Apa yang Dilakukan Semua Bagian Sel?

Sel adalah blok bangunan dasar kehidupan. Kurang puitis, mereka adalah unit terkecil dari makhluk hidup yang mempertahankan semua sifat dasar yang terkait dengan kehidupan itu sendiri (misalnya, sintesis protein, konsumsi bahan bakar dan materi genetik). Akibatnya, meskipun ukurannya kecil, sel harus melakukan berbagai macam fungsi, baik terkoordinasi maupun independen. Ini pada gilirannya berarti bahwa mereka harus mengandung berbagai bagian fisik yang berbeda.

Kebanyakan organisme prokariotik hanya terdiri dari satu sel, sedangkan tubuh eukariota seperti Anda mengandung triliunan. Sel eukariotik mengandung struktur khusus yang disebut organel, yang mencakup membran yang mirip dengan yang mengelilingi seluruh sel. Organel-organel ini adalah pasukan darat sel, yang terus-menerus memastikan bahwa semua kebutuhan sel dari waktu ke waktu terpenuhi.

Semua sel mengandung, minimal mutlak, membran sel, materi genetik dan sitoplasma, juga disebut sitosol. Materi genetik ini adalah asam deoksiribonukleat, atau DNA. Pada prokariota, DNA berkerumun di salah satu bagian sitoplasma, tetapi tidak tertutup oleh membran karena hanya eukariota yang memiliki nukleus. Semua sel memiliki membran sel yang terdiri dari bilayer fosfolipid; sel prokariotik memiliki dinding sel langsung di luar membran sel untuk stabilitas dan perlindungan tambahan. Sel-sel tumbuhan, yang bersama dengan jamur dan hewan adalah eukariota, juga memiliki dinding sel.

Semua sel juga memiliki ribosom. Pada prokariota, ini mengapung bebas di sitoplasma; pada eukariota mereka biasanya terikat pada retikulum endoplasma. Ribosom sering diklasifikasikan sebagai jenis organel, tetapi dalam beberapa skema mereka tidak memenuhi syarat seperti itu karena tidak memiliki membran. Tidak memberi label pada ribosom organel membuat skema "satu-satunya eukariota yang memiliki organel" konsisten. Organel eukariotik ini termasuk, selain retikulum endoplasma, mitokondria (atau pada tumbuhan, kloroplas), badan Golgi, lisosom, vakuola, dan sitoskeleton.

Membran sel, juga disebut membran plasma, adalah batas fisik antara lingkungan internal sel dan dunia luar. Namun, jangan salah mengira penilaian dasar ini dengan anggapan bahwa peran membran sel hanyalah pelindung, atau bahwa membran hanyalah semacam garis properti yang berubah-ubah. Fitur dari semua sel ini, prokariotik maupun eukariotik, adalah produk dari beberapa miliar tahun evolusi dan dalam fakta multifungsi, keajaiban dinamis yang bisa dibilang berfungsi lebih seperti entitas dengan kecerdasan asli daripada sekadar pembatas.

Membran sel terkenal terdiri dari bilayer fosfolipid, artinya terdiri dari dua lapisan identik yang terdiri dari molekul fosfolipid (atau lebih tepatnya, fosfogliserolipid). Setiap lapisan tunggal adalah asimetris, terdiri dari molekul individu yang memiliki hubungan dengan cumi-cumi, atau balon yang memiliki beberapa jumbai. "Kepala" adalah bagian fosfat, yang memiliki ketidakseimbangan muatan elektrokimia bersih dan dengan demikian dianggap polar. Karena air juga bersifat polar, dan karena molekul dengan sifat elektrokimia yang serupa cenderung berkumpul bersama, bagian fosfolipid ini dianggap hidrofilik. "Ekor" adalah lipid, khususnya sepasang asam lemak. Berbeda dengan fosfat, ini tidak bermuatan dan karenanya hidrofobik. Fosfat melekat pada satu sisi residu gliserol tiga karbon di tengah molekul, dan dua asam lemak bergabung ke sisi lain.

Karena ekor lipid hidrofobik secara spontan berasosiasi satu sama lain dalam larutan, bilayer diatur sehingga keduanya lapisan fosfat menghadap ke luar dan ke arah interior sel, sedangkan dua lapisan lipid bercampur di bagian dalam dua lapis. Ini berarti bahwa membran ganda disejajarkan sebagai bayangan cermin, seperti kedua sisi tubuh Anda.

Membran tidak hanya mencegah zat berbahaya mencapai bagian dalam. Ini selektif permeabel, memungkinkan zat-zat penting masuk tetapi menghalangi orang lain, seperti penjaga di klub malam yang trendi. Ini juga secara selektif memungkinkan pengusiran produk limbah. Beberapa protein yang tertanam dalam membran bertindak sebagai pompa ion untuk menjaga keseimbangan (keseimbangan kimia) di dalam sel.

Sitoplasma sel, atau disebut sitosol, mewakili rebusan di mana berbagai komponen sel "berenang". Semua sel, prokariotik dan eukariotik, memiliki sitoplasma, yang tanpanya sel tidak dapat lagi memiliki integritas struktural seperti balon kosong.

Jika Anda pernah melihat makanan penutup gelatin dengan potongan buah yang tertanam di dalamnya, Anda mungkin berpikir tentang gelatin think itu sendiri sebagai sitoplasma, buah sebagai organel dan piring yang memegang gelatin sebagai membran sel atau sel dinding. Konsistensi sitoplasma berair, dan juga disebut sebagai matriks. Terlepas dari jenis sel yang dimaksud, sitoplasma mengandung kepadatan protein dan "mesin" molekul yang jauh lebih tinggi daripada air laut atau benda mati lainnya. lingkungan, yang merupakan bukti pekerjaan membran sel dalam mempertahankan homeostasis (kata lain untuk "keseimbangan" yang diterapkan pada makhluk hidup) di dalam sel.

Pada prokariota, materi genetik sel, DNA yang digunakannya untuk bereproduksi serta mengarahkan sisa sel untuk membuat produk protein bagi organisme hidup, ditemukan di sitoplasma. Pada eukariota, ia tertutup dalam struktur yang disebut nukleus.

Nukleus digambarkan dari sitoplasma oleh selubung nukleus, yang secara fisik mirip dengan membran plasma sel. Selubung inti mengandung pori-pori inti yang memungkinkan masuk dan keluarnya molekul tertentu. Organel ini adalah yang terbesar di sel mana pun, terhitung sebanyak 10 persen dari volume sel, dan mudah terlihat menggunakan mikroskop apa pun yang cukup kuat untuk mengungkapkan sel itu sendiri. Para ilmuwan telah mengetahui keberadaan nukleus sejak tahun 1830-an.

Di dalam nukleus terdapat kromatin, nama untuk bentuk DNA yang diambil ketika sel tidak bersiap untuk membelah: melingkar, tetapi tidak terpisah menjadi kromosom yang tampak berbeda pada mikroskop. Nukleolus adalah bagian dari nukleus yang mengandung DNA rekombinan (rDNA), DNA yang didedikasikan untuk sintesis RNA ribosom (rRNA). Akhirnya, nukleoplasma adalah zat berair di dalam amplop nuklir yang analog dengan sitoplasma dalam sel yang tepat.

Selain menyimpan materi genetik, nukleus menentukan kapan sel akan membelah dan bereproduksi.

Mitokondria ditemukan pada eukariota hewan dan mewakili "pembangkit listrik" sel, karena organel lonjong ini adalah tempat respirasi aerobik berlangsung. Respirasi aerobik menghasilkan 36 hingga 38 molekul ATP, atau adenosin trifosfat (sumber energi utama sel) untuk setiap molekul glukosa (mata uang bahan bakar utama tubuh) yang dikonsumsinya; glikolisis, di sisi lain, yang tidak memerlukan oksigen untuk melanjutkan, hanya menghasilkan sekitar sepersepuluh energi sebanyak ini (4 ATP per molekul glukosa). Bakteri bisa bertahan dengan glikolisis saja, tetapi eukariota tidak bisa.

Respirasi aerobik berlangsung dalam dua langkah, di dua lokasi berbeda di dalam mitokondria. Langkah pertama adalah siklus Krebs, serangkaian reaksi yang terjadi pada matriks mitokondria, yang mirip dengan nukleoplasma atau sitoplasma di tempat lain. Dalam siklus Krebs – juga disebut siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat – dua molekul piruvat, molekul tiga karbon yang dihasilkan dalam glikolisis, masukkan matriks untuk setiap satu molekul glukosa enam karbon dikonsumsi. Di sana, piruvat mengalami siklus reaksi yang menghasilkan bahan untuk siklus Krebs lebih lanjut dan, lebih banyak lagi penting, pembawa elektron berenergi tinggi untuk langkah selanjutnya dalam metabolisme aerobik, transpor elektron electron rantai. Reaksi-reaksi ini terjadi pada membran mitokondria dan merupakan sarana dimana molekul ATP dibebaskan selama respirasi aerobik.

Hewan, tumbuhan, dan jamur adalah eukariota yang diketahui saat ini menghuni Bumi. Sementara hewan menggunakan glukosa dan oksigen untuk menghasilkan bahan bakar, air dan karbon dioksida, tumbuhan menggunakan air, karbon dioksida, dan energi matahari untuk menggerakkan pembuatan oksigen dan glukosa. Jika pengaturan ini tidak terlihat seperti kebetulan, itu bukan; proses yang digunakan tanaman untuk kebutuhan metabolismenya disebut fotosintesis, dan pada dasarnya respirasi aerobik berjalan dengan arah yang berlawanan.

Karena sel tumbuhan tidak memecah produk sampingan glukosa menggunakan oksigen, mereka tidak memiliki atau membutuhkan mitokondria. Sebaliknya, tanaman memiliki kloroplas, yang pada dasarnya mengubah energi cahaya menjadi energi kimia. Setiap sel tumbuhan memiliki 15 atau 20 sampai sekitar 100 kloroplas, yang, seperti mitokondria dalam sel hewan, diyakini pernah ada sebagai kloroplas yang berdiri sendiri. bakteri pada hari-hari sebelum eukariota berevolusi setelah tampaknya menelan organisme yang lebih kecil ini dan menggabungkan mesin metabolisme bakteri ini ke dalam organisme mereka. sendiri.

Jika mitokondria adalah pembangkit tenaga sel, ribosom adalah pabriknya. Ribosom tidak terikat oleh membran dan dengan demikian secara teknis bukan organel, tetapi mereka sering dikelompokkan dengan organel sejati untuk kemudahan.

Ribosom ditemukan dalam sitoplasma prokariota dan eukariota, tetapi pada yang terakhir mereka sering melekat pada retikulum endoplasma. Mereka terdiri dari sekitar 60 persen protein dan sekitar 40 persen rRNA. rRNA adalah asam nukleat, seperti DNA, messenger RNA (mRNA) dan transfer RNA (tRNA).

Ribosom ada karena satu alasan sederhana: untuk memproduksi protein. Mereka melakukan ini melalui proses translasi, yang merupakan konversi instruksi genetik yang dikodekan dalam rRNA melalui DNA menjadi produk protein. Ribosom merakit protein dari 20 jenis asam amino dalam tubuh, yang masing-masing dibawa ke ribosom oleh jenis tRNA tertentu. Urutan penambahan asam amino ini ditentukan oleh mRNA, yang masing-masing menyimpan informasi yang berasal dari satu Gen DNA – yaitu, panjang DNA yang berfungsi sebagai cetak biru untuk produk protein tunggal, baik itu enzim, hormon atau mata pigmen.

Penerjemahan dianggap sebagai bagian ketiga dan terakhir dari apa yang disebut dogma sentral biologi skala kecil: DNA membuat mRNA, dan mRNA membuat, atau setidaknya membawa instruksi untuk, protein. Dalam skema besar, ribosom adalah satu-satunya bagian dari sel yang secara bersamaan bergantung pada ketiga tipe standar RNA (mRNA, rRNA dan tRNA) untuk berfungsi.

Sebagian besar organel yang tersisa adalah vesikel, atau semacam "kantung" biologis. Badan Golgi, yang memiliki susunan khas "tumpukan kue" pada pemeriksaan mikroskopis, mengandung protein yang baru disintesis; badan Golgi melepaskannya dalam vesikel kecil dengan menjepitnya, di mana pada saat itu badan kecil ini memiliki membran tertutupnya sendiri. Sebagian besar vesikel kecil ini berakhir di retikulum endoplasma, yang seperti jalan raya atau sistem kereta api untuk seluruh sel. Beberapa jenis endoplasma memiliki banyak ribosom yang melekat padanya, memberi mereka penampilan "kasar" di bawah mikroskop; karenanya, organel ini diberi nama retikulum endoplasma kasar atau RER. Sebaliknya, retikulum endoplasma bebas ribosom disebut retikulum endoplasma halus, atau SER.

Sel juga mengandung lisosom, vesikel yang mengandung enzim kuat yang memecah limbah atau pengunjung yang tidak diinginkan. Ini seperti jawaban seluler untuk kru pembersihan.