Sel: unit kehidupan
Semua makhluk hidup tersusun atas sel. Apa saja isinya dan bagaimana bekerja?
Jenjang yang disarankan: SMP, SMA, kuliah.
Penjelasan untuk SD
Tubuhmu tersusun atas bagian-bagian yang sangat kecil bernama sel. Sel terlalu kecil untuk dilihat dengan mata, jadi kita memakai mikroskop.
Ada makhluk hidup yang hanya terdiri atas satu sel, misalnya bakteri dan amoeba. Ada juga yang terdiri atas sangat banyak sel, seperti manusia, kucing, dan pohon mangga.
Sel tumbuhan punya dinding yang kaku dan bagian hijau untuk membuat makanan. Sel hewan tidak punya dinding sel, jadi bentuknya lebih lentur.
Sel juga punya bagian-bagian, mirip rumah yang punya pagar, ruang pengatur, dan ruangan tempat bekerja:
- Membran sel seperti pagar yang mengatur apa yang boleh masuk dan keluar.
- Inti sel seperti ruang pengatur yang menyimpan petunjuk kehidupan.
- Sitoplasma adalah cairan kental tempat bagian-bagian sel bekerja.
Di tubuhmu, sel-sel yang serupa bekerja bersama membentuk jaringan, misalnya jaringan otot. Beberapa jaringan membentuk organ, seperti jantung dan lambung. Sel darah merah membawa oksigen, sel saraf mengirim pesan, dan sel otot membuat kita bergerak. Bentuk setiap sel cocok dengan tugasnya.
Poin kunci
- Tubuh tersusun atas sel yang sangat kecil.
- Sel dilihat dengan mikroskop.
- Ada makhluk bersel satu dan bersel banyak.
- Sel tumbuhan berdinding kaku; sel hewan tidak.
- Sel punya membran, sitoplasma, dan inti sel.
- Sel-sel yang serupa membentuk jaringan; jaringan membentuk organ.
Aktivitas
Amati kulit tipis bawang merah dengan kaca pembesar atau mikroskop sekolah bersama guru. Gambar kotak-kotak kecil yang kamu lihat. Itulah sel!
Penjelasan untuk SMP
Sel adalah unit struktural dan fungsional terkecil makhluk hidup. Semua sel memiliki membran sel, sitoplasma, dan materi genetik (DNA).
Ada dua tipe utama sel:
- Sel prokariota (bakteri dan arkea): tidak memiliki inti sel bermembran; DNA berada di sitoplasma.
- Sel eukariota (hewan, tumbuhan, jamur, protista): DNA tersimpan di dalam inti sel dan memiliki organel bermembran.
Beberapa organel penting: inti sel (pusat kendali), mitokondria (tempat respirasi menghasilkan energi), ribosom (pembuat protein), dan pada tumbuhan terdapat kloroplas (tempat fotosintesis), dinding sel, serta vakuola besar.
Zat berpindah melalui membran dengan difusi dan osmosis. Coba simulasi osmosis di Laboratorium Biotaloka untuk melihat ke mana air bergerak.
Organel lain yang perlu dikenal:
- Retikulum endoplasma (RE): jaringan saluran bermembran. RE kasar ditempeli ribosom dan ikut membuat protein; RE halus membuat lemak.
- Badan Golgi: mengolah, mengemas, dan mengirim protein ke tujuannya, seperti kantor pos sel.
- Lisosom: kantong berisi enzim pencerna yang menghancurkan bagian sel yang rusak dan kuman yang ditelan, terutama pada sel hewan.
- Vakuola: kantong penyimpan air dan zat lain. Pada sel tumbuhan vakuolanya besar dan membuat sel tetap tegang.
- Sentriol: membantu pembelahan pada sel hewan.
Perbedaan sel hewan dan sel tumbuhan:
- Dinding sel: sel tumbuhan punya (dari selulosa); sel hewan tidak.
- Kloroplas: ada pada sel tumbuhan yang berwarna hijau; tidak ada pada sel hewan.
- Vakuola: besar pada sel tumbuhan; kecil atau tidak ada pada sel hewan.
- Sentriol: ada pada sel hewan; umumnya tidak ada pada sel tumbuhan.
- Bentuk: sel tumbuhan cenderung tetap (sering bersudut); sel hewan lebih bervariasi.
Sel-sel yang bentuk dan tugasnya sama membentuk jaringan, jaringan membentuk organ, dan beberapa organ bekerja sama dalam sistem organ.
Poin kunci
- Semua sel memiliki membran sel, sitoplasma, dan DNA.
- Prokariota tanpa inti bermembran; eukariota berinti.
- Mitokondria untuk respirasi, kloroplas untuk fotosintesis, ribosom untuk membuat protein.
- Zat berpindah melalui difusi dan osmosis.
- RE dan badan Golgi membuat serta mengirim protein; lisosom mencerna; vakuola menyimpan.
- Hanya sel tumbuhan yang berdinding sel dan berkloroplas; sentriol ada pada sel hewan.
Aktivitas
Amati sel epidermis bawang merah dan sel pipi (dengan pengawasan guru) di bawah mikroskop. Gambar keduanya dan tandai perbedaan yang terlihat.
Penjelasan untuk SMA
Teori sel menyatakan bahwa semua organisme tersusun atas sel, sel adalah unit dasar kehidupan, dan sel berasal dari sel sebelumnya. Ukuran sel dibatasi oleh rasio luas permukaan terhadap volume: makin besar sel, makin sulit pertukaran zat melalui membran.
Membran sel berupa lapisan ganda fosfolipid dengan protein (model mosaik cair). Transpor pasif (difusi, difusi terfasilitasi, osmosis) tidak memerlukan energi, sedangkan transpor aktif (pompa Na⁺/K⁺) memakai ATP.
Sistem endomembran (retikulum endoplasma, badan Golgi, lisosom, vesikel) mengolah dan mengirim protein. Mitokondria dan kloroplas memiliki DNA dan ribosom sendiri, bukti kuat teori endosimbiosis: keduanya berasal dari bakteri yang dahulu hidup di dalam sel inang.
Sel membelah melalui mitosis (pertumbuhan dan perbaikan) dan meiosis (pembentukan gamet). Kesalahan kontrol siklus sel dapat menyebabkan kanker.
Organel dan struktur lain:
- Peroksisom: kantong kecil berisi enzim yang memecah asam lemak dan zat beracun. Hidrogen peroksida (H₂O₂) yang terbentuk segera diuraikan enzim katalase menjadi air dan oksigen. Sel hati kaya peroksisom.
- Sitoskeleton: kerangka protein (mikrofilamen aktin, mikrotubulus, dan filamen intermediet) yang memberi bentuk, menjadi “rel” pengangkutan vesikel, serta menggerakkan silia dan flagela.
- Sentrosom: pusat pengatur mikrotubulus. Pada sel hewan, sentrosom berisi sepasang sentriol dan membentuk benang spindel saat pembelahan.
Selain transpor pasif dan aktif, sel memindahkan partikel besar dengan vesikel:
- Endositosis: membran melekuk ke dalam dan membungkus bahan dari luar. Fagositosis (“sel makan”) dilakukan sel darah putih yang menelan bakteri; pinositosis (“sel minum”) memasukkan cairan.
- Eksositosis: vesikel dari badan Golgi melebur dengan membran untuk mengeluarkan isinya, misalnya hormon insulin atau neurotransmiter.
Osmosis berdampak berbeda pada sel hewan dan tumbuhan. Dalam larutan hipotonik, sel darah merah dapat pecah (hemolisis), sedangkan sel tumbuhan menjadi tegang (turgid) karena ditahan dinding sel. Dalam larutan hipertonik, sel darah merah mengerut (krenasi), sedangkan membran sel tumbuhan terlepas dari dindingnya (plasmolisis).
Poin kunci
- Teori sel: semua makhluk tersusun atas sel dan sel berasal dari sel.
- Membran mosaik cair; transpor pasif dan aktif.
- Sistem endomembran mengolah dan mengirim protein.
- Mitokondria dan kloroplas berasal dari endosimbiosis.
- Peroksisom menguraikan H₂O₂; sitoskeleton memberi bentuk dan jalur angkut.
- Endositosis memasukkan dan eksositosis mengeluarkan partikel besar lewat vesikel.
- Hipotonik: sel darah merah pecah, sel tumbuhan turgid. Hipertonik: krenasi dan plasmolisis.
Aktivitas
Rendam potongan kentang dalam larutan garam 0%, 5%, dan 10% selama 30 menit. Ukur perubahan massa dan jelaskan dengan konsep osmosis. Bandingkan dengan simulasi Laboratorium Biotaloka.
Penjelasan untuk kuliah
Biologi sel modern menghubungkan struktur dengan dinamika molekuler. Sitoskeleton (aktin, mikrotubulus, filamen intermediet) mengatur bentuk, transpor intraseluler, dan pembelahan. Jalur sinyal (reseptor terkait protein G, reseptor tirosin kinase) mengubah rangsang luar menjadi respons genetik dan metabolik.
Asal sel eukariota diduga melibatkan inang arkea (terkait arkea Asgard) dan endosimbion alfaproteobakteri yang menjadi mitokondria; plastida berasal dari endosimbiosis sianobakteri, dengan endosimbiosis sekunder pada banyak alga.
Metode pengamatan meliputi mikroskop fluoresens, konfokal, super-resolusi, krio-mikroskop elektron, dan transkriptomik sel tunggal. Saat menafsirkan data, bedakan hasil pengamatan langsung dari model interpretatif.
Lalu lintas membran diatur secara molekuler. Protein sekretori membawa peptida sinyal yang dikenali partikel pengenal sinyal (SRP), sehingga ribosom diarahkan ke RE kasar dan protein masuk ke lumen RE sambil ditranslasi. Dari RE, protein bergerak ke Golgi dalam vesikel berselubung COPII, sedangkan vesikel COPI mengembalikan protein dari Golgi ke RE. Endositosis yang diperantarai reseptor memakai vesikel berselubung klatrin, misalnya pengambilan kolesterol LDL; mutasi pada reseptor LDL menyebabkan hiperkolesterolemia familial.
Sel dalam jaringan hewan saling terhubung melalui taut kedap (tight junction), desmosom, dan taut celah (gap junction); sel tumbuhan terhubung melalui plasmodesmata. Sel hewan melekat pada matriks ekstraseluler melalui integrin, yang juga meneruskan sinyal mekanis ke dalam sel.
Poin kunci
- Sitoskeleton mengatur bentuk, transpor, dan pembelahan.
- Jalur sinyal mengubah rangsang luar menjadi respons sel.
- Eukariota berasal dari inang arkea dan endosimbion bakteri.
- Bedakan pengamatan langsung dari model interpretatif.
- Peptida sinyal dan SRP mengarahkan protein ke RE; COPII, COPI, dan klatrin mengatur lalu lintas vesikel.
- Taut sel, plasmodesmata, dan integrin menghubungkan sel dengan tetangga dan matriksnya.
Aktivitas
Hitung rasio luas permukaan terhadap volume untuk sel berbentuk bola berjari-jari 1, 10, dan 100 µm. Hubungkan hasilnya dengan ukuran bakteri, sel eukariota, dan telur burung.