sejarah sel

BIOLOGI SEL

I. Pendahuluan
Sejak jaman dahulu telah dikemukakan bahwa hewan maupun tumbuh-tumbuhan tersusun atas unsur-unsur yang selalu terulang dalam tubuh makhluk hidup.
Ahli filsafat kuno terutama Aristoteles pada jaman kuno dan Paracelsus pada jaman pembaharuan telah sampai pada suatu kesimpulan bahwa " hewan dan tumbuh-tumbuhan walaupun nampaknya sangat rumit terdiri atas beberapa unsur yang selalu terulang dalam tiap tubuh makhluk hidup "
Beberapa abad kemudian dengan diketemukannya lensa pembesar mulailah penggunaan alat-alat optik yang kemudian berkembang menjadi mikroskop yang akhirnya berkembang makin sempurna. Dengan menggunakan alat-alat optik ini penelitian terhadap elemen-elemen atau bagian-bagian makhluk hidup makin meningkat.
Pada tahun 1665 ROBERT HOOKE melakukan pengamatan dengan menggunakan lensa pembesar pada sepotong gabus dan mendapatkan bagian-bagian seperti ruangan/rongga yang kosong sehingga gabus dikatakan merupakan bangunan yang berlubang-lubang kecil seperti sarang lebah.
Rongga kosong ini kemudian disebut "sel" yang berasal dari "cella" yang berarti kosong,yang dibatasi dinding yang dinamakan diafragma. Sejak saat itulah dikenal istilah sel.
Penyelidikan yang sama dilakukan pula oleh GREW dan MALPHIGI pada tanaman yang berbeda beda dan ternyata ditemukan pula ruang-ruang yang dibatasi oleh dinding selulose dan kemudian dinamakan vesikula atau utrikula.
Pada tahun 1674 ANTHONY VAN LEEUWENHOEK dengan menggunakan mikroskop yang masih sangat sederhana dapat meneliti sel-sel yang bebas dan melihat adanya bangunan ditengah sel yang sekarang dikenal sebagai inti sel.
Setelah penelitian-penelitian tersebut diatas untuk waktu yang cukup lama yaitu lebih dari satu abad, penelitian tentang sel ini terhenti sehingga perkembangan pengetahuan tentang sel juga masih sangat terbatas.
Pada abad ke XIX barulah dimulai penelitian-penelitian tentang sel terutama tentang isi dari sel.
Pada tahun 1829 HERTWIG mengajukan suatu teori yang disebut teori protoplasma yang menyatakan bahwa sel merupakan kumpulan substansi hidup yang disebut protoplasma dengan didalamnya mengandung inti (nucleus) dan bagian luarnya dibatasi oleh dinding sel.
Kemudian pada tahun 1831 BROWN mengemukakan bahwa inti sel merupakan komponen dasar dan tetap dari sel.
Dalam inti sel ini juga dikenal adanya protoplasma sehingga untuk membedakan protoplasma dalam sel dan protoplasma dalam inti digunakan istilah yang berbeda yaitu sitoplasma untuk protoplasma dalam sel dan karyoplasma untuk protoplasma dalam inti.
SCHLEIDEN seorang ahli Botani dan SCHWANN seorang ahli Zoologi pada tahun 1939 mengemukakan suatu teori berdasarkan hasil-hasil penelitiannya dan teori ini dikenal dengan nama teori sel.
Dalam teori ini dikatakan bahwa "semua makhluk hidup tersusun atau terdiri atas sel-sel". Jadi semua makhluk hidup sebenarnya merupakan kumpulan dari sel-sel atau sel merupakan elemen dasar dari makhluk hidup. Teori sel ini merupakan teori yang sangat mendasar dalam pengembangan Biologi Sel sehingga kemudian Schwan diakui sebagai "Bapak" dari Sitologi modern.
Sejak dikemukakannya Teori Sel ini, maka penelitian-penelitian dibidang Biologi Sel bertambah meningkat dan banyak ditemukan berbagai penemuan dibidang Biologi Sel maupun dibidang ilmu lain yang berkaitan erat dengan Biologi Sel.
Berdasarkan jumlah sel yang menyusun tubuh makhluk hidup maka HAECKEL membagi dunia hewan menjadi dua kelompok besar yaitu Protozoa : yang mempunyai sel tunggal dan Metazoa : yang mempunyai sel banyak
Pada tahun 1858 ALBERT KOLLIKER mengemukakan suatu teori dibidang Embyologi yang menyatakan bahwa spermatozoa dan ovum merupakan unsur histologis yang merupakan asal dari makhluk hidup baru.
VIRCHOW pada tahun 1858 mengemukakan bahwa sel selalu berasal dari sel lain ( "omnis cellula e cellula" ) yang berarti bahwa sel mempunyai kemampuan untuk berkembang biak/membelah.

Pada tahun yang sama Virchow juga mengemukakan bahwa proses patologis yang terjadi pada makhluk hidup sebenarnya terjadi dalam sel-sel atau jaringan.
Dalam tahun 1875 HERTWIG mengemukakan tentang hakekat dari konsepsi yang menyatakan bahwa pada waktu konsepsi/pembuahan terjadi peleburan antara inti sel telur dan spermatozoon.
Penemuan-penemuan penting lainnya dalam bidang Biologi Sel banyak dikemukakan oleh para ahli diantaranya penelitian tentang pembelahan sel oleh FLEMING pada hewan dan STRASSBURGER pada tanaman sampai terungkapnya proses karyokinesis oleh SCHLEIDEN pada tahun 1878 dan penemuan khromosom oleh WALDEYER tahun 1890.
Penelitian-penelitian dalam bidang Biologi Sel berkembang terus sehingga akhir berdasarkan hasil-hasil penelitian tersebut dapat dicapai kesimpulan kesimpulan yang penting diantaranya :
- setiap sel terbentuk atau berasal dari pembelahan sel yang sudah ada.
terdapat kesamaan yang mendasar dalam hal komposisi kimia dan aktifitas metabolisme.
fungsi makhluk hidup secara keseluruhan ditentukan oleh aktifitas dan interaksi dari unit unit
Perkembangan Biologi Sel yang pesat ini dipengaruhi oleh perkembangan ilmu-ilmu lain tetapi membawa pengaruh pula terhadap perkembangan ilmu ilmu lain. Ilmu ilmu yang secara langsung dipengaruhi oleh perkembangan Biologi Sel ini diantaranya Genetika,Fisiologi dan Biokimia.
1869 Miescher isolated DNA for the first time.
1879 Flemming described chromosome behavior during mitosis.
1883 Germ cells are haploid, chromosome theory of heredity.
1898 Golgi described the golgi apparatus.
1926 Svedberg developed the first analytical ultracentrifuge.
1938 Behrens used differential centrifugation to separate nuclei from cytoplasm.
1939 Siemens produced the first commercial transmission electron microscope.
1941Coons used fluorescent labeled antibodies to detect cellular antigens.
1952 Gey and co-workers established a continuous human cell line.
1953 Crick, Wilkins and Watson proposed structure of DNA double-helix.1955Eagle systematically defined the nutritional needs of animal cells in culture.
1957 Meselson, Stahl and Vinograd developed density gradient centrifugation in cesium chloride solutions for separating nucleic acids.
1965 Ham introduced a defined serum-free medium. Cambridge Instruments produced the first commercial scanning electron microscope.
1976Sato and collegues publish papers showing that different cell lines require different mixtures of hormones and growth factors in serum-free media.
1981Transgenic mice and fruit flies are produced. Mouse embryonic stem cell line established.
1987First knockout mouse created.
1998Mice are cloned from somatic cells.
2000Human genome DNA sequence draft.

Kemajuan IPTEK : garis eksponensial yang tajam
Struktur kimia DNA (Watson & Crick tahun 1953) → biologi molekuler
Biologi Molekuler → teknologi rekayasa genetika → teknologi bioindustri : produk-produk dalam dunia pertanian, kedokteran, farmasi, peternakan, makanan dll.
Biologi Deskriptif → Biologi Modern → Ilmu-ilmu Kefarmasian khususnya pengembangan produk-produk kefarmasian
Orientasi apoteker : service oriented → scientific oriented

3. Struktur Umum Sel Prokariot dan Eukariot
Setiap organisme tersusun dari salah satu dari dua jenis sel yang secara structural berbeda yaitu sel prokariot dan eukariot.
Berdasarkan strukturnya maka organisme dikelompokkan dalam 6 kingdom, yaitu :
Monera (Eubacteria) : pathogen pada manusia dan Archaea → Prokariot
Protista, Plantae, Fungi, Animalia → Eukaryotes.
Prokariot : pro = sebelum, karyon = kernel (nucleus). Tidak memiliki membran nucleus. Jadi materi genetiknya terkonsentrasi pada suatu daerah yang disebut nukleoid, tanpa membran yang memisahkan daerah ini dengan bagian sel lainnya.



Struktur dinding sel prokariot lebih kompleks dibandingkan eukariot.
Dinding sel terdiri dari lapisan peptidoglikan, oleh karena itu fungsinya tidak hanya sekedar untuk menjaga tekanan osmotic, namun juga untuk proses pembelahan sel dan self-biosynthesis dinding sel.
Selain itu, sel prokariot dilengkapi dengan kapsul (lapisan ekstraseluler polisakarida yang menyelimuti sel) dan flagel (benang protein = flagellin).
Meskipun demikian, sel prokariot tidak memiliki mitokondria atau kloroplast sehingga enzim-enzim untuk transport electron tidak bekerja di membrane sel namun di bawah membrane sel.



VIRUS
Mikroorganisme terkecil dengan ukuran 300 x 250 x 100 nm sampai berdiameter 20 nm
Virion (partikel virus lengkap) terdiri dari :
inti (asam nukleat yang seringkali bergabung dengan protein sehingga disebut nucleoprotein)
kapsid (pembungkus nucleoprotein, terdiri atas sejumlah kapsomer, suatu polipeptida, yang terikat satu sama lain secara nonkovalen)
molekul polipeptida pelindung asam nukleat virus tersusun simetris yaitu : simetri heliks (gambar sebelah kanan) dan simetri ikosahedral (gambar sebelah kiri)















Mikroskopis
Mikroskop merupakan alat bantu yang memungkinkan kita dapat mengamati obyek yang berukuran sangat kecil.
Ada dua jenis mikroskop berdasarkan pada kenampakan obyek yang diamati, yaitu mikroskop dua dimensi (mikroskop cahaya) dan mikroskop tiga dimensi (mikroskop stereo).
Sedangkan berdasarkan sumber cahayanya, mikroskop dibedakan menjadi mikroskop cahaya dan mikroskop elektron
Mikroskop cahaya mempunyai perbesaran maksimum 1000 kali. Mikroskop mempunyai kaki yang berat dan kokoh dengan tujuan agar dapat berdiri dengan stabil
Mikroskop cahaya memiliki tiga sistem lensa, yaitu lensa obyektif, lensa okuler, dan kondensor.






Lensa obyektif bekerja dalam pembentukan bayangan pertama. Lensa ini menentukan struktur dan bagian renik yang akan terlihat pada bayangan akhir.
Lensa okuler berfungsi untuk memperbesar bayangan yang dihasilkan oleh lensa obyektif. Perbesaran bayangan yang terbentuk berkisar antara 4 - 25 kali.
Lensa kondensor, berfungsi untuk mendukung terciptanya pencahayaan pada obyek yang akan difokus
Mikroskop stereo merupakan jenis mikroskop yang hanya bisa digunakan untuk benda yang berukuran relatif besar. Mikroskop stereo mempunyai perbesaran 7 hingga 30 kali.
Benda yang diamati dengan mikroskop ini dapat terlihat secara tiga dimensi.
Komponen utama mikroskop stereo hampir sama dengan mikroskop cahaya. Lensa terdiri atas lensa okuler dan lensa obyektif.
Perbesaran lensa okuler biasanya 10 kali, sedangkan lensa obyektif menggunakan sistem zoom dengan perbesaran antara 0,7 hingga 3 kali, sehingga perbesaran total obyek maksimal 30 kali.
Pada bagian bawah mikroskop terdapat meja preparat.
Pada daerah dekat lensa obyektif terdapat lampu yang dihubungkan dengan transformator.
Pengatur fokus obyek terletak disamping tangkai mikroskop, sedangkan pengatur perbesaran terletak diatas pengatur fokus.

Mikroskop stereo
Mikroskop elektron mempunyai perbesaran sampai 100 ribu kali, elektron digunakan sebagai pengganti cahaya.
Mikroskop elektron mempunyai dua tipe, yaitu mikroskop elektron scanning (SEM) dan mikroskop elektron transmisi (TEM).
SEM digunakan untuk studi detil arsitektur permukaan sel (atau struktur renik lainnya), dan obyek diamati secara tiga dimensi.
Sedangkan TEM digunakan untuk mengamati struktur detil internal sel.










Eukaryotes

The basic eukaryotic cell contains the following:
plasma membrane
glycocalyx (components external to the plasma membrane)
cytoplasm (semifluid)
cytoskeleton - microfilaments and microtubules that suspend organelles, give shape, and allow motion
presence of characteristic membrane enclosed subcellular organelles







Characteristic biomembranes and organelles













Cell wall
Plants have a rigid cell wall in addition to their cell membranes.
Skala Ukuran dalam Biologi Sel
- daya urai penglihatan manusia sangat terbatas (0,1 mm atau 100 mikron) sehingga sel yang mempunyai diameter dibawah 0,1 mm tidak akan terlihat oleh mata manusia.

Oleh karena itulah diperlukan alat bantu berupa mikroskop yang mempunyai daya urai lebih baik. Daya urai mikroskop cahaya dapat mencapai 0,2 mikron sedangkan mikroskop elektron dapat mencapai 4 Angstrom unit.
Untuk lebih memahami ukuran ukuran yang ada dalam Biologi Sel dibawah ini terdapat ukuran panjang mulai dari 1 m sampai 1 Angstrom unit :
1 m = 1000 mm
1 mm = 1000 mikron
1 mikron = 1000 milimikron/nanometer
1 nanometer = 10 Angstrom unit


LAPANG OBSERVASI BIOLOGI
Ukuran Pengamatan Bidang ilmu Struktur
1 mm Anatomi Organ
10-100 mikron Histologi Jaringan
0,2-10 mikron Biologi Sel Sel, kuman
Biologi molekuler Komponen sel, virus
< 10 A Struktur molekul & atom Atom

Ukuran sel dalam μm, karena itu hanya dapat terlihat dengan mikroskop. Besarnya berkisar antara 0,1 dan 100 μm.
Sel terbesar adalah telur (ovum) karena mengandung butir cadangan makanan (yolk) dan selaput pelindung.
Makin banyak makanan cadangan makin besar sel, makin tebal selaput pelindungnya. Ovum terbesar adalah telur burung onta yang berdiameter 15 cm, sedangkan diameter telur manusia 0,1 mm.
Kenapa sel mikroskopis ?
Hal ini dikarenakan :
Ke luar masuk zat lewat membran sel harus cepat
Makin kecil sel makin tinggi kecepatan reaksi kimia didalamnya, maka perlu cepat ke luar masuk zat lewat membran
Luas membran harus seimbang dengan isi sel dan besar inti. Jika tidak, aktivitas sel secara keseluruhan akan terganggu.

Membran menentukan ke luar masuk zat. Besar dan cepatnya ke luar masuk ditentukan oleh luas membran.
Makin luas membran, makin besar kesempatan ke luar masuknya.
Zat-zat yang harus lancar masuk diantaranya adalah asam amino, glukosa, ion mineral, oksigen, hormon dan enzim.
Sedang, zat-zat yang harus lancar ke luar adalah karbondioksida, amonia dan zat-zat hasil produksi serta getah.
Agar membran jadi luas, secara relatif sel harus dibagi-bagi atas ukuran lebih kecil.
Sebagai gambaran perhatikan gambar bola besar yang didalamnya berisi penuh bola-bola kecil. Luas membran semua bola kecil di dalamnya, 10 x lebih besar daripada luas bola besar di luarnya



Bola kecil :
r = 0,1 μm → Luas : 4 π r2 = 4 x 22/7 x 0,12 = 0,126 μm2
Isi : 4/3 π r3 = 4/3 x 22/7 x 0,12 = 0,0042 μm3
Bola besar :
R = 1 μm → Luas : 4 π r2 = 4 x 22/7 x 12 = 12,6 μm2
Isi : 4/3 π r3 = 4/3 x 22/7 x 12 = 4,2 μm3

Itulah sebab : makin besar tubuh organisme, bukan makin besar sel, tapi makin banyak sel. Besar sel tikus sama saja dengan sel gajah.
Sel diusahakan pula agar kecil, agar reaksi kimia berlangsung cepat dan lancar.
Makin sempit medium reaksinya, makin besar kesempatan zat bersentuhan dan bereaksi, dan zat yang dibutuhkan semakin sedikit.
Luas membrane harus pula seimbang dengan isi sitoplasma dan besar inti.
Kalau membrane terlalu luas, ke luar masuk zat tidak bias diimbangi oleh sitoplasma yang merupakan tempat terjadinya aktivitas sel.
Inti adalah pusat segala kegiatan, asal segala perintah dan control. Kalau sel terlalu besar sedang inti kecil, inti tidak bisa mengimbangi ke luar masuk zat dan reaksi kimia dalam sitoplasma. Ini bisa mengakibatkan terhalangnya aktivitas sel secara keseluruhan.