BAB I

PENDAHULUAN1.1 Latar Belakang

Dalam pembelajaran Ilmu Biologi maka anda akan dihadapkan dalam pembahasan utama yaitu Sel. Sejarah perkembangan ilmu biologi telah memberikan kita pengetahuan mengenai makhluk hidup yang tersusun atas kumpulan unit-unit yang tersusun secara organisatoris. Yang berarti masing-masing unit memiliki interaksi yang saling mempengaruhi satu sama lain dalam rangka membuat makhluk hidup dapat hidup dan beraktivitas. Layaknya sebuah organisasi, kumpulan unit tersebut merupakan penyebab utama adanya makhluk hidup yang hingga sekarang terdiri dari kurang lebih 4 juta jenis.Sel merupakan kesatuan dasar sruktural dan fungsional makhluk hidup. Sebagai kesatuan struktural berarti makhluk hidup terdiri atas sel-sel. Makhluk hidup yang terdiri atas satu sel disebut makhluk hidup bersel tunggal (uniseluler = monoseluler) dan makhluk hidup yang terdiri dari banyak sel disebut makhluk hidup multiseluler. Sel sebagai unit fungsional berarti seluruh fungsi kehidupan/ aktivitas kehidupan (proses metabolisme, reproduksi, iritabilitas, digestivus, ekskresi dan lainnya) pada makhluk hidup bersel tunggal dan bersel banyak berlangsung di dalam tubuh yang dilakukan oleh sel.Dalam pembelajaran sains terintegrasi, keberadaan sel kemudian dikaitkan dengan berbagai bidang keilmuan seperti fisika, kimia, astronomi. Selain itu sel juga ditinjau dari aspek teknologi maupun kesehatan. Untuk mengintegrasikan konsep sains dari berbagai bidang ilmu tersebut, makan makalah ini penulis buat dengan harapan nantinya konsep sel dalam dipelajari secara terkait dalam satu kesatuan.

1.2 Rumusan Masalah1.2.1 Bagaimanakah teori sel sebagai unit dasar kehidupan?1.2.2 Bagaimanakah terminologi sel ditinjau dari berbagai aspek keilmuan?1.3 Tujuan1.3.1 Untuk menjelaskan teori sel sebagai unit dasar kehidupan1.3.2 Untuk menjelaskan terminologi sel ditinjau dari berbagai aspek keilmuan1.4 Manfaat

Adapun manfaat yang dapat diambil oleh penulis maupun pembaca makalah ini ialah bagi penulis dapat menambah wawasan dan pengetahuan penulis tentang konsep sel. Sedangkan manfaat bagi pembaca adalah dapat memberi informasi pembaca mengenai bagaimana konsep sel ditinjau dari berbagai aspek keilmuan.BAB II

ISI2.1 Teori Sel sebagai Unit Dasar Kehidupan

Istilah sel (Yunani kytos; Latin cella) pertama kali digunakan oleh Robert Hooke (1665) untuk menguraikan penemuannya setelah mengamati sayatan gabus dari batang Quercus suber menggunakan lensa pembesar. Ia menemukan adanya ruang-ruang kosong yang dibatasi dinding tebal dalam pengamatannya. Robert Hooke menyebut ruang-ruang kosong tersebut dengan istilah cellulae artinya sel. Sel yang ditemukan Robert Hooke merupakan sel-sel gabus yang telah mati. Sejak penemuan itu, beberapa ilmuwan berlomba untuk mengetahui lebih banyak tentang sel.

Pada 1674 Leeuwenhok dengan menggunakan mikroskop sederhana, dia dapat melihat mikroorganisme. Mikroorganisme terlihat dari setetes air hujan yang diamati dengan menggunakan mikroskop. Benda-benda itu disebut animalcules terlihat dalam berbagai bentuk, ukuran dan warna. Leeuwenhoek juga menemukan keberagaman sel, termasuk sel darah, saliva, dan usus. Mikroskop sederhana yang pertama digunakan dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.1 Mikroskop Optis sederhanaSumber: biobakteri.wordpress.comPerkembangan penemuan tentang sel mendorong berkembangnya persepsi tentang sel. Dari sinilah kemudian lahir teori-teori tentang sel. Beberapa teori tentang sel sebagai berikut.1) Sel merupakan kesatuan atau unit struktural makhluk hidup.

Teori ini dikemukakan oleh Jacob Schleiden (18041881) dan Theodor Schwan (18101882). Tahun 1839 Schleiden, ahli botani berkebangsaan Jerman, mengadakan pengamatan mikroskopis terhadap sel tumbuhan. Pada waktu yang bersamaan Theodor Schwan melakukan pengamatan terhadap sel hewan. Dari hasil pengamatannya mereka menarik kesimpulan sebagai berikut.

a)Tiap makhluk hidup terdiri dari sel.

b)Sel merupakan unit struktural terkecil pada makhluk hidup.

c)Organisme bersel tunggal terdiri dari sebuah sel, organisme lain yang tersusun lebih dari satu sel disebut organisme bersel banyak.

2) Sel Sebagai Unit Fungsional Makhluk Hidup

Max Schultze (18251874) menyatakan bahwa protoplasma merupakan dasar fisik kehidupan. Protoplasma bukan hanya bagian struktural sel, tetapi juga merupakan bagian penting sel sebagai tempat berlangsung reaksi-reaksi kimia kehidupan. Berdasarkan hal ini muncullah teori sel yang menyatakan bahwa sel merupakan kesatuan fungsional kehidupan.

3) Sel Sebagai Unit Pertumbuhan Makhluk Hidup

Rudolph Virchow (18211902) berpendapat bahwa omnis cellula ex cellulae (semua sel berasal dari sel sebelumnya).

4) Sel Sebagai Unit Hereditas Makhluk Hidup

Ilmu pengetahuan dan teknologi mendorong penemuan unit-unit penurunan sifat yang terdapat dalam nukleus, yaitu kromosom. Dalam kromosom terdapat gen yang merupakan unit pembawa sifat. Melalui penemuan ini muncullah teori bahwa sel merupakan unit hereditas makhluk hidup.

Kehidupan yang terkecil pada dasarnya terdiri atas satu sel (uniseluler), contohnya seperti bakteri dan amoeba. Adapun pada makhluk yang lebih tinggi, seperti hewan dan tumbuhan, sesungguhnya adalah merupakan integrasi dari sel-sel tersebut (multiseluler). 2.2 Terminologi Sel ditinjau dari Berbagai Aspek Keilmuan

Sel sebagai unit fundamental bagi kehidupan organisme di bumi, memiliki struktur yang kompleks dan sifat yang tidak dimiliki oleh benda mati. Seluruh proses kehidupan berlangsung di dalam sel dan dipengaruhi oleh faktor luar dari lingkungan. Proses ini berlangsung secara kimia dan fisika, serta didukung dengan struktur biologis yang spesifik untuk setiap sistemnya. Sifat sel yang unik saat ini banyak dimanfaatkan dengan menggunakan teknologi, untuk mendukung berbagai aspek kehidupan lain, baik dalam bidang kesehatan, lingkungan, geologi, dan lain sebagainya.A. Biologi

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa sel merupakan the basic building block of life atau init dasar kehidupan, tentunya sel memiliki struktur rumit yang mendukung kompleksitas fungsinya sebagai unit dasar yang mengatur kehidupan suatu makhluk hidup. Sel pada organisme multiseluler mempunyai bentuk, ukuran dan struktur yang berbeda-beda sesuai dengan fungsinya pada berbagai jenis jaringan, organ dan organisme.

1) Bentuk sel

Sel hidup mempunyai bentuk tiga dimensi, namum saat diamati dengan menggunakan mikroskop hanya terlihat salah satu sisi tertentu saja. Beberapa jenis sel mempunyai bentuk yang selalu berubah-ubah (misalnya amoeba dan leukosit), sedangkan sel lain mempunyai bentuk yang relatife tetap. Sel tumbuhan biasanya berbentuk rectangular atau poligonal, sementara sel telur umumnya berbentuk spherical (bentuk bola). Sel bakteri berbentuk batang atau spiral, sel otot berbentuk memanjang, sel saraf berbentuk susunan kompleks dari serat yang bercabang-cabang, dan sel sperma mempunyai ekor seperti flagellum yang membantu pergerakan sperma.

Keberagaman bentuk sel tersebut menggambarkan perbedaan fungsi dari masing-masing sel. Sel otot yang berbentuk memanjang memungkinkan terjadinya kontraksi. Sel saraf yang bercabang-cabang membantu transmisi (pengiriman) impuls-impuls saraf ke banyak sel lain dalam waktu bersamaan.

Gambar 2.2 Bentuk-bentuk Sel

Sumber: http://prestasiherfen.blogspot.com2) Ukuran sel

Satuan ukuran sel yang paling umum adalah micron (), yang sekarang lebih dikenal dengan micrometer (m). Disamping itu, digunakan juga satuan yang lain, misalnya nanometer (nm) dan angstrom ().

Organisme uniseluler yang ukurannya paling kecil adalah Mycoplasma, yang diameternya sekitar 1 (1 = 10-10 m). Organisme ini disebut juga pleuropneumonia-like organism (PPLO) yang dapat menimbulkan infeksi pada hewan. Sel yang paling besar ukurannya adalah sel telur (ovum) pada bangsa unggas terutama burung unta yang mempunyai diameter sampai 500 mikron (0,5 mm). Kecuali sel saraf, ukuran sel dalam tubuh manusia berkisar antara 200 15.000 mikron kubik.

3) Struktur sel

Secara umum struktur sel dapat dibedakan menjadi memerapa bagian, yaitu dinding sel, membran sel, dan sitoplasma. Sitoplasma terdiri dari sitosol, dan organel sel. Antara sel tumbuhan dan sel hewan terdapat beberapa perbedaan organel sesuai dengan fungsinya. Untuk lebih jelas perbandingan sel hewan dan sel tumbuhan disajikan pada Gambar 2.3 berikut. Gambar 2.3 Struktur Sel Hewan dan Sel TumbuhanSumber: trisniatma.coma) Dinding SelDinding sel bersifat permeabel, berfungsi sebagai pelindung, pemberi bentuk tubuh, dan mencegah pengambilan air secara berlebihan (Campbell, et.al, 1999). 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 tingkat tumbuhan utuh, dinding kuat milik sel-sel yang terspesialisasi akan menahan tumbuhan tetap tegak melawan gravitasi.Dinding sel terdiri dari selulosa (sebagian besar), hemiselulosa, pektin, lignin, kitin, garam karbonat dan silikat dari Ca dan Mg. Saat sel mengalami penuaan, dinding sel akan mengalami menimbunan lignin (lignifikasi) sehingga dinding sel menjadi kuat dan liat.

Pada bagian tertentu dari dinding sel tidak ikut mengalami penebalan dan disebut noktah (titik). Di dalam noktah ini terdapat pemanjangan sitoplasma yang menembus antar sel dan disebut plasmodesmata, yang berfungsi sebagai tempat pertukaran zat dan pertukaran gas (O2 dan CO2) antarsel.b) Membran Sel

Membran selyang membatasi sel disebut sebagai membran plasma dan berfungsi sebagai rintangan selektif yang memungkinkan aliranoksigen, nutrien, dan limbah yang cukup untuk melayani seluruh volume dan kegiatan di dalam sel..Membran sel juga berperan dalam sintesisATP, pensinyalan sel, dan adhesi sel.Membran sel berupa lapisan sangat tipis yang terbentuk dari molekullipiddanprotein. Membran sel bersifat dinamik dan kebanyakan molekulnya dapat bergerak di sepanjang bidang membran. Molekul fosfolipid membran tersusun dalam dua lapis (fosfolipid bilayer) dengan tebal sekitar 5nmyang menjadi penghalang bagi kebanyakan molekulhidrofilik.

Pada bagian fosfolipid biasa dijumpai gugus glikolipid, sedangkan pada bagian protein bisa dijumpai glikoprotein. Lapisan fosfolipid dibedakan atas bagian kepala dan ekor. Bagian kepala bersifat hidrofil (suka air) sedangkan bagian ekor bersifat hidrofob (tidak suka air). Itu sebabnya bagian ekor selalu berhadapan karena di luar dan di dalam sel terdapat cairan ekstraseluler dan intraseluler. Struktur membran ganda dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 2.4 Struktur Fosfolipid Bilayer Membran SelSumber: www.biologi-sel.comKarena membran sel dibentuk oleh struktur lipoprotein tersebut maka membran sel bersifat selektif permeabel, sehingga dapat mengatur transpor zat dari dan ke dalam sel. Penampang melintang membran sel dapat dilihat pada c) Sitoplasma

Sitoplasma adalah substansi seperti jelly semi-transparan yang mengisi sebagian besar sel. Sel eukaryotik mengandung nukleus (inti sel) yang dipisahkan oleh suatu membran ganda dari sitoplasma. Sitoplasma mempunyai tiga elemen utama yaitu, sitosol, organel, dan inklusi. Sitosol merupakan cairan (fluida) yang liat dan semi-transparan di mana elemen sitoplasma yang lain tersuspensi. 80% isi sel merupakan sitosol yang tersusun dari air, garam-garam, molekul organik, dan enzim yang penting bagi sel dalam reaksi katalis.Inti (nukleus)Inti bertugas mengendalikan semua aktivitas sel mulai metabolisme hingga pembelahan sel. Pada sel eukariotik, inti diselubungi oleh membran inti (karioteka) rangkap dua dan berpori, sedangkan pada sel prokariotik inti tidak memiliki membran. Di dalam inti didapati cairan yang disebut nukleoplasma, kromosom yang umumnya berupa benang kromatin, dan anak inti (nukleolus) yang merupakan tempat pembentukan asam ribonukleat (RNA).Retikulum EndoplasmaOrganel ini berupa sistem membran yang berlipat-lipat, menghubungkan antara membran sel dengan membran inti, dan berperan dalam proses transpor zat intra sel. Ada dua macam RE yaitu RE halus dan RE kasar yang permukaannya ditempeli banyak ribosom.RibosomRibosom berfungsi sebagai tempat sintesis protein dan merupakan contoh organel yang tidak bermembran. Organel ini terutama disusun oleh asam ribonukleat, dan terdapat bebas dalam sitoplasma maupun melekat pada RE.Badan GolgiOrganel ini berbentuk seperti kantong pipih, berfungsi dalam proses sekresi lendir, glikoprotein, karbohidrat, lemak, atau enzim, serta berfungsi membentuk lisosom. Karena fungsinya dalam hal sekresi, maka badan golgi banyak ditemui pada sel-sel penyusun kelenjar.LisosomBerbentuk kantong-kantong kecil dan umumnya berisi enzim pencernaan (hidrolisis) yang berfungsi dalam peristiwa pencernaan intra sel. Sehubungan dengan bahan yang dikandungnya lisosom memiliki peran dalam peristiwa:

pencernaan intrasel: mencerna materi yang diambil secara fagositosis

eksositosis: pembebasan sekrit keluar sel

autofagi: penghancuran organel sel yang sudah rusak

autolisis: penghancuran diri sel dengan cara melepaskan enzim pencerna dari dalam lisosom ke dalam sel. Contoh peristiwa ini adalah proses kematian sel secara sistematis saat pembentukan jari tangan, atau hilangnya ekor berudu yang mulai beranjak dewasa.MitokondriaMitokondria adalah organel yang berfungsi sebagai tempat respirasi aerob untuk pembentukan ATP sebagai sumber energi sel. Organel yang hanya dimiliki oleh sel aerob ini memiliki dua lapis membran. Membran bagian dalam berlipat-lipat dan disebut krista, berfungsi memperluas permukaan sehingga proses pengikatan oksigen dalam respirasi sel berlangsung lebih efektif. Bagian yang terletak diantara membran krista berisi cairan yang disebut matriks banyak mengandung enzim pernafasan atau sitokrom.Mikrotubulus dan Mikrofilamen (sitoskeleton)Mikrotubulus berbentuk seperti benang silindris, disusun oleh protein yang disebut tubulin. Sifat mikrotubulus kaku sehingga diperkirakan berfungsi sebagai kerangka sel karena berfungsi melindungi dan memberi bentuk sel. Mikrotubulus juga berperan dalam pembentukan sentriol, silia, maupun flagela.

Mikrofilamen mirip seperti mikrotubulus, tetapi diameternya lebih kecil. Bahan yang membentuk mikrofilamen adalah aktin dan miosin seperti yang terdapat pada otot. Dari hasil penelitian diketahui ternyata mikrofilamen berperan dalam proses pergerakan sel, endositosis, dan eksositosis. Gerakan Amuba merupakan contoh peran dari mikrofilamen.SentrosomSentrosom merupakan organel yang disusun oleh dua sentriole. Sentriole berbentuk seperti tabung dan disusun oleh mikrotubulus yang terdiri atas 9 triplet, terletak di dekat salah satu kutub inti sel. Sentriole ini berperan dalam proses pembelahan sel dengan membentuk benang spindel. Benang spindel inilah yang akan menarik kromosom menuju ke kutub sel yang berlawanan.VakuolaMerupakan rongga yang terbentuk di dalam sel, dan dibatasi membran yang disebut tonoplas. Pada tumbuhan vakuola berukuran sangat besar dan umumnya termodifikasi sehingga berisi alkaloid, pigmen anthosianin, tempat penimbunan sisa metabolisme, ataupun tempat penyimpanan zat makanan. Pada sel hewan vakuolanya kecil atau tidak ada, kecuali hewan bersel satu. Pada hewan bersel satu terdapat dua jenis vakuola yaitu vakuola makanan yang berfungsi dalam pencernaan intrasel dan vakuola kontraktil yang berfungsi sebagai osmoregulator.PlastidaMerupakan organel yang umumnya berisi pigmen. Plastida yang berisi pigmen klorofil disebut kloroplas, berfungsi sebagai organel utama penyelenggara proses fotosintesis. Kromoplas adalah plastida yang berisi pigmen selain klorofil, misalkan karoten, xantofil, fikoerithrin, atau fikosantin, dan memberikan warna pada mahkota bunga atau warna pada alga. Plastida yang tidak berwarna disebut leukoplas, termodifikasi sedemikian rupa sehingga berisi bahan organik. Ada beberapa macam leukoplas berdasar bahan yang dikandungnya: amiloplas berisi amilum, elaioplas (lipoplas) berisi lemak, dan proteoplas berisi protein.Peroksisom atau Badan MikroPeroksisom merupakan kantong kecil yang berisi enzim katalase, berfungsi menguraikan peroksida (H2O2) yang merupakan sisa metabolisme yang bersifat toksik menjadi air dan oksigen. Organel ini banyak ditemui pada sel hati. Glioksisom adalah badan mikro pada tumbuhan, berperan dalam proses pengubahan senyawa lemak menjadi sukrosa.4) Reproduksi SelSalah satu teori sel yang dikemukakan Rudolph Virchow (18211902) yaitu, omnis cellula ex cellulae (semua sel berasal dari sel sebelumnya). Hal ini terjadi melalui proses reproduksi. Kemampuan organisme mereproduksi jenisnya merupakan salah satu karakteristik yang paling bisa membedakan antara makhluk hidup dan benda mati. Kemampuan yang unik untuk menghasilkan keturunan ini, seperti semua fungsi biologis, memiliki dasar seluler.

Proses reproduksi sel ini merupakan suatu bagian integral dari siklus sel, dimana kehidupan suatu sel yang dimulai dari asal-usulnya dalam pembelahan sel induk hingga pembelahan dirinya sendiri menjadi dua bagian. Sel yang membelah akan mempunyai karakteristik yang identik. a) Kromosom dan GenKromosom adalah bahan genetik yang terdapat di dalam inti sel, yang berfungsi dalam proses pewarisan sifat. Pada kromosom dijumpai banyak sekali gen (sifat menurun). Sebenarnya yang disebut sehari-hari sebagai gen adalah DNA (deoxiribonulceic acid). Jadi lebih tepat dikatakan: gen merupakan sepotong segmen DNA yang mengandung suatu informasi genetis yang akan diwariskan kepada keturunan.

Gambar 2.5 DNA pada kromosomSumber: biologimediacentre.comSecara sederhana bentuk kromosom dapat dilihat pada gambar 2.18 (a). Umumnya suatu kromosom memiliki dua lengan yang memanjang dari atas ke bawah, yang masing-masing disebut kromatid. Jadi gambar di samping adalah satu kromosom yang terdiri dari dua kromatid. Jika kromosom melakukan duplikasi, maka setiap lengan akan mengganda sehingga terbentuk dua kromatid.Pada bagian tertentu dari lengan kromosom terdapat lekukan yang disebut sentromer. Bagian inilah yang akan ditarik oleh benang spindel saat kromosom memisah waktu berlangsung pembelahan sel.b) Pasangan kromosom (ploidi)Umumnya makhluk hidup memiliki sejumlah kromosom yang berpasangan dua. Misalnya, manusia memiliki 23 pasang kromosom yang masing-masing berpasangan dua. Kromosom yang masing-masing berpasangan dua disebut dengan diploid (2n). Jika berpasangan tiga disebut triploid (3n), tetraploid (4n), dan seterusnya. Mulai 3n dan seterusnya sering disebut poliploid. Jika kromosom tidak berpasangan disebut dengan haploid (n).Setiap kromosom yang berpasangan biasanya memiliki bentuk dan ukuran yang sama (juga membawa informasi genetik yang sama). Kromosom seperti ini disebut kromosom homolog. Jika bentuk dan ukuran tidak sama disebut kromosom non homolog, dan mereka tidak akan berpasangan.c) Pembelahan Sel (cell division)

Pembelahan atau reproduksi sel bertujuan untuk menambah jumlah dan jenis sel, atau membentuk sel-sel lain dengan tujuan tertentu. Ada tiga jenis pembelahan sel, yaitu amitosis, mitosis, dan meiosis.Pembelahan AmitosisPembelahan amitosis merupakan pembelahan sel yang tidak melalui urutan tahap-tahap tertentu. Pada pembelahan ini nukleus langsung membelah menjadi dua lalu didistribusikan pada sel anak tanpa didahului oleh pembentukan benang spindel, peleburan membran inti, penampakan kromosom, atau ciri lain. Contoh pembelahan ini terjadi pada bakteri, Amoeba, Paramecium, atau alga biru.

Pembelahan MitosisPembelahan mitosis merupakan pembelahan sel yang melalui tahap-tahap pembelahan tertentu, yaitu: profase, metafase, anafase, dan telofase. Pembelahan ini memiliki ciri-ciri yaitu, terjadi pada pembelahan sel tubuh (somatis), bertujuan untuk pertumbuhan dan regenerasi, menghasilkan dua sel anak yang identik dengan sel induk semula (diploid menjadi diploid/haploid menjadi haploid). Tahap-tahap yang berlangsung pada pembelahan mitosis adalah sebagai berikut.

1) Profase: Tahap ini merupakan fase pembelahan mitosis yang paling lama dan paling banyak memerlukan energi. Peristiwa yang berlangsung selama profase adalah sebagai berikut:

benang kromatin menjadi kromosom, lalu kromosom mengganda menjadi dua kromatid tetapi masih melekat dalam satu sentromer

membran inti dan nukleolus lenyap

sentrosom memisah menjadi dua sentriole, dan diantaranya terbentang benang spindle

Gambar 2.6 ProfaseSumber: biologimediacentre.com

2) Metafase: Pada tahap ini kromosom terletak berjajar pada bidang ekuator. Bagian sentromer kromosom berikatan dengan kinetokor yang berhubungan dengan benang spindel. Pada fase ini kromosom tampak paling jelas terlihat sehingga jumlahnya mudah diidentifikasi. Metafase adalah tahap yang memerlukan energi terkecil dan waktu yang paling singkat.

Gambar 2.7 MetafaseSumber: biologimediacentre.com

3) Anafase: Saat anafase sentromer membelah, lalu benang spindel menarik kromosom menuju kutub sel yang berlawanan. Pergerakan kromosom tersebut dipengaruhi oleh enzim dynein.

Gambar 2.8 AnafaseSumber: biologimediacentre.com

4) Telofase: Pada tahap ini terjadi peristiwa sebagai berikut:

Kromosom berubah menjadi benang kromatin

Membran inti dan nukleolus terbentuk kembali

Terjadi sitokinesis (pembagian sitoplasma) sehingga dihasilkan dua sel yang identik dengan sel semula

Gambar 2.9 TelofaseSumber: biologimediacentre.com

d) Siklus selDi antara mitosis pertama dan mitosis berikutnya terdapat interfase. Saat interfase sel tidak membelah melainkan aktif melakukan metabolisme untuk pertumbuhan dan pembentukan energi untuk pembelahan mitosis berikutnya. Interfase tidak termasuk dalam tahap profase, metafase, anafase, telofase, dan dibedakan dalam tiga tahap, yaitu sebagai berikut.

Gambar 2.10 Siklus sel

Sumber: biologimediacentre.comi. G1 (gap 1): merupakan akhir mitosis dan awal sintesis (presintesis), pada fase ini sel mulai tumbuh membesar.ii. S (sintesis): terjadi duplikasi organel dan sintesis DNA, pada tahap ini sel aktif melakukan metabolisme, tumbuh, dan berkembang.iii. G2 (gap 2): merupakan akhir fase sintesis (postsintesis) dan awal dari mitosis berikutnya

Demikian seterusnya, setelah selesai melakukan pembelahan pada tahap mitotik, sel akan masuk interfase, dilanjutkan mitosis lagi, dan seterusnya. Hampir pada setiap kasus misalnya pembelahan sel untuk penyembuhan luka (regenerasi), sel akan berhenti membelah manakala luka telah sembuh. Itulah salah satu kehebatan sel. Tahu kapan harus membelah, dan tahu kapan harus berhenti. Sel yang berhenti dari pembelahan akan masuk ke fase G0 atau fase stationer. Pada tahap ini sel tidak akan melakukan pembelahan. Jika terjadi luka, sel segera memasuki fase G1 untuk melakukan pembelahan. Apabila sel yang harusnya masuk G0 tetapi masuk ke G1, sel tersebut mengalami kelainan, dan itulah yang disebut sel tumor atau kanker.Pembelahan Meiosis

Meiosis yaitu tipe pembelahan sel yang mengurangi jumlah set kromosom dari dua menjadi satu dalam gamet, mengimbangi penggandaan saat fertilisasi. Proses yang terjadi melalui 2 tahap meiosis, yaitu meiosis I dan meiosis II. Secara umum proses pembelahan meiosis adalah sebagai berikut.

a) Sinapsis dan pindah silang. Selama profase l, homolog tereplikasi berpasangan dan terhubung secara fisik di sepanjang lengan oleh struktur protein serupa ritsleting, kompleks sinaptonemal. Proses ini disebut sinapsis. Penataan ulang genetik antara-antara kromatid nonsaudara, dikenal sebagai pindah silang (crossing over), diselesaikan pada tahap ini. Setelah penguraian kompleks sinaptonemal pada profase akhir, kedua homolog sedikit memisah namun tetap terhubung, setidaknya pada satu daerah yang berbentuk-X yang disebut kiasmata. Kiasmata merupakan perwujudan fisik dari pindah silang. Kiasma tampak seperi palang karena kohesi kromatid saudara masih tetap menyambungkan kedua kromatid saudara awal, bahkan di daerah-daerah yang salah satu kromatidnya kini menjadi bagian dari homolog lain. Sinapsis dan pindah silang normalnya tidak terjadi saat mitosis.b) Homolog di lempeng metafase. Pada metafase l meiosis, kromosom berjejer sebagai pasangan homolog di lempeng metafase, bukan sebagai kromosom individual, seperti pada metafase mitosis.c) Pemisahan homolog. Pada anafase l meiosis, kromosom-kromosom tereplikasi pada setiap pasangan homolog bergerak kearah kutub yang berlawanan, namun kromatid-kromatid saudara dari setiap kromosom tereplikasi tetap melekat. Sebaliknya, pada anafase mitosis, kromatid-kromatid saudara memisah.B. Kimia

Sebagai unit fundamental dari kehidupan, sel harus melakukan berbagai macam tugas dan fungsi yang disasosiasikan dengan benda hidup. Sel harus menggunakan atom dan energi dari lingkungannya, tumbuh, merespon perubahan kondisi lingkungan, dan bereproduksi. Masing-masing tugas dan fungsi tersebut dijalankan melalui mekanisme kimia sel yang kompleks.

Sel hidup mengumpulkan energi dari lingkungannya melalui berbagai cara. Tumbuhan memanfaatkan cahaya matahari sebagai sumber energinya, sedangkan hewan memperoleh energi dari energi kimia yang tersimpan di dalam tubuh tumbuhan (Trefil & Hazen, 2007).Proses kimia (biokimia) dalam sel yang bertujuan untuk memperoleh energi dari lingkungannya disebut metabolisme (Trefil & Hazen, 2007). Energi yang diperoleh oleh sel disimpan dalam molekul-molekul khusus pembawa energi, diantaranya yang paling umum adalah ATP (Adenosine triphosphate).Untuk mengikatkan molekul-molekul fosfat ini pada ekor molekul ATP digunakan sejumlah energi yang besar, sehingga reaksi pengikatan molekul fosfat pada molekul ATP merupakan suatu reaksi endotermis. Jika fosfat lepas dari ATP dalam reaksi kimia yang lain, energi akan terlepas dan dapat digunakan untuk melangsungkan reaksi kimia yang lain. Karena itu, molekul ATP dapat membawa energi dalam ikatan fosfor-oksigen dari satu bagian sel ke bagian lainnya. Setelah ATP melepas satu molekul fosfat, ATP berubah menjadi ADP (Adenosine diphosphate), yang memiliki dua molekul fosfat.

ATP ADP + PO4 + energi

Selain ATP terdapat juga molekul lain sebagai pembawa energi, yaitu NADH (nikotinamida adenin dinukleotida terduksi) dan FADH2 (flavin adenin dinukleotida tereduksi). Setiap oksidasi 1 molekul NADH akan menghasilkan 3 molekul ATP, dan oksidasi 1 molekul FADH2 akan menghasilkan 2 molekul ATP.

Metabolisme sel dibedakan menjadi dua, yaitu Katabolisme dan Anabolisme.1) Katabolisme Katabolisme disebut juga respirasi, merupakan proses pemecahan bahan organik menjadi bahan anorganik dan melepaskan sejumlah energi (reaksi eksergonik). Energi yang lepas tersebut digunakan untuk membentuk adenosin trifosfat (ATP), yang merupakan sumber energi untuk seluruh aktivitas kehidupan. Pada prinsipnya katabolisme merupakan reaksi reduksi-oksidasi (redoks), karena itu dalam reaksi tersebut diperlukan akseptor elektron untuk menerima elektron dari reaksi oksidasi bahan organik. Akseptor elektron tersebut diantaranya adalah NAD (nikotinamida adenin dinukleotida), FAD (flavin adenin dinukleotida), ubikuinon, sitokrom, dan oksigen.

Dalam proses respirasi ada empat langkah, yaitu glikolisis, dekarboksilasi oksidatif, siklus Krebs, dan rantai transpor elektron. a) GlikolisisGlikolisis berlangsung di sitosol, merupakan proses pemecahan molekul glukosa yang memiliki 6 atom C menjadi dua molekul asam piruvat yang memiliki 3 atom C. Reaksi yang berlangsung di sitosol ini menghasilkan 2 NADH dan 2 ATP.

Glikolisis ini merupakan sumber energi primer bagi setiap makhluk hidup. Glikolisis melepaskan energi kurang dari seperempat energi kimiawi yang tersimpan di dalam glukosa, dan sebagian besar energi tetap disimpan dalam dua molekul piruvat. Jika ada molekul oksigen molekuler, piruvat itu memasuki mitokondria, di mana enzim-enzim siklus Krebs menyempurnakan oksidasi bahan bakar organiknya. Jika tidak tersedia oksigen, akan terjadi respirasi anaerob melalui proses fermentasi.b) Dekarboksilasi Oksidatif Dekarboksilasi oksidatif berlangsung di matriks mitokondria, sebenarnya merupakan langkah awal untuk memulai langkah ketiga, yaitu siklus Krebs. Pada langkah ini 2 molekul asam piruvat yang terbentuk pada glikolisis masing-masing diubah menjadi Asetil-KoA (asetil koenzim A) dan menghasilkan 2 NADH. c) Siklus Krebs Siklus Krebs yang berlangsung di matriks mitokondria disebut juga siklus asam sitrat atau siklus asam trikarboksilat dan berlangsung pada matriks mitokondria. Asetil-KoA yang terbentuk pada dekarboksilasi oksidatif, memasuki daur ini. Pada akhir siklus dihasilkan 6 NADH, 2 FADH, dan 2 ATP. d) Rantai Transpor Elektron Rantai transpor elektron berlangsung pada krista mitokondria. Prinsip dari reaksi ini adalah setiap pemindahan ion H+ (elektron) yang dilepas dari dua langkah pertama tadi antar akseptor dihasilkan energi yang digunakan untuk pembentukan ATP. Setiap satu molekul NADH yang teroksidasi menjadi NAD akan melepaskan energi yang digunakan untuk pembentukan 3 molekul ATP. Sedangkan oksidasi FADH menjadi FAD, energi yang lepas hanya bisa digunakan untuk membentuk 2 ATP. Jadi, satu mol glukosa yang mengalami proses respirasi dihasilkan total 38 ATP.Pada saat elektron memasuki mitokondria, 2 ATP digunakan, sehingga jumlah ATP yang dihasilkan selama respirasi 1 mol glukosa adalah 36 ATP. 1 mol ATP mengandung energi sebesar 7,3 kkal sehingga dalam 36 ATP terkandung energi 36 7,3 kkal = 263 kkal.Tabel berikut menjelaskan perhitungan pembentukan ATP per mol glukosa yang dipecah pada proses respirasi.

Tabel 2.1 Reaksi Respirasi Aerob dan Jumlah ATP yang DihasilkanProsesAkseptorEnergi yang dihasilkan

Glikolisis 2 asam piruvat

Siklus Krebs

2 asam piruvat 2 asetil KoA + 2CO2

2 asetil KoA 4 CO2Rantai transpor elektron

10 NADH + 5O2 10 NAD + 10 H2O

2 FADH2 + O2 2 FAD + 2 H2O2 NADH

2 NADH6 NADH

2 FADH2 ATP

2 ATP

30 ATP

4 ATP

Total38 ATP 2 ATP = 36 ATP

Respirasi Anaerob Oksigen diperlukan dalam respirasi aerob sebagai penerima H yang terakhir dan membentuk H2O. Bila berlangsung aktivitas respirasi yang sangat intensif seperti pada kontraksi otot yang berat akan terjadi kekurangan oksigen yang menyebabkan berlangsungnya respirasi anaerob. Contoh respirasi anaerob adalah fermentasi asam laktat pada otot, dan fermentasi alkohol yang dilakukan oleh jamur Sacharromyces (ragi).

a) Fermentasi asam laktat

Asam piruvat yang terbentuk pada glikolisis tidak memasuki daur Krebs dan rantai transpor elektron karena tak ada oksigen sebagai penerima H yang terakhir. Akibatnya asam piruvat direduksi karena menerima H dari NADH yang terbentuk saat glikolisis, dan terbentuklah asam laktat yang menyebabkan rasa lelah pada otot. Peristiwa ini hanya menghasilkan 2 ATP untuk setiap mol glukosa yang direspirasi. a) Fermentasi alkohol Pada fermentasi alkohol asam piruvat diubah menjadi asetaldehid yang kemudian menerima H dari NADH sehingga terbentuk etanol. Reaksi ini juga menghasilkan 2 ATP.

2) Anabolisme

Anabolisme disebut juga sintesis, merupakan proses penyusunan bahan anorganik menjadi bahan organik. Dalam peristiwa ini diperlukan masukan energi (reaksi endergonik). Contoh dari anabolisme adalah proses fotosintesis.Fotosintesis adalah peristiwa penyusunan zat organik (gula) dan zat anorganik (air, karbondioksida) dengan bantuan energi cahaya. Fotosintesis juga disebut asimilasi zat karbon.

Fotosintesis mereaksikan karbondioksida dengan air menjadi gula dengan menggunakan cahaya matahari. Proses yang terjadi secara singkat dituliskan sebagai berikut.6 CO2 + 12 H2O C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2OFotosintesis merupakan penyedia makanan bagi hampir seluruh kehidupan di dunia, baik secara langsung maupun tidak langsung. Organisme memperoleh senyawa organik yang digunakan untuk energi dan rangka karbon dengan cara autotrofik atau heterotrofik. Organisme autotrof menyediakan makanan bagi dirinya secara total tanpa memakan atau menguraikan organisme lain. Sedangkan organisme hetereotrof memenuhi kebutuhan materi organik dari organisme lain dengan cara memakan organisme lain, menguraikan sisa tubuh organisme yang telah mati (Campbell et al., 2000).Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas oleh karena klorofil terdapat dalam kloroplas. Sel yang mengandung kloroplas terdapat pada semua bagian tumbuhan yang berwarna hijau pada tumbuhan, termasuk batang hijau dan buah yangbelum matang. Akan tetapi daun merupakan tempat paling utama berlangsungnya fotosintesis pada sebagian besar tumbuhan. Terdapat kira-kira setengah juta kloroplas tiap miliminter persegi permukaan daun (Campbel et al., 2000).

Reaksi fotosintesis juga merupakan reaksi redoks. Secara umum fotosintesis terjadi dalam dua tahapan yaitu reaksi terang (light reaction) dan reaksi gelap (dark reaction). Reaksi ini saling bekerjasama untuk mengubah energi cahaya menjadi energi kimiawi berupa makanan, seperti yang dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 2.11 Gambaran umum fotosintesis

Sumber: web.campbell.eduReaksi terang merupakan tahapan yang sangat dipengaruhi oleh ketersediaan cahaya matahari. Reaksi ini melibatkan Fotosistem I dan II yang bekerja sama menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan ATP dan NADPH sebagai produk reaksi terang. Sedangkan reaksi gelap merupakan tahapan lanjutan dari reaksi terang, di mana terjadi fiksasi karbondioksida untuk direduksi menjadi karbohidrat. Adapun proses terjadinya fotosintesis adalah sebagai berikut.Reaksi Terang, proses ini terjadi dalam enam tahapan, yaitu sebagai berikut.1. Ketika fotosistem II menyerap cahaya, suatu electron yang dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi dalam klrofil pusat reaksi (P680) ditangkap oleh akseptor electron primer.

2. Suatu enzim mengekstraksi electron dari air dan mengirimnya ke P680, menggantikan setiap electron yang keluar dari klorofil ketika molekul ini menyerap cahaya. Reaksi ini menguraikan molekul air menjadi dua ion hydrogen dan satu atom oksigen yang segera bergabung dengan atom oksigen lain membentuk O2.

3. Setiap electron terfotoeksitasi mengalir dari akseptor electron primer fotosistem II ke fotosistem I melalui rantai transport electron.

4. Begitu electron menuruni rantai tersebut, eksegoniknya jatuh ke tingkat yang lebih rendah ditangkap oleh membrane tilakoid untuk menghasilkan ATP. Karena Sintesis ATP ini menggunakan energi cahaya maka proses ini disebut fotofosforilasi.5. Apabila electron mencapai dasar rantai transport electron, electron ini mengisi lubang electron di P700 molekul klorofil a pada pusat reaksi fotosistem I. Lubang ini tercipta ketika energi cahaya menggerakkan electron dari P700 ke aksptor electron primer fotosistem I.

6. Akseptor electron primer fotosistem I melewatkan electron terfotoeksitasi ke rantai transport electron kedua, yang menyalurkannya ke feredoksin (Fd). Selanjutnya, enzim NADP+ reduktase menyalurkan electron dari Fd ke NADP+ sehingga terbentuk NADPH.Reaksi Gelap, proses ini terjadi dalam tiga fase, yaitu dijelaskan sebagai berikut.

Fase I (Fiksasi karbon)

Siklus Calvin memasukkan setiap molekul CO2 dengan menautkannya pada gula berkarbon-lima yang dinamai ribulosa bisfosfat (RuBP) dengan bantuan RuBP karboksilase atau rubisko. RuBP kemudian terurai membentuk dua molekul 3-fosfogliserat.

Fase II (Reduksi)

Setiap molekul 3-fosfogliserat menerima gugus fosfat baru dari ATP sehingga membentuk 1,3-bisfosfogliserat. Selanjutnya sepasang electron yang disumbangkan dari NADPH mereduksi gugus karboksil 3-fosfogliserat menjadi gugus karbonil yang berupa G3P (gula berkarbon 3).

Fase III (Regenerasi akseptor CO2 (RuBP)

Rangka karbon yang terdiri atas lima molekul G3P disusun ulang oleh langkah terakhir skilus Calvin menjadi tiga molekul RuBP. Untuk menyelesaikan ini, siklus menghabiskan tiga molekul ATP. Siklus Calvin secara keseluruhan mengkonsumsi sembilan molekul ATP dan enam molekul NADPH.

Karbohidrat yang dihasilkan langsung dari siklus Calvin sebenarnya bukan glukosa, tetapi gula berkarbon-3 yang disebut gliseraldehid 3-fosfat (G3P). G3P yang tersingkir dari siklus Calvin menjadi materi awal untuk jalur metabolisme yang mensintesis organik lainnya, termasuk glukosa dan karbohidrat lainnya.

C. Fisika

Teori fisika banyak berperan untuk menjelaskan proses dan fenomena yang terjadi di alam, termasuk juga proses dan fenomena di dalam sel. Sebagai contoh, fisika digunakan untuk menjelaskan mekanisme transportasi pada membrane sel. Membrane sel merupakan membrane yang selektif permeable. Seperti yang telah dipaparkan sebelumnya bahwa membrane sel tersusun atas dua lapisan lipid (lipid bilayer), dimana struktur ini menyebabkan membrane sel dapat mengatur lalu lintas molekul dari dan ke dalam sel dengan baik.

Transportasi zat melalui membrane dilakukan dengan beberapa cara, diantaranya transport pasif, transport aktif.

a) Transport pasif

Transport pasif adalah perpindahan molekul atau ion tanpa menggunakan energi sel. perpindahan molekul tersebut terjadi secara spontan dari konsentrasi tinggi ke rendah. Transpor pasif yang terjadi di dalam sel adalah difusi dan osmosis.

1. Difusi

Difusi adalah perpindahan molekul-molekul dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah baik melalui membran plasma ataupun tidak. Molekul dan ion yang terlarut dalam air bergerak secara acak dengan konstan. Gerakan acak ini mendorong terjadinya difusi. Difusi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu difusi sederhana dan difusi terbantu (facilitated diffusion).

Difusi sederhana

Difusi terjadi akibat gerak termal yang meningkatkan entropi atau ketidakteraturan sehingga menyebabkan campuran yang lebih acak. Difusi akan berlanjut selama respirasi seluler yang mengkonsumsi O2 masuk. Difusi terbantu (facilitated diffusion)

Difusi terbantu adalah proses difusi dengan perantara protein pembawa (carrier protein). Arah perpindahan molekul seperti halnya pada difusi biasa yaitu dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, hanya saja protein pembawa membantu proses perpindahan molekul ini. Difusi terbantu merupakan transpor zat melalui media pembawa. Pada proses ini, molekul diikat oleh reseptor pada sisi luar sel dan dilewatkan melalui membran plasma oleh protein transmembran yang telah mengalami perubahan susunan. Setelah itu, protein pembawa kembali pada susunan semula. Protein pembawa juga dapt membuat celah yang dapat dilalui oleh ion-ion seperti Cl- dan Na+.

2. Osmosis

Osmosis adalah perpindahan molekul air melalui membran semipermeabel dari larutan yang konsentrasi airnya tinggi ke larutan yang konsentrasi airnya rendah. Dengan kata lain, osmosis juga berarti perpindahan molekul dari larutan hipotonis (konsentrasi rendah) ke larutan hipertonis (konsentrasi tinggi) melalui selaput (membran) semipermeabel.

b) Transport aktif

Transpor aktif adalah pengangkutan/perpindahan molekul atau ion melewati membran dengan menggunakan energi ATP dari sel itu. Transport aktif meliputi pompa ion natrium-kalium, endositosis dan eksositosis.

1. Pompa ion natrium-kalium

Ion K+ penting untuk mempertahankan kegiatan listrik di dalam sel saraf dan memacu transport aktif zat-zat lain. Meskipun ion Na+ dan K+ dapat melewati membrane, karena kebutuhan akan ion K+ lebih tinggi maka diperlukan lagi pemasukan ion K+ ke dalam sel dan pengeluaran ion Na+ keluar sel. konsentrasi ion K+ di luar sel rendah, sedangkan di dalam sel tinggi. Sebaliknya, konsentrasi ion Na+ di dalam sel rendah dan di luar sel tinggi. Bila terjadi proses difusi, maka akan terjadi difusi ion K+ dari dalam ke luar, sedangkan difusi ion Na+ dari luar ke dalam sel.

Akan tetapi, yang terjadi sebenarnya bukanlah difusi karena pergerakan ion-ion itu melawan gradient konsentrasi, maka terjadi pemasukan ion K+ dan pengeluaran ion Na+. Energi ATP diperlukan untuk melawan gradient konsentrasi itu dengan bantuan protein yang ada dalam membrane. Setiap pengeluaran 3 ion Na+ dari dalam sel diimbangi dengan pemasukan 2 ion K+ dari luar sel. oleh sebab itu, proses ini disebut pompa natrium-kalium.

2. Endositosis dan eksositosis

Fagositosis (pemakan seluler), sel menelan suatu partikel dengan pseudopod yang membalut disekeliling partikel tersebut dan membungkusnya di dalam kantong berlapis-membran yang cukup besar untuk digolongkan sebagai vakuola.Pinositosis (peminum seluler), sel meneguk tetesan fluida ekstraseluler dalam vesikula kecil. Karena salah satu atau seluruh zat terlarut yang larut dalam tetesan tersebut dimasukkan ke dalam sel, pinosistosis tidak spesifik dalam substansi yang ditranspornya.Endositosis yang diperantarai reseptor, hampir sama dengan pinositosis hanya saja, selektif terhadap substansi yang ditranspornya. Endositosis yang diperantarai reseptor memungkinkan sel dapat meperoleh substansi spesifik dalam jumlah yang melimpah sekalipun substansi itu mungkin saja konsentrasinya tidak tinggi dalam fluida seluler. Misalnya, sel manusia menggunakan proses ini untuk menyerap kolesterol dan digunakan dalam sintesis membran dan sebagai prekursor untuk sintesis steroid lainnya.Eksositosis merupakan proses pengeluaran zat dari dalam sel ke luar sel. secret terbungkus kantong membrane yang selanjutnya melebar dan pecah. Eksositosis terjadi pada beberapa sel kelenjar atau sel sekresi.Konduksi impuls oleh sarafSelain pada transport senyawa melalui membran, konsep fisika juga digunakan untuk menjelaskan mekanisme penghantaran impuls saraf oleh sel-sel saraf. Rangsangyang diterima sel saraf dapat berasal dari dalamtubuh maupun luar tubuh. Rangsang yangmerambat disebut impuls. Impuls diterima oleh reseptor kemudianakan dihantarkan oleh dendrit menuju badansel saraf. Saat impuls sampai pada akson,impuls akan diteruskan ke dendrit neuron lain. Seperti halnya jaringan komputer, sistem saraf mengirimkan sinyal-sinyallistrik yang sangat kecil dan bolak-balik, dengan membawa informasidari satu bagian tubuh ke bagian tubuh yang lain. Sinyal listriktersebut dinamakan impuls (rangsangan).Di dalam neuron, sebenarnya terdapat membran plasma yang sifatnya semipermeabel. Mebran plasma neuron tersebut berfungsi melindungi cairan sitoplasma yang berasa di dalamnya. Hanya ion-ion tertentu akn dapat bertranspor aktif melewati membran plasma menuju membran plasma neuron lain. Apabila tidak ada rangsanang atau neurondalam keadaan istirahat, sitoplasma di dalam membran plasma bermuatan listrik negatif, sedangkan cairan di luar membran bermuatan positif. Keadaan yang demikian dinamakan polarisasi atau potensial istirahat. Perbedaan muatan ini terjadi karena adanya mekanisme transpor aktif yakni pompa natrium-kalium. Konsentrasi ion natriun (Na+) di luar membran plasma dari suatu akson neuron lebih tinggi dibandingkan konsentrasi di dalamnya. Sebaliknya konsentrasi ion kalium (K+) di dalamnya lebih besar daripada di luar. Akibatnya mekanisme transpor aktif terjadi pada membran. Sifat membran aksonyang lebih permeabel terhadap K+dan kurang permeabelterhadap Na+. Na+dipompa ke luar. K+dipompa ke dalam karenasifat membran akson yang permeabel terhadap K, maka K+dapatkeluar lagi.Kemudian, apabila neuron dirangsang dengan kuat, permeabilitas membran plasma terhadap ion Na+ berubah meningkat. Peningkatan permeabilitas membran ini menjadikan ion Na+ berdifusi ke dalam membran, sehingga muatan sitoplasma berubah menjadi positif. Fase seperti ini dinamakan depolarisasi atau potensial aksi. Sementara itu, ion K+ akan segera berdifusi keluar melewati membran plasma. Fase ini dinamakan repolarisasi. Perbedaan muatan pada bagian yang mengalami polarisasi dan depolarisasi menimbulkan arus listrik.Kondisi depolarisasi ini akan berlangsung terus-menerus, sehingga menyebabkan arus listrik, dengan demikian, impuls saraf akan terhantar sepanjang akson. Setelah impuls berlalu, membranneuron memulihkan keadaannya seperti semula. Selama masapemulihan ini, impuls tidak bisa melewati neuron tersebut. Waktuini disebut fase refraktori atau undershoot.

D. Lingkungan

Lingkungan adalan suatu sistem kompleks yang berada di luar individu yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan organisme. Lingkungan merupakan ruang tiga dimensi, dimana organisme merupakan salah satu bagiannya (Irwan, 2003).

Kehidupan sebenarnya adalah proses pertukaran energi antara organisme dan lingkungan. Melalui sel tumbuhan hijau energi sinar matahari diikat dan diubah menjadi energi kimia dalam bentuk senyawa gula (Irwan, 2003). Proses ini disebut fotosintesis.

Gambar 2.12 Sel dalam ekosistem Sumber: web.campbell.eduKeberadaan tumbuhan di lingkungan sangatlah penting karena sel tumbuhan dapat melakukan fotosintesis untuk memproduksi zat makanan yang digunakan untuk kelangsungan hidup tumbuhan itu sendiri maupun organisme lain. Karena kemampuannya ini, tumbuhan dikatakan sebagai produsen utama yang penting dalam rantai makanan di ekosistem.

Selain itu, fotosintesis oleh sel tumbuhan membantu membersihkan udara, yaitu mengurangi kadar CO2 (karbon dioksida) di udara, karena CO2 adalah bahan baku dalam proses fotosintesis. Sebagai hasil akhirnya, selain zat makanan adalah O2 (Oksigen) yang sangat dibutuhkan untuk kehidupan.

Selama proses fotosintesis berlangsung, keseimbangan gas di atmosfer dapat dipertahankan, sehingga berpengaruh terhadap kualitas kesehatan lingkungan.

Di samping itu, keberadaan tumbuhan juga penting yang paling menentukan dalam ekosistem karena mempunyai peranan sebagai berikut.

a. Sebagai perubah terbesar dari lingkungan karena mempunyai fungsi sebagai perlindungan sehingga dapat mengurangi radiasi matahari, mengurangi temperatur yang ekstrim. Melalui proses transpirasi dapat mengalirkan air dari tanah ke udara. Serasahnya yang hancur dapat menambah humus pada tanah, dll.b. Sebagai pengikat energi untuk seluruh ekosistem. Hanya tumbuhan yang dapat memanfaatkan energi surya secara langsung dan mengubahnya menjadi berguna bagi organisme lain, melalui proses fotosintesis. Semua organisme dalam ekosistem sangat bergantung pada energi yang dihasilkannya.c. Sebagai sumber hara mineral. Kehidupan memerlukan karbon, oksigen, hidrogen, kalsium dan banyak unsur lainnya. Semua unsur ini terdapat dalam tanah dan atmosfer. Hewan dan manusia tidak mempunyai kemampuan mengikat maupun menguraikan ion-ion mineral dari tanah. Unsur-unsur tersebut tersedia bagi organisme hidup lainnya setelah melalui proses sintesis yang terjadi pada tubuh tumbuhan. Peredaran (siklus) karbon dan oksigen di alam, sangat dipengaruhi oleh proses fotosintesis dan respirasi tanaman.Adapun keberadaan makhluk hidup lainnya juga sangat penting dalam ekosistem, karena di dalam ekositem, seluruh komponen baik biotik maupun abiotik semuanya saling berinteraksi. Keberadaan organisme yang selnya heterotrof (tidak dapat menghasilkan makanan sendiri) penting bagi organisme autotrof (dapat membuat makanan sendiri) sebagai penghasil karbondioksida, yang merupakan bahan baku untuk memproduksi makanan. Adapun keberadaan organisme pengurai juga penting untuk menguraikan sisa-sisa organisme lain yang telah mati, menjadi komponen-komponen asalnya dan dapat masuk ke dalam siklus materi.E. Astronomi

Kehidupan sel juga berkaitan dengan ilmu perbintangan atau astronomi. Seperti yang telah dipaparkan sebelumnya bahwa sel, terutama sel tumbuhan hijau sangat bergantung pada matahari cahaya matahari sebagai sumber energi utamanya untuk dapat melakukan fotosintesis. Cahaya merupakan bentuk energi yang dikenal sebagai energy elektromagnetik, yang juga disebut radiasi (Campbell, et.al, 2000). Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik dan medan magnet yang berasosiasi dan merambat lewat ruang dan membawa energi dari satu tempat ke tempat yang lain. Cahaya tampak adalah salah satu bentuk radiasi elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik termsuk gelombang transversal.Gelombang elektromagnetik mempunyai kisaran panjang gelombang yang disebut spectrum elektromagnetik. Spektrum gelombang yang penting bagi kehidupan ialah panjang gelombang yang berkisar antara kira-kira 400 700 nm. Radiasi ini dikenal sebagai cahaya tampak (visible light) karena terdeteksi oleh mata manusia sebagai macam-macam warna. Cahaya tampak ini merupakan radiasi yang menggerakkan fotosintesis. Biru dan merah, dua gelombang yang paling efektif diserap oleh klorofil, merupakan warna yang paling bermanfaat sebagai energi untuk reaksi terang (Campbell, et.al, 2000).Teori kuantum menyatakan cahaya merambat dalam bentuk aliran partikel yang disebut foton. Energi yang terkandung dalam satu foton disebut satu kuantum. Energi yang terkandung dalam foton berbanding lurus dengan frekuensi dan berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Reaksi cahaya dalam fotosintesis merupakan akibat langsung penyerapan foton oleh molekul-molekul pigmen klorofil (Gardner et al., 1991).

Gambar 2.13 Spektrum energi radiasiSumber: web.campbell.eduF. Teknologi

Sejak awal, teknologi memegang peranan penting dalam kajian sel ini, karena seperti yang kita ketahui sel adalah objek mikroskopik, yang hanya dapat diamati dengan menggunakan bantuan mikroskop. Berkembangnya penemuan dan kajian baru mengenai sel seiring dengan perkembangan teknologi mikroskop yang diciptakan, mulai dari yang paling sederhana (mokroskop cahaya) hingga mikroskop electron yang canggih.

Mikroskop terdahulu (klasik) dan mikroskop modern yang menggunakan teknologi tinggi, semua menggunakan pripsip kerja yang sama. Cahaya tampak (visible light) dilewatkan pada spesimen yang biasanya diletakkan di antara dua bidang transparan yang terbuat dari kaca ataupun plastik. Cahaya ditransmisikan melalui sebuah rangkaian lensa sehingga gambar yang diperbesar akan tampak oleh mata. Peralatan seperti ini disebut dengan mikroskop optikal, dan sekarang alat ini dapat memperbesar objek hingga lebih dari 1000 kali dan membedakan detail kurang dari seper-sepuluh ribu sentimeter dengan tepat, cukup untuk membuat sel terlihat empat kali lebih besar. Pada banyak mikroskop optikal modern, terdapat miniatur kamera video pada lensa okulernya, yang memungkinkan gambar dipertunjukkan pada sebuah layar televisi.

Tehnik pewarnaan khusus, di mana warna diserap hanya oleh satu bagian dari spesimen sering digunakan untuk menambah kontras dari gambar, dan hal itu membuat struktur internal spesimen terlihat lebih jelas. Sebagai contoh, kita dapat melihat bagian sel yang disebut kromosom (chromosomes), bagian yang berperan penting dalam reproduksi sel. Kromosom ini, pertama kali dilihat sebagai struktur berwarna di dalam sel, sehingga dinamakan chromosome.

Kemampuan mikroskop untuk membedakan objek yang berdekatan satu sama lain disebut resolving power (daya pisah). Resolving power dari mikroskop terbatas oleh panjang gelombang dari cahaya yang digunakan. Objek yang berukuran satu panjang gelombang terlihat kabur (blur). Mikroskop cahaya contohnya, khusus menggunakan gelombang cahaya dengan panjang gelombang seper-sepuluh ribu sentimeter, sehingga objek-objek yang ukurannya lebih kecil diferensiasinya akan terlihat kabur walaupun dengan alat yang didesain paling baik. Keterbatasan ini menunjukkan bahwa struktur sel yang lebih kecil tidak dapat diamati dengan menggunakan mikroskop semacam ini.

Pada tahun 1930, seorang scientist Jerman Ernst Ruska, yang bekerja di sebuah universitas di Berlin, memperkenalkan mikroskop elektron, kemajuan besar untuk mikroskop, dimana mikroskop ini menggunakan elektron untuk menyinari objek. Kuantum objek seperti elektron dapat diduga sebagai partikel-partikel kecil yang berenergi tinggi. Panjang gelombang elektron tergantung pada energinya. Makin besar energi, panjng gelombang semakin pendek.

Pada mikroskop elektron, berkas elektron ditembakkan pada target, kita dapat mengmati objek dengan panjang gelombang yang pendek yang memberikan daya beda hingga 100.000 kali lebih baik dibandingkan mikroskop klasik. Mikroskop elektron yang modern sering digunakan untuk membedakan objek berukuran atom.

Cara kerja mikroskop elektron adalah sebagai berikut. Gelombang eletrik memansakan sebuah tungsten pada bidang elektrik yang kuat (kira-kira 100.000 volt) untuk menghasilkan berkas elektron. Elektron meninggalkan kawat tungsten yang bermuatan negatif dan melaju ke arah kutub positif dari tabung. Berkas dari gelombang elektron ini difokuskan oleh sebuah cincin elektromagnetik khusus yang analog dengan lensa pada mikroskop konvensional. Berkas yang difokuskan tersebut menghantam sample, dan elektron kemudian mengenai sebuah detektor yang mengubah berkas tersebut menjadi gambar (Trefil & Hazen, 2007).

Gambar 2.15 Mikroskop Elektron

Sumber: ilmuwanmisterius.blogspot.comG. Kesehatan

Dalam bidang kesehatan, sel tentu sangat erat kaitannya, dimana sel merupakan pada waktu-waktu tertentu dapat menunjukkan kelainan, yang menyebabkan gangguan pada kesehatan dan penyakit. Agen pembawa penyakit, seperti virus, dapat menyerang sel yang sistem kekebalannya lemah. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa membran sel sebagai pembatas antara sel dengan lingkungan luarnya, mempunyai sistem khusus yang bertujuan untuk menjaga kelangsungan hidup sel tersebut.

Membran sel yang menjadi penjaga pintu masuk dan keluar sel mempunyai mekanisme tertentu untuk memilih zat-zat yang dapat melewati dan tidak dapat melewati membran. Dalam hal ini membran memiliki struktur khusus, yaitu reseptor yang bersifat spesifik, hanya mampu mengenali zat-zat atau partikel-partikel tertentu saja. Zat atau partikel yang dikenali oleh reseptor merupakn zat yang memang diperlukan oleh sel. Namun, reseptor membran ini terkadang dapat dikelabuhi. Objek kecil seperti virus yang menyebabkan penyakit dapat memasuki sel dengan cara meniru bentuk molekul tertentu yang dikenali oleh reseptor. Masuknya benda asing ke dalam sel ini memicu kelainan pada sistem selular, menjadikan sel menjadi tidak normal, dan menyebabkan penyakit.

Selain itu, radiasi sinal UV dapat menyebabkan sel menjadi abnormal, siklus sel terganggu. Seperti yang telah dipaparkan sebelumnya, pada siklus sel ada fase dimana sel harus berhenti membelah yang disebut fase G0, akan tetapi pada beberapa kasus sel yang harusnya masuk G0 tetap aktif melakukan pembelahan, dan itulah yang disebut sel tumor atau kanker.

H. Geologi

Seperti yang telah dijelaskan sebelumya, sel hidup tersusun dari unsur-unsur organic seperti karbon (C), hydrogen (H), oksigen (O), nitrogen (N), sulfur (S), dan posfor (P).

Apabila sel tersebut mati, sebagian besar unsur organik penyusunnya akan kembali mengalami siklus sebagai rantai makanan, dan sebagian kecil akan terjebak di dalam tanah dan sedimen selama bertahun-tahun. Inilah yang merupakan cikal bakal terbentuknya senyawa-senyawa fosil. Terbentuknya fosil digunakan untuk menelusuri kehidupan di masa lampau dan mempelajari evolusi makhluk hidup. Selain itu saat ini fosil yang mengandung unsur-unsur organik yang mudah terbakar, kini dimanfaatkan sebagai bahan bakar fosil.

BAB III

PENUTUP

3.1 SIMPULAN

1. Teori sel sebagai unit dasar kehidupan dimulai dari penemuan sel dari para ahli. Istilah sel (Yunani kytos; Latin cella) pertama kali digunakan oleh Robert Hooke (1665) untuk menguraikan penemuannya setelah mengamati sayatan gabus dari batang Quercus suber menggunakan lensa pembesar. Pada 1674 Leeuwenhok dengan menggunakan mikroskop sederhana, dia dapat melihat mikroorganisme. Beberapa teori tentang sel: 1) Sel merupakan kesatuan atau unit struktural makhluk hidup. 2) Sel Sebagai Unit Fungsional Makhluk Hidup. 3) Sel Sebagai Unit Pertumbuhan Makhluk Hidup. 4) Sel Sebagai Unit Hereditas Makhluk Hidup.2. Sel sebagai unit fundamental bagi kehidupan organisme di bumi, memiliki struktur yang kompleks dan sifat yang tidak dimiliki oleh benda mati. Seluruh proses kehidupan berlangsung di dalam sel dan dipengaruhi oleh faktor luar dari lingkungan. Proses ini berlangsung secara kimia dan fisika, serta didukung dengan struktur biologis yang spesifik untuk setiap sistemnya. Sifat sel yang unik saat ini banyak dimanfaatkan dengan menggunakan teknologi, untuk mendukung berbagai aspek kehidupan lain, baik dalam bidang kesehatan, lingkungan, dan geologi.3.2 SARAN

Besar harapan penulis agar pembaca dapat mengkaji lebih lanjut tentang sel dan kaitannya dengan beberapa aspek ilmu pengetahuan sehingga dapat dijadikan sebagai sumber informasi bagi masyarakat khususnya bagi mahasiswa program pendidikan IPA.33