Struktur Sel Eukariotik

Semua sel eukariotik memiliki membran inti. Selain itu, sel eukariotik memiliki sistem endomembran, yakni memiliki organelorganel bermembran seperti retikulum endoplasma, kompleks Golgi, mitokondria, dan lisosom. Sel eukariotik juga memiliki sentriol. Perhatikan Gambar tentang struktur sel eukariotik di bawah ini:

Struktur sel eukariotik pada tumbuhan

 Berikut ini akan dibahas mengenai struktur sel eukariotik yang meliputi membran plasma, sitoplasma, dan organel-organel sel (ribosom, kompleks Golgi, mitokondria, lisosom, badan mikro, dan mikrotubulus).

a. Membran Sel (Selaput Plasma)
Membran sel merupakan bagian terluar sel yang membatasi bagian dalam sel dengan lingkungan luar.
Membran sel merupakan selaput selektif permeabel, artinya hanya dapat dilalui molekul-molekul tertentu seperti glukosa, asam amino, gliserol, dan berbagai ion. Membran sel mempunyai beberapa fungsi sebagai berikut.

1. Sebagai reseptor (penerima) rangsang dari luar, seperti hormon dan bahan kimia lain, baik dari lingkungan luar maupun dari bagian lain dalam organisme itu sendiri.
2. Melindungi agar isi sel tidak keluar meninggalkan sel.
3. Mengontrol zat-zat yang boleh masuk maupun keluar meninggalkan sel. Hal inilah yang menyebabkan membran plasma bersifat semipermeabel (selektif permeabel).
4. Sebagai tempat terjadinya kegiatan biokimiawi, seperti reaksi oksidasi dan respirasi.

Berdasarkan analisis kimiawi dapat diketahui bahwa hampir seluruh membran sel terdiri atas lapisan protein dan lapisan lipid (lipoprotein). Membran plasma terdiri atas dua lapisan, yaitu berupa lapisan lipid rangkap dua (lipid bilayer).

Lapisan lipid disusun oleh fosfolipid. Fosfolipid adalah lipid yang mengandung gugus fosfat dan terdiri atas bagian kepala (polar head) dan bagian ekor (nonpolar tail). Bagian kepala bersifat hidrofilik (suka air), sedangkan bagian ekor bersifat hidrofobik (tidak suka air). Lipid terdiri atas fosfolipid, glikolipid, dan sterol.

1. Fosfolipid, yaitu lipid yang mengandung gugusan fosfat.
2. Glikolipid, yaitu lipid yang mengandung karbohidrat.
3. Sterol, yaitu lipid alkohol terutama kolesterol.

Lapisan protein membran sel terdiri atas glikoprotein. Lapisan protein membentuk dua macam lapisan, yaitu lapisan protein perifer atau ekstrinsik dan lapisan protein integral atau intrinsik. Lapisan protein perifer membungkus bagian kepala (polar head) lipid rangkap dua bagian luar. Lapisan protein integral membungkus bagian kepala (polar head) lipid rangkap dua bagian dalam. Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar berikut.

Struktur membran sel dan fosfolipid

Di depan telah dijelaskan bahwa membran plasma bersifat selektif permeabel (semipermeabel) yang artinya membran plasma dapat dilalui oleh molekul atau ion tertentu. Perpindahan molekul atau ion melewati membran ada dua macam, yaitu transpor pasif dan transpor aktif.

1. Transpor pasif adalah perpindahan molekul atau ion tanpa menggunakan energi sel. Perpindahan molekul tersebut terjadi secara spontan dari konsentrasi tinggi ke rendah. Contoh transpor pasif adalah difusi dan osmosis.
2. Transpor aktif adalah perpindahan molekul atau ion menggunakan energi dari sel itu. Contoh transpor aktif adalah pompa ion natrium (Na⁺)/kalium (K⁺), endositosis, dan eksositosis.

Apa perbedaan antara difusi dengan osmosis? Uraian berikut akan membahas proses terjadinya transpor pasif dan transpor aktif dengan lebih rinci.

1) Difusi
Difusi adalah perpindahan molekul-molekul dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah baik melalui membran plasma ataupun tidak. Molekul dan ion yang terlarut dalam air bergerak secara acak dengan konstan. Gerakan acak ini mendorong terjadinya difusi. Difusi dapat dibedakan menjadi dua, yaitu difusi sederhana dan difusi terbantu (facilitated diffusion).

a) Difusi Sederhana
Molekul zat dapat berdifusi secara spontan hingga dicapai kerapatan yang sama dalam suatu ruangan. Sebagai contoh, setetes parfum akan menyebar ke seluruh ruangan (difusi gas di dalam medium udara).

Molekul dari sesendok gula akan menyebar ke seluruh volume air dalam gelas meskipun tanpa diaduk (difusi zat padat di dalam medium air) sehingga kerapatan zat tersebut merata. Perhatikan gambar proses terjadinya difusi pada Gambar berikut:

Menyebarnya molekul gula pada
proses difusi

Peristiwa difusi sederhana dapat diamati ketika kita memasukkan segumpal gula ke dalam air (a), molekul-molekulnya terlarut (b), dan tersebar (berdifusi) (c). Pada akhirnya proses difusi menyebabkan gula tersebar merata ke dalam air (d).

b) Difusi Terbantu
Difusi terbantu merupakan proses difusi dengan perantara protein pembawa (carrier protein). Arah perpindahan molekul seperti halnya pada difusi biasa yaitu dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, hanya saja protein pembawa membantu proses perpindahan molekul ini.

Difusi terbantu merupakan transpor melalui media pembawa. Pada proses ini, molekul diikat oleh reseptor pada sisi luar sel dan dilewatkan melalui membran plasma oleh protein transmembran yang telah mengalami perubahan susunan. Setelah itu, protein pembawa kembali pada susunan semula. Protein pembawa juga dapat membuat celah yang dapat dilalui oleh ion-ion seperti Cl^– dan Na⁺. Perhatikan skema difusi terbantu pada Gambar berikut:

Skema difusi terbantu

 2) Osmosis
Osmosis adalah perpindahan molekul air melalui membran semipermeabel dari larutan yang konsentrasi airnya tinggi ke larutan yang konsentrasi airnya rendah. Dengan kata lain, osmosis juga berarti perpindahan molekul dari larutan berkepekatan rendah (hipotonis) ke larutan berkepekatan tinggi (hipertonis) melalui selaput (membran) semipermeabel. Perhatikan skema osmosis pada Gambar berikut agar Anda lebih paham tentang proses terjadinya osmosis.

Proses osmosis

a) Lubang bawah tabung gelas yang berisi larutan garam ditutup dengan membran selektif permeabel, yang dapat dilewati molekul air tetapi tidak dapat dilewati garam.

b) Ketika tabung dimasukkan dalam gelas beker berisi akuades, molekul air berosmosis ke dalam tabung sehingga volume larutan dalam tabung bertambah.

c) Larutan berhenti naik ketika tekanan berat akuades mampu mengimbangi tekanan osmotik.

Bagaimana proses osmosis terjadi? Lakukan kegiatan berikut ini untuk mengamati proses terjadinya osmosis.

Percobaan

Mengamati Proses Osmosis

Sediakan kentang atau wortel, larutan yodium (1%, 10%, dan 100%), 3 buah beaker glass (gelas beker) 50 ml, penggaris, dan silet. Potonglah kentang atau wortel menjadi 15 kubus berukuran 1 cm × 1 cm × 1 cm. Kemudian siapkan 3 buah gelas beker 50 ml dan berilah kode A, B, dan C. Tuangkan larutan yodium 1% ke dalam gelas beker A, larutan yodium 10% ke dalam gelas beker B, dan larutan yodium 100% ke dalam gelas beker C. Masukkan 5 buah kubus kentang atau wortel ke dalam tiap-tiap gelas beker. Setiap interval 5 menit, keluarkan sebuah kubus kentang atau wortel dari tiap-tiap gelas beker dan potonglah menjadi 2 bagian dengan silet. Selanjutnya, ukurlah jarak larutan yodium yang masuk dalam kubus tersebut mulai dari tepi irisan kubus menuju ke daerah tengah yang masih dapat teramati warna larutan yodiumnya. Hitunglah jarak rata-ratanya selama waktu 25 menit.

Pertanyaan:

1. Apa yang terjadi pada kentang atau wortel pada tiap-tiap gelas beker? Mengapa demikian?
2. Bagaimana jarak rata-rata pada kubus kentang atau wortel pada tiap-tiap gelas beker selama interval waktu 25 menit?
3. Apa kesimpulan Anda dari kegiatan ini?

Peristiwa osmosis terjadi dalam sel. Bila konsentrasi larutan dalam sel tinggi, air akan masuk sel dan terjadi endosmosis. Hal ini menyebabkan tekanan osmosis sel menjadi tinggi. Keadaan yang demikian dapat memecahkan sel (lisis). Jadi, lisis adalah hancurnya sel karena rusaknya atau robeknya membran plasma. Sebaliknya, apabila konsentrasi larutan di luar sel lebih tinggi, air dalam sel akan keluar dan terjadi eksosmosis.

Eksosmosis pada hewan akan menyebabkan pengerutan sel yang disebut krenasi dan pada tumbuhan akan menyebabkan terlepasnya membran dari dinding sel yang disebut plasmolisis. Perhatikan Gambar berikut.

Osmosis pada sel hewan dan sel tumbuhan

Dari Gambar diatas dapat diketahui bahwa sel hewan dapat mengalami lisis (pecah) apabila larutan di luar sel bersifat hipotonik. Sebaliknya, sel hewan akan mengalami krenasi apabila larutan diluar sel bersifat hipertonik. Perhatikan contoh berikut agar Anda mengetahui lebih jelas mengenai terjadinya krenasi dan lisis pada sel darah merah.

Cermati tiga bentuk sel darah merah pada Gambar berikut. Apakah Anda menemukan perbedaannya? Jika sel darah merah ditempatkan dalam air laut, maka cairan sel akan keluar dengan cara osmosis dan sel mengerut (krenasi). Hal ini karena air laut mengandung jumlah molekul air yang lebih kecil daripada sitoplasma sel darah merah. Air laut hipertonik terhadap sitoplasma sel. Perhatikan Gambar(a).

Kondisi sel darah merah dalam berbagai larutan.
(a) larutan hipertonik
(b) larutan isotonik
(c) larutan hipotonik

Jika sel darah merah itu ditempatkan dalam media larutan yang konsentrasinya sama dengan sitoplasma (plasma darah atau larutan garam 0,9%), sel darah itu tidak akan mendapat tambahan atau kehilangan air dengan cara osmosis. Oleh karena itu, bentuk sel darah merah itu tetap. Larutan demikian disebut isotonik. Perhatikan Gambar (b).

Jika sel darah merah dimasukkan dalam air murni maka molekul air akan berosmosis ke dalamnya. Osmosis ini terjadi karena di luar sel (100%) terdapat konsentrasi air yang lebih tinggi daripada di dalam sel. Air di sekitar sel itu disebut hipotonik terhadap sitoplasma sel. Membran sel dari sel darah merah sangat rapuh dan tidak tahan akan peningkatan tekanan di dalam sel. Akibatnya sel itu semakin mengembang dan akhirnya mengalami hemolisis (pecah). Perhatikan Gambar (c).

Anda telah mengetahui proses terjadinya transpor pasif, yaitu difusi dan osmosis. Proses terjadinya transpor pasif berbeda dengan transpor aktif. Transpor aktif meliputi pompa ion natrium-kalium, endositosis, dan eksositosis.

3) Pompa Natrium-Kalium
Berbeda dengan difusi terbantu yang termasuk transpor pasif karena mengikuti gradien konsentrasi, maka transpor aktif ini bersifat melawan gradien konsentrasi.

Pada transpor aktif terjadi pemompaan molekul melewati membran dan melawan gradien konsentrasi. Pada transpor aktif diperlukan energi untuk melawan gradien konsentrasi. Transpor aktif ini berfungsi memelihara konsentrasi molekul kecil dalam sel yang berbeda dengan konsentrasi molekul lingkungannya.

Sebagai contoh ion K⁺ penting untuk mempertahankan kegiatan listrik di dalam sel saraf dan memacu transpor aktif zat-zat lain. Meskipun ion Na⁺ dan K⁺ dapat melewati membran, karena kebutuhan akan ion K⁺ lebih tinggi maka diperlukan lagi pemasukan ion K⁺ ke dalam sel dan pengeluaran ion Na⁺ keluar sel. Konsentrasi ion K⁺ di luar sel rendah, sedangkan di dalam sel tinggi. Sebaliknya, konsentrasi ion Na⁺ di dalam sel rendah dan di luar sel tinggi. Bila terjadi proses difusi, maka akan terjadi difusi ion K⁺ dari dalam sel keluar, sedangkan difusi ion Na⁺ dari luar ke dalam sel. Akan tetapi, yang terjadi sebenarnya bukanlah difusi karena pergerakan ion-ion itu melawan gradien kadar maka terjadi pemasukan ion K⁺ dan pengeluaran ion Na⁺. Energi ATP diperlukan untuk melawan gradien kadar itu dengan pertolongan protein yang ada dalam membran. Setiap pengeluaran 3 ion Na⁺ dari dalam sel diimbangi dengan pemasukan 2 ion K⁺ dari luar sel. Oleh sebab itu, proses ini disebut pompa natrium-kalium. Perhatikan Gambar di bawah ini.

Mekanisme pompa natrium-kalium

4) Endositosis dan Eksositosis
Endositosis dan eksositosis merupakan transpor yang memerlukan energi. Endositosis merupakan proses masuknya senyawa melalui membran dengan cara pembungkusan senyawa dan cairan ekstraselular dengan pelekukan ke dalam sebagian membran. Hal ini terjadi pada organisme uniselular dan sel darah putih. Jika yang dimasukkan berupa senyawa padat disebut fagositosis, sedangkan jika berupa larutan disebut pinositosis.

Eksositosis merupakan proses pengeluaran zat dari dalam sel keluar sel. Sekret terbungkus kantong membran yang selanjutnya melebar dan pecah. Eksositosis terjadi pada beberapa sel kelenjar atau sel
sekresi. Perhatikan skema endositosis dan eksositosis pada Gambar berikut.

Endositosis

Eksositosis

Mekanisme Transpor Pasif dan Transpor Aktif

Dalam bidang pertanian, pemahaman tentang transpor pasif (difusi dan osmosis) sangatlah penting. Misalnya untuk menentukan dosis pupuk dan obat-obatan yang aman bagi tanaman. Jika dosis terlalu pekat, tanaman bisa mati karena terjadi plasmolisis. Selain itu, dengan memahami transpor pasif, kita dapat mengetahui bahwa macam zat yang diberikan pada tanaman sebagai nutrien hendaknya berupa ion-ion yang mudah masuk ke dalam sel-sel tanaman. Zat-zat organik seperti gula dan protein tidak akan masuk ke dalam sel tanaman karena membran sel impermeabel terhadap zat-zat tersebut. Zat-zat tersebut justru akan memicu plasmolisis dan akhirnya mematikan tanaman. Sifat semipermeabel membran plasma menyebabkan tanaman mampu memilih zat-zat yang dapat masuk ke dalam sel dan yang tidak.