Semua makhluk hidup tersusun atas sel. Dari hewan, tumbuhan, jamur, dan manusia semua tersusun atas kumpulan sel. Bagaimana makhluk sekompleks kita dapat tersusun atas sel? Pertama, sel-sel yang memiliki fungsi dan tujuan yang sama membentuk akan jaringan. Kumpulan jaringan membentuk organ, dan organ-organ bekerja sama membentuk suatu sistem organ. Akhirnya, sistem organ membentuk suatu kesatuan individu.
Bagaimana dengan sejarah penemuan sel? Apakah manusia langsung mengetahui bahwa sel lah yang menyusun mereka? Jawabannya tentu saja tidak. Sel pertama kali teramati oleh seorang ilmuwan dari Inggris bernama Robert Hooke pada tahun 1665. Hooke mengamati sel gabus dari dinding sel tumbuhan yang sudah mati dengan mikroskop. Ia hanya dapat melihat ruang-ruang kecil kosong yang bersekat-sekat. Kemudian, ia menamakan ruang kecil tersebut sel, dalam bahasa Latin cellulayang berarti kamar kecil. Pada tahun 1674, seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda, Antonie van Leeuwenhoek berhasil mengamati sel hidup yaitu sel alga Spirogyra dan bakteri menggunakan mikroskop. Dua ratus tahun kemudian, pada tahun 1840, Johannes Purkinje mengenalkan istilah protoplasma yang ditemukan 5 tahun sebelumnya oleh Felix Dujardin. Protoplasma adalah cairan yang merupakan salah satu bagian terpenting dalam sel hidup dan selalu ada di dalam sel hidup. Protoplasma sekarang lebih dikenal dengan istilah sitoplasma. Selain protoplasma, ditemukan juga salah satu bagian sel yang terpenting yaitu nukleus atau inti sel. Inti sel ditemukan oleh Robert Brown ketika ia mengamati sel tanaman anggrek. Ia berpendapat bahwa nukleus sangat penting bagi sel karena nukleus lah yang mengatur segala aktivitas sel. Penemuan tentang sel dilanjutkan oleh seorang ahli anatomi tumbuhan dari Jerman, Matthias Jakob Schleiden yang melakukan pengamatan tumbuhan secara mikroskopis. Ia menemukan bahwa tumbuhan tersusun atas sel. Kemudian, pada waktu yang hampir bersamaan, Theodore Schwann, ahli anatomi hewan dari Jerman berhasil menemukan bahwa hewan juga tersusun atas sel. Pada tahun 1858, ahli biologi Jerman, Rudolf Ludwig Karl Virchow berpendapat bahwa semua sel berasal dari sel sebelumnya atau dalam bahasa Latin omnis cellula e cellula.
Dari hasil penemuan-penemuan itu, para ilmuwan akhirnya berkesimpulan bahwa makhluk hidup tersusun atas sel, sel adalah unit struktural terkecil makhluk hidup karena memiliki ukuran kecil, bentuk sederhana, dan menjadi komponen dasar penyusun makhluk hidup, sel adalah unit fungsional karena sel melakukan fungsi kehidupan, seperti reproduksi, pertumbuhan dan perkembangan, homeostasis, dan adaptasi, semua sel berasal dari sel sebelumnya yang menunjukkan bahwa sel adalah unit hereditas yang  mewariskan sifat dari generasi satu ke generasi berikutnya. Semua itu adalah teori sel yang konvensional. Teori sel baru yaitu teori endosymbiosis yang dicetuskan oleh Lynn Margulis, seorang ahli biologi dari Amerika Serikat, pada tahun 1970 memberi pemahaman baru kepada para ilmuwan. Berikut adalah uraian teori endosimbiosis.
Menurut Lukman (2008), di dalam sel-sel eukariotik terdapat organel-organel yang masing-masing memiliki fungsi khusus. Dua diantaranya adalah mitokondria yang berfungsi untuk pembuatan ATP dan respirasi dan kloroplas untuk fotosintesis. Mitokondria hampir selalu terdapat pada sel-sel eukariotik, sedangkan kloroplas hanya dijumpai dalam sel-sel eukariotik yang dapat melakukan fotosintesis, seperti tumbuhan dan ganggang.
Menurut Thorpe (1984) baik mitokondria maupun sel bakteri aerob sama-sama memiliki DNA dan ribosom. DNA mitokondria banyak yang berbentuk sirkuler, seperti bentuk DNA bakteri aerob tersebut. Ukuran ribosom keduanya juga hampir sama, lipatan-lipatan ke dalam dari membran dalam mitokondria atau sering disebut krista memiliki fungsi yang sama dengan lipatan-lipatan ke dalam dari membran plasma sel bakteri yang disebut mesosom, yaitu tempat berlangsungnya respirasi. Selain itu translasi yang berlangsung pada mitokondria maupun sel bakteri sama-sama dapat dihambat oleh khloramfenikol sejenis antibiotik. Mitokondria seperti halnya bakteri dapat memperbanyak diri dengan membelah diri. Karena persamaan-persamaan tersebut, muncul dugaan mengenai asal usul mitokondria di dalam sel eukariotik. Salah satu pendapat yang banyak diterima adalah teori endosimbiosis. Menurut teori ini pada mulanya mitokondria adalah sejenis prokariotik aerob yang kemudian diendositosis oleh sel eukariotik yang anaerob. Sel eukariot anaerob ini diperkirakan berkembang dari sel-sel anaerob primitif yang berhasil bertahan hidup ketika oksigen di bumi bertambah banyak. Pada akhirnya sel prokariotik aerob tersebut menjadi organel mitokondria, dan sel eukariotik yang semula anaerob menjadi aerob. Beberapa mikroorganisme yang hidup pada masa sekarang dapat menjadi bukti teori ini. Di dalam usus hewan terdapat spesies eukariotik bersel tunggal yang tidak mempunyai mitokondria dan hidup dalam kondisi kurang oksigen, jadi sangat identik dengan sel eukariotik anaerob yang primitif. Pelomyxa palustris, sejenis Amoeba walaupun tidak memiliki mitokondria tetap dapat melakukan oksidasi karena memelihara sejenis bakteri aerob di sitoplasmanya dalam suatu hubungan yang permanen.
Secara struktural dan fungsional, struktur sebagian kloroplas mirip sekali dengan Cyanobacteria. Susunan tilakoid pada kloroplas mirip sekali dengan lamella pada Cyanobacteria, DNA keduanya sama-sama berbentuk sirkuler, dan hampir tidak dapat dibedakan urutan nukleotida antara keduanya. Keduanya juga sama-sama memiliki ribosom yang ukurannya hampir sama. Selain itu baik kloroplas maupun Cyanobacteria dapat memperbanyak diri dengan membelah diri. Oleh sebab itu timbul pula dugaan bahwa kloroplas maupun Cyanobacteria memiliki atau berkembang dari nenek moyang sel yang sama. Sama seperti dengan asal usul mitokondria, asal usul kloroplas di dalam sel eukariotik juga dijelaskan dengan teori endosimbiosis. Sel eukariotik primitif heterotrof menelan sel prokariotik autotrof sehingga terjadi simbiosis mutualisme. Ternyata di antara sel-sel eukariotik yang hidup sekarang ada yang bersimbiosis permanen dengan Cyanobacteria. Bentuk persekutuan kedua organisme itu disebut Cyanophora paradoxa.
Singkatnya, teori endosimbiosis berasal dari dua kata yaitu endo yang berarti dalam dan simbiosis yang berarti hubungan antarmakhluk hidup. Endosimbiosis berawal dari sel eukariotik tidak mempunyai organel penghasil energi, kemudian sel tersebut menelan bakteri fotosintetesis dan bakteri aerob secara endositosis, kemudian bakteri tersebut bersimbiosis dengan sel eukariotik, dengan bukti membran mitokondria dan kloroplas dua lapis, ukuran dari mitokondria dan kloroplas sama dengan ukuran bakteri, mitokondria dan kloroplas mempunyai DNA sendiri dan ribosom sendiri sehingga dapat melakukan replikasi sendiri.
Dari teori endosimbiosis, telah disebutkan organel yang berperan penting dalam proses fotosintesis. Organel tersebut adalah kloroplas. Kloroplas hanya terdapat pada organisme fotosintetik. Kloroplas berfungsi untuk mengubah energi panas matahari menjadi energi kimiawi. Bentuk kloroplas seperti cakram dengan ketebalan antara 2 -- 4 um dan diameter 5 -- 10 um. Menurut Wikipedia, Kloroplas terdiri atas dua bagian besar, yaitu bagian amplop dan bagian dalam. Bagian amplop kloroplas terdiri dari membran luar yang bersifat sangat permeabel untuk melewatkan molekul-molekul kurang dari 10 kilodalton tanpa selektivitas dan menutupi ruang intermembran antara membran dalam dan bagian luar kloroplas, membran dalam yang bersifat permeabel serta sebagai tempat protein transpor melekat dan memilih molekul yang keluar masuk dengan transpor aktif, dan ruang antar membran yang terletak di antara membran luar dan membran dalam dengan ketebalan sekitar 10 nm. Bagian dalam kloroplas mengandung DNA sirkuler, RNA, dan ribosom.
Selain itu, bagian dalam kloroplas juga terdapat stroma yaitu cairan dalam kloroplas yang berfungsi untuk menyimpan hasil fotosintesis berupa glukosa dan tempat terjadinya reaksi gelap. Ada juga tilakoid yang merupakan struktur cakram yang terbentuk dari pelipatan membran dalam kloroplas. Membran tilakoid inilah yang menangkap energi cahaya dan mengubahnya menjadi energi kimia. Tilakoid juga merupakan tempat terjadinya reaksi terang. Struktur yang ketiga adalah grana. Grana adalah satu tumpuk tilakoid.
Menurut Winarni (2006), jalannya reaksi fotosintesis terdiri dari reaksi terang dan gelap. Reaksi terang adalah reaksi yang bergantung pada cahaya dan berlangsung di membran tilakoid. Pertama-tama, pigmen fotosintesis menyerap energi cahaya dan melepas electron yang akan masuk ke sistem transpor electron. Kemudian, molekul air pecah, ATP dan NADPH terbentuk, dan oksigen dilepaskan. Pigmen fotosintesis yang melepas elektron kembali menerima elektron. Sedangkan reaksi gelap adalah reaksi yang tidak bergantung secara langsung dengan cahaya dan terjadi di stroma. Reaksi gelap menangkap karbon dioksida untuk digabung dengan ion H+ membentuk gula.
Salah satu organel sel yang dimiliki oleh kloroplas adalah ribosom. Sebenarnya, ribosom tidak hanya dimiliki oleh kloroplas, tetapi juga bebas di dalam sitosol, melekat pada RE kasar, dan di dalam mitokondria. Ribosom berfungsi untuk menyintesis protein. Struktur ribosom terdiri dari subunit besar dan subunit kecil. Ketika tidak dalam menyintesis protein, kedua subunit akan bepisah. Keduanya akan datang bersama-sama ketika ribosom siap untuk membuat protein baru. Kedua subunit terdiri dari untaian RNA dan protein yang beragam.
