28

BAB III

KONSEP MAPPING

Macam-macam sel dibagi menjadi 2 :

1. Eukariotik : organisme dengan sel kompleks, di mana bahan-bahan genetika disusun menjadi nuklei yang terikat membran.

Yang termasuk Eukariota sel hewan, sel tumbuhan, dan jamur

Inti sel (Nucleus)

Struktur Sitoplasma (mitokondria kloroplas dll )

Lapisan Permukaan (dinding sel.membran plasma dll )

Organella Pergerakan (flagel silia)

2. Prokariotik : ukuran yang relatif kecil, biasanya berdiameter 1 m dan tidak adanya membran inti. Contohnya, bakteri dan ganggang biru (Eddy, dkk, 2005). Nukleoid

Struktur sitoplasma

Selubung Sel (Cell Envelope)

Membran Sitoplasma

Kapsul dan Glikokaliks

Flagella

Pili (Fimbriae)

Endospora Struktur sel

Sel mangandung struktur fisik yang sangat terorganisasi, yang dinamakan organel ( komponen tetap sitoplasma). Beberapa organel sel yang penting adalah :

A. Inti sel untuk tempat materi genetik dan mngatur seluruh kegiatan sel B. Membran sel/ membrane plasma selain fungsi sebagai reseptor dan komunikasi sel. Barier permeabel yang selektif (hanya dapat dilalui molekul tertentu kedalam maupun keluar sel) C. Sitoplasma dan organelnya

DNA

DNA umumnya terletak di dalam inti sel. Secara garis besar, peran DNA di dalam sebuah sel adalah sebagai materi genetik; artinya, DNA menyimpan cetak biru bagi segala aktivitas sel. Ini berlaku umum bagi setiap organisme. Diantara perkecualian yang menonjol adalah beberapa jenis virus (dan virus tidak termasuk organisme) seperti HIV (Human Immunodeficiency Virus) (Universitas Mulawarman. 2009)

1. STRUKTUR DNA

DNA merupakan makromolekul polinukleotida yang tersusun atas polimer nukleotida yang berulang-ulang, tersusun rangkap, membentuk DNA helix ganda dan berpilin kekanan. Setiap nukleotida terdiri dari 3 gugus molekul, yaitu:

a. Gula pentosa 5 karbon ( 2-deoksiribosa)

b. Basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin yaitu adenin (A) dan guanin (G), serta golongan pirimidin yaitu sitosin (C ) dan timin (T)

c. Gugus fosfat.b. 2. STRUKTUR RNA

RNA merupakan rantai tunggal polinukleotida. Setiap ribo nukleotida terdiri dari 3 gugus molekul, yaitu: a. 5 karbon (ribosa)

b. Basa nitrogen yang terdiri dari golongan purin ( yang sama dengan DNA) dan golongan pirimidin yang berbeda yaitu sitosin (C) dan urasil (U)

c. Gugus fosfat

BAkteri

a) Nukleoid

Nukleoid prokariota, sama seperti inti eukariotik, dapat dilihat dengan mikroskop cahaya pada benda yang diwarnai. Nukleoid sebagian besar sel bakteri dapat dipisahkan dengan lisis yang diikuti dengan sentrifuga. Struktur yang telah diisolasi mengandung DNA yang berhubungan dengan sebagian kecil RNA, RNA polimerase dan protein lain. DNA bakteri dipisahkan secara langsung pada saat dilihat mikroskop elektron dengan melakukan lisis sel menggunakan larutan gram fisiologi, sehingga tampak seperti sabuk-sabuk yang mirip khromatin eukariota.

b) Struktur sitoplasma

Sel prokariota tidak memiliki plastid sendiri, misalnya mitokondria dan kloroplas, enzim transport elektron terletak pada membran sitoplasma. Pigmen fotosintesa (klarotenoik, bakterioklorofil) dari bakteri fotosintesis terletak pada membran khusus, yang bisa berbentuk vesikel bulat/lembaran tipis yang terletak di bawah membran sel.

c) Selubung Sel (Cell Envelope)

Lapisan yang mengelilingi sel prokariota secara menyeluruh disebut selubung sel. Struktur dan organisasi selubung sel berbeda antara gram positif dan gram negatif. Beberapa bakteri, eubacteria dan archeabachteria gram positif maupun gram negatif memiliki dua jenis paracrystalline, lapisan yang pertama terdiri dari anyaman molekul protein atau glikoprotein (S-layer), sebagian komponen selubung sel yang terluar. Lapisan S-layer umumnya terdiri dari kelompok molekul tunggal. Fungsi lapisan S ini dalam beberapa hal untuk melindungi diri terhadap enzim perusak dinding sel, dari serangan bakteri predator, dan bakteri bakteriofage. Lapisan S juga berperan dalam bentuk sel pada beberapa spesies archaebacteria, dan juga mungkin berperan melekatkan sel bakteri pada permukaan epidermal inang.

d) Membran Sitoplasma

Membran sitoplasma bakteri, disebut juga membran sel, bisa dilihat dengan mikroskop elektron pada sediaan irisan tipis. Sangat khas adanya unit membrana yang tersusun oleh fosfolipid dan protein. Fungsi sitoplasma adalah :

1) permeabilitas selektif dan transport bahan larut.

2) transpor elektron dan fosforilasi oksidatif pada spesies aerobik.

3) ekskresi eksoenzim hidrolitik .

4) mengghasilkan enzim dan membawa molekul yang berfungsi dalam biosintesa DNA, Polimer dinding sel dan lipid membran.e) Kapsul dan Glikokaliks

Beberapa bakteri membuat banyak polimer ekstraseluler jika tumbuh pada lingkungan alami mereka. Kapsul membantu penyelenggaraan bakteri patogenik sel yang berkapsul terlindungi dari fagositesis, kecuali diselubungi antibodi antikapsuler. Glikokaliks memerankan fungsi pelekatan bakteri kepermukaan pada lingkungan mereka, termasuk sel tanaman dan binatang inang. Sel bakteri dari spesies yang sama atau berbeda menjadi tertutup dalam glikokaliks membentuk lapisan yang disebut plak pada permukaan gigi, peran penting glikokaliks dalam proses ini dan pembentukannya dari sukrosa (grup a) menjelaskan hubungan karies gigi dengan konsumsi sukrosa oleh manusia

f) Flagella

Flagella bakteri terbuat dari ribuan molekul protein yang disebut flagelin. Pada beberapa oraganisme, flagella tersusun dari dua tipe flagelin, tetapi pada kebanyakan bakteri, flagella hanya mengandung satu flagelin. Flagella dibentuk oleh agregasi sub unit yang membentuk struktur. Semua komponen motor flagella terletak dalam selubung sel. Flagella melekat pada selubung sel, perputaran berjalan normal jika media bersih substrat yang cocok untuk pernafasan atau jika perbedaan proton ditimbulkan secara artifisial. Jika bakteri peritik berenang, flagellanya secara bersama-sama membentuk suatu bundel posterior yang menggerakkan sel maju lurus dengan rotasi berlawanan arah jarum jam secara berkala, flagella berbalik arah dan kadang-kadang terpisah, yang berakibat sel berbalik dan menghasilkan gerakan berenang. Mekanisme perubahan perilaku sel sebagai reaksi perubahan lingkungan disebut sensory transduction. Sensory transduction peka tidak hanya terhadap kemotaksis tetapi juga terhadap aerotaksis, fototaksis, dan elektron aseptortaksis. Pada ketiga respon ini, seperti juga pada kemotaksis, gerakan akhir ditentukan juga oleh pengaturan respon balik.

g) Pili (Fimbriae)

Beberapa bakteri gram negatif memiliki tonjolan permukaan yang rigid, yang disebut pili(rambut-rambut L)atau fimbrie (batas L). Mereka lebih pendek dan lebih halus dari flagella, mereka terdiri dari struktur protein yang disebut pilin. Beberapa pili tersusun dari tipe pilin, dan ada yang tersusun lebih dari satu tipe pilin. Protein minor pada ujung pili, berperan pada sifat perekatan.

h) Endospora

Anggota beberapa genera bakteri dapat membentuk endospora. Dua tipe yang paling umum adalah batang gram positif: genus aerob-obligat Bacillus dan genus anaerob-obligat Clostidrium. Organisme-organisme ini mengalami siklus diferensiasi sebagai respon terhadap lingkungan.

2.2.3.1.2 Contoh sel prokariotik (Bakteri)

a. Definisi BakteriBakteri adalah sebuah kelompok mikroorganisme bersel tunggal dengan konfigurasi selular prokariotik (tidak mempunyai selubung inti). Bakteri termasuk bersel prokariotik. Bakteri sebagai makhluk hidup tentu memiliki informasi genetik berupa DNA, tapi tidak terlokalisasi dalam tempat khusus (nukleus) dan tidak ada membran inti. DNA pada bakteri berbentuk sirkuler, panjang dan biasa disebut nukleoid. DNA bakteri tidak mempunyai intron dan hanya tersusun atas ekson saja. Bakteri juga memiliki DNA ekstrakromosomal yang tergabung menjadi plasmid yang berbentuk kecil dan sirkuler (Prasetyo, 2009)

b. Klasifikasi Bakteri

Bakteri dapat diklasifikasikan dengan berbagai cara. Salah satu klasifikasi yang paling sering digunakan adalah dengan menggunakan pewarnaan gram. Pewarnaan gram adalah prosedur mikrobiologi dasar untuk mendeteksi dan mengidentifikasi bakteri. Pewarnaan gram ditemukan oleh H. C. J. Gram, seorang histologis berkebangsaan Denmark, pada tahun 1884. Prosedur pewarnaan gram dimulai dengan pemberian pewarna basa, kristal violet. Larutan iodine kemudian ditambahkan; semua bakteri akan terwarnai biru pada fase ini. Sediaan kemudian diberi alkohol. Sel gram positif akan tetap mengikat senyawa kristal violet-iodine sehingga bewarna biru, sedangkan gram negatif akan hilang warnanya oleh alkohol. Sebagai langkah terakhir, counterstain (misalnya safranin yang berwarna merah) ditambahkan sehingga sel gram negatif yang tidak berwarna akan mengambil warna kontras; sedangkan sel gram positif terlihat dalam warna biru keunguan (violet). Perbedaan ini terjadi karena perbedaan penyusun peptidoglikan pada struktur dinding selnya. Berikut dipaparkan kedua macam golongan bakteri berdasarkan pewarnaan gram (Prasetyo, 2009)

Bakteri Gram Positif

Dengan pewarnaan gram, golongan bakteri ini akan memberikan warna ungu. Golongan ini memiliki peptidoglikan setebal 20-80 nm1 dengan komposisi terbesar teichoic, asam teichuroni, dan berbagai macam polisakarida. Asamteikhoat berfungsi sebagai antigen permukaan pada gram positif. Letaknya berada antara lapisan membran sitoplasma dan lapisan peptidoglikan. Selain itu, golongan ini memiliki 40 lembar peptidoglikan pada dinding selnya, yang merupakan 50% dari seluruh komponen penyusun dinding sel. Polisakarida dan asam amino pada lembar peptidoglikan bersifat sangat polar, sehingga pada bakteri gram positif yang memiliki dinding sel yang sangat tebal, dapat bertahan dari aktivitas cairan empedu di dalam usus. Sebaliknya, lembar peptidoglikan rentan terhadap lisozim sehingga dapat dirusak oleh senyawa bakterisidal (Prasetyo, 2009)

Bakteri Gram Negatif

Golongan ini memiliki lapisan peptidoglikan yang tipis (5-10 nm)1 dengan komposisi utama: lipoprotein, membran luar dan lipopolisakarida.2 Membran luar pada gram negatif juga memiliki sifat hidrofilik, namun komponen lipid pada dinding selnya justru memberikan sifat hidrofobik. Selain itu terdapat saluran khusus yang terbuat dari protein yang disebut porins yang berfungsi sebagai tempat masuknya komponen hidrofilik seperti gula dan asam amino yang penting untuk kebutuhan nutrisi bakteri (Prasetyo, 2009)

Lipoprotein mengandung 57 asam amino yang merupakan ulangan sekuen 15 asam amino yang saling bertaut dengan ikatan peptida dengan residu asam diaminpimelat dari sisi tetrapeptida rantai peptidoglikan. Komponen lipidnya terdiri dari diglyseride thioether yang terikat pada sistein terminal. Lipoprotein merupakan komponen yang mendominasi dinding sel gram negatif dan berfungsi menjaga stabilitas membran luar dan tempat perlekatan pada lapisan peptidoglikan (Prasetyo, 2009)

Membran luarnya merupakan struktur bilayer; komposisi lembar dalamnya mirip dengan membran sitoplasma, hanya saja fosfolipid pada lapisan luarnya diganti dengan molekul lipopolisakarida (LPS). Selain itu terdapat ruang antara membran dalam dengan membran luarnya yang disebut ruang periplasma, terdiri dari lapisan murein dan larutan protein mirip gel (protein pengikat substrat tertentu, enzim hidrolitik, dan enzim detoksifikasi). LPS yang merupakan tempat perlekatan dinding sel gram negatif terdiri dari lipid kompleks yang disebut lipid A, dimana melekat polisakarida yang terangkai dengan pusat dan ujung dari unit pengulangan, inti polisakarida, dan antigen O (Prasetyo, 2009)

LPS terikat pada membran luar dengan ikatan hidrofobik. LPS disintesis pada membran sitoplasma dan dibawa ke posisi akhir di sebelah luar. Lipopolisakarida berfungsi sebagai antigen (antigen O pada rantai karbohidratnya) dan toksin (endotoksin yang berasal dari komponen lipid (Prasetyo, 2009)

c. StrukturSemua bakteri, kecuali mycoplasma, selnya dikelilingi oleh dinding sel yang kompleks. Di sekitar dinding sel bisa ditemukan berbagai struktur eksternal yang melekat seperti kapsul, flagella, dan pili. Pengetahuan mengenai dinding sel ini penting dalam menegakkan diagnosis dan mendalami patogenisitas bakteri. Peptidoglikan adalah polimer kompleks yang terdiri dari 3 bagian: backbone, yang terdiri dari N-asetilglukosamin dan asam N-asetilmuramat, secara berselang-seling yang dihubungkan oleh ikatan beta 1-4 glikosida; sekolompok rantai tetrapeptida identik yang melekat pada asam N-asetilmuramat; dan sekelompok identical peptide-cross bridges. Backbone pada semua bakteri adalah sama, namun rantai tetrapeptida dan identical peptide-cross bridges berbedabeda (Prasetyo, 2009)

Karbon nomor 3 pada asam N-asetilmuramat disubstitusi oleh gugus eterlaktil yang merupakan turunan dari piruvat. Gugus eter laktil menghubungkan backbone dengan rantai samping peptida yang mengandung L-alanin (L-ala), Dglutamat (D-glu), asam diaminpimelat (DAP), dan D-alanin (D-ala). Untai peptidoglikan (atau murein pada teks lama) disusun di ruang periplasma dari 10 subunit asam muramat. Lalu untai tersebut saling berhubungan membentuk molekul glikan yang kontinu yang dapat meliputi seluruh sel. Rantai tetrapeptida yang berasal dari glycan backbone dapat saling bersilang-silangan dengan ikatan interpeptida antara gugus amino bebas pada DAP dan gugus karboksil bebas pada D-ala terdekat (Prasetyo, 2009)

Penyusunan peptidoglikan pada bagian luar membran plasma dimediasi oleh enzim periplasma, yaitu transglikosilase, transpeptidase dan karboksipeptidase. Tempat ini merupakan sasaran antibiotik golongan -laktam yang bekerja dengan cara menghambat transpeptidase dan karboskipeptidase selama pembentukan murein pada dinding sel. Glycan backbone dari molekul peptidoglikan dapat dipecah oleh enzim yang dinamakan lisozim yang ada di serum binatang, jaringan, dan sekret, serta di dalam lisosom fagosit. Fungsi lisozim adalah melisis sel bakteri sebagai pertahanan konstitutif melawan bakteri patogen. Beberapa bakteri gram positif sangat sensitive terhadap lisozim meskipun dalam konsentrasi yang sangat rendah. Sekresi lakrimal (air mata) dengan pengenceran 1:40.000 tetap memiliki kemampuan untuk melisis beberapa sel bakteri. Bakteri gram negatif kurang rentan untuk diserang oleh lisozim karena peptidoglikannya dilindungi oleh membran luar. Sasaran pemecahan oleh lisozim adalah di ikatan 1,4 antara asam N-asetilmuramat dan N-asetilglukosamin (Prasetyo, 2009)

d. Pertumbuhan dan Reproduksi

Semua bakteri berkembang biak melalui pembelahan biner (aseksual) dimana dari satu sel membelah menjadi dua sel yang identik. Beberapa bakteri dapat membentuk struktur reproduktif yang lebih kompleks yang memfasilitasi penguraian dua sel yang baru terbentuk. Contoh bakteri yang seperti itu antara lain fruiting body formation oleh Myxococcus dan arial hyphae formation oleh Streptomyces. Pertumbuhan bakteri yang terkontrol akan melewati tiga fase yang berbeda. Kultur bakteri biasanya dimulai dengan inokulasi satu koloni bakteri ke dalam media cair. Segera setelah itu pertumbuhan bakteri masuk ke dalam fase pertama, yaitu lag phase. Lag phase adalah fase pertumbuhan lambat, yang disebabkan oleh kebutuhan bakteri untuk beradaptasi dengan lingkungannya untuk mencapai fase pertumbuhan cepat. Lag phase memiliki tingkat biosintetik tinggi sehingga enzim yang dibutuhkan untuk mencerna berbagai macam substrat dihasilkan dalam jumlah yang banyak (Prasetyo, 2009)

Fase kedua adalah log phase (fase logaritmik), dikenal juga dengan fase eksponensial, yang ditandai dengan pertumbuhan yang sangat cepat secara eksponensial. Tingkat dimana sel berkembang biak pada fase ini disebut sebagai growth rate (k). Waktu yang dibutuhkan sel untuk membelah diri menjadi dua bagian dalam fase ini disebut sebagai generation time (g). Selama log phase, nutrisi dicerna pada kecepatan maksimal sampai semuanya habis. Lalu, masuklah koloni tersebut ke dalam fase tiga, fase stasioner (Prasetyo, 2009)

Fase ini ditandai dengan habisnya nutrisi yang tersedia. Sel mulai menghentikan aktivitas metaboliknya serta menghancurkan protein nonesensial yang mereka miliki. Fase stasioner merupakan masa transisi dari perkembangan yang sangat cepat menuju masa dormansi. Fase terakhir yang dilewati bakteri adalah fase penurunan. Setelah periode waktu pada fase stasioner yang bervariasi pada tiap organisme dan kondisi kultur, kecepatan kematian meningkat sampai mencapai tingkat yang tetap, sering kali setelah mayoritas sel mati kecepatan kematian menurun drastis sehingga sejumlah kecil sel yang hidup akan bertahan selama beberapa bulan atau tahun (Prasetyo, 2009)

STRUKTUR VIRUS

Asam nukleat adalah pembawa informasi genetika. Asam nukleat pada virus berupa satu jenis asam nukleat, yaitu DNA saja atau RNA saja. Materi genetik tersebut dapat berbentuk rantai tunggal atau rantai ganda. Rantainya dapat berbentuk melingkar atau linier.

Selubung protein. Selubung protein (kapsid) adalah pembungkus asam nukleat. Kapsid tersusun dari molekul protein yang disebut kapsomer. Kapsid inilah yang memberi bentuk virus.

2.1 Mikroskop

Untuk mengamati sel diperlukan alat bantu mikroskop yang dapat memperbesar bayangan objek yang diamati. Ada beberapa macam mikroskop yang dapat digunakan. Berikut akan diuraikan prinsip cara kerja kedua mikroskop tersebut (Syamsuri, 2004)

2.1.1 Mikroskop Cahaya:

a. Mikroskop cahaya menggunakan cahaya sebagai sumber penyinaran. Karena itu diperlukan lensa untuk memperbesar bayangna benda.

b. Untuk mengamati objek diperlukan preparat yang tembus cahaya. Karenanya, preparat harus diiris setipis mungkin dengan ketebalan tidak lebih dari 50 mikron. Medium yang umum digunakan adalah air yang diteteskan ke atas gelas benda.

c. Objek dapat diamati dalam keadaan hidup atau mati.

d. Pengamat dapat mengamati langsung melalui lensa okuler sehingga pengamat dapat menentukan bentuk, warna, dan gerakan objek.

e. Bayangan yang diperoleh dapat diperbesar hingga mencapai`100x, 400x, atau 1000x (Syamsuri, 2004)2.1.2 Mikroskop Elektron

a. Mikroskop elektron menggunakan elektron sebagai pengganti cahaya dan medan magnet sebagai pengganti lensa. Bayangan yang dihasilkan ditampilkan di layar monitor.

b. Objek yang akan diamati harus sangat tipis dan berada di ruangan hampa udara agar dapat di tembus elektron.

c. Tidak dapat mengamati objek yang masih hidup. Biasanya digunakan untuk mengamati bagian-bagian sel. Misalnya organel, membran, atau molekul besar, seperti DNA d. Tidak dapat mengamati secara langsung. Untuk menentukan bentuk objek diperlukan rekonstruksi dari beberapa hasil pengamatan.

e. Bayangan yang diperoleh dapat diperbesar hingga mencapai sejuta kali (Syamsuri, dkk., 2004).

ORGANISME

VIRUS

SEL

EUKARIOTIK

PROKARIOTIK

SEL TUMBUHAN DAN SEL HEWAN

BAKTERI

ORGANEL

DNA

13