Struktur & Fungsi Sel

Sel mewakili objek terkecil, atau setidaknya yang paling tidak dapat direduksi, yang menampilkan semua kualitas yang terkait dengan prospek magis yang disebut "kehidupan", seperti metabolisme (mengekstraksi energi dari sumber luar untuk menjalankan proses internal) dan reproduksi. Dalam hal ini, mereka menempati ceruk yang sama dalam biologi seperti yang dilakukan atom dalam kimia: Mereka tentu saja dapat dipecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil, tetapi dalam isolasi, bagian-bagian itu tidak dapat melakukan banyak hal. Bagaimanapun, tubuh manusia pasti mengandung banyak dari mereka – lebih dari 30 triliun (itu 30 .). juta juta).

Pengulangan umum baik dalam ilmu alam dan dunia teknik adalah "bentuk sesuai fungsi." Ini pada dasarnya berarti bahwa jika sesuatu memiliki pekerjaan tertentu untuk dilakukan, itu mungkin akan terlihat seperti mampu melakukannya pekerjaan itu; sebaliknya, jika sesuatu tampaknya dibuat untuk menyelesaikan tugas atau tugas tertentu, maka ada kemungkinan besar inilah yang dilakukannya.

Pengorganisasian sel dan proses yang mereka lakukan saling terkait erat, bahkan tidak dapat dipisahkan, dan menguasai dasar-dasar struktur dan fungsi sel bermanfaat dalam dirinya sendiri dan diperlukan untuk memahami sepenuhnya sifat kehidupan sesuatu.

Konsep materi – baik yang hidup maupun yang tidak hidup – terdiri dari sejumlah besar unit yang terpisah dan serupa telah ada sejak zaman Democritus, seorang sarjana Yunani yang hidupnya berlangsung pada abad ke-5 dan ke-4 SM. Tapi karena sel terlalu kecil untuk dilihat dengan mata telanjang, baru pada abad ke-17, setelah penemuan mikroskop pertama, setiap orang dapat benar-benar memvisualisasikan mereka.

Robert Hooke umumnya dikreditkan dengan menciptakan istilah "sel" dalam konteks biologis pada tahun 1665, meskipun karyanya di bidang ini berfokus pada gabus; sekitar 20 tahun kemudian, Anton van Leeuwenhoek menemukan bakteri. Akan tetapi, perlu beberapa abad lagi, sebelum bagian-bagian tertentu dari sel dan fungsinya dapat diklarifikasi dan dijelaskan sepenuhnya. Pada tahun 1855, ilmuwan yang relatif tidak dikenal Rudolph Virchow berteori, dengan benar, bahwa sel-sel hidup hanya dapat berasal dari sel hidup lainnya, meskipun pengamatan pertama replikasi kromosom masih beberapa dekade lagi.

Prokariota, yang mencakup domain taksonomi Bakteri dan Archaea, telah ada selama sekitar tiga setengah miliar tahun, yaitu sekitar tiga perempat usia Bumi itu sendiri. (Taksonomi adalah ilmu yang mempelajari tentang klasifikasi makhluk hidup; domain adalah kategori tingkat tertinggi dalam hierarki.) Organisme prokariotik biasanya hanya terdiri dari satu sel.

Eukariota, domain ketiga, mencakup hewan, tumbuhan, dan jamur – singkatnya, segala sesuatu yang hidup yang benar-benar dapat Anda lihat tanpa instrumen laboratorium. Sel-sel organisme ini diyakini muncul dari prokariota sebagai hasil dari: endosimbiosis (dari bahasa Yunani dari "hidup bersama di dalam"). Hampir 3 miliar tahun yang lalu, sebuah sel menelan bakteri aerobik (pengguna oksigen), yang melayani tujuan kedua bentuk kehidupan. karena bakteri yang "ditelan" menyediakan sarana produksi energi untuk sel inang sambil menyediakan lingkungan yang mendukung Untuk endosimbion.
Baca lebih lanjut tentang persamaan dan perbedaan sel prokariotik dan eukariotik.

Sel sangat bervariasi dalam ukuran, bentuk dan distribusi isinya, terutama dalam bidang eukariota. Organisme ini jauh lebih besar serta jauh lebih beragam daripada prokariota, dan dalam semangat "bentuk" sesuai fungsi" yang dirujuk sebelumnya, perbedaan ini terlihat bahkan pada tingkat sel individu.

Lihat diagram sel apa pun, dan tidak peduli organisme apa yang dimiliki sel itu, Anda pasti akan melihat fitur-fitur tertentu. Ini termasuk membran plasma, yang membungkus konten seluler; itu sitoplasma, yang merupakan media seperti jeli yang membentuk sebagian besar bagian dalam sel; asam deoksiribonukleat (DNA), materi genetik yang diteruskan sel ke sel anak yang terbentuk ketika sel membelah menjadi dua selama reproduksi; dan ribosom, yang merupakan struktur yang merupakan tempat sintesis protein.

Prokariota juga memiliki dinding sel di luar membran sel, seperti halnya tumbuhan. Pada eukariota, DNA tertutup dalam nukleus, yang memiliki membran plasma sendiri sangat mirip dengan yang mengelilingi sel itu sendiri.

Membran plasma sel terdiri dari lapisan ganda fosfolipid, organisasi yang mengikuti dari sifat elektrokimia dari bagian-bagian penyusunnya. Molekul fosfolipid di masing-masing dari dua lapisan meliputi: hidrofilik "kepala", yang tertarik ke air karena muatannya, dan hidrofobik "ekor", yang tidak bermuatan dan karena itu cenderung menjauhi air. Bagian hidrofobik dari setiap lapisan saling berhadapan di bagian dalam membran ganda. Sisi hidrofilik lapisan luar menghadap ke luar sel, sedangkan sisi hidrofilik lapisan dalam menghadap ke sitoplasma.

Yang terpenting, membran plasma adalah semipermeabel, yang berarti bahwa, seperti penjaga di klub malam, ia mengizinkan masuknya molekul tertentu sambil menolak masuknya molekul lain. Molekul kecil seperti glukosa (gula yang berfungsi sebagai sumber bahan bakar utama untuk semua sel) dan karbon dioksida dapat bergerak bebas masuk dan keluar sel, menghindari molekul fosfolipid yang sejajar tegak lurus dengan membran sebagai seluruh. Zat lain secara aktif diangkut melintasi membran oleh "pompa" yang ditenagai oleh adenosin trifosfat (ATP), sebuah nukleotida yang berfungsi sebagai "mata uang" energi semua sel.
Baca lebih lanjut tentang struktur dan fungsi membran plasma.

Nukleus berfungsi sebagai otak sel eukariotik. Membran plasma di sekitar nukleus disebut selubung nukleus. Di dalam nukleus terdapat kromosom, yang merupakan "potongan" DNA; jumlah kromosom bervariasi dari satu spesies ke spesies lainnya (manusia memiliki 23 jenis yang berbeda, tetapi seluruhnya 46 – satu dari setiap jenis dari ibu dan satu dari ayah).

Ketika sel eukariotik membelah, DNA di dalam nukleus melakukannya terlebih dahulu, setelah semua kromosom direplikasi. Proses ini disebut mitosis, dirinci kemudian.

Ribosom ditemukan di sitoplasma sel eukariotik dan prokariotik. Pada eukariota mereka berkerumun di sepanjang tertentu organel (struktur terikat membran yang memiliki fungsi spesifik, seperti yang dilakukan organ seperti hati dan ginjal dalam tubuh dalam skala yang lebih besar). Ribosom membuat protein menggunakan instruksi yang dibawa dalam "kode" DNA dan ditransmisikan ke ribosom oleh messenger ribonucleic acid (mRNA).

Setelah mRNA disintesis dalam nukleus menggunakan DNA sebagai cetakan, mRNA meninggalkan nukleus dan menempel pada ribosom, yang merakit protein dari 20 protein berbeda. asam amino. Proses pembuatan mRNA disebut transkripsi, sedangkan sintesis protein itu sendiri dikenal sebagai terjemahan.

Tidak ada diskusi tentang komposisi dan fungsi sel eukariotik yang lengkap atau bahkan relevan tanpa perawatan mitokondria yang menyeluruh. Organel-organel yang luar biasa ini setidaknya dalam dua hal: Mereka telah membantu para ilmuwan mempelajari banyak hal tentang asal usul evolusioner sel pada umumnya, dan mereka hampir sepenuhnya bertanggung jawab atas keragaman kehidupan eukariotik dengan memungkinkan perkembangan seluler pernafasan.

Semua sel menggunakan glukosa gula enam karbon untuk bahan bakar. Pada prokariota dan eukariota, glukosa mengalami serangkaian reaksi kimia yang disebut glikolisis, yang menghasilkan sejumlah kecil ATP untuk kebutuhan sel. Di hampir semua prokariota, ini adalah akhir dari garis metabolisme. Tetapi pada eukariota, yang mampu menggunakan oksigen, produk glikolisis masuk ke mitokondria dan mengalami reaksi lebih lanjut.

Yang pertama adalah Siklus Krebs, yang menciptakan sejumlah kecil ATP tetapi sebagian besar berfungsi untuk menimbun molekul perantara untuk grand final respirasi seluler, rantai transpor elektron. Siklus Krebs terjadi di matriks mitokondria (versi organel dari sitoplasma pribadi), sedangkan rantai transpor elektron, yang menghasilkan sebagian besar ATP pada eukariota, terjadi di mitokondria bagian dalam selaput.

Sel eukariotik membanggakan sejumlah elemen khusus yang menggarisbawahi kebutuhan metabolisme yang luas dan saling terkait dari sel-sel kompleks ini. Ini termasuk:

• Retikulum endoplasma: Organel ini merupakan jaringan tubulus yang terdiri dari membran plasma yang bersambung dengan selubung nukleus. Tugasnya adalah memodifikasi protein yang baru diproduksi untuk mempersiapkannya untuk fungsi seluler hilir mereka sebagai enzim, elemen struktural dan sebagainya, menyesuaikannya untuk kebutuhan spesifik sel. Ini juga memproduksi karbohidrat, lipid (lemak) dan hormon. Retikulum endoplasma tampak halus atau kasar pada mikroskop, bentuk yang masing-masing disingkat SER dan RER. RER disebut demikian karena ia "bertabur" dengan ribosom; di sinilah modifikasi protein terjadi. SER, di sisi lain, adalah tempat zat-zat yang disebutkan di atas dirakit.
• Badan Golgi: Disebut juga aparatus Golgi. Itu terlihat seperti tumpukan kantung yang terikat membran, dan itu mengemas lipid dan protein ke dalam vesikel yang kemudian melepaskan diri dari retikulum endoplasma. Vesikel mengirimkan lipid dan protein ke bagian lain dari sel.
  
• Lisosom: Semua proses metabolisme menghasilkan limbah, dan sel harus memiliki sarana untuk membuangnya. Fungsi ini diurus oleh lisosom, yang mengandung enzim pencernaan yang memecah protein, lemak, dan zat lain, termasuk organel yang sudah usang itu sendiri.
• Vakuola dan vesikel: Organel ini adalah kantung yang bergerak di sekitar berbagai komponen seluler, membawanya dari satu lokasi intraseluler ke yang berikutnya. Perbedaan utama adalah bahwa vesikel dapat menyatu dengan komponen membran sel lainnya, sedangkan vakuola tidak. Dalam sel tumbuhan, beberapa vakuola mengandung enzim pencernaan yang dapat memecah molekul besar, tidak seperti lisosom.
• Sitoskeleton: Bahan ini terdiri dari mikrotubulus, kompleks protein yang menawarkan dukungan struktural dengan membentang dari nukleus melalui sitoplasma sampai ke membran plasma. Dalam hal ini, mereka seperti balok dan gelagar bangunan, bertindak untuk menjaga agar seluruh sel dinamis tidak runtuh dengan sendirinya.

Ketika sel bakteri membelah, prosesnya sederhana: Sel menyalin semua elemennya, termasuk DNA, sementara ukurannya kira-kira dua kali lipat, dan kemudian terbelah dua dalam proses yang dikenal sebagai pembelahan biner.

Pembelahan sel eukariotik lebih terlibat. Pertama, DNA di dalam nukleus direplikasi saat amplop nukleus larut, dan kemudian kromosom yang direplikasi terpisah menjadi nukleus anak. Ini dikenal sebagai mitosis, dan terdiri dari empat tahap yang berbeda: profase, metafase, anafase dan telofase; banyak sumber menyisipkan tahap kelima, yang disebut prometafase, tepat setelah profase. Setelah itu, nukleus membelah dan selubung nukleus baru terbentuk di sekitar dua set kromosom yang identik.

Akhirnya, sel secara keseluruhan membelah dalam proses yang dikenal sebagai sitokinesis. Ketika cacat tertentu hadir dalam DNA berkat kelainan bawaan (mutasi) atau adanya bahan kimia yang merusak, pembelahan sel dapat berlanjut tanpa terkendali; ini adalah dasar untuk kanker, sekelompok penyakit yang belum ada obatnya, meskipun perawatan terus meningkat untuk memungkinkan kualitas hidup yang jauh lebih baik.