STUKTUR DAN FUNGSI ORGANEL SEL DAN SIFAT FISIKA DAN KIMIAWI PROTOPLASMA

A.    Stuktur dan fungsi organel sel

Sel merupakan kesatuan struktural dan fungsional penyusun makhluk hidup yang dapat memperbanyak diri. Aktivitas yang ada dalam sel terjadi dalam organel-organel yang mendukung fungsi-fungsi tertentu. Adapun fungsi dari bagian-bagian penyusun sel adalah sebagai berikut:

1.      Dinding sel

Dinding sel bersifat permeabel, berfungsi sebagai pelindung dan pemberi bentuk tubuh. Sel-sel yang mempunyai dinding sel antara lain: bakteri, cendawan, ganggang (protista), dan tumbuhan. Kelompok makhluk hidup tersebut mempunyai sel dengan bentuk yang jelas dan kaku (rigid). Pada protozoa (protista) dan hewan tidak mempunyai dinding sel, sehingga bentuk selnya kurang jelas dan fleksibel, tidak kaku. Pada bagian tertentu dari dinding sel tidak ikut mengalami penebalan dan memiliki plasmodesmata  disebut noktah (titik).

2.      Membran plasma

Membran plasma membatasi sel dengan lingkungan luar, bersifat semi/selektif permeabel, berfungsi mengatur pemasukan dan pengeluaran zat ke dalam dan ke luar sel dengan cara difusi, osmosis, dan transport aktif. Membran plasma disusun oleh fosfolipid, proten, kolesterol, dll.

3.      Sitoplasma
Sitoplasma merupakan cairan sel yang berada di luar inti, terdiri atas air dan zat-zat yang terlarut serta berbagai macam organel sel hidup. Organel-organel yang terdapat dalam sitoplasma antara lain:

a.       Retikulum Endoplasma (RE) berupa saluran-saluran yang dibentuk oleh membrane . RE terbagi dua macam, yaitu RE halus dan RE kasar.Pada RE kasar terdapat ribosom, berfungsi sebagai tempat sintesis protein. Sedangkan pada RE halus tidak terdapat ribosom, berfungsi sebagai tempat sintesis lipid.

b.      Ribosom terdiri atas dua unit yang kaya akan RNA, berperan dalam sintesis protein. Ribosom ada yang menempel pada RE kasar dan ada yang terdapat bebas dalam sitoplasma.

c.       Mitokondria memiliki membran rangkap, membran luar dan membran
dalam. Di antara kedua membran tersebut terdapat ruang antar membran. Membran dalam berlekuk-lekuk disebut krista yang berfungsi untuk memperluas bidang permukaan agar proses penyerapan oksigen dan pembentukan energi lebih efektif. Pada bagian membran dalam terdapat enzim ATP sintase yang berfungsi sebagai tempat sintesis ATP. Fungsi mitokondria ini adalah tempat respirasi aerob.

d.      Lisosom berupa butiran kecil/bundar, berisi enzim pencerna  yang berfungsi dalam pencernaan intrasel.

e.       Aparatus Golgi (Badan Golgi) berupa tumpukan kantung-kantung pipih, berfungsi sebagai tempat sintesis dari sekret (seperti getah pencernaan, banyak ditemukan pada sel kelenjar), membentuk protein dan asam inti (DNA/RNA), serta membentuk dinding dan membran sel.

f.        Plastida
Berbentuk bulat cakram yang ditemukan pada tumbuhan, terbagi atas tiga macam:

1)       Leukoplas = Amiloplas: plastida yang tidak berwarna, dapat membentuk dan menyimpan butir-butir zat tepung/pati.

2)      Kromoplas adalah plastida berwarna selain hijau, karena adanya pigmen: melanin (hitam), likopin (merah), xantophil (kuning), karoten (jingga), fikosianin (biru), dan fikoeritrin (coklat).

3)      Kloroplas merupakan plastida berwarna hijau, karena mengandung zat hijau daun (klorofil), terdiri atas: klorofil a (warna hijau biru=C55H72O5N4Mg) dan klorofil b (warna hijau kuning=C55H70O6N4Mg).

Vakuola berbentuk rongga bulat, berisi senyawa kimia tertentu atau sisa produk metabolisme sel, yang mengandung berbagai macam zat sesuai pada jenis selnya. Misalnya dapat berisi garam nitrat pada tanaman tembakau, tanin pada sel-sel kulit kayu, minyak eteris pada kayu putih dan mawar, terpentin pada damar, kinin pada kina, nikotin pada tembakau, likopersin pada tomat, piperin pada lada.

g.      Nukleus (Inti sel) dibatasi oleh membran inti, mengandung benang-benang kromatin dan nukleolus (anak inti sel). Membran inti terdiri atas dua lapis dan mempunyai pori. Benang-benang kromatin akan memendek pada waktu proses pembelahan sel membentuk kromosom. Nukleus berfungsi mengatur segala aktivitas yang terjadi dalam sel (Gambar 2.7).

B.     Sifat fisika dan kimiawi protoplasma

Protoplasma (Latin, proto = pertama, plasma = substansi); “substansi dasar kehidupan yang terdapat pada semua sel makhluk hidup” Yang memberi nama; Purkinye (1840).Nukleoplasma : plasma yang terdapat di dalam inti sel.Sitoplasma : plasma yang terdapat antara membran plasma dengan membran nukleus.Sitoplasma memegang peranan vital pada semua sel makhluk hidup sebab semua proses biosintesa & bioenergi terjadi di dalam sitoplasma.Sitoplasma terdiri dari 2 bagian; matrix (tampak transparan, homogen dan menyerupai koloid) dan organel.

1)      Susunana kimia protoplasma

Ada 36 unsur (dari 108 unsur) yang diketemukan pada protoplasma;

UNSUR	PROSENTASE
Oksigen (O) Karbon ( C ) Hidrogen ( H ) Nitrogen ( N ) Kalsium ( Ca ) Pospor ( P ) Klor ( Cl ) Sulfur ( S ) Kalium ( K ) Natrium ( Na ) Magnesium ( Mg ) Besi ( Fe ) Yodium ( I )	62 % 20 % 10 % 3 % 2,5 % 1,14 % 0, 16 % 0, 14 % 0,11 % 0,10 % 0, 07% 0,10 % 0, 014 %

Unsur-unsur lain yang jumlahnya sedikit;

Tembaga ( Cu ), Kobal ( Co ), Mangan (Mn), seng (Zn), molibdenum (Mo), boron (Bo), Silikon (Si), dsb. Prosentase beratnya kurang lebih 0,756%.

Unsur-unsur kimia ini pada protoplasma ada yang berbentuk persenyawaan maupun dalam bentuk ion-ion.

Yang berbentuk persenyawaan dapat berbentuk persenyawaan anorganik maupun organik.

a.       Persenyawaan anorganik pada protoplasma

1.       Air (H₂O)

Merupakan persenyawaan anorganik yang terbanyak pada protoplasma (60-95%), tergantung pada jenis sel (sel yang muda lebih banyak mengandung air), umur, tempat hidup (makhluk hidup yang hidup di dalam air lebih banyak mengandung air), dsb.

Fungsi air:

1)      Pelarut bahan-bahan anorganik

2)      Media dispersi yang baik untuk sistem koloid pada protoplasma.

3)      Stabilisator suhu

4)      Pelarut elektrolit

5)      Media transport

6)      Media yang baik untuk proses metabolisme

2.      Garam-garam Mineral

Garam-garam yang terdapat pada protoplasma ada dalam bentuk ion bebas ada juga yang terikat pada molekul lain misalnya dengan molekul protein atau lemak.

Garam-garam ini berfungsi mengatur tekanan osmotik sedangkan ion-ion garam menentukan struktur makromolekul.

Contoh : garam fosfat, karbonat, klorida, sulfat dari kalsium, natrium dan magnesium

3.      Senyawa anorganik yang berbentuk Gas

Gas yang terdapat pada protoplasma berbentuk larutan; gas Oksigen (O₂), Nitrogen (N₂) dan gas asam arang (CO₂).Gas O₂ pada suhu 25⁰C dan tekanan/ atmosfir pada air murni dapat larut 2,83 ml O₂/100 ml air.Kelarutan gas CO2 dalam air agak lain. Beberapa molekul gas CO2 yang larut dapat bereaksi dengan air.

CO₂ + H₂O  H₂CO₃  H⁺ + HCO3

Asam karbonat Asam bikarbonat

4.      Asam & Basa

Asam dan basa anorganik yang terdapat pada protoplasma, misalnya asam klorida (HCl), dan basa kalium hidroksida (KOH).

b.      Persenyawa organik pada protoplasma

1.      Karbohidrat

Sangat vital untuk proses-proses fisiologi di dalam sel makhluk hidup.

Berdasarkan fungsinya, dikelompokkan menjadi

1)      Karbohidrat yang sederhana sebagai sumber energi di dalam sel

2)      Karbohidrat yang berantai panjang sebagai cadangan energi

3)      Karbohidrat yang berantai panjang sebagai komponen struktural organel dan bagian sel lainnya.

Empat kelompok besar Karbohidrat

1)      Monosakarida (Triosa (3 C), Tetrosa (4 C), Pentosa (5 C), Heksosa (6 C)

2)      Disakarida (mengandung 2 molekul monosakarida; sukrosa, maltosa & laktosa)

3)      Oligosakarida (golongan ini merupakan zat-zat yang menghasilkan 3-10 monosakarida pada hidrolisa)

4)      Polisakarida (Amilum, Glikogen, Inulin, Selulosa, Heteropolisakarida (Kitin, Chondroitin sulfat, heparin, mucoprotein & glycoprotein)

2.      Lipida

Lipida : “persenyawaan organik yang banyak terdapat pada sel makhluk hidup yang mempunyai sifat tidak larut di dalam air tetapi dapat larut pada pelarut organik misalnya eter, kloroform, alkohol panas dan benzen”Lemak adalah non polar dan hidrophobi.

Pada sel makhluk hidup lemak berfungsi sebagai struktural misalnya komponen membran plasma, hormon, vitamin. Juga berfungsi sebagai sumber energi dan cadangan energi sel makhluk hidup.

Lipida dapat diekstraksi dari jaringan sel tumbuhan maupun hewan dengan menggunakan pelarut lemak. Hasil ekstraksi menghasilkan campuran lemak yang kompleks antara lain; trigliserida, wax, fosfolipida, glikolipida, bermacm-macam sterol & senyawa2 lainnya.

Macam2 Lipida yang terdapat pada sel makhluk hidup

1)      Lipida sederhana; ester alkohol/ Trigliserida yang asam lemak dan alcohol

2)      Lipida Gabungan; ester asam lemak yang pada hidrolisa menghasilkan asam lemak, alkohol dan zat-zat lain. Lipida gabungan yang terdapat pada protoplasma; fosfolipida, spingolipida, glikolipida, gangliosida, lipoprotein, karatinoid

3)      Turunan Lipida; steroid, struktur dasar molekulnya cincin C-17 yaitu siklopentano perhidopenatron. Steroid yang terdapat pada protoplasma sek hewan; hormon kelamin, vitamin D, cholesterol, kortikosteron & estradiol.

3.      Protein

Merupakan polimer dari asam amino.Asam amino yang terdapat pada protoplasma;

1)      Asam amino netral; Glysin, Alanin, Valine, Leusin, Isoleusin, Serin, Theonin.

2)      Asam amino asam; asam aspartat, asam glutamate Amida asam amino; Aspargin, GlutaminAsam amino basa; Histidin, Arginin, LysinAsam amino aromatik; Phenylalanin, Tirosin, Tryptofan.

3)      Asam amino yang mengandung sulfur; Cysteine, Methionin

4)      Asam amino sekunder; Prolin Hydroksiprolin

Asam amino esensial & non esensial

1)      Ada 10 macam asam amino essensial; L-methionin, L-Threonin, L-valin, L-Leosin, L-isoleusin, L-Lisin, L-Arginin, L-Phenilalanin, L-Thriptophan & Histidin.

2)      Bila asam amino berhubungan dengan ikatan peptida maka terbentuklah dipeptida, tripeptida, polipeptida. Protein merupakan polimer dari asam amino yang berantai panjang.

Penggolongan Protein berdasarkan komposisi kimia yang dihasilkan pada proses hidrolisa

1)      Protein Sederhana (bila dihidrolisa hanya menghasilkan asam amino; misalnya; albumin dan globulin)

2)      Protein gabungan; bila dihidrolisa menghasilkan asam amino dan persenyawaan lainnya; Glikoprotein (protein & karbohidrat), Nukleoprotein, Kromoprotein (protein & bahan zat warna; haemoglobin & haemiosianin), Lipoprotein, Fosfoprotein (gugusan fosfat dan asam amino; kasein pada susu), Metaloprotein (protein yang mengandung metal)

Penggolongan Protein pada protoplasma

1)      Protein Primer (struktur molekulnya terdiri dari asam amino yang tersusun secara linier dengan ikatan peptida),

2)      Protein sekunder (struktur molekulnya terdiri dari beratus-ratus asam amino yang tersebar secara spiral)

3)      Protein tertier (struktur molekulnya terdiri dari beberapa rantai polipeptida yang dihubungkan dengan ikatan sulfur; misal; globulin)

4)      Protein quarter (struktur molekulnya mengandung 2 ikatan atau lebih peptida yang berikatan dengan ikatan kovalen yang lemah; misal; haemoglobine)

4.      Asam Nukleat

Ada 2 macam asam nukleat yang terkenal; ARN (Asam Ribosa Nukleat) & ADN (Asam Deoksiribosa Nukleat).

Fungsi Asam Nukleat :

1)      Mengontrol aktivitas biosintesa pada sel.

2)      Membawa informasi genetic

Struktur ARN & ADN merupakan polimer nukleotida. Hasil hidrolisa nukleotida menghasilkan gula (ribosa/ deoksiribosa), basa nitrogen (purin (adenin dan guanin) & pirimidin (sitosin, timin & urasil)

Persamaan dan Perbedaan Molekul RNA & DNA

RNA

DNA

1.      Mengandung gula Ribosa 2.      Mengandung molekul asam fosfat yang menghubungkan gula yang satu dengan gula lainnya. 3.      Terdiri dari 1 rantai nukleotida 4.      Molekulnya mengandung 4 macam nukleotida yaitu uridinmonopospat, sitidin monopospat, guanin monopospat dan adenosin monopospat. 5.      Berperan membawa informasi genetik pada sintesa protein 6.      Terdapat pada nukleolus, nukleoplasma & sitoplasma

1.      Mengandung gula deoksi Ribosa. 2.      Mengandung asam Fosfat yang menghubungkan gula yang satu dengan gula lainnya. 3.      Terdiri dari 2 rantai nukleotida (double helix) 4.      Molekulnya mengandung 4 macam nukleotida yaitu timin monopospat, deoksisitidin monopospat, deoksiguanosin monopospat dan deoksiadenosin monopospat 5.      Merupakan material genetic 6.      Terdapat pada kromosom, nukleoplasma & mitokondria

2)      Sifat-sifat Fisika Protoplasma

1.      Bila protoplasma yang merupakan sistem koloid ini disinari dengan sinar lampu listrik pada suatu ruang yang gelap akan memberi efek Tyndall.

2.      Molekul-molekul (partikel) pada sistem koloid protoplasma bergerak secara zig-zag (gerak Brown (1872)). Gerak Brown pada protoplasma kecepatannya tergantung pada besarnya partikel dan suhu protoplasma.

3.      Gerak siklosis (cyclosis) dan amoeboid. Oleh karena matrik sitoplasma dapat bersifat agak kental maka pada matrik sitoplasma ada gerakan. Gerakan di dalam matrik sitoplasma ini disebut gerakan siklosis (terjadi pada saat matrik dalam fase sol dan terjadinya gerakan ini karena pengaruh tekanan hidrostatik, suhu, pH dan viskositas. Bergeraknya kromosom, sentriol, mitokondria, lisosom, dsb disebabkan gerakan sikolsis. Gerakan amoeboid terbentuk pada gerak siklosis. Gerak amoeboid terjadi pada protozoa, leukosit, dsb. Pada gerakan amoeboid, terjadi perubahan bentuk sel. Penonjolan sitoplasma ini disebut pseudopodia.

4.      Matriks sitoplasma yang cair memiliki tegangan permukaaan. Matriks protein dan lemak memiliki ketegangan permukaan yang kurang karenanya membentuk membran plasma, sedangkan bahan-bahan kimia misalnya garam NaCl tegangan permukaannya tinggi akibatnya NaCl menempati bagian yang lebih dalam pada matrik sitoplasma.