SEL PROKARIOTIK: KARAKTERISTIK, STRUKTUR SEL, JENIS - BIOLOGI - 2025

The sel prokariotik yang sederhana dan tanpa inti dibatasi oleh struktur membran plasma. Organisme yang terkait dengan jenis sel ini bersifat uniseluler, meskipun mereka dapat berkelompok dan membentuk struktur sekunder, seperti rantai.

Dari tiga domain kehidupan yang dikemukakan oleh Carl Woese, prokariota berhubungan dengan Bakteri dan Archaea. Domain yang tersisa, Eucarya, terdiri dari sel-sel eukariotik yang lebih besar dan lebih kompleks dengan inti yang dibatasi.

Sel prokariotik. Sumber: Oleh Ali Zifan, dari Wikimedia Commons

Salah satu dikotomi terpenting dalam ilmu biologi adalah perbedaan antara sel eukariotik dan sel prokariotik. Secara historis, organisme prokariotik dianggap sederhana, tanpa organisasi internal, tanpa organel, dan tidak memiliki sitoskeleton. Namun, bukti baru menghancurkan paradigma ini.

Misalnya, struktur telah diidentifikasi pada prokariota yang berpotensi dapat dianggap sebagai organel. Demikian juga, protein homolog dengan protein eukariota yang membentuk sitoskeleton telah ditemukan.

Prokariota sangat bervariasi dalam hal nutrisi. Mereka dapat menggunakan cahaya matahari dan energi yang terkandung dalam ikatan kimia sebagai sumber energi. Mereka juga dapat menggunakan berbagai sumber karbon, seperti karbon dioksida, glukosa, asam amino, protein, dan lain-lain.

Prokariota membelah secara aseksual dengan pembelahan biner. Dalam proses ini, organisme mereplikasi DNA sirkulernya, meningkatkan volumenya, dan akhirnya membelah menjadi dua sel yang identik.

Namun, terdapat mekanisme pertukaran materi genetik yang menghasilkan variabilitas pada bakteri, seperti transduksi, konjugasi dan transformasi.

Karakteristik umum

Prokariota adalah organisme bersel tunggal yang relatif sederhana. Karakteristik paling mencolok yang mengidentifikasi kelompok ini adalah tidak adanya inti yang sebenarnya. Mereka dibagi menjadi dua cabang besar: bakteri sejati atau eubacteria dan archaebacteria.

Mereka telah menjajah hampir setiap habitat yang bisa dibayangkan, dari air dan tanah hingga bagian dalam organisme lain, termasuk manusia. Secara khusus, archaebacteria mendiami daerah dengan suhu ekstrim, salinitas, dan pH.

Struktur

Sel prokariotik rata-rata.

Skema arsitektural prokariota khas, tanpa diragukan lagi, adalah Escherichia coli, bakteri yang biasanya mendiami saluran pencernaan kita.

Bentuk selnya mengingatkan pada batang dan berdiameter 1 um dan panjang 2 um. Prokariota dikelilingi oleh dinding sel, terutama terdiri dari polisakarida dan peptida.

Dinding sel bakteri merupakan karakteristik yang sangat penting dan, tergantung pada strukturnya, memungkinkan pembentukan sistem klasifikasi menjadi dua kelompok besar: bakteri gram positif dan gram negatif.

Diikuti oleh dinding sel, kami menemukan membran (elemen umum antara prokariota dan eukariota) yang bersifat lipid dengan serangkaian elemen prostetik yang tertanam di dalamnya yang memisahkan organisme dari lingkungannya.

DNA adalah molekul melingkar yang terletak di wilayah tertentu yang tidak memiliki jenis membran atau pemisahan dengan sitoplasma.

Sitoplasma menunjukkan penampilan kasar dan memiliki sekitar 3.000 ribosom - struktur yang bertanggung jawab untuk sintesis protein.

Jenis prokariota

Prokariota saat ini terdiri dari beragam bakteri yang dibagi menjadi dua domain besar: Eubacteria dan Archaebacteria. Menurut bukti, kelompok-kelompok ini tampaknya telah menyimpang di awal evolusi.

Archaebacteria merupakan kelompok prokariota yang umumnya hidup di lingkungan dengan kondisi yang tidak biasa, seperti suhu atau salinitas tinggi. Kondisi ini jarang terjadi hari ini, tetapi mungkin telah lazim di bumi purba.

Misalnya, termoasidofil hidup di daerah yang suhunya mencapai maksimum 80 ° C dan pH 2.

Eubacteria, pada bagian mereka, hidup di lingkungan yang umum bagi kita manusia. Mereka dapat menghuni tanah, air, atau hidup di organisme lain - seperti bakteri yang merupakan bagian dari saluran pencernaan kita.

Morfologi prokariota

Bakteri datang dalam serangkaian morfologi yang sangat bervariasi dan heterogen. Di antara yang paling umum kami memiliki yang bulat yang disebut kelapa. Ini dapat terjadi secara individual, berpasangan, dalam rantai, dalam tetrad, dll.

Beberapa bakteri secara morfologis mirip dengan batang dan disebut basil. Seperti kelapa, mereka dapat ditemukan dalam pengaturan berbeda dengan lebih dari satu individu. Kami juga menemukan spirochetes berbentuk spiral dan yang memiliki koma atau bentuk butiran yang disebut vibrios.

Masing-masing morfologi yang dijelaskan ini dapat bervariasi di antara spesies yang berbeda - misalnya, satu basil dapat lebih memanjang dari yang lain atau dengan tepi yang lebih membulat - dan berguna dalam mengidentifikasi spesies.

Reproduksi

Reproduksi aseksual

Reproduksi bakteri aseksual dan terjadi melalui pembelahan biner. Dalam proses ini organisme secara harfiah "terbagi menjadi dua", menghasilkan klon dari organisme awal. Sumber daya yang memadai harus tersedia agar hal ini terjadi.

Prosesnya relatif sederhana: DNA melingkar bereplikasi, membentuk dua heliks ganda yang identik. Kemudian, materi genetik ditampung dalam membran sel dan sel mulai tumbuh, hingga ukurannya menjadi dua kali lipat. Sel akhirnya membelah dan setiap bagian yang dihasilkan memiliki salinan DNA melingkar.

Pada beberapa bakteri, sel dapat membelah materi dan tumbuh, tetapi tidak membelah secara sempurna dan membentuk semacam rantai.

Sumber tambahan variabilitas genetik

Ada peristiwa pertukaran gen antara bakteri yang memungkinkan transfer genetik dan rekombinasi, sebuah proses yang mirip dengan apa yang kita kenal sebagai reproduksi seksual. Mekanisme tersebut adalah konjugasi, transformasi, dan transduksi.

Konjugasi terdiri dari pertukaran materi genetik antara dua bakteri melalui struktur yang mirip dengan rambut halus yang disebut pili atau fimbriae, yang bertindak sebagai "jembatan". Dalam hal ini, harus ada kedekatan fisik antara kedua individu tersebut.

Transformasi melibatkan pengambilan fragmen DNA telanjang yang ditemukan di lingkungan. Artinya, dalam proses ini keberadaan organisme kedua tidak diperlukan.

Akhirnya kami memiliki terjemahan, di mana bakteri memperoleh materi genetik melalui vektor, misalnya bakteriofag (virus yang menginfeksi bakteri).

Nutrisi

Bakteri membutuhkan zat yang menjamin kelangsungan hidupnya dan memberi mereka energi yang diperlukan untuk proses seluler. Sel akan mengambil nutrisi ini dengan penyerapan.

Secara umum, kita dapat mengklasifikasikan nutrisi sebagai unsur esensial atau basa (air, sumber karbon, dan senyawa nitrogen), sekunder (seperti beberapa ion: kalium dan magnesium), dan elemen jejak yang diperlukan dalam konsentrasi minimal (besi, kobalt).

Beberapa bakteri membutuhkan faktor pertumbuhan tertentu, seperti vitamin dan asam amino serta faktor stimulan yang, meskipun tidak esensial, membantu dalam proses pertumbuhan.

Kebutuhan nutrisi bakteri sangat bervariasi, tetapi pengetahuan mereka diperlukan untuk dapat menyiapkan media kultur yang efektif untuk memastikan pertumbuhan organisme yang diinginkan.

Kategori nutrisi

Bakteri dapat diklasifikasikan menurut sumber karbon yang digunakannya, baik organik maupun anorganik dan bergantung pada sumber produksi energinya.

Menurut sumber karbon kita memiliki dua kelompok: autotrof atau litotrof menggunakan karbon dioksida dan heterotrof atau organotrof yang membutuhkan sumber karbon organik.

Dalam kasus sumber energi, kami juga memiliki dua kategori: fototrof yang menggunakan energi dari matahari atau energi radiasi dan kemotrof yang bergantung pada energi reaksi kimia. Jadi, dengan menggabungkan kedua kategori tersebut, bakteri dapat diklasifikasikan menjadi:

Fotoautotrof

Mereka memperoleh energi dari sinar matahari - yang berarti mereka aktif secara fotosintesis - dan sumber karbon mereka adalah karbon dioksida.

Fotoheterotrof

Mereka mampu menggunakan energi radiasi untuk perkembangannya tetapi mereka tidak mampu memasukkan karbon dioksida. Oleh karena itu, mereka menggunakan sumber karbon lain, seperti alkohol, asam lemak, asam organik dan karbohidrat.

Kemoautotrof

Mereka memperoleh energi dari reaksi kimia dan mampu memasukkan karbon dioksida.

Kemoheterotrof

Mereka menggunakan energi dari reaksi kimia dan karbon berasal dari senyawa organik, seperti glukosa - yang paling banyak digunakan - lipid dan juga protein. Perhatikan bahwa sumber energi dan sumber karbon sama dalam kedua kasus, oleh karena itu sulit membedakan keduanya.

Umumnya, mikroorganisme yang dianggap patogen manusia termasuk dalam kategori terakhir ini dan menggunakan asam amino dan senyawa lipid dari inangnya sebagai sumber karbon.

Metabolisme

Metabolisme terdiri dari semua reaksi kimia kompleks yang dikatalisasi oleh enzim yang terjadi di dalam suatu organisme sehingga dapat berkembang dan bereproduksi.

Pada bakteri, reaksi ini tidak berbeda dari proses dasar yang terjadi pada organisme yang lebih kompleks. Faktanya, kami memiliki beberapa jalur yang dibagi oleh kedua garis keturunan organisme, seperti glikolisis misalnya.

Reaksi metabolisme diklasifikasikan menjadi dua kelompok besar: reaksi biosintetik atau anabolik, dan reaksi degradasi atau katabolik, yang terjadi untuk mendapatkan energi kimia.

Reaksi katabolik melepaskan energi secara terhuyung-huyung yang digunakan tubuh untuk biosintesis komponennya.

Perbedaan mendasar dari sel eukariotik

Prokariota berbeda dari prokariota terutama dalam kompleksitas struktural sel dan proses yang terjadi di dalamnya. Di bawah ini kami akan menjelaskan perbedaan utama antara kedua garis keturunan tersebut:

Ukuran dan kompleksitas

Secara umum, sel prokariotik berukuran lebih kecil dari sel eukariotik. Yang pertama memiliki diameter antara 1 dan 3 µm, berbeda dengan sel eukariotik yang bisa mencapai 100 µm. Namun, ada beberapa pengecualian.

Meskipun organisme prokariotik adalah uniseluler dan kita tidak dapat mengamatinya dengan mata telanjang (kecuali kita mengamati koloni bakteri, misalnya) kita tidak boleh menggunakan karakteristik untuk membedakan kedua kelompok. Pada eukariota kami juga menemukan organisme uniseluler.

Faktanya, salah satu sel yang paling kompleks adalah eukariota uniseluler, karena mereka harus mengandung semua struktur yang diperlukan untuk perkembangannya yang terkurung dalam membran sel. Genera Paramecium dan Trypanosoma adalah contoh penting untuk ini.

Di sisi lain, terdapat prokariota yang sangat kompleks, seperti cyanobacteria (kelompok prokariotik tempat terjadinya evolusi reaksi fotosintesis).

Inti

Kata "prokariota" mengacu pada tidak adanya inti (pro = sebelum; karyon = inti) sedangkan eukariota memiliki inti yang sebenarnya (eu = true). Jadi, kedua kelompok ini dipisahkan oleh keberadaan organel penting ini.

Pada prokariota, materi genetik didistribusikan di wilayah sel tertentu yang disebut nukleoid - dan ini bukan nukleus sejati karena tidak dibatasi oleh membran lipid.

Eukariota memiliki inti yang jelas dan dikelilingi oleh membran ganda. Struktur ini sangat kompleks, menyajikan berbagai area di dalamnya, seperti nukleolus. Selain itu, organel ini dapat berinteraksi dengan lingkungan internal sel berkat adanya pori-pori inti.

Organisasi materi genetik

Prokariota mengandung 0,6 hingga 5 juta pasangan basa dalam DNA mereka dan diperkirakan dapat mengkode hingga 5.000 protein berbeda.

Gen prokariotik mengatur dirinya sendiri menjadi entitas yang disebut operon - seperti operon laktosa yang terkenal - sedangkan gen eukariotik tidak.

Dalam gen kita dapat membedakan dua "wilayah": intron dan ekson. Yang pertama adalah bagian yang tidak mengkode protein dan yang mengganggu daerah pengkodean, yang disebut ekson. Intron umum ditemukan pada gen eukariotik tetapi tidak pada prokariota.

Prokariota umumnya haploid (muatan genetik tunggal) dan eukariota memiliki muatan haploid dan poliploid. Misalnya, kita manusia diploid. Demikian pula, prokariota memiliki satu kromosom dan eukariota lebih dari satu.

Pemadatan materi genetik

Di dalam inti sel, eukariota menunjukkan organisasi DNA yang kompleks. Rantai DNA yang panjang (kira-kira dua meter) mampu berputar sedemikian rupa sehingga dapat diintegrasikan ke dalam nukleus dan selama proses pembelahan dapat divisualisasikan di bawah mikroskop dalam bentuk kromosom.

Proses pemadatan DNA ini melibatkan rangkaian protein yang mampu mengikat untaian dan membentuk struktur yang menyerupai kalung mutiara, dimana untaian tersebut diwakili oleh DNA dan manik-manik oleh mutiara. Protein ini disebut histon.

Histon telah dilestarikan secara luas selama evolusi. Dengan kata lain, histon kita sangat mirip dengan tikus, atau lebih jauh dari serangga. Secara struktural, mereka memiliki sejumlah besar asam amino bermuatan positif yang berinteraksi dengan muatan negatif DNA.

Pada prokariota, protein tertentu yang homolog dengan histon telah ditemukan, yang umumnya dikenal sebagai histon. Protein ini berkontribusi pada kontrol ekspresi gen, rekombinasi dan replikasi DNA dan, seperti histon pada eukariota, berpartisipasi dalam organisasi nukleoid.

Organel

Dalam sel eukariotik, serangkaian kompartemen subseluler yang sangat kompleks dapat diidentifikasi yang melakukan fungsi tertentu.

Yang paling relevan adalah mitokondria, yang bertanggung jawab atas proses respirasi sel dan pembentukan ATP, dan pada tumbuhan, kloroplas menonjol, dengan sistem tiga membrannya dan dengan mesin yang diperlukan untuk fotosintesis.

Demikian pula, kita memiliki retikulum endoplasma kompleks, halus dan kasar Golgi, vakuola, lisosom, peroksisom, antara lain.

Struktur ribosom

Ribosom

Ribosom terdiri dari mesin yang diperlukan untuk sintesis protein, sehingga harus ada di eukariota dan prokariota. Meskipun itu adalah struktur yang sangat diperlukan untuk keduanya, itu sangat berbeda dalam ukurannya.

Ribosom terdiri dari dua subunit: besar dan kecil. Setiap subunit diidentifikasi oleh parameter yang disebut koefisien sedimentasi.

Pada prokariota subunit besar adalah 50S dan subunit kecil adalah 30S. Seluruh struktur disebut 70S. Ribosom tersebar di seluruh sitoplasma, tempat mereka melakukan tugasnya.

Eukariota memiliki ribosom yang lebih besar, subunit besar 60S, subunit kecil 40S, dan seluruh ribosom ditetapkan sebagai 80S. Ini terletak terutama berlabuh di retikulum endoplasma kasar.

Dinding seluler

Dinding sel merupakan elemen penting untuk menghadapi tekanan osmotik dan berfungsi sebagai pelindung terhadap kemungkinan kerusakan. Hampir semua prokariota dan beberapa kelompok eukariota memiliki dinding sel. Perbedaannya terletak pada sifat kimianya.

Dinding bakteri terdiri dari peptidoglikan, polimer yang terdiri dari dua elemen struktural: N-asetil-glukosamin dan asam N-asetilmuramat, dihubungkan bersama oleh ikatan tipe β-1,4.

Dalam garis keturunan eukariotik juga terdapat sel dinding, terutama pada beberapa jamur dan di semua tumbuhan. Senyawa paling melimpah di dinding jamur adalah kitin dan pada tumbuhan itu adalah selulosa, polimer yang terdiri dari banyak unit glukosa.

Pembelahan sel

Seperti dibahas sebelumnya, prokariota dibagi dengan pembelahan biner. Eukariota memiliki sistem pembelahan kompleks yang melibatkan berbagai tahap pembelahan inti, baik mitosis atau meiosis.

Filogeni dan klasifikasi

Umumnya kita terbiasa mendefinisikan spesies menurut konsep biologi yang dikemukakan oleh E. Mayr pada tahun 1989: "kelompok populasi alami kawin silang yang secara reproduktif diisolasi dari kelompok lain".

Menerapkan konsep ini pada spesies aseksual, seperti halnya prokariota, tidak mungkin. Oleh karena itu, harus ada cara lain untuk mendekati konsep spesies untuk mengklasifikasikan organisme tersebut.

Menurut Rosselló-Mora et al. (2011), konsep phylo-phenetic cocok dengan garis keturunan ini: "satu set organisme individu monofiletik dan genom yang koheren yang menunjukkan tingkat kesamaan umum yang tinggi dalam banyak karakteristik independen, dan dapat didiagnosis dengan properti fenotipik yang membedakan".

Sebelumnya, semua prokariota diklasifikasikan dalam satu "domain", sampai Carl Woese menyarankan bahwa pohon kehidupan harus memiliki tiga cabang utama. Mengikuti klasifikasi ini, prokariota mencakup dua domain: Archaea dan Bakteri.

Di dalam bakteri kami menemukan lima kelompok: proteobacteria, chlamydia, cyanobacterial spirochetes dan bakteri gram positif. Demikian pula, kami memiliki empat kelompok utama archaea: Euryarchaeota, TACK Group, Asgard dan DPANN Group.

Wawasan baru

Salah satu konsep yang paling luas dalam biologi adalah kesederhanaan sitosol prokariotik. Namun, bukti baru menunjukkan bahwa ada organisasi potensial dalam sel prokariotik. Saat ini, para ilmuwan sedang mencoba memecah dogma tidak adanya organel, sitoskeleton, dan karakteristik lain dalam garis keturunan bersel tunggal ini.

Organel dalam prokariota

Penulis proposal yang sangat baru dan kontroversial ini memastikan bahwa ada tingkat kompartementalisasi dalam sel eukariotik, terutama dalam struktur yang dibatasi oleh protein dan lipid intraseluler.

Menurut pembela gagasan ini, organel adalah kompartemen yang dikelilingi oleh membran biologis dengan fungsi biokimia tertentu. Di antara "organel" yang sesuai dengan definisi ini, kita memiliki badan lipid, karboksi-somes, vakuola gas, dan lain-lain.

Magnetosom

Salah satu kompartemen bakteri yang paling menarik adalah magnetosom. Struktur ini terkait dengan kemampuan bakteri tertentu - seperti Magnetospirillum atau Magnetococcus - menggunakan medan magnet untuk orientasi.

Secara struktural, mereka adalah benda kecil berukuran 50 nanometer yang dikelilingi oleh membran lipid, bagian dalamnya terdiri dari mineral magnetik.

Membran fotosintesis

Selain itu, beberapa prokariota memiliki "membran fotosintetik", yang merupakan kompartemen yang paling banyak dipelajari dalam organisme ini.

Sistem ini bekerja untuk memaksimalkan efisiensi fotosintesis, meningkatkan jumlah protein fotosintetik yang tersedia dan memaksimalkan permukaan membran yang terkena cahaya.

Kompartemen dalam

Tidaklah mungkin untuk melacak jalur evolusi yang masuk akal dari kompartemen yang disebutkan sebelumnya ini ke organel eukariota yang sangat kompleks.

Namun, genus Planctomycetes memiliki serangkaian kompartemen di dalamnya yang mengingatkan pada organel itu sendiri dan dapat diusulkan sebagai nenek moyang bakteri eukariota. Dalam genus Pirellula terdapat kromosom dan ribosom yang dikelilingi oleh membran biologis.

Komponen sitoskeleton

Demikian pula, ada protein tertentu yang secara historis dianggap unik untuk eukariota, termasuk filamen esensial yang merupakan bagian dari sitoskeleton: tubulin, aktin, dan filamen perantara.

Penyelidikan terbaru telah berhasil mengidentifikasi protein homolog ke tubulin (FtsZ, BtuA, BtuB dan lain-lain), ke aktin (MreB dan Mb1) dan ke filamen menengah (CfoA).

Referensi

1. Cooper, GM (2000). Sel: Pendekatan molekuler. Sinauer Associates.
2. Dorman, CJ, & Deighan, P. (2003). Pengaturan ekspresi gen oleh protein mirip histon pada bakteri. Pendapat saat ini dalam genetika & perkembangan, 13 (2), 179-184.
3. Guerrero, R., & Berlanga, M. (2007). Sisi tersembunyi dari sel prokariotik: menemukan kembali dunia mikroba. Mikrobiologi Internasional, 10 (3), 157-168.
4. Murat, D., Byrne, M., & Komeili, A. (2010). Biologi sel organel prokariotik. Perspektif Cold Spring Harbor dalam biologi, a000422.
5. Rosselló-Mora, R., & Amann, R. (2001). Konsep spesies untuk prokariota. Ulasan mikrobiologi FEMS, 25 (1), 39-67.
6. Slesarev, AI, Belova, GI, Kozyavkin, SA, & Lake, JA (1998). Bukti asal prokariotik awal histon H2A dan H4 sebelum munculnya eukariota. Penelitian asam nukleat, 26 (2), 427-430.
7. Souza, WD (2012). Sel prokariotik: organisasi struktural sitoskeleton dan organel. Memórias do Instituto Oswaldo Cruz, 107 (3), 283-293.