terdapat 3 jenis leukoplas yakni Amiloplas, Elaioplas, dan Proteoplas.
9. Vakuola
Vakuola addalah organel bermembran yang beris cairan vakuola. Vakuola terdapat pada sel hewan dan sel nan tumbuhan. Namun, vakuola pada sel tumbuhan fungsinya lebih nyata daripada vakuola sel hewan. Saat tumbuhan masih muda, sel tumbuhan tersebut memiliki vakuola yang ukurannya kecil. Ketika tumbuhan sudah dewasa, maka ukuran vakuola akan membesar dan mendominasi ruang sel dan sitoplasma serta mendesak sitoplasma ke tepi dinding sel.
Gambar 11. Stuktur vakuola (Campbell, 2017).
Dalam keadaan normal, cairan sitoplasma bersifat hipertonis terhadap lingkungannya sehingga akan terjadi mekanisme osmosis yakni vakuola menyerap air. Selanjutnya, vakuola tersebut akan mengalami peningkatan volume serta meningkatkan tekanan air di dalamnya. Peristiwa tersebut merupakan tekanan turgor yang memberikan daya dorong pada membran vakuola (tonoplas) menuju ke seleuruh penjuru sitoplasma. Sitoplasma akan memberikan dorongan tekanan menuju dinding sel. Tekanan turgor untuk bertujuan untuk mengatur mekanisme osmosis cairan dari luar sel ke dalam sel.
