STRUKTUR DAN FUNGSI VIRUS, SEL PROKARIOTIK, DAN SEL EUKARIOTIK

A.     Struktur dan Fungsi Virus

Penelitian mengenai virus dimulai dengan penelitian mengenai penyakit mosaik yang menghambat pertumbuhan tanaman tembakau dan membuat daun tanaman tersebut memiliki bercak-bercak. Pada tahun 1883, Adolf Mayer, seorang ilmuwan Jerman, menemukan bahwa penyakit tersebut dapat menular ketika tanaman yang ia teliti menjadi sakit setelah disemprot dengan getah tanaman yang sakit. Karena tidak berhasil menemukan mikroba di getah tanaman tersebut, Mayer menyimpulkan bahwa penyakit tersebut disebabkan oleh bakteri yang lebih kecil dari biasanya dan tidak dapat dilihat dengan mikroskop.

Pada tahun 1892, Dimitri Ivanowsky dari Rusia menemukan bahwa getah daun tembakau yang sudah disaring dengan penyaring bakteri masih dapat menimbulkan penyakit mosaik. Ivanowsky lalu menyimpulkan dua kemungkinan, yaitu bahwa bakteri penyebab penyakit tersebut berbentuk sangat kecil sehingga masih dapat melewati saringan, atau bakteri tersebut mengeluarkan toksin yang dapat menembus saringan. Kemungkinan kedua ini dibuang pada tahun 1897 setelah Martinus Beijerinck dari Belanda menemukan bahwa agen infeksi di dalam getah yang sudah disaring tersebut dapat bereproduksi karena kemampuannya menimbulkan penyakit tidak berkurang setelah beberapa kali ditransfer antartanaman. Patogen mosaik tembakau disimpulkan sebagai bukan bakteri, melainkan merupakan contagium vivum fluidum, yaitu sejenis cairan hidup pembawa penyakit.

Setelah itu, pada tahun 1898, Loeffler dan Frosch melaporkan bahwa penyebab penyakit mulut dan kaki sapi dapat melewati filter yang tidak dapat dilewati bakteri. Namun demikian, mereka menyimpulkan bahwa patogennya adalah bakteri yang sangat kecil.

Pendapat Beijerinck baru terbukti pada tahun 1935, setelah Wendell Meredith Stanley dari Amerika Serikat berhasil mengkristalkan partikel penyebab penyakit mosaik yang kini dikenal sebagai virus mosaik tembakau. Virus ini juga merupakan virus yang pertama kali divisualisasikan dengan mikroskop elektron pada tahun 1939 oleh ilmuwan Jerman G.A. Kausche, E. Pfankuch, dan H. Ruska.

Pada umunya struktur tubuh virus tersusun atas asam nukleat dan kapsid. Asam nuklead terdiri atas deoxyribonucleic acid atau asam deoksiribonukleat (DNA) dan RNA. Adanya asam nukleat inilah yang menjadi ciri bahwa virus dapat dikategorikan sebagai makhluk hidup. Kapsid merupakan selubung protein yang membungkus asam nukleat. Kapsid tersusun atas beribu - ribu molekul protein yang disebut kapsomer. Kapsomer mempunyai bentuk bermacam - macam dan menentukan bentuk luar dari virus itu sendiri.

Kapsid bersamaan dengan asam nukleat yang membungkusnya disebut nukleupsid. Pada virus tertentu, nukleokapsid dbungkus lagi oleh selubung tambahan yang mengandung protein, glikoprotein dan juga lipida.

Untuk virus berbentuk heliks, protein kapsid (biasanya disebut protein nukleokapsid) terikat langsung dengan genom virus. Misalnya, pada virus campak, setiap protein nukleokapsid terhubung dengan enam basa RNA membentuk heliks sepanjang sekitar 1,3 mikrometer. Komposisi kompleks protein dan asam nukleat ini disebut nukleokapsid. Pada virus campak, nukleokapsid ini diselubungi oleh lapisan lipid yang didapatkan dari sel inang, dan glikoprotein yang disandikan oleh virus melekat pada selubung lipid tersebut. Bagian-bagian ini berfungsi dalam pengikatan pada dan pemasukan ke sel inang pada awal infeksi.

Kapsid virus sferik menyelubungi genom virus secara keseluruhan dan tidak terlalu berikatan dengan asam nukleat seperti virus heliks. Struktur ini bisa bervariasi dari ukuran 20 nanometer hingga 400 nanometer dan terdiri atas protein virus yang tersusun dalam bentuk simetri ikosahedral. Jumlah protein yang dibutuhkan untuk membentuk kapsid virus sferik ditentukan dengan koefisien T, yaitu sekitar 60t protein. Sebagai contoh, virus hepatitis B memiliki angka T=4, butuh 240 protein untuk membentuk kapsid. Seperti virus bentuk heliks, kapsid sebagian jenis virus sferik dapat diselubungi lapisan lipid, namun biasanya protein kapsid sendiri langsung terlibat dalam penginfeksian sel.

Seperti yang telah dijelaskan pada virus campak, beberapa jenis virus memiliki unsur tambahan yang membantunya menginfeksi inang. Virus pada hewan memiliki selubung virus, yaitu membran menyelubungi kapsid. Selubung ini mengandung fosfolipid dan protein dari sel inang, tetapi juga mengandung protein dan glikoprotein yang berasal dari virus. Selain protein selubung dan protein kapsid, virus juga membawa beberapa molekul enzim di dalam kapsidnya. Ada pula beberapa jenis bakteriofag yang memiliki ekor protein yang melekat pada "kepala" kapsid. Serabut-serabut ekor tersebut digunakan oleh fag untuk menempel pada suatu bakteri.

Partikel lengkap virus disebut virion. Virion berfungsi sebagai alat transportasi gen, sedangkan komponen selubung dan kapsid bertanggung jawab dalam mekanisme penginfeksian sel inang.

B.   Struktur dan Fungsi Sel Prokariotik

Semua sel secara umum mempunyai bagian membran yang memisahkan diri dengan lingkungan luarnya. Namun, di dunia ini terdapat dua macam sel yang dibagi berdasarkan ada tidaknya membran inti, yakni sel prokariot dan eukariot. Sel prokariot adalah sel yang tidak memiliki membran inti sehingga tidak mempunyai batas yang jelas antara sitoplasma dan nukleoplasma. Nama prokariot berasal dari kata pro = sebelum dan karyon = inti, ini menunjuk pada kumpulan yang primitif pada daerah inti yang terdapat di organisme ini. Karena organisme ini memiliki kumpulan yang primitif maka daerah yang terdiri dari materi inti pada prokariot disebut nukleoid. Yang termasuk ke dalam organisme ini adalah Archaea (atau archaebacteria) dan Bacteria (atau eubacteria) contohnya gangggang gijau biru, cyanobacteria.

Untuk jenis sel yang selanjutnya adalah sel eukariot yang mana termasuk di dalamnya adalah semua tumbuhan, hewan dan mikroorganisme di bumi. Hal yang paling mencolok apabila sel ini dibandingkan dengan sel prokariot yaitu memiliki inti yang terpisah dengan lingkungannya (sitoplasma). Inilah yang disebut dengan membran inti dimana strukturnya terdiri atas lubang-lubang yang kompleks yang mana ini merupakan kanal yang berfungsi menghubungkan inti dengan sitoplasma.

Ciri-ciri umum dari sel prokariot adalah sebagai berikut :

1.      Mempunyai organisasi internal minimal.

2.      Komponen organel tidak terbungkus oleh sistem membran.

3.      Material genetik tidak terbungkus dalam membran inti begitu juga dengan kompleks DNAnya.

4.      Tidak memiliki histone yang merupakan protein base yang mengandung arginin atau lisin.

5.      Reproduksi seksualnya tidak melalui meiosis maupun mitosis.

6.      Sistem respirasinya langsung berhubungan dengan membaran plasma.

Struktur sel prokariot dari luar ke dalam yaitu tersusun atas dinding sel, membran plasma, membran internal, sitoplasama dan semua organelnya serta terakhir adalah nukleoid.

 

1.      Dinding sel memberikan bentuk yang tetap pada sel prokariot.

2.      Membran plasma melapisi permukaaan dalam dari dinding sel yang dapat berupa struktur yang halus maupun lipatan-lipatan yang memanjang dari permukaan luar sampai ke daerah dalam sel. Membran plasma ini berfungsi untuk mengatur perpindahan subtansi ke dan dari dalam sel. Pada organisme prokariot ini, sebagian besar sistem molekuler yang menghasilkan energi untuk segala aktivitas sel berhubungan dengan membran plasma. Pada bakteri fotosintetik dan ganggang hijau biru, molekul yang mengabsorpsi dan mengubah cahaya matahari menjadi energi kimia juga berhubungan membran plasma. Selain itu, membran plasma juga berperan pada replikasi dan pembelahan materi inti.

3.      Membran internal yang terkadang berlipat. Pada bakteri fotosintetik berisi protein penangkap cahaya dan menghasilkan ATP yang dinamakan mesosom. Struktur mesosom ada yang meneyerupai vesikula tilakoid.

4.      Nukleoid

Sel prokariot tidak memiliki membran inti yang membatasi ruang sitoplasma dengan nukleoplasma, sehingga batas antara keduanya tidak jelas. Sel prokariot memiliki materi genetik yang berada dalam struktur nukleoid yang tidak diselubungi membran inti. Sel prokariot memiliki DNA yang tunggal berbentuk sirkuler tertutup dan jumlah atau panjang DNA jauh lebih sedikit daripada sel eukariot. Pada bakteri yang lebih diteliti mendalam daripada ganggang hijau biru mengandung nukleoid dengan DNA sirkuler dimana DNA yang dimiliki oleh sel prokariot tidak berikatan dengan protein layaknya DNA pada sel eukariot. Struktur nukleoid yang demikian memberi implikasi pada keadaan berikut :

·        Regulasi ekspresi gen pada sel prokariot tidak rumit. Sel prokariot melangsungkan transkripsi dan translasi dalam kurun waktu yang bersamaan tanpa diatur secara rumit. Langkah ekspresi gen yang ter utama diatur adalah pada tahap transkripsi saja. Artinya apabila transkripsi lolos, makan translasi terjadi spontan dan stimultan tanpa memerluak regulasi selanjutnya.

·        Adaptasi cepat. Sel prokariot mudah hidup beradaptasi dengan lingkungan alam yang berubah-ubah. Untuk adaptasi yang cepat, bakteri mampu mencetak protein enzim dalam waktu kurang dari 20 menit sejak subtrat kimia tersedia di lingkungannya.

·        Pembelahan spontan. Sel prokariot melakukan pembelahan sel secara spontan. Dalam pembelahan ini, DNA sirkuler direplikasi menjadi 2 salinan. Awal replikasi DNA sirkuler biasanya tunggal. Setelah selesai replikasi, segera diikuti dengan pembagian salinan DNA sirkuler ke masing-masing sel yang baru.

C.     Struktur dan Fungsi Sel Eukariotik

Beberapa  organisme seperti bakteri hanya terdiri dari satu sel atau termasuk organisme uniseluler yang tipe selnya sering dikelompokan ke  dalam sel prokariot, sedangkan organisme tingkat tinggi seperti manusia,  tubuhnya tersusun oleh sejumlah sel atau  organisme multiselluler (manusia diperkirakan terdiri dari 100 triliun atau 1014 sel). Sel-sel yang hidup bebas dan sel-sel pada organisme multiseluler terbagi dalam dua kelas besar yakni Eukariotik (organisme yang memiliki membrane inti (karioteka) dan Prokariotik (organisme yang tidak memiliki selubung inti (karioteka) pada eukariot keberadaan inti sel (nucleus) terpisah dari bagian lain sel dengan suatu membrane pembatas, akan tetapi pada prokariot material ini tidak ada sehingga inti tidak terpisah dari bagian sel yang lain ( di dalam sitoplasma). Walaupun keberadaan akan adanya membran inti ini merupakan suatu perbedaan yang nyata antara orgaisme prokariotik dan eukariotik, ada beberapa hal penting yang menjadi perbadaan mendasar pula bagi kedua kelompok organisme ini yang selanjutnya akan dibahas secara mendetail dalam bab ini.

Sel eukariotik merupakan sel yang mempunyai nukleus sejati, dinamai sel eukarotik (eu : sejati dan karyon : nukleus). Iinti sel (nucleus) sel eukaryotik terpisah dari bagian lain sel dengan suatu membrane pembatas (membran nukleus), sehingga isi dari nukleus tidak bercampur dengan sitoplasma. Sel eukariot umumnya memiliki  ukuran yang lebih besar dari sel  prokariot dan volumenya  dapat mencapai 1000 kali lebih besar dari sel prokariot. Dari segi struktur dan fungsinya sel eukariotik lebih kompleks daripada sel prokariotik. Pada dasarnya sel eukariotik terdiri atas sel hewan dan sel tumbuhan. Pada dasarnya, organel yang dimiliki oleh sel tumbuhan dan hewan hampir sama, hanya saja ada beberapa organel yang tidak dimiliki sel hewan ataupun sel tumbuhan. Berikut merupakan gambar dari sel tumbuhan dan hewan beserta penjelasan untuk masing-masing organel yang dimiliki :

Sel Tumbuhan dan Organelnya

Sel Hewan dan Organelnya

Sitosol adalah cairan yang terdiri  dari air, nutrient terlarut, ion, molekul, dan lain-lain. Organel merupakan struktur kecil  yang berada di dalam sel yang menjalankan fungsi tertentu. Berikut akan dijelaskan mengenai struktur dan fungsi masing-masing organel sel :

1.    Membran Plasma

Membran plasma atau membran sitoplasma mempunyai struktur terdiri atas fosfolipid bilayer yang bersifat selektif permeabel, sebagai pembatas sel dengan lingkungannya, melindungi isi sel, dan  sebagai media transportasi partikel, molekul atau ion. Pada tumbuhan, fungi, dan beberapa eukariotik uniseluler  diselubungi oleh struktur yang kaku, disebut dinding sel yang tersusun atas serat selulosa dan karbohidrat kompleks lainnya.

2.    Nukleus

Nucleus tersusun dari nuclear  envelope, nucleolus, chromatin dan nucleoplasm. Nuclear Envelope merupakan  dua unit membran berisi cairan, memiliki pori  nuclear dan bagian luarnya berhubungan langsung dengan retikulum endoplasmik (RE).  Nuclear envelope ini berfungsi sebagai permeable selektif yang mengontrol  pergerakan material ke dalam atau ke luar nucleus.  Chromatin  tersusun dari dua untai panjang DNA, yang berfungsi mengatur metabolisme sel  dan hereditas. Nucleolus merupakan  matriks RNA (ribonucleic acid) dan  protein yang berfungsi mengatur untuk mengkopi DNA dan bekerjasama  dengan ribosom dalam mensintesa protein.

3.    Retikulum Endoplasma

Retikulum endoplasmic  (RE) berbentuk saluran atau gang berliku-liku  yang disebut sistema yang merupakan set  unit membran yang bagian luarnya berhubungan dengan  ribosom dan  merupakan formasi jalinan (network) tubular melalui sel.  Organel ini berfungsi sebagai sarana  transport kimia pada sel dan antar sel, serta menyediakan luas permukaan yang  cukup untuk mengorganisasi reaksi-reaksi kimia dan sintesis.

4.    Ribosom

Ribosom adalah granula atau butir  kecil yang menempel pada organel Retikulum Endoplasmik atau tersebar bebas pada  sitoplasma sel. Fungsi ribosom adalah mensintesis molekul protein untuk  kebutuhan sel. Ribosom eukariotik lebih besar dibandingkan dengan ribosom  prokariotik.  Secara struktur ribosom  terdiri dari subunit besar dan subunit kecil.

5.    Kompleks Golgi

Badan golgi berupa kantung pipih  yang dibungkus oleh selapis membran. Badan  golgi ini berfungsi sebagai gudang tempat senyawa-senyawa yang diproduksi oleh sel, memodifikasi secara kimia sehingga senyawa - senyawa tersebut menjadi  fungsional, mengsekresikan senyawa kimia dalam tiny vesicles

6.    Mitokondria

Mempunyai membran rangkap dan di dalamnya terdapat matriks. Membran sebelah dalam membentuk lipatan-lipatan yang menjorok ke bagian matriks dan disebut krista. Mitokondria merupakan tempat sintesis ATP dan biasa disebut pabrik energi sel.

7.    Lisosom

Lisosom adalah organel sel yang berbentuk gelembung atau  kantung, ditemukan bebas pada sitoplasma sel. Organel ini penghasil enzim  pencernaan yang memetabolisme atau mendegradasi biomolekul protein,  karbohidrat, lipid dan asam nukleat pada saluran pencernaan. Lisosom hanya  terdapat pada sel hewan dan tidak ditemukan pada sel  tumbuhan.

8.    Sentriol

Sentriol  hanya dijumpai pada sel hewan dan tidak terdapat pada sel tumbuhan. Setiap  satu sentriol tersusun atas sembilan triplet microtubule, dan setiap dua  sentriol akan membentuk satu sentroma. Fungsi dari sentriol adalah untuk  membentuk gelendong serabut untuk memisahkan kromosom selama proses pembelahan sel

9.    Sitoskeleton

Merupakan jaringan yang tersusun atas benang-benang protein yang membantu memberikan bentuk sel dan mengatur bentuk sitoplasma. Protein ini pun dapat memberikan kemampuan sel untuk bergerak dan mengubah bentuk sel tersbut. Protein ini antara lain :

1.    Mikrotubulus, berfungsi dalam gerak

2.    Mikrofilamen, berfungsi untuk berkontraksi. Mikrofilamen  berbentuk tongkat solid yang terbuat dari protein globular yang disebut dengan actin.

3.    Filament perantara., memperkuat sel.

10.     Flagella dan Silia

   Sebagian protozoa memiliki alat gerak yang muncul dari permukaan sel yang pada sel hewan disebut dengan silia dan flagella. Sel-sel jaringan  pada hewan multiseluler terkadang mengandung silia tetapi disini berfungsi untuk melewatkan substrat melewati permukaan sel dan bukan untuk pergerakan. Perbedan antara silia dan flagella terletak pada ukuran yakni falgela memiliki ukuran yang lebih panjang dari pada silia akan tetapi silia memiliki jumlah yang lebih banyak dari pada flagela. Dan setiap silia atau flagella dikelilingi oleh perluasan membrane plasma. Secara internal, kedua struktur ini terdiri atas sekumpulan mikrotubulus yang berasal dari lapisan dasar dan menuju ke ujung dari struktur ini. Dan barisan ini terdiri dari sepasang mikrotubulus sentral dan sembilan pasang mikrotubulus tepi (perifer).

Perbedaan antara sel hewan dan tumbuhan ada pada ada tidaknya beberapa organel sel, perbedaan tersebut sebagai berikut :

No	Bagian Sel	Sel Tumbuhan	Sel Hewan
1	a.       Dinding Sel b.      Membran Plasma	Ada Ada	Tidak Ada Ada
2	Organel Sel a.   Nukleus b.   Retikulum Endoplasma c.   Ribosom d.   Badan Mikro -    Peroksisom -    Glioksisom e.   Kompleks Golgi f.     Mitokondria g.   Lisosom h.   Sentriol i.     Plastida	Ada Ada Ada Ada Ada Ada (Diktiosom) Ada Ada Ada Ada	Ada Ada Ada Ada Tidak Ada Ada Ada Ada Ada Tidak Ada
3	Vakuola	Ada	Kecil/Tidak Ada

Perbedaan Sel Eukariotik dengan Sel Prokariotik diantaranya sebagai berikut:

Faktor Pembanding	Prokariot	Eukariot
Organisme	bakteri, archaea	tumbuhan, hewan
Ukuran	~ 1-10 µm	~ 10-100 µm
Type nucleus	Bentuk nucleoid; tidak punya nucleus nyata	Bentuk real nucleus dengan double    membrane
DNA	circular (umumnya)	molekul linear (chromosomes) dengan histon protein
RNA-/    sintesis protein	Berpasangan pada sitoplasma	Sintesis RNA di dalam nucleus,    sedangkan sinthesis protein dalam sitoplasma
Ribosom	50S+30S	60S+40S
Struktur    Sitoplasmatik	Structurnya sangat sedikit	Terstruktur sangat kompleks dengan endomembran dan cytoskeleton
Pergerakan    sel	flagella yang terbentuk oleh flagellin	flagella dan cilia yang terbentuk dari tubulin
Mitochondria	Tidak ada	Satu sampai beberapa lusin
Kloroplas	Tidak ada	Ada pada algae dan tumbuhan
Organisasi	Umumnya single sel	Single sel , koloni, pada organisme multiseluler lebih tinggi selnya    terspesialisasi
Pembelahan    sel	Binary fussion (pembelahan sederhana)	Mitosis dan Meiosis