Hubungan antara Sel Prokariotik, Sel Eukariotik, dan Mutasi

Halo semua, selamat datang di artikel pertama saya. Pada kesempatan kali ini, saya akan membahas hubungan antara sel prokariotik, sel eukariotik, dan mutasi. Kalian pasti penasaran, apa sih hubungannya sel dengan mutasi, apa sel yang menyebabkan adanya mutasi? Atau mutasi yang menyebabkan perubahan pada sel? Untuk mengetahui jawabannya, saya akan menjelaskan apa itu sel dan mutasi terlebih dahulu.

Pada awalnya sel digambarkan pada tahun 1665 oleh seorang ilmuwan Inggris Robert hooke yang telah meneliti irisan tipis gabus melalui mikroskop yang dirancangnya sendiri. Kata sel beasal dari kata latin celulae yang berarti 'kamar-kamar kecil'. Setelah itu Anton van Leeuwenhoek melakukan banyak pengamatan terhadap benda-benda dan jasad-jasad renik dan menunjukkan pertama kali kepada dunia bahwa ada "kehidupan di dunia lain" yang belum pernah dilihat oleh manusia sebelumnya. Karyanya pun menjadi dasar bagi salah satu cabang biologi yaitu, mikrobiologi. Perkembangan mikroskop selama hamper 200 tahun berikutnya telah memberikan kesempatan bagi para ahli untuk meneliti susunan tubuh makhluk hidup. Serangkaian penelitian pun dilakukan oleh 2 orang ilmuwan dari Jerman yaitu Matthias Schleiden (ahli tumbuhan, 1804-1881) dan Theodor Schwann (ahli hewan, 1810-1882). Mereka menyimpulkan bahwa setiap makhluk hidup tersusun atas sel. Selanjutnya pada tahun 1885 seorang ilmuwan Jerman, Rudolf Virchow, mengamati bahwa sel dapat membelah diri dan membentuk sel-sel baru.

Berdasarkan ada tidaknya inti sel, sel dikelompokan menjadi dua jenis, yaitu prokariotik dan eukariotik. Sel prokarotik hanya dapat ditemukan di bakteri (Eubacteria dan Archaebacteria) sementara sel eukariotik dapat ditemukan di protista, fungi, plantae, dan animalia. Apakah anda masih mengingat perbedaan antara kedua sel tersebut? Berawal dari istilah, istilah prokariotik ini berasal dari bahasa Yunani, 'pro' yang berarti sebelum dan 'karyon' yang berarti biji atau inti, yang dalam hal ini mengacu pada membran inti. Meski sel prokariotik tidak memiliki inti namun tetap ditemukan materi genetiknya yang berupa DNA. DNA sel prokariotik berbentuk sirkuler yang hanya terkonsentrasi di nukleoid. Nukleoid itu sendiri tidak memiliki membran pemisah (membran inti) sehingga semua komponen organel sel larut dalam cairan intraselular yang terletak bersamaan di sitoplasma yang tertutup oleh membran sel, dan bukan di kompartemen seluler terpisah. Istilah eukariotik, 'eu' yang berarti nyata dan 'karyon' yang berarti inti. Berbeda dengan sel prokariotik, sel eukariotik memiliki membran inti dan inti sel, serta mempunyai DNA yang berbentuk linear (ditemukan di nukleus) dan sirkuler (ditemukan di kloroplas). Secara umum sel eukariotik lebih kompleks dan lebih besar dibandingkan sel prokariotik dengan DNA yang terdapat di banyak tempat. Selanjutnya saya akan menjelaskan struktur-struktur pada sel, dimulai dari struktur sel prokariotik. Struktur sel prokariotik terdiri dari.

• Dinding sel yang tersusun dari peptidoglikan, lipid, dan protein yang berfungsi sebagai pelindung dan pemberi bentuk tubuh.
• Membran plasma yang tersusun dari molekul lipid atau protein. Berfungsi sebagai pelindung molekuler sel terhadap lingkungan di sekitarnya.
• Sitoplasma tersusun dari air, protein, lipid, mineral, dan enzim-enzim. Enzim-enzim tersebut berfungsi untuk mencerna makanan secara intraseluler dan untuk melakukan proses metabolisme sel.
• Mesosom berfungsi sebagai penghasil energi. Pada membran mesosom terdapat enzim-enzim pernapasan yang berperan dalam reaksi-reaksi oksidasi untuk menghasilkan energi.
• Ribosom berfungsi sebagai tempat berlangsungnya sintesis protein.
• DNA tersusun dari gula deoksiribosa, fosfat, dan basa-basa nitrogen. DNA berfungsi sebagai pembawa informasi genetic berupa sifat-sifat yang harus diwariskan kepada keturunannya.
• RNA merupakan persenyawaan haril transkripsi DNA. RNA bertugas untuk membuat kode-kode genetic sesuai pesanan DNA, yang kemudian akan diterjemahkan dalam bentuk urutan asam amino dalam proses sintesis protein

Transfer DNA antara sel prokariotik terjadi pada bakteri dan archaea. Pada bakteri, transfer gen terjadi oleh tiga sel, yaitu : Virus bakter (bakteriofag) dan transduksi, konjugasi yang dimediasi dari plasmid, dan juga transformasi alami. Transduksi bakteri oleh bakteriofag tampaknya mencerminkan kesalahan sesekali selama perakitan partikel virus intraselular, dan bukan adaptasi bakteri inang. Pengalihan DNA bakteri berada di bawah kendali gen bakteriofag daripada gen bakteri.

Sel eukariotik, yaitu sel yang memiliki membran inti dan bersistem endomembran. Sistem endomembran itu berarti selain organel-organel yang telah disebutkan pada struktur sel prokariotik, sel eukariotik juga memiliki organel-organel bermembran lainnya, seperti retikulum endoplasma, badan golgi, mitokondria, dan juga lisosom. Sedangkan struktur selnya, sel eukariotik terdiri atas tiga komponen utama yaitu membran plasma, sitoplasma, dan organel-organel sel. Adapun keterangan mengenai struktur selnya sebagai berikut.

• Membran plasma merupakan bagian terluar sel yang melindungi protoplasma yang bersifat selektif semi permeable yang artinya membran hanya menerima molekul-molekul tertentu seperti glukosa, asam amino, gliserol, dan berbagai ion untuk masuk ke dalam sel. Selain itu membran plasma juga berfungsi untuk melindungi sel, mengatur keluar masuknya berbagai zat, dan sebagai tempat reaksi respirasi dan oksidasi. Membran plasma terdiri atas lapisan protein terdiri atas glikopotein dan lapisan lipid (lipoprotein) yang terdiri atas fosfolipid, glikolipid, dan sterol. Lapisan protein membentuk dua macam lapisan yaitu protein perifer dan integral.
• Sitoplasma merupakan cairan sel yang berada di luar membran inti. Komponen utama penyusun sitoplasma adalah sebagai berikut.
• Sitosol yang berupa cairan berbentuk gel.
• Substansi genetik yang tersimpan di dalam sitoplasma.
• Sitoskeleton yang berfungsi sebagai kerangka sel.
• Organel-organel sel.
• Di dalam sel terdapat banyak struktur kecil yang disebut organel yang diselubungi oleh lapisan membran yang memiliki struktur yang sama dengan lapisan membran sel yang berada dalam sitoplasma. Macam-macam organel penyusun sel adalah sebagai berikut.
• Inti sel (nukleus) merupakan organel terbesar yang berada dalam sel. Nukleus berfungsi sebagai pengatur pembelahan sel, pengendali seluruh kegiatan sel, dan pembawa informasi genetik. Inti sel terdiri dari beberapa bagian, yaitu membran, kromatin, anak inti (nukleous), dan cairan inti. Kromatin (untaian DNA) mengandung materi genetik berupa DNA serta protein. Sedangkan kromosom (mengandung DNA yang memiliki kode genetic) bertugas mengatur kapan dan bagaimana sel membelah diri, menghasilkan protein-protein tertentu, serta berdiferensiasi. Nukleus sendiri terlibat dalam pembentukan ribosom suatu organel sel yang berperan dalam pembentukan protein.
• Retikulum endoplasma dibedakan memnjadi dua jenis, yaitu,
• Retikulum endoplasma halus (tidak bergranula), permukaan tidak ditempeli oleh ribosom. Berperan dalam proses sintesis lipid (fosfolipid dan sterol), metabolisme karbohidrat, dan menetralisasi racun.
• Retikulum endoplasma kasar (bergranula), permukaan ditempeli oleh ribosom. Berperan membentuk fosfolipid membrannya sendiri dan sintesis protein sekretori.
• Ribosom dimiliki oleh sel-sel tertentu dengan laju sintesis yang tinggi. Sintesis protein adalah proses pencetakan protein di dalam sel. Protein merupakan senyawa yang tersusun dari polimer-polimer pengendali dan zat pembangun makhluk hidup ditentukan oleh jumlah, jenis, dan urutan asam amino yang menyusunnya. Jenis dan urutan asam amino ditentukan oleh DNA.
• Badan golgi berperan sebagai pusat produksi, pergudangan, dan pengiriman produk sel. Materi dalam vesikula transport dari RE akan diterima oleh badan golgi untuk dimodifikasi, disimpan, dan akhirnya dikirim ke permukaan sel.

Informasi genetik di dalam sel yang biasa juga disebut genom merupakan sel yang diorganisasi di dalam kromosom. Kromosom adalah suatu struktur yang mengandung DNA, dimana DNA secara fisik membawa informasi herediter. Kromosom mengandung gen. Gen adalah segmen dari DNA (kecuali pada beberapa virus RNA), dimana gen mengkode protein. Genom (sel dalam kromosom) prokariotik juga berada di dalam kompleks DNA/protein dalam nukleoid yang tidak memiliki amplop nuklir. Kompleks ini mengandung molekul kromosom tunggal, silik, double-standed dari DNA kromosom stabil, berbeda dengan kromosom yang ditemukan di sel eukariotik cenderung linier, kompak, sangat teratur. Selain itu, banyak gen  penting prokariotik yang disimpan dalam struktur DNA melingkar yang terpisah yang disebut plasmid. Prokariotik yang kekurangan mitokondria dan kroloplas sebagai gantinya, proses seperti fosforilasi oksidatif dan fotosintesis terjadi di selaput prokariotik. Sel prokariotik biasanya jauh lebih kecil dari sel eukasriotik oleh karena itu, prokariotik memiliki rasio permukaan area volume yang lebih besar, memberikan tingkat metabolisme yang lebih tinggi, tingkat pertumbuhan yang lebih tinggi, namun sebagai konsekuensinya, waktu generasi yang lebih pendek daripada eukariotik.

Selanjutnya saya akan menjelaskan mengenai mutasi. Dalam biologi genetika, mutasi diartikan sebagai organisme atau suatu karakter genetik baru yang muncul dari adanya perubahan urutan DNA atau kromosom organisme yang terjadi karena adanya kesalahan selama morfogenesis. Namun dari asal kata, mutasi berasal dari kata mutases, yang berarti perubahan. Jadi dapat diartikan bahwa mutasi merupakan suatu perubahan materi genetik (DNA) yang biasa diwariskan secara genesis pada keturunannya. Agen yang biasa menyebabkan mutasi biasa disebut dengan mutagen, sedangkan organisme yang mengalami mutasi disebut dengan mutan. Berikut merupakan macam-macam mutasi,

• Mutasi gen terjadi terhadap gen yang berada di dalam DNA. Faktor yang juga menyebabkan perubahan pada gen tersebut, misal faktor lingkungan, bahan kimia, mutasi spontan (terjadi tanpa pengaruh zat dari luar tubuh) dan mungkin kesalahan yang terjadi ketika proses replikasi. Mutasi gen sendiri dibedakan menjadi, substitusi, delesi, dan insersi. Yang dapat disebabkan oleh,
• Fisik: suhu, radiasi ultraviolet, alfa, beta, gamma, sinar X, dan radioaktif
• Kimiawi: asam nitrat, hidroksi amino, kolkisin dan digitonin.
• Biologis: beruba virus.
• Mutasi kromosom / aberasi (kerusakan kromosom) dibedakan menjadi,
• Inversi: perubahan urutan gen pada kromosom akibat berpindahnya gel dari satu lokasi ke lokasi yang lain.
• Delesi: fragmen kromosom patah sehingga kromosom tersebut kehilangan gen tertentu.
• Aneuploidi: perubahan set atau perangkat kromosom dari diploid (2n) menjadi 3n, 4n, dan seterusnya.
• Aneusomi: variasi jumlah kromosom akibat pengurangan atau penambahan satu atau sejumlah kromosom sehingga pada manusia genomnya menjadi 2n-1. Kelainan tersebut bias mengakibatkan sindrom Turner (44A+XO)
• Nulisomi: kehilangan 2 kromosom sehinggga genomnya menjadi 2n-2
• Trisomy: kelebihan satu kromosom pada salah satu kromosom homolognya.
• Tetrasomi: kelebihan 2 kromosom sehingga genomnya menjadi 2n-2

Mutasi juga dapat disebabkan oleh penyisipan atau penghapusan segmen DNA karena unsur genetik seluler yang kemungkinan tidak menghasilkan perubahan yang dapat dilihat pada karakteristik yang dapat diamati (fenotipe), karena pada dasarnya mutasi itu lebih berperan ke dalam proses biologis normal dan abnormal termasuk : evolusi, kanker, dan perkembangan sistem kekebalan tubuh, termasuk keragaman  junctional.

Disaat proses pengambilan asam amino oleh DNA yang berada di dalam mitokondria, proses perubahan pada sekuens basa DNA juga dapat menjadi salah satu penyebabkan perubahan pada protein yang dikode oleh gen. Contohnya, bila gen yang mengkode suatu enzim mengalami mutasi, maka enzim yang dikode oleh gen yang telah berubah mejadi mutan tersebut akan menjadi inaktif atau berkurang keaktivannya akibat perubahan sekuens asam amino. Namun bukan berarti selamanya mutasi selalu berakibat buruk pada sel. Mutasi dapat pula menjadi menguntungkan bila enzim yang berubah oleh gen mutan tersebut justru meningkat aktivitasnya dan menguntungkan bagi sel. Ada pula mayoritas gen yang merupakan mutasi tidak nyata atau mutasi netral (silent mutation). Silent mutation merupakan perubahan pada sekuens basa yang tidak menyebabkan perubahan aktivitas pada produk yang dikode oleh gen. Hal tersebut pada umumnya muncul akibat satu nukleotida diganti oleh nukleotida yang lain, terutama pada lokasi basa ketiga pada triplet kodon mRNA. Dan bila perubahan satu basa nukleotida ini tidak mengubah asam amino, maka fungsi dari protein pun tidak akan berubah. Namun bila asam amino yang dikode berubah yang disebabkan oleh perubahan pada satu basa nukleotida, namun fungsi protein kembali tidak dapat terganggu bila asam amino yang berubah tersebut bukan merupakan bagian vital dari protein, atau secara kimia sangat mirip dengan asam amino lainya. Karena pada intinya mutasi merupakan perubahan permanen dari urutan nukleotida genom organisme, virus, atau inti sel yang berlebihan pada kromosom atau unsur genetic lainnya yang dihasilkan dari kesalahan selama replikasi DNA atau jenis kerusakan DNA lainnya.

Setelah penjelasan mengenai sel dan mutasi, saya sekarang akan membagikan pendapat saya mengenai mutasi di antara sel prokariotik dan sel eukariotik, mana yang lebih cepat dan mudah? Pertanyaan tersebut tentu juga menjadi bukti adanya suatu ikatan/hubungan antara sel dan mutasi.

Walaupun sel eukariotik merupakan hasil evolusi dari sel prokariotik namun saya mempelajari bahwa mitokondria dan kloroplas pada sel eukariotik yang masuk ke dalam sel prokariotik saat masih sebagai sel bebas. Benar dua organel milik sel eukariotik tersebut, mitokondria, dan juga kloroplas, diketahui mengandung ribosom yang serupa dengan struktur kenampakan yang terdapat pada ribosom sel prokariotik. Hal tersebut menjadi salah satu dari banyak bukti bahwa mitokondria dan kloroplas sendiri berasal dari bakteri yang hidup bebas. Namun meskipun kedua sel bebas tersebut berhasil masuk ke dalam sel prokariotik dan berubah menjadi sel eukariotik itu bukanlah bentuk mutasi, yang dapat diartikan bahwa sel eukariotik awalnya memakai/masuk ke dalam sel prokariotik primitif (sel awal) melalui fagositosis (memakan) dan menyesuaikan diri untuk menggabungkan strukturnya sebagai bentuk mutualisme, mitokondria dan kloroplas dapat mendapat tempat perlindungan sedangkan sel prokariotik dapat mendapat keuntungan dari hasil mitokondira dan kloroplas (misal energy dari hasil kerja mitokondria dan fotosintesis pada kloroplas yang dapat menghasilkan makanan bagi sel). Oleh sebab itu menurut pendapat saya, sel eukariotiklah yang lebih mudah untuk bermutasi. Bagaimana bisa? Karena selain saya mempunyai beberapa penjelasan yang mampu menunjukan keunggulan sel prokariotik dalam mempertahankan diri dari mutagen.

Perlu ditekankan lagi bahwa sel eukariotik mempunyai DNA yang lebih banyak dari sel prokariotik, sebab materi genetic sel prokariotik tersebar di berbagai macam organel seperti inti sel, mitokondria dan juga kloroplas tidak seperti materi genetik sel prokariotik yang hanya terdapat di nucleoidnya saja. Disini kita dapat melihat bahwa peluang DNA eukariotik untuk diserang oleh mutagen (penyebab mutasi) misal: virus, semakin besar. Sebab jika seandainya replikasi DNA prokariotik, sel tersebut dapat lebih mudah untuk memperbaiki dirinya karena hanya ada satu asal replikasi DNA per molekulnya yang sederhana. Atau untuk lebih mudahnya, sesuatu yang lebih sederhana pastinya akan lebih mudah untuk memperbaiki diri daripada sesuatu yang lebih kompleks.

Ada juga peluang dalam melakukan kesalahan saat melakukan proses replikasi juga akan lebih besar sebab bila dilihat replikasi DNA sel prokariotik yang jauh lebih sederhana dibandingkan replikasi DNA milik sel eukariotik. Hal tersebut disebabkan oleh DNA prokariotik hanya berada di dalam nucleoid yang tidak memiliki membran inti sehingga sehingga DNA yang berada di dalam sitoplasma dan sistem replikasi juga akan dilakukan di dalam sitoplasma yang hanya akan terjadi di satu tempat saat itu juga, namun berbeda dengan replikasi sel eukariotik yang memiliki materi genetic di berbagai tempat sekaligus yaitu di inti sel, mitokondria, dan kloroplas.

Perlu diingat juga bahwa ukuran sel prokariotik jauh lebih kecil dari sel eukariotik memberikan keuntungan bagi sel prokariotik yaitu untuk memiliki rasio permukaan area volume yang lebih besar, tingkat metabolisme yang lebih tinggi, tingkat pertumbuhan yang lebih tinggi, dan waktu generasi yang lebih pendek daripada eukariotik. Dengan begitu sel prokariotik dapat melindungi dirinya dengan lebih baik daripada sel eukariotik.

DNA yang berada di mitokondria bertugas untuk mengubah energy kimia dari makanan dalam bentuk yang dapat digunakan oleh sel. Meskipun memiliki peran yang penting, namun DNA mitokondria sebenarnya hanya merupakan sebagian kecil DNA dalam sel eukariotik karena sebagian besar DNAnya terdapat pada inti selnya dan dalam kasus plantae, sebagian besar DNA terdapat dalam kloroplasnya. Seperti yang dapat kita lihat, berbeda dengan organel sel lainnya, mitokondria memiliki materi genetic sendiri yang mempunya karakteristik yang benar-benar berbeda dari dengan materi genetic pada organel lainnya. Ditinjau dari ukuran, jumlah gen, dan bentuk ciri-ciri DNA mitokondria juga sangatlah berbeda dengan DNA nukleus. Besar genom (sel di dalam kromosom) pada DNA mitokondria relative lebih kecil dibandingan dengan DNA pada nukleus. Ukuran DNA mitokondria pun sangatlah bervariasi tiap-tiap organismenya. Perbedaan yang besar pada DNA yang terdapat pada mitokondria dan DNA yang terdapat pada organel lain membuat DNA mitokondria menjadi salah satu tersangka utama yang dapat menyebabkan mutasi di dalam sel. Faktor-faktor yang dapat mendukung pernyataan tersebut adalah kenyataan bahwa mtDNA pada mitokondria tidak memiliki mekanisme reparasiyang efisien, oleh dari itu apabila mtDNA mitokondria mengalami kerusakan yang mengacu pada mutasi maka mtDNA akan sangat sulit untuk melakukan pencegahan maupun penyembuhan diri. DNA pada mitokondria juga tidak mempunyai protein histon yang dapat berfunsi untuk menjaga integritas fungsi dan struktur kromatin. Tidak seperti DNA pada inti sel yang memiliki protein histon yang menjadi salah satu yang menjadikannya bentuk DNA inti berpilin-pilin.

Pada sel eukariotik, dinding sel hanya berupa kitin, selulosa dan lignin. Sedangkan dinding sel pada fungi dan plantae (eukariotik) lebih tipis dibandingkan dengan dinding sel milik sel prokariotik. Sebagian besar dari anggota sel eukariotik berukuran mikroskopis sehingga dinding sel lebih cenderung digunakan untuk memberi bentuk pada sel, seperti bentuk pada animalia, plantae, maupun fungi. Sedangkan pada sel prokariotik yang hanya berupa bakteri yang cenderung tidak berbentuk, maka dinding sel dapat digunakan sebagai alat perlindungan diri, lalu bagaimana dengan lisosom? Bukankan lisosom bertugas untuk mempertahankan diri dari ancaman? Iya memang benar bahwa adanya lisosom di sel eukariotik adalah untuk melakukan pertahanan terhadang ancaman (benda asing yang masuk) namun bila hanya lisosom saja yang bertugas untuk menjaga keamanan sel tentunya lisosom tidak akan kuat sama seperti anti body manusia yang ada kalanya kalah dengan virus yang dating dari luar. Lalu bagaimana dengan sel prokariotik, bukannya dia tidak punya lisosom? Iya dia tidak mempunyai lisosom, namun dinding sel yang tersusun atas lipid sudah membuatnya cukup kuat untuk bertahan dari benda asing/mutagen.

Jadi kesimpulan yang dapat kita ambil adalah, sel eukariotik lebih mudah untuk bermutasi daripada sel prokariotik yang dikarenakan oleh, perbedaan unsur penyusun dinding sel dan hubungannya dengan mutagen/ancaman yang dapat masuk dari luar, banyak dan letak materi genetic/DNA yang terdapat pada nucleoid untuk sel prokariotik dan yang berada di inti sel, mitokondria, dan kloroplas untuk sel eukariotik yang juga berhubungan dengan letak proses replikasi dan peluang akan kegagalannya. Demikian penjelasan saya mengenai hubungan antara sel prokariotik, sel prokariotik, dan mutasi. Semoga dapat bermanfaat bagi pembaca, mohon maaf bila ada kesalahan kata. Demikian, terima kasih.

Sumber :

Irnaningtyas. 2013. Biologi untuk SMA/MA Kelas XI Kelompok Peminatan Matematika dan Ilmu Alam. Jakarta. Penerbit Erlangga.

https://en.wikipedia.org/wiki/Prokaryote

https://simple.wikipedia.org/wiki/Eukaryote

https://en.wikipedia.org/wiki/Mutation

https://id.wikipedia.org/wiki/DNA_mitokondria