Bagaimana Penggolongan Jasad Hidup Pada Biologi Sel dan Molekuler?
Sistem klasifikasi/penggolongan makhluk hidup mengalami dinamika perubahan sesuai dengan perkembangan teknologi ilmu pengetahuan. Perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan akan menghasilkan perkembangan data berupa karakter/ciri-ciri suatu organisme yang digunakan oleh para ahli taksonomi. Berdasarkan urutannya, saat ini terdapat sistem klasifikasi sampai 8 generasi sepeerti yang disajikan dalam di bawah ini.
Tabel Perkembangan Sistem klasifikasi Makhluk Hidup
Dalam bab ini yang akan dibahas adalah tentang penggolongan sel berdasarkan struktur ultra sel. Mengapa demikian? Seorang tenaga TLM yang tugasnya berhubungan dengan pemeriksaan kesehatan bagi manusia tentunya harus mengetahui karakter dari yang menyusun manusia tersebut, yaitu sel. Sel yang dimiliki oleh manusia termasuk ke dalam kelompok Eukaryot. Dalam pengambilan sampel darah pasien, bagi tenaga TLM terdapat resiko terinfeksi mikroorganisme. Anda perlu mempelajari bagaimana harus mengatasi atau meminimalkan terjadinya infeksi. Untuk itulah Anda harus mempelajari tentang sel manusia.
Selain itu, Anda juga harus mempelajari tentang struktur ultra sel bakteri yang termasuk kelompok prokaryot. Mangapa bakteri perlu difahami oleh tenaga TLM? Bakteri adalah mikroorganisme yang banyak menyebabkan infeksi pada manusia. Itulah alasan mengapa dalam setiap tindakan yang dilakukan oleh tenaga TLM harus dengan cara aseptik, untuk menghindari terjadinya infeksi pada manusia.
Berdasarkan struktur ultra sel maka sel dapat digolongkan menjadi dua kelompok yaitu sel Eukaryot dan sel Prokaryot . Penggolongan ini dilakukan oleh Chatton (1937). Semua sel baik eukaryot maupun prokaryot memiliki komponen tersebut di bawah ini:
-
Membran plasma yang berperan sebagai barier, yang sifatnya selektif
-
Cytosol, yang bentuknya semifluid, seperti jelly, yang ada di dalam sel, di dalamnya tersuspensi semua komponen sel
-
Kromosom, membawa gen yang terangkai di dalam DNA
-
Ribosom, sebagi tempat sintesis protein.
** Sel Eukaryot**
Di dalam sel eukaryot terdapat banyak organella yang mempunyai fungsi yang berbeda-beda. Struktur ultra sel dengan macam-macam organellanya dapat Anda lihat pada Gambar 1.4. Macam-macam organella tersebut rata-rata diameternya adalah 5µm. Adapun macam organella tersebut adalah:
-
Nukleus sering disebut inti sel mengandung kromosom. Di dalam kromosom terdapat DNA, dan pada DNA terangkai banyak gen yang berfungsi dalam membawa sifat keturunan dari orang tua ke keturunannya. Inti sel dibungkus oleh suatu membran, membran lipid bilayer, sehingga terpisah dari sitoplasma. Di dalam inti sel terdapat suatu massa yang bergranula, yang disebut sebagai anak inti atau nukleolus . Di dalam nukleolus terjadi sintesis rRNA, yang kemudian di kemas dengan protein yang diimport dari sitoplasma menjadi subunit ribosom yang besar maupun kecil. Subunit ribosom besar maupun kecil selanjutnya dibawa keluar dari nukleus melalui pori-pori membran inti menuju ke sitoplasma. Sub unit ribosom kecil dan sub unit ribosom besar kemudian diasembling menjadi ribosom. Setiap nukleus dapat memiliki dua atau lebih nukleolus, tergantung spesiesnya. Di dalam inti sel juga terjadi transkripsi, yang menghasilkan mRNA, yang selanjutnya mRNA tersebut ditransfer ke luar inti sel melalui pori-pori membran inti, menuju ke ribosom.
-
Ribosom, adalah tempat sintesis protein tepatnya adalah translasi. Translasi adalah proses sintesi protein dengan mRNA sebagai cetakannya. Ribosom merupakan kompleks antara rRNA dengan protein. Sel-sel yang memiliki kecepatan sintesis protein tinggi memiliki banyak ribosom, bahkan sampai beberapa juta ribosom.
Terdapat dua macam ribosom, yaitu ribosom yang terikat pada membran RE kasar, dan ribosom yang bebas berada di dalam sitoplasma. Kedua macam ribosom memiliki struktur yang mirip. Ribosom bebas sebagai tempat untuk sintesis protein yang difungsikan di dalam sitosol, sedangkan protein yang disintesis pada ribosom terikat digunakan pada membran itu sendiri atau di eskresikan ke luar sel. Contoh protein yang diproduksi pada ribosom bebas adalah enzym yang berfungsi dalam mengkatalisa penguraian. Sedangkan protein yg diproduksi Ribosom terikat contohnya enzym yang diproduksi oleh pankreas yang disekresikan ke usus halus untuk proses pencernaan protein. -
Retikulum Endoplasmik (RE), adalah organella yang mempunyai hubungan dengan beberapa sistem endomembran. Sistem endomembran yang dimaksud adalah membran inti, RE, badan golgi, lysosom, vesikel, vakuola dan membran plasma, di mana sistem endomembran ini banyak bekerja dalam sintesis protein (tempat sintesis protein, penyempurnaan hasil sintesis protein, penyimpanan hasil sintesis protein, maupun ekspor protein ke luar sel). Membran RE dalam bentuk lamella yang merupakan kelanjutan dari membran inti.
-
Terdapat dua macam RE, yaitu 1) RE kasar, karena di permukaan menbrannya melekat ribosom yang fungsinya untuk sintesi protein. RE kasar pada sel pankreas mensintesis protein yang berfungsi sebagai hormon insulin, yang kemudian disekresikan pada aliran darah. Hormon insulin tersebut dalam bentuk glycoprotein ; 2) RE halus, karena di permukaan membrannya tidak ada melekat ribosom. Adapun fungsi dari RE halus adalah: sintesis lipid, metabolisme karbohidrat, detoksifikasi obat dan racun, dan menyimpan ion kalsium.
-
Mitokondria, memiliki dua membran yaitu membran luar dan membran dalam yang membentuk lekukan-lekukan ke arah dalam yang disebut sebagai cristae . Mitokondria merupakan tempat terjadinya respirasi sel, menghasilkan energy dalam bentuk ATP yaitu molekul berenergi tinggi. Mitokondria banyak mengandung enzym-enzym yang berfungsi dalam siklus Kreb. Ada sel yang hanya memiliki satu mitokondria besar, tetapi ada yang memiliki banyak mitokondria. Sel yang aktivitasnya tinggi memiliki mitokondria lebih banyak apabila dibandingkan dengan sel yang aktivitasnya kurang.
-
Badan Golgi, pertamakali ditemukan oleh ahli biologi dan fisika dari Italia yang bernama Camello Golgy. Fungsinya penyempurnaan hasil sintesis protein pada ribosom, penyempurnaan yang terjadi adalah folding (melipat-lipat), karboksilasi, metilase.
-
Lysosom, berasal dari bahasa Yunani yang artinya badan pemecah, bentuknya seperti vesikel, bulat seperti bola, merupakan kantong. Dihasilkan oleh RE kasar dan badan Golgy, badan Golgy membentuk tunas yang kemudian dilepaskan tunas tersebut, tuanas tersebut adalah lysosom. Di dalam lisosom berisi enzym-enzym hidrolitik yang fungsinya mencernak bahan makanan yang masuk ke dalam sel atau makromolekul, selain itu lysosom juga menghancurkan organella yang rusak.
-
Vakuola, bentuknya seperti lysosom, merupakan kantong, ukurannya bervariasi, tergantung fungsinya.
Gambar Struktur Ultra Sel Eukaryot Beserta Macam-macam Organellanya (Wilbur et al. 2005)
Gambar Macam-macam Organella Yang Dimiliki Sel Hewan (Wilbur et al. 2005)
Sel Prokaryot
Sel prokaryotik merupakan sel tanpa membran inti. Sel ini mempunyai materi genetik berupa DNA yang tidak terbungkus oleh membran, tetapi hanya merupakan massa yang kekentalannya lebih tinggi dibandingkan dengan kekentalan sitoplasma di sekitarnya sehingga disebut sebagai nukleoid . Sel prokaryotik tidak mempunyai organella sehingga struktur sel ini masih sangat sederhana. Aktivitas sel berlangsung di dalam membran sel dan di dalam sitoplasma. Sebagai contoh sel prokaryotik adalah bakteri yang umumnya merupakan organisme uniseluler dan ciri-cirinya:
-
Terdapat dinding sel yang bahan dasarnya peptidoglikan (kombinasi antara protein dan karbohidrat), selain itu juga dijumpai adanya lemak. Sifat dari dinding sel ini rigid (kaku) yang berada di luar membran sel, fungsinya selain melindungi isi sel juga memberikan bentuk pada sel bakteri
-
Membran sel, berada di bagian dalam dari dinding sel tetapi di luar dari sitoplasma, fungsinya memisahkan bagian dalam dan bagian luar dari sel.
-
DNA bentuknya sirkuler, superkoil, terdapat di dalam sitoplasma tanpa adanya membran yang membungkus
-
Tidak dijumpai adanya nukleus, tetapi nukleoid
-
Tidak dijumpai retikulum endoplasma baik kasar maupun halus, tetapi dijumpai ribosom yang merupakan partikel kecil yang tersusun dari protein dan RNA. Sel bakteri adalah uniseluler tetapi mempunyai banyak ribosom sampai 10.000 kopi ribosom. Fungsi ribosom sebagai tempat sintesis protein (translasi)
-
Tidak dijumpai Mitokondria maupun badan golgi
Gambar Struktur Ultra Sel Bakteri (Wilbur et al. 2005)
Penggolongan atau pengelompokan makhluk hidup dapat dilakukan menggunakan pohon filogenetik yang membagi kehidupan dalam tiga domain, dari yang paling rendah hingga yang paling tinggi yaitu bacteria, archaea, dan eukarya atau yang lebih kita kenal sebagai eukariot. Dalam masing-masing domain akan terbagi lagi berdasarkan karakteristik khas yang dimiliki.
Pengelompokan makhluk hidup berangkat dari klasifikasi utama sel yaitu sel eukariot (eukaryotes, bahasa Yunani; eu ‘baik’ atau ‘benar’, karyon ‘inti’) yang mempunyai membran melingkupi DNA genomnya yang dikenal sebagai nucleus ‘inti’; dan sel prokariot (prokaryotes, bahasa Yunani: pro ‘sebelum’) yang tidak mempunyai organel ini. DNA prokariot tidak dibungkus membran tetapi tetap berada pada sitoplasma yang dinamakan dengan nucleoid ‘daerah inti’. Prokariot meliputi bermacam-macam tipe bakteri. Prokariot merupakan organisme yang paling banyak dan tersebar luas di bumi. Prokariot ditemukan pada hampir setiap lingkungan bumi dari sumber sulfur panas sampai di bawah dasar lautan. Hal ini karena prokariot mempunyai kemampuan adaptasi yang luar biasa terhadap lingkungan yang bervariasi. Oleh sebab itu, jumlah prokariot diperkirakan mewakili sekitar setengah biomassa bumi.
Prokariot pertama kali diamati pada tahun 1683 oleh penemu mikrokroskop Antonie van Leeuwenhoek. Umumnya, prokariot mempunyai ukuran 1-10μm. Prokariot mendiami lingkungan aerob pada suhu tubuh kita. Jenis prokariot tertentu berkembang pada kondisi lingkungan yang ekstrim, seperti lingkungan yang sangat asam, sangat basa, suhu tinggi (setinggi 130ºC) dan kekurangan oksigen. Lingkungan ekstrim ini tidak cocok untuk eukariot. Kecepatan reproduksi prokariot cepat. Kebanyakan spesies prokariot membelah kurang dari 20 menit. Kebanyakan prokariot mempunyai kemampuan untuk membentuk spora yang memungkinkan prokariot bertahan pada kondisi yang tidak cocok.
Prokariot mempunyai struktur yang relatif sederhana dan selalu uniseluler. Kebanyakan eukariot merupakan multiseluler dan ada yang uniseluler. Eukariot jauh lebih kompleks dibandingkan prokariot. Contoh eukariot yang paling sederhana dan telah banyak dimanfaatkan untuk kehidupan kita adalah Saccharomyces cerevisiae. Saccharomyces cerevisiae merupakan eukariot yang paling banyak dipelajari. Bagaimana dengan virus? Virus lebih sederhana daripada sel prokariot. Virus tidak dikelompokkan sebagai makhluk hidup karena virus tidak dapat bereproduksi di luar sel inangnya. Pada prinsipnya, virus merupakan gabungan beberapa makromolekul.
Sel prokariot mempunyai tiga bentuk dasar, yaitu berbentuk bola (cocci), berbentuk batang (bacilli) dan berbentuk spiral melingkar (spirilla). Walaupun bentuknya berbeda sel prokariot dilingkupi membran sitoplasma yang tebalnya sekitar 70Aº. Sel prokariot juga mempunyai tiga struktur dinding sel yang berbeda sehingga dikenal mycoplasmas, bakteri gram-positif, dan bakteri gram-negatif.
Dinding sel mycoplasmas kurang kaku dibandingkan prokariot lainnya. Mycoplasmas merupakan sel yang paling kecil ukuran diameternya yaitu sekecil 0,12 µm dan memiliki sekitar 20% DNA dari DNA E.coli. Mungkin jumlah informasi genetik ini mendekati jumlah minimum yang diperlukan untuk ‘mesin metabolik essensial’ yang dibutuhkan bagi kehidupan seluler**. Bakteri gram-positif dan bakteri gram-negatif dapat dibedakan dengan pewarnaan gram stain**, prosedur yang pertamakali dikembangkan pada tahun 1884 oleh Christian Gram. Bakteri gram negatif memiliki membran luar yang kompleks yang mengelilingi dinding selnya sehingga menghalangi pewarnaan gram. Bakteri gram-positif tidak memiliki membran luar ini sehingga tidak menghalangi perwarnaan gram.
Prokariot terdiri dari dua domain, yaitu Bacteria (juga dikenal sebagai Eubacteria) dan Archaea (juga dikenal sebagai Archaebacteria). Domain ini terlihat jelas jika prokariot dibedakan berdasarkan sekuens basa nukleotida ribosomal RNA (rRNA). Jika dilakukan analisis sekuens basa nukleotida pada rRNA, makhluk hidup mengelompok dalam tiga kelompok, yaitu Bacteria, Archaea, dan Eukarya. Terdapat sejumlah sifat biokimia dasar yang membedakan Bacteria, Archaea, Eukarya, tetapi ada sifat biokimia umum dimiliki kelompok tersebut. Penentuan sekuens basa nukleotida rRNA mengungkapkan bahwa sekuens rRNA Eukarya memiliki kemiripan dengan sekuens rRNA Archaea, sedangkan sekuens rRNA Eukarya tidak memiliki kemiripan dengan sekuens rRNA Bacteria. Hal ini dapat menunjukkan bahwa Bacteria dan Archaea bercabang dari bentuk kehidupan purba sederhana diikuti Eukarya bercabang dari Archaea. Dengan demikian, Archaea lebih dekat hubungannya dengan Eukarya dibandingkan dengan Bacteria. Hubungan ini ditunjukkan sebagai pohon filogenetik (Philogenetic tree) .
-
Bacteria (Eubacteria)
Bacteria mendiami tanah, permukaan air, dan jaringan organisme hidup atau organisme pembusuk. Kelompok ini termasuk bakteri gram-positif seperti purple bacteria (proteobacteria), cyanobacteria, dan flavobacteria. Bakteri yang paling banyak dipelajari dengan baik adalah Escherichia coli. Bakteri ini telah setengah abad menjadi model sistem biologi. -
Archaea (Archaebacteria)
Banyak Archaea dikenal sebagai domain yang berbeda oleh Carl Woese pada tahun 1980-an. Archae merupakan kelompok prokariot yang umumnya ditemukan pada lingkungan ekstrim, seperti danau dengan kadar garam tinggi, sumber air panas, rawa dengan keasaman tinggi, dan laut dalam dengan kadar garam yang sangat tinggi. Archaea awalnya muncul terdiri dari tiga jenis mikroorganisme yang berbeda yang merupakan organisme yang tidak biasa ditemukan sebelumnya, yaitu:-
methanogens
Kelompok prokariot anaerob yang menghasilkan metana oleh reduksi CO2 dengan H2; -
halobacteria
Kelompok prokariot yang dapat hidup hanya pada konsentrasi air garam yang tinggi (>2M NaCl) dan -
thermomoacidophile
Mikroorganisme yang mendiami lingkungan panas berasam (sekitar 90ºC dan pH<2). Walaupun demikian, beberapa Bacteria juga ditemukan pada daerah ekstrim, yaitu pada suhu tinggi dan suhu rendah, pada pH rendah dan pH tinggi, tekanan tinggi, dan pada garam konsentrasi tinggi.
Bukti baru menunjukkan bahwa sekitar 40% mikroorganisme yang berada di lautan adalah Archae. Oleh sebab itu, Archae mungkin kehidupan yang paling umum di bumi. Karena keunikan Archaea, sekarang penelitian banyak difokuskan pada kelompok mikroorganisme ini. Penelitian ditujukan antara lain untuk mengambil manfaat dari enzim termostabil yang diekspresikannya agar enzim tersebut dapat dimanfaatkan pada berbagai industri seperti industri kertas, pangan, dan obat-obatan.
-
-
Eukarya (Eukaryotes)
Diameter sel eukariot umumnya berkisar antara 10-100µm. Dengan demikian, volume sel eukariot seribu sampai sejuta kali ukuran volume sel prokariot. Pada kenyataannya struktur dan fungsi eukariot lebih kompleks daripada prokariot pada level pengorganisasian tingkat molekuler. Kompleksitas eukariot menjadikan ukurannya lebih besar dan pertumbuhannya lebih lambat dibandingkan sel prokariot.Karakteristik eukariot yang penting adalah mempunyai organel sel bermembran tertutup (membrane-enclosed organelles) seperti mitokondria, kloroplast. Organel ini tidak dimiliki oleh sel prokariot. Kelompok yang termasuk eukariot adalah ragi, jamur lendir (slime mold), binatang, jamur (fungi), tumbuhan, binatang bersel tunggal (ciliates), flagellates, dan microsporidiae.
Pada domain Bacteria, dan Archaea terdapat subgrup yang dibedakan oleh habitatnya. Pada habitat aerob suplai oksigen berlimpah. Organisme aerob memperoleh energi dari transfer elektron molekul bahan bakar ke oksigen. Lingkungan lainnya adalah anaerob, yaitu lingkungan yang hampir tanpa oksigen. Mikroorganisme anaerob beradaptasi pada lingkungan ini dengan memperoleh energi akibat transfer elektron ke nitrat (pembentukan N2), sulfat (pembentukan H2S), atau CO2 (pembentukan CH4). Organisme yang berevolusi pada lingkungan anaerob adalah obligate anaerob. Organisme ini akan mati jika terkena oksigen. Lain halnya dengan facultative anaerob, organisme ini dapat hidup dengan atau tanpa oksigen.
Organisme dapat juga diklasifikasikan menurut bagaimana organisme tersebut memperoleh energi dan sumber karbon yang diperlukan untuk mensintesis material selnya.
Ada dua kategori utama organisme berdasarkan sumber energi yang dibutuhkan yaitu :
-
Phototrophs
Phototrophs (Bahasa Yunani trophe ‘makanan’) menangkap dan menggunakan cahaya matahari. Kelompok phototrophs yang memerlukan karbon dari CO2 dinamakan autotrophs, sedangkan yang membutuhkan karbon dari nutrien organik adalah heterotrops. Autotrophs kadang-kadang dinamakan juga produser primer karena mensintesa senyawa organik baru dari CO2 untuk kebutuhannya dan kebutuhan heterotrop. Cyanobacteria dan tumbuhan vascular termasuk autotrop, sedangkan bakteri ungu dan bakteri hijau termasuk heterotroph. -
Chemotrops
Chemotrops memperoleh energi dari oksidasi bahan bakar kimia. Beberapa chemotrops adalah lithotrops, yang mengoksidasi bahan bakar inorganik, contoh HS- ke S0, S2- ke SO4-, NO2- ke NO3- Fe2+ ke Fe3+. Oleh sebab itu dinamakan juga Chemolithotrops (Yunani: lithos, batu). Yang lain adalah Organotrophs yang mengoksidasi jajaran yang luas senyawa organik yang tersedia pada lingkungannya. Bakteri sulfur dan bakteri hidrogen termasuk lithotrops, sedangkan kebanyakan bakteri dan semua eukariot nonphototrops termasuk kelompok organotrophs. Dengan demikian, manusia termasuk kelompok organotrophs yang menggunakan produk metabolisme dari kelompok autotrophs terutama tumbuhan.
Selain pengelompokkan organisme berdasarkan bagaimana organisme tersebut memperoleh energi dan karbon yang diperlukan untuk mensintesis material selnya. Organisme dapat juga dikelompokkan berdasarkan suhu optimal tumbuhnya.
Terdapat empat kelompok mikroorganisme yang berbeda berdasarkan suhu optimal tumbuhnya, yaitu Psychrophiles, Mesophiles, Thermophiles, dan Hyperthermophiles.
-
Psychrophiles
Psychrophiles tumbuh optimal pada suhu rendah. Psychrophiles ditemukan di lingkungan luar biasa dingin. Polaromonas vacuolata merupakan contoh psychrophile yang tumbuh optimal pada suhu 4ºC. -
Mesophiles
Mesophiles tersebar luas di alam. Mesophiles tumbuh optimal pada suhu optimal menengah. Mesophiles ditemukan pada hewan berdarah panas, di darat, dan di lingkungan berair pada suhu sedang, dan lintang tropikal. E.coli adalah mesophile. Suhu optimum untuk kebanyakan strain E.coli mendekati suhu 39ºC, suhu maksimum 48ºC, dan suhu minimum 8ºC. Dengan demikian, E.coli tumbuh optimal pada suhu sekitar 39ºC. -
Thermophiles
Thermophiles tumbuh optimal pada suhu tinggi. Thermophiles ditemukan pada lingkungan panas. Geobacillus stearothermophilus merupakan contoh thermophile yang tumbuh optimal pada suhu 60ºC. -
Hyperthermophiles
Hyperthermophiles tumbuh optimal pada suhu sangat tinggi. Hyperthermophiles ditemukan pada lingkungan luar biasa panas seperti hot spring, geyser dan lubang hydrothermal laut-dalam. Thermococcus celer merupakan contoh hyperthermophile yang tumbuh optimal pada suhu 88ºC, sedangkan Pyrolobus fumarii tumbuh optimal pada suhu 106ºC.
Mikroorganisme yang dapat hidup pada lingkungan ekstrim dinamakan extremophile. Lingkungan ekstrim adalah lingkungan yang tidak lazim seperti lingkungan yang sangat dingin, lingkungan sangat panas, lingkungan bertekanan tinggi, lingkungan dengan pH rendah atau pH tinggi, dan lingkungan dengan kadar garam yang tinggi. Archae umumnya ditemukan pada lingkungan ekstrim ini. Oleh sebab itu, penelitian tentang Archae sangat menarik dengan harapan ditemukan protein-protein yang mempunyai karakteristik yang unik.