MIKROBIOLOGI 2. SEL DAN STRUKTUR SEL

2. SEL DAN STRUKTURNYA

2A. PENDAHULUAN

Unit fisik terkecil dari organisme hidup adalah sel. Komposisi material sel pada  semua organisme adalah sama yaitu: DNA, RNA, protein, lemak dan fosfolipid, yang merupakan komponen  dasar semua jenis sel. Namun demikian pengamatan lebih teliti menunjukkan adanya perbedaan sangat mendasar antara sel bakteri dan sianobakteria di satu pihak dengan sel hewan dan tumbuhan di lain pihak.  

Gambar 2A. Sel prokariot dan sel eukariot

Ada dua tipe sel yaitu: sel prokariotik dan sel eukariotik. Sel prokariotik merupakan tipe sel pada bakteri dan sianobakteria / alga biru (disebut jasad prokariot). Sel eukariotik merupakan tipe sel pada jasad yang tingkatnya lebih tinggi dari bakteri (disebut jasad eukariot) yaitu khamir, jamur (fungi), alga selain alga biru, protozoa dan tanaman serta hewan. 

Perbedaan kedua tipe jasad itu adalah sebagai berikut:

Struktur	Prokariot	Eukariot
Macam mikroba	Bakteri dan Sianobakteria (Algae hijau-biru)	Algae umumnya, Fungi, Protozoa, Plantae, animalia
Ukuran sel	<1-2 x 1-4 µ (mikron)	> 5 µ (mikron)
Struktur genetik: -    Membran inti -    Jumlah kromosom -    Mitosis -    DNA inti -    DNA organel -    % G+C DNA	Tidak ada 1 (siklis) tidak ada tidak terikat histon tidak ada 28-73	ada > 1 ada terikat histon ada + 40
Struktur dalam sitoplasma: -    Mitokondria -    Kloroplas -    Ribosom plasma -    Ribosom organel -     Retikulum endoplasmik -    Aparat golgi -    Fagositosis -    Pinositosis	Tidak ada Tidak ada 70 S*) tidak ada tidak ada   tidak ada tidak ada tidak ada	Ada Ada / tidak ada 80 S*) ada (70 S*)) ada   ada ada / tidak ada ada / tidak ada

Keterangan: *) S : konstante pengendapan Svedberg = 1 x 10-13 detik/dyne/gram

 

2B. SEL PROKARIOTIK

Tipe sel prokariotik mempunyai ukuran yang lebih kecil dibandingkan dengan sel eukariotik. Beberapa sel bakteri Pseudomonas hanya berukuran 0,4-0,7µ diameternya dan panjangnya 2-3µ . Sel ini tidak mempunyai organela seperti mitokondria, khloroplas dan aparat golgi.  Inti sel prokariotik tidak mempunyai membran. Bahan genetis terdapat di dalam sitoplasma, berupa untaian ganda (double helix) DNA berbentuk lingkaran yang tertutup. “Kromosom” bakteri pada umumnya hanya satu, tetapi juga mempunyai satu atau lebih molekul DNA yang melingkar (sirkuler) yang disebut plasmid. Sel prokariotik tidak mengandung organel yang dikelilingi oleh membran. Ribosom yang dimiliki sel prokariot lebih kecil yaitu berukuran 70S. 

Ukuran genom sel prokariot berbeda dengan sel eukariot. Jumlah DNA penyusun pada sel prokariot berkisar antara 0,8-8.10⁶ pasangan basa (pb) DNA. DNA pada sel eukariot mempunyai pasangan basa lebih tinggi, sebagai contoh: Neurospora 19.10; Aspergillus niger 40.10⁶; Jagung 7.10⁹; dan manusia 29.10⁹. Sel prokariotik tidak seluruhnya membutuhkan oksigen, misalnya pada bakteri anaerob.

2C. SEL EUKARIOTIK

Sel eukariotik mempunyai inti sejati yang diselimuti membran inti. Inti sel mengandung bahan genetis berupa genome/ DNA. Seluruh bahan genetis tersebut tersusun dalam suatu kromosom. Di dalam kromosom terdapat DNA yang berasosiasi  dengan suatu protein yang disebut histon. Kromosom dapat mengalami pembelahan melalui proses yang dikenal sebagai mitosis. 

Sel eukariotik juga mengandung organel-organel seperti mitokondria dan khloroplas yang mengandung sedikit DNA. Bentuk DNA dalam ke dua organel tersebut adalah sirkuler tertutup (seperti DNA prokariot). Ribosom pada sel eukariotik lebih besar dibandingkan prokariotik, berukuran 80S. Di dalam sel ini juga dijumpai organel lain yang bermembran, yaitu aparatus golgi. Pada tanaman organela ini mirip dengan diktiosom. Kedua organel tersebut berperan dalam proses sekresi.

D. STRUKTUR SEL

2D1. Inti Sel

Inti sel eukariotik pada interfase dikelilingi oleh suatu membran. Membran terdiri  atas 2 lapisan lemak (lipid bilayers). DNA pada inti tersebar dalam suatu struktur yang disebut kromosom. Pembelahan inti dari satu menjadi dua anak inti dikenal sebagai mitosis. Pada tanaman dan hewan tingkat tinggi dikenal adanya reproduksi secara seksual. Pada saat pembuahan, ke dua inti dari sel jantan dan sel betina (gamet) melebur membentuk sigot. Masing-masing jenis gamet menyumbang sejumlah (n) kromosom. Dengan demikian sigot mengandung dua set kromosom (2n). Apabila gamet bersifat haploid, maka sigot bersifat diploid. Semua sel somatik bersifat diploid (mengandung 2 set kromosom). Pada saat generasi seksual berikutnya, kromosom normal (2n) mengalami segregasi menjadi haploid. Proses pengurangan separo kromosom dari 2n menjadi n kromosom disebut meiosis.

2D2. Membran Sel Prokariotik

Permukaan luar lipid bilayers membran sel bersifat hidrofil, sedangkan permukaan  dalamnya bersifat hidrofob. Stabilitas membran sel disebabkan oleh kekuatan hidrofobik antara residu asam lemak dan kekuatan elektrostatis antara ujung-ujung hidrofilik. Pada bilayer terdapat protein yang letaknya tenggelam (di dalam) bilayer atau terdapat pada permukaannya. 

Pada beberapa bakteri, membran mengelilingi sitoplasma tanpa menunjukkan adanya lipatan. Membran pada bakteri lain mengalami pelipatan ke dalam yang disebut mesosom. Pada bakteri fotosintetik, khlorofil tidak terdapat dalam suatu khloroplas, melainkan terdapat dalam membran yang sangat berlipat-lipat di dalam sel, yang  disebut membran tilakoid. Sistem fotosintetik pada bakteri disamping menggunakan khlorofil, juga karotenoid. Keduanya mengandung sistem transport elektron yang menghasilkan ATP pada proses fotosintesis.

2D3. Dinding Sel

Dinding sel bakteri bersifat agak elastis. Dinding sel tidak bersifat permeabel terhadap garam dan senyawa tertentu dengan berat molekul rendah. Secara normal konsentrasi garam dan gula yang menentukan tekanan osmotik di dalam sel lebih tinggi daripada di luar sel. Apabila tekanan osmose di luar sel naik, air sel akan mengalir ke luar, protoplasma mengalami pengkerutan, dan membran akan terlepas dari dinding sel. Proses ini disebut dengan plasmolisis. 

Rangka dasar dinding sel bakteri: Rangka dasar dinding sel bakteri adalah murein peptidoglikan. Murein tersusun dari N-asetil glukosamin dan N-asetil asam  muramat, yang terikat melalui ikatan 1,4-β-glikosida. Pada N-asetil asam muramat terdapat rantai pendek asam amino: alanin, glutamat, diaminopimelat, atau lisin dan alanin, yang terikat melalui ikatan peptida. Peranan ikatan peptida ini sangat penting dalam menghubungkan antara rantai satu dengan rantai yang lain. Komponen dan struktur dinding sel prokariot ini sangat unik, dan tidak dijumpai pada sel eukariotik.

Dinding sel bakteri gram positif: Dinding sel bakteri gram positif terdiri 40 lapis rangka dasar murein, meliputi 30-70 % berat kering dinding sel bakteri. Senyawa lain penyusun dinding sel gram positif adalah polisakarida yang terikat secara kovalen, dan asam teikoat yang sangat spesifik.

Dinding sel bakteri gram negatif: Dinding sel bakteri gram negatif hanya terdiri atas satu lapis rangka dasar murein, dan hanya meliputi +  10% dari berat kering dinding sel. Murein hanya mengandung diaminopemelat, dan tidak mengandung lisin. Di luar rangka murein tersebut terdapat sejumlah besar lipoprotein, lipopolisakarida, dan lipida jenis lain. Senyawa-senyawa ini merupakan 80 % penyusun dinding sel. Asam teikoat tidak terdapat dalam dinding sel ini.

Peranan lisosim dan penisilin: Lisosim adalah ensim antibakteri yang terdapat dalam putih telur dan air mata, dan dapat dihasilkan oleh beberapa bakteri. Lisosim akan merusak ikatan antar N-asetilglukosamin dan N-asetil asam muramat dalam murein, sehingga lisosim dapat merombak murein. dalam dinding sel. Dinding sel yang  rusak akan menghasilkan sel tanpa dinding sel yang disebut spheroplas. Spheroplas sangat rentan terhadap tekanan osmotik.   Penisilin akan bekerja aktif terhadap dinding sel gram positif yang sedang membelah. Senyawa ini mengakibatkan sel tumbuh tidak beraturan. Dalam hal ini penisilin menghambat pembentukan dinding sel.

2D4. Flagel dan Pili

Flagel merupakan salah satu alat gerak bakteri. Letak flagel dapar polar, bipolar,  peritrik, maupun politrik. Flagel mengakibatkan bakteri dapat bergerak berputar. Penyusun flagel adalah sub unit protein yang disebut flagelin, yang mempunyai berat  17  molekul rendah. Ukuran flagel berdiameter 12-18 nm dan panjangnya lebih dari 20 nm. Pada beberapa bakteri, permukaan selnya dikelilingi oleh puluhan sampai ratusan pili, dengan panjang 12 nm. Pili disebut juga sebagai fimbrae. Sex-pili berperan pada konjugasi sel. Pada bakteri Escherichia coli strain K-12 hanya dijumpai 2 buah pili.

2D5. Kapsul dan Lendir

Beberapa bakteri mengakumulasi senyawa-senyawa yang kaya akan air, sehingga  membentuk suatu lapisan di permukaan luar selnya yang disebut sebagai kapsul atau selubung berlendir. Fungsinya untuk kehidupan bakteri tidak begitu esensial, namun menyebabkan timbulnya sifat virulen terhadap inangnya. Dalam pembentukan agregasi tanah, senyawa yang terkandung dalam kapsul atau lendir inilah yang sangat berperan.

Keberadaan kapsul mudah diketahui dengan metode pengecatan negatif menggunakan

tinta cina atau nigrosin. Kapsul akan tampak transparan diantara latar belakang yang gelap. Pada umumnya penyusun utama kapsul adalah polisakarida yang terdiri atas glukosa, gula amino, rhamnosa, serta asam organik seperti asam piruvat dan asam asetat. Ada pula yang mengandung peptida, seperti kapsul pada bakteri Bacillus sp. Lendir merupakan kapsul yang lebih encer. Adakalanya kapsul bakteri dapat dipisahkan dengan metode penggojokan kemudian diekstrak untuk menghasilkan lendir.

PERBEDAAN SEL TANAMAN, HEWAN, DAN BAKTERI

SEL TANAMAN	SEL HEWAN	SEL BAKTERI
Dinding sel dan   Membran sel   Dinding sel Dinding sel tanaman sangat kuat dan kasar. Banyak mengandung	Tidak   mempunyai   dinding sel	Dinding sel terdiri atas rantai polisakarida dan rantai peptida pendek.

 

selulosa yang terikat pada polisakarida dan protein. Fungsinya melindungi membran dari kerusakan mekanis atau tekanan osmosa, dan menyebabkan bentuk sel tetap		Permukaannya dilapisi lipopolisakarida. Tidak semua bakteri mempunyai pili. Pili dapat berfungsi sebagai jalan pemindahan DNA pada saat konjugasi. Dinding sel melindungi sel bakteri dari lingkungan hipotonis. Dinding sel mempunyai pori yang dapat dilewati molekul kecil.
Membran sel Membran sel tanaman tebalnya +9nm dan mengandung lipida dan protein dalam jumlah yang sama. Lipida tersusun dalam 2 lapisan. Jenis lipida lebih bervariasi daripada lipida penyusun membran sel bakteri. Membran sel tanaman bersifat selektif permeabel, mengandung protein/ensim yang berperan pada pemindahan nutrien dan ion anorganik	Membran sel hewan mirip dengan membran sel tanaman, tetapi komposisi lipidanya beda. Membran bersifat fleksibel dan lengket. Permukaan sel yang lengket penting dalam pembentukan jaringan. Membran sangat selektif permeabel. Mengandung protein ensim yang berperan dalam pengangkutan ion K+ dan Na+, glukosa, asam amino, dll	Membran sel bakteri mengandung +45% lipida dan 55% protein. Lipida menyelu-bungi secara kontinyu dan non-polar. Pada beberapa tempat, membran mengalami pelipatan ke dalam sel yang disebut dengan mesosome. Membran bersifat selektif permeabel. Air, beberapa nutrien dan ion logam dapat bebas melewatinya. Beberapa ensim yang berperan menghasilkan ATP terdapat dalam membran sel bakteri.
Inti   Inti sel, anak inti sel serta membran inti sel tanaman mempunyai struktur, komposisi dan fungsi seperti pada sel hewan.	Diameter inti sel hewan +4- 6µ. Dilapisi oleh selaput/membran berpori sebagai tempat keluar- masuknya bahan ke dalam inti. DNA di dalam inti berasosiasi dengan protein histon dan terorganisir	Bakteri tidak mempunyai bentuk inti seperti pada sel tanaman dan hewan. Bahan genetik hanya berupa satu untaian ganda DNA yang tersusun secara heliks. Panjang DNA mencapai 1,2 mm, tetapi terlipat menjadi

 

	menjadi kromosom. Di dalam inti terdapat anak inti/ nukleolus yang kaya RNA, berbentuk bulat, gelap, tetapi tidak dilingkupi oleh membran. Anak inti merupakan tempat terbentuknya RNA. Setiap inti ada 1-4 anak inti. Selama mitosis DNA kromosom mengalami replikasi, kemudian memisah menjadi kromosom anak.	diameter 2nm. Selama pembelahan sel masing- masing untaian DNA bereplikasi menghasilkan dua molekul untaian DNA kembali. DNA akan ditranskripsi menjadi bentuk messenger (m) RNA. Bakteri juga mempunyai plasmid, yaitu untaian ganda DNA di luar kromosom berbentuk sirkuler. Plasmid dapat bereplikasi secara mandiri tidak tergantung pada replikasi kromosom sel.
Mitokondria     Mitokondria berbentuk lonjong, dijumpai pada semua sel tanaman. Strukturnya mirip dengan mitokondria sel hewan. Mitokondria mengandung DNA yang tipenya khusus. Di dalam mitokondria, banyak mengandung ensim yang berperan dalam oksidasi nutrien dan perubahan energi menjadi ATP.	Jumlah mitokondria dalam sel dapat mencapai 800. Jumlahnya semakin banyak pada sel yang aktif. Membran dalam mitokondria berlipat-lipat. Matriks di dalamnya banyak mengandung ensim yang berperan dalam oksidasi karbohidrat, lipida, asam amino menjadi CO2 dan H2O. Hasil oksidasi adalah ATP untuk sumber energi.	Sel bakteri tidak mempunyai mitokondria. Oksidasi nutrien dilakukan oleh ensim oksidase yang terdapat dalam membran atau mesosome.
Endoplasmik retikulum (ER) dan ribosome

 

 

ER pada sel tanaman mempunyai struktur yang mirip dengan ER pada sel hewan.	ER   merupakan   membran inti yang melipat-lipat menyerupai lorong. Permukaannya  kasar karena ada ribosom yang menempel. ER dari inti menembus sitoplasma menuju luar sel. Ribosome merupakan tempat terbentuknya protein. Ribosom  juga  tersebar bebas dalam sitoplasma.	Sel bakteri tidak mempunyai ER. Ribosome tersebar dalam sitoplasma. Ribosome sebagai tempat sintesis protein. Setiap sel bakteri E. coli mengandung 15.000 ribosome. Setiap ribosome terdiri atas 2 subunit: subunit besar dan subunit kecil. Setiap subunit terdiri atas 65% RNA dan 35% protein. mRNA terikat pada lekukan diantara 2 subunit RNA saat terjadi sintesis asam amino. Jenis asam amino yang dibentuk sesuai dengan susunan bahan genetik di mRNA
Khloroplas    Sel tanaman mempunyai plastida yang disebut kloroplas, di dalamnya terdapat khlorofil. Khloroplas dikelilingi oleh membran yang mengandung DNA. Bentuk khloroplas bermacam- macam, jumlahnya dapat lebih dari satu per sel. Fungsi khlorofil untuk menerima energi matahari, yang diubah menjadi ATP untuk pembentukan gula dari CO2 dan H2O dalam proses fotosintesis	Sel hewan tidak mempunyai khloroplas	Bakteri fotosintesik mempunyai khlorofil yang tidak berada dalam khloroplast, tetapi ada dalam membran yang sangat melipat-lipat ke dalam sel, yang disebut membran fotosintetik (tilakoid). Pada alga biru Anabaena azollae tilakoid tersebar di seluruh sel.
Vakuola Vakuola merupakan ciri khusus sel tanaman. Ukuran vakuola bertambah dengan bertambahnya umur sel. Vakuola mengandung gula, garam dari asam organik, protein terlarut, garam mineral, pigmen, oksigen dan CO2, yang merupakan bahan sisa maupun cadangan makanan. Bahan tersebut selalu dihasilkan selama sel melakukan aktivitas, sehingga ukuran vakuola semakin lama semakin besar.		Bakteri akuatik mempunyai vakuola yang berisi gas (vakuola gas). Fungsinya agar sel dapat mengapung di lingkungan air, sehingga dapat   bergerak naik turun (bouyanci). Vakuola tidak untuk menyimpan cadangan makanan. Cadangan makanan disimpan di suatu bulatan atau granula, berupa polisakarida, lipida, polifosfat, metafosfat, sulfur, dan poli beta hidroksi asam butirat (PHB). Cadangan makanan dimanfaatkan saat kondisi lingkungan miskin, atau saat spora berkecambah