KEHIDUPAN SEL

Makhluk hidup tersusun atas komponen dari yang terkecil adalah sebagai berikut :

Sel
Sel adalah satuan fungsional terkecil yang menyusun tubuh makhluk hidup yang pertama kali  ditemukan pada tahun 1965 oleh Robert Hooke.

Jaringan
Jaringan adalah sekelompok sel yang bersatu dan mempunyai bentuk dan fungsi yang sama. Jaringan ini hanya dimiliki oleh makhluk hidup multiseluler.

Organ
Organ adalah kumpulan beberapa jaringan yang bekerjsama untuk melakukan tugas tertentu.

Sistem Organ
Kumpulan dari organ-organ yang bekerjasama untuk melakukan fungsi tertentu pada makhluk hidup disebut sebagai sistem organ. Sebagai contoh pada manusia yaitu sistem pencernaan terdiri dari organ mulut, kerongkongan, lambung, hati, kantong empedu, pankreas, usus halus, usus besar dan anus. Apabila salah satu organ tersebut tidak atau mengalami gangguan maka akan memperngaruhi fungsi kerja organ yang lain.

Jadi dapat disimpulkan bahwa tubuh makhluk hidup merupakan suatu organisasi kehidupan yang secara berturut-turut dan saling ketergantungan dengan diagram sbb:



METABOLISME PADA SEL
      Sel hidup adalah pabrik kimia dalam miniatur, di mana ribuan reaksi dalam ruang mikroskopik. Gula bisa diubah menjadi asam amino yang saling terkait bersama menjadi protein bila dibutuhkan. Sebaliknya, saat makanan dicerna, proteinnya dibongkar menjadi asam amino yang bisa diubah menjadi gula. Pada organisme multiseluler, banyak sel yang mengekspor produk kimia yang digunakan di bagian lain organisme. Proses yang disebut respirasi sel mendorong sel untuk mengekstrak energi yang tersimpan dalam gula dan bahan bakar lainnya. Sel menerapkan energi ini untuk melakukan berbagai macam jenis pekerjaan, seperti pengangkutan zat terlarut di membran plasma.
     Dalam contoh yang lebih eksotis, gelombang laut yang ditunjukkan pada gambar . Terang dari dalam oleh organisme laut bersel tunggal yang mengambang bebas yang disebut dinoflagellata.
Dinoflagellatan ini mengubah energi yang tersimpan dalam molekul organik tertentu sebuah proses yang disebut bioluminescence. Sebagian besar organisme bioluminscence ditemukan di lautan, tapi beberapa ada di darat, seperti kunag - kunang bioluminscent yang ditunjukkan di sungai. Bioluminescence dan aktivitas metabolik lainnya yang dilakukan oleh sel adalah tepatnya terkorrdinasi dan terkendali. Dalam kompleksitasnya,efisensinya, dan daya tanggapnya untuk perubahan yang tidak kentara, sel itu tidak ada bandingannya sebagai pabrik kimia. Konsepnya dari metabolissme yang kita pelajari akan membantu untuk memahami betapa pentingnya dan aliran energi selama proses kehidupan dan bagaimana arus itu diatur. Totalitas reaksi kimia organisme disebut metabolisme (dari metabole Yunani,yang berarti perubahan). Metabolisme adalah sifat hidup yang muncul dari interaksi tertib antar molekul.
      Kita bisa membayangkan metabolisme sel sebagai peta jalan yang rumit dari ribuan reaksi kimia yang terjadi di dalam sel,diatur sebagai jalur metabolisme berpotongan. Sebuah jalur metabolisme dimulai dengan molekul tertentu, yang kemudian diubah dalam serangkaian langkah yang ditetapkan, menghasilkan produk tertentu. Setiap langkah jalur dikatalisis oleh enzim yang spesifik.

Metabolisme secara keseluruhan mengatur materi dan energi sumber daya sel. Beberapa jalur metabolisme melepaskan energi dengan memecah molekul kompleks menjadi senyawa sederhana. Proses degradatif ini disebut jalur katabolik , atau gangguan jalur. Jalur utama katabolisme adalah respirasi sel ,  dimana gula glukosa dan bahan bakar organik lainnya dipecah dengan adanya oksigen , karbon dioksida dan air. Energi yang tersimpan dalam molekul organik tersedia untuk melakukan pekerjaan dari sel , seperti pemukulan siliary atau transport membran.
      Jalur anabolik  sebaliknya , mengkonsumsi energi untuk dibangun molekul rumit dari yang sederhana, mereka kadang - kadang disebut jalur biosintesis. Contoh anabolisme adalah sintesis asam amino dari molekul sederhana dan sintesis protein dari asam amino.
      Jalur katabolik dan anabolik adalah jalur yang 'menurun' dan 'menanjak' dari lanskap metabolik. Energi dilepaskan dari reaksi yang menurun dari jalur katabolik dapat disimpan dan kemudian digunakan untuk reaksi menanjak dari jalur anabolik.

Reaksi Eksergonik dan Reaksi Endergonik dalam Metabolisme
      Berdasarkan perubahan energi bebas , reaksi kimia dapat digolongkan sebagai eksergonik (energi keluar) atau endergonik (energi kedalam). Reaksi eksergonik berlangsung diiringi pelepasan netto energi bebas.

Reaksi Endergonik adalah reaksi yang menyerap energi bebas dari lingkungannya. ATP memberikan tenaga bagi kerja sel dengan cara menggandengkan reaksi eksergonik dengan reaksi endergonik.


Sel melakukan 3 macam kerja utama yaitu :
1. Kerja Kimiawi
Pendorongan reaksi - reaksi endergonik yang tidak dapat berlangsung secara spontan, misalnya sintesis polimer dari monomer - monomer.
2. Kerja Transpor
Pemompaan zat - zat melintasi membran melawan arag pergerakan spontan.
3. Kerja Mekanis
Misalnya denyut silia , kontraksi sel otot, dan pergerakan kromosom selama reproduksi sel.

      Ciri kunci dalam pengelolaan sumber daya energi oleh sel untuk melakukan kerja - kerja ini adalah penggandengan energi (energy coupling), yaitu penggunaan proses eksorgenik untuk menggerakkan proses endorgenik. ATP bertanggung jawab memerantarai sebagian besar penggandengan energi dalam sel, dan pada sebagian besar kasus ATP bertindak sebagai sumber langsung energi yang memberikan tenaga bagi kerja sel.

RESPIRASI SEL
      Sel hidup membutuhkan transfuse energi dari sumber - sumber luar untuk melakukan tugas - tugasnya yang sedemikian banyak , misalnya merakit polimer, memompa zat melintasi membran, bergerak, dan bereproduksi. Energi yang tersimpan dalam molekul - molekul organik dari makanan sebenarnya berasal dari matahri. Energi mengalir ke dalam ekosistem sebagai cahaya matahari dan meninggalkan ekosistem sebagai panas. Sebaliknya, unsur - unsur kimia, yang esensial bagi kehidupan didaur ulang. Fotosintesis menghasilkan oksigen dan molekul organik yang digunakan oleh mitokondria dan eukariota sebagai bahan bakar untuk respirasi sel. Respirasi menguraikan bahan bakarini menghasilkan ATP. Produk - produk buangan dari tipe respirasi ini yaitu karbon dioksida dan air , merupakan bahan mentah bagi fotosintesis. Ada tiga jalur kunci respirasi yaitu glikolisis , siklus asam sitrat , dan fosforilasi oksidatif.


Jalur Katabolik dan Produksi ATP
      Salah satu proses katabolik , yaitu fermentasi , merupakan penguraian gula sebagian yang terjadi tanpa penggunaan oksigen. Akan tetapi , jalur katabolik yang paling dominan dan efisien adalah Respirasi Aerobik yang mengonsumsi oksigen sebagai reaktan bersama dengan bahan bakar organik. Sel - sel sebagian besar organisme eukariota dan banyak organisme prokariota dapat melakukan respirasi aerobik. Beberapa prokariota menggunakan zat selain oksigen sebagai reaktan dalam suatu proses yang serupa yang memanen energu kimia tanpa menggunakan oksigen sama sekali. Proses ini disebut Respirasi Anaerobik. Secara teknis istilah respirasu sel mencakup proses aerobik dan anaerobik.

Tahap - Tahap Respirasi Sel
Respirasi sel terkadang hanya didefinisikan sebagai tahap yang mencakup siklus asam sitrat dan fosforilasi oksidatif. Akan tetapi, glikolisis juga termasuk di dalam proses respirasi sel karena sebagian besar sel yang berespirasi dan memperoleh energi dari glukosa menggunakan proses ini untuk menghasilkan bahan awal untuk siklus asam sitrat.
Dua tahap pertama pada proses respirasi sel yaitu glikolisis dan siklus asam sitrat, merupakan jalur katabolik yang menguraikan glukosa dan bahan bakar organik lain. Glikolisis yang terjadi dalam sitosol mengawali proses degradasi dengan memecah glukosa menjadi dua molekul senyawa yang disebut piruvat. Siklus asam sitrat yang berlangsung dalam matriks mitokondria sel eukariot atau di dalam sitosol prokariota menyelesaikan penguraian glukosa dengan cara mengoksidasi turunan piruvat menjadi karbon dioksida yang dihasilkan respirasu merepresentasikan fragmen - fragmen molekul organik yang teroksidasi.
Pada tahap ketiga respirasi, rantai transpor elektron dari penguraian produk pada kedua tahap sebelumnya dan mengoper elektron dari satu molekul ke molekul lain. Pada pengujung rantai, elektron dikombinasikan dengan oksigen molekular dan ion hydrogen. Energi yang digunakan pada setiap langkah rantai disimpan dalam bentuk yang digunakan oleh mitokondria untuk membuat ATP. Modr sintesis ATP ini disebut Fosforilasi Oksidatif karena memperoleh tenaga dari reaksi - reaksi dalam rantai transpor elektron.

Dalam sel eukariot, membran dalam bentuk mitokondria merupkan tempat transpor elektron dan kemiosmosis dua proses yang bersama - sama menyusun fosforilasi oksidatif. Fosforilasi oksidatif menghasilkan 90% ATP yang diproduksi oleh respirasi, ATP dalam jumlah yang lebih sedikit dibentuk secara langsung dalam sejumlah kecil reaksi pada glikolisis dan siklus asam sitrat melalui mekanisme yang disebut Fosforilasi Tingkat Substrat. Mode sintesis ATP ini terjadi ketika suatu enzim mentransfer gugus fosfat dari molekul substrat ke ADP bukan menambahkan fosfat anorganik ke ADP seperti fosforilasi oksidatif. Molekul substrat disini mengacu pada molekul organik yang dihasilkan sebagai intermediet selama katabolime glukosa.

SIKLUS SEL

Pembelahan sel memainkan beberapan peran penting dalam kehidupan organisme. Ketika organisme uniseluler,misalnya amoeba, membelah diri membentuk keturunan  yang merupakan duplikatnya pembelahan satu sel memproduksi individu organisme tersebut. Pembelahan sel pada skala yang lebih besar dapat menghasilkan keturunan dari beberapa organisme multiseluler. Pembelahan ini memungkinkan organisme yang bereproduksi secara seksual untuk berkembang dari satu sel tunggal.

Proses pembelahan sel merupakan bagian integral dari siklus sel, kehidupan sel yang dimulai dari saat pertama kali ia terbentuk dari sel induk yang membelah hingga pembelahannya sendiri menjadi dua sel. Meneruskan materi genetik yang identik ke sel anakan merupakan fungsi krusial pembelahan sel.

DNA yang dimiliki oleh sel, informasi genetiknya disebut genom. Walaupun genom prokariot sering berupa satu molekul DNA tunggal yang panjang, genom eukariot biasanya terdiri atas sejumlah molekul DNA. Sebelum sel bisa membelah untuk membentuk sel - sel anakan yang identik secara genetik, semua DNA ini harus disalin dan kemudian kedua salinan tersebut dipisahkan sedemikian rupa sehingga setiap sek anakan memiliki genom yang lengkap.

Replikasi dan distribusi sedemikian banyak DNA bisa dikelola karena molekul DNA dikemas menjadi kromosom, dinamai demikian karena menyerap zat - zat pewarna tertentu yang digunakan dalam mikroskopi. Setiap spesies eukariota memiliki jumlah kromosom yang khas dalam setiap nukleus sel. Kromosom eukariot terbuat dari kromatin, kompleks DNA dan molekul - molekul protein terkait. Setiap kromosom mengandung satu molekul DNS linear yang sangat panjang dan membawa beberapa ribu gen, yaitu unit - unit yang memspesifikasi sifat - sifat warisan suatu organisme. Protein - protein yang terkait mempertahakan struktur kromosom dan membantu mengontrol aktivitas gen.

Distribusi Kromosom Selama Pembelahan Sel Eukariot

Ketika sel sedang tidak membelah , dan bahkan ketika sel sedan menduplikasi DNA nya dalam persiapan untuj pembelahan sel, setiap kromosom berada dalam bentuk seperti kromatin yang panjang dan tipis.

Setiap kromosom terduplikasi memiliki dua kromatid saudara. Kedua kromatid yang masing - masing mengandung molekul DNA identik, awalnya salaing melekat. Dalam bentuk terkondensasi, kromosom terduplikasi memiliki pinggan sempit di sentromer. Bagian kromatid di kedua sisi sentromer disebut sebagai lengan kromatid. Nantinya dalam proses pembelahan sel kedua kromatid saudara dari masing - masing kromosomnya terduplikasi memisah dan bergerak menuju ke dua nukleus baru, satu nukleus terbentuk pada masing - masing ujung sel. Mitosis, pembelahan nukleus, biasanya segera diikuti oleh sitokinesis, pembelahan sitoplasma. Hasil pembelahan sel melalui variasi pembelahan sel disebut meiosis.

Fase - fase Siklus Sel

Mitosis hanyalah salah satu bagian dari siklus sel. Faktanya mitotik yang mencakup mitosis sekaligus sitokinesis biasanya merupakan bagian terpendek siklus sel. Pembelahan mitotik sel silih berganti dengan tahap yang jauh lebih panjang disebut interfase , yang biasanya mencakup sekitar 90% siklus sel. Pada saat interfaselah sel bertumbuh dan membuat salinan kromosom - kromosomnya sebagai persiapan untuk pembelahan sel. Interfase dapat dibagi menjadi beberapa sub fase yaitu : fase G1 (first gap) , fase S (Sintesis) , dan fase G2 (second gap). Selama ketiga subfase, sel bertumbuh dengan cara menghasilkan protein dan organel sitoplasma seperti mitokondria dan retikulum endoplasma. Akan tetapi , kromosom diduplikasi hanya pada fase S.

Secara konvensional mitosis dibagi menjadi lima tahap yaitu : Profase , Prometafase , metafase , dan telofase. Sitokinesis yang bertumpang tindih dengan tahap akhir mitosis menyelesaikan fase mitotik.

Pertumbuhan dan perkembangan umumnya terjadi pada organisme multiseluler yang hidup.

1.      Siklus sel

Siklus sel adalah proses duplikasi secara akurat untuk menghasilkan jumlah DNA kromosom yang cukup banyak dan mendukung segregasi untuk menghasilkan dua sel anakan yang identik secara genetik. Proses ini berlangsung terus-menerus dan berulang (siklik).

Pertumbuhan dan perkembangan sel tidak lepas dari siklus kehidupan yang dialami sel untuk tetap bertahan hidup. Siklus ini mengatur pertumbuhan sel dengan meregulasi waktu pembelahan dan mengatur perkembangan sel dengan mengatur jumlah ekspresi atau translasi gen pada masing-masing sel yang menentukan diferensiasinya.

·         Fase pada siklus sel

·         Fase S (sintesis): Tahap terjadinya replikasi DNA

·         Fase M (mitosis): Tahap terjadinya pembelahan sel (baik pembelahan biner atau pembentukan tunas)

·         Fase G (gap): Tahap pertumbuhan bagi sel.

·         Fase G0, sel yang baru saja mengalami pembelahan berada dalam keadaan diam atau sel tidak melakukan pertumbuhan maupun perkembangan. Kondisi ini sangat bergantung pada sinyal atau rangsangan baik dari luar atau dalam sel. Umum terjadi dan beberapa tidak melanjutkan pertumbuhan (dorman) dan mati.

·         Fase G1, sel eukariot mendapatkan sinyal untuk tumbuh, antara sitokinesis dan sintesis.

·         Fase G2, pertumbuhan sel eukariot antara sintesis dan mitosis.

Fase tersebut berlangsung dengan urutan S > G2 > M > G0 > G1 >kembali ke S. Dalam konteks Mitosis, fase G dan S disebut sebagai Interfase.

2.      Regenerasi dan diferensiasi sel

Regenerasi sel adalah proses pertumbuhan dan perkembangan sel yang bertujuan untuk mengisi ruang tertentu pada jaringan atau memperbaiki bagian yang rusak.

Diferensiasi sel adalah proses pematangan suatu sel menjadi sel yang spesifik dan fungsional, terletak pada posisi tertentu di dalam jaringan, dan mendukung fisiologis hewan. Misalnya, sebuah stem cell mampu berdiferensiasi menjadi sel kulit.

Saat sebuah sel tunggal, yaitu sel yang telah dibuahi, mengalami pembelahan berulang kali dan menghasilkan pola akhir dengan keakuratan dan kompleksitas yang spektakuler, sel itu telah mengalami regenerasi dan diferensiasi.

Empat proses esensial pengkonstruksian embrio

Regenerasi dan diferensiasi sel hewan ditentukan oleh genom. Genom yang identik terdapat pada setiap sel, namun mengekspresikan set gen yang berbeda, bergantung pada jumlah gen yang diekspresikan. Misalnya, pada sel retina mata, tentu gen penyandi karakteristik penangkap cahaya terdapat dalam jumlah yang jauh lebih banyak daripada ekspresi gen indera lainnya.

Pengekspresian gen itu sendiri mempengaruhi jumlah sel, jenis sel, interaksi sel, bahkan lokasi sel. Oleh karena itu, sel hewan memiliki 4 proses esensial pengkonstruksian embrio yang diatur oleh ekspresi gen, sebagai berikut:

·         Proliferasi sel

menghasilkan banyak sel dari satu sel

·         Spesialisasi sel

menciptakan sel dengan karakteristik berbeda pada posisi yang berbeda

·         Interaksi sel

mengkoordinasi perilaku sebuah sel dengan sel tetangganya

·         Pergerakan sel

menyusun sel untuk membentuk struktur jaringan dan organ

Pada embrio yang berkembang, keempat proses ini berlangsung bersamaan. Tidak ada badan pengatur khusus untuk proses ini. Setiap sel dari jutaan sel embrio harus membuat keputusannya masing-masing, menurut jumlah kopi instruksi genetik dan kondisi khusus masing-masing sel.

Sel tubuh, seperti otot, saraf, dsb. tetap mempertahankan karakteristik karena masih mengingat sinyal yang diberikan oleh nenek moyangnya saat awal perkembangan embrio

Kesimpulan

Semua fungsi kehidupan diatur dan berlangsung didalam sel. Karenanya sel dapat berfungsi secara autonom asalkan seluruh kehidupan hidupnya terpenuhi. Pertumbuhan dan perkembangan sel umumnya terjadi pada organisme multiseluler yang hidup. Pertumbuhan dan perkembangannya tidak lepas dari siklus kehidupan yang dialami sel untuk tetap bertahan hidup. Siklus ini mengatur pertumbuhan sel dengan meregulasi waktu pembelahan atau mengatur perkembangan sel dengan mengatur jumlah ekspresi atau translasi gen pada masing-masing sel yang menentukan differensiasinya.

Daftar Pustaka

Elrod, susan. 2007. Teori Dan Soal-Sol Gentika Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga.

Hartati. 2010. Penuntun Praktikum Genetika. Makassar : Jurusan Biologi Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Makassar.

Henuhili, Victoria, Suatsih. 2003. Genetika. Yogyakarta : Jurusan Biologi Fakultas Pendidikan Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Yogyakarta.

Suratsih. 2000. Petunjuk Praktikum genetika. Yogyakarta : Jurusan Pendidikan Biologi. Universitas Negeri Yogyakarta.

Suryo. 1990. Genetika Manusia. Bandung : Gadjah Mada University Press.

Watson, james. 1988. DNA Rekombinan Suatu Pelajarn Singkat. Jakarta : Erlangga.

William. 2006. Biologi Molekuler Dan Sel. Jakarta : Erlangga.