Isi
Sel adalah unit dasar kehidupan, dan dengan demikian merupakan elemen terkecil terkecil dari makhluk hidup yang mempertahankan semua sifat kunci yang terkait dengan makhluk hidup, termasuk metabolisme, kemampuan untuk bereproduksi dan cara menjaga keseimbangan kimia. Sel juga prokariotik, istilah yang mengacu pada bakteri dan sekumpulan organisme bersel tunggal, atau eukariotik, yang mengacu pada tumbuhan, jamur dan hewan.
Sel-sel bakteri dan prokariotik lainnya jauh lebih sederhana dalam hampir setiap cara daripada rekan-rekan eukariotik mereka. Semua sel minimal termasuk membran plasma, sitoplasma, dan materi genetik dalam bentuk DNA. Sementara sel-sel eukariotik menonjolkan beragam elemen di luar hal-hal yang esensial ini, ketiga hal ini menyumbang hampir keseluruhan sel bakteri. Namun, sel bakteri termasuk beberapa fitur yang tidak dimiliki sel eukariotik, terutama dinding sel.
Dasar Sel
Organisme eukariotik tunggal dapat memiliki triliunan sel, meskipun ragi uniseluler; sel bakteri, di sisi lain, hanya memiliki satu sel. Sedangkan sel-sel eukariotik meliputi berbagai organel yang terikat pada membran, seperti nukleus, mitokondria (pada hewan), kloroplas (tanaman menjawab mitokondria), badan Golgi, retikulum endoplasma dan lisosom, sel bakteri tidak memiliki organel. Baik eukariota dan prokariota termasuk ribosom, struktur kecil yang bertanggung jawab untuk sintesis protein, tetapi ini biasanya lebih mudah divisualisasikan dalam eukariota karena begitu banyak dari mereka mengelompok di sepanjang retikulum endoplasma linear, seperti pita.
Mudah untuk menganggap sel-sel bakteri, dan bakteri itu sendiri, sebagai "primitif," karena usia evolusinya yang lebih besar (sekitar 3,5 miliar tahun, vs sekitar 1,5 miliar untuk prokariota) dan kesederhanaannya. Namun, ini menyesatkan karena sejumlah alasan. Salah satunya adalah, dari sudut pandang semata-mata tentang kelangsungan hidup spesies, lebih kompleks tidak selalu berarti lebih kuat; kemungkinan besar, bakteri sebagai suatu kelompok akan hidup lebih lama dari manusia dan organisme "lebih tinggi" begitu kondisi di Bumi berubah secara memadai. Alasan kedua adalah bahwa sel-sel bakteri, meskipun sederhana, telah mengembangkan berbagai mekanisme ketahanan hidup yang tidak dimiliki eukariota.
Primer Sel Bakteri
Sel-sel bakteri datang dalam tiga bentuk dasar: seperti batang (basil), bulat (cocci), dan berbentuk spiral (spirilli). Karakteristik sel bakteri morfologis ini dapat berguna dalam mendiagnosis penyakit menular yang disebabkan oleh bakteri yang dikenal. Misalnya, "radang tenggorokan" disebabkan oleh spesies Streptokokus, yang, seperti namanya, bulat, sebagaimana adanya Stafilokokus. Antraks disebabkan oleh basil besar, dan penyakit Lyme disebabkan oleh spirochete, yang berbentuk spiral. Selain berbagai bentuk sel individu, sel bakteri cenderung ditemukan dalam kelompok, struktur yang bervariasi tergantung pada spesies yang dimaksud. Beberapa batang dan kokus tumbuh dalam rantai panjang, sementara kokus lainnya ditemukan dalam kelompok yang agak mengingatkan pada bentuk sel-sel individual.
Sebagian besar sel bakteri dapat, tidak seperti virus, hidup secara independen dari organisme lain, dan tidak bergantung pada makhluk hidup lain untuk kebutuhan metabolisme atau reproduksi. Namun, ada pengecualian; beberapa spesies Rickettsiae dan Chlamydiae secara intraseluler wajib, artinya mereka tidak memiliki pilihan selain menghuni sel-sel makhluk hidup untuk bertahan hidup.
Kekurangan sel bakteri dari nukleus adalah alasan mengapa sel prokariotik pada awalnya dibedakan dari sel eukariotik, karena perbedaan ini terbukti bahkan di bawah mikroskop dengan daya pembesaran yang relatif rendah. DNA bakteri, meskipun tidak dikelilingi oleh membran nuklir seperti eukariota, namun cenderung berkerumun rapat, dan pembentukan kasar yang dihasilkan disebut nukleoid. Secara keseluruhan jumlah sel bakteri jauh lebih sedikit daripada sel eukariotik; jika diregangkan dari ujung ke ujung, satu salinan tunggal dari bahan genetik eukarirot khas, atau kromatin, akan meregang hingga sekitar 1 milimeter, sedangkan bakteri akan menjangkau sekitar 1 hingga 2 mikrometer - perbedaan 500 hingga 1.000 kali lipat. Materi genetik eukariota meliputi DNA itu sendiri dan protein yang disebut histones, sedangkan DNA prokariotik memiliki beberapa poliamina (senyawa nitrogen) dan ion magnesium yang terkait dengannya.
Dinding Sel Bakteri
Mungkin perbedaan struktural yang paling jelas antara sel bakteri dan sel lain adalah fakta bahwa bakteri memiliki dinding sel. Dinding-dinding ini terbuat dari peptidoglikan molekul, terletak tepat di luar membran sel, yang merupakan fitur semua jenis sel. Peptidoglikan terdiri dari kombinasi gula polisakarida dan komponen protein; tugas utama mereka adalah menambah perlindungan dan kekakuan pada bakteri dan menawarkan titik jangkar untuk struktur seperti pili dan flagella, yang berasal dari membran sel dan meluas melalui dinding sel ke lingkungan eksternal.
Jika Anda adalah seorang ahli mikrobiologi yang beroperasi pada abad lampau dan ingin membuat obat yang akan berbahaya bagi sel-sel bakteri sementara sebagian besar tidak berbahaya bagi sel-sel manusia, dan memiliki pengetahuan tentang struktur masing-masing dari komposisi sel organisme ini, Anda dapat melakukannya dengan merancang atau menemukan zat yang beracun bagi dinding sel sambil menyisakan komponen sel lainnya. Faktanya, inilah tepatnya cara kerja banyak antibiotik: Mereka menargetkan dan menghancurkan dinding sel bakteri, akibatnya membunuh bakteri. Penisilin, yang muncul pada awal 1940-an sebagai antibiotik kelas pertama, bertindak dengan menghambat sintesis peptidoglikan yang membentuk dinding sel dari beberapa, tetapi tidak semua, bakteri. Mereka melakukan ini dengan menonaktifkan enzim yang mengkatalisis suatu proses yang disebut cross-linking pada bakteri yang rentan. Selama bertahun-tahun, pemberian antibiotik telah dipilih untuk bakteri yang kebetulan menghasilkan zat yang disebut beta-laktamase, yang menargetkan penisilin "menyerang". Jadi "perlombaan senjata" yang berlangsung lama dan tidak pernah berakhir tetap berlaku antara antibiotik dan target kecil mereka yang menyebabkan penyakit.
Flagella, Pili dan Endospora
Beberapa bakteri memiliki struktur eksternal yang membantu bakteri dalam navigasi mereka di dunia fisik. Sebagai contoh, flagel (Singular: flagellum) adalah pelengkap seperti cambuk yang menyediakan sarana penggerak untuk bakteri yang memilikinya, mirip dengan kecebong. Kadang-kadang mereka ditemukan di salah satu ujung sel bakteri; beberapa bakteri memilikinya di kedua ujungnya. Flagella "berdenyut" seperti halnya baling-baling, memungkinkan bakteri untuk "mengejar" nutrisi, "melarikan diri" dari bahan kimia beracun atau bergerak menuju cahaya (beberapa bakteri, yang disebut cyanobacteria, bergantung pada fotosintesis untuk energi seperti tanaman lakukan dan karenanya membutuhkan paparan cahaya secara teratur).
Pili (Singular: pilus), secara struktural mirip dengan flagela, karena mereka adalah proyeksi mirip rambut yang memanjang keluar dari permukaan sel bakteri. Namun fungsinya berbeda. Alih-alih membantu dalam penggerak, pili membantu bakteri menempelkan diri ke sel lain dan permukaan berbagai komposisi, termasuk batu, usus Anda, dan bahkan enamel gigi Anda. Dengan kata lain, mereka menawarkan "kekakuan" pada bakteri dalam cara cangkang teritip khas memungkinkan organisme ini untuk menempel pada batu. Tanpa pili, banyak bakteri patogen (mis., Penyebab penyakit) tidak menular, karena mereka tidak dapat melekat pada jaringan inang. Jenis pili khusus digunakan untuk proses yang disebut konjugasi, di mana dua bakteri bertukar bagian DNA.
Bakteri tertentu yang agak jahat adalah endospora. Basil dan Clostridium spesies dapat menghasilkan spora ini, yang sangat tahan panas, dehidrasi, dan tidak aktif sel bakteri normal yang dibuat di dalam sel. Mereka mengandung genom lengkap mereka sendiri dan semua enzim metabolisme. Fitur utama endospore adalah mantel spora pelindungnya yang kompleks. Penyakit botulisme disebabkan oleh a Clostridium botulinum endospore, yang mengeluarkan zat mematikan yang disebut endotoksin.
Reproduksi Bakteri
Bakteri menghasilkan melalui proses yang disebut pembelahan biner, yang berarti membelah dua dan menciptakan sepasang sel yang masing-masing identik secara genetis dengan sel induk. Bentuk reproduksi aseksual ini sangat kontras dengan reproduksi eukariota, yang bersifat seksual karena melibatkan dua organisme induk yang memberikan jumlah materi genetik yang sama untuk menghasilkan keturunan. Sementara reproduksi seksual di permukaan mungkin tampak rumit - setelah semua, mengapa memperkenalkan langkah yang penuh energi ini jika sel hanya bisa terbelah dua? - ini merupakan jaminan mutlak keanekaragaman genetik, dan keanekaragaman jenis ini sangat penting untuk kelangsungan hidup spesies.
Pikirkan tentang hal ini: Jika setiap manusia secara genetik identik atau bahkan dekat, terutama pada tingkat enzim dan protein yang tidak dapat Anda lihat tetapi yang berfungsi fungsi metabolisme vital, maka satu jenis musuh biologis akan cukup untuk berpotensi memusnahkan semua umat manusia . Anda sudah tahu bahwa manusia berbeda dalam kerentanan genetik mereka terhadap hal-hal tertentu, dari yang utama (beberapa orang dapat mati karena paparan alergen yang kecil, termasuk kacang dan racun lebah) hingga yang relatif sepele (beberapa orang tidak dapat mencerna gula laktase, membuat mereka tidak dapat mengkonsumsi produk susu tanpa gangguan serius pada sistem pencernaan mereka). Spesies yang menikmati banyak keragaman genetik sebagian besar dilindungi dari kepunahan, karena keanekaragaman ini menawarkan bahan mentah yang dapat digunakan untuk bertindak melalui seleksi alam. Jika 10 persen dari populasi suatu spesies kebetulan kebal terhadap virus tertentu yang belum dialami oleh spesies tersebut, ini adalah kekhasan belaka. Jika, di sisi lain, virus memanifestasikan dirinya dalam populasi ini, mungkin tidak lama sebelum kejadian ini 10 persen mewakili 100 persen organisme yang masih hidup dalam spesies ini.
Akibatnya, bakteri telah mengembangkan sejumlah metode untuk memastikan keragaman genetik. Ini termasuk transformasi, konjugasi dan transduksi. Tidak semua sel bakteri dapat menggunakan semua proses ini, tetapi di antara mereka, mereka memungkinkan semua spesies bakteri untuk bertahan hidup pada tingkat yang jauh lebih besar daripada yang seharusnya.
Transformasi adalah proses mengambil DNA dari lingkungan, dan dibagi menjadi bentuk alami dan buatan. Dalam transformasi alami, DNA dari bakteri mati diinternalisasi melalui membran sel, gaya pemulung, dan dimasukkan ke dalam DNA bakteri yang masih hidup. Dalam transformasi buatan, para ilmuwan sengaja memasukkan DNA ke dalam bakteri inang, seringkali E. coli (karena spesies ini memiliki genom kecil dan sederhana yang mudah dimanipulasi) untuk mempelajari organisme ini atau membuat produk bakteri yang diinginkan. Seringkali, DNA yang diperkenalkan berasal dari a plasmid, cincin DNA bakteri yang terjadi secara alami.
Konjugasi adalah proses di mana satu bakteri menggunakan pilus atau pili untuk "menyuntikkan" DNA ke bakteri kedua melalui kontak langsung. DNA yang ditransmisikan dapat, seperti dengan transformasi buatan, menjadi plasmid atau mungkin merupakan fragmen yang berbeda. DNA yang baru diperkenalkan mungkin termasuk gen vital yang mengkode protein yang memungkinkan resistensi antibiotik.
Akhirnya, transduksi bergantung pada keberadaan virus penyerang yang disebut bakteriofag. Virus bergantung pada sel-sel hidup untuk mereplikasi karena, meskipun mereka memiliki bahan genetik, mereka tidak memiliki mesin untuk membuat salinannya. Bakteriofag ini menempatkan bahan genetik mereka sendiri ke dalam DNA bakteri yang mereka serang dan mengarahkan bakteri untuk membuat lebih banyak fag, genom yang kemudian mengandung campuran DNA bakteri asli dan DNA bakteriofag. Ketika bakteriofag baru ini meninggalkan sel, mereka dapat menyerang bakteri lain dan mentransmisikan DNA yang diperoleh dari inang sebelumnya ke dalam sel bakteri baru.