10 Struktur dan Fungsi Organel-organel Sel, TERLENGKAP

Sel memegang peranan penting dalam sistem kehidupan. Berdasarkan strukur internal sel, terdapat dua jenis sel yakni sel prokariotik dan sel eukariotik. Sel prokariotik tidak memiliki membran inti sel dan beberapa organel yang kompleks, sedangkan sel eukariotik memiliki membran inti sel dan memperlihatkan susunan internal yang kompleks.

Materi mengenai Struktur dan Fungsi Organel-organel Sel ini akan difokuskan pada sel eukariotik yang memiliki organel-organel sel yang kompleks dibandingkan dengan sel prokariotik. Sel eukariotik pada dasarnya tersusun dari protoplasma dan paraplasma. Untuk mempermudah pemahaman mengenai struktur sel eukariotik, silahkan dilihat peta konsep pada gambar 1.

Pembahasan utama pada materi ini adalah mengenai organel sel. Berdasarkan peta konsep tersebut, banyak yang masih salah konsep mengenai pengertian organel sel. Sebagai contoh menganggap bahwa inti sel dan dinding sel adalah organel sel.

Pengertian organel sel adalah subunit sel yang memiliki struktur dan fungsi tertentu di dalam sel eukariotik. Definisi organel sel juga dikatakan sebagai sistem membran dalam atau struktur kompartemen/ruangan yang berada di sitoplasma. Kegiatan di masing-masing organel memiliki fungsi yang saling berkaitan. Berikut adalah pembahasan mengenai masing-masing organel yang meliputi struktur dan fungsinya.

  Baca Juga: 27 Perbedaan Sel Hewan dan Tumbuhan 

Retikulum endoplasma adalah suatu organel yang memiliki bentuk seperti kantong pipih yang meluas di dalam sitoplasma sel eukariot. Ciri-ciri retikulum endoplasma (RE) memiliki membran yang dinamis dengan struktur seperti labirin. RE tersusun atas jaringan tubula dan gelembung membran (sisterna). Membran RE bersambungan dengan selubung nukleus. Jalinan membran RE membentuk suatu jaringan sistem peredaran dan enzim-enzim di dalam sel untuk tujuan aktivitas metabolisme. Retikulum endoplasma berfungsi sebagai kegiatan metabolisme, detoksifikasi, dan pemindahan polipeptida metabolis.

Berdasarkan morfologinya, RE dibedakan menjadi 3 bentuk, yakni lamela (sisterna), pipa (tubulus), dan vesikula. Sementara berdasarkan strukturnya, RE memiliki dua bentuk struktur yakni retikulum endoplasma halus (REH) dan retikulum endoplasma kasar (REK).

Retikulum Endoplasma Halus (REH) adalah organel RE yang memiliki bentuk pipa (tubulus) dengan berbagai aktivitasnya seperti kegiatan reaksi sintesis dan modifikasi bahan kimia. Fungsi dari Retikulum Endoplasma Halus adalah:

Retikulum Endoplasma Kasar (REK) adalah organel RE yang memiliki bentuk lamela (sisterna) yang berasosiasi dengan organel ribosom. Fungsi dari retikulum endoplasma kasar adalah tempat sintesis protein.

Ribosom adalah tempat berlangsungnya sintesis protein. Sel yang mempunyai laju sintesis protein tinggi pada umumnya memiliki jumlah ribosom yang banyak, contohnya adalah sel hati manusia yang mengandung beberapa juta ribosom. Terdapat dua letak posisi ribosom di sitoplasma, yakni ribosom bebas yang tersuspensi dalam sitosol dan ribosom yang terikat dilekatkan pada retikulum endoplasma. 

Gambar 3. Struktur ribosom

Pada umumnya hasil protein yang dibuat oleh ribosom bebas memiliki peranan aktivitas dalam sitosol, contohnya adalah enzim-enzim yang berprean dalam proses metabolisme di dalam sitosol. Adapun ribosom yang terikat biasanya membuat protein yang kemudian dimasukkan ke dalam membran untuk berbagai keperluan seperti pembentukan organel lisosom dan juga dikirim ke luar sel. 

Struktur atau ciri-ciri ribosom terdiri dari protein dan rRNA, tidak memiliki membran, dan diameter 15 – 20 nm. Berdasarkan bentuknya, terdapat dua macam ribosom yakni ribosom subunit kecil (40S) dan ribosom subunit besar (60S) dengan masing-masing ribosom mengandung rRNA. Fungsi ribosom adalah tempat sintesis protein.

Badan golgi atau dengan nama lain seperti aparatus golgi, kompleks golgi, dan vesikula golgi adalah organel sel bermembran mirip RE yang ditemukan pertama kali oleh Camillio Golgi pada tahun 1898. Badan golgi adalah organel yang tampak seperti tumpukan beberapa kantung bermembran dengan bentuk pipih. Setiap kantung pipih disebut dengan sisterna, sakulus alau lamela. Tiap sisterna cenderung berbentuk seperti cakram dengan membran halus. Ruangan yang ada dalam kantung disebut lumen. 

Sisterna mempunyai membran setebal 75 Angstrom, lumen 15 angstrom. Tumpukan sisterna disebut diktiosom. Sisterna yang satu dengan yang lain berarak 20 nm. Tepi-tepi sisterna dapat berlubang-lubang membentuk fenestra atau membentuk perpanjangan seperti tabung-tabung yang bercabang- cabang dan membentuk jalinan. 

Setiap sisterna agak melengkung, sehingga seluruh kompleks golgi tampak seperti busur. Sisterna pada bagian ujung cembung disebut permukaan cis atau permukaan pembentukan yang dekat dengan retikulum endoplasma, sedangkan sisterna pada ujung cenderung cekung, disebut permukaan trans atau permukaan pematangan. Vesikula kecil disebut vesikula transisi yang berdekatan dengan permukaan sisi akan melebur dengan kompleks golgi dan menambah struktur kompleks golgi. 

Vesikula dekat permukaan trans labih besar, dibentuk oleh sistema cis. Vesikula kecil juga dilepaskan dari tepi-tepi sistema yang terdapat pada permukaan cis. Vesikel golgi berfungsi untuk didistribusikan ke berbagai tempat.

Fungsi Badan Golgi pada sel eukariotik mempunyai banyak fungsi, antara lain:

Badan mikro adalah suatu organel sel berselaput yang mengandung enzim flavin oksidase dan katalase. Organela ini berbentuk ovoid atau sferis serta mempunyai selaput tunggal dan kadang-kadang mengandung matriks granuler yang amorf. Organel ini mempunyai variasi dalam struktur, penampakan maupun fungsi antara sel yang satu dengan sel yang lain. 

Badan mikro tertentu menunjukkan komponen biokimiawi yang spesifik sebagaimana distribusinya pun juga spesifik di antara hewan, tumbuhan dan sel-sel mikrobia. Ada dua jenis badan mikro, yaitu peroksisom dan glioksisom Perbedaannya hanya terletak pada enzim yang dikandungnya. Pada jaringan hewan, letak badan mikro tersebar merata dalam sel, namun pada umumnya terdapat di sekitar retikulum endoplasma. Sementara pada sel tumbuhan, badan mikro sering berasosiasi dengan kloroplas yang mencerminkan keterkaitan metabolisme antara kedua organela tersebut dalam menjalankan reaksi reaksi jalur glikolat 

Peroksisom adalah organela sel yang berperan sebagai aktifitas peroksidatif yakni berkaitan dengan nama senyawa yang merupakan senyawa perantara dalam reaksi, yaitu hidrogen peroksida. Sejumlah enzim khusus yang terdapat dalam peroksisom meliputi asam urat oksidase, asam D-amino oksidase, asil-koA oksidase, poliamin oksidase, asam β-hidroksi oksidase, NADH-glioksilat reduktase, NADP-isositrat dehidrogenase dan katalase. Jika asam urat oksidase terdapat dalam jumlah yang besar, seringkali membentuk serupa inti parakristalin pada bagian tengah organel.

Gambar 5. Struktur peroksisom.

Fungsi peroksisom di dalam sel hewan beraneka ragam. Katalase peroksisomal terlibat dalam penguraian H2O2 yang bersifat toksik bagi sel dan mempunyai sumber yang berasal dari reaksi peroksisomal yang lain. Asam urat oksidase sangat penting dalam jalur katabolik yang menguraikan purin. Pada pengamatan awal menunjukkan ditemukannya peroksisom yang melimpah pada sel-sel yang sedang melakukan metabolisme lemak, sehingga diyakini organela ini terlibat dalam metabolisme lemak. Tetapi kini telah diketahui bahwa peroksisom mengandung sebagian besar sistem β-oksidasi untuk asam lemak, meskipun enzim ini berbeda dengan yang ada di mitokondria, namun enzim ini dapat menghasilkan senyawa yang sama yaitu asetil-koA 

Ada kaitan yang erat antara peroksisom dan mitokondria dalam kegiatan peroksisomal. Sebagai contoh glioksilat yang dihasilkan dalam peroksisom dikonversi menjadi glisin melalui proses transaminasi. Di dalam mitokondria, glisin diproses melalui berbagai jalur metabolik, termasuk konversi menjadi asam amino lain atau digabung dalam heme.

Glioksisom adalah organel sel tumbuhan yang ditemukan pertama kali pada sel-sel penyimpan lemak dari perkecambahan biji yang ternyata mengandung enzim untuk seluruh daur glikolat, selain katalase dan oksidase. Organel ini tidak saja mengandung enzim khusus untuk daur glikolat, tetapi juga mengandung beberapa enzim penting dari daur kreb, yang berfungsi secara simultan baik pada mitokondria maupun glioksisom.

Gambar 6. Struktur Glioksisom (Lehninger, 2008).

Hubungan fungsional antara glioksisom dan mitokondria dalam peristiwa daur kreb dan daur glikolat menggunakan reaksi yang sama untuk menghasilkan isositrat dari asetil-koA dan oksaloasetat, tetapi melalui jalur yang berbeda. Di dalam daur kreb, isositrat berturut-turut mengalami dekarboksilasi menghasilkan dua molekul CO2 dan suksinat. Di dalam daur glikolat, isositrat dikonversi menjadi suksinat dan glikolat. Sebagai pengganti dua molekul CO2, glioksilat yang berkarbon dua bergabung dengan asetil koA yang lain membentuk asam dikarboksilat dengan 4 karbon, yaitu malat. Empat atom karbon dari dua molekul asetil-koA membentuk satu senyawa, sesudah proses konversi menjadi suksinat dan bermigrasi ke mitokondria, yang kemudian dikonversi menjadi oksaloasetat.

Lisosom adalah organel sel yang memiliki ciri-ciri (a) diselubungi selapis membran pembatas, (b) mengandung dua atau lebih enzim hidrolase asam, (c) menunjukkan kelatenan enzim atau “Enzyme latency“. Ketiga ciri tersebut berlaku terutama untuk lisosom dalam jaringan hewan. Pengamatan dengan mikroskop elektron memperlihatkan adanya tiga struktur lisosom yang berkaitan erat dengan fungsi fisiologisnya. Ketiga lisosom tersebut yaitu

• Lisosom Primer. Dibentuk paling awal oleh sel dan belum ikut serta dalam suatu peristiwa dalam sel tersebut. Lisosom primer mempunyai ciri-ciri berselaput tunggal. mengandung enzim positif dengan reaksi reaksi untuk fosfatase asam, penampangnya membulat. 
• Lisosom Sekunder. Lisosom ini berperan dalam aktifitas pencernaan dalam sel, mempunyai dua fungsi yang berbeda yaitu (1) mencerna bahan yang berasal dari dari luar sel yang masuk secara endositosis, disebut juga fagosom. Lisosom ini dinamakan heterolisosom atau vakuola pencernaan. Heterolisosom dibentuk dari hasil peleburan antara lisosom primer dengan fagosom; (2) mencema bahan intrasel milik sel itu sendiri atau disebut sitosegrosom. Lisosom ini dinamakan pula autolisosom atau vakuola autofagi. Autolisosom dibentuk dari hasil peleburan antara lisosom primer dengan sitosegrosom. 
• Telolisosom, Bila heterolisosom dan autolisosom mengalami penuaan dan mengalami degenerasi menjadi badan residu yang tetap tinggal dalam sel, dinamakan telolisosom, atau postlisosom atau badan-badan residu sewaktu-waktu bahan yang terdapat di dalam telolisosom dapat dilepaskan ke luar sel.

Gambar 7. Struktur lisosom (Campbell, 2017).

Berdasarkan analisis kimia yang dilakukan terhadap lisosom menunjukkan bahwa komponen-komponen penyusun membran lisosom serupa dengan penyusun membran plasma pada umumnya. Sifat membran lisosom yang unik adalah kemampuan membran tersebut melebur dengan membran sel yang lain. Yang paling sering adalah peleburan lisosom primer dengan fagosom selama pencernaan sel dan antara lisosom primer dengan membran plasma selama sekresi seluler.

Isi lumen lisosom terdiri dari protein yang sebagian besar adalah enzim-enzim yang bekerja dengan kegitan optimal pada pH kurang dari 6. Fungsi lisosom dalam sel sangat bervariasi, tetapi semua fungsi tersebut berkaitan dengan pencernaan yang sebagian besar terjadi di dalam sel atau pencernaan intrasel, yaitu:

• Heterofagi adalah pencernaan bahan-bahan yang berasal dari luar sel masuk melalui mekanisme endositosis, yang kemudian diselubungi oleh membran, kemudian diberi nama endosom. Bahan-bahan tersebut akhirnya akan dikeluarkan kembali ke luar sel dengan mekanisme eksositosis atau endosom melebur dengan satu atau beberapa lisosom dan membentuk partikel baru dengan nama lisosom sekunder. Enzim hidrolase dalam lisosom sekunder memecah materi endositik menghasilkan berbagai macam materi baik yang berguna maupun yang bersifat limbah. 
• Autofagi adalah pencernaan bahan-bahan yang berasal dari dalam sel itu sendiri. Peristiwa tersebut contohnya adalah proses regresi dari suatu organ, misalnya perubahan uterus setelah parturasi, metamorfosis insekta, hilangnya ekor berudu. Vakuola autofagi mengandung pecahan-pecahan mitokondria, retikulum endoplasma, badan mikro, partikel glikogen, sehingga vakuola tersebut terlibat dalam aktivitas penguraian sel

Selain fungsi lisosom sebagai organel pencerna, fungi lain yakni sebagai sekresi hormon tiroksin dan triodotiroksin di dalam kelenjar tiroid. Kedua hormon tersebut berikatan secara kovalen dengan satu protein, yaitu tiroglobulin dan bentuk ini terdapat di dalam folikel kelenjar tiroid TSH merangsang pinosistosis pada sisi lumen epitel folikel. Tetes-tetes tiroglobulin bergabung dengan lisosom primer dan di dalam lisosom hormon tiroid dilepaskan dari protein, kemudian dilepaskan ke kapiler darah secara difusi stau transpor aktif.

Sitoskeleton adalah sistem struktural dan aktivitas di dalam sel. Secara umum, ciri-ciri skeleton yakni memiliki bentuk seperti anyaman filamen-filamen halus ketika diamati dengan mikroskop elektron. Sitoskeleton berperan dalam mekanisme gerakan intrasel seperti perpindahan organel dari satu tempat ke tempat yang lain. Selain itu, fungsi sitoskeleton yakni memberikan bentuk pada sel dan memberikan daya mekanis sel.

Sitoskelet berupa anyaman filamen yang terdiri dari tiga macam yakni mikrotubulus, mikrofilamen dan filamen intermedia. Masing-masing filamen terdiri atas subunit protein yang berbeda. Penjelasan mengenai masing-masing mengenai sitoskeleton antara lain sebagai berikut.

Mikrotubulus adalah filamen yang memiliki rongga seperti tabung, kaku, serta mudah mengalami penguraian di suatu tempat dan juga mudah mengalami perakitan kembali di tempat yang lain. 

Penyusun mikrotubulus adalah molekul tubulin. Tiap molekul berupa heterodimer yang disebut dimer tubulin α β. Masing-masing heterodimer tersusun atas dua subunit yang saling terikat erat dengan ikatan kovalen. Subunit-subunit tersebut yakni subunit α dan subunit β. 

Molekul tubulin akan membentuk protofilamen dengan cara subunit tubulin β akan berikatan dengan subunit tubulin α dari molekul tubulin α β yang saling berdekatan. 13 protofilamen tersusun membentuk suatu tabung lingkaran. Struktur tersubut dinakaman mikrotubulus. Perakitan mikrotubulus dapat dihambat oleh senyawa kimia tertentu seperti kolkisin. Filamen mikrotubulus memiliki peran sangat penting dalam mengatur fungsi sel-sel eukaryota seperti memberi bentuk dan mendukung sel serta berfungsi untuk mengatur pergerakan organel.

Mikrofilamen adalah struktur dengan bantuk batang padat debgan diameter sektita 7 nm. Mikrofilamen juga disebut filamen aktin dikarenakan bahan penyusunnya berupa molekul aktin. Mkrofilamen berupa rantai ganda subunit aktin yang saling melilit. Fungsi mikrofilamen yakni memberikan daya tahan terhadap tegangan/daya tarik serta pergerakan sel terutama kontraksi otot.

Filamen intermedia adalah struktur yang memiliki diameter lebih besar dari mikrofilamen namun diameternya kurang dari mikrotubulus, yakni ukuran diameternya 8-12 nm. Terdapat 4 kelompok filamen intermedia yakni:

Fungsi filamen intermedia adalah mempertahankan bentuk sel, menahan tarikan, tempat tautannya nukleus, dan pembentukan lamina nukleus. 

Mitokondria adalah organel sel yang memiliki mebran rangkap dengan bentuk bulat panjang. Organel ini ditemukan pada organime dengan sel eukariotik aerob. Membran mitokondria tersusun atas dua lapis membran kuat, fleksibel, stabil, dengan bahan penyusun berupa lipoprotein. Membran dalam mitokondria berbentuk lekukan yang disebut krista yang berfungsi untuk memperluas permukaan agar memaksimalkan penyerapan oksigen. Kompartemen bagian dalam mitokondria berisi cairan yang disebut dengan matriks mitokondria yang mengandung enzim pernapasan (sitokrom), DNA, RNA, dan protein.

Gambar 9. Struktur mitokondria

Mitokondria juga mempunyai DNA tersendiri yang berfungsi untuk menghasilkan kode sintesis protein spesifik. Fungsi mitokondria yakni berperan dalam proses oksidasi makanan, respirasi sel, dehidrogenasi, fosforilasi oksidasif, dan sistem transfer elektron. Oksidasi zat makanan yang terjadi di dalam mitokondria menghasilkan energi dan zat residu. Berkaitan dengan fungsinya tersebut, maka mitokondria dijuluki dengan the power house of cell.

Penjelasan lengkap mengenai mitokondria diulas tersendiri dalam materi “Struktur dan Fungsi Lengkap Organel Mitokondria“. Sedangkan Fungsi mitokondria sebagai respirasi juga ditulis dalam materi “Respirasi Sel dan Cara Mudah Menghafalkannya“

Plastida adalah organel bermembran rangkap dengan bentuk dan fungsi yang bermacam-macam. Plastida terdiri dari 3 macam yakni kloroplas,  kromoplas,  dan leukoplas.

Gambar 10. Struktur kloroplas.

Kloroplas adalah organel sel tumbuhan yang mengandung pigmen warna hijau/klorofil. Klorofil memiliki fungsi menyerap gelombang cahaya saat fotosintesis. Struktur kloroplas tersusun atas membran luar yang berfungsi untuk keluar masuknya molekul-molekul yang memiliki ukuran kurang dari 10 kilodalton; membran dalam yang memiiki sifat selektif permeabel yang berfungsi untuk keluar masuknya zat secara transpor aktif; stroma adalah cairan dalam kloroplas yang memiliki fungsi untuk menyimpan hasil fotosintesis dalam bentuk amilum; dan tilakoid tempat terjadinya fotosintesis. 

Kromoplas adalah plastida yang memiliki warna oranye serta merah karena memiliki kandungan pigmen karoten. Sel-sel yang memiliki kromoplas biasanya terdapat pada organ bunga, buah masak, serta daun yang akan mengalami keguguran. Warna pada kromoplas memiliki variasi yang banyak. Hal tersebut dikarenakan adanya rasosiasi dengan pigmen bunga dan buah lainnya, seperti pigmen antosianin yang tersimpan di dalam vakuola.  

c. Leukoplas 

Leukoplas adalah plastida yang tidak berwarna. Fungsi leukoplas adalah untuk menyimpan cadangan makanan, seperti amilum dan protein pada sel-sel batang ketela pohon dan sel-sel akar pada kentang. Terdapat 3 jenis leukoplas yakni Amiloplas, Elaioplas, dan Proteoplas.

Vakuola addalah organel bermembran yang beris cairan vakuola. Vakuola terdapat pada sel hewan dan sel nan tumbuhan. Namun, vakuola pada sel tumbuhan fungsinya lebih nyata daripada vakuola sel hewan. Saat tumbuhan masih muda, sel tumbuhan tersebut memiliki vakuola yang ukurannya kecil. Ketika tumbuhan sudah dewasa, maka ukuran vakuola akan membesar dan mendominasi ruang sel dan sitoplasma serta mendesak sitoplasma ke tepi dinding sel.

Gambar 11. Stuktur vakuola (Campbell, 2017).

Dalam keadaan normal, cairan sitoplasma bersifat hipertonis terhadap lingkungannya sehingga akan terjadi mekanisme osmosis yakni vakuola menyerap air. Selanjutnya, vakuola tersebut akan mengalami peningkatan volume serta meningkatkan tekanan air di dalamnya. Peristiwa tersebut merupakan tekanan turgor yang memberikan daya dorong pada membran vakuola (tonoplas) menuju ke seleuruh penjuru sitoplasma. Sitoplasma akan memberikan dorongan tekanan menuju dinding sel. Tekanan turgor untuk bertujuan untuk mengatur mekanisme osmosis cairan dari luar sel ke dalam sel. 

Vakuola berisi berbagai zat atau senyawa seperti cadangan makanan (asam amino, glukosa, asam organik, dan protein). Vakuola juga berisi metabolit sekunder seperti fitokimia dan pigmen warna bunga.

Sentrosom adalah bagian struktur berbentuk bulat kecil yang berada di salah satu kutub inti sel hewan. Pada saat terjadi pembelahan sel, sentrosom akan membelah menjadi sentriol. Sentriol merupakan benang mikritubulus yang berfunsgsi menggerakan kromosom ketika sel melakukan pembelahan.