Organel - Organel Sel dalam Sitoplasma

Sitoplasma dipenuhi oleh partikel serta organel berukuran besar dan kecil yang tersebar. Bagian cair yang bening dari sitoplasma yang merupakan tempat partikel tersebut tersebar disebut sitosol; yang terutama mengandung protein, elektrolit, dan glukosa yang terlarut.

Didalam sitoplasma tersebar lemak netral berbentuk globulus, granula glikogen, ribosom, vesikel sekretori, dan lima organel yang sangat penting: retikulum endoplasma, badan Golgi,mitokondria, lisosom, dan peroksisom.

Retikulum Endoplasma

Terdapat suatu jaringan berbentuk tubulus dan struktur vesikel gepeng dalam sitoplasma yang disebut retikulum endoplasma. Tubulus dan vesikel ini saling berhubungan satu sama lain. Dindingnya juga terbentuk dari membran berlapis lipid ganda yang terdiri atas sejumlah besar protein, mirip dengan membran sel. Luas permukaan struktur ini pada beberapa sel misalnya, sel hati dapat mencapai 30 sampai 40 kali luas permukaan membran sel.

Struktur detail dari satu bagian kecil retikulum endoplasma diperlihatkan pada Gambar diatas. Ruang yang terdapat di dalam tubulus dan vesikel terisi dengan matriks endoplasma, suatu media cair yang berbeda dengan cairan dalam sitosol yang berada di luar retikulum endoplasma. Mikroskop elektron menunjukkan bahwa ruang di dalam retikulum endoplasma berhubungan dengan ruang yang terletak di antara dua lapisan membran nukleus.

Zat-zat yang dibentuk pada beberapa bagian sel akan memasuki ruang retikulum endoplasma dan kemudian disalurkan ke kompartemen lain di sel. Di samping itu, luasnya permukaan retikulum dan berbagai sistem enzim yang melekat pada membrannya memberikan struktur yang berperan penting dalam fungsi metabolisme sel.

Ribosom dan Retikulum Endoplasma Bergranula

Di banyak bagian permukaan luar retikulum endoplasma, melekat sejumlah besar partikel bergranula kecil yang disebut ribosom. Bagian retikulum tempat ribosom ini melekat disebut retikulum endoplasma bergranula. Ribosom tersusun atascampuran dari RNA dan protein, dan berfungsi untuk sintesismolekul protein baru di dalam sel.

Retikulum Endoplasma Tidak Bergranula

Sebagian retikulum endoplasma tidak memiliki ribosom. Bagian ini disebut sebagai retikulum endoplasma tidak bergranula atau halus. Retikulum tidak bergranula ini berfungsi dalam sintesis zat lipid dan berperan dalam proses sel lain yang diperantarai enzim yang berada di dalam retikulum.

Badan Golgi

Badan Golgi, seperti yang tampak dalam Gambar diatas, erat hubungannya dengan retikulum endoplasma. Badan Golgi memiliki membran yang mirip dengan membran retikulum endoplasma tidak bergranula. Badan Golgi biasanya tersusun atas empat atau lebih lapisan vesikel yang tipis, gepeng, dan tertutup, yang tersusun menumpuk serta terletak dekat dengan salah satu sisi nukleus. Badan Golgi ini penting pada sel sekretori, di mana Lbadan tersebut terletak di sisi sel tempat zat sekretori akan dikeluarkan.

Badan Golgi bekerja sama dengan retikulum endoplasma. Seperti yang diperlihatkan dalam Gambar diatas, "vesikel transpor" kecil (disebut juga vesikel retikulum endoplasma, atau vesikel RE), secara terus-menerus dilepaskan dari retikulum endoplasma dan segera setelah itu bergabung dengan badan Golgi. Dengan cara ini, zat yang terperangkap dalam vesikel RE diangkut dari retikulum endoplasma ke badan Golgi. Zat yang diangkut tersebut selanjutnya diproses dalam badan Golgi untuk membentuk lisosom, vesikel sekretori, dan komponen sitoplasma lainnya.

Lisosom

Lisosom, seperti yang ditunjukkan pada Gambar diatas, adalah organel berbentuk vesikel yang terbentuk dari beberapa bagian badan Golgi yang lepas dan kemudian menyebar ke seluruh sitoplasma. Lisosom ini membentuk sistem pencernaan intraselular yang memungkinkan sel untuk mencerna (1) struktur sel yang rusak, (2) partikel makanan yang telah dicerna sel, dan (3) zat yang tidak diinginkan seperti bakteri. Lisosom berbeda pada jenis sel yang berbeda, tetapi biasanya berdiameter antara 250 sampai 750 nanometer. Lisosom dikelilingi oleh membran lipid ganda yang khas dan berisi sejumlah besar granula berukuran kecil yang berdiameter 5 sampai 8 nanometer, yang merupakan kumpulan protein yang terdiri atas 40 jenis enzim hidrolase (pencernaan). Suatu enzim hidrolitik mampu memecahkan senyawa organik menjadi dua bagian atau lebih dengan cara menggabungkan hidrogen yang berasal dari molekul air dengan suatu bagian senyawa tersebut, dan menggabungkan gugus hidroksil dari molekul air dengan bagian lain senyawa tadi. Contohnya, protein dihidrolisis untuk membentuk asam amino, glikogen dihidrolisis untuk membentuk glukosa, dan lipid dihidrolisis menjadi asam lemak dan gliserol.

Biasanya, membran yang menyelubungi lisosom akan mencegah enzim hidrolitik yang terkurung untuk berhubungan dengan zat lain di dalam sel dan dengan demikian, mencegah kerja pencernaannya. Namun, beberapa keadaan yang merusak membran beberapa lisosom memungkinkan pelepasan enzim pencernaan. Enzim tersebut kemudian akan memecahkan zat

organik yang berkontak dengannya menjadi zat yang lebih kecil dan sangat mudah berdifusi, misalnya asam amino dan glukosa.

Peroksisom

Peroksisom berbentuk mirip dengan lisosom, tetapi berbeda dalam dua hal penting. Pertama, peroksisom diyakini terbentuk dengan cara mereplikasi diri (atau mungkin berasal dari bagian retikulum endoplasma halus yang lepas) dan bukan dari badan Golgi. Kedua, peroksisom mengandung enzim oksidase dan bukan hidrolase. Beberapa enzim oksidase mampu menggabungkan oksigen dengan ion hidrogen yang berasal dari berbagai zat kimia intraselular untuk membentuk hidrogen peroksida (H2O2). Hidrogen peroksida adalah zat yang sangat mudah mengoksidasi zat lain, dan bekerja sama dengan katalase, suatu enzim oksidase lain yang ditemukan dalam jumlah besar di dalam peroksisom, untuk mengoksidasi banyak zat yang bila tidak dioksidasi akan menjadi racun bagi sel. Sebagai contoh, kira-kira setengah dari jumlah alkohol yang diminum seseorang didetoksifikasi oleh peroksisom sel hati dengan cara ini.

Vesikel Sekretori

Salah satu fungsi penting dari banyak sel adalah sekresi zat-zat kimia khusus. Hampir semua zat sekretori dibentuk oleh sistem retikulum endoplasma badan Golgi dan kemudian dilepaskan dari badan Golgi ke dalam sitoplasma dalam bentuk vesikel penyimpanan, yang disebut vesikel sekretori atau granulasekretori. Gambar 2-6 memperlihatkan vesikel sekretori yang khas dalam sel asini pankreas; vesikel ini menyimpan protein proenzim (enzim yang belum aktif). Proenzim kemudian akan disekresikan melalui membran sel bagian luar, masuk ke dalam duktus pankreatikus dan dari tempat tersebut, masuk ke dalam duodenum, di mana proenzim menjadi aktif dan melakukan fungsi pencernaannya pada makanan yang berada dalam saluran pencernaan.

Mitokondria

Mitokondria disebut sebagai "gudang energi" ("powerhouse") sel. Tanpa mitokondria, sel tidak akan dapat memperoleh energi yang cukup dari zat gizi, dan semua fungsi sel akan berhenti.

Mitokondria terdapat di semua bagian sitoplasma setiap sel, tetapi jumlah total per sel sangat bervariasi, mulai dari kurang dari seratus sampai beberapa ribu, tergantung jumlah energi yang dibutuhkan oleh masing-masing sel. Selanjutnya, mitokondria terkonsentrasi di bagian sel yang berperan besar terhadap metabolisme energi sel. Ukuran dan bentuknya juga bervariasi. Beberapa mitokondria berdiameter hanya beberapa ratus nanometer dan berbentuk globulus, sedangkan mitokondria lain bentuknya memanjang-berdiameter 1 mikrometer dengan panjang 7 mikrometer; sisanya bercabang-cabang dan berbentuk filamen.

Struktur dasar mitokondria, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar diatas, terutama tersusun atas dua lapisan lipid gandamembran protein: sebuah membran luar dan sebuah membrandalam. Banyak lipatan membran dalam yang membentuk rak-rak, yang merupakan tempat perlekatan enzim oksidatif. Selain itu, rongga bagian dalam mitokondria juga dipenuhi dengan matriks yang mengandung sejumlah besar enzim terlarut, yang dibutuhkan untuk mendapatkan energi dari zat gizi. Enzim-enzim ini bekerja sama dengan enzim-enzim oksidatif yang berada pada rak untuk mengoksidasi zat gizi, dengan demikian membentuk karbon dioksida dan air serta pelepasan energi pada saat yang sama. Energi yang dilepaskan tersebut digunakan untuk sintesis suatu zat "berenergi tinggi" yang disebut adenosin trifosfat (ATP). ATP kemudian diangkut keluar dari mitokondria, dan berdifusi ke seluruh bagian sel untuk memberikan energinya di mana saja energi tersebut dibutuhkan untuk menjalankan fungsi sel.

Mitokondria dapat mereplikasi diri, yang berarti satu mitokondria dapat membentuk mitokondria kedua, ketiga, dan seterusnya, bilamana sel perlu untuk menambah jumlah ATP. Mitokondria memang memiliki DNA yang mirip dengan DNA yang ditemukan dalam nukleus. Di Bab 3 kita akan mengetahui bahwa DNA merupakan bahan kimia dasar nukleus yang mengatur replikasi sel. DNA mitokondria memainkan peran serupa, yang mengatur replikasi mitokondria.

Sitoskeleton Sel—Struktur Filamen dan Tubulus

Protein serat halus dari sel biasanya tersusun sebagai filamen atau tubulus. Protein tersebut merupakan molekul protein prekursor yang disintesis oleh ribosom dalam sitoplasma. Molekul prekursor tersebut selanjutnya berpolimerisasi membentuk filamen. Contohnya, sejumlah besar filamen aktin yang sering terdapat di zona luar sitoplasma yang disebut ektoplasma, membentuk struktur penunjang yang elastis bagi membran sel. Dalam sel otot, filamen aktin dan miosin juga tersusun menjadi suatu mesin kontraktil khusus yang merupakan dasar timbulnya kontraksi otot.

Suatu jenis khusus filamen kaku yang tersusun atas molekul tubulin yang berpolimer digunakan di semua sel untuk membentuk struktur tubulus yang kuat, yaitu mikrotubulus.Gambar diatas memperlihatkan mikrotubulus khas yang diambil dari flagela sebuah sperma.

Contoh lain dari mikrotubulus adalah struktur rangka tubulus di bagian tengah setiap silia yang tersusun radier ke atas dari sitoplasma sel sampai ke ujung silia. Struktur ini akan dibahas kemudian dalam bab ini, dan ditunjukkan dalam Gambar diatas. Sentriol dan gelendong mitosis dari sebuah sel yang sedang bermitosis juga tersusun atas mikrotubulus yang kaku.

Jadi, fungsi utama mikrotubulus adalah berperan sebagai sitoskeleton, yang merupakan struktur penunjang yang kaku untuk bagian tertentu sel.

Nukleus

Nukleus merupakan pusat pengaturan sel. Secara singkat, nukleus mengandung sejumlah besar DNA, yang merupakan gen. Gen tersebut menentukan karakteristik protein sel, termasuk protein struktural, dan enzim intraselular yang mengatur aktivitas sitoplasma dan nukleus Gen juga mengatur dan mendukung proses reproduksi sel itu sendiri. Gen tersebut pertama-tama bereproduksi untuk membentuk dua unit gen yang identik, kemudian sel akan membelah diri melalui proses khusus yang disebut mitosis untuk membentuk dua sel anak, yang masing-masing menerima satu dari dua unit gen DNA yang terbentuk tadi. Semua aktivitas nukleus ini dibahas secara detail di bab berikutnya.

Sayangnya, nukleus yang tampak dengan menggunakan mikroskop cahaya tidak dapat memberikan banyak petunjuk mengenai mekanisme bagaimana nukleus mengatur sel. Gambar diatas memperlihatkan sebuah nukleus dalam fase interfase (periode di antara dua mitosis) dengan menggunakan mikroskop cahaya, yang memperlihatkan materi kromatin berwarna gelap di seluruh bagian nukleoplasma. Selama mitosis, materi kromatin tersusun dalam bentuk struktur yang lebih kompleks yaitu kromosom, yang dapat diidentifikasi dengan mudah dengan menggunakan mikroskop cahaya.

Membran Nukleus

Membran nukleus, yang juga disebut selubung nukleus, sebenarnya merupakan dua lapis membran yang terpisah, yakni satu membran di dalam membran yang lain. Membran luar terhubung dengan retikulum endoplasma yang berada di sitoplasma sel, dan ruangan antara kedua membran nukleus juga terhubung dengan ruangan di dalam retikulum endoplasma, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar diatas.

Membran nukleus ditembus oleh ribuan pori pori nukleus. Kompleks molekul protein yang besar menempel di tepi pori-ori tersebut sehingga bagian pusat dari setiap pori hanya berdiameter sekitar 9 nanometer. Walaupun demikian, ukuran ini cukup besar untuk memungkinkan molekul dengan ukuran sampai 44.000 berat molekul untuk dapat lewat dengan cukup mudah.

Nukleolus dan Pembentukan Ribosom

Nukleus dari sebagian besar sel memiliki satu atau lebih struktur yang sangat mudah menyerap zat warna yang disebut nukleolus. Nukleolus, tidak seperti organel lainnya yang dibahas dalam bab ini, tidak memiliki sebuah membran pembatas. Sebaliknya, nukleolus hanya merupakan suatu kumpulan sejumlah besar RNA dan protein yang jenisnya sama dengan protein yang ditemukan di ribosom. Nukleolus membesar secara bermakna bila sebuah sel secara aktif menyintesis protein.

Pembentukan nukleolus (dan pembentukan ribosom dalam sitoplasma di luar nukleus) berawal di nukleus. Pertama, gen DNA yang spesifik dalam kromosom menyebabkan sintesis RNA. Beberapa RNA yang diproduksi tersebut disimpan dalam nukleolus, tetapi sebagian besar diangkut ke luar melalui pori-pori nukleus ke dalam sitoplasma. Dalam sitoplasma, RNA bersama-sama dengan protein yang spesifik digunakan untuk membentuk ribosom yang "matang" yang berperan penting pada pembentukan protein sitoplasma.