BAB II
Organisme Sebagai Sistem
Organisme Sebagai Sistem
Semua organisme disusun oleh sebuah atau sejumlah sel. Sel-sel penyusun organisme tersebut merupakan suatu kesatuan hidup terkecil, artinya bahwa semua kegiatan hidup organisme merupakan manifestasi dari proses-proses metabolisme dan reproduksi dari pada sel.
Di dalam sel tersebut, apabila kita daat mengamati molekul-molekul yang terdapat di dalamnya, maka kita akan dapat menyaksikan betapa hebatnya reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalamnya.
Unsur-unsur dan molekul-molekul kimia yang terdapat di dalam sel merupakan suatu substansi yang akan membentuk sistem yang lebih besar dalam suatu organisme.
A. Protoplasma Sebagai Substansi Dasar Makhluk Hidup
Telah dikemukakan bahwa organisme disusun oleh sel. Apa sesungguhnya yang terdapat di dalam sel itu?. Sel yang masih hidup mengandung suatu substansi hidup yang dinamakan Protoplasma. Max Schultze (1825-1874) menyebut protoplasma ini sebagai “dasar-dasar fisik dari suatukehidupan”.
Istilah protoplasma itu sendiri sesungguhnya berasal dari bahasa Yunani yaitu “proto” yang berarti primitif atau pertama dan “plasma” yang berarti substansi atau zat. Bagaimanakah struktur protoplasma?. Apakah protoplasma itu merupakan suatu zat yang homogen sebagaimana halnya air?. Hasil penelitian, menunjukkan bahwa protoplasma merupakan suatu sistem yang dibangun oleh senyawa-senyawa kimia kompleks yang di dalamnya senantiasa terjadi proses-proses kimia yang kompleks pula.
Untuk membedakan plasma yang terdapat di dalam dan di luar inti sel di gunakan beberapa istilah. Plasma yang terdapat di antara selaput (membran) plasma dan dinding inti disebut sitoplasma (Yunani, kytos=kosong, plasma=substansi). Sitoplasma ini merupakan bagian yang sangat penting pada sel karena merupakan tempat yang berfungsi untuk proses-proses biosintesis dan bioenergetik.
Sitoplasma ini disusun oleh dua tipe struktur yang berbeda yaitu matriks dan organel (Yunani, organon=alat). Bila seluruh organel sitoplasma diambil/dipisahkan maka sitoplasma hanya akan mengandung suatu substansi yang transparansi, homogen dan koloid, bagian itulah yang disebut sebagai matriks.
Purkinya (1840), merupakan bagian matriks ini dengan protoplasma. Banyak lagi istilah lain yang digunakan untuk memberi nama matriks, misalnya saja sitoplasma dasar, hialoplasma, kinoplasma dan sebagainya.
Hartwig (1892), mengemukakan tentang teori protoplasma. Ia menyatakan bahwa “protoplasma adalah sekumpulan substansi kehidupan terdapat dalam ruang yang dibatasi oleh selaput plasma”.
Plasma yang terdapat di dalam inti sel selaput nukleo plasma atau plasma inti. Di dalam nukleo plasma inilah terdapat benang-benang kromatin dengan materi genetik yang dapat diwariskan pada keturunannya.
1. Sifat-sifat fisik protoplasma
Pada masa lampau terdapat banyak pertentangan mengenai sifat-sifat fisik protoplasma khususnya bagian matriks. Beberapa teori mengenai sifat-sifat matriks di antaranya:
a. Teori retikuler : menyatakan bahwa matriks disusun oleh serabut-serabut retikulum atau partikel-partikel di dalam substansi dasar.
b. Teori laveolar : dikemukakan oleh Butschili (1892), ia mengemukakan bahwa matriks disusun oleh tetesan-tetesan suspensi atau gelombung-gelembung kecil yang menyerupai buih emulsi.
c. Teori granular : dikemukakan oleh Altman (1893). Teori ini menunjang teori yang menyatakan bahwa matriiks berisi butiran-butiran yang ukurannya tidak sama. Butiran-butiran terdapat dikenal sebagai bioplas.
d. Teori fibrilar : dikemukakan oleh Fleming. Ia mengemukakan bahwa matriks disusun oleh serabut-serabut.
e. Teori kolonial : merupakan teori terbaru setelah adanya penyelidikan terhadap matriks dengan menggunakan mikroskop elektron. Menurut teori ini sebagai matriks terdiri dari larutan (solution) dan sebagian lagi merupakan sistem koloid
Larutan (solution) adalah suatu campuran likuid yang disebut pelarut (solvent) dan beberapa zat kimia dalam bentuk cair atau padat yang disebut zat terlarut (solute), di dalam larutan, partikel-partikel yang terlarut diameternya kurang dari 1/10.000 milimeter. Bagian larutan dari suatu matriks terdiri dari air sebagai pelarut, dengan bermacam-macam zat terlarut yang sangat penting seperti glukosa, vitamin, mineral, asam amino, asam lemak dan enzim-enzim.
Untuk lebih jelasnya mengenai sifat-sifat fisik matriks tersebut, cobalah kita perhatikan gambar di bawah ini.
Sitoplasma dalam kedaan Sol Sitoplasma dalam kedaan gel
Gambar: Keadaan fisik protoplasma
Sistem koloid adalah suatu system yang terdiri atas medium likuid dan mempunyai partikel dengan diameter antara 1/1.000.000 militer sampai1/10.000 milimeter yang tersebar di dalam medium tersebut. Sistem koloid ini dapat pula dikatakan sebagai suatu system yang disusun oleh 2 fase yaitu fase likuid dalam bentuk air, dan fase tersebar (disepersal) dalam bentuk makromolekul pada seperti protein dan asam nukleat, serta dalam bentuk cairan seperti protein dan asam nukleat, serta dalam bentuk cairan seperti lemak minyak.
Fase pembalikan (reversal): system koloidpada suatu matriks dapat terjadi dalam bentuk kental atau setengah padat. Keadaan ini dikenal sebagai fase gel atau keadaan gel.
2. Sifat-sifat kimiawi protoplasma
Sampai sekarang di alam ini telah ditemukan kira-kira 104 unsur kimia. Di luar ke-104 unsur tersebut ternyata dalam sitoplasma masih terdapat kira-kira 36 unsur kimia lainnya. Ke-36 unsur tersebut terdapat dalam persentase yang berbeda-beda, akan tetapi sangat berperan dalam melaksanakan bermacam-macam aktivitas biologi dan kimia di adalam sel.
Secara umum unsur-unsur tersebut dikelompokkan ke dalam 3 kategori sesuai dengan persentasenya di dalam matriks dan kimia di dalam molekul sebagai berikut:
(i). Unsur-unsur makro
Unsur-unsur yang terdapat dalam jumlah besar di dalam matriks dan disebut sebagai unsur makro. Unsur tersebut adalah oksigen 62%, karbon 20%, hidrogen 10% dan nitrogen 3%. Unsur-unsur ini di dalam matriks sangat memegang peranan penting, karena dapat membentuk senyawa-senyawa kimia yang besar molekulnya dan mempunyai peranan penting dalam biologi. Sebagai contoh adalah karbohidrat, lemak dan proteinmerupakan molekul-molekul yang dibentuk oleh unsur-unsur O, C dan H, sedangkan protein di samping ketiga unsur tersebut, molekulnya selalu mengandung N.
(ii). Unsur-unsur mikro
Di dalam matriks, unsur-unsur yang terdapat dalam perseantase rendah dinamakan unsur-unsur mikro (trace elements). Unsur-unsur kimia yang termasuk ke dalam unsur mikro ini di antaranya: Kalsium (Ca, 2,5%), fosfor (P, 1,14%), klorida (Cl, 0,16%), sodium (Na, 0,010%), sulfur (S, 0,14%), potasium (K, 0,11%), magnesium(Mg, 0,70%), yodium (I, 0,014% dan besi (Fe, 0,10). Contoh peranan unsur-unsur mikro bagi tubuh suatu organisme diantaranya fosfor merupakan salah satu komponen utama dari Adenosin Trifosfat (ATP) Deoxyribonucleic acid (DNA) dam Ribonucleic acid (RNA). Lebih jauh lagi, banyak unsur-unsur mikro ini diperlukan oleh sel untuk bermacam-macam aktivitas fisik dan kimia seperti osmosis, difusi dan aktivitas-aktivitas kimia lainnya.
(iii). Unsur-unsur ultrastruktur
Selain unsur-unsur tersebut tersebut di atas, terdapat beberapa unsur lainnya seperti coper (Cu), kobal (Co), mangan (Mn), zinc atau seng (Zn) molibdat (Mo), boron (B), silikon (Si) dan sebagainya, terdapat dalam matriks dalam jumlah yang sangat sedikit. Umumnya unsur tyersebut diperlukan oleh sel sebagai kofaktor dalam bermacam-macam reaksi kimia.
(iv). Unsur terdapat dalam bentuk unit-unit kecil yang disebut atom. Atom-atom tersebut dibangun oleh partikel-partikel subatonik yang terdiri dari neutron, proton dan elektron. Neutron dan proton terdapat di bagian pusat atom dan disebut inti atom. Neutron merupakan partikel atom yang tidak bermuatan listrik (netral) sedangkan proton membawa satu unit muatan listrik positif. Elektron sendiri membawa satu unit listrik negatif. Elektron ini selalu mengorbit mengelilingi inti atom karena adanya inti positif yang menarik muatan negatif dari elektron tersebut.
(v). Dua atom A dan B di dalam sel dapat terletak dalam jarak yang dekat sekali. Bila inti atom A menarik elektronnya sangat kuat, sedangkan inti atom B lemah, maka elektron B dapat tertarik oleh atom A. Dengan demikian atom A sekarang memiliki tambahan elektron, sehingga atom A muatan negatifnya otomatis bertambah. Atom atau kelompok atom yang menerima atau kehilangan satu atau lebih elektron disebut ion. Ion yang bermuatan negatif disebut anion dan yang bermuatan positif disebut kation. Proses pemindahan elektron di antara atom-atom tersebut dinamakan ionisasi atom. Proses ionisasi ini tidak ahanya terjadi akibat dua buah atom yang berdekatan kemudian saling tarik menarik elektronnya saja, akan tetapi pada peristiwa fotosintesis ionisasi dapat terjadi karena adanya penyerapan energi dari luar. Misalnya saja atom klorofil (Kl) yang menyerap cahaya matahari dengan energi yang cukup tinggi, maka salah satu elektronnya dapat terlempar dari atom tersebut. Dengan demikian atom klorofil itu sekarang menjadi Kl+ (klorofil yang kehilangan satu elektron), atau dengan kata lain klorofil tersebut mengalami ionisasi.
Kl+= Kl minus satu elektron
Klorofil
(Kl)
e -= elektron yang membawa
satu unit muatan listrik negatif
sinar matahari
Atom A Atom B
Atom B Ion B+
Gambar : Pemindahan elektron dan pembentukan susuna ion.
Peristiwa pemindahan suatu atom menjadi anion dan kation disebut ionisasi.
Elektrolit dan non elektrolit: molekul-molekul dalam matriks ada yang bersifat elektrolit dan nin elektrolit. Molekul-molekul garam mineral umumnya bersifat elektrolit, artinya molekul-molekul dalam matriks tersebut berada dalam bentuk ion. Dengan adanya ion-ion bebas tersebut, maka larutan tersebut dapat meneruskan arus listrik.
Suatu larutan dikatakan elektrolit bila larutan tersebut dapat melakukan desosiasi, sedangkan larutan yang tidak dapadesosiasi disebut non elektrolit, misalnya saja glukosa. Glukosa ini di dalam matriks tidak mengalami ionisasi.
Elektrolit di dalam matriks memegang peranan yang sangat penting di dalam menjaga tekanan osmotik dan keseimbangan asam basa. Ion tertentu seperti magnesium (Mg+) sangat dibutuhkan untuk beberapa aktivitas enzimatik karena magnesium ini berfungsi sebagai kofaktor.
Non Elektrolit: di dalam matriks beberapa mineral tersebut teradapat dalam bentuk non elektrolit. Beberapa non elektrolit yang terdapat di dalam matriks di antaranya Na, K, Ca, Mg, Cu, I, Fe, Mn, Mo, Cl, Zn, Ni dan sebagainya. Besi (Fe) terdapat pula di dalam hemoglobin dan beberapa enzim sebagai katalase. Kalsium (Ca) terdapat pula di dalam darah, matriks dan tulang. Mangan (Mn), molibat (Mo) dan seng (Zn) berguna sebagai kofaktor bagi aktivitas enximatik.
Asam, basa dan garam; senyawa atau campuran yang terdapat di dalam matriks umumnya terdapat dalam bentuk, basa atau garam.
(i). Asam adalah suatu senyawa yang mana di dalam pemecahannya menghasilkan ion-ion hidrogen
(ii). Basa adalah suatu senyawa yang merupakan penggabungan anatara logam (metal) dengan hidrolik radikal (OH-) atau suatu senyawa yang mana di dalam pemecahannya menghasilkan ion-ion hidroksil.
(iii). Garam adalah senyawa yang disusun oleh metal dan non metal serta tidak menunjukkan senyawa asam atau basa. Dalam pemecahan atau penguraiannya, garam ini tidak menghasilkan ion hidrogen atau ion hidroksil.
B. Zat Anorganik dan Zat Organik
1. Zat Anorganik
Zat anorganik secara normal didapatkan pada benda-benda tak hidupyang ada di alam misalnya logam, non logam dan senyawa-senyawa seperti air, garam dan bermacam-macam elektrolit atau non elektrolit.
Zat anorganik yang paling banyak terdapat di dalam matriks adalah air. Jumlah air dalam matriks kira-kira 65% samapi 80%. Di dalam matriks air ini dapat berada dalam bentuk air beban atau air ikatan. 95% dari seluruh air yang terdapat dalam sel digunakan oleh matriks sebagai pelarut zat organik dan anorganik, air tersebut dikenal sebagai air bebas. Sisanya yang 5% dapat bersatu atau berikatan dengan molekul-molekul protein melalui ikatan hidrogen atau yang lainnya, air inilah yang dikenal sebagai air ikatan.
Jumlah air di dalam matriks sel suatu organisme secara langsung tergantung pada usia, habitat dan aktivitas metabolisme organisme tersebut. Sebagai contoh, sel-sel embrio mempunyai 90%-95% air yang akan berkurang secara cepat pada organisme dewasa.
Fungsi air bagi suatu organisme di antaranya:
(i). Pelarut zat anorganik dan zat organik yang paling baik bagi makhluk hidup.
(ii). Membentuk medium despresi yang baik untuk sistem koloid di dalam matriks.
(iii). Dapat berfungsi sebagai pelarut elektrolit
(iv). Dapat mengatur kestabilan media transportasi makanan, sampah nitrogen dan zat-zat lain yang diperlukan.
(v). Merupakan zat yang tranzparan sehingga memungkinkan organel-organel khusus seperti kloroplas pada sel tumbuhyan menyerap cahaya matahari untuk melakukan fotosintesis.
2. Zat Organik
Substansi kimia yang mengandung karbon dan bergabung dengan satu atau lebih unsur-unsur, seperti hidrogen (H), nitrogen (N), sulfur (S) dan sebagainya dinamakan senyawa organik. Senyawa ini biasanya terdiri dari molekul-molekul besar yang dibentuk oleh struktur unit yang disebut monomer. Senyawa organik utama yang terdapat di dalam matriks adalah karbohidrat, lemak, protein, vitamin, hormon dan nukleotida.
a. Karbohidrat
Dari bahasa Latin yakni carbo=karbon, hydro=air merupakan senyawa yang terdiri dari karbon, hodrogen dan oksogen. Karbohidrat ini merupakan sumber energi bagi semua makhluk hidup. Hanya tumbuhan hijau dan beberapa mikroba tertentu yang memiliki kemampuan untuk mensinyesis karbohidrat dan air dan CO2 dengan bantuan sinar matahari dan klorofil melalui proses fotosintesa. Seluruh binatang dan tumbuhan yang tak berhijau daun, bakteri, virus dan manusia kebutuhan karbohidratnya tergantung pada tumbuhan berhijau daun. Secara kimiawi karbohidrat adalah polihidroksi aldehid atau keton. Secara umum karbohidrat ini dikelasifikasikan menjadi:
1) Monosakarida
Merupakan gula sederhana dengan rumus Cn(H2O)n monosakarida ini diberi nama sesuai dengan jumlah atom karbon yang terdapat di dalam molekulnya.
i). Triosa, mengandung 3 atom karbon
ii). Tetrosa, mengandung 4 atom karbon
iii). Pentosa, mengandung 5 atom karbon
iv). Hektosa, mengandung 6 atom karbon
Monosakarida adalah monomer dan tidak dapat dipecah lagi menjadi senyawa yang lebih sederhana. Glukosa merupakan gula heksosa merupakan sumber energi utama bagi sel. Heksosa penting lainnya adalah fruktosa dan galaktosa.
2) Oligosakarida
Mengandung 2 sampai 10 monosakarida di dalam molekulnya. Oligasakarida yang penting bagi suatu organisme diantaranya:
i). Disakarida, mengandung 2 buah monomer, misalnya sukrosa, multosa dam laktosa.
ii). Trisakarida, mengandung 3 buah monomer, misalnya reffinosa, rabinosa dan gentianosa.
iii). Tetrasakarida, mengandung 4 buah monomer, misalnya atakiosa dan akordosa.
iv). Pantasakarida, mengandung 5 buah monomer, misalnya verbaskosa.
Oligosakarida yang paling banyak terdapat pada tumbuhan dan binatang adalah disakarida yaitu sukrosa, maltosa dan laktosa. Sukrosa dan maltosa terutama terdapat pada matriks sel binatang.
3) Polisakarida
Disusun oleh 10 sampai ribuan monosakarida sebagai monomer-monomer dalam molekulnya. Rumus umum polisakarida adalah (C6H10O6). Contoh yang termasuk ke dalampolisakarida adalah amilum, glikogen dan selulosa.
b. Lemak
Lemak (lipida) adalah senyawa organic yang tidak larut di dalam air, tetapi larut di dalam ether, kloroform, bensin, alcohol panas dan petroleum ether. Lemak merupakan komponen yang sangat penting bagi selaput sel, hormone dan vitamin. Lemak ini juga merupakan sumber energi bagi sel. Secara umum lemak dikelasifikasikan menjadi:
1) Lemak sederhana
Adalah ester dari alcohol atau trigliserida yang mengandung asam lemak dan alcohol.
2) Lemak campuran
Mengandung asam lemak, alcohol dan campuran-campuran lainnya. Lemak campuran yang paling penting pada tumbuhan dan binatang diantaranya fosfolipida, steroid dan glikolipida.
c. Protein
Merupakan senyawa yang sangat penting bagi matriks suatu sel. Protein disusun oleh karbon, hydrogen, oksigen dan nitrogen. Protein ini sesungguhnya merupakan [olimer dari asam amino. Asam amino adalah senyawa organic yang mengandung satu atau lebih gugusan amin (-NH2) dan satu lebih gugusan karboksil (-COOH). Asam amino ini terdapat bebas di dalam matriks sitoplasma.
Berdasarkan fungsinya protein dibedakan atas:
i). Protein struktural, yaitu protein yang membentuk bermacam-macam struktur sel.
ii). Protein fungsional atau enzim, yaitu protein yang berfungsi sebagai katalis spesifik pada kebanyakan biosintesis dan aktivitas metabolisme sel.
Molekul protein merupakan komponen pembentuk sel dan bagian-bagian sel seperti selaput plasma, dinding rongga sel dan organel-organel yang terdapat di dalam sel.
d. Vitamin
Merupakan senyawa organic yang hanyadiperlukan dalam jumlah sedikit oleh tubuh suatu organisme. Kekurangan vitamin dapat menimbulkan bermacam-macam penyakit dan terganggunya proses metabolisme. Funk (1912) menunjukkan adanya nitrogen sebagai dasar di dalam susunan molekulnya sehingga ia menamakannya “vitamin”, yang artinya gugusan amin yang vital. Sel-sel tubuh manusiatidak dapat mensintesis vitamin oleh karena itu untuk keperluan tubuhnya vitamin diambil dari makanan.
e. Hormon
Merupakan senyawa organic yang kompleks. Hormon in terdapat di dalam sitoplasma dan berfungsi untuk mengatur sintesis RNA, enzim-enzim dan bermacam-macam aktivitas fisiologi di dalam sel. Beberapa contoh hormone yang sangat penting di dalam tubuh adalah hormon pertumbuhan, esterogen, insulin, tirkosin, kartison dan sebagainya. Hormon ini disintesis oleh kelenjar buntu (endoktrin) dan diangkut ke bagian-bagian sel organisme oleh system peredaran darah. Di dalam sel hormone ini berfungsi sebagai pengatur bermacam-macam aktivitas metabolisme. Dalam sel-sel hati mamalia, enzim yang berfungsi merubah glukosa menjadi glukogen diatur oleh hormone insulin yang disintesis oleh pulau-pulau langerhans di dalam pancreas. Lebih jauh lagi hormone tiroksin sebagai hasil sekresi kelenjar tiroid atau kelenjar gondok berfungsi mengaktivkan enzim fosforilase untuk membentuk glukosa fosfat dari glikogen.
f. Asam Nukleat
Merupakan senyawa organik makromokuler yang sangat kompleks. Senyawa ini berfungsi mengontrol aktivitas biosintesis sel dan membawa informasi hereditas dari satu generasi ke generasi berikutnya. Dalam organisme hidup terdapat 2 tipe asam nukleat yaitu Ribonucleic acid (RNA) atau asam ribonukleat (ARN) dan Deoxyribonucleic acid (DNA) atau asam deoksiribonukleat (ADN). Kedua tipe asam nukleat tersebut adalah polimer-polimer dari nukleotida. Nukleotida disusun oleh nukleosida dan asam fosfat dan nukleosida itu sendiri disusun oleh gula pentosa (Ribosa dan dioxyribosa) dan basa nitrogen (purin dan pirimidin)
Di dalam sel tersebut, apabila kita daat mengamati molekul-molekul yang terdapat di dalamnya, maka kita akan dapat menyaksikan betapa hebatnya reaksi-reaksi kimia yang terjadi di dalamnya.
Unsur-unsur dan molekul-molekul kimia yang terdapat di dalam sel merupakan suatu substansi yang akan membentuk sistem yang lebih besar dalam suatu organisme.
A. Protoplasma Sebagai Substansi Dasar Makhluk Hidup
Telah dikemukakan bahwa organisme disusun oleh sel. Apa sesungguhnya yang terdapat di dalam sel itu?. Sel yang masih hidup mengandung suatu substansi hidup yang dinamakan Protoplasma. Max Schultze (1825-1874) menyebut protoplasma ini sebagai “dasar-dasar fisik dari suatukehidupan”.
Istilah protoplasma itu sendiri sesungguhnya berasal dari bahasa Yunani yaitu “proto” yang berarti primitif atau pertama dan “plasma” yang berarti substansi atau zat. Bagaimanakah struktur protoplasma?. Apakah protoplasma itu merupakan suatu zat yang homogen sebagaimana halnya air?. Hasil penelitian, menunjukkan bahwa protoplasma merupakan suatu sistem yang dibangun oleh senyawa-senyawa kimia kompleks yang di dalamnya senantiasa terjadi proses-proses kimia yang kompleks pula.
Untuk membedakan plasma yang terdapat di dalam dan di luar inti sel di gunakan beberapa istilah. Plasma yang terdapat di antara selaput (membran) plasma dan dinding inti disebut sitoplasma (Yunani, kytos=kosong, plasma=substansi). Sitoplasma ini merupakan bagian yang sangat penting pada sel karena merupakan tempat yang berfungsi untuk proses-proses biosintesis dan bioenergetik.
Sitoplasma ini disusun oleh dua tipe struktur yang berbeda yaitu matriks dan organel (Yunani, organon=alat). Bila seluruh organel sitoplasma diambil/dipisahkan maka sitoplasma hanya akan mengandung suatu substansi yang transparansi, homogen dan koloid, bagian itulah yang disebut sebagai matriks.
Purkinya (1840), merupakan bagian matriks ini dengan protoplasma. Banyak lagi istilah lain yang digunakan untuk memberi nama matriks, misalnya saja sitoplasma dasar, hialoplasma, kinoplasma dan sebagainya.
Hartwig (1892), mengemukakan tentang teori protoplasma. Ia menyatakan bahwa “protoplasma adalah sekumpulan substansi kehidupan terdapat dalam ruang yang dibatasi oleh selaput plasma”.
Plasma yang terdapat di dalam inti sel selaput nukleo plasma atau plasma inti. Di dalam nukleo plasma inilah terdapat benang-benang kromatin dengan materi genetik yang dapat diwariskan pada keturunannya.
1. Sifat-sifat fisik protoplasma
Pada masa lampau terdapat banyak pertentangan mengenai sifat-sifat fisik protoplasma khususnya bagian matriks. Beberapa teori mengenai sifat-sifat matriks di antaranya:
a. Teori retikuler : menyatakan bahwa matriks disusun oleh serabut-serabut retikulum atau partikel-partikel di dalam substansi dasar.
b. Teori laveolar : dikemukakan oleh Butschili (1892), ia mengemukakan bahwa matriks disusun oleh tetesan-tetesan suspensi atau gelombung-gelembung kecil yang menyerupai buih emulsi.
c. Teori granular : dikemukakan oleh Altman (1893). Teori ini menunjang teori yang menyatakan bahwa matriiks berisi butiran-butiran yang ukurannya tidak sama. Butiran-butiran terdapat dikenal sebagai bioplas.
d. Teori fibrilar : dikemukakan oleh Fleming. Ia mengemukakan bahwa matriks disusun oleh serabut-serabut.
e. Teori kolonial : merupakan teori terbaru setelah adanya penyelidikan terhadap matriks dengan menggunakan mikroskop elektron. Menurut teori ini sebagai matriks terdiri dari larutan (solution) dan sebagian lagi merupakan sistem koloid
Larutan (solution) adalah suatu campuran likuid yang disebut pelarut (solvent) dan beberapa zat kimia dalam bentuk cair atau padat yang disebut zat terlarut (solute), di dalam larutan, partikel-partikel yang terlarut diameternya kurang dari 1/10.000 milimeter. Bagian larutan dari suatu matriks terdiri dari air sebagai pelarut, dengan bermacam-macam zat terlarut yang sangat penting seperti glukosa, vitamin, mineral, asam amino, asam lemak dan enzim-enzim.
Untuk lebih jelasnya mengenai sifat-sifat fisik matriks tersebut, cobalah kita perhatikan gambar di bawah ini.
Sitoplasma dalam kedaan Sol Sitoplasma dalam kedaan gel
Gambar: Keadaan fisik protoplasma
Sistem koloid adalah suatu system yang terdiri atas medium likuid dan mempunyai partikel dengan diameter antara 1/1.000.000 militer sampai1/10.000 milimeter yang tersebar di dalam medium tersebut. Sistem koloid ini dapat pula dikatakan sebagai suatu system yang disusun oleh 2 fase yaitu fase likuid dalam bentuk air, dan fase tersebar (disepersal) dalam bentuk makromolekul pada seperti protein dan asam nukleat, serta dalam bentuk cairan seperti protein dan asam nukleat, serta dalam bentuk cairan seperti lemak minyak.
Fase pembalikan (reversal): system koloidpada suatu matriks dapat terjadi dalam bentuk kental atau setengah padat. Keadaan ini dikenal sebagai fase gel atau keadaan gel.
2. Sifat-sifat kimiawi protoplasma
Sampai sekarang di alam ini telah ditemukan kira-kira 104 unsur kimia. Di luar ke-104 unsur tersebut ternyata dalam sitoplasma masih terdapat kira-kira 36 unsur kimia lainnya. Ke-36 unsur tersebut terdapat dalam persentase yang berbeda-beda, akan tetapi sangat berperan dalam melaksanakan bermacam-macam aktivitas biologi dan kimia di adalam sel.
Secara umum unsur-unsur tersebut dikelompokkan ke dalam 3 kategori sesuai dengan persentasenya di dalam matriks dan kimia di dalam molekul sebagai berikut:
(i). Unsur-unsur makro
Unsur-unsur yang terdapat dalam jumlah besar di dalam matriks dan disebut sebagai unsur makro. Unsur tersebut adalah oksigen 62%, karbon 20%, hidrogen 10% dan nitrogen 3%. Unsur-unsur ini di dalam matriks sangat memegang peranan penting, karena dapat membentuk senyawa-senyawa kimia yang besar molekulnya dan mempunyai peranan penting dalam biologi. Sebagai contoh adalah karbohidrat, lemak dan proteinmerupakan molekul-molekul yang dibentuk oleh unsur-unsur O, C dan H, sedangkan protein di samping ketiga unsur tersebut, molekulnya selalu mengandung N.
(ii). Unsur-unsur mikro
Di dalam matriks, unsur-unsur yang terdapat dalam perseantase rendah dinamakan unsur-unsur mikro (trace elements). Unsur-unsur kimia yang termasuk ke dalam unsur mikro ini di antaranya: Kalsium (Ca, 2,5%), fosfor (P, 1,14%), klorida (Cl, 0,16%), sodium (Na, 0,010%), sulfur (S, 0,14%), potasium (K, 0,11%), magnesium(Mg, 0,70%), yodium (I, 0,014% dan besi (Fe, 0,10). Contoh peranan unsur-unsur mikro bagi tubuh suatu organisme diantaranya fosfor merupakan salah satu komponen utama dari Adenosin Trifosfat (ATP) Deoxyribonucleic acid (DNA) dam Ribonucleic acid (RNA). Lebih jauh lagi, banyak unsur-unsur mikro ini diperlukan oleh sel untuk bermacam-macam aktivitas fisik dan kimia seperti osmosis, difusi dan aktivitas-aktivitas kimia lainnya.
(iii). Unsur-unsur ultrastruktur
Selain unsur-unsur tersebut tersebut di atas, terdapat beberapa unsur lainnya seperti coper (Cu), kobal (Co), mangan (Mn), zinc atau seng (Zn) molibdat (Mo), boron (B), silikon (Si) dan sebagainya, terdapat dalam matriks dalam jumlah yang sangat sedikit. Umumnya unsur tyersebut diperlukan oleh sel sebagai kofaktor dalam bermacam-macam reaksi kimia.
(iv). Unsur terdapat dalam bentuk unit-unit kecil yang disebut atom. Atom-atom tersebut dibangun oleh partikel-partikel subatonik yang terdiri dari neutron, proton dan elektron. Neutron dan proton terdapat di bagian pusat atom dan disebut inti atom. Neutron merupakan partikel atom yang tidak bermuatan listrik (netral) sedangkan proton membawa satu unit muatan listrik positif. Elektron sendiri membawa satu unit listrik negatif. Elektron ini selalu mengorbit mengelilingi inti atom karena adanya inti positif yang menarik muatan negatif dari elektron tersebut.
(v). Dua atom A dan B di dalam sel dapat terletak dalam jarak yang dekat sekali. Bila inti atom A menarik elektronnya sangat kuat, sedangkan inti atom B lemah, maka elektron B dapat tertarik oleh atom A. Dengan demikian atom A sekarang memiliki tambahan elektron, sehingga atom A muatan negatifnya otomatis bertambah. Atom atau kelompok atom yang menerima atau kehilangan satu atau lebih elektron disebut ion. Ion yang bermuatan negatif disebut anion dan yang bermuatan positif disebut kation. Proses pemindahan elektron di antara atom-atom tersebut dinamakan ionisasi atom. Proses ionisasi ini tidak ahanya terjadi akibat dua buah atom yang berdekatan kemudian saling tarik menarik elektronnya saja, akan tetapi pada peristiwa fotosintesis ionisasi dapat terjadi karena adanya penyerapan energi dari luar. Misalnya saja atom klorofil (Kl) yang menyerap cahaya matahari dengan energi yang cukup tinggi, maka salah satu elektronnya dapat terlempar dari atom tersebut. Dengan demikian atom klorofil itu sekarang menjadi Kl+ (klorofil yang kehilangan satu elektron), atau dengan kata lain klorofil tersebut mengalami ionisasi.
Kl+= Kl minus satu elektron
Klorofil
(Kl)
e -= elektron yang membawa
satu unit muatan listrik negatif
sinar matahari
Atom A Atom B
Atom B Ion B+
Gambar : Pemindahan elektron dan pembentukan susuna ion.
Peristiwa pemindahan suatu atom menjadi anion dan kation disebut ionisasi.
Elektrolit dan non elektrolit: molekul-molekul dalam matriks ada yang bersifat elektrolit dan nin elektrolit. Molekul-molekul garam mineral umumnya bersifat elektrolit, artinya molekul-molekul dalam matriks tersebut berada dalam bentuk ion. Dengan adanya ion-ion bebas tersebut, maka larutan tersebut dapat meneruskan arus listrik.
Suatu larutan dikatakan elektrolit bila larutan tersebut dapat melakukan desosiasi, sedangkan larutan yang tidak dapadesosiasi disebut non elektrolit, misalnya saja glukosa. Glukosa ini di dalam matriks tidak mengalami ionisasi.
Elektrolit di dalam matriks memegang peranan yang sangat penting di dalam menjaga tekanan osmotik dan keseimbangan asam basa. Ion tertentu seperti magnesium (Mg+) sangat dibutuhkan untuk beberapa aktivitas enzimatik karena magnesium ini berfungsi sebagai kofaktor.
Non Elektrolit: di dalam matriks beberapa mineral tersebut teradapat dalam bentuk non elektrolit. Beberapa non elektrolit yang terdapat di dalam matriks di antaranya Na, K, Ca, Mg, Cu, I, Fe, Mn, Mo, Cl, Zn, Ni dan sebagainya. Besi (Fe) terdapat pula di dalam hemoglobin dan beberapa enzim sebagai katalase. Kalsium (Ca) terdapat pula di dalam darah, matriks dan tulang. Mangan (Mn), molibat (Mo) dan seng (Zn) berguna sebagai kofaktor bagi aktivitas enximatik.
Asam, basa dan garam; senyawa atau campuran yang terdapat di dalam matriks umumnya terdapat dalam bentuk, basa atau garam.
(i). Asam adalah suatu senyawa yang mana di dalam pemecahannya menghasilkan ion-ion hidrogen
(ii). Basa adalah suatu senyawa yang merupakan penggabungan anatara logam (metal) dengan hidrolik radikal (OH-) atau suatu senyawa yang mana di dalam pemecahannya menghasilkan ion-ion hidroksil.
(iii). Garam adalah senyawa yang disusun oleh metal dan non metal serta tidak menunjukkan senyawa asam atau basa. Dalam pemecahan atau penguraiannya, garam ini tidak menghasilkan ion hidrogen atau ion hidroksil.
B. Zat Anorganik dan Zat Organik
1. Zat Anorganik
Zat anorganik secara normal didapatkan pada benda-benda tak hidupyang ada di alam misalnya logam, non logam dan senyawa-senyawa seperti air, garam dan bermacam-macam elektrolit atau non elektrolit.
Zat anorganik yang paling banyak terdapat di dalam matriks adalah air. Jumlah air dalam matriks kira-kira 65% samapi 80%. Di dalam matriks air ini dapat berada dalam bentuk air beban atau air ikatan. 95% dari seluruh air yang terdapat dalam sel digunakan oleh matriks sebagai pelarut zat organik dan anorganik, air tersebut dikenal sebagai air bebas. Sisanya yang 5% dapat bersatu atau berikatan dengan molekul-molekul protein melalui ikatan hidrogen atau yang lainnya, air inilah yang dikenal sebagai air ikatan.
Jumlah air di dalam matriks sel suatu organisme secara langsung tergantung pada usia, habitat dan aktivitas metabolisme organisme tersebut. Sebagai contoh, sel-sel embrio mempunyai 90%-95% air yang akan berkurang secara cepat pada organisme dewasa.
Fungsi air bagi suatu organisme di antaranya:
(i). Pelarut zat anorganik dan zat organik yang paling baik bagi makhluk hidup.
(ii). Membentuk medium despresi yang baik untuk sistem koloid di dalam matriks.
(iii). Dapat berfungsi sebagai pelarut elektrolit
(iv). Dapat mengatur kestabilan media transportasi makanan, sampah nitrogen dan zat-zat lain yang diperlukan.
(v). Merupakan zat yang tranzparan sehingga memungkinkan organel-organel khusus seperti kloroplas pada sel tumbuhyan menyerap cahaya matahari untuk melakukan fotosintesis.
2. Zat Organik
Substansi kimia yang mengandung karbon dan bergabung dengan satu atau lebih unsur-unsur, seperti hidrogen (H), nitrogen (N), sulfur (S) dan sebagainya dinamakan senyawa organik. Senyawa ini biasanya terdiri dari molekul-molekul besar yang dibentuk oleh struktur unit yang disebut monomer. Senyawa organik utama yang terdapat di dalam matriks adalah karbohidrat, lemak, protein, vitamin, hormon dan nukleotida.
a. Karbohidrat
Dari bahasa Latin yakni carbo=karbon, hydro=air merupakan senyawa yang terdiri dari karbon, hodrogen dan oksogen. Karbohidrat ini merupakan sumber energi bagi semua makhluk hidup. Hanya tumbuhan hijau dan beberapa mikroba tertentu yang memiliki kemampuan untuk mensinyesis karbohidrat dan air dan CO2 dengan bantuan sinar matahari dan klorofil melalui proses fotosintesa. Seluruh binatang dan tumbuhan yang tak berhijau daun, bakteri, virus dan manusia kebutuhan karbohidratnya tergantung pada tumbuhan berhijau daun. Secara kimiawi karbohidrat adalah polihidroksi aldehid atau keton. Secara umum karbohidrat ini dikelasifikasikan menjadi:
1) Monosakarida
Merupakan gula sederhana dengan rumus Cn(H2O)n monosakarida ini diberi nama sesuai dengan jumlah atom karbon yang terdapat di dalam molekulnya.
i). Triosa, mengandung 3 atom karbon
ii). Tetrosa, mengandung 4 atom karbon
iii). Pentosa, mengandung 5 atom karbon
iv). Hektosa, mengandung 6 atom karbon
Monosakarida adalah monomer dan tidak dapat dipecah lagi menjadi senyawa yang lebih sederhana. Glukosa merupakan gula heksosa merupakan sumber energi utama bagi sel. Heksosa penting lainnya adalah fruktosa dan galaktosa.
2) Oligosakarida
Mengandung 2 sampai 10 monosakarida di dalam molekulnya. Oligasakarida yang penting bagi suatu organisme diantaranya:
i). Disakarida, mengandung 2 buah monomer, misalnya sukrosa, multosa dam laktosa.
ii). Trisakarida, mengandung 3 buah monomer, misalnya reffinosa, rabinosa dan gentianosa.
iii). Tetrasakarida, mengandung 4 buah monomer, misalnya atakiosa dan akordosa.
iv). Pantasakarida, mengandung 5 buah monomer, misalnya verbaskosa.
Oligosakarida yang paling banyak terdapat pada tumbuhan dan binatang adalah disakarida yaitu sukrosa, maltosa dan laktosa. Sukrosa dan maltosa terutama terdapat pada matriks sel binatang.
3) Polisakarida
Disusun oleh 10 sampai ribuan monosakarida sebagai monomer-monomer dalam molekulnya. Rumus umum polisakarida adalah (C6H10O6). Contoh yang termasuk ke dalampolisakarida adalah amilum, glikogen dan selulosa.
b. Lemak
Lemak (lipida) adalah senyawa organic yang tidak larut di dalam air, tetapi larut di dalam ether, kloroform, bensin, alcohol panas dan petroleum ether. Lemak merupakan komponen yang sangat penting bagi selaput sel, hormone dan vitamin. Lemak ini juga merupakan sumber energi bagi sel. Secara umum lemak dikelasifikasikan menjadi:
1) Lemak sederhana
Adalah ester dari alcohol atau trigliserida yang mengandung asam lemak dan alcohol.
2) Lemak campuran
Mengandung asam lemak, alcohol dan campuran-campuran lainnya. Lemak campuran yang paling penting pada tumbuhan dan binatang diantaranya fosfolipida, steroid dan glikolipida.
c. Protein
Merupakan senyawa yang sangat penting bagi matriks suatu sel. Protein disusun oleh karbon, hydrogen, oksigen dan nitrogen. Protein ini sesungguhnya merupakan [olimer dari asam amino. Asam amino adalah senyawa organic yang mengandung satu atau lebih gugusan amin (-NH2) dan satu lebih gugusan karboksil (-COOH). Asam amino ini terdapat bebas di dalam matriks sitoplasma.
Berdasarkan fungsinya protein dibedakan atas:
i). Protein struktural, yaitu protein yang membentuk bermacam-macam struktur sel.
ii). Protein fungsional atau enzim, yaitu protein yang berfungsi sebagai katalis spesifik pada kebanyakan biosintesis dan aktivitas metabolisme sel.
Molekul protein merupakan komponen pembentuk sel dan bagian-bagian sel seperti selaput plasma, dinding rongga sel dan organel-organel yang terdapat di dalam sel.
d. Vitamin
Merupakan senyawa organic yang hanyadiperlukan dalam jumlah sedikit oleh tubuh suatu organisme. Kekurangan vitamin dapat menimbulkan bermacam-macam penyakit dan terganggunya proses metabolisme. Funk (1912) menunjukkan adanya nitrogen sebagai dasar di dalam susunan molekulnya sehingga ia menamakannya “vitamin”, yang artinya gugusan amin yang vital. Sel-sel tubuh manusiatidak dapat mensintesis vitamin oleh karena itu untuk keperluan tubuhnya vitamin diambil dari makanan.
e. Hormon
Merupakan senyawa organic yang kompleks. Hormon in terdapat di dalam sitoplasma dan berfungsi untuk mengatur sintesis RNA, enzim-enzim dan bermacam-macam aktivitas fisiologi di dalam sel. Beberapa contoh hormone yang sangat penting di dalam tubuh adalah hormon pertumbuhan, esterogen, insulin, tirkosin, kartison dan sebagainya. Hormon ini disintesis oleh kelenjar buntu (endoktrin) dan diangkut ke bagian-bagian sel organisme oleh system peredaran darah. Di dalam sel hormone ini berfungsi sebagai pengatur bermacam-macam aktivitas metabolisme. Dalam sel-sel hati mamalia, enzim yang berfungsi merubah glukosa menjadi glukogen diatur oleh hormone insulin yang disintesis oleh pulau-pulau langerhans di dalam pancreas. Lebih jauh lagi hormone tiroksin sebagai hasil sekresi kelenjar tiroid atau kelenjar gondok berfungsi mengaktivkan enzim fosforilase untuk membentuk glukosa fosfat dari glikogen.
f. Asam Nukleat
Merupakan senyawa organik makromokuler yang sangat kompleks. Senyawa ini berfungsi mengontrol aktivitas biosintesis sel dan membawa informasi hereditas dari satu generasi ke generasi berikutnya. Dalam organisme hidup terdapat 2 tipe asam nukleat yaitu Ribonucleic acid (RNA) atau asam ribonukleat (ARN) dan Deoxyribonucleic acid (DNA) atau asam deoksiribonukleat (ADN). Kedua tipe asam nukleat tersebut adalah polimer-polimer dari nukleotida. Nukleotida disusun oleh nukleosida dan asam fosfat dan nukleosida itu sendiri disusun oleh gula pentosa (Ribosa dan dioxyribosa) dan basa nitrogen (purin dan pirimidin)
2 comments:
terimakasih. sangat berguna :) :) :)
Ya...sama-sama...
Post a Comment