Struktur sel dan organelnya
Sel eukariotik terdiri dari empat komponen utama: membran yang menjalankan fungsi penghalang dan terdiri dari lapisan ganda fosfolipid dengan protein tertanam; sitoplasma, yang mencakup sitosol dan organel; nukleus, yang menyimpan informasi genetik; serta sistem organel yang memastikan proses biokimia.
- Ribosom adalah organel non-membran yang bertanggung jawab untuk translasi.
- Mitokondria adalah organel bermembran ganda yang melakukan sintesis ATP.
- Aparatus Golgi adalah organel bermembran tunggal untuk transpor dan modifikasi protein, serta sintesis lisosom.
- Retikulum endoplasma: kasar (sintesis protein) dan halus (sintesis lipid, detoksifikasi, regulasi kalsium).
- Sitoskeleton adalah mikrofilamen dan mikrotubulus yang mempertahankan bentuk sel.
Sel tumbuhan secara tambahan mengandung vakuola, plastida, dan dinding sel selulosa. Sel hewan memiliki sentrosom dan lisosom. Sel prokariotik tidak memiliki organel bermembran; DNA-nya direpresentasikan oleh nukleoid sirkular.
Transpor membran
Transpor pasif berjalan menuruni gradien konsentrasi tanpa pengeluaran energi: difusi sederhana (O₂, CO₂ melalui lapisan ganda lipid), osmosis (air melalui membran semipermeabel), dan difusi terfasilitasi melalui protein pembawa (glukosa).
Transpor aktif membutuhkan ATP dan bergerak melawan gradien konsentrasi. Contoh: pompa natrium-kalium, ekso- dan endositosis. Berdasarkan arah perpindahannya, dibedakan menjadi uniport, simport, dan antiport.
Siklus sel, mitosis, dan meiosis
Siklus sel terdiri dari interfase (G1 — pertumbuhan, S — replikasi DNA, G2 — persiapan pembelahan) dan pembelahan itu sendiri. Titik pemeriksaan G1/S, G2/M, dan metafase memastikan integritas DNA dan orientasi kromosom yang benar. Dalam fase G0, sel berada dalam keadaan istirahat.
Mitosis adalah pembelahan sel somatik dengan pembentukan dua sel anak yang identik. Tahapan: profase (kondensasi kromatin), metafase (pembentukan lempeng metafase), anafase (pemisahan kromatid saudara), telofase dengan sitokinesis.
Meiosis menghasilkan empat sel haploid dan memastikan variasi kombinatif. Profase I mencakup lima tahap: leptoten, zigoten, pakiten (dengan pindah silang), diploten (kiasma terlihat), dan diakinesis. Pembelahan meiosis kedua mirip dengan mitosis.
Asam nukleat dan kompartementalisasi DNA
DNA menyimpan informasi genetik, RNA berpartisipasi dalam realisasinya. Nukleotida terdiri dari basa nitrogen (A, G, C, T/U), gula pentosa (deoksiribosa atau ribosa), dan kelompok fosfat. DNA membentuk heliks ganda antiparalel (5′→3′ komplementer dengan 3′→5′).
Jenis RNA: mRNA (matriks untuk sintesis protein), tRNA (pengiriman asam amino), rRNA (struktural dan katalitik dalam ribosom), mikroRNA dan RNA interferensi kecil (regulasi ekspresi), serta RNA non-kode panjang.
Tingkat kondensasi DNA: nukleosom (DNA pada oktamer histon), solenoid 30-nm (distabilkan oleh histon H1), struktur loop (kohesin), dan kromosom terkondensasi.
Replikasi, transkripsi, translasi
Replikasi bersifat semikonservatif, antiparalel, dan memerlukan primer. Tahapan: inisiasi (pembukaan gulungan heliks oleh helikase, pembentukan garpu replikasi), elongasi (sintesis DNA oleh DNA polimerase 5′→3′), terminasi. Pada prokariot, terdapat satu titik awal (origin) pada kromosom melingkar; pada eukariot, terdapat banyak titik inisiasi dan kompleks ORC.
Transkripsi: RNA polimerase berikatan dengan promotor, mensintesis mRNA, dan berhenti bekerja saat mencapai terminator. Pada eukariot, diikuti oleh pemrosesan — penambahan tudung (capping), poliadenilasi, dan splicing dengan penghilangan intron; pada prokariot, transkripsi dan translasi terjadi secara bersamaan di sitoplasma.
Translasi terjadi pada ribosom dengan situs A, P, dan E. tRNA mengantarkan asam amino, di mana ikatan peptida terbentuk di antara mereka. Terminasi terjadi pada kodon stop UAA, UAG, UGA.
Kode genetik dan ekspresi gen
Kode genetik terdiri dari 64 kodon, di mana 3 di antaranya adalah kodon stop. Sifat-sifat: triplet, universal, tidak tumpang tindih, tidak ambigu, dan berlebihan (degenerasi).
Pada eukariot, ekspresi diatur oleh promotor dan enhancer, aktivator dan represor, splicing alternatif, modifikasi epigenetik (metilasi DNA, asetilasi histon), dan mikroRNA. Pada prokariot, sistem operon berlaku: contoh klasik adalah operon laktosa, di mana keberadaan laktosa menginaktivasi represor dan memicu sintesis laktase.
Mutasi dan perbaikan DNA
Mutasi dibagi menjadi gen, kromosom (inserasi, delesi, inversi), dan genomik (perubahan jumlah kromosom, misalnya trisomi 21).
Pada prokariot, dibedakan perbaikan fotoreaktif (fotoliase), eksisi, pascareplikasi, yang rentan terhadap kesalahan, serta perbaikan SOS. Pada eukariot, mekanismenya serupa tetapi lebih akurat; selain itu, perbaikan salah pasang nukleotida (mismatch repair) serta perbaikan putusnya untai tunggal dan ganda melalui penggabungan ujung homolog atau non-homolog turut bekerja.
Dasar biokimia: protein, lemak, karbohidrat
Protein terdiri dari asam amino dan menjalankan fungsi katalitik, transpor, struktural, pelindung, regulatori, energi, cadangan, dan reseptor. Tingkat struktur: primer (urutan), sekunder (heliks-α, lembaran-β), tersier (globula), dan kuartener (misalnya, hemoglobin).
Lipid adalah sumber energi terkonsentrasi, dasar membran, prekursor hormon steroid dan vitamin D, serta memastikan penyerapan vitamin yang larut dalam lemak (A, D, E, K). Dibagi menjadi jenuh dan tidak jenuh. Dipecah menjadi gliserol dan asam lemak.
Karbohidrat adalah sumber energi utama, disimpan dalam bentuk glikogen. Sederhana (glukosa, fruktosa) dicerna dengan cepat, kompleks (pati, serat) — lambat. Metabolisme sel terdiri dari anabolisme (sintesis dengan pengeluaran energi) dan katabolisme (pemecahan dengan pelepasan energi).
Poin-Poin Utama
- Sel eukariotik memiliki organel bermembran; sel prokariotik terbatas pada nukleoid dan ribosom.
- Transpor melalui membran bersifat pasif (difusi, osmosis) dan aktif (pompa Na⁺/K⁺, endositosis dan eksositosis).
- Mitosis memastikan sel anak yang identik, sedangkan meiosis menghasilkan sel kelamin haploid dan variasi kombinatif.
- DNA dikemas melalui nukleosom, solenoid, loop, dan kromosom.
- Replikasi bersifat semikonservatif dan antiparalel; sintesis selalu berjalan dari arah 5′→3′.
- Pada eukariot, mRNA mengalami penambahan tudung (capping), poliadenilasi, dan splicing sebelum keluar ke sitoplasma.
- Kode genetik berbentuk triplet, universal, degenerat, dan tidak ambigu.
- Metabolisme menggabungkan proses anabolik dan katabolik, memastikan keseimbangan energi sel.