I. Metabolisme Sel

Metabolisme adalah suatu proses kimiawi yang terjadi di dalam tubuh semua makhluk hidup, proses ini merupakan pertukaran zat ataupun suatu organism dengan lingkungannya. Metabolisme berasal dari bahasa Yunani, yaitu “metabole” yang berarti perubahan, dapat kita katakana bahwa makhluk hidup mendapat, mengolah dan mengubah suatu zat melalui proses kimiawi untuk mempertahankan hidupnya.

Jenis - jenis Metabolisme

Metabolisme memiliki dua arah lintasan metabolic, yaitu :

Dalam organisme terjadi banyak reaksi kimia yang teratur dan terkontrol.

•       Metabolisme perantara:

•       Menggabungkan semua reaksi pembentukan dan penyimpanan dan penggunaan energi untuk pembentukan molekul kecil dan molekul penyimpang energi

•       Metabolisme energi:

•       Bagian metabolisme perantara yang berisi jalur pembentukan dan penyipanan energi

•       Jalur pusat:

•       Jalur utama yang sama untuk hampir semua organisme (oksidasi)

ENZIM

1. Komponen Enzim
a. Apoenzim, yaitu bagian enzim yang berupa protein, bersifat tidak tahan panas (termolabil), dan berfungsi menentukan kekhususan dari enzim.
b. Gugus prostetik, yaitu bagian yang bukan protein dan bersifat aktif, terdiri dari kofaktor (molekul anorganik, misalnya Fe, Zn, Cu) dan koenzim (senyawa organik kompleks, misalnya NAD+, FAD, Koenzim A, dan vitamin B).

2. Sifat-sifat Enzim
- Merupakan protein
- Biokatalisator (mempercepat reaksi, tanpa ikut bereaksi).
- Bekerja secara spesifik (hanya mempengaruhi substrat tertentu saja).
- Diperlukan dalam jumlah sedikit.
- Bekerja secara bolak-balik.
- Termolabil (dipengaruhi oleh suhu)

3. Mekanisme Kerja Enzim
Enzim mengkatalis reaksi dengan cara meningkatkan laju reaksi. Enzim meningkatkan reaksi dengan cara menurunkan energi ativasi. Cara kerja enzim dapat dijelaskan dengan dua teori, yaitu:
a. Teori gembok dan kunci ( Lock and key theory)
Teori gembok dan kunci menyatakan bahwa enzim diumpamakan sebagai gembok dan substrat diumpamakan sebagai kunci yang dapat berikatan dengan sisi aktif enzim.

b. Teori kecocokan yang terinduksi (Induced fit theory)
Pada teori ini sisi aktif enzim bersifat fleksibel, sehingga ikatan antara enzim dan substrat dapat berybah menyesuaikan substrat.

4. Faktor-faktor yang Memengaruhi Kerja Enzim
a. Suhu, enzim hanya mampu bekerja optimum pada kisaran suhu tertentu (30-40)°C. Suhu yang tinggi dapat menyebabkan denaturasi, sedangkan suhu yang rendah dapat menghambat reaksi.
b. pH, pH optimum yang diperlukan tergantung pada jenis enzimnya.
c. Konsentrasi enzim dan substrat, penambahan kosentrasi enzim mengakibatkan kecepatan reaksi meningkat, sehingga dicapai kecepatan konstan.
d. Inhibator (zat penghambat), dibagi menjadi dua, yaitu:
- Inhibator kompetitif adalah molekul penghambat yang bersaing dengan substrat untuk mendapatkan sisi aktif enzim

- Inhibator nonkompetitif adalah molekil penghambat enzim yang bekerja dengan cara melekatkan diri pada luar sisi aktif enzim, sehingga bentuk enzim berubah dan sisi aktif enzim tidak dapat berfungsi. Hal ini menyebabkan substrat tidak masuk ke sisi aktif enzim.

II. Pembelahan Energi dalam Sel

A. KATABOLISME

Katabolisme merupakan reaksi pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana disertai dengan pembebasan energi dalam bentuk ATP. contoh katabolisme, yaitu proses respirasi. Ada dua macam respirasi, yaitu: 

1. Respirasi Aerob
 Tahapan-tahapan respirasi aerob:
a. Glikolis adalah peristiwa pengubahan molekul glukosa (6 atom C) menjadi 2 molekul yang lebih sederhana, yaitu asam piruvat (3 atom C). Produk penting glikolis adaha:
1) 2 molekul asam piruvat.
2) 2 molekul NADH sebagai sumber elektron berenergi tinggi.
3) 2 molekul ATP dari 1 molekul glukosa.
b. Dekarboksilasi oksidatif (reaksi transisi atau reaksi antara)
Pada tahap ini terjadi pengubahan asam piruvat menjadi asetil Co-A yang berlangsung di matriks mitokondria, menghasilkan 2 asetil Co-A dan CO2, serta NADH.
c. Siklus Krebs (Asam sitrat)
Siklus krebs terjadi di matriks mitokondria. Dakan siklus krebs, dihasilkan 6 NADH, 2 FADH2, 2 ATP, dan 4 CO2.
d. Transpor elektron
Transpor elektron terjadi di membran dalam (krista) mitokondria, dan berakhir setelah elektron dan H+ bereaksi dengan oksigen yang berfungsi sebagai akseptor terakhir, membentuk H2O. ATP yang dihasilkan pada tahap ini adalah 34 ATP.

2. Respirasi Anaerob
Respirasi anaerob merupakan respirasi yang tidak menggunakan oksigen sebagai penerima akhir pada saat pembentukan ATP. Respirasi anaerob juga menggunakan glukosa sebagai substrat. Fermentasi dibedakan menjadi dua, yaitu:
a. Fermentasi alkohol, dilakukan oleh jamur ragi (Saccharomyces sp.)
b. Fermentasi asam laktat, terjadi pada otot manusia saat melakukan kerja keras dan persediaan oksigen kurang mencukupi.

B. ANABOLISME

Reaksi anabolisme merupakan peristiwa sintesis atau penyusunan, sehngga memerlukan energi, dan dibentuk reaksi endergonik. Contoh: fotosintesis, kemosintesis.

1. Fotosintesis
Fotosintesis adalah peristiwa pembentukan zat organik (karbohidrat) dari CO2 dan H2O dengan bantuan energi cahaya matahari. Secara sederhana, reaksi fotosintesis sebagai berikut:

Fotosintesis terjadi di dalam kloroplas. Kloroplas merupakan organel plastida yang mengandung pigmen hijau daun (klorofil). Kloroplas tersusun atas bagian-bagiannya, antara lain: Stroma (cairan plastida untuk pembentukan karbohidrat), tilakoid ( struktur cakram bertumpuk-tumpuk, yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas, dan berfungsi menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia) serta grana ( selubung tangkai penghubunh tilakoid).

a. Tahap-tahap Fotosintesis
Proses reaksi fotosintesis dalam tumbuhan tinggi dibagi menjadi dua tahap, yaitu:
1) Reaksi terang (Hill)
Reaksi terang terjadi di grana. Energi cahaya memacu pelepasan elektron dari fotosistem di dalam membran tilakoid. Fotosistem adalah tempat berkumpulnya beratus-ratus molekul pigmen fotosintesis. Aliran elektron melalui sistem transpor menghasilkan ATP dan NADPH. Pada reaksi terang, elektron dilepaskan melalui dua macam aliran, yaitu:
- Jalur Siklik, elektron dilepaskan oleh forosistem I (P700 nm), kemudian melalui sistem transpor elektron akan kembali ke fotosistem lagi. Jalur ini hanya menghasilkan ATP.
- Jalur Nonsiklik, pada jalur ini terjadi fotolisis air.

 Fotosistem II akan mengambil elektron hasil fotolisis. Dari fotolisis II, elektron diteruskan ke fotosistem I (P680) melalui sistem transpor elektron. Dalam proses tersebut akan terbentuk ATP. Pada saat yang bersamaan, fotosistem I akan melekpaskan elektron. Elektron tersebut diteruskan ke sistem transpor elektron hingga akhirnya diikat NAPD" untuk membentuk NAPDPH2.
Hasil akhir dari reaksi terang antara lain: ATP, NAPDH 2, dan O2.
2) Reaksi gelap ( siklus Calvin/Blackman)
Disebut juga siklus Calvin-Benson. Reaksi ini disebut reaksi gelap, karena tidak tergantung secara langsung dengan cahaya matahari. Reaksi gelap terjadi di stroma Reaksi gelap terjadi melalui beberapa tahapan, yaitu:
- Tahap fiksasi (pengikatan) CO2 oleh ribulosa bifosfat (RuBP) menjadi fosfat gliserat (APG)
- Tahap reduksi APG menjadi fosfogliseraldehid (PGAL) dengan memakai ion H+ dari NADPH2
- Tahap regenerasi RuBP dan penambabatan CO2 kembali berlangsung.
Hasil dari reaksi gelap adalah  C6H12O6 (karbohidrat)

b. Percobaan Fotosintesis
1) Ingenhousz
- Perangkat percobaan yang digunakan adalah Hydrilla verticillata dalam bejana yang ditutup dengan corong terbalik yang di atasnya diberi tabung reaksi yang telah diisi penuh aur dan disinari cahaya matahari.
- Kesimpulan percobaan: akan terbentuk gelembung-gelembung air yang merupakan O2
2) Sachs
- Perangkat percobaan yang digunakan adalah daun yang dituup kertas alumunium foil dan daun dalam keadaan terbuka.
- Setelah terkena sinar matahari dilakukan perebusan daun di air yang mendidih (mematikan sel-sel daun).
- Perlakuan selanjutnya dimasukkan ke alkohol (melarutkan klorofil).
- Ditetesi dengan lugol (menguji adanya amilum).
- Jika positif mengandung amilum, warna daun berubah menjadi biru tua. Jika negatif, warna daun pucat.
- Kesimpulan percobaan: hasil fotosintesis berupa amilum
3) Englemann
- Perangkat percobaan yang digunakan adalah spriogyra yang diletakkan di atas gelas benda yang telah diberi air dan diamati di bawah mikroskop.
-Kesimpulan percobaan: fotosintesis membutuhkan cahaya dan klorofil serta menghasilkan O2

c. Jalur C3, C4. dan CAM
1) Daur C3, terjadi pada tanaman polong-polongan, gandum, padi. Daur ini diawali dengan fiksasi CO2, yaitu menggabungkan CO2 dengan sebuah molekul akseptor karbon. Tetapi, dalam daur ini CO2 difiksasi ke gula berkarbon lima, yaitu ribulosa bifosfat (RuBP) oleh enzim karboksilase RuBP (rubisko). Molekul berkarbon 6 yang berbentuk tidak stabil dan segera terpisah menjadi 2 molekul fosfogliserat (PGA).
2) Daur C4 disebut juga jalur metabolisme Hatch-Slack, yaitu jalur metabolisme penambatan CO2 yang pada tahap reaksi pertamanya melibatkan pembentukan asam dikarboksinat beratom karbon empat, yaitu oksaloasetat, malat, dan asam aspartat. Daur C4 ini terjadi pada tumbuhan golongan C, seperti jagung, rumput-rumputan, dan tumbuhan padang pasir.
3) Daur CAM, daur ini terjadi pada tanaman nanas, kaktus, bunga lili, agave, dan beberapa jenis anggrek. Secara biokimia, daur CAM identik dengan daur C4, kecuali adanya pemisahan reaksi sintesis antara mesofil dengan berkas sel seludang bahkan, semua reaksi dipisahkan oleh waktu, suatu faktor yang sangat penting bagi kelangusungan hidup tanaman CAM pada lingkungan yang kering.
2. Kemosintesis
Kemosintesis adalah reaksi penyusunan bahan organik yang dilakukan dengan energi yang diperoleh dari pemecahan senyawa kimia. Bakteri yang mampu melakukan kemosintesis adalah bakteri kemoautotrof. Beberapa macam bakteri kemoatotrof, yaitu:
a. Bakteri Nitrit, mengoksidasi amonia (NH3) menjadi nitrit )HNO2). Misalnya Notrosomonas dan Nitrosococcus.
b. Bakteri Nitrat, mengoksidasi nitrit (HNO2) menjadi (HNO3). Misalnya Nitrobacter.
c. Bakteri Sulfur, mengoksidasi hidrogen sulfida (H2S) menjadi air (H2O) dan sulfur (S).

III. Pembelahan Sel

Pembelahan sel adalah suatu proses yang membagi satu sel induk menjadi dua atau lebih sel anak.^[1] Pembelahan sel biasanya merupakan bagian kecil dari suatu siklus sel yang lebih besar.

Komparasi Pembalahan

Pembelahan sel pada prokariota dikenal dengan nama pembelahan biner. Pembelahan yang dimaksud betujuan untuk kepentingan reproduksi. Sel yang dihasilkan adalah sel anak yang memiliki otonomi sendiri. Pembelahan sel pada eukariota ada dua jenis, yaitu mitosis dan meiosis. Mitosis menghasilkan sel anak yang dapat membelah lagi, sedangkan meiosis mengubah suatu sel menjadi suatu gamet yang tidak dapat membelah lagi hingga fertilisasi.

Komparasi Mitosis dengan Meiosis

Amitosis

Meiosis

Pembelahan Mitosis dapat dibagi menjadi lima fase, yakni:

umumnya, mitosis (profase, metafase, anafase, dan telofase) berlangsung singkat, selebihnya sel berada pada fase interfase. Lama mitosis tergantung pada jenis organisme.

Pembelahan Meiosis dibagi menjadi dua bagian, yaitu meiosis 1 dan meiosis 2. Pada meiosis 1 akan mengalami 4 fase, yaitu profase 1, metafase 1, anafase 1, dan telofase 1. Sedangkan meiosis 2 akan mengalami 4 fase, yaitu profase 2, metafase 2, anafase 2, dan telofase 2.

Biologi sel adalah cabang ilmu biologi yang mempelajari tentang sel. Sel sendiri adalah kesatuan structural dan fungsional makhluk hidup.

Macam Sel Berdasarkan Keadaan Inti

a. Sel Prokarion, sel yang intinya tidak memiliki membran, materi inti tersebar dalam sitoplasma (sel yang memiliki satu system membran. Yang termasuk dalam kelompok ini adalah bakteri dan alga biru
b. Sel Eukarion, sel yang intinya memiliki membran. Materi inti dibatasi oleh satu system membran terpisah dari sitoplasma. Yang termasuk kelompok ini adalah semua makhluk hidup kecuali bakteri dan alga biru

Struktur sel prokariotik lebih sederhana dibandingkan struktur sel eukariotik. Akan tetapi, sel prokariotik mempunyai ribosom (tempat protein dibentuk) yang sangat banyak. Sel prokariotik dan sel eukariotik memiliki beberapa perbedaan sebagai berikut :

Sel Prokariotik

a. Dinding sel

Dinding sel hanya terdapat pada sel tumbuhan. Dinding sel terdiri daripada selulosa yang kuat yang dapat memberikan sokongan, perlindungan, dan untuk mengekalkan bentuk sel. Terdapat liang pada dinding sel untuk membenarkan pertukaran bahan di luar dengan bahan di dalam sel.
Dinding sel juga berfungsi untuk menyokong tumbuhan yang tidak berkayu.

Dinding sel terdiri dari Selulosa (sebagian besar), hemiselulosa, pektin, lignin, kitin, garam karbonat dan silikat dari Ca dan Mg.

b. Membran Plasma

Membran sel merupakan lapisan yang melindungi inti sel dan sitoplasma. Membran sel membungkus organel-organel dalam sel. Membran sel juga merupakan alat transportasi bagi sel yaitu tempat masuk dan keluarnya zat-zat yang dibutuhkan dan tidak dibutuhkan oleh sel. Struktur membran ialah dua lapis lipid (lipid bilayer) dan memiliki permeabilitas tertentu sehingga tidak semua molekul dapat melalui membran sel.

Salah satu fungsi dari membran sel adalah sebagai lalu lintas molekul dan ion secara dua arah. Molekul yang dapat melewati membran sel antara lain ialah molekul hidrofobik (CO2, O2), dan molekul polar yang sangat kecil (air, etanol).

c. Mitokondria

Mitokondria adalah tempat di mana fungsi respirasi pada makhluk hidup berlangsung. Respirasi merupakan proses perombakan atau katabolisme untuk menghasilkan energi atau tenaga bagi berlangsungnya proses hidup. Dengan demikian, mitokondria adalah "pembangkit tenaga" bagi sel.

Mitokondria banyak terdapat pada sel yang memilki aktivitas metabolisme tinggi dan memerlukan banyak ATP dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Mitokondria berbentuk elips dengan diameter 0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm.

Struktur mitokondria terdiri dari 4 bagian :

d. Lisosom

Lisosom adalah organel sel berupa kantong terikat membran yang berisi enzim hidrolitik yang berguna untuk mengontrol pencernaan intraseluler pada berbagai keadaan Di dalamnya, organel ini memiliki 40 jenis enzim hidrolitik asam seperti protease, nuklease, glikosidase, lipase, fosfolipase, fosfatase, ataupun sulfatase. Semua enzim tersebut aktif pada pH 5. Fungsi utama lisosom adalah endositosis, fagositosis, dan autofagi.

- Endositosis ialah pemasukan makromolekul dari luar sel ke dalam sel melalui mekanisme endositosis, yang kemudian materi-materi ini akan dibawa ke vesikel kecil dan tidak beraturan, yang disebut endosom awal. Beberapa materi tersebut dipilah dan ada yang digunakan kembali (dibuang ke sitoplasma), yang tidak dibawa ke endosom lanjut. Di endosom lanjut, materi tersebut bertemu pertama kali dengan enzim hidrolitik. Di dalam endosom awal, pH sekitar 6. Terjadi penurunan pH (5) pada endosom lanjut sehingga terjadi pematangan dan membentuk lisosom.

- Proses autofagi digunakan untuk pembuangan dan degradasi bagian sel sendiri, seperti organel yang tidak berfungsi lagi. Mula-mula, bagian dari retikulum endoplasma kasar menyelubungi organel dan membentuk autofagosom. Setelah itu, autofagosom berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (atau endosom lanjut). Proses ini berguna pada sel hati, transformasi berudu menjadi katak, dan embrio manusia.

- Fagositosis merupakan proses pemasukan partikel berukuran besar dan mikroorganisme seperti bakteri dan virus ke dalam sel. Pertama, membran akan membungkus partikel atau mikroorganisme dan membentuk fagosom. Kemudian, fagosom akan berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang menjadi lisosom (endosom lanjut).

e. Badan Golgi

Badan Golgi (disebut juga aparatus Golgi, kompleks Golgi atau diktiosom) adalah organel yang dikaitkan dengan fungsi ekskresi sel, dan struktur ini dapat dilihat dengan menggunakan mikroskop cahaya biasa. Organel ini terdapat hampir di semua sel eukariotik dan banyak dijumpai pada organ tubuh yang melaksanakan fungsi ekskresi, misalnya ginjal. Setiap sel hewan memiliki 10 hingga 20 badan Golgi, sedangkan sel tumbuhan memiliki hingga ratusan badan Golgi. Badan Golgi pada tumbuhan biasanya disebut diktiosom.

Fungsi badan golgi antara lain :

f. Retikulum Endoplasma

Retikulum Endoplasma (RE) adalah organel yang dapat ditemukan di seluruh sel hewan eukariotik. Memiliki struktur yang menyerupai kantung berlapis-lapis. Kantung ini disebut cisternae. Fungsi retikulum endoplasma bervariasi, tergantung pada jenisnya. Retikulum Endoplasma (RE) merupakan labirin membran yang demikian banyak sehingga retikulum endoplasma melipiti separuh lebih dari total membran dalam sel-sel eukariotik. (kata endoplasmik berarti “di dalam sitoplasma” dan retikulum diturunkan dari bahasa latin yang berarti “jaringan”).

Ada 3 jenis RE yaitu :

g. Nukleus

Inti sel atau nukleus sel adalah organel yang ditemukan pada sel eukariotik. Organel ini mengandung sebagian besar materi genetik sel dengan bentuk molekul DNA linear panjang yang membentuk kromosom bersama dengan beragam jenis protein seperti histon. Gen di dalam kromosom-kromosom inilah yang membentuk genom inti sel. Fungsi utama nukleus adalah untuk menjaga integritas gen-gen tersebut dan mengontrol aktivitas sel dengan mengelola ekspresi gen. Selain itu, nukleus juga berfungsi untuk mengorganisasikan gen saat terjadi pembelahan sel, memproduksi mRNA untuk mengkodekan protein, sebagai tempat sintesis ribosom, tempat terjadinya replikasi dan transkripsi dari DNA, serta mengatur kapan dan di mana ekspresi gen harus dimulai, dijalankan, dan diakhiri.

h. Plastida

Plastida adalah organel sel yang menghasilkan warna pada sel tumbuhan. ada tiga macam plastida, yaitu :
- leukoplast : plastida yang berbentuk amilum(tepung)
- kloroplast : plastida yang umumnya berwarna hijau. terdiri dari : klorofil a dan b (untuk fotosintesis), xantofil, dan karoten
- kromoplast : plastida yang banyak mengandung karoten

i. Sentriol (sentrosom)

Sentorom merupakan wilayah yang terdiri dari dua sentriol (sepasang sentriol) yang terjadi ketika pembelahan sel, dimana nantinya tiap sentriol ini akan bergerak ke bagian kutub-kutub sel yang sedang membelah. Pada siklus sel di tahapan interfase, terdapat fase S yang terdiri dari tahap duplikasi kromoseom, kondensasi kromoson, dan duplikasi sentrosom.

j. Vakuola

Vakuola merupakan ruang dalam sel yang berisi cairan (cell sap dalam bahasa Inggris). Cairan ini adalah air dan berbagai zat yang terlarut di dalamnya. Vakuola ditemukan pada semua sel tumbuhan namun tidak dijumpai pada sel hewan dan bakteri, kecuali pada hewan uniseluler tingkat rendah.

fungsi vakuola adalah :
1. memelihara tekanan osmotik sel
2. penyimpanan hasil sintesa berupa glikogen, fenol, dll
3. mengadakan sirkulasi zat dalam sel