Teori Sel, Protoplasma, dan Senyawa Penyusunnya | Pintar Biologi

Blog Pembelajaran Biologi Terlengkap

Teori Sel, Protoplasma, dan Senyawa Penyusunnya

|

Teori Sel, Protoplasma, dan Senyawa Penyusunnya | Biologi Sel berkembang tahap demi tahap sejak ditemukan pertama kali pada abad ke-17. Pada periode itu, pengamatan biologi sel sebagian besar hanya mengenai bentuk dan struktur.

Penggabungan biologi sel, genetika, fisiologi, dan biokimia terjadi sekitar tahun 1930. Sejak saat itu, pengamatan biologi sel bergeser dari pengamatan bentuk dan struktur ke kajian biokimia dan pendekatan molekuler.

A. PERKEMBANGAN TEORI SEL

Istilah sel pertama kali dikemukakan oleh Robert Hooke (1665), pada saat mengamati sayatan gabus menggunakan mikroskop. Ia melihat adanya ruangan kecil yang disebut cella yang berarti kamar kecil (Gambar 1.1). 

Kemudian Purkinye tahun 1839 melihat bahwa di dalam cella terdapat zalir (zat mengalir=fluid) yang memiliki tanda-tanda hidup. Dujardin pada tahun 1855 menemukan bahwa di dalam cella tersebut, terdapat cairan kental. Senyawa inilah yang dikenal dengan nama protoplasma. Lebih kurang 15 tahun kemudian Dutrochet, Mathias von Schleiden, dan Schwan menemukan hal yang serupa.

Struktur mikroskopis gabus

Teori sel dikembangkan oleh Schwann dan Mathias von Schleiden. Hasil kerja dua orang peneliti ini membuahkan dua di antara tiga postulat teori sel, yaitu: 1. semua makhluk hidup terdiri atas sebuah atau lebih, sel yang bernukleus; 2. sel merupakan kesatuan fungsi yang terkecil. Laporan Schwann dan Schleiden tersebut, kecuali memberi formulasi teori sel, juga memberi perhatian khusus pada nukleus yang ditemukan beberapa tahun sebelumnya oleh Robert Brown, sebagai struktur yang mempunyai peranan penting dalam hubungannya dengan fungsi sel.

Postulat mereka segera dilengkapi oleh postulat ke-3, sehingga lengkaplah teori tersebut. Postulat terakhir ini dicetuskan pada tahun 1855 oleh Rudolf Virchow, seorang ahli patologi berkebangsaan Jerman. Virchow menyatakan bahwa semua sel berasal dari sel yang ada sebelumnya dengan jalan pembelahan. Pernyataan ini berbunyi: Omnie cellula e cellula.

B. PROTOPLASMA

Protoplasma yang ditemukan oleh Purkinye dan Dujardin merupakan zalir pertama yang memiliki tanda-tanda hidup. Zalir ini tidak berwarna, kental dan terdapat di semua sel. Dari segi morfologi, protoplasma merupakan substansi kental seperti agar-agar berwarna kehijauan. Protoplasma dapat berada dalam dua keadaan yaitu sol (encer) dan gel (kental)

Kekentalan protoplasma sangat beraneka sesuai selnya, serta keadaan fisiologis sel tersebut. Kekentalan protoplasma sangat dipengaruhi oleh tekanan hidrostatik, panas, dan muatan listrik. Sifat-sifat ini sangat berpengaruh pada proses-proses kehidupan.

Protoplasma terus menerus bergerak. Gerakan protoplasma ini ditentukan oleh ukuran molekul dan tenaga di dalamnya. Gerakan itu disebut gerakan brown dan gerakan amuboid.

1. Gerakan Brown

Gerakan ini ditemukan oleh Robert Brown (1828). Beliau melihat gerakan yang sangat cepat dari molekul-molekul di dalam protoplasma akibat dari saling bentur. Gerakan ini ditentukan oleh ukuran molekul dan tenaga kinetiknya. Selama profase gerakan brown bertambah cepat sesuai dengan kenaikan suhu (temperatur). Bersamaan dengan ini kekentalan proplasma menurun.

2. Gerakan Amuboid

Gerakan ini merupakan gerakan massa protoplasma yang berlangsung dengan teratur. Gerakan ini akibat perubahan terus menerus dari keadaan gel ke sol dan sebaliknya dari sol ke gel.

Hasil analisis kimia protoplasma menunjukkan bahwa protoplasma terdiri atas air, senyawa organik yang meliputi: protein, asam nukleat, lipid dan sakarida, serta senyawa anorganik yang berupa garam-garam.

a. Air

Air merupakan senyawa yang sangat penting untuk kehidupan dan merupakan salah satu komponen penyusun protoplasma. Reaksi kimia di dalam sel terjadi karena adanya air. Selain berperan sebagai tempat terjadinya reaksi-reaksi, air merupakan pelarut. Air juga berperan dalam proses hidrolisis dan dehidrasi. 

Protoplasma mengandung lebih kurang 60% air dan selebihnya zat padat. Di dalam cairan atau larutan, keberadaan air dapat berupa air bebas yang berperan sebagai pelarut,dapat pula berupa air terikat atau air intramolekul.

Dua atom H setiap molekul air terikat pada atom O dengan ikatan kovalen. Dua ikatan tersebut sangat polar, karena atom O sangat menarik elektron, sedangkan atom H daya tariknya lemah. Akibatnya di dalam molekul air penyebaran elektron tidak seimbang, dengan kecenderungan muatan positif berada pada dua atom H, dan muatan negatif berada pada atom O (Gambar 1.2). 

Apabila bagian muatan positif sebuah molekul air berdekatan dengan muatan negatif molekul air yang lain, daya tarik listrik mereka menimbulkan ikatan hidrogen. Ikatan ini lebih lemah daripada ikatan kovalen dan mudah putus oleh gerakan termal akibat tenaga panas molekul-molekul tersebut.

Rumus dan sifat-sifat molekul air

Molekul-molekul misalnya alkohol mudah larut di dalam air. Hal ini disebabkan alkohol merupakan molekul polar. Molekul yang mudah larut dalam air disebut hidrofilik. Gula, DNA, RNA, dan beberapa protein merupakan molekul hidrofilik. Molekul-molekul yang tidak mudah larut dalam air disebut hidrofobik. Molekul-molekul ini nonpolar sehingga tidak dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, contohnya hidrokarbon.

b. Protein

Hampir sepuluh persen dari protoplasma merupakan protein. Protein merupakan kelompok molekul dengan berat molekul tinggi. Protein terdiri atas unsur-unsur C, O, H, dan N, namun sering kali terdapat pula unsur S dan P. Protein tersebut merupakan polimer asam amino, ikatan antara dua buah asam amino disebut ikatan peptida (Gambar 1.3). 

Pada dasarnya perbedaan setiap organisme terletak pada protein-protein yang mereka miliki. Molekul protein bersifat amfoter, yaitu dapat mengion sebagai basa dan asam. Ciri utama yang dimiliki molekul protein adalah urutan asam aminonya. Terdapat 20 macam asam amino, seperti tertera di Tabel 1.1. Kombinasi 20 asam amino dengan berbagai urutannya, menghasilkan berbagai macam molekul protein.

Macam Asam Amino
Rumus umum asam amino dan ikatan peptida


Berdasarkan hasil hidrolisis, molekul protein dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu protein sederhana dan protein majemuk. Albumin dan globulin yang merupakan penyusun penting sitoplasma adalah contoh dari protein sederhana. Contoh protein sederhana lain, yaitu glutinin, oryzein, zein, dan lainnya yang berasal dari tumbuhan, sedangkan yang berasal dari hewan antara lain keratin, elastin dan kolagen.

Protein majemuk adalah protein yang berkaitan dengan molekul organik lain. Contoh: glikoprotein, lipoprotein, kromoprotein, dan nukleoprotein, yang disebut terakhir terutama dijumpai di nukleus.

Protein juga diklasifikasikan berdasarkan beberapa faktor. Pembagian berdasarkan susunan molekulnya terdapat:

  1. protein fibrosa, molekul penyusunnya teruntai membentuk suatu serabut. Contoh: kolagen, fibrin, aktin, dan myosine.
  2. protein globular, molekul penyusunnya teruntai kemudian terlipat-lipat, sehingga membentuk sesuatu mirip bola. Contoh: hemoglobin, mioglobin, dan enzim-enzim.

Contoh-contoh protein fibrosa

Berdasarkan perannya protein terbagi dalam kelompok:

  1. protein struktural, terdiri atas protein struktural intrasel dan ekstrasel. Beberapa contoh protein struktural ekstrasel: kolagen pada jaringan ikat, tulang rawan, dan tulang. Demikian pula keratin pada kuku dan rambut. Protein struktural intrasel antara lain aktin, myosin, dan mikrotubulus (Gambar 1.4).
  2. protein dinamis, merupakan protein yang terlibat langsung dalam proses metabolisme, mudah terurai dan terakit kembali. Contoh: beberapa enzim, hormon, dan pigmen darah.

Senyawa protein merupakan molekul pekerja. Mereka berperan dalam berbagai kegiatan sel, yaitu:

  1. sebagai katalisator berbagai reaksi kimia;
  2. memberi kekuatan struktural;
  3. memantau permeabilitas selaput dan kegiatan gen;
  4. mengatur kadar metabolit yang diperlukan dan menyebabkan terjadinya gerakan.

c. Asam nukleat

Asam nukleat merupakan untaian atau polimer nukleotida. Molekul nukleotida terdiri atas cincin bernitrogen yang berikatan dengan gula beratom C lima buah. Gula ini dapat berupa ribosa atau deoksiribosa. Gugus fosfat terdapat pula dalam molekul ini (Gambar 1.5). Nukleotida dengan gula ribosa disebut ribonukleotida, sedangkan yang memiliki gula deoksiribosa disebut deoksiribonukleotida. Cincin bernitrogen umumnya disebut basa nitrogen. Senyawa tersebut dibagi menjadi dua kelompok yaitu kelompok purin mencakup guanine (G) dan adenine (A); sedangkan kelompok pirimidin mencakup cytosine (C), thymine (T), dan uracil (U).

Nukleotida dapat berperan sebagai pembawa tenaga kimia yang disebut adenosin trifosfat (ATP) (Gambar 1.6). Senyawa ini berperan serta dalam pemindahan tenaga pada reaksi-reaksi kimia seluler. Pembentukan ATP dipicu oleh tenaga hasil oksidasi makanan.

Peran utama nukleotida adalah sebagai bahan baku pembentukan asam nukleat. Senyawa tersebut merupakan polimer nukleotida dan berperan sebagai penyimpan informasi genetik. Jenis asam nukleat ada dua, yaitu DNA (asam deoksiribosa nukleat) dan RNA (asam ribosa nukleat). Basa N yang berada di DNA adalah A, G, C, dan T sedangkan yang berada di RNA adalah A, G, C, dan U. RNA di dalam sel berupa untaian tunggal nukleotida, DNA merupakan untaian ganda yang tersusun sejajar (paralel).

Rumus molekul dan fungsi nukleotida
Molekul ATP sebagai pembawa tenaga dalam sel

d. Lipid

Lipid mencakup lemak netral, asam lemak, minyak, fosfolipid, lilin, dan steroid. Lipid di dalam protoplasma sangat bervariasi. Unsur utama penyusun lipid adalah C, H, dan O. Padanya dapat terikat unsur-unsur K, Na, Ca, Mg, dan ion klorida, bikarbonat, fosfat, dan sulfat. Lipid penyusun protoplasma pada umumnya berupa gliserida. Lipid terdiri atas gliserol dan asam lemak.

Lemak, lilin, dan steroid bersama-sama berperan dalam mempertahankan keberadaan air di dalam tubuh. Lemak merupakan molekul kaya tenaga. Lemak dapat diubah menjadi karbohidrat dan sebaliknya karbohidrat dapat diubah menjadi lemak. Lemak juga merupakan senyawa penyimpan cadangan makanan.

Asam lemak memiliki dua daerah: (Gambar 1.7.)

  1. rantai hidrokarbon yang bersifat hidrofobik, tidak terlarut di dalam air dan kurang reaktif.
  2. gugus asam karboksilat yang bersifat hidrofilik, terlarut di dalam air, mengion di dalam larutan dan mudah bereaksi membentuk ester. Gliserol, asam lemak dan ion fosfat dapat berikatan membentuk fosfolipid yang merupakan struktur dasar selaput plasma.

Rumus asam lemak dan derivatnya

Kemampuan fosfolipid membentuk membran merupakan akibat sifat amfipatik (mengikat air dan lemak) yang dimiliki. Pada permukaan air, fosfolipid akan meluas membentuk selapis molekul-molekul fosfolipid dengan kepala hidrofilik berikatan dengan air dan ekor hidrofobik menjauhi air (Gambar 1.8.).

Sifat asam lemak

e. Karbohidrat

Senyawa ini disebut sakarida. Molekul terkecil sakarida disebut monosakarida. Berdasarkan jumlah monosakarida yang menyusun sakarida tersebut dikenal adanya: disakarida, oligosakarida, dan polisakarida. Proses polimerisasi monosakarida yang merupakan pembentukan disakarida dapat dilihat pada Gambar 1.9. Polisakarida dapat dikelompokkan menjadi:

1) polisakarida struktural, beberapa contoh sakarida struktural, yaitu: selulosa, pembentuk dinding sel tumbuhan; asam hialuronat, yang merupakan salah satu komponen substansi antarsel jaringan ikat.

2) polisakarida nutrien, contoh: amilum, glikogen, dan paramilum. Karbohidrat yang berikatan dengan protein disebut glikoprotein dan proteoglikan sedangkan yang berikatan dengan lipid disebut glikolipid.

Pembentukan disakarida

Berdasarkan ciri dan sifat setiap komponen penyusun protoplasma, terutama lipid, segumpal protoplasma tersekat-sekat menjadi beberapa bentukan disebut organel. Protoplasma semula dinyatakan sebagai suatu cairan kental yang homogen ternyata merupakan cairan kental yang berstruktur sangat rumit. Berdasarkan kerumitan struktur protoplasma, terdapat 2 kelompok sel yaitu prokaryota dan eukaryota.

C. RANGKUMAN

Pengertian sel yang kita ikuti sekarang, bukanlah pengertian sel yang disajikan oleh Robert Hooke di tahun 1665. Sel yang ditemukan pada abad 17 oleh Robert Hooke ternyata berisi zalir kental yang merupakan campuran berbagai macam senyawa. Zalir ini disebut protoplasma, yaitu zalir pertama yang memiliki tanda-tanda hidup ditemukan oleh Purkinje pada tahun 1839.

Bagian terluar protoplasma membentuk lapisan tipis yang merupakan pembatas antara protoplasma dengan lingkungan tempat beradanya. Selaput tipis itu pulalah yang menyebabkan protoplasma berbentuk. Unsur penyusun protoplasma adalah karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Unsur-unsur tersebut membentuk air, protein, asam nukleat, lipid, dan karbohidrat. Selain unsur-unsur tersebut dijumpai pula kalsium, kalium, natrium, dan sulfur.

Protoplasma berupa substansi yang dapat berada pada dua keadaan yaitu sol dan gel, serta dapat melakukan gerakan-gerakan yang ditentukan oleh molekul dan tenaga yang ada. Gerakan tersebut adalah gerakan brown dan amuboid.

Saat ini terdapat beberapa batasan mengenai sel, pertama: sel adalah segumpal protoplasma yang memiliki bentuk; dan kedua: sel adalah kesatuan (unit) terkecil dari suatu struktur, fungsi, dan pewarisan.

Sumber: Modul Kuliah Biologi UT

Related Posts