B. Sejarah Perkembangan Teori Sel

SEJARAH PERKEMBANGAN
BIOLOGI SEL
Adnan, Biologi Universitas Negeri Makassar, 2007
A. PENDAHULUAN
Jauh sebelum Robert Hooke mempopulerkan istilah sel,
beberapa ahli filsafat Yunani telah mengemukakan
pandangannya berkenaan dengan penyusun tubuh makhluk
hidup. Aristotles dan Paracelcius telah mengemukakan bahwa
tubuh semua hewan dan tumbuhan tersusun atas elemenelemen sederhana. Elemen-elemen sederhana tersebut secara
bersama-sama membentuk struktur makroskopis
makhluk
hidup (De Robertis et al., 1979). Belakangan, elemen-elemen
sederhana tersebut dikenal dengan istilah sel (dari bahasa
Yunani, yaitu Cella atau Cellula yang berarti ruang atau kamar
kecil).
Sebuah sel dapat berperan sebagai suatu organisme yang
dikenal sebagai organisme uniseluler atau organisme bersel
satu, misalnya berbagai jenis protozoa. Sel dapat tersusun
berkelompok dan berdiferensiasi menjadi berbagai jenis
jaringan dan membentuk organ. Selanjutnya, beberapa organ
membentuk sistem organ dan pada akhirnya beberapa sistem
organ, secara bersama-sama membentuk suatu organisme.
Organisme yang dibentuk dinamakan organisme multiseluler.
Pemahaman mengenai sel baik dari aspek ultrastruktur
maupun dari aspek fungsionalnya tidak terlepas dari hasil kerja
keras sejumlah pakar ilmu pengetahuan. Penelitian-penelitian
terus dikembangkan, bahkan dari berbagai sudut pandang dan
melibatkan disiplin ilmu-ilmu lain. Penemuan mikroskop
sederhana hingga mikroskop elektron telah memberikan
sumbangan yang sangat penting dalam perkembangan biologi
sel. Kemajuan yang dicapai di bidang kimia organik dan
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
1
biokimia telah mengantar umat manusia pada pemahaman sel
yang lebih mendalam hingga pada tingkatan yang belum
pernah diprediksi sebelumnya. Perkembangan pengetahuan di
bidang genetika molekuler dan disiplin ilmu yang lain telah
mengantar umat manusia pada pemahaman hingga tingkatan
rekayasa genetika yang sangat menakjubkan. Melalui
pendekatan yang lebih holistik dan integratif, kini biologi sel
tampil sebagai sebuah ilmu yang mampu menjadi dasar bagii
pengembangan ilmu-ilmu hayati lainnya.
B. SEJARAH PERKEMBANGAN TEORI SEL
Sel merupakan massa protoplasma berbatas membran
dengan sistem organisasi yang sangat kompleks. Sel bukan
merupakan suatu bangunan statis, melainkan sebuah struktur
yang sangat dinamis. Berbagai jenis aktivitas hidup yang
berlangsung di dalam tubuh organisme pada dasarnya
berlangsung di dalam sel dengan mekanisme sistem yang
sangat harmonis. Aktivitas satu sel menunjang aktivitas sel
yang lain membentuk suatu sistem yang sangat harmonis untuk
menunjang sebuah kehidupan yang fungsional.
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), seorang yang
berkebangsaan Belanda merupakan orang pertama yang
menemukan mikroskop dan meneliti organisme mikroskopis
seperti berbagai Protozoa dan Rotifera yang oleh Beliau diberi
nama ”animanculus”, berbagai jenis bakteri, meliputi bakteri
basil dan bakteri spiral;. mengamati sperma pada manusia,
katak, anjing, kelinci, dan ikan. Beliau juga mengamati
pergerakan sel-sel darah di dalam kapiler kaki katak dan daun
telinga pada kelinci.
2
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
Sumber : http://www.royalsociety.org/downloaddoc.asp dan
http://www.tulane.edu/~wiser/cells/
Gambar-1.1 Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723), dan
mikroskop sederhana serta jenis protozoa hasil
temuannya
Marcello Malphigi (1628-1694), seorang berkebangsaan
Italia merupakan orang pertama yang menggunakan mikroskop
dalam mengamati sayatan jaringan pada organ-organ tertentu,
seperti otak, hati, ginjal, limfa, dan paru-paru. Selain itu, dia
juga mengamati perkembangan embrio ayam. Dari hasil
pengamatannya, dia menyimpulkan bahwa jaringan tersusun
atas unit-unit struktural yang ia sebut utricles (De Robertis,
1988).
Sumber : http://www.crimezzz.net/forensichistory/images/MALPIGHI_marcello
Gambar-1.2 Marcello Malphigi (1628-1694)
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
3
Robert Hooke (1663) merupakan orang pertama yang
memperkenalkan istilah sel berdasarkan hasil pengamatannya
pada sayatan sumbat gabus. Ia melaporkan bahwa sumbat
gabus terdiri atas ruang-ruang kecil yang diberi nama sel
(bahasa Yunani: Cellula yang bermakna ruang-ruang kecil).
Sumber : http://www.tulane.edu/~wiser/cells/ dan http://www.nndb.com/people
Gambar-1.3 Ruang-ruang kecil pada sayatan sumbat
gabus, R. Hooke (1663) dan mikroskop
sederhana
Rene Dutrochet (1776-1847), seorang yang berkebangsaan
Perancis, melaporkan bahwa semua hewan dan tumbuhan
terdiri atas kumpulan sel-sel globular. Pada tahun 1831, Robert
Brown (1773-1858), seorang yang berkebangsaan Inggris,
melaporkan bahwa sel-sel epidermis tumbuhan, serbuk sari,
dan kepala putik mengandung suatu struktur yang konstan
yang disebut inti. Pada tahun 1840, Johannes E. Purkinye
(1787-1869), seorang yang berkebangsaan Cekoslovakia,
memperkenalkan istilah protoplasma. Pada tahun 1861, W.
Schultze menyatakan bahwa protoplasma merupakan dasar
fisik dari kehidupan. Protoplasma adalah substansi hidup yang
berbatas membran dimana di dalamnya terdapat inti atau
nukleus (Karp, 1984).
4
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
Sumber : http://clendening.kumc.edu/dc/pc/hitzig.jpg
Gambar-1.4 Johannes E. Purkinye (1787-1869)
Sumber : http:// home.tiscalinet.ch/biografien/images/schleiden dan
http://home.tiscalinet.ch/biografien/images/
Gambar-1.5 Mathias J. Schleiden(1804-1882), T(18101882). Schwann dan R. Virchow(1821-1902)
Pada tahun 1938, Mathias J. Schleiden (1804-1882),
seorang ahli pengetahuan berkebangsaan Jerman, melaporkan
bahwa tubuh tumbuhan tersusun atas sel. Secara terpisah,
pada tahun 1839 Theodore Schwann (1810-1882) yang juga
seorang ahli pengetahuan berkebangsaan Jerman, melaporkan
bahwa tubuh hewan tersusun atas sel. Schwann kemudian
mengusulkan dua azas yang dikenal dengan teori sel, yaitu:
Semua organisme terdiri atas sel, dan sel merupakan unit dasar
organisasi kehidupan. Sepuluh tahun kemudian R. Virchow
(1821-1902) mengusulakn azas ketiga teori sel yang berbunyi:
Semua sel berasal dari sel yang telah ada sebelumnya (Omnis
cellula e cellulaI) (Sheeler & Bianchi, 1983). Kemudian Louis
Pasteur (1908-1895) mengemu-kakan teori biogenesis yang
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
5
menyatakan bahwa setiap makhluk hidup berasal dari makhluk
hidup sebelumnya (Omne vivum e vivo). (Thorpe, 1984;
Sheeler and Bianchii, 1983; dan Albert et al., 1984)
Sumber : http://art-random.main.jp/samescale/
Gambar-1.6 L. Pasteur (1808-1895)
Berdasarkan penelitian-penelitian yang dilakukan para
ilmuwan tersebut diambil suatu kesimpulan, yaitu: sel
merupakan kesatuan struktural dari makhluk hidup, sel
merupakan kesatuan fungsional dari makhluk hidup, dan sel
merupakan kesatuan hereditas dari makhluk hidup. Namun,
dalam lingkup yang lebih kompleks, teori sel mengandung
makna (Villee et al., 1985), yaitu:
1. Semua makhluk hidup terdiri atas sel;
2. Sel yang baru dibentuk, berasal dari pembelahan sel
sebelumnya;
3. Semua sel memiliki kemiripan yang mendasar dalam hal
komposisi kimia dan aktivitas metabo-lismenya;
4. Aktivitas dari suatu organisme dapat dimengerti sebagai
aktivitas kolektif, dan interaksi-interaksi dari unit-unit seluler
bergantung satu dengan yang lainnya.
6
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
Sumber : http://www.emc.maricopa.edu/faculty/farabee/BIOBK/stomTS.gif
Gambar-1.7 Oragnisasi kehidupan tingkat individu
Menurut De Robertis et al., (1975), sebuah sel harus
memenuhi beberapa kriteria yaitu :
1. Memiliki membran plasma;
2. Mengandung materi genetic yang penting untuk
mengkode berbagai jenis RNA, termasuk untuk sintesis
protein;
3. Mengandung “mesin biosintesis” tempat di mana sintesis
berlangsung.
C. PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
Beberapa pemenang hadiah Nobel untuk bidang
Biologi Sel serta bidang-bidang lain yang menunjang
perkembangan biologi sel ditunjukkan pada Tabel-1.
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
7
Tabel-1.1
Pemenang hadiah Nobel dan sumbangannya terhadap perkembangan Biologi Sel (Sheeler & Bianchi, 1983).
Tahun
8
Na ma
Kontribusi
Mempelajari organisasi sistim
saraf, khususnya struktur sel-sel
saraf
Fagositosis bakteri selama
infeksi, prosedur pewarnaan
bakteri, & studi mengenai
imunitas
Mempelajari klorofil dan pigmenpigmen lain pada tumbuhan
1906
K. Landstainer S.
Ramon Y.
1908
E. Metchnikoff
P. Ehrlick
1915
R. Wilstatter
1922
A.V. Hill
O. Mayerhoff
Metabolisme pada jaringan otot,
hubungan antara metabolisme
otot dengan asam laktat
1926
T. Svedberg
Sifat-sifat koloid, khususnya
protein
1930
K. Landstainer
Pengelompokan darah pada manusia dan mempelajari aglutinin
seluler
1933
T.H. Morgan
Peranan kromosom dalam pewarisan sifat-sifat menurun
1935
H. Spemann
Peranan organizer selama
perkem-bangan telur
1936
H. Dale
O. Loewi
Mempelajari transmisi impulsimpuls saraf
1946
H.J. Miller
Mempelajari mutasi gen yang
dihasilkan melalui penyinaran
sinar X
1947
C.F. Cori
G.T. Cori
Mempelajari metabolisme
glikogen
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
Tabel-1.1
(Lanjutan)
Tahun
Na ma
Kontribusi
1948
A. Tisellius
Mempelajari sifat-sifat kimia
protein, perkembangan elektroporesis
1952
A. Morten
R. Synge
Perkembangan prosedur kromatografi untuk pemisahan
substansi-substansi biologis
1953
H.A. Krebs
Mempelajari siklus asam trikarboksilat atau siklus Krebs
F.A. Lipman
Mempelajari mengenai Koenzim
A
1954
L. Pauling
Mempelajari ikatan kimia, khususnya mengenai ikatan peptida
pada protein.
1958
G.W. Beadle
E.L. Tatum
J. Lederberg
Mempelajari mengenai organisasi
dan aksi gen pada bakteri,
konsep satu gen satu enzim
F. Sanger
Analisis struktur protein
1959
S. Ochoa
A. Kornberg
Mempelajari sintesis ARN dan
AND
1961
M. Calvin
Mempelajari mengenai asimilasi
CO2 pada tumbuhan; siklus
Calvin
1962
J.D. Watson
F.H.C. Crick
M. Wilkins
Mempelajari mengenai struktur
gen, model ADN heliks ganda
1962
M.F. Perutz
J.C. Kendrew
Mempelajari mengenai struktur
protein globular, khususnya mioglobin dan hemoglobin
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
9
Tabel-1.1
(Lanjutan)
Tahun
Na ma
Kontribusi
1963
J. Eccles
A. Hodgkins
A. Huxley
Peranan ion sodium dan
potasium dalam penghantaran
impuls saraf sepanjang membran
sel saraf
1964
K. Bloch
E. Lynen
Mempelajari mengenai metabolisme kolesterol dan asam-asam
lemak
1965
F. Jacob
A. Lwoff
J. Monad
Menemukan gen-gen yang mengatur aksi gen-gen lain; konsep
operon
1969
M. Delbruch
H.D. Herskey
S.E. Luria
Mempelajari mengenai virus
seba-gai vector penyakit
1970
L.F. Leloir
Mempelajari peranan gula nukleotida dalam sintesis karbohidrat
J. Axelrot
U. von Euler
B. Katz
Mempelajari mekanisme penyimpanan dan pelepasan neurohumorf dalam transmisi impuls saraf
1971
E.A. Sutherland
Mekanisme aksi hormon; peranan
Camp
1972
M. Edelman
R.R. Porter
Mempelajari mengenai
immunoglobulin
C.B. Anfinsen
S. Moore
W.H. Stein
Mempelajari ribonuklease;
kompo-sisi asam amino pada
protein
A. Claude
C. de Duve
G. Palade
Isolasi dan karakterisasi dari
organel-organel sub seluler dan
partikel-partikel lain.
H.O. Smith
D. Nathens
Engineering; menemukan enzimenzim restriksi; dan membuat
pemetaan urutan DNA
1974
10 SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
Tabel-1.1
(Lanjutan)
Tahun
Na ma
Kontribusi
P. Mitchel
Mempelajari mengenai bioenergetika
1975
H. Temin
R. Dulbecco
D. Baltimore
Mempelajari mengenai interaksi
virus tumor dan sel, menemukan
reverse transcriptase
1980
P. Berg
F. Sanger
Mempelajari mengenai gen
splicing; menentukan urutanurutan nukleo-tida dari gen.
D. SIFAT DAN KEISTIMEWAAN SEL
Seperti telah diuraikan oleh Schleiden dan Schwann, sel-sel
dapat dianggap sebagai “unit-unit kehidupan“. Dapat diduga
bahwa semua bentuk kehi-dupan, terlepas dari sifatnya,
mempunyai dasar seluler. Sel-sel bersifat semiotonom, hal ini
dapat ditunjukkan de-ngan cara mengisolasi sel-sel dari
organisme multiseluler dan dan menumbuhkannya di luar
organisme tersebut. Sejumlah percobaan menunjukkan bahwa
sel-sel dari organisme manapun, termasuk manusia, dapat
dibudi-dayakan di luar tubuh (in vitro) dengan kondisi tertentu
yang memungkinkannya tetap hidup, sampai lama setelah
organisme asalnya mati. Misalnya, sel-sel manusia telah
dibudidayakan untuk kurun waktu puluhan tahun, dan dapat
disiapkan bagi peneliti dengan hanya mengambil-nya dari
freezer.
Aktivitas organisme multiseluler ternyata merupa-kan
refleksi sifat-sifat sel-sel yang menyusunnya. Organis-me
mengambil
makanan,
mencerna,
mengasimilasi,
dan
melepaskan bahan yang tidak diperlukan. Organisme
mengambil oksigen dan melepaskan karbondioksida. Di dalam
tubuh organisme, kadar garam diatur sedemikian rupa agar
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
11
tetap dalam keadaan homeostasis; organisme tumbuh,
berkembang biak, bergerak, dan juga bereaksi terhadap
rangsangan dari luar, menggunakan energi un-tuk mengadakan
aktivitas, mewariskan sifat-sifat genetik kepada keturunannya,
dan akhirnya mati.
Suatu organisme merupakan jumlah atau kumpulan bagianbagiannya, dan aktivitasnya merupakan jumlah aktivitas sel-sel
yang menyusunnya. Namun, dapat pula dikatakan bahwa
organisme adalah jauh lebih dari sekedar kumpulan sel-selnya.
E. BENTUK SEL
Sel mempunyai bentuk yang sangat bervariasi, baik di
antara sel-sel yang menyusun tubuh makhluk hidup yang sama
maupun yang menyusun makhluk hidup yang berbeda.
Beberapa sel tidak memiliki bentuk yang tetap, tetapi berubahubah sesuai dengan aktivitasnya. Sel amoeba dan sel darah
putih termasuk contoh tipe sel yang bentuknya dapat berubahubah. Sel-sel yang lain memiliki bentuk yang khas atau tetap,
atau bentuk-bentuk peralihan yang spesifik untuk setiap jenis
makhluk hidup. Spermatozoa pada manusia memiliki bentuk
yang tetap, namun demikian, sperma pada manusia memiliki
bentuk yang berbeda dengan sperma pada hewan lain seperti
mencit.
Bentuk-bentuk sel terutama bergantung pada (i) adaptasi
fungsionalnya, (ii) tekanan permukaan, (iii) viskositas
protoplasma, (iv) tekanan mekanik oleh sel-sel yang ada di
sekitarnya, dan (v) rigiditas membran plasma. Selain itu,
mikrotubuli memiliki peranan yang sangat penting dalam
menentukan bentuk dari suatu tipe sel (De Robertis et al.,
1975).
Umumnya sel-sel jaringan hewan dan tumbuhan berbentuk
polihedral. Bila sel diisolasi dalam lingkungan cair, maka ia
dapat berubah bentuk menjadi bulat. Bentuk bulat merupakan
bentuk dasar sel. Macam-macam bentuk sel antara lain
12 SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
berbentuk gepeng, bentuk kubus, dan bentuk selindris.
Umumnya bentuk-bentuk tersebut dijumpai pada sel-sel epitel.
Sel darah merah pada manusia memiliki bentuk bikonkaf; selsel otot berbentuk memanjang; sel-sel bakteri memiliki bentuk
yang bulat, spiral atau bentuk batang; sel-sel xylem dan floem
pada tumbuhan mengalami modifikasi sedemikian rupa sehingga memungkinkan melaksanakan fungsinya sebagai jalur
angkutan untuk berbagai jenis substansi. Sel-sel saraf memiliki
bentuk yang sesuai untuk melaksanakan fungsi-nya dalam
menghantarkan impuls-impuls saraf (Sheeler & Bianchi, 1983).
Sumber : http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt#257,1,Lecture
Gambar-1.8 Sel Saraf (Partin D, 2007)
Sumber : http://homepages.ius.edu/dpartin/Lecture3cells.ppt#257,1,Lecture
Gambar-1.9 Sel Darah Merah (Partin D, 2007)
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
13
Gambar-1.10. Berbagai bentuk sel bakteri. (a) Bakteri bentuk
kokus, (b) Bakteri bentuk spiral, dan (c) Bakteri
bentuk batang (Sheeler & Bianchi, 1983).
F. UKURAN SEL
Sel memiliki ukuran yang sangat bervariasi, ter-gantung
pada tipe sel. Pada umumnya, sel hanya dapat dilihat dengan
menggunakan mikroskop dengan sedikit pengecualian seperti
sel telur pada burung unta yang memiliki diameter hingga
beberapa cm. Pada umumnya, mata manusia tidak mampu
memisahkan dua titik yang dipisahkan kurang dari 0,1 mm atau
100 m. Sementara itu, umumnya sel memiliki ukuran yang
lebih kecil dari 0,1 mm. Kisaran ukuran sel ditunjukkan pada
Gambar-1.11.
Bentuk dan ukuran sel berhubungan dengan fung-sinya.
Ukuran minimal sebuah sel harus cukup mengan-dung DNA,
protein dan struktur-struktur internal agar ia mampu survive
dan bereproduksi. Ukuran maksimal se-buah sel dibatasi oleh
kebutuhan area permukaan yang cukup untuk memperoleh
nutrien dari lingkungan dan membuang sisa metabolisme.
Walaupun sel -sel yang besar mempunyai suatu area
permukaan lebih besar dibandingkan sel kecil, mereka relatif
mempunyai area permukaan yang sama bila dibandingkan
dengan sel-sel yang sederhana pada volume yang sama.
Sebab sel yang besar mempunyai suatu area permukaan jauh
lebih kecil bila dibandingkan dengan volumenya, sehingga
waktu yang dibutuhkan untuk memberikan pelayanan terhadap
14 SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
semua bagian sitoplasma lebih banyak dibandingkan dengan
sel-sel ukurannya lebih kecil (Anonim, 2007a).
Gambar-1.11 Kisaran Ukuran Sel (Partin, 2007)
Komponen-komponen sel tertentu tidak dapat di-amati
dengan menggunakan mikroskop cahaya. Oleh sebab itu, untuk
mengamati komponen-komponen seluler, diperlukan alat bantu
berupa mikroskop elektron. Beberapa besaran yang biasa
digunakan dalam mempelajari sel ditunjukkan pada Tabel-1.2
dan Tabel-1.3.
Tabel-1.2
Besaran-besaran yang biasa digunakan dalam mempelajari sel
(Sheeler & Bianchi, 1983)
1 meter
(m)
= 39,4 inci
(in)
1 meter
(m)
= 100 centimeter
(cm)
1 centimeter
(cm)
= 10 milimeter
(mm)
1 milimeter
(mm)
= 1000 mikrometer atau micron
(m)
1 mikro meter
(m)
= 1000 nanometer atau milimikron (m)
1 nanometer
(nm)
= 10 Amstrong
(Å)
SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL
15
Tabel-1.3
Batas-batas pengamatan sistem biologi pada berbagai tingkat
dimensi (De Robertis et al., 1975)
Dimensi
> 0,1 mm atau
100 m
Bidang
Anatomi
100 m – 10 m Histologi
10 m - 0,2 m
atau 200 nm
200 nm – 1 nm
Morfologi,
Submikroskopis,
Ultra struktur,
Biologi molekuler
< 1 nm
Molekul dan atom
Struktur
Metode
Organ
mata dan
lensa
sederhana
Jaringan
Mikroskop
cahaya
Bakteri
Mikroskop
cahaya
Komponen- Mikroskop
komponen polarisasi,
sel, virus mikroskop
elektron
Susunan
atom
Difraksi sinar
X
LATIHAN
Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan cermat
1. Dalam hal apakah sel yang ditemukan R. Hooke
berbeda dengan sel yang di kenal sekarang ini ?
2. Jelaskan sebuah penemuan yang menggunakan teori
sel sebagai pijakan sehingga tampak bahwa penemuan
tentang sel memberikan sumbangan yang besar bagi
kemaslahatan umat manusia. !
3. Jelaskan minimal lima faktor yang berpengaruh
terhadap bentuk sel !
4. Manakah yang lebih kompleks aktivitas biokimia yang
berlangsung di dalam sebuah sel amuba dibandingkan
dengan sel-sel di dalam tubuh kalian ?
5. Buatlah sebuah peta konsep menganai sejarah
perkembangan teori sel
6. Mengapa ukuran sebuah sel harus kecil ?
16 SEJARAH PERKEMBANGAN BIOLOGI SEL