Konsep Biologi Sel,Biologi Molekuler dan Penggolongan Sel

Untuk menambah khasanah keilmuan dunia laboratorium medik, khususnya rekan-rekan ATLM yang sedang melanjutkan study atau kuliah tingkat D4 TLM, akan ada mata kuliah Biologi Molekuler yang akan banyak menekankan pada pembelajaran DNA, RNA dan Protein serta aplikasinya pada dunia kedokteran medis.

Konsep Biologi Sel. (Foto : https://venngage.com/)

Pada pembahasan ini akan dipelajari konsep biologi sel, biologi molekuler, yang diawali dengan penggolongan makhluk hidup mulai dari tahun 1735 oleh Linnaeus, kemudian disusul oleh Haeckel (1866), oleh Chatton (1937), Chopeland (1938), Whittaker (1969), Whoese (1990), Cacalier (1998) dan yang terakhir oleh Ruggiero (2015) yang mulai dari 2 Kingdom sampai dengan 7 Kingdom. Namun pada pembahasan ini akan ditekankan khususnya pada sel manusia (animalia) sebagai wakil dari kelompok Eukaryot dan bakteri sebagai wakil dari kelompok protista.

Manfaat secara umum setelah mempelajari pembahasan ini, diharapkan akan dapat memahami tentang konsep biologi sel, biologi molekuler, serta perkembangan penggolongan makhluk hidup mulai dari yang paling sederhana sampai ke aras molekuler. Materi ini sangat penting untuk rekan-rekan yang saat ini berprofesi sebagai tenaga Ahli Teknologi Laboratorium Medik (ATLM), mengharuskan profesi rekan-rekan ATLM selalu berhadapan dengan tugas-tugas pengambilan sampel darah pasien melalui tindakan invasif.

Tindakan ini mengandung resiko, baik bagi Anda maupun bagi pasien. Setelah itu Anda juga melakukan pemeriksaan laboratorium dari sampel yang berasal dari pasien, baik sampel dari darah, sputum, feces, urin, LCS dan komponen jaringan yang lainnya yang sangat beresiko dengan terjadinya infeksi. Untuk itulah Anda harus mempelajari berbagai materi biologi sel dan molekuler agar Anda dapat bekerja dengan benar dan aman. Era yang semakin canggih dengan perkembangan teknologi maka pemeriksaan Laboratorium juga semakin berkembang, salah satunya pemeriksaan yang menggunakan molekuler (diagnosa molekuler). Oleh karena itu pulalah Anda sebagai ATLM yang harus mempelajari biologi sel dan molekuler.

Setelah mempelajari pembahasan ini, Anda sebagai tenaga ATLM diharapkan dapat menjelaskan tentang konsep biologi sel, biologi molekuler, serta penggolongan makhluk hidup mulai tahun 1735 sampai dengan tahun 2015 (8 generasi). Namun, fokus kompetensi yang perlu Anda miliki adalah Anda dapat menjelaskan penggolongan makhluk hidup berdasarkan struktur ultra sel (Eukaryor dan Prokaryot). Secara lebih spesifik, Anda diharapkan dapat menjelaskan struktur ultra sel eukaryot beserta macammacam organellanya yaitu inti sel, RE kasar, RE halus, badan golgi, mitokondria, lisosom, vakuola, mikrotubulus, sentriol serta fungsi dari masing-masing organella. Selain itu, Anda juga diharapkan dapat menjelaskan struktur ultra sel prokaryot.

Konsep Biologi Sel dan Biologi Molekuler

Biologi sel adalah ilmu yang mempelajari sel, baik pengertiannya maupun organella yang ada di dalam sel serta fungsinya. Tubuh organisme hidup tersusun oleh sel, apabila organisme hidup tersebut hanya memiliki satu sel termasuk organisme uniseluler seperti yeast, protozoa, dan bakteri. Organisme yang tersusun dari banyak sel dikenal dengan istilah organisme multiseluler, contohnya adalah manusia, hewan dan tumbuhan.

Sel adalah unit terkecil dari kehidupan, yang memiliki bentuk dan ukuran yang berbeda-beda tergantung tempat dan fungsi dari jaringan yang disusunnya.

Sel pertama kali yang ditemukan oleh Robert Hooke pada tahun 1665. Sel dalam bahasa Latin adalah cellula yang artinya bilik kecil. Mengapa disebut sebagai bilik kecil?

Pada awal sel ditemukan, yang terlihat adalah sel gabus yang tampak hanya seperti bilik, karena sel gabus yang diamati adalah benda mati.

Dalam perkembangannya, Hooke melihat perbedaan antara sel gabus dengan sel yang hidup. Di dalam sel hidup terdapat cairan kental yang kemudian disebut protoplasma. Dengan ditemukannya mikroskop elektron (Electron Mycroscope/EM) yang mulai dikenal dalam ilmu biologi pada tahun 1950 an, sel dapat terlihat hingga kepada komponen sel yang lebih rinci lagi. Ditemukan pula bahwa ternyata sel merupakan tempat yang berongga (cytos dalam bahasa Yunani), dan kantong yang berisi (cella dalam bahasa Romawi).

Setelah EM, fakta tentang sel semakin berkembang dengan digunakannya Scanning Electron Mycroscope (SEM) yang lebih jelas untuk dapat melihat topografi sel.

Sel adalah suatu wadah yang di dalamnya terjadi aktivitas biosintesis ribuan molekul yang sangat dibutuhkan untuk kehidupan organisme yang memiliki sel tersebut. Ukuran sel maupun bentuknya sangat bervariasi, tergantung tempat dan fungsinya.

Anda dapat melihat bagaimana bentuk dari sel hewan (multiseluler) bila dilihat melalui mikroskop, baik dengan pengecatan ataupun tanpa pengecatan (Gambar 1.1). Pada contoh organisme eukaryot yang uniseluler adalah yeast (Gambar 1.2)

Gambar 1.1. Morfologi sel hewan A. Dengan pengecatan/mikroskop fase kontras, B. Tanpa pengecatan/mikroskop fase kontras, C. Dilihat dengan mikroskop fluorescens. (Wilbur et al. 2005)

Gambar 1.2. Scanning Electron Micrograph sel Yeast (Saccharomyces cerevisiae) (Coady 2010)

Konsep Biologi Molekuler

Biologi Molekuler adalah ilmu yang mempelajari sel baik pengertiannya maupun organella yang di dalam sel serta fungsinya sampai ke aras molekul penyusunnya. Biologi molekuler adalah ilmu multidisiplin karena mencakup biologi sel, biokimia, dan genetika. Perhatikan contoh sel penyusun membran plasma dan membran yang membungkus macam-macam organella, yang tersusun dari lipid bilayer (dua lapisan lemak) seperti Gambar 1.3.

Gambar 1.3. Membran Lipid Bilayer (Wilbur et al. 2005)

Gambar 1.3. menunjukkan bahwa membran plasma tersusun dari dua lapisan pospolipid, yang dilengkapi dengan adanya protein transmembran serta adanya karbohidrat yang melekat di permukaan membran tersebut. Tampak bahwa dua lapisan lipid tersebut terbagi menjadi bagian yang bersifat hidrofobik (bagian yang ada di tengah, bagian yang takut akan air), dan bagian yang di luar bersifat hidrofilik. Selain mempelajari struktur ultra sel sampai ke aras molekul, Biologi Molekuler juga mempelajari bagaimana pertumbuhan dan perkembangan sel dilihat sampai ke aras molekul. Materi ini dapat Anda pelajari pada siklus sel.

Penggolongan Jasad Hidup

Sistem klasifikasi/penggolongan makhluk hidup mengalami dinamika perubahan sesuai dengan perkembangan teknologi ilmu pengetahuan. Perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan akan menghasilkan perkembangan data berupa karakter/ciri-ciri suatu organisme yang digunakan oleh para ahli taksonomi. Berdasarkan urutannya, saat ini terdapat sistem klasifikasi sampai 8 generasi sepeerti yang disajikan dalam Tabel 2.1. di bawah ini.

Tabel : Perkembangan Sistem klasifikasi Makhluk Hidup

Pada pembahasan kali ini yang akan dibahas adalah tentang penggolongan sel berdasarkan struktur ultra sel. Mengapa demikian? Seorang tenaga TLM yang tugasnya berhubungan dengan pemeriksaan kesehatan bagi manusia tentunya harus mengetahui karakter dari yang menyusun manusia tersebut, yaitu sel. Sel yang dimiliki oleh manusia termasuk ke dalam kelompok Eukaryot. Dalam pengambilan sampel darah pasien, bagi tenaga TLM terdapat resiko terinfeksi mikroorganisme. Anda perlu mempelajari bagaimana harus mengatasi atau meminimalkan terjadinya infeksi. Untuk itulah Anda harus mempelajari tentang sel manusia.

Selain itu, Anda juga harus mempelajari tentang struktur ultra sel bakteri yang termasuk kelompok prokaryot. Mangapa bakteri perlu difahami oleh tenaga TLM? Bakteri adalah mikroorganisme yang banyak menyebabkan infeksi pada manusia. Itulah alasan mengapa dalam setiap tindakan yang dilakukan oleh tenaga TLM harus dengan cara aseptik, untuk menghindari terjadinya infeksi pada manusia.

Berdasarkan struktur ultra sel maka sel dapat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu sel Eukaryot dan sel Prokaryot. Penggolongan ini dilakukan oleh Chatton (1937).

Semua sel baik eukaryot maupun prokaryot memiliki komponen tersebut di bawah ini:

Membran plasma yang berperan sebagai barier, yang sifatnya selektif
Cytosol, yang bentuknya semifluid, seperti jelly, yang ada di dalam sel, di dalamnya tersuspensi semua komponen sel
Kromosom, membawa gen yang terangkai di dalam DNA
Ribosom, sebagi tempat sintesis protein.

Sel Eukaryot

Di dalam sel eukaryot terdapat banyak organella yang mempunyai fungsi yang berbeda-beda. Struktur ultra sel dengan macam-macam organellanya dapat Anda lihat pada Gambar 1.4. Macam-macam organella tersebut rata-rata diameternya adalah 5µm. Adapun macam organella tersebut adalah:

Nukleus sering disebut inti sel mengandung kromosom. Di dalam kromosom terdapat DNA, dan pada DNA terangkai banyak gen yang berfungsi dalam membawa sifat keturunan dari orang tua ke keturunannya. Inti sel dibungkus oleh suatu membran, membran lipid bilayer, sehingga terpisah dari sitoplasma. Di dalam inti sel terdapat suatu massa yang bergranula, yang disebut sebagai anak inti atau nukleolus. Di dalam nukleolus terjadi sintesis rRNA, yang kemudian di kemas dengan protein yang diimport dari sitoplasma menjadi subunit ribosom yang besar maupun kecil. Subunit ribosom besar maupun kecil selanjutnya dibawa keluar dari nukleus melalui pori-pori membran inti menuju ke sitoplasma. Sub unit ribosom kecil dan sub unit ribosom besar kemudian diasembling menjadi ribosom. Setiap nukleus dapat memiliki dua atau lebih nukleolus, tergantung spesiesnya. Di dalam inti sel juga terjadi transkripsi, yang menghasilkan mRNA, yang selanjutnya mRNA tersebut ditransfer ke luar inti sel melalui pori-pori membran inti, menuju ke ribosom.
Ribosom, adalah tempat sintesis protein tepatnya adalah translasi. Translasi adalah proses sintesi protein dengan mRNA sebagai cetakannya. Ribosom merupakan kompleks antara rRNA dengan protein. Sel-sel yang memiliki kecepatan sintesis protein tinggi memiliki banyak ribosom, bahkan sampai beberapa juta ribosom. Terdapat dua macam ribosom, yaitu ribosom yang terikat pada membran RE kasar, dan ribosom yang bebas berada di dalam sitoplasma. Kedua macam ribosom memiliki struktur yang mirip. Ribosom bebas sebagai tempat untuk sintesis protein yang difungsikan di dalam sitosol, sedangkan protein yang disintesis pada ribosom terikat digunakan pada membran itu sendiri atau di eskresikan ke luar sel. Contoh protein yang diproduksi pada ribosom bebas adalah enzym yang berfungsi dalam mengkatalisa penguraian. Sedangkan protein yg diproduksi Ribosom terikat contohnya enzym yang diproduksi oleh pankreas yang disekresikan ke usus halus untuk proses pencernaan protein.
Retikulum Endoplasmik (RE), adalah organella yang mempunyai hubungan dengan beberapa sistem endomembran. Sistem endomembran yang dimaksud adalah membran inti, RE, badan golgi, lysosom, vesikel, vakuola dan membran plasma, di mana sistem endomembran ini banyak bekerja dalam sintesis protein (tempat sintesis protein, penyempurnaan hasil sintesis protein, penyimpanan hasil sintesis protein, maupun ekspor protein ke luar sel). Membran RE dalam bentuk lamella yang merupakan kelanjutan dari membran inti. Terdapat dua macam RE, yaitu 1) RE kasar, karena di permukaan menbrannya melekat ribosom yang fungsinya untuk sintesi protein. RE kasar pada sel pankreas mensintesis protein yang berfungsi sebagai hormon insulin, yang kemudian disekresikan pada aliran darah. Hormon insulin tersebut dalam bentuk glycoprotein; 2) RE halus, karena di permukaan membrannya tidak ada melekat ribosom. Adapun fungsi dari RE halus adalah: sintesis lipid, metabolisme karbohidrat, detoksifikasi obat dan racun, dan menyimpan ion kalsium.
Mitokondria, memiliki dua membran yaitu membran luar dan membran dalam yang membentuk lekukan-lekukan ke arah dalam yang disebut sebagai cristae. Mitokondria merupakan tempat terjadinya respirasi sel, menghasilkan energy dalam bentuk ATP yaitu molekul berenergi tinggi. Mitokondria banyak mengandung enzym-enzym yang berfungsi dalam siklus Kreb. Ada sel yang hanya memiliki satu mitokondria besar, tetapi ada yang memiliki banyak mitokondria. Sel yang aktivitasnya tinggi memiliki mitokondria lebih banyak apabila dibandingkan dengan sel yang aktivitasnya kurang.
Badan Golgi, pertamakali ditemukan oleh ahli biologi dan fisika dari Italia yang bernama Camello Golgy. Fungsinya penyempurnaan hasil sintesis protein pada ribosom, penyempurnaan yang terjadi adalah folding (melipat-lipat), karboksilasi, metilase.
Lysosom, berasal dari bahasa Yunani yang artinya badan pemecah, bentuknya seperti vesikel, bulat seperti bola, merupakan kantong. Dihasilkan oleh RE kasar dan badan Golgy, badan Golgy membentuk tunas yang kemudian dilepaskan tunas tersebut, tuanas tersebut adalah lysosom. Di dalam lisosom berisi enzym-enzym hidrolitik yang fungsinya mencernak bahan makanan yang masuk ke dalam sel atau makromolekul, selain itu lysosom juga menghancurkan organella yang rusak.
Vakuola, bentuknya seperti lysosom, merupakan kantong, ukurannya bervariasi, tergantung fungsinya.

Gambar 1.4. Struktur Ultra Sel Eukaryot Beserta Macam-macam Organellanya (Wilbur et al. 2005)

Gambar 1.5. Macam-macam Organella Yang Dimiliki Sel Hewan (Wilbur et al. 2005)

Sel Prokaryot

Sel prokaryotik merupakan sel tanpa membran inti. Sel ini mempunyai materi genetik berupa DNA yang tidak terbungkus oleh membran, tetapi hanya merupakan massa yang kekentalannya lebih tinggi dibandingkan dengan kekentalan sitoplasma di sekitarnya sehingga disebut sebagai nukleoid. Sel prokaryotik tidak mempunyai organella sehingga struktur sel ini masih sangat sederhana. Aktivitas sel berlangsung di dalam membran sel dan di dalam sitoplasma. Sebagai contoh sel prokaryotik adalah bakteri yang umumnya merupakan organisme uniseluler dan ciri-cirinya:

Terdapat dinding sel yang bahan dasarnya peptidoglikan (kombinasi antara protein dan karbohidrat), selain itu juga dijumpai adanya lemak. Sifat dari dinding sel ini rigid (kaku) yang berada di luar membran sel, fungsinya selain melindungi isi sel juga memberikan bentuk pada sel bakteri
Membran sel, berada di bagian dalam dari dinding sel tetapi di luar dari sitoplasma, fungsinya memisahkan bagian dalam dan bagian luar dari sel.
DNA bentuknya sirkuler, superkoil, terdapat di dalam sitoplasma tanpa adanya membran yang membungkus
Tidak dijumpai adanya nukleus, tetapi nukleoid
Tidak dijumpai retikulum endoplasma baik kasar maupun halus, tetapi dijumpai ribosom yang merupakan partikel kecil yang tersusun dari protein dan RNA. Sel bakteri adalah uniseluler tetapi mempunyai banyak ribosom sampai 10.000 kopi ribosom. Fungsi ribosom sebagai tempat sintesis protein(translasi)
Tidak dijumpai Mitokondria maupun badan golgi

Gambar 1.6.Struktur Ultra Sel Bakteri (Wilbur et al. 2005)

Memiliki pilli/fimbriae yang tersusun dari protein pillin, fungsinya untuk melekat pada sel host, sebagai awal terjadinya infeksi.
Memiliki flagella, tersusun dari protein flagellin, fungsinya untuk bergerak.

Sumber :

Darmawati, S. 2017. Konsep Biologi Sel,Biologi Molekuler dan Penggolongan Sel. BPPSDMKes ; Jakarta