BAB.I. KONSEP ILMU PENGETAHUAN
A. Pengertian Ilmu pengetahuan
Dahulu orang lebih mudah memberikan defenisi mengenai ilmu daripada sekarang. Dahulu ilmu merupakan suatu bagian dari filsafat. Defenisi tentang ilmu bergantung pada system filsafat yang dianut. Lama-kelamaan ilmu memperoleh posisi yang lebih bebas sampai akhirnya mandiri. Defenisi yang tidak lagi dirumuskan berdasarkan sifat ilmu yang dilihat sari segi filsafat, melainkan berdasarkan apa yang dilaksanakan oleh ilmu dengan melihat metologinya atau pokok defenisi dalam masalah atau demarkasi ilmu.
Ilmu pengetahuan bukanlah segala sesuatu, apa saja, yang kita kehendaki. Ilmu pengetahuan sebagai suatu jenis pengetahuan atau suatu cabang studi berurusan dengan dunia yang kasat mata (visible world). Untuk mengadakan pengetahuan ilmiah tersebut orang menempuh metode tertentu yang bila dinyatakan dalam term begiatan berupa: mengumpulkan fakta, membentuk hipotesis atau hukum guna mensistematik serta mengkorelasikan fakta-fakta itu dalam suatu tatanan yang logis dan melaksanakan percobaan atau mencari fakta-fakta selanjutnya untuk menguji hipotesis atau hukum tadi. Dengan kata lain, demi mendapatkan fakta-fakta, ilmuwan dan/atau saintis mula-mula mengamati dunia alami di sekitarnya, menempatkan hasil-hasil pengamatan tersebut dalam proses testing yang cukup ketat dan lalu merumuskan suatu teori umum atau hukum.
Jadi fakta-fakta betapapun banyaknya, tidak merupakan “ilmu pengetahuan”. Metode yang dipakai untuk menangani fakta-fakta itulah yang merupakan ilmu pengetahuan. Kegiatan-kegiatan yang termasuk metode itu secara esensil berupa mengubah fakta menjadi teori, yaitu membuat masalah (fakta) menjadi permasalahan (teori). Mengerjakannya dan merumuskan pemecahannya. Jadi ciri pokok dari ilmu pengertahuan adalah kultivasi permasalahan dan skeptisme yang teratur. Artinya, ilmu pengetahuan terbentuk dari dorongan untuk memahami dan memecahkan masalah (mendapatkan kebenaran). Semakin dalam pengetahuan ilmiah ini terlibat dalam kesibukan seperti ini, semakin ia mendektuntutan misinya. Kegiatan atau kesibukan seperti itu adalah meneliti, menyelidiki (investigasi) atau mengkaji.
Ilmu tidak abadi melainkan berubah, yaitu pertama-tama dalam arti yang lebih trival yaitu tidak ada ilmu yang selesai, para ilmu selalu dapat mengembangkan ilmu lebih lanjut. Ilmu bukan ibarat sebuah rumah dengan dasar abadi yang sepanjang sejarah hanya dilengkapi dengan tingkat-tingkat baru. Struktur ilmu, bahkan apa yang disebut pokok ilmu mengalamai perubahan. Pendapat ini berdasarkan pada dua seni peneropongan dalam penyelidikan. Pertama-tama penyelidikan mengenai sejarah ilmu-ilmu membawa kita pada pengertian bahwa bagi ilmu yang sama, arti istilah yang digunakan berbeda-beda pada waktu yang berlainan misal arti istilah
B. Ilmu Pengetahuan dan Perkembangannya
a. Dari Banyak Menjadi Satu
Bagi setiap refleksi tentang ilmu pengetahuan, salah satu kesulitan terbesar adalah keanekaragaman ilmu pengetahuan itu. Tidak ilmu pengetahuan pada umumnya. Yang hanya ilmu-ilmu konkrit. Disini tidak perlu kita selidiki pertanyaan apakah dulu pernah terdapat ilmu pengetahuan pada umumnya. Bagaimana juga tyang pasti ialah bahwa dulu ilmu pengetahuan memperlihatkan kesatuan lebih jelas dari pada sekarang. Maka orang mendapat kesan bahwa ilmu pengetahuan telah berkembang dari keadaan bersatu menjadi banyak. Garis perkembangan ini mengherankan karena rupanya langsung bertentangan dengan sumber inpirasi yang menghasilkan ilmu pengetahuan yaitu hasrat untuk mencari kesatuan dalam banyak sekali gejala yang ada. Ilmu pengetahuan telah terbentuk dengan terbentuknya pandangan bahwa memang mungkinlah menemukan kesatuan dalam banyak gejala yang berbeda-beda. Dalam rangka pengertian itulah ilmu pengetahuan timbul sebagai usaha untuk secar metodis dan sistematis mencari asas-asas yang mengizinkan untuk memahami kesatuan dan perkaitan satu sama lain antara banyak gejala itu. Proses ini sudah mulai pada filosof-filosof alam di Yunani, seperti misalnya Thales dari militos (abad ke-6 sebelum masehi). Orang Yunani ini telah mencari zat asal yang merupakan asal-usul bagi segala sesuatu yang ada. Hal yang sama juga diusahakan oleh Demokritus (abad ke-5 sebelum masehi) dengan ajarannya disebut atomisme: Adanya kejamakan dan perubahan yang dapat disaksikan pada benda-benda serta gejala-gejala yang kelihatan, harus dimengerti sebagai perbedaan serta perubahan dalam susunan atom-atom yang tak kelihatan dan tak terubahkan. Dalam suatu teori ilmu pengetahuan yang sudah lebih lengkap seperti terdapat pada Aristoteles, hal ini dirumuskan sebagai berikut: “Kita berpendapat mempunyai pengetahuan tentang suatu hal bila kita mengenal penyebab adanya sesuatu dan lalu kita ketahui juga bahwa hal itu memang begitu karena karena penyebabnya dan tidak mungkin duduknya persoalan lain”. Dengan kata lain, apa yang semula tampak kepada kita sebagai tidak semena-mena dan tidak dimengerti, berkat pengetahuan tentang penyebabnya di bawah kesatuah dan dimengerti tidak boleh tidak harus begitu. Dalam hal ini perlu kita ingat bahwa tekanan yang diletakkan dalam ilmu pengetahaun Yunani (Pada Eukleides untuk ilmu pasti dan pada Aristoteles juga untuk ilmu-ilmu yang lain) atas metode Aksimatis berusaha mengasalkan banyak asas dan banyak penyebab kepada beberapa saja.
Juga sejarah ilmu pengetahuan dikemudian hari memperlihatkan tendensi yang sama untuk mencari asas-asas yang menjamin kesatuan. Banyak perkembangan penting dalam ilmu pengetahuan telah berlangsung dengan menyusun teori-teori, yang sebagai teori-teori universal hanya menggabungkan apa yang sebelumnya dianggap wilayah-wilayah tersendiri. Misalnya ilmu pengetahuan abad ke-13 telah menempatkan gerak badan-badan jagat raya dan gerak benda-benda di bumi dalam kerangka teoritis yang sama yaitu mekanika klasik.
Biarpun ada alasan kuat untuk memandang ilmu pengetahuan sebagai peralihan dari kejamakan menuju kesatuan, namun pada kenyataannya terdapat juga tendensi yang sebaliknya. Dulu terdapat ilmu pengetahuan yang lebih kurang bersatu. Sekarang ilmu pengetahuan yang satu itu telah terpecah belah menjadi banyak disiplin ilmu tersendiri.
b. Banyaknya Ilmu
Spesialisasi dalam ilmu pengetahuan biasanya tidak terjadi karena ilmuan membatasi diri pada suatu wilayah tertentu. Ilmu-ilmu terutama berbeda satu sama lain karena digunakan metode-metode yang sangat berlainan untuk menyelidiki, melukiskan dan mengerti realitas. Setiap ilmu mempunyai cara masing-masing untuk melakukan observasi dan eksprimen. Setiap ilmu mempunyai tipe hipotesa dan tipe teori tersendiri dan terutama setiap ilmu mempunyai “bahasa” descriptive dan eksplonatoris masing-masing sehingga orang yang bukan ahli sekalipun ia mendapat pendidikan ilmiah yang baik, hampir tidak sanggup membaca, apalagi menggunakanan bahasa itu. Dengan demikian terdapat banyak ilmu yang maing-masing memeratakan realitas dengan caranya tersendiri tanpa kemungkinan mempersatukan semua peta itu menjadi pandangan menyeluruh tentang realitas.
C. Ciri-ciri yang Menandai Semua Ilmu
Tuntutan pertama bahwa secara metodis ilmu pengetahuan harus mencapai suatu keseluruhan yang logis koheren. Itu berarti adanya system dalam penelitian (metode) maupun dalam hasil (susunan logis).
Tuntutan Yunani yang penting juga adalah bahwa ilmu pengetahuan harus tanpa pamrih. Sifat tanpa pamrih itu sebagai salah satu ciri khas ilmu pengetahuan yang begitu erat kaitannya dengan masalah tanggungjawab. Suatu tuntutan yang sepintas lalu nampaknya sedikit aneh adalah universalitas ilmu pengetahuan. Universalitas itu mencakup seluruh dunia ataupun terbatas menurut tempat. Tetapi bagaimanapun juga universalitas itu harus ada supaya seseorang atau sesuatu menjadi penting secara historis.
Selanjutnya ialah objektivitas. Setiap ilmu seharusnya objektif, artinya terpimpin oleh objek dan tidak didistorsi oleh prasangka-prasangka subjektif. Namun demikian, objektivitas ilmu alam tidak boleh tidak, harus lain sifatnya dengan objektivitas ilmu manusia. Agar objektivitas terjamin sebaik mungkin ilmu pengetahuan harus memenuhi juga tuntutan intersubjektivitas. Ilmu pengetahuan harus diversifikasi oleh semua peneliti ilmiah yang bersangkutan, biarpun versifikasi akan bersifat lain sejauh tipe ilmu pengetahuan akan berada. Karena itu juga ilmu pengetahuan harus dapat dikomunikasikan. Bisa saja ilmu pengetahuan menggunakan suatu bahasa buatan yang hanya dimengerti para ahli namun mestinya bahasa itu pada prinsipnya terbuka bagi siapa saja yang mempunyai bakat dan mau berusaha menguasainya.
Kita juga sudah berkenalan dengan beberapa tuntutan khas modern yang berlaku bagi ilmu pengetahuan. Pertama-tama disebutkan progrevitas ilmu. Suatu jawaban ilmiah baru bersifat alamiah sungguh-sungguh, bila mengandung pernyataan baru dan menimbulkan problem baru lagi.
Yang berkaitan erat dengan progresivitas adalah sikap kritis pada setiap macam kegiatan ilmiah. Sebab progrevitas tidak saja berarti bahwa ilmu pengetahuan manusia senantiasa membuka wilayah-wilayah baru melainkan juga bahwa apa yang sudah digarap selalu dapat direvisi.
Suatu ciri khas lain dari ilmu pengetahuan ialah harus dapat digunakan. Ini akibat ketertautan umum antara teori dan praktik. Tentu saja menggunakan suatu ilmu berbeda-beda. Tetapi jika dimengerti secara analog ciri ini berlaku untuk semua ilmu. Dalam arti tertentu tuntutan bahwa ilmu pengetahuan harus dapat digunakan hanya merupakan perluasan tuntutan versifikasi eksperimental.
D. Konsep Pengetahuan Menurut Realisme
Menurut realisme pengetahuan itu berada diluar tubuh manusia dan bertempat di alam fisik. Tidak ada pengetahuan yang berasal dari dalam otak atau yang secara intern muncul bersama keberadaan manusia, melainkan berasal dari luar yang ditangkap melalui organ indera. Otak dalam pengertian realisme tidak lebih dari organ tubuh biasa yang mempunyai beberapa fungsi dan bekerja dengan sendirinya. Otak dapat digambarkan sebagai kabinet foto slide atau sebagai computer yang pada dasarnya mempunyai dua fungsi yaitu penyimpan data atau memori dan menganalisa data atau mengeluarkannya jika diperlukan. Dengan demikian, otak manusia hanyalah organ tubuh biasa, tidak ada sesuatu yang mistik, tidak ada sesuatu yang inherited, tidak ada dimensi mistik dalam pengetahuan karena pengetahuan tidak lebih dari hasil penginderaan.
Realisme berpandangan bahwa pengetahuan itu bersifat absolute dan nirkala (timeless). Manusia berada dalam proses untuk memahaminya dan belum mencapai pengetahuan yang sejati. Manusia dikatakan memiliki pengetahuan hanya dalam pengertian bahwa dia menyadari akan keberadaan tatanan alam semesta. Gambaran tak sempurna yang dimiliki oleh manusia mengenai alam semesta bisa dikatakan mendekati status pengetahuan apabila terdapat koherensi antara apa yang dipersepsikan tentang dunia dengan apa sebenarnya ada.
Realisme berpendapat bahwa kebenaran dan pengetahuan di alam semesta itu sama. Keduanya tidak pernah berubah. Yang berubah adalah kemampuan manusia dalam menyelidiki dunia menyebabkan manusia menganggap bahwa pengetahuan itu berubah dari waktu ke waktu. Dengan demikian, perubahan yang terjadi sebenarnya pada alam semesta itu sendiri.
Realisme mendefenisikan pengetahuan sebagai informasi yang terorganisasi yang sesuai dengan realitas alam semesta. Pengetahuan tidak hanya didasarkan atas keyakinan, melainkan atas konsensus dan pengujian berulang-ulang oleh orang-orang yang memang berkompeten untuk melakukannya. Seseorang yang beranggapan bahwa dia mempunyai pengetahuan harus berbagi (share) pengetahuan tersebut dengan orang-orang lain, dalam arti bahwa dia harus memberi kesempatan kepada orang lain untuk bertanya, menantang, dan memberikan reaksi kepada yang dianggap sebagai pengetahuan oleh orang itu. Selanjutnya orang yang menganggap dirinya memiliki pengetahuan itu harus mampu meyakinkan orang lain dengan cara membuktikan bahwa apa yang dianggapnya sebagai kebenaran itu memang kebenaran.
Realisme juga mengenal adanya hirarki pengetahuan. Pengetahuan dianggap paling berharga adalah pengetahuan yang menjelaskan prinsip-prinsip pertama alam semesta dan hukum-hukum dasar yang merupakan penyebab pertama dari setiap gejala yang sering disebut sebagai prinsip pertama (caua prima).
Realsime berpandangan bahwa pengetahuan itu bebas nilai. Dan seperti ada adanya yang tidak dapat disebut baik dan tidak pula dapat disebut buruk. Pengetahuan tidak boleh mempunyai bias dan tidak boleh berkaitan dengan prasangka melainkan apa adanya.
E. Konsep Pengetahuan Menurut Pragmatisme
Filsafat eksperimentalisme sering disebut dengan pragmatisme. Filsafat ini munsul pada akhir abad ke-19 dan awal abad ke-20 dan kemudian melahirkan pandangan populis di kalangan pemimpin Amerika.
Dalam kerangka pemikiran eksperimental konsep pengetahuan dibentuk oleh fungsi dan tujuan pengalaman. Pengetahuan itu merupakan fenomena personal. Dia hanya berada di dalam pikiran manusia secara individual. Semua benda di alam semesta termasuk manusia tidak lebih dari sekedar objek. Objek benda di alam semesta termasuk manusia tidak lebih dari sekedar objek. Objek-objek itu berinteraksi pada waktu bertubrukan dengan suatu individu pada hakikatnya tidak pernah memiliki eksistensi bagi individu tersebut. Objek-objek itu tidak membentuk pengetahuan. Pengetahuan merupakan sesuatu yang unik bagi setiap individu tidak ada orang yang memiliki pengetahuan yang sama persis. Pengetahuan bukan merupakan sesuatu yang absolute dan abstrak melainkan bersifat personal dan konkrit.
Tujuan pengetahuan menurut eksperimentalisme adalah untuk mendorong terjadinya aksi. Pengetahuan harus menjadi kekuatan penggerak secara terus-menerus untuk mengalami dunia dan menambah kemampuan manusia untuk menyelesaikan persoalan-persoalannya. Tidak semua orang perlu mengetahui hasil pengalaman orang lain karena yang dia perlukan bagi kondisinya sendiri. Orang tidak perlu memerlukan hal-hal yang tidak dapat digunakannya.
Eksperimentalisme berpendapat bahwa tidak ada hirarki pengetahuan yang terdapat di luar pilihan individu tantang hal-hal yang dianggap penting baginya. Seseorang tidak dapat menentukan informasi yang lebih baik untuk diketahui oleh orang lain. Pilihan terhadap pengetahuan berasal dari dorongan-dorongan alamiah individu dan pengalaman-pengalaman yang diperoleh sebelumnya oleh orang tersebut yang seringkali terjadi secara kebetulan.
Menurut eksperimentalisme hirarki pengetahuan berada di dalam orang tersebut. Setiap individu harus menetapkan sendiri aksi-aksi yang diprioritaskannya. Dunia tidak memberikan hirarki nilai. Adat istiadat, hukum, dan nilai-nilai masyarakat berasal dari pengalaman kolektif dari suatu kelompok manusia. Nilai-nilai tersebut diuji dengan cara yang sama dengan nilai-nilai pribadi dan akan berubah sepanjang waktu seiring dengan terjadinya perbedaan-perbedaan pengalaman. Kriteria akhir dari nilai seperti itu adalah azas mamfaat (utility).
Ilmu pengetahuan yang dihasilkan kecakapan otak jasmani atau beban lahir dinamakan ilmu pengetahuan eksakta. Ilmu pengetahuan yang dihasilkan kecakapan batin atau kecakapan rohani disebut Ilmu Pengetahuan Abstrak.
Ilmu pengetahuan itu sendiri ada beberapa macam, misalnya:
1. Ilmu Pengetahuan Eksakta yaitu ilmu pengetahuan yang menuju objek-objek yang lahir yang berhubungan dengan benda-benda kasar serta dapat ditangkap oleh panca indera lahir seperti: astronomi, biologi, botani, zoology, geologi, kimia, matematika dsb.
2. Ilmu Pengetahuan Abstrak yaitu ilmu pengetahuan yang mempunyai objek-objek yang tidak dapat ditangkap oleh pancaindera lahir seperti ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan kejiwaan misalnya mengetahui makhluk-makhluk yang hidup dalam alam yang mempunyai 4 ukuran seperti roh, jin, hantu dan semacamnya. Untuk mempelajarinya dibutuhkan ilmu pengetahuan sebagai alat misalnya: metageometri, metakimia, atau ilmu pengetahuan yangh serba meta. Dengan pertolongan rohaninya, manusia dapat melihat walaupun matanya tertutup. Mampu membaca buku dalam keadaan mata tertutup itu, dalam zaman modern telah diteliti oleh sebagian sarjana barat dan timur yang kemudian memunculkan ilmu-ilmu yang serba gaib seperti magnetisme, hipnotisme, spiritisme, heilmagnetisme, verborgen, krachten, suggesti, mediumschap, telepatie, somnambulisme, dan lain-lain sebagainya.
3. Ilmu Pengetahuan Relatif adalah ilmu pengetahuan yang menuju objek-objek yang gaib mutlak yang tak dapat diraba dan diketahui atau dianalisa dengan alat panca indera lahir atau otak jasmani seperti peristiwa sorga, neraka, bidadari, malaikat dan sebagainya.
4. Ilmu Pengetahuan Absolut adalah ilmu pengetahuan yang memiliki objek menujui ke arah yang maha mutlak seperti adanya Tuhan, Arasy, alam wahdania dan lain-lain yang berhubungan dengan itu.
F. Pelaporan Karya Ilmiah
Salah satu tanggungjawab ilmuwan adalah mengusahakan bahwa karyanya dilaporkan kepada imuwan lain yang mungkin berminat. Dalam ilmu hayati (biologi) biasanya mengikuti cara pelaporan yang
1. Pendahuluan
2. Bahan dan Metode
3. Hasil
4. Prakata/ucapan terima kasih
5. Referensi
6. Ringkasan dan Ikhtisar
G. Metode Ilmiah Dasar
Ilmu bersifat:
1. Terbuka
2. Demokratis
3. Menjunjung tinggi kebenaran
H. Mendapatkan Pengetahuan
1. Ontology: apa yang kita ingin ketahui (teori tentang ada)
2. Epistemology: bagaimana cara mendapatkan ilmu pengetahuan
3. Axiology: Apa mamfaat atau nilai ilmu pengetahuan tersebut
4. Teleology: (ilmu tujuan).
I. Metodologi Ilmiah
Q Ragam fenomena dalam ilmu pengetahuan (biologi) mudah dipahami dengan berbagai prinsip ilmiah.
Q Prinsip ilmiah dapat lahir dengan cara menggunakan metode ilmiah yang telah diuji secara matang.
Q Suatu prinsip yang sudah jenuh dengan ujian dan trus dipertahankan kebenarannya dapat diubah statusnya menjadi suatu hukum yang universal.
Q Prinsip yang mentah dan masih merupakan dugaaan seorang peneliti disebut hipotesis yang masih harus diuji lagi untuk mendapatkan kebenarannya.
1) Metoda Pertama ialah Menguji Hipotesis. Cara yang paling klasik dalam bidang Biologi, Kimia dan Fisika. Disini dimulai dengan pengumpulan data untuk membuat kesimpulan yang menyeluruh sering disebut cara induksi.
2) Cara Deduksi (Sebaliknya di atas) yaitu menggunakan suatu kesimpulan umum untuk menerangkan dua keadaan yang spesifik. Di sini sering dipakai rumus matematika untuk menghitung kenaikan populasi --- naik secara sigmoid menguji hipiotesis yang memang sudah ada dengan suatu rumus persamaan matematik.
3) Metoda Simulasi (Tiruan). Dengan simulasi suatu lingkungan (Hutan) untuk mengetahui dinamika suatu hutan dengan segala factor penunjangnya. Disebut juga model matematik.
4) Metode untuk menguji hipotesis ialah Metode Perbandingan. Mengumpulkan data di banyak tempat tentang suatu hal yang berpengaruh terhadap kehidupan makhluk selanjutnya hasilnya dibandingkan satu dengan lainnya, misalnya pengaruh suhu pada suatu daerah terhdap makhluk.
5) Kombinasi dari semua metoda di atas untuk --- prinsip.
Kerangka dasar prosedur metoda keilmuan:
2. Sadar akan adanya masalah dan perumusan masalah tersebut.
3. Pengamatan dan pengumpulan data yang relevan.
4. Penyusunan dan klasifikasi data.
5. Perumusan hipotesis.
6. Deduksi dan hipotesis
7. Tes dan pengujian. Pengujian kebenaran (Verifikasi)
8. Hukum atau ketentuan --- diuji lagi kebenarannya.
9. Teori yang bersifat universal.
J. Mengapa Kita Mempelajari BIOLOGI?
Q Sebagai ilmu yang perlu diwariskan ke generasi berikut secara kontinu.
Q Untuk mengetahui lebih banyak mengenai diri kita sendiri dan bumi kita.
Q Karena sifat manusia sebagai makhluk hidup Homo sapiens yang ingin tahu.
Q Seperti ilmu lain, maka bilogi dipelajari dan mengenai kehidupan biosfer.
Q Untuk mencapai kesejahteraan manusia dengan mengetahui khasiat tumbuhan, hewan dan makhluk hidup lain yang bermamfaat untuk meningkatkan nilai/derajat manusia.
BAB.II. DASAR KEHIDUPAN DAN ORGANISASINYA
Sel Sebagai Kesatuan Hidup
Perkembangan Teori Sel
A. Pendahuluan
Semua bentukan yang hidup, tumbuhan, hewan, dan microbial, terdiri dari sel suatu ruangan kcil yang dibatasi oleh selaput, berisi cairan pekat. Bentukan hidup yang paling sederhana berupa sel-sel seluler yang memperbanyak diri dengan cara membelah. Organisme seluler, yang didalamnya terdapat kelompokan sel yang melaksanakan berbagai fungsi khusus saling bekaitan dengan system komunikasi yang sangat rumit.
B. Sejarah Penemuan Sel
Karena sel mempunyai dimensi yang dkecil, maka penemuan sel baru terjadi setelah ditemukannya mikroskop, alat yang tersusun dari lensa-lensa yang mampu membentuk bayangan diperbesar pada objek-objek yang kecil.
Pada tahun 1665 Robert Hooke, seorang berkebangsaan Inggris, melaporkan bahwa pengamatannya dengan mengugnakan mikroskop terhadap irisan bagus botol, ia melihat bahwa gabus tersebut mempunyai struktur seperti tumah lebah. Ia memberi nama “sel” pada kompertemen yang dilihatnya. Istilah ini berasal dari bahasa latin “cellula” berarti bilik kecil.
Ia berkesimpulan pula bahwa tiap bagin itu menyeluruh dibatasi oleh dinding, yang dilihat oleh Robert Hooke itu pada hakekatnya adalah dinding-dinding sel pada jaringan mati pada tumbuhan, yang semula dihasikan oleh sel-sel hidup yang diliputinya.
Lebih kurang 200 tahun kemudian, Dutrochet, Mathias, Von Schleiden dan Schwann menegaskan penemuan Hooke. Pada tahun 1835, Durjadin, menyatakan bahwa di dalam sel terdapat suatu zat yang kental. Zat inilah yang sekarang dikenal dengan nama protoplasma. Pada tahun 1838, Mathias Von Schleiden berkesimpulan bahwa tubuh tumbuhan tersusun oleh sel-sel, dan bahwa sel-sel embrio tumbuhan timbul dari suatu sel. Dipertengahan abad ke-19 tercetuslah konsep sel yang menyatakan bawa semua sel berasal dari sel yang telah ada. Virchow menyatakan “omnis cellula a sellula”.
Pada tahun 1839 Theodore Schwann mempubilkasikan laporan yang lebih komprehensip mengenai dasar sel pada kehidupan hewan. Schwan menyatakan bahwa semua jaringan, baik otot maupun syaraf, elastis atau kaku, terdiri dari sel-sel, konsep bahwa sel adalah unit elementer universal dari struktur dan fungsinya merupakan dasar “teori sel”
Laporan Schleiden dan Schwan tersebut, kecuali memberi formulasi “teori sel”, juga memberi perhatian khusus pada inti sel, yangditemukan beberapa tahun sebelumnya oleh Robert Brown, hubungannya dengan fungsi sel.
Pada akhir abad ke-19 para ahli mulai menganalisis struktur dan fungsi sel. Hal pertama mengenai asal-usul sel. Dalam hal ini Schleiden dan Schwan mengajukan konsep yang sama sekali salah, ialah bahwa sel dapat timbul dari bahan-bahan non seluler.
Dalam tahun 1855 Robert Remak dan Rudolf Virchow mengajukan konsep mengenai asal-usul sel. Sel-sel hanya dapat timbul oleh adanya pembelahan sel yang telah ada. Menjelang abad ke-20, banyak pakar menemukan berbagai jenis struktur atau bentukan dalam sel. Misalnya: benda menemukan mitokondria, Golgi menemukan diktiosom, Bonim menemukan ergastoplasma dan de Duve membuktikan adanya lisosoma. Dengan kemajuan teknologi dan ditemukannnya alat-alat canggih, sat ini diketahui bahwa struktur dan kegiatan sel tidak sesederhana seperi yang diduga semula.
Sel-sel eukariota menunjukkan bentuk yang sangat bervariasi, bentuk sesuatu sel umumnya tergantung pada fungsinya. Sel-sel darah merah pada mamalia berbentuk bikonkaf, suatu keadaan yang bertujuan untuk menambah luas area permukaan untuk efektifitas dalam penggantian CO2 dan O2 dengan lingkungannya. Sel-sel epitel pada kulit berbentuk data. Sel-sel yang terkumpul disekelilingi tubulea berbentuk baji atau hampir seperti kubus, ialah yang terdapat pada pancreas dan ginjal. Sel-sel otot memanjang atau berbentuk gelondong, memungkinkan adanya kontraksi dan ekspansi menurut aksis longitudinalnya. Sel-sel saraf mempunyai perpanjangan yang memungkinkan pengiriman informasi melalu jarak yang sangat jauh, dan terkoordinasi pada berbagai bagian organisme.
Bentuk sel juga bermacam-macam.
Mengenai ukuran sel juga bervariasi, baik pada bakteri, tumbuhan maupun pada hewan. Sebagai contoh, disebutkan bahwa penampang lintang sel tumbuhan mempunyai ukuran rata-rata 1/1000 – 1/10 mm (10 -100 mikromili). Tetapi ada pula sel-sel yang mempunyai diameter lebih dari 1 mm, sehingga dapat dilihat denganm mata biasa, misalnya sel-sel empulur batang atau sel daging buah, panjang sel-sel serabut ada yang sampai beberapa ratus mm, sedang sel-sel getah dapat mencapai beberapa meter.
C. Sifat, Keistimewaan dan Organisasi Sel
Seperti telah diuraikan oleh Schleiden dan Schwann, sel-sel dapat dianggap sebagai unit-unit kehidupan. Dapat juga diduga bahwa semua bentuk kehidupan, terlepas dari sifatnya, mempunyai dasar seluler. Sel-sel mempunyai sifat semiotonomi dapat diambil dari organisme multisel dan tetap hidup sehat diluar organisme tersebut. Terbukti pula bahwa sel-sel dari organisme manapun, termasuk manusia, dapat dibudidayakan diluar tubuh (in viro) dengan kondisi tertentu yang memungkinkan tetap hidup, sampai lama setelah organisme asalnya mati. Misalnya sel-sel manusia telah dibudidayakan untuk kurun waktu puluhan tahun, dan dapat disiapkan bagi peneliti dengan hanya mengambil dari freezer.
Aktifitas organisme multisel ternyata merupakan refleksi sifat-sifat sel penyusunnya. Organisme mengambil makanan, mencerna dan mengasimilasinya, dan melepaskan bahan yang tidak dipergunakan; organisme mengambil oksigen dan melepaskan karbon dioksida, dalam tubuh keadaan air dan garam diaturnya; organisme tubuh, berkembang biak, dan bergerak, organisme juga bereaksi terhadap rangsangan dari luar, Menggunakan energi untuk mengadakan aktivitas, memvariasikan sifa-sifat genetic kepada keturunannya, dan akhirnya mati.
Q Air
Air berperan sangat penting pada kehidupan sel, maupun kehidupan semua organisme. Air merupakan pelarut dan pengangkut senyawa yang diperlukan sel, juga untuk limbah yang harus dibuang. Air juga merupakan agensia reaksi-reaksi enzimatis.
Didalam sel, air dikelompokkan atas 3 berdasarkan keadaannya:
1. Air intramolekuler (meliputi 4% dari total) merupakan molekul air yang menjadi bagian dari molekul-molekul air protein.
2. Air terikat merupakan molekul air yang terikat pada protoplasma dan sukar untuk dipisahkan tanpa merusak sel.
3. Air bebas: Air ini terlarut berbagai jenis senyawa kimia seperti garam-garam mineral antara lain K, Na, Fe dan senyawa organic yang terlarut serta gas terlarut seperti O2, CO2, N2 yang berasal dari udara.
Q Protein
Protein terdiri dari unsur-unsur: Karbon, oksigen, dan nitrogen. Molekul-molekul protein merupakan molekul pekerja, berperan sebagai katalisator berbagai reaksi kimia, memberi kekakuan structural, memantau permeabilitas selaput, pengatur kadar metabolit yang diperlukan dan meyebabkan gerakan serta memantau kegiatan gen. Bahan
Rumus umum asam amino:
H
Gugus amina Atom C
H2N C COOH
Gugus rantai samping Gugus karboksil
R
Berdasarkan susunan molekulnya, protein diklasifikasikan sebagai berikut:
Protein fibrosa dengan contoh kolagen, fibrin, aktin, myosin dan sebagainya.
Selain itu protein digolongkan pula menjadi protein structural dan protein dinamis. Protein ini terdapat di dalam sel, maupun diluar sel. Yang terdapat didalam sel disebut protein structural intrasel. Protein-protein ini membentuk kerangka mekanik sel dan disebut kerangka sel atau sitoskelet. Mereka terdiri dari protein tubulin, aktin, spektrin, dan lain-lain. Protein structural ekstrasel dijumpai pada organisme multisel. Beberapa contoh pada protein ini adalah kolagen pada kulit, tulang rawan, serta keratin pada kuku, rambut dan sebagainya.
Protein Dinamis merupakan protein yang terlibat langsung dalam metabolisme sel, mudah terurai dan terakit kembali. Protein ini meliputi enzim-enzim yang merupakan katalisator pada metabolisme intrasel maupun ekstrasel, hormon, insulin, FSH, LH, tirosin, dan sebagainya, serta pigmen darah: hemoglobin dan hemosianin.
Q Lipida
Lipida mencakup asam lemak, lemak netral, fosfo lipida, glikolipida, terpen, steroid. Asam lemak memiliki dua daerah; 1) rantai hidrokarbon yang bersifat hidrofilik, tidak larut/sedikit larut dalam air, dan kurang reaktif tetapi sangat larut dalam pelarut organic yang non polar, seperti aseton, benzena, kloroform dan eter; 2) gugus asam karboksilat, yang mengion dalam larutan, larut di dalam air, dan mudah bereaksi membentuk ester. Asam lemak merupakan sumber makanan. Terdapat dalam sitoplasma berupa tetesan gliserida yang terdiri dari tiga asam lemak yang masing-masing terikat pada gliserol. Selain sebagai sumber makanan dan tenaga, peranan asam lemak yang terpenting adalah sebagai penyusun selaput plasma. Selaput tipis ini sebagian besar terbuat dari fosfolipida.
Setiap melekul fosfolipida memiliki ekor hidrofobik yang terdiri dari dua buah rantai asam lemak, dan gugus kepala yang bersifat polar dan hidrofilik. Melekul-melekul fosfolipida, sesungguhnya adalah detergen. Tetesan fosfolipida pada air akan membentuk lapisan tipis dipermukaan air tersebut. Selaput ini terdiri dari satu lapis molekul-molekul fosfolipida padat berkaitan ekor dengan ekor membentuk dwilapis fosfolipida yang merupakan struktur dasar selaput plasma.
Q Karbohidrat
Karbohidrat seringkali disebut sakharida, karena terdiri dari rantai molekul-molekul gula yang disebut monosakarida. Beberapa molekul monosakarida mengandung unsur nitrogen dan sulfur. Dua buah monosakarida yang saling berkaitan disebut disakharida. Beberapa buah disakharida dan trisakharida yang saling berkaitan disebut oligosakharida. Beberapa olisakharida membentuk polisakharida.
Polisakharida yang juga disebut glikan merupakan untaian monosakharida yang sangat panjang. Untaian ini dapat lurus maupun bercabang-cabang. Polisakharida structural dan polisakharda nutrient. Beberapa contoh polisakharida structural: selulosa pembentuk dinding sel tumbuhan, asam hialuronat, salah satu komponen substansi antara sel pada jaringan ikat, dan sebagainya. Tergolong dalam polisakarida nutrient adalah: amilum, terdapat dalam sel tumbuhan dan bakteri, glikogen di dalam sel hewan, dan paramilum di dalam beebrapa jenis protozoa.
Q Nukleeotida dan Asam Lemak Nukleat
Disamping protein, lipida, dan sakharida atau karbonat, masih terdapat komponen protoplasma yang sangat penting yaitu nukleotida dan asam nukleat.
Satu molekul nukleotida terdiri dari sebuah basa berupa cincin yang mengandung nitrogen, gula dari 5 buah unsur karbon dapat ribosa atau deoksiribosa, dan gugus fosfat yang terikat pada gula. Basa dapat berasal dari kelompok purin, yaitu guanin dan adenin, maupun kelompok pirimidin yaitu sitosin, timin dan urasil. Nukleotida dapat berperan sebagai pembawa tenaga misalnya ATP. Untaian sejumlah nukleotida membentuk asam nukleat, DNA bila gula terdiri deoksiribosa dan RNA bila gula berupa ribosa. Asam nukleat merupakan senyawa yang sangat penting, terutama DNA yang merupakan pembawa sifat menurun.
D. Dari Organisme Unisel ke Multisel
1. Virus dan Viroid
Virus yang bersifat nonseluler mempunyai susunan yang kurang kompleks jika dibandingkan dengan system seluler pada prokariota atau eukariota. Sebagai kelompok, virus bersifat heterogen, namun semua virus mempunyai kesamaan dalam sifat-sifat dasar tertentu. Semua virus adalah parasit intraseluler yang obligat. Ini berarti virus dapat menjadi banyak jika berada dalam sel inang. Inangnya mungkin berupa sel bakteri, tumbuhan atau hewan. Hal ini tergantung pada jenis virusnya. Selain itu virus dapat berada dalam dua keadaan yang berbeda, mungkin berada dalam sel inang, atau diluar batas suatu sel. Diluar sel, virus berada sebagai partikel yang disebut virion, dengan bahan genetic berada pada tempat yang nonmagnetic, seringkali bersama-sama dengan beberapa protein. Pada stadium infeksi, bahan genetic dilepaskan dari tempatnya ke dalam sel, yang dapat mempunyai berbagai sifat, tergantung pada tipe virusnya serta kondisi pada waktu itu. Pada beberapa keadaan, jika di dalam sel inang bahan genetic virus mengatur pembentukan partikel virus baru, menyebabkan kematian sel.
Dalam 20 tahun terakhir ini suatu tipe baru agen yang mempunyai daya infeksi diisolasi dari sejumlah tumbuhan dan ditemukan bahwa ukurannya lebih kecil dan lebih sederhana dipada virus. Agen ini disebut viroid, yang paling dikenal adalah viroid tuber pada kentang (potato spindle tuber viroid/PSTV), yang menyebabkan tuber kadang kelihatan retak. Molekul RNA terdiri atas 400 nukleotida.
2. PPLO (Pleuropnueonia-Like Organism)
PPLO (Pleuropnueonia-like organism), yang juga disebut mikroplasma, menyebabkan berbagai penyakit pada manusia dan hewan. PPLO merupakan organisme terkecil (diameter kurang lebih 0,1 mikrometer). Pada permukaannya PPLO lebih kecil dari beberapa virus yang besar. Diameter sel PPLO adalah sekitar 0,1 mikrometer.Pada permukaannya PPLO diselebungi oleh membran yang mengandung protein dan lipid. Jika dilihat dengan mikroskop, yang dapat diamati adalah komplemen genetic, yang terdiri dari benang spiral rangkap DNA yang sirkular, dan sejumlah ribosoma. Ribosoma mengandung susunan struktur minimal yang diperlukan sel viable dan hidup bebas dan mungkin menunjukkan suatu bentuk intermedial antara virus dan bakteri.
E. Prokaryota
Kelompok prokaryota mencakup bakteri dan mikroplasma. Bakteri merupakan organisme yang paling sederhana. Mereka pada umumnya berbentuk bola atau batang dan berukuran beberapa micrometer. Dari luar ke dalam secara berturut-turut terlihat bahwa bakteri terdiri dari dinding sel, selaput plasma, sitoplasma yang didalamnya terdapat nukleotida dan ribosom. Selaput plasma pada tempat-tempat tertentu melipat-lipat dan membentuk suatu bangunan yang disebut mesosoma.
Dinding sel bakteri mengandung mukopeptida yang digunakan untuk mengelompokkan bacteria. Bagan yang tertera menunjukkan hubungan antara marga bacteria dengan sel induknya.
Prokariota awal
Arkebakteria: Eubakteria:
q Bakteri anaerob yang hidup di - Bakteri gram positif
Lingkungan asam (bakteri S) - Bakteri fotosintetik (hijau)
q Bakteri halofil - Cyanobakteria (fotosintetik)
q Baktei mereduksi CO2 (metanogen) - Bakteri fotosintetik (jingga)
- Bakteri gram negatif
- spiroketa (spirooheta)
Kadar senyawa mukopeptida gram positif lebih tinggi dari pada bakteri gram negative. Pada beberapa jenis bakteri diluar dinding sel masih terdapat suatu struktur tambahan yang disebut kapsula. Dinding sel dan kapsula berperan antara lain sebagai pelindung.
Mesosoma yang juga disebut kondrioid berperan sebagai alat pengatur pembelahan dan fotosintesis bagi bakteri fotosintetik. Lipatan selaput plasma berama-sama dengan ribosoma berperan untuk mensintesis protein.
Nukleoid merupakan kumpulan bahan informasi genetic yang terdapat pada bakteri. Pada saat bakteri membelah, bahan informasi genetic dibagi ke sel anakan tanpa mengalami perubahan menjadi kromosoma.
Beberapa jenis bakteri memiliki alat gerak yang disebut flagella. Alat gerak yang sederhana ini berasal dari granula basal yang terdapat di sitoplasma. Di tengahnya terdapat sebuah filament yang terdiri dari senyawa protein yang disebut flagelin. Jenis-jenis yang lain ada yang mampu melakukan fotosintesis. Kelompok ini digolongkan ke dalam jenis Cyanobacteria yang juga disebut ganggang (alga) biru-hijau. Cyanobakteri hidup soliter atau membentuk koloni berupa benang-benang. Struktur Cyanobacteria dari luar ke dalam sabagai berikut: Seludang gelatin, dinding sel, selaput plasma yang melipat-lipat membentuk lamelasoma dan mengandung pigmen fotosintetik. Di dalam selaput plasma terdapat sitoplasma yang mengandung ribosoma dan nukleoid.
F. Eukaryota
Eukaryota berbeda dengan prokaryota, mereka memiliki karyon atau nucleus. Didalam nucleus inilah terkandung sebagian besar DNA. Sel-sel eukaryota mencakup sel-sel tumbuhan dan sel-sel manusia, ukuran sel eukaryota lebih besar dari pada prokaryota.
Struktur organisasi sel eukaryota secara umum sebagai berikut:
Sel tumbuhan: Bagian terluar sel tumbuhan dilindungi oleh suatu selaput yang kaku, yang kemudian disebut dinding sel. Dinding ini sebagian besar terdiri dari senyawa selulosa. Disebelah dalam dinding sel dijumpai bahan atau senyawa kimia yang memiliki tanda-tanda hidup. Bahan ini disebut protoplasma. Protoplasma yang merupakan senyawa heterogen mencakup sitoplasma, yang bagian tepinya terdeferensiasi menjadi selaput tipis yang disebut plasma, dan nukleoplasma. Antara sitoplasma dan nukleoplasma terdapat suatu pembatas yang merupakan turunan dari selaput plasma. Sitoplasma terdiri dari: matriks sitoplasmatik atau sitosol yang merupakan cairan bening, dan rungan-ruangan (kompartemen) yang dikelilingi selaput. Raungan beserta selaputnya disebut organelle. Bentukan ini terlihat langsung dalam proses metabolisme sel. Terdapat beberapa jenis organelle yaitu RE (reticulum endoplasma, terdapat dua macam, yaitu: REG = reticulum endoplasma granular dan REA = retiukulum endoplasma agranular), kompleks golgi, lisosom, badan mikro, mitokondria, kloroplas. Selain itu di dalam sitoplasma juga dijumpai hasil metabolisme yang ditimbun yang tidak terlihat langsung dalam proses metabolisme sel. Hasil metabolisme yang ditimbun ini disebut paraplasma, beberapa contoh: glikogen, selulosa, dan lain-lain. Nukleoplasma beserta selubungnya disebut nucleus. Didalam nukeloplasma terdapat anyaman kromatin yang terlihat pada sel dalam stadium interfase atau kromosoma yang terlihat disaat sel mengalami mitosis.
Struktur organisasi sel manusia mirip dengan sel tumbuhan, dengan catatan bahwa sel manusia tidak dijumpai plastida (kloroplast) maupun dingsing sel.
Secara singkat perbandingan struktur kelompok prokaryota dan eukoaryota adalah pada table dibawah ini:
Tabel Perbandingan Organisme Prokaryota dan Eukaryora
| Pembeda | Prokaryota | Eukaryota |
| Organisme | Bakteri dan Cyanobacteria | Fungsi, tumbuhan dan manusia |
| Ukuran sel | Dengan matra linear: 1 sampai 10 mikrometr | Dengan matra linear 10 sampai 100 mikrometer |
| Metabolisme | Anaerobik atau aerobik | Aerobik |
| Organella | Tidak ada | Berbagai jeni: nucleus, mitokondria, koroplast, RE, dan lain-lain |
| DNA | Letak : disitoplasm Bentuk : sikular | Letak : di nukleoplasma Bentuk : berupa benang halus yang sangat panjang |
| RNA dan protein | RNA dan protein disentesis di ruang yang sama | RNA disintesis dinukleus, protein disintesis di sitoplasma |
| sitoplasma | Tanpa sitoskelet : tidak ada gerakan sitoplasmatik, poses endositosis maupun plasma | Memiliki sitoskelet; terjadi gerakan sitoplasmatik, proses endositosis maupun eksositosis |
| Pembelahan sel | Kromatin ditarik dengan jalan melekat pada selaput plasma | Kromosom dipisahkan oleh apparatus mitosis yang terdiri dari filament sitoskoletik |
| Organisasi selular | Sebagian unisel | Sebagian besar multisel, dengan diferensiasi menjadi beberapa jenis sel |
G. Sifat dan Keistimewaan
Jurang yang memisahkan antara virus prokaryota selular adalah besar. Walaupun terdapat prokaryota yang ukurannya sangat kecil dan mengadakan reproduksi di dalam sel-sel lain (misalnya Rickettsia, Chlamydias, dan Mycoplasma), semuanya merupakan unit kehidupan yang diliputi membran dan lengkap dengan semua komponen intraselular untuk berlangsungnya reaksi-reaksi metabolic, duplikasi pengambilan energi dan penggunaannya, dan sebagainya.
Penggolongan organisme dalam prokaryota dan eukaryota adalah akibat pengamatan sel-sel dengan menggunakan mikroskop electron, yang menunjukkan pertama kali sifat structural isi bakteri. Pengamatan yang teliti terhadap sel-sel bakteri, tumbuhan dan manusia menunjukkan adanya 2 kelompok pada organisme selular. Makin teliti makin diperoleh dukungan terhadap konsep tentang adanya 2 tipe sel yang berbeda. Di pihak prokaryota terdapat berbagai bentuk bakteri dan suatu kelompok umumnya disebut ganggang biru-hijau (bakteri : biru-hijau atau Cyanobakteria). Ganggang ini adalah nyata prokaryotic dalam suasanya, namun padanya terdapat alat fotosintetik yang berbentuk membran yang mempunyai banyak persamaan dengan komponen-komponen structural kloroplast pada tumbuhan tingkat tinggi.
Antara prokaryotic dan eukaryotic terdapat banyak perbedaan pokok, namun juga ada kesamaannya. Pada kedua tipe sel, protoplasma yang hidup dikelilingi oleh membran yang merupakan barier permiabel selektif antara bagian yang hidup dan yang tidak hidup. Membran ini tersusun oleh lipida dan protein, sangat mirip satu sama lain pada semua tipe sel, walaupun ada variasi dalam hal tipe lipida dan proteinnya dalam organelle. Fungsi membran sel dapat sangat berbeda satu sama lain. Pada sel-sel prokaryotic, membran sel adalah tempat berlangsungnya reaksi-reaksi yang sama yang mengasilkan energi, sedang pada sel-sel eukaryotic reaksi-reaksi yang sama dengan itu hanya terjadi pada organella tertentu, ialah mitokondiria. Sifat daerah yang langsung di luar membran sel sangat berbeda antara 2 macam sel tersebut. Dengan pengecualian mikoplasma (PPLO), semua sel proparyotik mempunyai dinding sel yang mempunyai fungsi penting bermacam-macam bagi sel yang bersangkutan. Eukaryota (algae, fungsi, dan tumbuhan tingjkat tinggi) juga dibatasi oleh dinding sel, susunan kimia dinding-dinding pada kedua tipe sel itu berbeda.
Baik sel-sel prokaryotic, maupun sel-sel eukaryotic, mengandung daerah-daerah sitoplasma dan nuklear. Daerah nuclear mengandung bahan genetic sel; dari daerah ini informasi diteruskan untuk mengatur aktifitas sintetis dalam sel. Sifat proses penyimpanan dan penggunaan informasi dalam kedua macam sel itu sangat mirip. Namun ada perbedaan dasar antara inti-intinya. Sel-sel prokaryotic mengandung jumlah DNA yang jauh lebih sedikit. Pada mikoplasma DNA mempunyai panjang 0,25 mm, sedang pada ganggang hijau-biru 3 mm. Walupun ada beberapa macam sel eukaryotic, seperti khamir, yang hanya mempunyai sedikit lebih banyak DNA (4,6 mm pada khamir) dari pada yang terdapat pada ganggang biru-hijau, kebanyakan sel eukaryotic, juga mikroorganisme eukaryotic, mengandung beberapa kali lebih banyak informasi fenetik. DNA pada sel-sel eukaryotic sangat terikat pada berbagai tipe protein, membentuk suatu kromosoma yang kompleks structural, sebaliknya DNA pada sel-sel prokaryotic terdapat pada kromosoma yang telanjang, yang hanya tersusun oleh DNA itu sendiri. Pada sel-sl eukaryotic, suatu membran yang disebut membran inti, sedang pada sel-sel prokaryotic semacam itu tidak ada.
Sitoplasma pada kedua tipe sel tersebut sangat berbeda. Dalam sitosol sel eukaryotic terdapat keanekaragaman struktur, terlihat pada mikrograf electron. Terdapat berbagai tipe organel, misalnya plastida, mitokondria, lisosoma, kompleks golgi, RE, dan periksisoma, yang mempunyai struktur membranous atau diliputi membaran. Juga terdapat vesikula dan vakuola yang diliputi membran yang mempunyai organel ukuran yang bermacam-macam. Pada sel tumbuhan mungkin juga hanya terdapat satu vakuola yang besar. Sel-sel eukaryotic juga mempunyai organel yang membranous, misalnya mikrotubula, filament intermediat, dan mikrofilamen, dan ribosoma. Dalam sel-sel prokaryotic hanya terdapat yang terakhir ini. Namun ribosoma pada sel-sel prokaryotic dan eukaryotic mempunyai perbedaan ukuran (pada prokaryotic lebih kecil). Fungsi keduanya adalah sama, ialah berperan pad proses sintesis proetein.
Sel-sel prokaryotic tidak mempunyai struktur membran dalam sitoplasmanya, sedang pada sel-sel eukaryotic terdapat sitoplasma dengan beraneka ragam organel yang membranous. Pada prokaryota satu-satunya membran adalah berupa lipatan ke dalam dari membran plasma disebut mesosoma.
BAB.III. STRUKTUR DASAR SELAPUT SEL
(MEMBRAN SEL)
A. Struktur Dasar Selaput Sel
Selaput sel merupakan selaput plasma yang berfungsi membatasi isi sel dari lingkungannya. Selaput plasma mempunyai sifat-sifat hidrofobik di bagian tengah dan sifat hidofilik di permukaan luar maupun permukaan sitosolik. Selaput plasma terdiri dari senyawa-senyawa lipida, protein dan karbohidrat. Sifatnya hidrofobik terutama disebabkan oleh komponen lipida, walaupun terdapat bagian tertentu dari senyawa lipida yang memberikan sifat hidrofilik, yaitu bagian molekul lipida yang berkaitan dengan gugus fosfat atau senyawa organic yang bersifat hidrofilik. Senyawa protein dan karbohidrat memberian sifat hidrofilik.
Struktur dasar selaput ini sangat mendukung fungsinya sebagai pembatas lungkungan luar dari lingkungan dalam sel, dan lingkungan luar organlla dari lingkungan dalamnya.
Selain sebagi pembatas, selaput plasma mempunyai fungsi:
1. Mengatur permeabilitas terhadap senyawa-senyawa atau ion-ion yang melewatinya. Pemeabilitas ini terutama diatur oleh protein integral.
2. Protein selaput berfungsi sebagai protein pengenal atau sebagai reseptor molekul-molekul khusus (hormone, antigen, metabolit) dan agensia khas (bakteri, virus).
3. Protein selaput berfungsi sebagai enzim khusus, misalnya pada selapat mitokondria, kloroplast, RE, apparatus golgi, selaput sel dan lain-lain.
4. Selaput sebagai kelompokan molekul juga dapat berfungsi sebagai reseptor terhadap perubahan lingkungan seperti suhu, macam, dan intensitas cahaya.
Komposisi lipida, protein dan karbohidrat ( pada glikoprotein dan glikolipikida ) bervariasi, sesuai dengan macam selaputnya dan dapat berubah sesuai dengan tingkat perkembangan sel, umur dan lingkungan.
Keberadaan selaput plasma sukar dilihat dangan mikroskop biasa, dan keberadaan selaput plasma seperti selaput sel yang melapisi bagian luar plasma sel dapat dibuktikan pada waktu sel mengalami plasmolisis atau sel yang menghilangkan dinding selnya. Dari segi fisiologis, keberadaan selaput plasma dapat di lihat dengan adanya permeabilitas selektif terhadap senyawa-senyawa tertentu. Disamping itu, selaput plasma juga memperlihatkan sifat-sifat yang dinamis antara lain pertumbuhan selaput plasma, fragmentasi, diferensiasi dan perubahan struktur tiga dimensinya.
B. Perkembangan Model Selaput Plasma
Pernyataan tentang adanya lapisan yang mengelilingi suatu sel, pertama kali dikemukakan oleh Overton 1899. Overton menyatakan bahwa sifat osmotis khas dari protoplasma yang berlandaskan pada mekanisme kelarutan selektif. Senyawa hidrofobis dapat masuk ke dalam sel lebih cepat dari pada senyawa hidrofilis . Hal ini menurutnya disebabkan karena adanya lapisan lipida yang menyebabkan zat-zat hidrofobis lebih mudah larut. Overton menduga bahwa lapisan itu mengandung kolesterol dan minyak lemak.
Berlandaskan pada Overton, banyak peneliti berusaha mengetahui kedudukan dan susunan lipida dalam selaput.
Langmuir dengan alatnya menemukan bahwa, bila suatu lipida yang terdiri dari molekul yang memiliki bagian polar (hidrofilis) dan non-polar (hidrofobis), diteteskan pada air, lipida tersebut meluas membentuk lapisan monomolekul. Bagian hidrofilis setiap molekul mengarah ke atas, sedangkan bagian hidrofobilisnya mengarah menjauhi air.
Penelitian yang dilakukan oleh Gorter di tahun 1925, tentang organisasi lipida di selaput eritrosit meberikan hasil sebagai berikut:
1. Selaput eritrosit terdiri dari 2 lapisan molekul lipida.
2. Bagian polar dari lapisan polar yang satu mengarah ke sitiplasma, sedangkan bagian polar lainnya mengarah ke lingkungan tempat sel.
Danielli dan
Ditahun yang sama Danielli dan Davson menyatakan bahwa, selaput set terdiri dari dua lapis lapisan ganda lipida protein. Lapisan yang satu mengarah ke sitiplasma dan yang lainnya mengrah ke lingkungan tempat sel.
Diawal tahun 1950, Danielli melakukan modifikasi terhadap model Danielli-Davson berdasarkan pada pengamatan dengan mikroskop polarisasi. Hasil pengamatannya menunjukkan bahwa pada permukaan polar lipida terdapat lapisan polipeptida sebagai ganti molekul globuler. Selain itu, pada bagian luar selaput sel terikat gliko-protein dan pada selapat sel terdapat pula
Diakhir tahun 1950, Robertson dengan menggunakan mikroskop electron mengemukakan bahwa sel terdiri dari tiga lapisan gelap-terang-gelap, dengan masing-masing sekitar 20Å – 35Å – 20Å, sehingga seluruh selaput berukuran 75Å. Selaput ini dikenal dengan selaput kesatuan (unit membrane).
Penemuan Robertson banyak perdebatan antara lain, peranan selaput sel, kadar fosfolipida dan perbandingan lipida-protein sangat bervariasi. Pernyatan yang tidak terbantah adalah bahwa selaput sel terdiri dari dua lapisan lipida.
Saat ini, model selaput sel yang paling diterima yaitu model Singer dan Nicolson yang dikenal dengan nama model mosaic-cairan.
Berdasarkan model ini, selaput sel terdiri dari: lapisan lipida ganda, yang diselingi oleh protein. Beberapa protein mengikat pada permukan polar lapisan lipida, disebut protein perifer dan eksinstrik. Beberapa protein lainnnya menembus lapisan lipida, dan beberapa yang lainnya lagi terentang pada selaput dari luar ke sitoplasma. Protein-ptorein ini disebut protein integral atau intrinsic. Protein perifer dan bagian protein integral yang berada dibagian luar, biasanya berkaitan dengan molekul gula membentuk glikoprotein. Model ini sangat didukung oleh hasil teknik patah-beku/freeze-fraktured.
C. Komposisi Kimia
Berdasar penelitian terdahulu dan model-model yang dikemukakan, selaput sel terdiri dari lipida, protein dan karbohidrat.
Lipida
Lipida terdapat di selaput dapat diestrak dengan kloroform, eter dan benzena. Dengan mengemukakan kromatografi lapis tipis dan kromatografi gas, dapat diketahui komposisi lipida selaput sel. Lipida yang selalu dijumpai yaitu: fosfolipida, sfingolipida, glikolipida, dan sterol. Kolesterol merupakan lipida terbanyak dalam selaput sel.
Lipida polar seperti fosfatidilkolin, dalam cairan yang mengandung air 1 – 40% berbentuk lamella dan homogen selama suhu tetap di atas suhu transmisi.
Apabila kadar air melebihi 40%, terbentuklah liposoma yaitu vesikuli multimedia. Sehingga cairan berupa system dua-fasa. Ultrasonifikasi system ini mengakibatkan vesikuli multimedia menjadi pecah menjadi liposome monolamela.
Perlu diingat bahwa tidak ada sebuah sel yang memiliki hanya satu jenis lipida polar.
Lipida polar memiliki tingkat gerakan yang tinggi di dalam selaput sel. Gerakan lateral lebih besar daripada gerakan vertikel, gerakan ini disebbut gerakan flip-flop. Sebuah molekul lipida dapat bergerak beberapa micron ke samping dalam waktu satu atau dua detik. Molekul lipida yang berkaitan dengan molekul protein kurang bebas gerakannya daripada molekul lipida yang berdekatan dngan molekul lipida lain. Molekul lipida yang tidak dapat bergerak disebut molekul lipida batas.
D. Komposis Fraksi Protein Selaput Plasma
Perilaku bervariasi dari satu jenis sel ke jenis sel yang lain, dari satu jenis organela ke organela lain. Perbedaan perilaku ini terutama disebabkan oleh jenis protein yang ada pada selaput plasma. Sebagai contoh: protein-protein selaput mitokondria sangat berbeda dengan protein selaput sel dan protein selaput sel hepar sangat berbeda pula dengan selaput sel epithelium.
Protein selaput plasma mempunyai fungsi yang sangat luas, antara lain:
1. Pembawa (carrier) senyawa yang melewati selaput plasma.
2. Menerima isyarat (signal) hormonal.
3. Meneruskan isyarat tersebut ke bagian sel sendiri atau ke sel lainnya.
Protein selaput plasma juga berfungsi sebagai pengikat komponen-komponen sitoskeleton dengan senyawa-senyawa ekstraseluler. Molekul-molekul protein permukaan luar memberikan ciri-ciri individual tiap sel, dan macam protein dapat berubah sesuai dengan diferensiasi sel. Protein-protein tersebut banyak yang berfungsi sebagai enzim (biokatalisator), terutama pada selaput mitokondira, kloroplast, RE. Sebagai contoh, senyawa-senyawa fosfolipida selaput plasma disintetis oleh enzim-enzim selaput endoplasma.
Protein penyusun selaput plasma dapat diekstrak dengan menggunakan SDA, Triton X-100, urea, n-butanol atau EDTA sebagai pelarut. Setelah terlarut, protein-protein selaput plasma dapat dipisahkan satu dari yang lain dengan menggunakan teknik elektroforesis atau kromatografi.
Protein selaput sel memiliki kemampuan bergerak, sehingga dapat berpindah tempat. Perpindahan berlangsung ke arah lateral dengan jalan difusi. Namun, tidak semua protein mampu berpindah tempat. Beberapa jenis protein integral tertahan dalam selaput oleh suatu anyaman molekul-molekul plasma. Anyaman protein ini berhubungan dengan sitoskelet, atau kerangka sel.
Struktur dan sifat fisika-kimia protein selaput sel kurang diketahui, mengingat bahwa bentuknya bervariasi. Berdasarkan kajian mikroskopis dan teknik patah-beku diketahui bahwa molekul protein dalam selaput sel berbentuk globuler.
Penyebaran molekul protein di dalam selaput sel, tidak merata, sehingga menimbulkan asimetri selaput sel.
Protein perifer terdiri sejumlah asam amino dengan rantai samping yang bersifat hidrofilis. Protein perifer permukaan sel memiliki rantai samping gula. Protein integral mempunyai bagian hidrofobis maupun hidrofilis. Sebagiaan besar protein selaput sel memiliki bagian yang berupa enzim.
E. Komponen Fraksi Karbohidrat Selaput Plasma
Semua sel eukaryota memiliki molekul karbohidrat pada permukaan luarnya. Senyawa-senyawa tersebut dapat berupa oligosakharida maupun polisakharida yang terikat secara kovalen pada protein selaput untuk membentuk glikoprotein atau berupa rantai oligosakharida yang terikat secara kovalen pada lipida selaput untuk membentuk glikolipida.
Selaput plasma merupakan selaput asimetris: molekul-molekul lipida lembaran luar selaput plasma berbeda dengan molekul-molkul lipida yang terdapat di lembaran dalam. Demikian pula, molekul polipeptida yang tersembul dari kedua lembaran dwilapis lipida tersebut juga berbeda. Penyebaran karbohidratnyapun juga asimetris. Rantai-rantai karbohidrat dari sebagian besar glikolipida, glikoprotein dan proteoglikan pada selaput plasma tidak pernah berada di permukan sitosolik.
Karbohidrat yang sebagian besar berupa heksosa, terikat pada molekul protein perifer luar, sebagian permukaan luar protein integral atau permukan luar belahan lapisan fosfolipida memegang peranan penting dalam kegiatan sel, antara lain: dalam proses transfor dan system kekebalan.
BAB.IV. PERANAN SELAPUT SEL
(MEMBRAN SEL)
A. Peranan (Fungsi) Selaput Sel
Walaupun selaput plasma merupakan lapisan yang sangat tipis, namun memegang peranan sangat penting dalam kegiatan sel. Beberapa di antaranya seperti:
1. Selaput Plasma
Selaput plasma yang sangat tipis ini membagi-bagi protoplasma menjadi beberapa kompartemen (ruangan). Selaput sel membungkus seluruh protolplasma. Selaput inti memisahkan nukleoplasma dan sitoplasma. Selain itu, selaput plasma juga membagi-bagi sitoplasma menjadi beberapa kompartemen (ruangan) yang disebut organella. Adanya selaput pembatas antar kompatemen ini sangat penting. Kegiatan dalam setiap kompartemen dapat berjalan lancar tanpa gangguan dari kompartemen lain, namun tetap dapat bekerja bersama.
2. Molekul-molekul yang dapat melewati selaput plasma dengan jalan difusi sederhana sangat terbatas jumlahnya, dan untuk inipun selaput plasma masih memiliki penghalang-penghalangnya. Mikro molekul terutama jenis hidrofobik dapat melewati selaput plasma dengan mudah, sedangkan mikromolekul atau sejenis molekul yang dapat terisolasi sulit melewati selaput plasma. Perbedaan ini biasanya dihubungkan dengan besarnya daya larut substansi hidrofobik di dalam dwilapis lipida selaput plasma.
Kemampuan sel untuk dapat memilih senyawa hidrofilik dengan Berat molekul kecil dari senyawa yang berat molekulnya besar, seringkali akibat adanya saluran akuosa atau porus pada selaput tersebut. Terdapat dua jenis porus. Jenis pertama merupakan saluran molekul akuosa yang menembus molekul protein integral atau di antara kelompokan molekul protein transmembran. Porus jenis kedua disebut porus statistic yang berbentuk secara acak pada selaput plasma dan menembus dwilapis lipida.
Q Difusi Dipermudah
Senyawa yang melewati selaput plasma dengan jalan difusi dipermudah, juga tidak memerlukan keterlibatan ATP, seperti halnya difusi sederhana. Namun, gerakan senyawa dari luar kedalam atau sebaliknya, lebih cepat daripada difusi sederhana. Hal ini disebabkan karena adanya protein pembawa yang mampu mempercepat pengangkutan. Berdasarkan pemikiran ini, suatu selaput plasma pasti memiliki sejumlah protein pembawa, yang masing-mawsing mempunyai tempat khusus untuk suatu molekul yang dapat diangkut. Molekul protein pembawa, setelah mengikat senyawa yang akan dibawa, segera memindahkan senyawa tersebut dari luar ke dalam atau sebaliknya, dengan jalan berputar diri (rotasi), difusi, atau dengan membentuk porus.
Q Transfor Aktif
Pengangkutan senyawa melewati selaput plasma dengan melawan gradien berlangsung dengan sangat rumit. Mekanisme yang paling sederhana, mirip dengan difusi dipermudah, namun memerlukan ATP. Terdapat dua kategori transport aktif: transport aktif primer yaitu transpor yang langsung melibatkan ATP atau aliran electron; tanspor aktif sekunder yaitu transport yang bergantung pada kekuatan selaput atau gradient ion atau tenaga kimiostomik. Dua transport aktif ini saling berkaitan dalam arti, mekanisme transport aktif primer menimbulkan suatu gradient yang memungkinkan terjadinya transport aktif sekunder. Salah satu contoh transport aktif adalah pemompaan ion Na+ dan K+.
Konsentrasi ion K+ didalam sel dipertahankan untuk selalu lebih tinggi daripada di luar sel. Sebaliknya, konsentrasi ion Na+ didalam sel diusahakan selalu lebih rendah daripada di luar sel. Ion K+ dan ion Na+ dua-duanya dipompa melawan gradient konsentrasi dan pemompaan dapat langsung akibat terjadinya hidrolisis ATP. Hidrolisis ATP terjadi karena adanya enzim ATP ase yang terdapat pada selaput plasma. Pada selaput plasma utuh yang berada pada sel, natrium mengaktifkan pemompaan dan memacu kegiatan ATP ase dari dalam sel saja, sedangkan kalium bekerja dari lingkungan luar selaput plasma.
Q Transpor Aktif pada Bakteri
Telah diketahui bahwa transport aktif dapat dikatakan dikemudikan oleh hidrolisis ATP, gradien ion, dan cahaya. Cara transpor keempat, umumnya terjadi pada bakteri, berlangsung sebagai berikut: molekul yang baru saja masuk dijerat sehingga tidak dapat keluar lagi lewat jalan yang sama. Sebagi contoh: pada beberapa bakteri, gula yang baru saja melewati selaput segera difosforilasi menjadi gula fosfat. Mengingat bahwa mereka mengion dan tidak dapat keluar, maka gula tertimbun di dalam sel. Lagi pula, gula yang masuk selalu segera difosforilasi, akhirnya konsentrasi gula tanpa fosfat di dalam sel, menjadi sangat rendah. Dengan demikian gula dapat terus menerus masuk. Mekanisme fosforilasi pada transport ini sangat rumit dan teratur, serta melibatkan empat jenis protein selaput dan fosfoenolpiruvat sebagai donor tenaga.
Q Pengangkutan Makromolekul Lewat Selaput Plasma
Makromelokul seperti protein, polinukleotida, atau polisakharida tidak dapat lewat selaput plasma melalui protein transmembran yang berperan sebagai pembawa. Namun, sel tetap dapat memasukkan dan mengeluarkan makromolekul-makromolekul tersebut. Pengangkutan makromolekul ini sangat berbeda dari pengangkutan mikromolekul. Pada pengangkutan makromolekul terlibat pembentukan berurutan dan peleburan antara selaput-selaput vesikuli dengan selaput sel. Terdapat tiga cara pengangkutan makromolekuler; yaitu:
a. Endositosis, merupakan pengeluaran makromolekul ke dalam sel.
b. Eksositosis yaitu pengeluaran makromolekul dari sel.
c. Pertunasan (budding).
Hal yang penting diperhatikan dalam proses-proses ini yaitu bahwa makromolekul yang dimasukkan maupun yang dikeluarkan, berada di dalam vertikuli terpisahkan dari makromolekul yang larut di dalam sitosol.
B. Fungsi Lain Selaput Plasma
Fungsi lain selaput plasma yaitu sebagai tempat penerimaan, pemindahan dan penerusan informasi. Selaput plasma memegang peranan penting dalam memindahkan dan meneruskan informasi dari kompartemen yang satu ke kompartemen yang lain. Selaput plasma, di permukaan luarnya memiliki molekul-molekul rantai samping yang disebut penerima (reseptor). Rantai-rantai samping ini sangat khas, bentuk dan susunan setiap samping berbeda. Setiap reseptor mampu menyatu dengan molekul khas yang disebut molekul pengikat (ligand) yang memiliki bentuk dan susunan reseptor.
Sebuah sel memiliki beberapa jenis reseptor dan beberapa jenis sel memiliki reseptor yang berbeda-beda pula.
Selain fungsi-fungsi yang telah dibicarakan, selaput plasma bertanggungjawab atas terjadinya interaksi antar sel yang berlangsung terus-menerus antara sel-sel penyusun jaringan organisme multisel. Organ terdiri dari beberapa jenis sel yang harus diperoleh dan mempertahankan hubungan khas satu dengan yang lain untuk melakukan tugas bersama. Untuk hal ini, adanya selaput plasma memungkinkan sel saling mengenali, menempel bila cocok dan bertukar zat serta informasi.
Peranan lain dari selaput plasma yaitu sebagai tempat terjadinya kegiatan biokomia. Contoh: di selaput dalam mitokondria, komponen-komponen dari rantai ranspor electron dan fosforilasi oksidatif harus bekerja sama dalam koordinasi yang baik. Susunan protein-protein ini dalam bentuk rakitan reparasi di dalam selaput plasma, memungkinkan electron berpindah dari pembawa (carrir) yang satu ke pembawa berikutnya secara teratur. Akibatnya, tenaga electron dapat berubah menjadi tenaga kimia, dalam hal ini misalnya ATP. Kegiatan enzimatis di dalam sel, umumnya selalu berkaitan dengan selaput sel.
C. Selaput Sel dan Sistem Imun
Sel bersifat antigenic, ini berarti bahwa apabila sel dari suatu jenis hewan dimasukkan ke dalam jenis hewan yang lain, penerima mengenali sel yang dimasukkan sebagai benda asing. Oleh karena itu, penerima menghasilkan badan penangkal (antibody) yang bereaksi secara khas dengan sel asing tersebut. Apabila sel asing tersebut tetap utuh, berarti bahwa antigen merupakan komponen permukaan khusus dari sel asing tersebut.
Potein dan karbohidrat, atau gabungan dari kedua-duanya merupakan satu-satunya antigen permukaan. Mengingat komposisi selaput sel sangat rumit, maka factor penentu pada suatu sel sangat banyak. Salah satu di antaranya yaitu antigen golongan darah A, B atau O.
Molekul karbohidrat bertanggungjawab terhadap kekhasan sifat antigenis selaput sel. Sifat antigenis ini berkaitan dengan system kekebalan (imun) tubuh dan kemampuannnya membedakan sel sendiri dari sel asing. Sel asing dapat dikenali sebagai sel asing, karena glikoprotein pembentuk selaputnya memiliki karbohidrat yang berbeda dengan karbohidrat glikoprotein pembentuk selaput sel penerima. Keadaan seperti ini memacu tanggapan kekebalan.
Kekhususan susunan karbohidrat di selaput plasma sangat erat hubungannya dengan kegiatan lektin, antibody dan antign. Lektin merupakan protein khusus yang memiliki daya ikat terhadap gula dan bereaksi dengan gula tersebut seperti halnya enzim bereaksi dengan substratnya, atau antibody dengan antigen. Mengingat reaksi lektin dengan gula khas, lektin dapat digunakan untuk mengetahui letak penyebaran dan jenis molekul gula yang terkait di permukaan sel. Selain itu, lektin memungkinkan terjadinya aglutinasi.
Antigen dinyatakan sebagai molekul yang mampu memacu pembentukan antibody oleh system imun hewan tinggi. Ditinjau dari segi molekuler, antigen adalah glikoprotein di dalam selaput sel atau zarah asing yang terdapat di dalam tubuh hewan. Antibodi atau immunoglobin yang dihasilkan sebagai tanggapan terhadap kehadiran antigen, bereaksi dengan antigen tersebut membentuk suatu kompleks. Reaksi antara antigen dengan antibody sangat khas. Satu jenis antibody bereaksi hanya dengan satu jenis antigen.
D. Pemilihan dan Perakitan Selaput Sel
Selaput sel sangat penting untuk kehidupan sel. Bila selaput melemah atau rusak, sel kehilangan kemampuannya untuk menjaga dan mempertahankan keseimbangan. Misal: selektifitas transport nutrient.
Pertumbuhan sel maupun beberapa kegiatan lainnya, seperti endositosis, sangat ditentukan oleh selaput. Mengingat pentingnya selaput terhadap kehidupan sel, pertumbuhan selaput terjadi tanpa menggangu kehadiran selaput yang lama. Dengan perkatan lain, selaput yang baru harus ditambahkan kepada selaput yang lama tanpa mengganggu peranannya sebagai pembatas dan pengangkut yang selektif.
Berdasarkan struktur selaput, perlu perhatian khusus terhadap mekanisme perakitan selaput tersebut. Telah diketahui bahwa selaput, tidak simetris. Protein tersebar tidak merata dan karbohidrat hanya terdapat di permukaan luar. Setiap perubahan kedudukan komponen-komponen selaput perlu dirakit sedemikian rupa sehingga letak molekul-molekul penyusunnya tepat pada tempatnya.
Terdapat 3 cara perakitan, yaitu:
1. Perakitan dengan sendirinya. Perakitan dengan cara ini banyak memiliki kekurangan.
2. Perakitan berlandaskan hipotesis isyarat (signal hipotesis). Dalam proses perakitan ini terdapat 5 tahapan.
a. Proses sintesis protein.
b. Pembentukan vesikulum dan pendekatan vesikulum ke selaput.
c. Fusi antara vesikulum dengan selaput.
d. Peleburan vesikulum dengan selaput.
e. Hasil pertumbuhan selaput.
3. Perakitan berlandaskan hipotesis picu.
Dalam perakitan ini, protein akan menjadi protein integral selaput sel dibuat oleh ribosoma bebas, dilipat menajadi bentuk yang sesuai dengan kelarutan selaput dan akhirnya disisipkan di antara molekul-melekul lipida selaput sel.
BAB.V. DASAR-DASAR EKOLOGI
A. Ekosistem
Suatu organisme hidup dimanapun ia berada tidak dapat hidup mandiri. Untuk kelangsungan hidupnya setiap organisme akan bergantung pada kehadiran organisme lain dan sumber daya alam di sekelilingnya untuk keperluan pangan, pertanaman, perkembangbiakan dan sebagainya.
Hubungan antara komunitas tanaman dan hewan dengan lingklungannya tidaklah terjelma di dalam suatu ruang kosong tetapi justu berlaku dalam suatu susunan fisika kimia yang kompleks yang biasa disebut lingkungan abiotik atau komponen abiotik. Komponen abiotik disini misalnya saja zat-zat kimia yang sangat pokok diperlukan oleh organisme hidup seperti air, CO2, kalium, oksigen dan sebagainya. Lawan dari komponen abiotik adalah komponen bitok yaitu tanaman, hewan dan mikroba yang mengadakan interaksi dengan lingkungan melauli tata cara saling bergantung terhadap aliran energi.
Komponen biotic dalam bentuk tanaman, hewan dan mikroba dalam suatu komunitas bersama dengan komponen antibiotiknya membentuk suatu system ekologi yang sering dikenal dengan istilah ekosistem. Dalam ekosistem ini terjalin erat hubungan antara organisme dan lingkungannya. Jadi ekosistem adalah hubungan timbal balik antara komponen biotic dan abiotik yang mempengaruhinya. Dalam ekosistem tersebut baik dalam struktur maupun fungsi merupakan suatu kesatuan yang tak terpisahkan. Kalau salah satu komponen itu terganggu maka komponen lain cepat atau lambat akan terpengaruh juga. Oleh karena itu struktur, fungsi serta dinamika suatu ekosistem merupakan pusat perhatian dalam ekologi.
Bila ditinjau dari aspek fungsinya, suatu ekosistem itu terdiri atas dua komponen,yaitu:
1. Komponen aututrofik yaitu organisme yang mampu menyediakan atau mensintesis makanannya sendiri yang berupa bahan-bahan organic dari bahan anorganik dengan bantuan energi matahari dan klorofil. Oleh karena itu semua organisme yang mengandung klorofil disebut organisme autotrofik.
2. Komponen heterotrofik yaitu organisme yang mampu memamfaatkan bahan-bahan organic sebagai bahan makanannya dan bahan tersebut disintesis dan disediakan oleh organisme lain. Organisme yang termasuk golongan ini adalah hewan, jamur dan jasad renik.
Ekosistem memperlihatkan bagaimana aliran energi dan siklus mineral dapat berlangsung di alam dimana didalamnya akan melibatkan empat komponen (biotic dan abiotik) yaitu:
1. Produsen yaitu organisme autotrofik yang umumnya tanaman berklorofil mensintesis makanan dari bahan organic yang sederhana.
2. Konsumen yaitu organisme heterotrofik yang meliputi manusia dan hewan pemakan organisme lain.
3. Pengurai, perombak, atau decomposer yaitu organisme heterotrofik yang berasal dari organisme mati (bahan organik kompleks) menyerap sebagian hasil penguraian tersebut dan melepas bahan yang sederhana yang dapat dipakai oleh produsen. Yang termasuk organisme ini adalah bakteri dan jamur.
4. Nonhayati (bahan tidak hidup), yaitu komponen fisik dan kimia yang terdiri dari air, tanah, sinar mnatahari dan sebagainya serta merupakan medium atau substrat untuk berlangsungnya kehidupan.
Ekosistem sangatlah nyata seperti halnya ekosistem sungai, ekosistem
Meskipun ekosistem itu sangat beraneka ragam dari yang kecil sampai ke yang besar, yang daratan hingga perairan, laboratorium hingga ke lapangan, tetapi kombinasi unik antara komponen biotic dan abiotiknya selalu memiliki ciri struktur dan fungsionl yang umum serta dikenal dimana perhatian dapat mudah diarahkan.
Untuk mengetahui jalinan ekologi dalam ekosistem menurut analisis aliran energi yang berlangsung di dalamnya dapatlah kita memulai dengan adanya pemasukan energi dalam bentuk sinar matahari sebagai sumber energi yang sangat penting untuk hampir semua ekosistem alami. Energi matahari ini dipakai dalam proses fotosintesis dimana karbondioksida menjadi ikatan karbon lain yang kaya energi.
Organisme hidup yang melakukan proses yang sangat penting ini disebut produsen atau penghasil, yaitu tanaman yang berklorofil. Dapat berupa ganggang hijau di kolam, rumput-rumputan di
Pemakan pertama dari bahan yang dihasilkan oleh kepentingan metabolismenya, maka produsen boleh juga disebut organisme yang autotrof. Organisme lainnya yang mengambil bahan makanan dari organisme lain disebut organisme konsumen. Organisme konsumen dapat meliputi:
Konsumen primer atau herbivore, langsung memakan tanaman atau bagian tanaman. Di dalam kolam ada dua tipe herbivor yaitu zooplankton dan hewan-hewan bentos.
Di daratan (
Konsumen sekunder atau karnivor, yang di dalam dolam berupa serangga-serangga predator, ikan buas (pemakan hewan lain) dan di
Tipe konsumen penting lainnya adalah detrivor, yang memperoleh makanan dari detrius organic dan lapisan autotrifik di atasnya bersama-sama dengan herbivore menjadi makanan bagi karnivor.
Kebanyakan hewan detrivor memperoleh energi makanannya dengan mencerna mikroorganisme yang menduduki partikel-partikel detrius. Organisme pengurai atau mikrokonsumer atau safrotrof sering dinamakan decomposer. Kelompok ini berupa mikroorganisme yang terdiri atas bakteri, jamur dan hewan kecil lainnya. Organisme pengurai ini terdapat diseluruh ekosistem, namun kelomopk ini kebanyakan terdapat di antara lapisan lumpur dan air di dalam kolam atau di antara lapisan tanah dan serasah
Dekomposisi merupakan akibat dari proses organisme pengurai ini memperoleh energi untuk keperluan hidupnya. Proses ini berfungsi sangat vital, sebab seandainya dekomposisi tak pernah terjadi maka permukaan bumi ini akan tertimbun serasah, kayu mati dan bangkai hewan sehingga kehiduan baru tak akan pernah terjadi. Proses dekomposisi dapat dibagi menjadi dua tahap, yaitu produksi humus (fumikasi) yang berjalan cepat dan mineralisasi humus yang bejalan lambat.
Bahan tak hidup (komponen abiotik) dapat berupa bahan organic dan bahan anorganik. Bahan yang menghubungkan bagian biotic dan abiotik dari ekosistem misalnya karbohidrat, lemak, protein dan humus. Bahan anorganik yang terlibat dalam siklus materi misalnya H, O, CO dan sebagainya.
B. Keseimbangan Dalam Ekosistem
Apakah keseimbagna itu? Bila kita mengamati lingkungan di sekeliling kita (ekosistem) maka akan terlihat bahwa dunia ini berubah-ubah, baik jangka pendek maupun jangka panjang.
Ekosistem itu mempuyai kemampuan untuk menahan atau mengendalikan berbagai perubahan dalam suatu sistem secara keseluruhan, sehingga ekosistem dalam keadaan keseimbangan yang dikenal dengan nama homeostatis. Keseimbangan diatur oleh berbagai factor yang sangat rumit.
Dalam mekanisme keseimbangan ini, termasuk mechanism yang mengatur penyimpangan bahan-bahan, pelepasan hara makanan, pertanaman organisme dan produksi serta dekomposisi bahan-bahan organic. Meskipun ekosistem mempunyai daya tahan yang besar sekali terhadap perubahan, tetapi biasanya batas mekanisme homeostatic dengan mudah dapat diterobos oleh kegiatan manusia.
Sebagai contoh, sebuah kolam yang dikotori sampah yang tak terlalu banyak dapat menjernihkan airnya secara alami sehingga keseluruhan kolam atau sungai itu tidak tersemar. Akan tetapi bila sampahnya terlalu banyak apalagi mengandung zat-zat racun maka batas homeostatis alami kolam atau sunagai itu akan terlampaui sehingga airnya tercemar.
C. Habitat dan Relung (niche) Ekologi
Habitat dan relung adalah dua istilah tentang kehidupan organisme yang memerlukan pemahaman yang mantap agar pemakaian kedua istilah itu tidak keliru.
Habitat adalah lingkungan suatu organisme (hewan dan tanaman) atau populasi, yaitu keseluruhan kondisi abiotik seperti ruang, substratium, iklim dan berbagai factor fisiko-kimia serta biotic yang terdapat disekeliling hewan atau tanaman tersebut. Jika kita ingin mencari suatu organisme tertentu, maka kita harus tahu tempat hidupnya, ke tempat itulah kita pergi. Habitat Nokonecta misalnya, adalah daerah littoral yang bervegetasi dari perairan berupa kolam atau danau. Di dalam habitat yang sama terdapat juga jenis Corica spp, dan berjenis-jenis hewan lainnya. Meskipun ada perbedaan di antara sekian hewan yang hidup dalam habitat itu, namun semuanya memperlihatkan semacam kemiripan yakni semuanya terdaptasi (morfologi, fisiologi dan perilaku) untuk hidup di lingkungan akuatik.
Bermacam jenis ikan maupun hewan lainnya berenang ke
Keseluruhan kondiri lingkungan yang bersifat lebih local dan paling dekat mengelilingi organisme disebut microhabitat, misalnya lubang ketam, ular dan sebagainya. Di dalam biosfer terdapat empat macam habitat yaitu habitat laut, estuary, perairan tawar dan habitat daratan.
Konsep niche (relung) adalah konsep yang realatif baru, yang dalam perkembangannya mendapat penafsiran bermacam-macm. Relung pada dasarnya menunjukkan status fungsional atau peranan sesuatu spicies organisme di dalam komunitasnya dan lingkungan abiotik tempat hidupnya. Jadi relun itu tak hanya menyangkut ruang fisis yang ditempati organisme itu, melainkan juga bagaimana respon organisme itu terhadap factor-faktor suhu, pH dan lain-lain di lingkungannya serta bagaiman peranan fungsional organisme itu dalam komunitasnya, serta bagaimana perilaku organisme itu terhdap spesies lain. Atau dapat pula dikatakan bahwa secara biologis relung adalah profesi organisme dalam komunitasnya, bagaimana dia memamfaatkan sumber dayanya dan mengubah lingkungannya, serta bagaimana perilaku organisme itu terhadap spesies lain. Atau dapat pula dikatakan bahwa secara biologis relung adalah profesi organisme dalam lingkungan hidupnya. Misalnya relung paku sarang.
D. Aliran Energi Dalam Ekosistem
Semua kegiatan biologis selalu menyangkut peristiwa penggunaan energi. Energi dapat diartikan sebagai kemampuan melakukan pekerjaan. Perilaku energi dialam bebas mengikuti hukum termodinamika, yaitu:
1. Hukum termodinamika pertama mengatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk energi lain, tetapi tidak dapat diciptakan dan tidak pernah dapat dimusnahkan. Sebagai contoh energi yang berasal dari sinar matahari dapat diubah menjadi energi panas, dapat pula diubah menjadi energi kimia dalam proses fotosintesis, kemudian diubah kembali menjadi energi mekanik dan energi panas dalam proses metabolisme sel. Perubahan energi yang berurutan semacam ini merupakan konsep permulaan dari azas yang sangat utama dalam energetik dari organisme hidup dan ekosisem.
2. Hukum termodinamika kedua mengatakan bahwa setiap terjadi perubahan bentuk energi, pasti terjadi degradasi dari bentuk energi yang terpusat menjadi bentuk yang terpencar. Dengan kata lain tidak ada system pengubahan energi yang betul-betul efesien. Sebagai contoh benda panas pasti menyebarkan panas ke lingukungannya yang lebih rendah suhunya. Contoh lain, energi diambil oleh hewan untuk keperluan hidupnya adalah bentuk makanan ung padat dan bermamfaat. Tetapi panas yang keluar dari tubuh hewan karena lari, terbang atau berenang terbuang tanpa guna. Memang ada kecenderungan universal di atas planet kita ini, yaitu hampir semua bentuk energi berdegradasi ke bentuk panas tanpa balik, dan kemudian meradiasi ke angkasa lepas.
Semua system biologi adalah kurang efesien, dalam arti hanya sebagian saja dari input energi ke dalam suatu organime hidup, populasi atau ekosistem yang tersedia dapat dipindahkan dan digunakan oleh oranisme hidup, populasi atau ekosistem yang lain. Oleh karena itu pemakaian energi yang sebaik-baiknya oleh organisme hidup merupakan suatu yang sangat penting.
E. Rantai Makanan dan JaringMakanan
Urutan hubungan pindahan (transfer) energi makanan dari sumbernya (organisme yang dimakan) melalui serangkain organisme yang memakannya, merupakan hubungan linear, dinamakan rantai makanan (food chain). Dalam setiap pemindahan energi sebagian dari energi terpencar sebagai energi panas. Semakin pendek rantai makanan itu semakin dekat jarak organisme pada permulaan dan organisme pada ujung rantai makanan (tanaman) makin besar energi yang tersedia bagi populasi itu yang dapat diubah menjafi biomassa (yaitu berat hidup, termasuk persediaan makanan, dan untuk digunakan dalam bernafas atau respirasi.
Suatu rantai makanan yang relatif sempurna harus paling sedikit mencakup tiga hubungan, yaitu tanaman --- herbivore --- karnivor. Suatu rantai makanan tidak perlu selalu berasal dari tanaman hijau (termasuk fitoplankton), seperti pada contoh berikut: Detrius --- siput --- celurut --- burung hantu. Demikian pula akhir darisuatu rantai makanan tidak selalu harus berupa hewan karnivor, misalnya: Tanaman --- lebah --- beruang --- ataupun tanaman --- sapi --- manusia. Rantai makanan terdapat pada sekalian habitat mapun ekosistem, namun pada mulanya jarang mencakup
Pemakan pertama dari bahan makanan yang dihasilkan oleh produsen itu dalah herbivore, yaitu hewan pemakan tanaman, sedangkan hewan yang mengkonsumsi herbivor disebut karnivor atau konsumen kedua. Beberapa ekosistem ada juga yang memiliki konsumen ketiga yaitu hewan karnivor yang memangsa hewan karnivor lainnya. Terkadang dalam hubungan autotrof-heterotrof, produsen-konsumen. Atau produsen --- herbivor --- karnivor ini adalah aliran energi dalam ekosistem yang searah dan non siklus.
Arti rasional yang sesungguhnya dari aliran energi yang searah dan nonsilus itu adalah diketemukan dalam kenyataan bahwa energi itu terbuang sebagian pada waktu dipindahkan sari satu rantai makanan ke rantai makanan berikutnya dalam komponen biotiknya. Kemudian kedalam kelompok heterotrof itu terdapat sebuah kelompok biotic yaitu komponen pengurai (decomposer) yang terutama terdiri dari mikroba, baik bakteri maupun jamur. Pada umumnya meraka bertindak memakan bahan organic bukan seperti halnya herbivor atau karnivor melalui satu system pencernaan, tetapi lebih dengan cara penyerapan (absorpsi), tetapi peranan komponen pengurai ini dalam proses mineralisasi bukan main pentingnya dalam suatu ekosistem. Dengan menggunakan aktivitasnya, komponen pengurai ini mampu memecah dan mengurai bahan-bahan kimia yang kompleks menjadi unsur-unsur kimianya kembali sehingga mudah digunakan oleh produsen untuk membentuk bahan makanannya sendiri. Dengan adanya aktifitas komponen pengurai ini maka makanan yang non siklus itu tampaknya menjadi siklus dibuatnya.
Dalam proses pengubahan energi matahari kedalam energi kimia melalui proses fotosintesis, tanaman berklorofil mengikut sertakan pula berbagai unsur dan ikatan kimia anorganik antara lain komponen yang langsung berguna untuk proses fotosintesis ialah air, karbondioksida dan yang penting untuk sintesis protoplasma ialah nitrogen, fosfor, sulfur, magnesium dan kurang lebih lima belas unsur kimia serta zat maknanan lainnya. Ketika bahan makanan dimakan oleh hewan herbivor maka tidak saja energi kimia dalam bentuk karbohidrat, protein dan lemak yang diambil oleh hewan herbivor itu tetapi juga tanaman sebagai pembentuk bahan kimia kompleks itu. Tansfer energi dan zat makanan itu terus juga dilakukan dari herbivor dan karnivor dan seterusnya hingga sampai komponen pengurai.
Meskipun dari satu rantai makanan ke rantai makanan berikutnya namun komponen zat-zat makanan tak pernah hilang, bahkan sering menjadi terkonsentrasi pada langkah-langkah tertentu dari rantai makanan. Pada setiap saat memang zat-zat makanan itu tak pernah hapus sama sekali dalam bentuk energi yang terkandungnya, sebab bahkan komponen pengurai bertindak menguraikannya, mereka itu masih tetap mempunyai potensi untuk digunakan lebih lanjut dalam bentuk mineral tanah yang kemudian dapat di daur ulang kembali.
Proses pengaliran energi dan pengedaranm zat makanan dalam interaksi antara komponen biotic dan abiotik ini merupakan pusat aktifitas ekosistem yyang dinamis.
Rantai-rantai makanan yang seperti diuraikan di atas berjalan sendiri-sendiri, tetapi saling berkait satu degnan lainnya sehigga membentuk jaring-jaring makanan. Dalam ekosistem alami yang kompleks dikenal adanya tingkat trofik suatu kelompok organisme. Masing-masing kelompok organisme yang mempunyai jarak transfer makanan tertentu daru sumber energi, menempati suatu tingkat trofik tertentu. Tingkatan trofik I berupa tanaman, tingkatan trofik II hewan herbivor, tingkatan trofik III hewan karnivor kecil dan seterusnya. Seperti telah diuraikan terdahulu bahwa dalam ekositem biasanya tingkatan trofiknya tidak lebih dari
Konep rantai makananan sangat praktis untuk membahas aliran energi dalam ekosistem. Tetapi yang biasanya terjadi dalam ekosistem biasanya adalah hubungan saling makan yang lebih kompleks. Kalau hubungan saling makan tadi disusun secara lebih lengkap maka akan didapatkan jarring-jaring makanan.
F. Populasi
Yang dimaksud edengan populasi adalah sekelompok individu sejenis yang hidup pada suatu lingkungan tertentu. Tanpa adanya penjelasan lebih lanjut, maka pengertian-pengertian mengenai populasi itu akan sangat kabur. Untuk itu marilah kita melihat contoh dibawah ini:
Q Anoa depressicornis adalah sejenis herbivor menyerupai sapi tetapi ukurannya lebih kecil, hanya sebesar kambing. Hewan ini hidup liar dalam kelompok besar, hanya dijumpai di pulau
Q Bos bubalus, adalah sejenis herbivor lain yangdijumpai tersebar dibeberapa kepulauan
Menentukan populasi memang sukar, kalau anggotanya terpisah dalam suatu wilayah, di mana jarak menjadi penghalang antar individu, sama halnya dengan hewan lainnya, seperti buaya, Crocodilus porosus, biawak, varanus salvator di Asia, pohon damar, Agathis alba di Papua Nugini bahkan manusia di dunia.
Cara menentukan batasan populasi yang lebih baik didasarkan kepada pengaruh satu individu terhadap individu yang lain dalam suatu populasi. Jadi populasi dipandang sebagai suatu sistem dinamis dari pada segala individu yang selalu melakukan hubungan. Maka populasi adalah kumpulan individu jasad hidup sejenis yang punya potensi untuk berbiak silang dengan individu lain (betina dan jantn).
Jadi meskipun kerbau di Sulawesi dan kerbau di
Populasi sebagai individu dinamis, maka dapat bertumbuh dalam perjalanan ruang dan waktu. Perjalanan populasi dapat mengalami kenaikan atau penyusutan kepadatannya, tergantung pada kondisi sumber daya alam dan lingkungan hidupnya. Bila daya lingkungan tidak mendukung kepadatannnya populasi itu maka kepadatan populasi dapat mengalami penyusutan, sebaliknya jika daya dukung lingkungan menunjang, sehingga kebutuhan populasi akan makanan, habitat serta kebutuhan lain terpenuhi maka akan meningkatkan kepadatan populasi. Adanya peningkatan populasi yang tinggi akan menimbulkan persaingan (kompetisi). Kompetisi ini selanjutnya sebagai berikut:
1. Dalam waktu yang singkat akan menimbulkan efek ekologi.
2. Dalam jangka waktu lama akan menimbulkan evousi.
Perlu diketahui bahwa kompetisi membangkitakan daya juang untuk mempertahankan kelangsungan hidup, tentunya yang kuat akan menang (survive) dari populasi yang lemah. Kalau hal ini berlangsung singkat efek ekologinya dapat berupa:
○ Kelahiran, kelangsungan hidup dan pertambahan populasi akan terganggu.
○ Terjadi emigrasi/perpindahan populasi.
Kompetisi dalam populasi dapat terjadi secara langsung atau tidak langsung. Persaingan secara langsung antara individu, misalnya pembiakan dapat menurun atau terganggu oleh karena kepadatan individu jantan yang lebih besar jumlahnya sehinggga si jantan tersebut lebih banyak membuang waktu untuk memperebutkan betina dari pada melakukan pembiakannya sendiri.
Sedangkan persaingan secara tidak langsung misalnya jika seekor hewan mengalami kelaparan karena makanannya dihabiskan oleh hewan lain. Jadi hewan yang kelaparan ini tak pernah bersentuhan dengan hewan yang mendahului menghabiskan makanannya. Disamping itu persaingan dapat pula mengakibatkan terjadinya perubahan yang berangsur-angsur pada populasi atau efek eolusi. Misalnya dalam suatu piopulasi terdapat individu yang berukuran besar bersaing dengan individu yang ukuran tubuhnya kecil. Tentunya hewan yang kecil itu akan kalah bersaing dalam memperoleh makanan. Maka yang tubuhnya tidak hanya terancam bahaya kepalaran saja akan tetapi umur dan daya perkembangbiakannya juga akan menurun dalam populasi secara keseluruhan. Akhirnya populasi itu lama kelamaan akan menghasilkan individu bertubuh besar (terjadi evolusi), hewan yang kecil tersisihkan. Populasi akan dikuasainya oleh hewan dengan tubuh besar dan selanjutnya hewan kecil akan tersisihkan. Populasi akan dikuasai oleh hewan dengan tubuh besar dan selanjutnya hewan kecil akan hilang karena tidak berkembang.
Kepadatan populasi dapat mengalami perubahan, yaitu bisa naik dan bisa turun. Naik turunnya kepadatan populasi dapat ditentukan oleh jenis factor lingkungan yaitu:
1. Faktor yang bergantung kepada kepadatan populasi itu sendiri (density-dependent factor), misalnya kekurangan makanan atau karena kekurangan ruang untuk hidup karena populasi terlampau padat, hal ini menimbulkan persaingan, parasitisme dan sebagainya.
2. Faktor yang tak bergantung kepada kepadatan populasi (density-indefendent factor), misalnya iklim, cuasa, bencana alam dsb. Adanya penurunan suhu lingkungan secara drastic atau angin topan membunuh banyak individu dalam suatu populasi. Faktor lingkungan ini dapat muncul di mana saja. Di samping itu ciri penting dalam populasi adalah struktur umur anggotanya.
Struktur umur dari populasi pada suatu perjalanan ruang dan waktu tertentu biasanya dibagi dalam:
Q Kelompok umur masa reproduksi (pra perkembangbiakan).
Q Kelompok umur reproduksi.
Q Kelompok umur masa post reproduksi (pasca perkembang biakan).
Populasi juga memperlihatkan angka kelahiran dan angka kematian, tetapi angka kematian ini tidak dimiliki oleh individu.
Struktur umur dalam populasi penting karena dapat memberikan gambaran serta sifat individu itu, sesuai dengan karakter tiap batas kisaran umur. Misalnya hal yang berhubungan dengan derajat angka kelahiran, derajat angka kematian, kecenderungan untuk beremigrasi, keperluan bahan makanan dan potensi kerja serta nilai sosio ekonominya. Oleh karena itu struktur umur sangat penting untuk diamati dan diperhatikan dalam perkembangan suatu populasi.
G. Penyebaran Individu Dalam Populasi (Dispersi)
Kita mengenal tiga pola utama penyebaran individu dalam populasi, yaitu seragam, sembarang dan mengelompok. Pola penyebaran seragam jarang terdapat pada populasi alami. Yang mendekati keadaan demikian ialah apabila terjadi penjarangan akibat kompetisi antar individu yang relatif ketat. Pola penyebaran sembarang terjadi apabila kondisi lingkungan bersifat seragam dan tak adanya kesenderungan individu untuk bersegrasi. Pada umumnya penyebaran sembarang dari hewan relatif jarang dijumpai. Penyebaran mengelompok merupakan hal yang relatif umum dijumpai di alam. Kelompok-kelompok ini terjadi akibat:
a. Respon individu terhadap kondisi-kondisi local, perubahan cuaca harian atau musiman.
b. Proses-proses perkembang biakan seperti atraksi seksual untuk membentuk pasangan-pasangan kawin ataupun kelompok induk-anak.
c. Atraksi social yang merupakan agregasi aktif dari individu membentuk suatu organisasi atau koloni tertentu seperti pada berbagai serangga social atau hewan vertebrata tertentu.
Di alam terdapat kombinasi dari ketiga pola utama tersebut diatas, menghasilkan tipe-tipe penyebaran mengelompok sembarang, mengelompok tersegregasi atau mengelompok seragam.
H. Penyebaran-Pindahan Populasi (Dispersal)
Khususnya pada populasi-populasi alami, masing-masing populasi itu tidaklah merupakan satuan yang terisolasi, melainkan di antara populasi itu mungkin saja terjadi perpindahan individu, atau penyebaran stadia tertentu dari individu. Perpindahan populasi, disamping natalis dan mortalitas, merupakan factor yang penting dalam menentukan kerapatan populasi perilaku ataupun penampilan populasi suatu jenis. Kita mengenal tiga macam perpindahan populasi, yaitu:
a. Emigrasi, yang merupakan pergrakan meluas dari suatu area populasi, cenderung menurunkan kerapatan.
b. Imigrasi, yang merupakan pergerakan masuk kedalam suatu area populasi, cendrung menaikkan kerapatan.
c. Migrasi, yang berbeda dari imigrasi dan emigrasi yang bersifat searah merupakan penyebaran perpindahan yang bersifat bolak balik meninggalkan populasi dan kembali lagi.
Perpindahan populasi ini sangat dipengaruhi oleh ada tidaknya barrier (penghalang) yang bersifat fisis abiotik ataupun biotic dan kemampuan inheren dari individu-individu itu sendiri dalam mengadakan pergerakan. Salah satu penyebab penting dalam hal terjadinya emigrasi ialah kompetisi, intra maupun inter spesies.
I. Spesies
Bila diperhatikan disekeliling kita dapat melihat berbagai organisme baik tanaman maupun hewan. Diantara tanaman dan hewan ada yang sama dan ada yang berlainan jenis. Apakah sebenarnya dimaksud dengan spesies (jenis) organisme itu? Sepintas lalu hal ini nampaknya kurang berarti ternyata masalah spesies ini mempunyai pengaruh yang luas dalam cabang studi biologi. Jika seorang awam atau biologiwan harus mengetahui jenis organisme, manakah yang dia gunakan, misalnya saja untuk menghiasi pekarangan dengan tanaman hias yang indah, maka untuk memesan itu perlu diketahui apakah yang dimaksud itu anggrek, mawar, dahlia atau melati. Oleh karenanya bagi orang awam ataukah biologiwan harus dapat membedakan jenis organisme. Seperti tadi telah dikatakan bahwa organisme itu ada yang sama ada juga yang berlainan.
Untuk itu perlu diketahui batasan-batasan yang dikatakan sejenis dan berbeda jenis. Kuda berbeda jenis dengan keledai. Tubuh keledai kecil, telinganya lebih panjang, surai dan ekornya lebih pendek. Hewan dari spesies yang berbeda meskipun kelihatannya sangat mirip tidak dapat kawin untuk menghasilkan keturunan yang kuat dan fertil. Andaikan terjadi juga perkawinan, maka ciri-ciri khas dua spesies tadi baik yang kelihatan mapun tak kelihatan akan hilang. Hal ini disebabkan karena bastarnya mempunyai ciri-ciri baru yang berasal dari dua spesies semula. Oleh karena itu dua spesies tetap akan berbeda selama tidak ada kawin enggan menghasilkan keturunan. Mungkin dari perkawinan dua spesies dapat menghasilkan keturunan yang kuat, tetapi steril. Bagal misalnya, adalah hasil perkawinan anara kuda dan keledai. Bagal itu setril. Adakalanya organisme dari dua spesies mampu untuk menghasilkan keturunan yang fertil dalam kurungan, tetapi tidak demikian di alam bebas.
Jadi dalam kesimpulan dapat dikatakan bahwa spesies adalah populasi yang terdiri dari individu yang kurang lebih sama dan di alam bebas dapat mengadanan perkawinan dengan menghasilkan keturunan yang kuat dan fertil.
J. Komunitas
Tanaman dan hewan dari berbagai jenis yang hidup secara alami di suatu tempat membentuk kumpulan yang di dalamnya setiap individu menemukan lingkungannya yang memenuhi kebutuhan hidupnya. Dalam kumpulan ini terdapat pula kerukunan untuk hidup bersama, toleransi kebersamaan dan hubungan timbal balik yang menguntungkan sehingga dalam kumpulan ini terbentuk suatu derajat keterpaduan. Kumpulan atau susunan dari berbagai populasi yang telah menyesuaikan diri dan menghuni suatu wilayah tertentu di alam disebut komunitas. Dan seperti halnya populasi dan jasad hidup lain yang membentuknya, komunitasnyapun mempunyai struktur dan fungsi di alam bahkan dengan derajat organisme yang lebih tinggi dari pada populasi. Misalnya dalam populasi interaksi hanya bisa dicapai antar individu, sedangkan dalam komunitas bisa antar populasi.
Komunits dengan populasinya adalah ibarat organisme dengan system organnya, tetapi dengan tingkat organisasi yang lebih tinggi, sehingga memiliki sifat tambahan atau kelebihan yang tak hanya punya kesatuan fungsional tertentu dengan struktur makan dan pola arus energi yang khas tetapi juga mempunyai kesatuan komporsional sehingga ada peluang bahwa jenis tertentu akan dapat hidup berdampingan. Dengan kata lain bila komunitas sudah terbentuk maka populasi satu dengan populasi lainnya harus dapat hidup berdampingan. Sebagai suatu subsistem, komunitas itu harus sudah memiliki kemampuan untuk menyesuaikan diri dengan kondisi lingkungannya. Meskipun demikian, jenis-jenis tersebut sebagian besar dapat diganti dalam waktu dan ruang sehingga secara fungsional komunitas yang serupa dapat memiliki komposis jenis yang berbeda.
Jadi konsep komunitas merupakan salah satu dari asal pemikiran dan praktek ekologi yang sangat penting. Ini penting dalam teori ekologi sebab menekankan kenyataan bahwa keanekaragaman jenis organisme biasanya hidup bersama secara beraturan, tak hanya tersebar begitu saja dipermukaan bumi.
Komunitas selalu terdiri dari beragam spesies. Antar spesies saling berhubungan dan memberikan pengaruh. Contohnya komunitas sawah, misalnya padi, tikus, wereng dan capung serta tanaman lainnya. Kita lihat saja misalnya tikus. Makanan utamanya adalah padi. Jadi padi ada hubungannya dengn tikus. Demikian pula tikus ada hubungannya dengan wereng. Hubungan antar spesies yang dapat terjadi di dalam komunitas dapat langsung dan tidak langsung.
Hubungan antar populasi bisa saling menguntungkan, sehingga terwujud suatu hubungn timbal balik. Tetapi dapat juga saling merugikan, misalnya persaingan dan parasitisme, sehingga yang satu terpaksa menjadi mangsa yang lain.
1. Predator dan mangsa. Contohnya harimau memangsa rusa.
2. Parasitisme dan inang. Caplak dengan manusia atau hewan, pinjal dan anjing atau tikus.
3. Komensalisme. Contoh ikan hiu dengan ikan remora.
4. Mutualisme. Contohnya ganggang dengan jamur.
BAB.VI. RESPIRASI SELULER & PERMENTASI : MEMANEN ENERGI KIMIAWI
A. Pendahuluan
Semua organisme hidup membutuhkan penyediaan materi dan energi yang tetap dari lingkungannya agar dapat mempertahankan hidup. Bagi sejumlah besar organisme, penyediaan materi dan energi berasal dari molekul organic yang dimakanya. Nutrisi yang seluruhnya tergantung pada molekul organic yang telah terbentuk sebelumnya disebut heterotrofik dan organisme yang memamfaatkan makanan jenis ini disebut heterotrof.
Untuk dapat menggunakan energi dari bahan orgnik ini, makanan terlebih dahulu dirombak menjadi molekul-molekul organic yang lebih kecil dan mudah larut sebelum dimamfaatkan oleh sel. Proses perombakan ini disebut pencernaan, yang sebenarnya merupakan suatu proses hidrolisis enzimatik. Energi bebas yang dihasilkan pada proses ini hanya sedikit sekali, kebanyakan masih tersimpan di dalam hasil akhir dari pencernaan zat-zat tersebut yang dapat berupa gula, asam amino, asam lemak dan gliserol. Namun demikian proses pencernaan ini penting untuk mengecilkan ukuran molekul organic sehingga memudahkan penyerapannya dari sekeliling sel (cairan ekstra sel) ke dalam sitoplasma.
Molekul-molekul yang kecil ini setelah masuk kedalam sel akan dirombak menjadi molekul yang lebih sederhana yang mengandung dua sampai empat karbon melalui proses kimia yang disebut metabolisme.
B. Metabolisme
Molekul-molekul sederhana yang mengandung 2 – 4 karbon ini selanjutnya dapat memilih salah satu dari 2 tahapan metabolisme seperti yang disebutkan dibawah ini:
Q Katabolisme
Adalah tahapan proses metabolime dengan merombak molekul kompleks dirombak menjadi molekul sederhana dengan disertai pembebasan energi. Karena proses ini adalah proses penguraian maka disebut pula disimilasi dan karena membebaskan energi, maka disebut juga reaksi eksergonik.
Q Anabolisme
Adalah suatu tahapan proses metabolisme dengan merombak molekul besar yang komplek dari molekul kecil dan sederhana. Karena proses ini adalah proses sintetis maka disebut pula asimilasi dan karena memerlukan energi disebut juga reaksi endergonik.
Sebetulnya tidak mudah untuk membedakan dengan tegas batasan antara kedua proses tersebut di dalam sel. Sebab makanan dapat berfungsi sebagai sumber energi ataupun sumber bahan pembagun sel atau konstituensel.
C. Katabolisme
Proses pembebasan energi dalam sel biasanya dikenal dengan istilah “pembakaran” yang sering menyesatkan, sebab disangkut-pautkan dengan terjadinya suhu tinggi.
Istilah yang lebih umum adalah oksidasi yang prosesnya berlangsung dengan pertiolongan “enzim” dan terjadi pada suhu yang biasa. Energi yang dihasilkan sebagian berupa panas yang tidak dapat digunakan dalam proses kimia sel dan sebagian berupa energi yang dapat digunakan. Misalnya dalam skala besar untuk kontraksi otot dan dalam skala kecil seperti pergerakan molekul atau ion pada pengangkutan aktif dan sebagian lagi digunakan untuk reaksi dalam pembentukan senyawa baru (anabolisme).
Bahan bakar yang paling banyak dipakai oleh sel hidup ialah glukosa, yang bila mengalami oksidasi sempurna akan menjadi CO2, dan H2O serta menghasilkan 686 kkal energi bebas.
C6H12O6 + 6O2 ---- 6CO2 + 6H2O + 686 kkal
Agar tidak semua energi bebas yang dihasilkan lenyap sebagai panas, maka sel mengkatabolis molekul glukosa sedemian rupa melalui beberapa langkah (tahapan), sehingga menghasilkan cukup energi bebas untuk membentuk sebuah molekul ATP.
D. Glikolisis
Glikolisis adalah salah satu lintasan yang penting digunakan oleh sel-sel untuk menghasilkan energi. Merupakan suatu rangkaian reaksi yang memproduksi asam piruvat dari glukosa. Glikolisis tidak mensyaratkan adanya oksigen dan bisa terdapat pada sel-sel, baik yang aerobic maupun anaerobik.
Pada glikolisis, fruktosa—1,6 difosfat yang terbentuk dari glukosa terpecah menjadi 2 unit berkarbon tiga yaitu dehidroksiaaseton dan gliseraldehid—3 fosfat. Yang keduanya kemudian dioksidasi menjadi asam piruvat. Pada langkah dioksidasinya gliseraldehid—3 fosfat, terjadi penguraian sepasang electron (dua atom hydrogen).
Dalam keadaan tanpa oksigen (anaerobic) pasangan electron ini dapat digunakan untuk mereduksi asam piruvat menjadi asam laktat, seperti otot-otot yang bekerja terlalu berat dan proses ini disebut fermentasi asam laktat. Juga dapat menghasilkan etanol (etil alcohol) dan karbondioksida, seperti pada sel-sel ragi di dalam botol anggur dan proses ini disebut fermentasi alkoholik. Sebaliknya bila ada oksigen, pasangan electron ini memasuki rantai angkutan electron (rantai respirasi) di dalam mitokondria dan proses inilah yang disebut respirasi sel.
Meskipun sel melangsungkan respirasi glukosa dan tidak melakukan fermentasi, namun langkah-langkah awalnya tetap sama yaitu langkah-langkah glikolisis. Untuk setiap molekul yang diuraikan melalui glikolisis, diperoleh hasil bersih dua molekul ATP.
Reaski keseluruan glikolisis dapat diringkaskan sebagai berikut:
C6H12O6 + 2NAD + 2PA --- 2CH3COCOOH + 2NADH + 2ATP
Fosfat organic asam piruvat
Perombakan glukosa melalui glikolisis berlangsung dalam suatu rangkaian dari 10 reaksi berurutan dan dikatalis oleh enzim (12 pada ragi). Semua enzim ini terdapat larut dalam sitosol.
Disamping enzim-enzim tersebut diperlukan dua koenzim yaitu:
1. ATP (Adenosin Tri-Fosfat), yaitu suatu nukleotida, yang gula pentosanya adalah ribosa dan basa nitrogennya adalah adenin. Pada atom karbon 5 dari ribosa terikat 3 gugus fosfat, karena itu disebut trifofat. Ikatan antara fosfat ke-2 dan ke-3 juga antara ke-1 dan ke-2 dikenal sebagai ikatan “energi tinggi”. Disebut demikian karena jumlah energi yang dibebaskan sangat besar pada waktu perombakan oleh hidrolisis dan biasanya ikatan ini digambarkan dengan garis berombak.
2. NAD (Nikotinamide Adenin Dikukleotida), adalah dua nukleotida yang terikat secara kovalen. Yang satu adenosin monofosfat, yaitu ribosa dengan sebuah adenin yang terikat pada satu karbon dan 5 fosfat. Kedua adalah sebuah ribonukleotida dengan basa nitrogen nikotinamida yang terikat pada satu karbon dan 5 fosfat.
E. Respirasi Sel
Seperti halnya pada fermentasi, elektron dan hydrogen yang bebas mula-mula mereduksi NADH, terapi selanjutnya terjadi pemindahan hydrogen dan electron pada oksigen melalui system transport electron sehingga dihasilkan kembali NAD dan H2O. Dan menghasilkan kira-kira 52 kkal energi yang dapat dimamfaatkan oleh sel.
Dalam tahap-tahap permulaan evolusi, organisme hidup telah mempunyai kemampuan untuk mengerjakan dua hal yaitu:
a. Pemamfaatan O2 sebagai akseptor akhir dari electron yang dipisahkan dari karbohidrat.
b. Oksidasi sempurna dari asam piruvat.
Pada sel eukariotik kedua aktifitas ini berlangsung dalam mitokondria dan inilah yang disebut proses respirasi sel.
F. Siklus Asam Sitrat
Proses yang menentukan dalam respirasi sel adalah:
a. Oksidasi sempurna asam piruvat dengan jalan pemisahan bertahap dari semua atom hydrogen sehingga menghasilkan 3 molekul CO2.
b. Pemindahan electron yang dipisahkan dari atom hydrogen itu pada molekul oksigen (O2).
Didalam mitokondria, asam piruvat mengalami langkah oksidasi sempurna melalui ururtan reaksi kimia yang disebut siklus krebs, namun ahli biokimia yang menemukannya untuk pertama kali menggambarkan langkah awal dari siklus tersebut sebagai penyatuan asetil-CoA dengan asam oksaloasetat untuk membentuk asam sitrat dan energi yang digunakan untuk sintesa ini diperoleh dari ikatan energi tinggi asetil koensim-A.
Asan oksaloasetat adalah sebuah asam dengan empat karbon dan dua gugus karbOksil. Sedangkan asam sitrat mempunyai enam atom karbon dan tiga gugus karboksil sehingga sering disebut pula siklus asam trikarboksilat (TCA).
Selanjutnya asam sitrat akan mengalami dehidrasi, dekarboksiliasi dan oksidasi dengan membebaskan dua molekul CO2, sebagian besar energi yang dihasilkan dari proses ini masih tersimpan dalam NADH dan FADH. Untuk mendapatkan energi ini kembali, dengan jalan mengoksidasi NADH dan FADH2 melalui system transpor electron yang berlangsung dalam mitokondria.
Mengingat siklus krebs menghasilkan senyawa-senyawa yang digunakan untuk biosintesa, maka jika suatu senyawa digunakan habis akan memutuskan siklus tersebut. Misalnya jika oksaloasetat diambil dan siklus tersebut, tentunya oksaloasetat harus dapat dihasilkan dari reaski lain, misalnya dengan fiksasi CO2 pada hasil antara glikolisis yang mempunyai tiga karbon.
Proses siklus krebs dapat diringkas sebagai berikut:
Piruvat + 4NAD + FAD --- 3CO2 + 4NADH2 + FADH2
G. Rantai Respirasi
Untuk mendapatkan energi yang tersimpan dalam NADH (dalam satu proses dalam FDH2) yaitu dengan mengoksidasinya kembali dengan oksigen, yang menghasilkan energi sebanyak 52 kkal. Karena oksidasi NADH oleh oksigen secara langsung akan memboroskan energi bebas dalam bentuk panas. Cara yang lebih baik ialah melewatkan elektron yang dipisahkan dari NADH, melalui suatu rangkain zat redoks sebelum pada akhirnya electron tersebut mencapai oksigen. Maing-masing zat redoks ini dapat dioksidasi dan direduksi, yang pada setiap langkah dihasilkan energi bebas. Pada tiga langkah tersebut dihasilkan cukup energi untuk membentuk molekul ATP.
Dalam zat redoks termasuk:
a. Suatu koenzim yang disebut koenzim Q
b. Suatu rangkaian enzim-enzim sitokrom
c. Molekul Oksigen
Seluruh rangkaian redoks di dalam mitokondria disebut rantai respirasi.
Jika dihitung jumlah ATP yang dihasilkan dari oksidasi sempurna satu molekul glukosa menjadi CO2 dan H2O melaui glikolisis dan siklus krebs adalah sebagai berikut:
Glikolisis:
Glukosa --- 2 asam piruvat
Oksidasi : 2NADH2 = 6ATP
2ATP = 2ATP
= 8ATP
Siklus krebs:
Piruvat : 4NADH = 12ATP
1FADH = 2ATP
Suksinl SeoA = 1ATP
= 15 ATP
Untuk 2 asam piruvat --- 6CO2 + 6H2O = 2 x 5 = 30 ATP
Total = 38 ATP
Jadi ATP yang dihasilkan dari oksidasi sempurna satu molekul glukosa adalah 38 molekul ATP, dan ini seperti yang terjadi dalam sel hati dan otot jantung dari hewan dan mamalia. Namun tidak semua sel begitu efesien, beberapa sel eukariotik lain misalnya sel yang terdapat pada otot yang digunakan untuk terbang pada serangga hanya menghasikan 36 molekul ATP.
H. Proses Katabolisme Bahan Bakar Lainnya
Sumber glukosa, bahan bakar lainnya yang dapat dimamfaatkan oleh sel sebagai sumber energi adalah:
a. Karbohidrat
Karbohidrat masuk kedalam sel dalam bentuk monosakarida seperti glukosa dan fruktosa. Gula heksosa ini lalu melalui serangkaian reaki kimia yang melibatkan beberapa enzim hidrolisis, yang disebut glikolisis di mana untuk pertama kali pecah menjadi asam piruvat. Selanjutnya asam piruvat masuk ke dalam mitokondria untuk oksidasi sempurna menjadi CO2 dan H2O dengan melepaskan energi dalam bentuk ATP.
b. Lipid
Lipid sebelum memasuki sel dihidrolisa oleh enzim menjadi gliserol dan asam-asam lemak. Proses hidrolisis ini terjadi dalam saluran pencernaan, kemudian gliserol dan asam-asam lemak ini berdifusi kedalam system darah. Selanjutnya darah mengangkut molekul-molekul ini kedalam sel. Molekul gliserol lalu diubah menjadi fosfogliserildehida (PGAL) dan masuk kejalur glikolisis pada titik tersebut. Sedangkan asam lemak diubah oleh enzim beta oksidase menjadi asetil-CoA yang selanjutnya doksidasi melaui jalur siklus krebs menghasilkan CO2 dan H2O serta melepaskan molekul-molekul ATP.
c. Protein
Protein seperti halnya lipid, sebelum memasuki sel dihidrolisis dahulu menjadi asam amino oleh enzim protase dalam saluran pencernaan. Asam amino ini selanjutnya ditransfer oleh darah ke dalam sel, dan di sini kadang-kadang dioksidasi untuk pembentukan molekul ATP.
I. Pemamfaatan Energi
Glikolisis dan siklus krebs (respirasi sel) mengubah energi bebas dalam makanan menjadi energi bebas yang ditimbun dalam ATP. Fungsi sebagai sumber energi bagi aktifitas organisme yang memerluklan energi. Aktifitas ini dapat dibagi dalam beberapa golongan, yaitu:
a. Kerja mekanis
Lokomosi adalah salah satu cara hewan-hewan melaksanakan kerja mekanis yang terjadi bila sel otot berkontraksi. Daya yang dihasilkan kemudian disalurkan pada struktur-struktur yang telah disesuaikan untuk lokomosi dan sebagainya. Energi yang diperlukan agar otot dapat berkontraksi disediakan oleh ATP, demikian pula gerakan silium dan flagellum.
b. Transpor aktif
Sel-sel halus mengeluarkan energi agar dapat mentranspor ion atau molekul melawan gradien konsentrasi yaitu untuk transport aktif. Transpor aktif ini erat hubungannya dengan produksi dan penggunaan ATP oleh sel.
c. Produksi panas
Energi ini juga mmemerlukan sumber panas bagi organisme hidup, terutama mamalia dan burung sangat tergantung pada panas yang dihasilkan secara internal. Hewan-hewan ini dapat mempertahankan suhu badan yang tetap dalam lingkungan yang suhunya berubah-ubah. Umumnya produksi panas terjadi sebagai hasil sampingan dari proses transformasi energi lain dalam sel. Seperti kita ketahui, tidak ada transformasi energi yang 100% efesien. Contoh, bila energi kimia diubah menjadi energi mekanis (seperti kontraksi otot) banyak energi yang hilang dalam bentuk panas (70 – 80%). Sumber energi bagi kontraksi otot tersebut adalah ATP.
d. Anabolisme
Anabolisme adalah proses sintesis dari makromolekul seperti protein, polisakarida dan asam nukleat dari bahan-bahan yang sederhana. Proses sintesis demikian tak dapat berlangsung tanpa adanya masukan energi. Secara langsung atau tidak, ATP merupakan sumber energi bagi semua aktifitas anabolic di dalam sel.
J. Anabolisme
Jika proses katabolisme melepaskan energi, maka proses anabolisme memerlukan energi. Energi yang dilepas katabolisme dalam bentuk ATP itulah yang dimamfaatkan dalam anabolisme. Agar asam amino dapat disusun jadi protein, maka asam amino tesebut harus diaktifkan dan energi untuk aktifitas ini berasal dari ATP. Demikian pula untuk sintesis lemak diperlukan ATP.
Hasil-hasil metabolisme ini berguna dalam sejumlah fungsi yang esensial, misalnya glikogen, lemak dan protein berguna sebagai bahan bakar cadangan untuk katabolisme. Sintesis asam nuklat memungkinkan organisme untuk menyimpan dan mengutarakan kopi tambahan dari perbendaharaan informasi genetiknya. Juga molekul protein, protein-karbihidrat dan protein-lipid merupakan komponen structural yang esensial dari organisme, baik ekstrasel maupun intrasel. Bila sintesis bahan-bahan ini berlangsung lebih cepat dari pada perombakannya, maka organisme akan tumbuh
Semua transformasi anabolic, seperti halnya semua reaksi katabolic, dikatalis oleh enzim. Mengingat betapa mudahnya reaksi dikatalis oleh enzim dapat berbalik, maka diduga enzim-enzim yang berperan dalam katabolisme dapat pula berperan dalam proses anabolisme dalam suatu tindakan sederhana, seperti mengubah konsentrasi nisbi zat-zat pada kedua sisi dari persamaan itu. Dan pada kenyataannya, memang beberapa jalur anabolic menggunakan enzim yang juga digunakan dalam jalur katabolic yang serupa. Kebanyakan reaksi anabolic memerlukan enzim sitoplasma atau enzim yang terdapat di dalam reticulum endoplasma dan ditempat lainnya.
Meskipun semua makanan kita dalam batas tertentu dapat diubah dari satu zat ke zat lain, tetapi hal ni tidak sepenuhnya demikian. Dengan kata lain satu jenis makanan tidak dapat memenuhi semua kebutuhan anabolic kita. Memang kita dapat membuat banyak asam lemak dari glukosa, tetapi ada lemak tertentu (lemak tak jenuh) yang tidak dapat disintesis dan harus diperoleh langsung dari makanan kita. Meskipun kita dapat mensintesis 12 asam amino dari bahan
Pada akhirnya sebagai kiasan dapat dikatakan agar baterai kehidupan itu dapat bekerja terus, maka ia harus diisi sewaktu-waktu.
K. Fermentasi
Dalam keadaan tanpa oksigen (anaerob) sel-sel tertentu (misalnya sel otot dan ragi) memamfaatkan asam piruvat sebagai bahan baku fermentasi, baik untuk proses fermentasi asam laktat ataupun fermentasi alkoholik (etanol), langkah dalam glikolisis sama, kecuali pada langkah terakhir fermentasi alkoholik asam piruvat didekarboksilasi sebelum direduksi oleh NADH dan menghasilkan sebuah molekul CO2 dan sebuah moleklul etanol (sebenarnya masing-masing dua molekul untuk setiap molekul lukosa yang difermentasi). Pada hakekatnya reduksi asam piruvat menjadi asam laktat atau etanol dan CO2 adalah suatu proses anabolic yang memerlukan energi. Asam laktat ataupun etanol mengandung lebih banyak energi bebas dibanding asam piruvat. Maka proses tersebut merupakan proses penyimpan energi.
BAB.VII. BIOSINTESIS KARBOHIDRAT, LIPID, ASAM AMINO DAN NUKLEOTIDA
A. Biosintesis Karbohidrat
Pada bab VI, kita telah melihat bagaimana bahan makanan utama (karbohidrat, asam lemak, dan asam amino) diuraikan melalui lintas katabolic yang menyatu, menuju siklus asam sitrat, dan untuk menghasilkan electron berenergi tinggi menuju ke rantai respirasi. Bilamana electron mengalir “kebawah” menuju oksigen, electron tersebut memberikan energi untuk membuat ATP. Sekarang kita akan mengamati lintas anabolic. Yang memamfaatkan energi kimia dalam bentuk ATP dan NADPH untuk melakukan sintesis komponen sel yang penting dari molekul prokursor kecil. Katabolisme berjalan bersama-sama dalam suatu keadaan imbang dinamik, sehingga degradasi komponen sel yang menghasilkan energi diimbangi oleh proses biosintetik, yang terdapat 3 prinsip utama dalam proses biosintesis, yang menimbulkan dan mempertahankan keteraturan yang rapi pada sel hidup.
Terdapat 3 prinsip utama dalam proses biosintesis:
a. Lintas yang dilalui di dalam suatu biomolekul biasanya tidak identik dengan lintas yang dilalui pada proses degradasinya.
b. Lintas biosintetik dikontrol oleh enzim pengatur yang berbeda dari enzim-enzim yang mengontrol lintas katabolic yang bersangkutan.
c. Proses biosintetik yang memerlukan energi harus dikaitkan dengan penguraian ATP yang menghasilkan energi, dengan cara sedemikian rupa sehingga proses keseluruhannya bersifat tidak dapat balik, sama seperti proses keseluruhan katabolisme yang tidak dapat balik.
Biosintetik D-glukosa adalah keharusan pada semua hewan tingkat tinggi, karena otak dan system saraf, demikian pula jaringan medulla ginjal, testis, eritrosit dan embrio, memerlukan D-glukosa dari darah sebagai sumber bahan bakar utama. Otak manusia sendiri memerlukan lebih dari 120 gram glukosa per hari. Hewan secara terus-menerus membuat D-glukosa dari precursor yang lebih sederhana, seperti piruvat dan asam amino tertentu, dalam serangkaian reaksi biosintetik yang diatur dengan hati-hati, dan kemudian membawa glukosa ke dalam darah. Karbohidrat penting lainnya juga dibuat dari prekursor bukan karbohidrat.
Yang paling penting adalah biosintetis glikogen di dalam hati dan otot. Glikogen hati berbentuk sebagai cadangan glukosa, dan segera berubah menjadi glukosa darah, sedangkan glikogen otot adalah sumber energi ATP yang penting bagi kontraksi otot melalui penguraiannya pada glikolisis. Pada hewan, pembentukan D-glukosa dari prekursor bukan karbohidrat dinamakan glukoneogenesis (pembentukan gula baru). Prekursor penting D-glukosa pada hewan adalah laktat, piruvat, gliserol, sebagian asam amino, dan senyawa antara siklus asam sitrat. Pada hewan, glukoneogenesis terjadi terutama di dalam hati dan dalam jumlah sedikit di dalam korteks ginjal.
B. Lintas Glukoneogenesis
Seperti pada glikolisis yang merupakan lintas utama katabolisme karbohidrat, pengubahan piruvat menjadi glukosa lintas utama di dalam glukoneogenesis. Lalu lintas ini tidak identik, walaupun keduanya dalam beberapa tahap melalui lintas yang sama. Tujuh (7) reaksi enzimatik pada glikolisis juga berlangsung di dalam glukoneogenesis, ketujuhnya bersifat dapat balik.
Sebaliknya ada 3 tahap di dalam glikolisis yang bersifat tidak dapat balik dan oleh karena itu tidak dapat dimamfaatkan di dalam glukoneogenesis. Tahap-tahap ini dilampaui oleh serangkaian enzim lain, yang mengkatalisis berbagai reaksi dengan stokiometri yang berbeda. Enzim-enzim ini berfungsi di dalam glukoneogenesis, tetapi tidak di dalam glikolisis. Reaksi-rekais ini bersifat tidak dapat balik dan mengarah pada sintesis glukosa. Jadi glikolisis dan glukoneogenesis adalah proses yang tidak dapat balik di dalam sel. Glukoneogenesis dan glikolisis diatur sendiri-sendiri melalui pengontrolan terhadap tahap-tahap enzimatik spesifik yang tidak sama pada kedua lintas tersebut.
C. Sebagian Besar Asam Amino Adalah Glukogenik
Semua atom karbon pada asam amino yang diturunkan dari protein pada akhirnya diubah oleh hewan menjadi piruvat atau senyawa antara tertentu pada siklus asam sitrat. Karenanya asam amino tersebut, dapat mengalami pengubahan total menjadi glukosa dan glikogen, dan dinamakan asam amino glukogenik. Contoh nyata adalah alanin, glutamate dan aspartat, yang dengan peristiwa deaminasi, menghasilkan berturut-turut piruvat, alfa-ketoglutarat dan oksaloasetat, semuanya merupakan prekursor fosfonolpiruvat melalui reaksi yang dijelaskan di atas. Pada penderita diabetes mellitus, pengubahan total asam amino glukogenik menjadi glukosa adalah proses yang amat aktif dan berjalan pada kecepatan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan pada orang normal. Sebagai konsekuensi sekunder, sejumlah besar urea yang diturunkan dari deaminasi asam amino glukogenik, dikeluarkan ke dalam urine penderita diabetes.
D. Glukoneogenesis Terjadi Selama Masa Normalisasi Setelah Gerakan Muskular
Sintesis glukosa dari precursor yang lebih kecil berjalan pada kecepatan yang tinggi selama masa normalisasi setelah kerja otot habis-habisan, seperti setelah berlari 100 meter.
| Tabel. Asam Amino Glukogenik |
| Terubah menjadi piruvat · Alanin · Serin · Sistein · Glisin Terubah menjadi oksaloasetat · Asparagin · Aspartat Terubah menjadi Suksinil-KoA · Valin · Trenoin · Metionin Terubah menjadi a-koaglutarat · Glutamat · Glutamin · Prolin · Arginin · Histidin Memberikan atom karbon untuk sintesis, baik glukosa maupun senyawa keton · Fenilalanin · Isoleusin · Triptofan · Lisin |
Selama aktifitas musklular yang amat intensif ini, system sirkular tidak dapat membawa oksigen dan glukosa ke otot kerangka dengan kedepatan yang cukup untuk memenuhi kebutuhan otot yang demikian tinggi terhadap ATP. Dalam hal ini, glikogen otot dipergunakan sebagai bahan bakar cadangan dan dengan cepat diuraikan melalui glikolisis untuk membentuk laktat, jadi menghasilkan ATP yang merupakan sumber energi bagi kontraksi otot. Pada keadaan lingkungan ini, hanya tersedia oksigen dalam jumlah sedikit (tidak cukup_), oleh karena itu, laktat tidak dapat mengalami metabolisme lanjutan di dalam otot dan berdifusi ke dalam darah. Disini, konsentrasinya dapat menjadi amat tinggi selama pergerakan otot intensif ini. Pada akhir aktifitas lari cepat 100 meter, si pelari masih bernafas terengah-engah, tetapi lambat laun kecepatan napasnya menurun sampai ke tingkat normalnya yang rendah. Banyak dari kelebihan oksigen yang dikonsumsi selama periode normalisasi ini, atau yang kita istilahkan hutang oksigen, dipergunakan untuk menghasilkan ATP yang diperlukan bagi sintesis selama lari cepat ini. Selama proses normalisasi sempurna, yang dapat berlangsung selama 30 menit, laktat dipindahkan dari darah oleh hati, dan diubah menjadi glukosa darah melalui lintas glikoneogenesis seperti dijelaskan di atas. Glukosa darah kembali ke otot tempat molekul ini di bangun kembali glikogen.
E. Konsumsi Alkohol Menghambat Glukoneogenesis
Terdapat aspek lain glukoneogenesis yang menjadi perhatian khusus dalam biologi dan kesehatan manusia. Konsumsi berlebihan etil alcohol sangat menghambat glukoneogenesis pada hati dan mengakibatkan defesiensi glukosa di dalam darah. Ini dinamakan hipoglisemia. Pengaruh alcohol ini terutama kritis setelah periode aktivitas fisik berat, atau konsumsi rendah-makanan. Bilamana etanol diberikan kepada manusia setelah periodaktivitas fisik melelahkan, tingkat gluosa darah dapat menurun menjadi hanya 30 sampai 40% konsentrase normalnya. Hipoglisemia membahayakan fungi otak, karena keadaaan ini secara khusus mempengaruhi bagian otak yang berhubungan dengan pengaturan suhu, dengan akibat menurunnya suhu rectal sampai 20c atau lebih pada lingkungan ini. Jika glukosa diberikan melalui mulut kepada orang itu, suhu tubuh normal segera kembali ke keadaan semula. Praktek-praktek kuno dalam memberikan brandy atau whiskey kepada orang-orang lelah dan kelaparan yang misalnya baru dibebaskan dari tenggelam atau keadaan gawat, tidak sehat ditinjau dari segi fisiologis dan bahkan berbahaya. Pengobatan yang masuk akal adalah pemberian glukosa.
F. Metabolisme Glikogen Dapat Mengalami Kerusakan Genetik
Beberapa penyakit genetic manusia yang mempengaruhi sintesis atau degradasi glikogen telah ditemukan. Di antara yang pertama-tama dapat dijelaskan adalah kasus gadis cilik berumur 8 tahun di Jerman yang secara kronis mengalami pembengkakan hati di samping gejala-gejala metabolic. Setelah gadis tersebut meningggal karena influenza, paa ahli patologi menemukan hati gadis tersebut berukuran tiga kali ukuran normal, organ ini mengandung
Related post:
Posted in: 1. Psikologi Klinis-Abnormal-KesMen-Psikoterapi
