Organel Sel Tumbuhan
I.I Pengertian Sel
Penelitian menunjukkan bahwa satuan unit terkecil dari kehidupan adalah Sel. Kata "sel" itu sendiri dikemukakan oleh Robert Hooke yang berarti "kotak-kotak kosong", setelah ia mengamati sayatan gabus dengan mikroskop.
Selanjutnya disimpulkan bahwa sel terdiri dari kesatuan zat yang dinamakan Protoplasma. Istilah protoplasma pertama kali dipakai oleh Johannes Purkinje; menurut Johannes Purkinje protoplasma dibagi menjadi dua bagian yaitu Sitoplasma dan Nukleoplasma
Robert Brown mengemukakan bahwa Nukleus (inti sel) adalah bagian yang memegang peranan penting dalam sel,Rudolf Virchow mengemukakan sel itu berasal dari sel (Omnis Cellula Ex Cellula).
Sel adalah satu unit dasar dari tubuh manusia dimana setiap organ merupakan gregasi/penyatuan dari berbagai macam sel yang dipersatukan satu sama lain oleh sokongan struktur-struktur interselluler.
Setiap jenis sel dikhususkan untuk melakukan suatu fungsi tertentu. Misalnya sel darah merah yang jumlahnya 25 triliun berfungsi untuk mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan. Disamping sel darah merah masih terdapat sekitar 75 triliun sel lain yang menyusun tubuh manusia, sehingga jumlah sel pada manusia sekitar 100 triliun sel.
Walaupun banyak sel yang berbeda satu sama lainnya, tetapi umumnya seluruh sel mempunyai sifar-sifat dasar yang mirip satu sama lain, misalnya :
1. oksigen akan terikat pada karbohidrat, lemak atau protein pada setiap sel untuk melepaskan energi
2 mekanisme umum merubah makanan menjadi energi
3. setiap sel melepaskan hasil akhir reaksinya ke cairan disekitarnya
4. hampir semua sel mempunyai kemampuan mengadakan reproduksi dan jika sel tertentu mengalami kerusakan maka sel sejenis yang lain akan beregenerasi
1.2. STRUKTUR DAN FUNGSI SEL
Tumbuhan termasuk eukaryot, organisme yang memiliki membran yang melingkupi inti dan organel, dan dapat menyusun makanannya. Klorofil menyebabkan tumbuhan berwarna hijau, dapat menggunakan cahaya matahari untuk mengubah air dan karbondioksida menjadi gula/karbohidrat.
Dinding Sel
Sel tumbuhan (kecuali sel sperma tumbuhan dan sel endosperm) diselimuti oleh dinding sel dan ini merupakan ciri sel tumbuhan. Dinding sel tumbuhan mempunyai dinding yang kaku mengelilingi membran plasma. Strukturnya sangat kompleks, dengan berbagai fungsi dari pelindung sel hingga mengatur siklus hidup. Dinding sel bertindak dengan berbagai fungsi. Selain melindungi bagian intraseluler, pada struktur dinding yang kaku terdapat lubang untuk sirkulasi dan distribusi air, mineral, dan berbagai nutrien, serta kandungan molekul khusus untuk mengatur pertumbuhan dan melindungi tumbuhan dari penyakit.
Dinding sel jauh lebih tebal dari membran plasma. Dinding sel terdiri dari dinding primer yang mengakomodasi sel untuk tumbuh, dan dinding sekunder yang berkembang ke arah dalam dinding primer setelah sel berhenti tumbuh. Dinding primer lebih tipis dan lebih kenyal dibandingkan dengan dinding sekunder.
Gbr. 1.1. Struktur dinding sel
Komponen utama dinding primer meliputi selulosa (dalam bentuk mikrofibril, lihat gambar 1.1.), yang merupakan karbohidrat kompleks yang terdiri dari beberapa ribu molekul glukosa. Dinding sel mengandung dua polisakarida bercabang, pektin dan glikan. Jalinan terorganisasi antara mikrofibril selulosa dan glikan menambah daya regang selulosa, sedangkan jalinan dengan pektin memungkinkan dinding sel tahan tekanan. Dalam jalinan tersebut terdapat sejumlah kecil protein. Sebagian dari protein tersebut diperkirakan akan menambah kekuatan mekanik dan sebagian lagi terdiri dari enzim, yang dapat merubah bentuk, atau memutus jalinan dinding sel. Perubahan seperti dalam dinding sel diarahkan oleh enzim yang merupakan hal penting untuk pematangan buah dan pengguguran daun.
Dinding sekunder yang terletak sebelah dalam dinding primer, mengandung lignin. Lignin merupakan senyawa polimer dari alkohol aromatik. Lignin memberikan corak dan karakteristik kayu selain sebagai fungsi pendukung bagi kekuatan tumbuhan. Lignin juga menyulitkan perlekatan sejumlah jamur atau bakteri. Kutin dan suberin, dan bahan lilin lainnya kadang-kadang terdapat pula dalam dinding sel.
Daerah khusus yang berasosiasi dengan dinding sel tumbuhan, dan adakalanya dianggap sebagai komponen tambahan, adalah lamella tengah (lihat gambar 1.1.). Kaya dengan pektin, lamella tengah menjadi perekat bagi sel bertetangga. Dengan posisi sedemikian rupa, sel dapat berkomunikasi satu sama lain dan bertukaran bahan. Disebut dengan plasmodesmata, plasma sel dapat menjulur menembus dinding primer, dinding sekunder sehingga transportasi molekul antar sel dapat berlangsung.
Membran Plasma
Semua sel hidup, prokaryot dan eukaryot, mempunyai membran yang membungkus kandungannya dan bertindak sebagai pembatas semi-porus terhadap lingkungan luarnya. Membran plasma permeabel terhadap molekul tertentu, nutrien dan bahan lain yang diperlukan dimungkinkan untuk melewatinya, demikian pula halnya dengan bahan buangan sel. Molekul kecil, seperti oksigen, karbondioksida, dan air, dapat melintas menyeberangi membran secara bebas, tetapi molekul besar, seperti asam amino dan gula, mengalami pengaturan.
Selain membran plasma pada bagian terluar, sel eukaryot mempunyai membran internal yang membagi-bagi sel menjadi ruangan-ruangan (membran organel). Membran tersebut juga berperan langsung dalam metabolisme sel; banyak enzim dibentuk tepat di dalam membran tersebut. Karena ruangan-ruangan sel menyediakan lingkungan lokal berbeda-beda yang melayani fungsi metabolik tertentu, proses yang tidak sesuai (tidak kompatibel) bisa berlangsung secara bersamaan di dalam sel yang sama.
Secara umum, membran plasma terdiri dari fofolipid lapis ganda (bilayer lipid) dan lipid lain. Bermacam-macam protein terperangkap di dalam atau melekat di permukaan bilayer lipid tersebut (lihat gambar 1.2.):
Komponen utama dinding primer meliputi selulosa (dalam bentuk mikrofibril, lihat gambar 1.1.), yang merupakan karbohidrat kompleks yang terdiri dari beberapa ribu molekul glukosa. Dinding sel mengandung dua polisakarida bercabang, pektin dan glikan. Jalinan terorganisasi antara mikrofibril selulosa dan glikan menambah daya regang selulosa, sedangkan jalinan dengan pektin memungkinkan dinding sel tahan tekanan. Dalam jalinan tersebut terdapat sejumlah kecil protein. Sebagian dari protein tersebut diperkirakan akan menambah kekuatan mekanik dan sebagian lagi terdiri dari enzim, yang dapat merubah bentuk, atau memutus jalinan dinding sel. Perubahan seperti dalam dinding sel diarahkan oleh enzim yang merupakan hal penting untuk pematangan buah dan pengguguran daun.
Dinding sekunder yang terletak sebelah dalam dinding primer, mengandung lignin. Lignin merupakan senyawa polimer dari alkohol aromatik. Lignin memberikan corak dan karakteristik kayu selain sebagai fungsi pendukung bagi kekuatan tumbuhan. Lignin juga menyulitkan perlekatan sejumlah jamur atau bakteri. Kutin dan suberin, dan bahan lilin lainnya kadang-kadang terdapat pula dalam dinding sel.
Daerah khusus yang berasosiasi dengan dinding sel tumbuhan, dan adakalanya dianggap sebagai komponen tambahan, adalah lamella tengah (lihat gambar 1.1.). Kaya dengan pektin, lamella tengah menjadi perekat bagi sel bertetangga. Dengan posisi sedemikian rupa, sel dapat berkomunikasi satu sama lain dan bertukaran bahan. Disebut dengan plasmodesmata, plasma sel dapat menjulur menembus dinding primer, dinding sekunder sehingga transportasi molekul antar sel dapat berlangsung.
Membran Plasma
Semua sel hidup, prokaryot dan eukaryot, mempunyai membran yang membungkus kandungannya dan bertindak sebagai pembatas semi-porus terhadap lingkungan luarnya. Membran plasma permeabel terhadap molekul tertentu, nutrien dan bahan lain yang diperlukan dimungkinkan untuk melewatinya, demikian pula halnya dengan bahan buangan sel. Molekul kecil, seperti oksigen, karbondioksida, dan air, dapat melintas menyeberangi membran secara bebas, tetapi molekul besar, seperti asam amino dan gula, mengalami pengaturan.
Selain membran plasma pada bagian terluar, sel eukaryot mempunyai membran internal yang membagi-bagi sel menjadi ruangan-ruangan (membran organel). Membran tersebut juga berperan langsung dalam metabolisme sel; banyak enzim dibentuk tepat di dalam membran tersebut. Karena ruangan-ruangan sel menyediakan lingkungan lokal berbeda-beda yang melayani fungsi metabolik tertentu, proses yang tidak sesuai (tidak kompatibel) bisa berlangsung secara bersamaan di dalam sel yang sama.
Secara umum, membran plasma terdiri dari fofolipid lapis ganda (bilayer lipid) dan lipid lain. Bermacam-macam protein terperangkap di dalam atau melekat di permukaan bilayer lipid tersebut (lihat gambar 1.2.):
Gbr. 1.2. Struktur membran plasma
Namun demikian, setiap membran mempunyai komposisi lipid dan protein yang unik, sesuai dengan fungsi spesifik membran tersebut. Misalnya, enzim yang berfungsi dalam respirasi seluler berada di dalam membran organel yang disebut mitokondria.
Kloroplas
Satu karakteristik utama tumbuhan adalah kemampuannya melakukan fotosintesis. Proses ini berlangsung di dalam kloroplas. Semua bagian hijau tumbuhan, termasuk batang dan buah belum matang, mengandung kloroplas, tapi umumnya fotosintesis berlangsung pada daun.
Namun demikian, setiap membran mempunyai komposisi lipid dan protein yang unik, sesuai dengan fungsi spesifik membran tersebut. Misalnya, enzim yang berfungsi dalam respirasi seluler berada di dalam membran organel yang disebut mitokondria.
Kloroplas
Satu karakteristik utama tumbuhan adalah kemampuannya melakukan fotosintesis. Proses ini berlangsung di dalam kloroplas. Semua bagian hijau tumbuhan, termasuk batang dan buah belum matang, mengandung kloroplas, tapi umumnya fotosintesis berlangsung pada daun.
Kloroplas salah satu tipe plastida, organel sel tumbuhan yang terlibat dalam penyimpanan energi dan sintesis bahan-bahan metabolik. Leukoplas (organel tak berwarna), sebagai contoh, terlibat dalam sintesis tepung, minyak dan protein. Kromoplas yang berwarna kuning – merah mensintesis karotenoid, dan kloroplas yang berwarna hijau mengandung pigmen klorofil a dan klorofil b, yang dapat menyerap energi cahaya yang diperlukan untuk fotosintesis. Semua plastida berkembang dari organel kecil yang terdapat dalam sel meristem muda (jaringan yang belum terbedakan) disebut proplastid. Perbedaan antara berbagai tipe plastid didasarkan pada kebutuhan sel yang berbeda, yang dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, seperti cahaya.
Kloroplas merupakan organel double membran dan di antara kedua membran terdapat ruang antar membran. Membran luar lebih permeabel dibandingkan membran dalam, dimana sejumlah protein transport membran tertanam. Stroma merupakan ruang dalam kloroplas yang bersifat semi-cair mengandung bahan enzim terlarut, DNA kloroplas, demikian pula RNA dan ribosom.
Di dalam kloroplas terdapat sistem membran yang lain, yang di susun menjadi kantung-kantung pipih yang disebut tilakoid. Di beberapa tempat, tilakoid ditumpuk seperti tumpukan kartu poket, yang membentuk struktur yang disebut grana (tunggal, granum). Cairan di luar tilakoid disebut stroma. Dengan demikian membran tilakoid ini membagi bagian dalam kloroplas menjadi dua ruangan: ruang tilakoid dan stroma.
Mitokondria
Mitokondria adalah organel berbentuk batang yang dapat dianggap sebagai generator energi pada sel, dengan mengubah nutrien dengan oksigen menjadi ATP. Jumlah mitokondria di dalam sel berkorelasi dengan tingkat aktivitas metabolismenya, terdiri dari 1 hingga ribuan.
Mitokondria dibungkus oleh suatu selubung yang terdiri dari dua membran. Membran luar halus, tetapi membran dalamnya berlekuk-lekuk dan disebut krista. Membran dalam membagi mitokondria menjadi dua ruangan internal, yaitu ruang intermembran yang terletak di antara membran luar dan membran dalam dan matriks mitokondria yang dilingkupi oleh membran dalam Gambar 1.3.).
Retikulum Endoplasma
Retikulum endoplasma (RE) membentuk sistem angkutan untuk berbagai macam molekul di dalam sel dan bahkan antar sel melalui plasmodesmata. Retikulum berarti “jaringan” dan endoplasma berarti “di dalam sitoplasma” (Latin). Banyak aktivitas kimia berasosiasi dengan RE, salah satu aktivitasnya adalah sintesis protein yang terjadi pada sejumlah ribosom. RE dengan ribosom yang melekat padanya disebut RE kasar sedang yang tidak mengandung ribosom disebut RE halus. RE terdiri dari jaringan tubula dan gelembung membran yang disebut sisterna (cisterna, berarti “kotak). Perhatikan gambar 1.4. RE berbagai sel berfungsi dalam bermacam-macam proses metabolisme tubuh, termasuk sintesis lipid, karbohidrat, sterol dan fosfolipid dan menawarkan obat dan racun.
Badan Golgi
Badan Golgi, juga disebut Golgi Aparatus (GA) atau Kompleks Golgi (KG). Setelah meninggalkan RE, banyak vesikula transpor berpindah ke Badan Golgi. Kita dapat membayangkan Golgi ini sebagai pusat manufaktur, pergudangan, penyortiran, dan pengiriman. Di sini produk RE dimodifikasi dan disimpan, dan kemudian dikirim ke tujuan lain. Dengan mikroskop elektron, badan Golgi terlihat sebagai tumpukan cairan yang berongga dengan pinggiran yang memutar dan dikelilingi oleh badan-badan berbentuk bola.
Badan Golgi memiliki polaritas yang jelas, dengan membran cisternae pada ujung-ujung yang berlawanan merupakan suatu tumpukan yang berbeda ketebalan dan komposisi molekulnya. Kedua kutub tumpukan disebut muka cis dan muka trans yang masing-masing bertindak sebagai bagian penerima dan pengirim . Muka cis biasanya terletak di dekat RE. Vesikula transport memindahkan materi dari RE ke badan Golgi. Vesikula yang bertunas dari RE akan menambah membrannya dan kandungan lumennya ke muka cis dengan bergabung dengan membran golgi. Muka trans menghasilkan vesikula yang akan tercabut dan pindah ke tempat lain perhatikan gambar 1.5..
Produk RE biasanya dimodifikasi selama berpindah dari kutub cis ke ketub trans. Protein dan fosfolipid membran mungkin saja berubah. Misalnya bagian enzim Golgi memodifikasi bagian oligosakarida glikoprotein . Ketika pertama kali ditambahkan pada protein di RE, oligosakarida dari seluruh oligoprotein adalah identik. Golgi membuang sebagian monomer gula dan menggantinya dengan yang lain, menghasilkan bermacam-macam oligosakarida.
Ribosom
Semua sel hidup mengandung ribosom, organel kecil tersusun kurang lebih 60% RNA ribosomal (rRNA) dan 40% protein. Namun, secara umum dikenal sebagai organel. Sangat penting untuk dicatat bahwa ribosom tidak terikat oleh membran dan jauh lebih kecil dibandingkan dengan organel lainnya. Beberapa jenis sel mungkin memiliki jutaan ribosom, tetapi beberapa ribu lebih spesifik.
Ribosom umumnya terdapat terikat ke retikulum endoplasma dan selaput inti, dan sebagian lainnya terdapat bebas dalam sitoplasma. Ribosom bertindak sebagai mesin produksi protein dan akibatnya ribosom sangat melimpah pada sel yang sedang aktif dalam sintesis protein. Sejumlah protein yang dihasilkan, diangkut ke luar sel.
Ribosom eukaryot diproduksi dan dirakit di dalam nukleolus. Protein ribosomal masuk ke nukleolus dan berkombinasi dengan empat strand rRNA untuk membentuk dua sub unit ribosomal (sub unit kecil dan sub unit besar). Unit ribosom ke luar meninggalkan inti melalui pori inti dan menyatu dalam sitoplasma untuk tujuan sintesis protein. Bila produksi protein tidak berlangsung, kedua sub unit ribosomal terpisah.
Vakuola Sel Tumbuhan
Vakuola adalah kantung bermembran dalam sitoplasma sel dengan bebagai fungsi. Pada sel dewasa tumbuhan, vakuola cenderung lebih besar, dengan fungsi penyimpanan, buangan metabolisme, perlindungan, dan pertumbuhan. Banyak sel sel tumbuhan mempunyai vakuola besar, tunggal disebut vakuola sentral yang menempati ruang sel sekitar 80% atau lebih. Vakuola dalam sel hewan, cenderung lebih kecil, dan lebih digunakan secara temporer digunakan untuk menyimpan bahan-bahan atau untuk mengangkut bahan.
Gbr. 1.7. Vakuola
Vakuola sentral dalam sel tumbuhan (lihat gambar 1.7) dilingkupi oleh membran, disebut tonoplas, bagian yang sangat penting dan terintegrasi dengan jaringan sistem membran (endomembran).
Vakuola sel tumbuhan merupakan ruangan serbaguna. Vakuola ini merupakan tempat menyimpan senyawa organik seperti protein yang ditumpuk dalam vakuola sel dalam benih. Vakuola juga merupakan tempat penimbunan ion anorganik yang utama dari sel tumbuhan, seperti kalium dan klorida. Banyak sel tumbuhan menggunakan vakuolanya sebagai tempat pembuangan produk-samping metabolisme yang dapat membahayakan sel itu sendiri, jika terakumulasi dalam sitosol. Sebagian vakuola mengandung banyak pigmen yang mewarnai sel tersebut, seperti pigmen merah dan biru dari mahkota bunga yang membantu memikat serangga penyerbuk untuk datang ke bunga tersebut. Vakuola dapat juga membantu melindungi tumbuhan melawan pemangsanya karena mengandung senyawa yang beracun atau beraroma tak sedap bagi hewan. Vakuola memegang peran utama dalam pertumbuhan sel tumbuhan, yang memanjang begitu vakuolanya menyerap air, membuat sel dapat menjadi lebih besar dengan hanya membuat sitoplasma baru yang minimal. Vakuola besar sel tumbuhan berkembang dari penggabungan vakuola-vakuola yang lebih kecil, yang diambil dari retikulum endoplasma dan badan golgi.
Peran vakuola dalam turgiditas dan bentuk sel.
Bentuk dan ketegaran jaringan yang tersusun dari banyak sel yang hanya memiliki dinding primer; adalah akibat adanya air dan bahan terlarut yang menekan dari dalam vakuola. Tekanan timbul karena osmosis.
Ada aspek penting lain dari vakuola yang membuat tumbuhan nampak seperti yang klta lihat. Untuk mempertahankanh idupnya, tumbuhan perlu menyerap cukup banyak air, unsur mineral, karbon dioksida, dan cahaya matahari. Setiap faktor tersebut, bahkan cahaya matahari sering langka atau sedikit sekali diperoieh dari lingkungan. Luas permukaan yang besar sangat memudahkan penyerapan keempat faktor tersebut oleh tumbuhan: akar yang bercabang-cabang mengasuki sejumlah besar volume tanah, permukaan dedaunan menangkap cahaya matahari dan menyerap karbon dioksida dari atmosfer. Cara organisme mendapatkan permukaan yang luas dimulai dengan memiliki volume yang cukup besar dan kemudian memecah-mecah menjadi lapisan tipis seperti dedaunan, atau menjadi struktur sempit panjang seperti akar atau jarum-jarum konifer. Tumbuhan mempunyai volume cukup besar karena vakuolanya terisi air dengan jumlah lebih besar daripada yang dimiliki protoplasma sel lain. Jika sel tumbuhan hanya mengandung protoplasma tanpa vakuola seperti halnya sel hewan, maka sel tumbuhan hanya dapat mempunyai sebagian kecil dari luas permukaannya sekarang. Bagi hewan, amatlah penting memiliki volume yang kompak dengan permukaan yang terbatas dan protoplasma yang pekat agar dapat menghasilkan energi dan mengurangi kelembaban untuk bergerak. Kedua fungsi vakuola tumbuhan, yakni memelihara turgor dan mempertahankan volume yang besar, merupakan fungsi yang statis
Vakuola untuk penyimpanan dan penimbunan
Konsentrasi bahan terlarut di vakuola itu tinggi, hampir setinggi konsentrasi garam di air laut dan di sitosol (umumnya 0,4-0,6 M). Ada ratusan bahan terlarut, termasuk berbagai garam, molekul organik kecil seperti gula dan asam amino, beberapa protein dan molekul lain. Sejumlah vakuola mengandung pigmen dalam konsentrasi tinggi yang menghasilkan warna pada bunga (sedemikian terkonsentraspi pada vakuola sel epidermis sehingga pigmen itu menutupi warna hijau kloroplas). Pada beberapa bagian tumbuhan, vakuola mengandung bahan yang bisa meracuni sitoplasma, misalnya hasil metabolisme sekunder (contohnya alkaloid, dan berbagai senyawa bermolekul gula). Kadang juga vakuola mengandung kristal; kristal kalsium oksalat lazim didapatkan pada beberapa spesies.
Didapatkannya semua senyawa tersebut dalam vakuola telah lama menimbulkan dugaan bahwa vakuola merupakan semacam tempat untuk menampung hasil buangan sel dan kelebihan mineral yang diambil oleh tumbuhan. Kita sekarang tahu bahwa banyak dari senyawa ini berperan jauh lebih dinamis daripada hanya sekadar tersimpan di sana, walaupun -penyimpanan, termasuk penyimpanan hasil buangan, memang salah satu peran penting vakuola. Beberapa senyawa ini terperangkap di vakuola karena kondisinya berubah ketika memasuki lingkungan baru di vakuola yang, sekurang-kurangnya, sering lebih asam daripada sitosol. Merah netral misalnya, melewati tonoplas sebagai basa bebas lipofilik, tapi ia mengion ketika menerima proton di vakuola. Dalam kondisi seperti ini ia tidak dapat lagi melewati tonoplas. Ca2+ terperangkap dengan cara diendapkan dengan oksalat, fosfat, atau sulfat, membentuk kristal. Tapi, biasanya vakuola mengandung Ca2+ dalam konsentrasi milimol saja.
Vakuola sebagai lisosom
Enzim di vakuola mencerna berbagai macam bahan yang diserap ke dalam vakuola, termasuk mencerna sitoplasma ketika sel mati dan tonoplas pecah. Hal ini mungkin terjadi sewaktu protoplas sel kayu rusak dan mati. Dalam hal ini, vakuola berlaku sebagai lisosorn, yaitu organel sel yang umum didaputi di sel hewan beberapa cendawan, dan protista. Lisosom mengandung enzim pencerna (hidrolitik) yang memecah bahan yang diserapnya, atau enzim ini mencerna protoplasma setelah sel mati dan merusak membran lisosom. Pentingnya peran ini bagi vakuola masih diteliti karena tidak semua enzim pengurai protein sel terdapat di vakuola. Barangkali hanya sekitar 10% terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi, sedangkan pada sel khamir, 90% dan enzim ini berada di vakuola.
Peran pada homeostasis
Homeostasis adalah kecenderungan beberapa parameter fisiologi untuk dipertahankan pada suatu tingkat yang boleh dikatakan konstan. Kebanyakan kajian tentang homeostasis
melibatkan hewan; suhu tubuh burung dan mamalia merupakan contoh yang baik-sekali untuk menjelaskan fenomena itu. Contoh yang baik pada tumbuhan ialah konsentrasi berbagai senyawa dalam sitosol yang boleh dikatakan konstan, misalnya konsentrasi ion hidrogen (pH). Vakuola memegang peran penting dalam mempertahankan pH sitosol yang konstan itu. Kelebihan ion hidrogen di sitosol akan dipompa masuk ke vakuola. Rasa masam yang tajam pada jeruk karena konsentrasi aram sitrat yang tinggi di vakuola merupakan contoh yang jelas. Vakuola yang demikian memiliki pH-sampai 3,0 padahal pH sitosol di sekitarnya antara 7,0 dan 7,5 (mendekati netral). Asam organik lain dipunyai oleh vakuola tumbuhan sekulen CAM (tumbuhan dengan metabolisme asam Crassulaceae), yang menghasilkan asam pada malam hari dan mengolahnya dalam fotosintesis pada siang hari. Kebanyakan vakuola agak bersifat asam (pH = 5-6). Telah terbukti melalui percobaan bahwa bila pH di sekitar sel tumbuhan berubah secara drastis, perubahan itu terlihat pada pH vakuola, sedangkan pH sitosol tetap konstan. Ca2+ dan ion fosfat akan meracuni sitoplasma bila konsentrasinya terlalu tinggi. Vakubla menyerap kedua jenis ion ini, sehingga konsentrasinya dalam sitosol selalu dipertahankan pada batas yang cocok – kadang 1000 kali lebih rendah di sitosol daripada di vakuola. Diketahui bahwa kadang Ca2+ terperangkap di vakuola dalam bentuk kristal kalsium (RE mungkin berperan dalam mengendalikan Ca2+ di sitosol). Fosfat dan nitrat adalah contoh ion esensial yang disimpan dalam vakuola. Jika tingkat fosfat dan nitrat di sitosol turun terlalu rendah, maka kedua ion ini keluar dari vakuola dan masuk ke sitosol. Hal yang sama terjadi pula pada gula, asam amino, dan banyak bahan cadangan lain. Jadi, barangkali vakuola memang merupakan tempat penampungan, tapi sekaligus juga menjadi gudang. Senyawa terlarut dalam vakuola menentukan sifat osmotiknya dan karena itu juga menentukan sifat osmotik sitosol yang menyertainya (sitosol dan vakuola selalu berimbang); inilah contoh lain peran vakuola dalam homeostasis. Tapi, ada beberapa pengecualian. Senyawa tertentu seperti prolin (suatu asam amino) muncul di dalam jaringan yang berada di bawah keadaan rawan air atau rawan garam, tapi konsentrasi tinggi itu terjadi di sitosol. Senyawa tersebut berfungsi melindungi enzim sitosol dari lingkungan rawan air dan rawan garam itu. Maka, tepatlah bila senyawa tersebut berada di sana.
Proses metabolik dalam vakuola
Beberapa reaksi kimia pada sel hidup terjadi di vakuola. Misalnya, tahap akhir sintesis etilen (suatu pengatur tumbuh berbentuk gas) sebagian besar berlangsung pada tonoplas vakuola, dan bermacam perubahan bentuk gula juga terjadi di sana. Beberapa metabolit sekunder yang tersimpan di vakuola mengalami perubahan kimiawi pula di situ. Penemuan yang dihasilkan selama beberapa tahun terakhir ini diperoleh melalui kajian terhadap vakuola yang diisolasi.
Peroksisom
Mikrobodi adalah kelompok organel yang terdapat dalam sitoplasma semua sel, bentuk kasar. Ada beberapa jenis mikrobodi, tercakup didalamnya adalah lisosom, tetapi peroksisom adalah paling umum.
Vakuola sentral dalam sel tumbuhan (lihat gambar 1.7) dilingkupi oleh membran, disebut tonoplas, bagian yang sangat penting dan terintegrasi dengan jaringan sistem membran (endomembran).
Vakuola sel tumbuhan merupakan ruangan serbaguna. Vakuola ini merupakan tempat menyimpan senyawa organik seperti protein yang ditumpuk dalam vakuola sel dalam benih. Vakuola juga merupakan tempat penimbunan ion anorganik yang utama dari sel tumbuhan, seperti kalium dan klorida. Banyak sel tumbuhan menggunakan vakuolanya sebagai tempat pembuangan produk-samping metabolisme yang dapat membahayakan sel itu sendiri, jika terakumulasi dalam sitosol. Sebagian vakuola mengandung banyak pigmen yang mewarnai sel tersebut, seperti pigmen merah dan biru dari mahkota bunga yang membantu memikat serangga penyerbuk untuk datang ke bunga tersebut. Vakuola dapat juga membantu melindungi tumbuhan melawan pemangsanya karena mengandung senyawa yang beracun atau beraroma tak sedap bagi hewan. Vakuola memegang peran utama dalam pertumbuhan sel tumbuhan, yang memanjang begitu vakuolanya menyerap air, membuat sel dapat menjadi lebih besar dengan hanya membuat sitoplasma baru yang minimal. Vakuola besar sel tumbuhan berkembang dari penggabungan vakuola-vakuola yang lebih kecil, yang diambil dari retikulum endoplasma dan badan golgi.
Peran vakuola dalam turgiditas dan bentuk sel.
Bentuk dan ketegaran jaringan yang tersusun dari banyak sel yang hanya memiliki dinding primer; adalah akibat adanya air dan bahan terlarut yang menekan dari dalam vakuola. Tekanan timbul karena osmosis.
Ada aspek penting lain dari vakuola yang membuat tumbuhan nampak seperti yang klta lihat. Untuk mempertahankanh idupnya, tumbuhan perlu menyerap cukup banyak air, unsur mineral, karbon dioksida, dan cahaya matahari. Setiap faktor tersebut, bahkan cahaya matahari sering langka atau sedikit sekali diperoieh dari lingkungan. Luas permukaan yang besar sangat memudahkan penyerapan keempat faktor tersebut oleh tumbuhan: akar yang bercabang-cabang mengasuki sejumlah besar volume tanah, permukaan dedaunan menangkap cahaya matahari dan menyerap karbon dioksida dari atmosfer. Cara organisme mendapatkan permukaan yang luas dimulai dengan memiliki volume yang cukup besar dan kemudian memecah-mecah menjadi lapisan tipis seperti dedaunan, atau menjadi struktur sempit panjang seperti akar atau jarum-jarum konifer. Tumbuhan mempunyai volume cukup besar karena vakuolanya terisi air dengan jumlah lebih besar daripada yang dimiliki protoplasma sel lain. Jika sel tumbuhan hanya mengandung protoplasma tanpa vakuola seperti halnya sel hewan, maka sel tumbuhan hanya dapat mempunyai sebagian kecil dari luas permukaannya sekarang. Bagi hewan, amatlah penting memiliki volume yang kompak dengan permukaan yang terbatas dan protoplasma yang pekat agar dapat menghasilkan energi dan mengurangi kelembaban untuk bergerak. Kedua fungsi vakuola tumbuhan, yakni memelihara turgor dan mempertahankan volume yang besar, merupakan fungsi yang statis
Vakuola untuk penyimpanan dan penimbunan
Konsentrasi bahan terlarut di vakuola itu tinggi, hampir setinggi konsentrasi garam di air laut dan di sitosol (umumnya 0,4-0,6 M). Ada ratusan bahan terlarut, termasuk berbagai garam, molekul organik kecil seperti gula dan asam amino, beberapa protein dan molekul lain. Sejumlah vakuola mengandung pigmen dalam konsentrasi tinggi yang menghasilkan warna pada bunga (sedemikian terkonsentraspi pada vakuola sel epidermis sehingga pigmen itu menutupi warna hijau kloroplas). Pada beberapa bagian tumbuhan, vakuola mengandung bahan yang bisa meracuni sitoplasma, misalnya hasil metabolisme sekunder (contohnya alkaloid, dan berbagai senyawa bermolekul gula). Kadang juga vakuola mengandung kristal; kristal kalsium oksalat lazim didapatkan pada beberapa spesies.
Didapatkannya semua senyawa tersebut dalam vakuola telah lama menimbulkan dugaan bahwa vakuola merupakan semacam tempat untuk menampung hasil buangan sel dan kelebihan mineral yang diambil oleh tumbuhan. Kita sekarang tahu bahwa banyak dari senyawa ini berperan jauh lebih dinamis daripada hanya sekadar tersimpan di sana, walaupun -penyimpanan, termasuk penyimpanan hasil buangan, memang salah satu peran penting vakuola. Beberapa senyawa ini terperangkap di vakuola karena kondisinya berubah ketika memasuki lingkungan baru di vakuola yang, sekurang-kurangnya, sering lebih asam daripada sitosol. Merah netral misalnya, melewati tonoplas sebagai basa bebas lipofilik, tapi ia mengion ketika menerima proton di vakuola. Dalam kondisi seperti ini ia tidak dapat lagi melewati tonoplas. Ca2+ terperangkap dengan cara diendapkan dengan oksalat, fosfat, atau sulfat, membentuk kristal. Tapi, biasanya vakuola mengandung Ca2+ dalam konsentrasi milimol saja.
Vakuola sebagai lisosom
Enzim di vakuola mencerna berbagai macam bahan yang diserap ke dalam vakuola, termasuk mencerna sitoplasma ketika sel mati dan tonoplas pecah. Hal ini mungkin terjadi sewaktu protoplas sel kayu rusak dan mati. Dalam hal ini, vakuola berlaku sebagai lisosorn, yaitu organel sel yang umum didaputi di sel hewan beberapa cendawan, dan protista. Lisosom mengandung enzim pencerna (hidrolitik) yang memecah bahan yang diserapnya, atau enzim ini mencerna protoplasma setelah sel mati dan merusak membran lisosom. Pentingnya peran ini bagi vakuola masih diteliti karena tidak semua enzim pengurai protein sel terdapat di vakuola. Barangkali hanya sekitar 10% terdapat pada tumbuhan tingkat tinggi, sedangkan pada sel khamir, 90% dan enzim ini berada di vakuola.
Peran pada homeostasis
Homeostasis adalah kecenderungan beberapa parameter fisiologi untuk dipertahankan pada suatu tingkat yang boleh dikatakan konstan. Kebanyakan kajian tentang homeostasis
melibatkan hewan; suhu tubuh burung dan mamalia merupakan contoh yang baik-sekali untuk menjelaskan fenomena itu. Contoh yang baik pada tumbuhan ialah konsentrasi berbagai senyawa dalam sitosol yang boleh dikatakan konstan, misalnya konsentrasi ion hidrogen (pH). Vakuola memegang peran penting dalam mempertahankan pH sitosol yang konstan itu. Kelebihan ion hidrogen di sitosol akan dipompa masuk ke vakuola. Rasa masam yang tajam pada jeruk karena konsentrasi aram sitrat yang tinggi di vakuola merupakan contoh yang jelas. Vakuola yang demikian memiliki pH-sampai 3,0 padahal pH sitosol di sekitarnya antara 7,0 dan 7,5 (mendekati netral). Asam organik lain dipunyai oleh vakuola tumbuhan sekulen CAM (tumbuhan dengan metabolisme asam Crassulaceae), yang menghasilkan asam pada malam hari dan mengolahnya dalam fotosintesis pada siang hari. Kebanyakan vakuola agak bersifat asam (pH = 5-6). Telah terbukti melalui percobaan bahwa bila pH di sekitar sel tumbuhan berubah secara drastis, perubahan itu terlihat pada pH vakuola, sedangkan pH sitosol tetap konstan. Ca2+ dan ion fosfat akan meracuni sitoplasma bila konsentrasinya terlalu tinggi. Vakubla menyerap kedua jenis ion ini, sehingga konsentrasinya dalam sitosol selalu dipertahankan pada batas yang cocok – kadang 1000 kali lebih rendah di sitosol daripada di vakuola. Diketahui bahwa kadang Ca2+ terperangkap di vakuola dalam bentuk kristal kalsium (RE mungkin berperan dalam mengendalikan Ca2+ di sitosol). Fosfat dan nitrat adalah contoh ion esensial yang disimpan dalam vakuola. Jika tingkat fosfat dan nitrat di sitosol turun terlalu rendah, maka kedua ion ini keluar dari vakuola dan masuk ke sitosol. Hal yang sama terjadi pula pada gula, asam amino, dan banyak bahan cadangan lain. Jadi, barangkali vakuola memang merupakan tempat penampungan, tapi sekaligus juga menjadi gudang. Senyawa terlarut dalam vakuola menentukan sifat osmotiknya dan karena itu juga menentukan sifat osmotik sitosol yang menyertainya (sitosol dan vakuola selalu berimbang); inilah contoh lain peran vakuola dalam homeostasis. Tapi, ada beberapa pengecualian. Senyawa tertentu seperti prolin (suatu asam amino) muncul di dalam jaringan yang berada di bawah keadaan rawan air atau rawan garam, tapi konsentrasi tinggi itu terjadi di sitosol. Senyawa tersebut berfungsi melindungi enzim sitosol dari lingkungan rawan air dan rawan garam itu. Maka, tepatlah bila senyawa tersebut berada di sana.
Proses metabolik dalam vakuola
Beberapa reaksi kimia pada sel hidup terjadi di vakuola. Misalnya, tahap akhir sintesis etilen (suatu pengatur tumbuh berbentuk gas) sebagian besar berlangsung pada tonoplas vakuola, dan bermacam perubahan bentuk gula juga terjadi di sana. Beberapa metabolit sekunder yang tersimpan di vakuola mengalami perubahan kimiawi pula di situ. Penemuan yang dihasilkan selama beberapa tahun terakhir ini diperoleh melalui kajian terhadap vakuola yang diisolasi.
Peroksisom
Mikrobodi adalah kelompok organel yang terdapat dalam sitoplasma semua sel, bentuk kasar. Ada beberapa jenis mikrobodi, tercakup didalamnya adalah lisosom, tetapi peroksisom adalah paling umum.
Peroksiom mengandung berbagai enzim. Peroksisom mengandung enzim yang mentransfer hidrogen dari berbagai substrat ke oksigen, yang menghasilkann hidrogen peroksida (H2O2) sebagai produk samping, dari sinilah organel ini mengambil namanya. Beberapa peroksisom menggunakan oksigen untuk memecah asam lemak menjadi molekul lebih kecil yang dapat diangkut ke mitokondria sebagai bahan bakar untuk respirasi sel. Peroksisom dalam hati menawarkan racun alkohol dan senyawa berbahaya lainnya dengan mentransfer hidrogen ke oksigen (H2O2) yang dibentuk oleh metabolisme peroksisom itu sendiri beracun, tetapi organel ini mengandung suatu enzim yang mengubah H2O2 menjadi air berada pada ruang yang sama untuk enzim yang menghasilkan hidrogen peroksida maupun enzim yang membuang senyawa beracun ini, merupakan contoh lain bagaimana strukturt ruangan sel merupakan suatu yang sangat penting bagi fungsinya.
Peroksisom khusus yang disebut glioksisom ditemukan dalam jaringan penyimpann lemak dari biji tumbuhan. Organel ini mengandung enzim yang mengawali menginisiasi pengubahan asam lemak menjadi gula yang dapat digunakan oleh biji yang sedang tumbuh sebagai sumber energi dan sumber karbon sampai biji tersebut dapat menghasilkan gulanya sendiri dengan cara fotosintesis.
Tidak seperti lisosom, peroksisom bukan tunas dari sistem endomembran. Peroksisom ini tumbuh dengan cara menggabungkan protein dan lipid yang dibuat dalam sitosol dan memperbanyak jumlahnya dengan mebelah dirinya menjadi dua setelah mencapai ukuran terentu.
Plasmodesmata
Plasmodesmata (tunggal, plasmodesma) adalah saluran kecil yang secara langsung menghubungkan sitoplasma pada dua sel tumbuhan yang bertetangga. Seperti halnya gap junction pada sel hewan, plasmodesmata, menembus dinding primer dan dinding sekunder sel (lihat gambar 1.9), memungkinkan molekul tertentu untuk melintas secara langsung dari satu sel ke sel lainnya dan dengan demikian penting dalam komunikasi seluler.
Gbr. 1.9. Struktur Plasmodesmata
Kebanyakan plasmodesmata juga memiliki struktur lorong seperti-tabung yang disebut desmotubul. Desmotubul tidak sepenuhnya mengisi plasmodesma.
Nukleus
Nukleus merupakan organel yang sangat istimewa yang bertindak sebagai pusat informasi dan administrasi sel. Dua fungsi utama organel ini, yaitu menyimpan bahan genetik atau DNA dan mengkoordinir aktivitas sel termasuk pertumbuhan, metabolisme, sintesis protein dan reproduksi (pembelahan sel).
Hanya organisme tingkat tinggi, dikenal sebagai eukaryot, yang mempunyai nukleus. Umumnya mempunyai hanya satu nukleus per sel. Organisme bersel-satu (prokaryot), seperti bakteri, cyanobakteri, tidak berinti. Pada organisme ini, semua fungsi informasi sel dan administrasi sel tersebar pada sitoplasma.
Nukleus berbentuk bola, menempati sekitar 10% volume sel eukaryot, membuat salah satu corak sel yang paling menonjol. Membran berlapis-ganda, salut inti, memisahkan kandungan nukleus dari sitoplasma sel. Salut inti dengan pori yang disebut pori inti memungkinkan molekul dengan sifat dan ukuran tertentu melewatinya. Ia juga tergabung dengan retikulum endoplasma, dimana sintesis protein terjadi.
