Membrane Sel

Membran sel  adalah  salah  satu  struktur  yang  terdapat pada  semua sel.  Membran adalah pembatas sel dengan lingkungan luarnya dan dengan sel terdekat. Membran sel bersifat selektif permeable terhadap ion-ion dan molekul organik dan mengontrol gerakan  material  dari  dan  menuju  sel.  Membran  sel  memiliki  peran  sebagai jangkar sitoskeleton untuk memberi bentuk pada  sel dan tempat menempelnya matriks ektraseluler dan sel lain ketika sel-sel berkelompok membentuk jaringan.

Sebagai  pembatas  antara  sel  dengan  lingkungannya,  fungsi  utama  membran  diantaranya: a.  Membentuk ruang-ruang yang khusus melalui selektif permeabel b.  Menghasilkan distribusi protein yang asimetris c.  Mengenal sel-sel yang ada disekitarnya d.  Bagian  dimana  molekul-molekul  reseptor  menempel  sebagai  sel  yang berfungsi sebagai sinyal e.  Mengontrol dan meregulas urutan reaksi-reaksi kimia.

Bahan  utama  dari  membran  sel  adalah  protein  dan  lipid  atau  lemak.  Membran protein  dan  lipid  tersusun  secara  khusus,  keduanya  bertanggung  jawab terhadap  isi  sel  dengan  cara  menyeleksi,  membiarkan  masuk  atau  menahan supaya tidak masuk ke dalam sel.  Pertama  kali  yang  mengemukakan  model  membran  adalah  Hugh  Davson  dan James  Danielli  pada  tahun  1935  yang  terkenal  dengan  model  sandwich (sandwich model membrane). Sebelum Davson dan Danielli mengusulkan model ini  sebelumnya  Gorter  dan  Grendel  pada  tahun 1925  telah mengusulkan model fosfolipid  bilayer.  Model  Davson-Danielle  menjelaskan  bahwa  lapisan  bilayer fosfolipid  berada  pada  dua  lapisan  protein  globular  sehingga  mirip  dengan sandwich.  Model  yang  diajukan  oleh  Davson-Danielle  diilustrasikan  oleh  Singer  (1992), dimana model  ini  menggambarkan  lapisan bilayer  fosfolipid  dilapisi  oleh  lapisan molekul  protein  baik  pada  baik  luar  maupun  bagian  dalamnya  (Gambar  3.13). Tampak  lapisan  fosfolipid  bilayar  dilapisi  oleh  molekul  protein  pada  bagian  luar dan bagian dalamnya sehingga model ini mengingatkan kita pada makanan yang terbuat dari roti dimana didalamnya ada bahan sayuran dan makanan lainnya  – sandwich.

Gambar 3.13. Gambar Model pertama Davson-Danielli yang diilustrasikan oleh Singer (1992)

Model ini lama diterima oleh para ahli sampai SJ Singer dan Garth Nicolson pada tahun1972  mengusulkan  model  baru  yang  bisa  dibuktikan  secara  experimen. Model  Singer  dan  Nicolson  menggambarkan  sistem  fosfolipid  bilayer  dimana  di dalamnya  tersebar  molekul  protein  dan  kolesterol  sehingga  membentuk  seperti mosaik.

                 

                     Model Sandwich, Davson-Danielli             Model Fluid Mosaic, Singer-Nicolson

Gambar 3.14. Perbandingan Model Fluida Membran menurut Davson-Danielli dan Singer-Nicolson

Menurut  model mosaik fluida SJ Singer dan Garth Nicolson 1972, membran sel atau  membran  biologis  dapat  dianggap  sebagai  cairan  dua  dimensi  di  mana semua  molekul  lipid  dan  protein  bisa  berdifusi  atau  menyebar  dengan    mudah. Molekul  lipid  yang  membentuk  membran  adalah  fosfolipid  bilayer.  Secara lengkap model membran fluida mosaik digambarkan pada gambar 3.15.

 

Gambar 3.15 Model Membran Fluida Mosaik dari Singer dan Nicholson. Sumber: Campbell, Biology

Fosfolipid membentuk lapisan  yang rapat karena bagian non polar yang bersifat jenuh. Apabila bagian non polar (asam lemak) mengandung ikatan C yang tidak jenuh  maka  ikatan  antara  bagian  non  polar  tidak  rapat.  Fosfolipid  pun  tersebar secara  asimetris  dan  lapisan  fosfolipid  mampu  menyusun  kembali  posisinya secara spontan dan  mampu berganti posisi baik secara lateral antara fosfolipid dalam  satu  lapisan  maupun  fosfolipid  dari  lapisan  yang  berbeda.  Pergerakan secara  lateral  bergerak  dengan  cepat  sementara  pergerakan  flip-flop  jarang terjadi.

Gambar 3.16. Gerakan fosfolipid yang spontan terjadi secara lateral dan flip-flop

Sumber: http://www.intechopen.com/source/html/25884/media/image2.png

Read More

Pertumbuhan dan Perkembangan

Pertumbuhan  dan  perkembangan  merupakan  dua  istilah  yang  berbeda  namun seringkali  orang  kesulitan  untuk  membedakannya.  Bahkan  orang  cenderung untuk menyamakan kedua  istilah  tersebut  padahal  jika  dikaji  lebih  dalam  kedua istilah  tersebut  sangatlah  berbeda.  Dalam  Biologi,  istilah  pertumbuhan  dan perkembangan  perbedaannya  tidak  hanya  terbatas  pada  istilah  saja  tetapi  juga sampai  pada  konsep  keilmuannya.  Jika  kedua  istilah  tersebut  belum  dipahami secara  benar  menurut  konsep  keilmuannya,  akan  terjadi  kesulitan  yang  lebih besar  lagi  manakala  kita  dihadapkan  kepada  konsep  tentang  reproduksi  atau perkembangbiakan.

Karena  itu,  perlu  dipahami  secara  jelas  mengenai  pertumbuhan  dan perkembangan,  apa  dan  bagaimana  peranannya  terhadap  kelangsungan  hidup organisme  sampai  kepada  cara  reproduksi  organisme  tersebut.  Hal  ini  perlu untuk menghindari terjadinya kesalahan pengertian terhadap ketiga konsep yaitu pertumbuhan, perkembangan dan reproduksi atau perkembangbiakan, sehingga kita  mampu  mengaitkan  antara  konsep  yang  satu  dengan  konsep  lainnya  serta mampu  menerapkan  ketiga  konsep  tersebut  dalam  kehidupan  nyata.  Materi berikut  ini  membahas  mengenai  perbedaan  antara  pertumbuhan  dan perkembangan,  pertumbuhan  primer  dan  sekunder,  serta  faktor-faktor  yang mempengaruhi  pertumbuhan  dan  perkembangan.

1.      Apa Pertumbuhan Itu?

Makhluk  hidup  multiseluler  berasal  dari  sel  yang  membelah  secara  mitosis secara berkelanjutan untuk membentuk jaringan-jaringan. Selain sel bertambah, yang menambah massa jaringan, ada juga sel-sel yaang mati yang mengurangi massa jaringan. Jika sel-sel baru yang hidup lebih banyak jumlahnya dari sel-sel yang  mati,  maka  massa  tubuh  bertambah.  Bagaimana  jika  sel  baru  yang  hidup sama atau lebih sedikit dari sel-sel yang mati? 

Pertumbuhan  adalah  suatu  kondisi  bertambahnya  massa,  volume,  atau  luas permukaan  tubuh  individu  makhluk  hidup  seiring  dengan  bertambahnya  waktu. Laju  pertumbuhan  adalah  pertumbuhan  dibagi  waktu.  Untuk  memudahkan dalam mempelajari pertumbuhan maka dibuatlah grafik/kurva yang menunjukkan hubungan  antara  volume  tubuh  terhadap  waktu.  Telah  diketahui  bahwa  kurva yang banyak digunakan untuk menganalisis pertumbuhan makhluk hidup adalah kurva sigmoid seperti yang terlihat pada gambar berikut.

Gambar Kurva Sigmoid

(Sumber : Anand, S. 2010. Plant growth and development. http://textbook.s-anand.net/ncert/class- 11/biology/15-plant-growth-and-development)

Pada lag phase (fase lambat) laju pertumbuhan rendah, pertambahan sel terjadi secara  lambat,  ini  terjadi  karena  sel-sel/tubuh  masih  beradaptasi  dengan lingkungan.  Pada  exponential  phase  (fase  eksponensial)  pertumbuhan  terjadi dengan  laju  tinggi,  di  mana  sel-sel  bertambah  dengan  cepat.  Pada  stationary phase  (fase  stasioner)  pertumbuhan  berlangsung  dengan  laju  nol,  artinya  tidak ada  lagi  pertambahan  sel  karena  jumlah  sel  baru  yang  hidup  sama  dengan jumlah sel-sel yang mati.

2.      Apa Perkembangan Itu?

Perkembangan  terjadinya  perubahan  morfologi  progresif.  Mulai  dari  zigot  yang membelah,  terus  berlanjut  membentuk  sel-sel  lain,  jaringan,  jaringan  baru  dan organ-organ  baru  melalui  proses  diferensiasi  morfogenesis  sehingga  pada akhirnya  terbentuk  makhuk  hidup  yang  sempurna.  Sebagai  contoh  kita  ambil perkembangan tanaman Brassica rapa.

Perkembangan  tanaman  dimulai  dari  germinasi  (perkecambahan)  yaitu berkembangnya embrio dari fase istirahat. Pada germinasi energi yang tersimpan dalam  biji  diserap  oleh  embrio.  Embrio  mulai  tumbuh,  ukurannya  meningkat, jumlah  sel-selnya  makin  banyak  dan  bertambah  kompleks,  dan  terbentuklah jaringan dan organ-organ. Lingkungan dan genetik memainkan peranan penting dalam  mengatur  pertumbuhan  dan  perkembangan.  Energi  untuk  pertumbuhan berasal dari fotosintesis.

Munculnya bunga adalah awal dari reproduksi seksual. Bunga menghasilkan sel- sel  kelamin  (sperma  dan  telur),  yang  merupakan  fungsi  utama  bunga.  Dengan adanya  bunga  maka  tanaman  dapat  melakukan  penyerbukan.  Penyerbukan (pollination)  adalah proses perkawinan  pada  tanaman.  Pada bunga, serbuk  sari (pollen)  hinggap  di  kepala  putik  (stigma)  melalui  berbagai  mekanisme.  Pada tanaman  brasica  serbuk  sari  mencapai  putik  karena  dibawa  oleh  lebah  dan serangga-serangga lain. 

Dengan penyerbukan maka terjadi fertilisasi, selanjutnya terjadi zigot dan embrio. Embrio  berkembang  menjadi  individu  tanaman  baru. Berikut  ini  deskripsi  tahap- tahap perkembangan tumbuhan Brassica rapa (sawi putih). Daur hidup Brassica rapa  cukup  pendek  yaitu  35-40  hari  dari  mulai  biji  ditanam  hingga  biji  dipanen.

Gambar Perkembangan Pada Tanaman Brassica rapa

Read More

Perkembangan Teori Sel

Sejak  Robert  Hooke  berhasil  mengamati  struktur  sel  dari  sayatan  gabus,  para ahli  mulai  berpikir  untuk  mengetahui  lebih  dalam  tentang  struktur  sel  serta fungsinya bagi makhluk hidup. Apakah seluruh makhluk hidup dibangun oleh sel yang  sama?  apakah  struktur  dan  fungsi  sel  pada  makhluk  hidup  sama? bagaimana  mengetahui  lebih  jauh  tentang  struktur  dan  fungsi  dari  sel?  Dan bagaimana  menjelaskan  struktur  dan  fungsi  sel  dengan  seluruh  aktivitas  yang terjadi dalam makhluk hidup.

Hasil beberapa pengamatan yang lebih mendalam dari struktur sel yang diawali oleh  Antonio  van  Leuweunhoek  serta  Robert  Hooke  telah  mendorong  para ahli lainnya  seperti  Theodora  Schwann  dan  rekannya  untuk  mengembangkan  teori sel. Untuk itu pada modul ini para peserta pelatihan diharapkan dapat memahami tentang  perkembangan  teori  sel  serta  struktur  makluk  hidup  mulai  dari  yang sederhana sampai yang memiliki struktur tubuhnya yang kompleks. Modul  ini  diawali  dengan  pemahaman  tentang  organisasi  makhluk  hidup  mulai dari tingkat sel, jaringan yang dibentuk oleh sekelompok sel yang memiliki fungsi yang  sama,  organ  yang  dibangun  oleh  beberapa  jenis  jaringan  yang  memiliki fungsi dan struktrur yang berbeda. Selanjutnya organ-organ yang memiliki fungsi yang  berbeda  membentuk  sebuah  sistem  organ.  Sistem  organ  pada  akhirnya akan membangun sejenis individu khususnya yang memiliki tingkat kompleksitas yang  tinggi.  Sejarah  perkembangan  teori  sel  sejak  penemuan  sel  oleh  Robert Hooke melalui sayatan gabus memperkaya pemahaman guru dalam konsep sel dan sejarah perkembangan teori sel.

Istilah sel pertama kali digunakan oleh ahli biologi untuk menggambarkan ruang-ruang kecil yang ditemukan pada sayatan gabus oleh Robert Hooke. Bagaimana para ahli tertarik untuk mengungkap rahasia makhluk hidup? Khususnya tentang susunan dari makhluk hidup. Siapa dan apa yang pertama kali mendorong rasa ingin  tahu  Robert  Hooke,  Schleiden  dan  yang  lainnya  sehingga  bisa menyimpulkan  tentang  teori  sel.  Mari  kita  telusuri  orang-orang  yang  memiliki sumbangan besar dalam terbentuknya teori sel.

Gambar Beberapa ahli yang berperan dalam sejarah penemuan teori sel

a.      Zacharias Jansen

Diawali  oleh  penemuan  Zacharias  Jansen,  seorang  berkewarganegaraan Belanda sekitar tahun 1580-an,  yang dibantu ayahnya ketika membuat sebuah mikroskop  sederhana  dengan  cara  meletakkan  dua  buah  lensa  cembung  pada dua ujung tabung (gambar 2). Temuan Zacharian Jansen telah mendorong para ahli lainnya untuk melakukan penelitian lebih lanjut.

Gambar Zacharias Jansen dan mikroskop buatannya

(Sumber: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/museum/janssen.html)

b.      Robert Hooke

Seorang  ilmuwan  dari  Inggris,  Robert  Hooke  (1635  -  1703),  menemukan ―ruang-ruang  kecil‖  dari  sayatan  gabus  yang  diamati  di  bawah  mikroskop. Hooke  menemukan  ruang-ruang  kosong  (gambar  2)  pada  sayatan  gabus. Ruang-ruang  kecil  ini  oleh  Hooke  sebut  sebagai  sel.  Sel-sel  yang  diamati oleh  Hooke merupakan sel-sel  gabus  yang  sudah mati.  Akan  tetapi,  Hooke tidak mengetahui dengan pasti apa struktur dan fungsi dari ruang-ruang ini.

Gambar Robert Hooke dan Mikroskop yang digunakannya untuk mengamati sayatan gabus

(Sumber: http://micro.magnet.fsu.edu/primer/museum/images/hooke.jpg)

Gambar Sayatan gabus di bawah mikroskop (Robert hooke) dan dengan pembesaran 1000x

Sumber: http://stevegallik.org/images/RobertHookeMicrographia1665_2.jpg

c.       Antonio von Leuwenhoek

Antonio  von  Leeuwenhoek  (1632-1683)  seorang  berkebangsaan  Belanda dan    orang  yang  pertama  kali  mengamati  dan  menggambarkan  makhluk hidup  renik  dengan  mikroskop  sederhana.  Diyakini  pertama  kali Leeuwenhoek melihat bakteri dari kotoran gigi dan protista mirip hewan dari setetes air.  Beberapa temuan penting dari Antonio van Leewenhoek diantaranya adalah Infusoria,  sejenis  protista  pada  tahun  1674,  Bakteri  yang  berasal  dari mulut manusia, Vakuola, Spermatozoa dan Serat-serat otot.

Gambar Antonio von Leeuwenhoek dengan mikroskop sederhana yang digunakannya.

(Sumber : http://www.vanleeuwenhoek.com/)

d.      Robert Brown (1773 – 1858)

Robert  Brown  adalah  seorang  ahli  botani  dan  palaebotanist  yang  telah memberikan  banyak  kontribusi  penting  terhadap  perkembangan  ilmu  botani. Brown  juga  merupakan  seorang  pioneer  dalam  menggunakan  mikroskop  serta telah  member  banyak  kontribusi  pengetahuan  tentang  inti  sel  dan  gerakan sitoplasma.  Gerak  Brown  adalah  gerak  pada  molekul-mokeul  yang  terlarut dalam sitoplasma pertama kali ditemukan oleh Robert Brown.

Gambar Robert Brown dengan mikroskop yang digunakannya ketika menemukan inti sel dalam sayatan epidermis anggrek.

(Sumber: https://www.anbg.gov.au/biography/biog-pics/brown-robert.jpg)

e.       Dr. Matthias Jacob Schleiden (1804 - 1881)

Seorang  Profesor  Botani  berkebangsaan  Jerman  dari  Universitas  Jena, sebagai  salah  seorang  pencetus  teori  sel  bersama-sama  dengan  Theodor Schwann dan  Rudolf  Virchow. Schwann menyatakan bahwa bagian-bagian yang berbeda dari tumbuhan disusun oleh sel-sel. Schleiden dan Schwann menjadi orang pertama  yang  memformulasikan  apa  yang  kemudian  oleh  orang  diyakini bahwa sel sebagai prinsip dasar biologi yang sama pentingnya dengan teori atom  bagi  kimia  dan  fisika.  Schleiden  juga  mengetahui  pentingnya  inti  sel dalam proses pembelahan sel yang  ditemukan oleh Robert Brown.

f.        Dr. Theodor Schwann (1839)

Berbeda  dengan  rekannya  dari  Jerman  Schleiden  yang  menggunakan tumbuhan  sebagai  objek  pengamatannya,  Dr  Theodor  Schwann  bekerja sebagai ahli zoologi. Schwann berhasil menunjukkan jaringan hewan secara mikroskopik  dan  menemukan  partikel-partikel  yang  menarik  dalam  jaringan syaraf  dan  otot.  Schwann  pun  telah  mengobservasi  sel-sel  yang berhubungan  dengan  selubung  serabut  syaraf  yang  disebut  sel-sel Schwann.  Bersama-sama  dengan  Schleiden,  Theodor  Schwann  menyimpulkan  dari hasil observasinya tentang sel sebagai berikut: Sel  merupakan  kesatuan  struktural,  fisiologis,  dan  organisasi  dari makhluk hidup, Sel  memiliki  eksistensi  ganda  yaitu  sebagai  entitas  yang  berbeda  dan sebagai bagian yang membangun organisme, dan Sel  terbentuk  secara  bebas,  mirip  dengan  pembentukan  Kristal (spontaneous generation).

g.      Rudolf Ludwig Karl Virchow (1821 –1902)

Rudolf  Ludwig  Karl  Virchow  seorang  dokter  Jerman,  yang  menyatakan sebuah slogan ―Omnis cellula e cellula‖ artinya semua sel hanya berasal dari sel  sebelumnya.  Pernyataannya  ini  sekaligus  menentang  pendapat  dari penjelasan  Schwann  yang  ketiga  bahwa  sel  muncul  begitu  saja  seperti kristal (generatio spontanea).

Dari penemuan-penemuan para ahli di atas, teori sel modern saat ini menyimpulan bahwa:

a.       Semua makhluk hidup terdiri dari sel-sel.

b.      Sel adalah unit struktural dan fungsional dari semua makhluk hidup. Semua sel berasal dari sel-sel pra-ada melalui proses pembelahan (Generasi spontan tidak terjadi).

c.       Sel berisi informasi genetik yang diturunkan dari sel ke sel selama pembelahan sel (Sel pertama adalah pengecualian karena tidak mungkin berasal dari sel sebelumnya yang sudah ada).

d.      Semua sel pada dasarnya memiliki komposisi kimia yang sama.

e.       Semua aliran energi (metabolisme & biokimia) kehidupan terjadi dalam sel.

Berdasarkan pendapat beberapa ahli di atas, dikembangkan teori sel yang dinyatakan sebagai berikut:

a.       Semua organisme dibangun oleh sel-sel.

b.      Sel merupakan kesatuan dasar secara struktural dan fungsional dari makhluk hidup.

c.       Sel berasal dari sel sebelumnya karena sel-sel mampu melakukan reproduksi.

Read More