Organisasi Tingkat Molekul dan Sel

Organisasi Tingkat Molekul dan Sel

Para ahli biologi telah mempelajari tingkat-tingkat organisasi ini selama berabad-abad. Dalam abad ini dimana alatdan teknik sudah canggih, para biologiwan dapat menyingkap lebih jauh ke dalam kerumitan benda-benda hidup. Mikroskop elektron salah satunya, yang dapat menyingkapkan derajat struktur sub selular organel serta organisasinya. Perhatikanlah gambar 1 berikut ini, mikroskop cahaya dapat memperbesar benda/objek hingga 2000 kali, sedangkan mikroskop elektron dapat memperbesar benda/objek hingga 500.000 kali.

a

b

Gambar 2. Jenis mikroskop: (a) mikroskop cahaya, dan (b) mikroskop elektron

Dengan alat dan teknik kimia pun, struktur sub selular (organel) ini dapat dipisahkan lagi menjadi makro molekul, molekul yang lebih sederhana, bahkan hingga atom-atom (proton, neutron, dan elektron) yang membangunnya.
Telah diketahui bahwa salah satu ciri yang paling khas pada organisme hidup adalah bahwa organisme dibangun oleh molekul yang mengandung atom karbon (C = carbon), hidrogen (H), dan oksigen (O). Kimia senyawa-senyawa karbon itu selanjutnya disebut Kimia Organik. Batuan (benda mati) dapat juga terjadi dari atom-atom karbon tetapi hanyalah jika proses kehidupan telah menjadi batuan fosil. Namun organisasi atom dan molekul dalam organisme hidup jauh lebih dinamik dari pada yang terdapat dalam benda mati seperti batuan.

Tubuh organisme hidup tersusun atas molekul organik, yaitu molekul yang mengandung atom karbon (C), hidrogen (H), dan aksigen (O). Molekul organik ini ada 4 macam atau golongan yaitu:

1. Molekul lipid. Molekul ini mengandung sejumlah besar atom karbon, hidrogen, serta oksigen, dan kadang kala ditambah Nitrogen dan Posfor. Di dalam sel terdapat bermacam jenis lipid, diantaranya adalah lemak, fosfolipid dan steroid. Lemak, baik lemak jenuh (yang berasal dari hewan) maupun lemak tak jenuh (yang berasal dari minyak tumbuhan) merupakan sumber cadangan energi bagi organisme hidup. Fosfolipid merupakan bagian penting penyusun membran sel. Perhatikan gambar 3 mengenai struktur membran sel. Steroid misalnya kolesterol merupakan bahan baku pembuatan garam-garam empedu, vitamin D dan beberapa hormon (estrogen, progesteron, dan testosteron). Garam-garam empedu penting untuk mengemulsi lemak agar lemak yang kita makan dapat tercerna dan terserap usus kita. Bila kadar kolesterol dalam darah berlebihan akan menjadi penyebab utama peyakit jantung koroner (penyumbatan pembuluh nadi tajuk atau arteri koronaria).

Gambar 3. Membran plasma.
(a) transmisi elektron yang menunjukkan permukaan membran sel,
(b) struktur membran plasma, dibangun oleh lipid, protein dan karbohidrat.

2. Molekul karbohidrat. Molekul ini mengandung atom karbon, hidrogen dan oksigen. Contoh karbohidrat adalah glukosa. Glukosa ini merupakan sumber energi atau bahan bakar terpenting bagi organisme hidup. Glukosa ini juga merupakan monomer atau unit/satuan penyusun polimer karbohidrat seperti pati dan selulosa. Pati yang merupakan polimer dari glukosa, ada 2 macam yaitu amilosa dan amilopektin. Pati tidak dapat larut dalam air jadi dapat dimanfaatkan sebagai depot penyimpanan glukosa. Tumbuhan yang kelebihan glukosa akan merubahnya menjadi pati sebagai makanan cadangan. Pati banyak terdapat dalam kentang, padi, jagung dan gandum. Seperti halnya dengan pati, selulosa adalah suatu polisakarida dengan glukosa sebagai monomernya. Tetapi bentuk ikatan antarglukosanya berbeda dengan ikatan antar glukosa pada pati. Ikatan antarglukosa pada selulosa sedemikian rupa menghasilkan suatu molekul yang panjang, lurus, kaku dan rapat, sehingga selulosa berbentuk rangkaian serat yang panjang dan kaku, suatu bahan baku yang sempurna sebagai penyusun dinding sel tumbuhan. Perhatikan perbedaan pati dengan selulosa pada sel tumbuhan pada gambar 4 berikut ini.

Gambar 4. a. Butir-butir pati dalam sel-sel cadangan makanan,
perhatikan dinding-dinding selnya.

Gambar 4. b. Serat (fibril) selulosa dalam dinding sel Alga hijau; pembesaran 17000 kali.

3. Molekul protein. Molekul ini adalah makro molekul yang polimer (dibangun oleh asam amino sebagai monomernya) dan tidak bercabang. Tersusun dari unsur-unsur karbon (C), hidrogen (H) oksigen (O) dan nitrogen (N), dan kadang-kadang disertai unsur sulfur (S), dan posfor (P). Kira-kira 50% dari berat kering organisme hidup adalah protein. Protein dalam organisme hidup ini ada yang berperan sebagai enzim, sebagai sumber energi misalnya untuk pergerakan otot, ada yang bertanggung jawab atas pengangkutan materi melalui peredaran darah misalnya hemoglobin dan zat anti bodi, ada pula yang berperan sebagai persediaan makanan misalnya ovalbumin pada putih telur dan kasein pada susu. Protein juga merupakan bahan untuk perbaikan, pertumbuhan dan pemeliharaan struktur sel dari organ tubuh. Terdapat 20 macam asam amino yang membentuk berbagai macam protein dalam tubuh organisme hidup.

4. Molekul asam nukleat. Molekul ini merupakan satu-satunya molekul yang membawa informasi genetik organisme hidup. Terdapat 2 golongan besar asam nukleat yaitu asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). Kedua asam ini adalah polimer linier yang tidak bercabang, dengan nukleotida sebagai monomernya. Satu nukleotida tersusun atas 3 bagian yaitu:
(a). Sebuah gula berkarbon 5 (pentosa) yaitu ribosa atau deoksiribosa.; (b) Suatu basa yang berstruktur cincin dan mengandung nitrogen. Basa ini adalah adenin, guanin, sitosin, dan timin atau urasil; (c). Satu, dua, atau tiga gugus fosfat yang terikat pada atom karbon gula pentosa.
Materi-materi genetik ini akan Anda pelajari lebih mendalam di kelas III; sebagai pengetahuan dasar perhatikanlah gambar 4 dan 5 berikut ini.

Gambar 5. Macam-macam Komponen Penyusun DNA: (a) Gula 5 Karbon (2-deoksiribosa); (b) Basa Nitrogen; dan (c) Gugus Fosfat.

Gambar 6. Macam-macam nukleotida, (a) deoksiguanosin, (b) deoksiadenosin,
(c) deoksisitidin, dan (d) deoksitimidin

Kini Anda telah memahami bahwa pada organisme hidup, atom-atom berikatan membentuk molekul. Molekul-molekul ini tersusun ke dalam sistem interaksi yang kompleks yang kemudian membentuk sebuah sel. Dengan kata lain, molekul-molekul organik tersebut bergabung membentuk organel-organel sel, kemudian berbagai organel tersebut saling berinteraksi membentuk satu kesatuan terkecil dari makhluk hidup/organisme yang disebut Sel.
Kita kenal ada sel hewan dan sel tumbuhan. Perhatikanlah kedua macam sel itu pada gambar 6 berikut ini. Bandingkan perbedaan antara sel hewan dan sel tumbuhan tersebut.

Gambar 7. Sel: (a) sel hewan, dan (b) sel tumbuhan

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa sebuah sel dibangun oleh komponen-komponen berikut: air, ion-ion anorganik, makromolekul (protein, lipid, asam nukleat, dan karbohidrat/polisakarida), dan mikromolekul (asam amino, asam lemak, nukleotida, dan glukosa).

Telah Anda ketahui bahwa seluruh aktivitas sel dikendalikan oleh nukleus. Tahukah Anda materi atau molekul apakah yang terdapat di dalam nukleus? Ya benar, di dalam nukleus terdapat dua macam molekul atau materi hereditas yakni asam deoksiribonukleat (DNA) dan asam ribonukleat (RNA). DNA ini sering dihubungkan dengan gen. Apakah gen itu? Gen adalah bagian tertentu dalam untaian DNA yang dapat mengkodekan protein fungsional di dalam sel. Melalui protein-protein yang dikodekan oleh DNA inilah semua proses di dalam sel dapat berlangsung secara teratur. Kedua materi hereditas ini akan Anda pelajari lebih mendalam di kelas III.

Sel sebagai unit fungsional dan unit struktural terkecil pada organisme multiseluler akan selalu memperlihatkan ciri-ciri hidup, diantaranya adalah:
1. Mampu bereproduksi atau menghasilkan keturunan melalui pembelahan diri secara 2n)">mitosis atau n)">meiosis.
2. Mampu memperoleh atau menghasilkan energi untuk kehidupannya melalui serangkaian proses respirasi sel di dalam mitokondria, energi ini berbentuk adenosin triphosphat (ATP).
3. Mampu memberikan respons/tanggapan terhadap stimulus/rangsang.
4. Mampu melakukan pencernaan intra seluler (digestive) dan pengeluaran (ekskresi) melalui serangkaian proses seperti pada gambar 7 ini:

Gambar 8. Mekanisme sel dalam memasukan dan mengeluarkan zat yang dibutuhkan
dan zat sisa pencernaan.

5. Mampu bertumbuh dan berkembang bahkan berdiferensiasi. Sel-sel anak hasil pembelahan sel (mitosis) akan tumbuh hingga mencapai ukuran tertentu, kemudian mulai berkembang, berdiferensiasi atau berspesialisasi (berubah bentuk menurut fungsi-fungsi tertentu). Sebagai contoh; di dalam tubuh manusia terdapat bermacam-macam sel yang berdiferensiasi menyusun suatu jaringan. Dari manakah berbagai macam sel tubuh kita berasal? Yaitu dari sebuah sel yang dinamakan zigot. Pada saat zigot berumur 24 jam, ia mulai membelah diri secara mitosis dan berulang-ulang, hingga membentuk struktur yang disebut Morula, lalu Blastula kemudian Gastrula. Pada saat fase gastrula inilah mulai terjadi diferensiasi sel-sel menjadi jaringan-jaringan dan organ-organ.

Adapun kemajuan IPTEK di bidang Biologi Sel dan Molekuler saat ini telah dapat memecahkan banyak persoalan di masyarakat. Misalnya, melalui serangkaian penelitian ahli-ahli Biologi telah dapat mengidentifikasi jenis virus HIV, virus SARS, ataupun virus flu burung yang akhir-akhir ini mewabah dan membuat kecemasan di kalangan masyarakat. Setelah diidentifikasi, para ahli pun kemudian melakukan serangkaian penelitian lagi dalam upaya pencarian vaksin atau obatnya.

Para ahli biologi juga telah dapat mengetahui susunan DNA dalam sel dengan alat PCR (Polymerase Chain Reaction), dan berhasil mengidentifikasi gen-gen yang bertanggung jawab untuk pertumbuhan organ tubuh tertentu pada mamalia.

Akhir-akhir ini pun banyak beredar tanaman-tanaman transgenik (yaitu tanaman yang sel-selnya mengandung gen sisipan dari organisme lain dengan tujuan tertentu). Dengan teknik transgenik, tanaman dapat direkayasa memiliki kemampuan mengikat Nitrogen bebas dari udara tanpa harus diberikan pupuk. Ataupun mempu menghasilkan insektisida dalam tubuhnya sendiri sehingga tidak perlu lagi diberikan semprotan insektisdida.
Demikian pula halnya dengan hewan/ternak transgenik, telah dihasilkan ayam petelur, ayam pedaging, sapi pedaging, maupun domba yang mampu memproduksi air susu yang komposisinya mirip dengan ASI manusia. Dan masih banyak lagi penemuan-penemuan di bidang Biologi Sel dan Molekuler lainnya yang bermanfaat bagi manusia. Dapatkah Anda memberikan contoh kemajuan atau penemuan di bidang Biologi Sel dan Molekuler lainnya? Cobalah Anda cari di surat kabar, majalah, atau sumber lainnya, kemudian jadikan klipping agar dapat menambah pengetahuan dan memperluas wawasan Anda.
Sampai di sini apakah Anda dapat memahami seluruh uraian yang diberikan? Bagus! Sekarang lanjutkanlah mempelajari uraian berikutnya yaitu mengenai organisasi kehidupan tingkat jaringan dan organ.