Proses kehidupan dalam Sel

Resume

PROSES KEHIDUPAN DALAM SEL

(Dr.Darmadi Goenarso)

 

Ø  PROTOPLASMA

Organisme hidup yang hanya satu sel.  contohnya yaitu amoeba. Suatu jasad perairan dengan diameter tubuh kurang lebih 0,25mm.jasad ini terdiri dari bahan yang dinamakan protoplasma. Protoplasma merupakan bahan hidup yang terdiri dari bagian yang lebih cair, dinamakan sitoplasma. Dan yang mengelilingi bagian yang lebih padat dan berbentuk hampir bulat, dinamakan inti. Sitoplasma diliputi selaput halus seperti benang-benang,butiran,rongga dan lain-lain. Unsur-unsur yang terdapat dalam protoplasma adalah : karbon, oksigen, nitrogen, hydrogen, posfor, belerang, natrium, kalium, kalsium, magnesium, klorida, iodium, besi dan tembaga.

A.  BAHAN YANG MEMBANGUN PROTOPLASMA

1.    Air

Merupakan 50 – 90% bagian protoplasma. Jika kekurangan air protoplasma akan mati.

2.   Bahan Anorganik

Terdiri dari senyawa terlarut dan utamanya terbentuk dari unsur klorida , sulfat, sulfat dan karbonat dengan natrium, kalium, kalsium, dan magnesium. Jumlah senyawa dalam protoplasma bervariasi tergantung pada jenis sel. Sama halnya dengan air senyawa tersebut harus selalu ada karena diperlukan bagi kehidupannya.

3.  Bahan Organik

Setiap senyawa yang mengandung karbon, kecuali CO (Karbon Monoksida), CO₂ (Karbon dioksida) dan garam-garam karbon dengan logam, dinamakan sebagai senyawa organik. Beberapa kelompok utama bahan organik adalah : Karbohidrat, lemak, protein, dan asam inti (asam nukleat).

Karbohidrat terdiri dari unsure karbon (C), hydrogen (H), dan oksigen (O). dan terbagi kedalam beberapa kelas : monosakarida, disakarida, dan polisakarida. Monosakarida biasanya dinamakan gula sederhana dengan rumus kimia C₆H₁₂O₆. Contohnya glukosa, fruktosa dan galaktosa. Gula ini mempunyai rasa manis, bereaksi netral, dapat dikristalkan, larut dalam air dan mudah terdialisis. Glukosa dan fruktosa dapat diperoleh dari buah-buahan, biji-bijian,akar tanaman dan madu lebah. Terdapat juga dalam darah (± 0,1 %), merupakan energy yang terkandung dan dapat didistribusikan ke berbagai tempat. Disakarida merupakan gabungan dua molekul gula sederhana dengan melepas satu molekul air, reaksinya :

C₆H₁₂O₆            +  C₆H₁₂O₆                    C₁₂H₂₂O₁₁     +      H₂O 

          Monosakarida     monosakarida          disakarida            air

Contoh disakarida : sukrosa yang ditemukan pada tebu dan bit yang dibentuk dari glukosa dengan fruktosa, maltosa yang merupakan gabungan dua molekul glukosa dan laktosa atau gabungan glukosa dan galaktosa. laktosa dibentuk dalam proses peragian tepung gandum sumbernya dari hewan dan mudah diurai menjadi asam laktat oleh bakteri tertentu. Polisakarida merupakan hasil gabungan sejumlah monosakarida dan tidak mengandung air, mempunyai rumus umum (C₆H₁₀O₅)n. contoh : tepung atau amilum, dextrin, dan selulosa yang merupakan cadangan karbohidrat tanaman. Sedangkan glikogen merupakan cadangan gula bagi hewan. Polisakarida diubah menjadi monosakarida dan reaksi ini dikenal sebagai hidrolisis. Polisakarida tidak dapat dikristalkan dan tidak mempunyai rasa tertentu, tidak dapat membentuk larutan yang baik karena tidak terdialisis. 

            Lemak terdiri dari senyawa karbon (C), hydrogen (H), dan oksigen (O). dan terdapat asam-asam lemak atau turunannya. Dapat terlarut dalam beberapa pelaru, oksidasi lipid menimbulkan panas lebih tinggi dan membutuhkan oksigen lebih banyak. Lemak dibutuhkan dalam makanan untuk : memperoleh asam-asam lemak utama yang tidak jenuh,mendapatkan energy.

            Protein merupakan salah satu senyawa paling kompleks karena disebabkan oleh unsure yang membangunnya paling sedikit lima bahkan lebih. Protein dibangun oleh sejumlah besar molekul-molekul asam amino.

            Asam inti fungsinya : menyangkut pengendalian dalam pertumbuhan sel, reproduksi dan deferensiasi. Berperan dalam proses penerusan sifat ke generasi berikutnya (hereditas). Secara struktur merupakan rangkaian polimer nukleotidayang terdiri dari basa purin dan pirimidin, gula pentosa dan bagian asam posfat.

B.  CIRI PROTOPLASMA

1.    Sifat Fisiologis protoplasma

Adalah iritabilitas dan eksitabilitas yaitu cirri organisme hidup yang bereaksi terhadap rangsangan lingkungan luar atau didalam tubuh makhluk itu sendiri berupa (stimulus) yang dapat menimbulkan perubahan.  Konduktivitas yaitu kemampuan protoplasma untuk meneruskan rangsang bias juga diartikan kemampuan untuk menyampaikan berita dari satu tempat ke tempat lain dalam protoplasma terdapat pada setiap sel dan berada pada keadaan yang baik pada sel saraf. Kontraktilitas yaitu kemampuan untuk menggerakan berbagai tubuhnya atau mengubah posisinya.yang merupakan reaksi terhadap rangsang dari sekelilingnya dengan mengubah bentuknya amoeba dapat bergerak dari satu tempat ke tempat lain, perubahan bentuk sel diatas dinamakan kontraktilitas.tapi tidak semua sel dalam tubuh hewan yang kompleks mampu menjalankan kontraktilitas ini . dalam tubuh manusia ada dua struktur yang mampu untuk melakukannya yaitu otot dan leukosit. Lekosit menunjukan sifat kontraktilitasnya dengan pembentukan dan penarikan pseudopodia seperti pada amoeba.  Metabolisme yaitu penggunaan energy yang terus menerus oleh protoplasma pada sebuah sel, membutuhkan kebutuhan energy yang sesuai untuk pemulihannya aktifitas yang menyangkut kebutuhan dan penggunaan energy ini dikelompokan kedalam aktivitas metabolism. Dan termasuk seluruh perubahan materi dan energy yang terjadi dalam tubuh. Ada dua macam energy yaitu energy kinetis (bergerak) dan energy potensial (setempat). Energy potensial kimia kemampuan suatu senyawa untuk melaksanakan kerja dengan mengalami perubahan. Unsure C dan O mengandung energy potensial kimia. Gabungan unsure O dengan unsure lain dinamakan oksidasi atau istilah sehari-hari adalah pembakaran suatu senyawa organic (mengandung C dan O atau C,H dan O) mudah teroksidasi yaitu kemampuan untuk mengikat oksigen lebih banyak dan memiliki energy potensial lebih banyak lagi. Senyawa ini terdapat dalam makanan lemak, karbohidrat dan protein. Sumber energy untuk kehidupan hewan berasal dari pakan (energy potensial) yang dimakan hewan lansung atau tidak langsung berasal dari tumbuh-tumbuhan. Tumbuhan mampu membuat dan membangun berbagai senyawa dari senyawa anorganik sederhana seperti air, CO₂, nitrat, sulfat dan posfat menjadi senyawa yang komplek. Dengan adanya  penyimpanan atau penyerapan energy maka fotosintesis dikatakan sebagai proses dasar yang merupakan sumber ketergantungan kehidupan hewan. Ekskresi  tumbuh dan reproduksi . Walaupun dalam keadaan istirahat protoplasma tetap melakukan berbagai aktivitas.

C.  TERMODINAMIKA DALAM PROSES BIOLOGI

Termodinamika adalah studi tentang hubungan kuantitatif antara panas dengan energy bentuk lain. Atau teori dasar tentang pengubahan energy dan proses pengangkutannya, termasuk difusi, osmosis, mengalirnya suatu cairan melalui saluran, pembentukan potensial listrik pada membrane, pertukaran panas, arah dan laju reaksi kimia, dll.

a.     Sistem terisolasi, tertutup dan terbuka

1.      Sistem terisolasi berarti terisolasi dari sekelilingnya dalam suatu system yang benar-benar terisolasi, tidak terjadi penambahan atau penyusutan bahan dan energy karena tidak terjadi pertukaran dengan system lain disekelilingnya. Dalam system ini suatu bahan dapat diubah menjadi energy dan dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk lain.

2.     Sistem tertutup dapat membentuk sendiri bahan yang diperlukan energy dapat diperoleh dari sekelilingnya. System tertutup dengan lingkungannya merupakan bagian dari system terisolasi yang besar.

3.    System terbuka, organisme hidup benar-benar merupakan system terbuka, memperoleh nutrisi (bahan dan energy) dari sekelilingnya dan dapat pula mengeluarkan bahan buangan dan bahan lain  kesekelilingnya.

 

1)      Hukum Termodinamika

Hukum I Termodinamika ( Hukum kekekalan energi) : menyatakan bahwa total energy dalam system yang terisolasi ( jagat raya ) akan konstan. Energi tidak bias diciptakan atau dihilangkan tapi dapat diubah dari suatu bentuk energy ke energy lain. Didalam system tertutup ( suatu ruang tanpa adanya pertukaran energy melalui pembatas ruang tersebut berisi sejumlah energy). Persamaannya:

∆ E = 0 ( persamaan energy di dalam system tertutup)

∆E = Q – W ( persamaan energy didalam system terbuka).

Hukum II Termodinamika menyatakan bahwa terjadinya degradasi energy ( energy yang bias dimanfaatkan untuk kerja), tidak bisa dihindarkan, energy berubah menjadi panas. Energy panas dapat diubah menjadi bentuk lain dan menghasilkan kerja namun dengan efisien kurang dari 100% . hokum ini menunjukan terjadinya peningkatan panas dalam system manapun. Energy berkualitas tinggi akan terjadi penyusutan menjadi energy panas ( berkualitas rendah).

2)      Organisme Hidup dan Sistem Terbuka

Dalam hidupnya organism ini perlu melaksanakan tahapan pertumbuhan dan perbanyakan (reproduksi), suatu proses yang sangat terkoordinasi dalam menggunakan energy yang berasal dari makanan. Organism hidup dengan memanfaatkan sisa-sisa energy dialam. Secara mutlak, semua proses biologibergantung pada penyerapan energy cahaya dari matahari dan energy radiasi panas dari bumi ke angkasa luar.

a.     Katabolisme

Energi potensial kimia yang terdapat pada karbohidrat, lipid, dan protein. Senyawa ini tidak saja dijumpai dalam makanan, tetapi juga bagian protoplasma. Agar dapat digunakan dalam proses penting (misal untuk kontraksi otot ) maka energy potensial kimia di dalam makanan atau protoplasma harus di lepaskan. Pelepasan energy potensial dikenal sebagai katabolisme.

Pengeluaran energy bila molekul organic yang besar dipecah menjadi dua atau lebih molekul lebih kecil, molekul yang  terbentuk memiliki energy potensial lebih kecil  dari pada energy yang terkandung dalam molekul asalnya. Sejumlah energy telah terlepas . contoh: pada fermentasi glukosa oleh ragi.

C₅H₁₂O₆ + 6 O₂                         6 CO₂ + 6 H₂O + energi 

1.      Penggunaan energy yang terlepas

Energy yang dikeluarkan oleh katabolisme dapat digunakan oleh protoplasma untuk berbagai keperluan. Katabolisme terjadi didalam setiap sel tanpa kecuali. Tapi jumlah katabolisme bervariasi dari satu jenis jaringan atau organ ke jenis lain dan bergantung pada kebutuhannya akan energy.

2.     Proses permintaan kebutuhan dan pengaturan

Energy yang dilepas akan bermanfaat bila dapat ditangkap dengan baik dan dapat diatur penggunaannya. Energy kinetis didalam tubuh juga diperlukan, disebarkan, dikendalikan dan dirangkaikan hingga dapat dimanfaatkan untuk berbagai aktivitas tubuh mahluk hidup. Juga keseimbangan antara energy dari dalam yang terlepas dari energy dari luar tubuh yang harus dimasukan, pertukaran ini harus terus berlangsung selama makhluk itu hidup.

b.     Anabolisme

Untuk mempertahankan eksistensi dan kelangsungan fungsinya maka pada setiap perombakan (katabolisme) harus diikuti mekanisme perbaikan (penyusunan) atau anabolisme.

1.      Menelan

Langkah awal adalah memasukan berbagai bahan kedalam tubuh untuk mengganti bagian-bagian yang rusak atau yang telah digunakan. Pada hewan multisel, menelan makanan berarti memasukan makanannya kedalam saluran pencernaan atau saluran makanan.

2.     Pencernaan

Molekul-molekul karbohidrat, lemak, dan protein yang berada dalam makanan yang tertelan masih terlalu besar untuk dimanfaatkan dalam pembentukan protoplasma, pada hewan multisel sel-sel yang membangun tubuhnya sebagian besar tidak mempunyai kemampuan fagosit terhadap bahan makanan karena sel-selnya telah terdiferensiasi dan terspesialisasi hingga mempunyai fungsi khusus. Jadi harus melakukan persiapan lebih dahulu agar bahan makanan ini dapat dimanfaatkan oleh setiap sel yang membangun tubuhnya.

3.    Penyerapan

Pada manusia penyerapan dilakukan di saluran pencernaan. Organism satu sel tidak memiliki saluran pencernaan seperti yang dimiliki hewan multisel. Jadi bahan makanan langsung diserap melewati membrane selnya. Mekanisme yang berlangsung dapat terjadi melalui transport pasif atau aktif.

c.      Ekskresi

Oksidasi makanan menghasilkan dua hal:

1.      Pengubahan energy kimia menjadi energy kinetis

2.     Pengubahan materi makanan menjadi senyawa lebih sederhana termasuk bahan-bahan sisa yang harus dibuang.

Ekskresi merupakan usaha sel atau organisme untuk membuang senyawa hasil metabolisme yang tidak dapat dimanfaatkan contoh: air, karbondioksida, urea dan asam urat. Sebagian akan dibuang melalui proses ekskresi. Organisme sederhana yang terdiri dari satu sel tidak memiliki system ekskretori seperti pada hewan yang kompleks namun system ekskresi tetap berlangsung melalui membrane.

d.     Respirasi atau pernapasan

Pada beberapa hewan proses ini berlangsung di paru-paru yang mempunyai fungsi yaitu : 1. Pemasukan oksigen dari udara ke darah, 2. Pengeluaran CO₂ (dan sejumlah kecil air dari darah ke udara) .

Pada organism satu sel proses pertukaran oksigen dengan karbondioksida berlangsung dengan difusi. Proses terjadi karena terdapat perbedaan konsentrasi antara satu bagian didalam sel dengan bagian sel diluar.

 

Ø  STIMULUS DAN RESPON

A.  ADAPTASI DAN HOMEOSTATIS

1.    ADAPTASI

Adalah suatu kemampuan yang dimiliki makhluk hidup untuk mempertahankan diri secara individu maupun pada semua keturunannya. Reaksi adaptasi bersifat :

1.      Perlindungan (protection), usaha organism untuk melindungi diri terhadapkerusakan (reaksi pertahanan diri,menghindar atau lari).

2.     Pemeliharaan (maintenance), usaha memperoleh bahan untuk pertumbuhan dan pemeliharaan keadaan protoplasma, mencukupi kebutuhan energy.

3.    Berbiak (reproduction), bertujuan untuk mengkekalkan spesies.

Makhluk hidup tidak selamanya mengadaptasi diri terhadap perubahan lingkungan, atau adaptasinya kurang atau tidak sempurna karena :

1.      Dihadapkan pada perubahan yang tiba-tiba atau sangat kuat atau tajam

2.     Tidak mempunyai alat untuk menghadapi perubahan tertentu

3.    Ada kerusakan atau cacat pada tubuh organisme. Seringkali diturunkan pada suatu keadaan, secara alam suatu organism tidak dapat menghadapi penyakit tertentu tapi setelah diberi kekebalan organism tersebut mampu bertahan dari penyakit.

2.     HOMEOSTATIS

Hewan harus memiliki system yang mampu mengendalikan kondisi didalam jaringan tubuh agar relative mantap. Kecenderungan organisme untuk mempertahankan kondisi yang relative mantap ini terjadi perubahan yang nyata diluar tubuh disebut homeostatis. Pengaturan lingkungan didalam tubuh terhadap perubahan dilingkungan luar tubuh menyangkut pengaturan secara fisiologi, misalnya suhu tubuh, kadar gula dalam darah, tekanan darah dll dengan sistemj pengendalian. Parameter diatas dapat dikatakan teratur bila tubuh dengan mekanisme pengawasannya berusaha untuk mepertahankan pada nilai yang relative tetap. Pengaturan biasanya melibatkan mekanisme kerja saraf dan hormone. Timbulnya kejadian tertentu diluar tubuh dapat menghambat bahkan menghentikan aktivitas yang sedang berlangsung.

B.  DIFERENSIASI, ORGANISASI INTEGRASI

Pada hewan tingkat multiseluler yang lebih tinggi misal : mamalia dan juga pada manusia berbagai fungsi diatas dilakukan oleh struktur yang terpisah. Struktur ini sangat berbeda bukan hanya pada konstruksi fisik tetapi juga pada komposisi kimianya. Diferensiasi ini berkenaan dengan fungsinya yang khusus sehingga keseluruhan terdapat pembagian pekerjaan pada setiap bagian tubuh. Dalam menjalankan fungsinya setiap bagian tidak berjalan sendiri-sendiri secara acak. Melainkan terkoordinasi antara tugas satu bagian dengan lainnya seperti frekuensi, lama waktu kerja, intesitas dll. Keadaan ini disebut organisasi. Sebagai hasil koordinasi berbagai bagian dalam tubuh dapat membentuk satu kesatuan atau terintegrasi.

C.  TRANSPORTASI MELALUI MEMBRAN

Bila suatu senyawa masuk atau keluar sel melalui membrane tanpa memerlukan energy secara khusus maka dikatakan proses pasif. Bila waktu perpindahan senyawa diperlukan energy atau senyawa khusus dikatakan sebagai proses aktif.

Cirri umum dan penting pada sel hidup mampu secara selektif mengumpulkan dari atau mengeluarkan ke lingkungannya beberapa senyawa tertentu. Kejadian ini dinamakan transport aktif.

a.  Proses transport pasif

Dapat terjadi karena terdapat perbedaan kadar zat atau energy antara kedua bagian yang bersebelahan pada membrane atau bagian-bagian yang berbeda didalam suatu larutan. Misal : Difusi adalah suatu proses yang dapat terjadi dengan atau tanpa membrane tenaga utamanya berasal dari molekul-molekul yang selalu bergerak hingga terjadi tumbukan antara molekul atau tumbukan antara molekul dan membrane.

1.      Osmosis

Serupa dengan difusi tetapi yang bergerak melalui membrane hanya air sedangkan zat lain tidak melewati membrane. Membrane demikian dikatakan membrane semifermiabel hanya dapat dilewati air saja sedang molekul lain tidak bisa lewat.

Sangat diperlukan adanya mekanisme pengaturan dalam tubuh meliputi pengaturan zat terlarut di dalam cairan tubuh agar sel-sel tidak menggembung maupun mengkerut, sebagai masuk atau keluar air yang berlebihan ke dan dari sel.

2.     Dialisis

Prinsip dialysis digunakan dalam dalam ginjal buatan, darah pasien dialirkan ke tabung-tabung dialysis hingga terjadi pemisahan zat-zat toksik terlarut (urea) proses ini dikenal sebagai homodialisis.

3.    Filtrasi

Terjadi bila terdapat perbedaan tekanan cairan diantara kedua membrane. Membrane berlaku sebagai saringan yang dapat melewatkan molekul-molekul atas dasar ukurannya dengan bantuan tekanan terhadap membrane.

b.     Proses Transport aktif

Seringkali merupakan pengiriman bahan-bahan ke tempat lain yang mengandung bahan tersebut dengan kadar lebih tinggi dengan syarat tersedia cukup energy  karenanya system transport aktif ini sering disebut sebagai “pompa”.

Maka dapat disimpulkan bahwa, sel dilibatkan dalam transport aktif pada 3 hal :

Sintesis molekul pengikat (enzim), pembentukan ATP, Sintetis Enzim.

1.      Endositosis

Sel dapat memperoleh molekul atau bahan dari luar seperti virus, asam inti, bakteri dll. Ada 2 macam endositosis : pinositosis dan fagositosis.

Pinositosis terjadi bila membrane sel membentuk cekungan sebagai akibat adanya kontak antara molekul asing dengan permukaan membrane sel. Terbentuk vakuola yang berisi molekul-molekul asing tadi.

Fagositosis terjadi bila sel “menelan” atau melingkari suatu partikel dengan pembentukan pseudopodia akhirnya partikel tadi terdapat didalam vakuola. Dapat dilakukan oleh sel darah putih (leukosit).

2.     Eksositosis

Kebalikan dari pinositosis. Terjadi bila vakuola dalam sel bergerak kearah membrane, melekat, terbuka dan mengeluarkan isinya. Untuk membuang bahan yang tidak diperlukan bahan beracun atau hasil metabolism sel itu sendiri atau untuk mengirimkan bahan tertentu seperti lemak ke tempat lain.

Proses aktif ini berarti sel mengatur setiap bahan yang melewati membrane. Maka sel dapat mempertahankan keadaan lingkungan hingga dapat melaksanakan fungsinya dengan baik.