STRUKTUR DAN FUNGSI INTI SEL (NUKLEUS)

Oleh Trisna Amelia, S.Pd., M.Pd

STRUKTUR DAN FUNGSI INTI SEL (NUKLEUS)

 

Perhatikan gambar berikut!

Hasil gambar untuk sel bawang merah

Penampang selaput bawang merah di bawah mikroskop memperlihatkan nukleus (bagian yang berwarna lebih gelap)

 

Saat  mengamati sel bawang merah yang merupakan sel hidup, akan terlihat adanya bagian yang terletak di tengah sel dan relative lebih gelap dibandingkan bagian sekitarnya. Bagian seperti ini tidak akan tampak saat yang kita amati adalah sel mati seperti sel gabus, atau sel hidup seperti sel darah merah manusia. Organel inilah yang merupakan inti sel (nucleus).

Robert Brown merupakan tokoh yang pertama kali mengamati nucleus pada tahun 1931. Selanjutnya penelitian-penelitian lain banyak dilakukan untuk meneliti nucleus. Nukleus dijumpai pada hamper semua sel eukaryotic. Dikatakan demikian karena ternyata pada eritrosit manusia dan sel-sel pembuluh tapis tumbuhan nucleus tidak ditemukan.

Nukleus umum terdapat pada sel eukariot dan merupakan tempat mayoritas material genetik sel (DNA-yang juga dapat ditemukan di mitokondria dan kioroplast). Nukleus mengandung komponen dan enzim yang diperlukan menjaga dan  mentranskrip material genetik  secara selektif  (misal membuat rnRNA)  dan  menggandakan  DNA.  Nukleus  juga  bertanggung  jawab  untuk sintesis dan penggabungan komponen yang diperlukan untuk mentranslasi material genetik (ribosom, tRNA) meskipun translasi dilakukan di sitoplasma.

Ciri-ciri umum nucleus

  1. Posisi  nucleus di dalam sel dipengaruhi oleh aktivitas sel

Umumnya nucleus dapat diamati di bagian tengah sel, namun ada pula yang letaknya di tepi sel, misalnya pada adiposity dan pada sel otot rangka. Ada yang pada awalnya (pada tingkat embrio) nucleus berada di tengah sel, tetapi setelah diferensiasi nucleus berada di tepi.

  1. Nukleus tidak dapat bergerak bebas

Nucleus di dalam sel terperangkap di dalam jaring-jaring yang terbuat dari filament intermedia dan mikrofilamen.

  1. Nucleus bisa terdapat dalam jumlah tunggal pada sel, namun ada pula sel yang memiliki lebih dari satu nucleus.

Sel dengan nucleus tunggal (mononucleated cell) ditemukan pada sel hewan dan tumbuhan, pada Paramecium terdapat dua nucleus (dinuclei cell) yaitu makro dan mikro nucleus. Sementara pada sel otot rangka ataupun sel ganggang Vaucheria ditemukan lebih dari dua nucleus (polynucleated cell).

  1. Bentuk nucleus biasanya ekivalen dengan bentuk sel

Jika sel berbentuk bulat atau kubus, maka bentuk nucleus juga akan bulat atau kubus. Jika sel berbentuk silindris atau prisma maka nucleusnya akan berbentuk lonjong. Jika selnya berbentuk pipih, maka nukleusnya akan berbentuk diskoidal (lempeng). Namun, ada pula sel dengan nucleus tidak beraturan bentuknya, yaitu pada leukosit dan infusoria.

  1. Ukuran nucleus bergantung pada volume sel, jumlah DNA dan protein, serta perkembangan metabolism sel.

Hasil gambar untuk nucleus

Perhatikan posisi nucleus terhadap Retikulum endoplasma! Apa yang dapat Anda simpulkan dari gambar di atas?

Nukleus terdiri dari:

  1. Kompleks selaput inti-membran dalam dan luar yang mengelilingi stuktur internal yang amorfus (tidak berbentuk) à membrane nukleus
  2. Struktur internal yang terdiri dari:
  1. kromatin: kompleks DNA dan protein

 

 

  1. lamina inti: network protein fibrillar di bawah selaput
  2. nukleolus:  struktur  amorfus  dan  kompak  di mana  gabungan  ribosom menempati nukleoplasma.

Fungsi Nukleus:

    1. menyimpan gen pada kromosom
    2. mengatur gen dalam kromosom dalam proses pembelahan sel
    3. mentransport faktor regulasi dan produk gen melewati pori inti
    4. menghasilkan pesan (mRNA) yang mengkode protein
    5. mengatur replikasi DNA

 

  1. Membran Nukleus (Nuclear envelope)

Membran nukleus terdiri dari membran dalam dan membran luar, di antaranya terdapat ruang perinukleus.  Membran luar berkesinambungan dengan retikulum endoplasma. Pada daerah tertentu, membran dalam dan membran luar melebur membentuk suatu saluran melintasi membran inti. Pori-pori ini bersama dengan komponen lain berasosiasi di sekitar pori, yang kemudian disebut kompleks pori.

Fungsi:

  1. memisahkan materi genetik dari sitoplasma
  2. mengatur masuk dan keluarnya molekul besar dan kompleks

 

B. Kompleks Pori Inti

Jumlah pori pada nukleus bervariasi, dengan kisaran 100 hingga 5 x 107. Variasi jumlah pori nukleus sesuai dengan tipe dan keadaan fisiologis sel. Kerapatan pori juga berkaitan dengan aktivitas pengangkutan RNA dari nukleus. Kerapatan pori yang rendah pada nukleus jika sel sedang dalam fase daur sel yang relatif tidak aktif dan rendah tingkat metabolismenya.

 

Fungsi:

  1. transport pasif: ion, metabolit, protein globulat (termasuk histone)
  2. transport aktif  molekul besar ke dalam inti.
  3. Pengiriman molekul ke luar inti

Hasil gambar untuk nucleus

 

Komponen kompleks pori adalah:

  1. Anulus; struktur silinder yang mengelilingi bagian dalam pori
  2. Granula pusat
  3. Serabut-serabut
  4. Bahan amorf yang membentuk diafragma

Dari permukaan membran luar, terpancar filamen-filamen dengan ketebalan 10 nm, filamen-filamen tersebut berikatan dengan protein perifer permukaan sitoplasma membran luar. Ujung lainnya berikatan dengan membran organel, sebagian lagi berikatan dengan membran plasma.

Hasil gambar untuk skema nukleus

Misalnya, kerapatan pori mendekati 3 pori/µms ditemukan pada sel darah merah dan limfosit. Sel-sel tersebut sangat terdiferensiasi namun metabolismenya tidak aktif dan sel-sel ini juga tidak berproliferasi.

Contoh lain, sel-sel hati, ginjal, dan otak merupakan sel-sel yang terdiferensiasi dan sangat aktif, memiliki kerapatan pori 15-20 pori/µms. s

Umumnya, pori berdiameter 80 nm, namun bisa berada dalam kisaran 40-100 nm. Diameter pori pada sel dalam jaringan atau tipe sel yang sama adalah tetap.

 

  1. Lamina Inti

Terdiri dari jaringan yang teratur dari filamen (protein) berdiameter 10 nm yang melekat pada bagian dalam membran. Berfungsi sebagai tempat perlekatan kromatin, memperkuat selaput inti, melarutkannya selama mitosisdan meiosis.

 

Permukaan dalam membran juga sering dilapisi dengan anyaman berupa filamen-filamen dan struktur serabut. Beberapa filamen memanjang hingga kebagian dalam nukleus dan mengikat kromatin. Anyaman ini terdiri dari filamen intermedia yang tersusun dari 3 protein; protein lamina A, lamina B, dan lamina C. Filamen ini kemudian disebut dengan lamina nukleus. Lamina nukleus berikatan dengan protein integral ataupun perifer dari membran dalam ataupun berikatan dengan bahan kromatin.

Gambar lamina nukleus

Pada waktu sel melakukan proses pembelahan (profase akhir), lamina nukleus terurai menjadi lamina A-fosfat, lamina C-fosfat, dan lamina B yang tetap terikat pada membran dalam. Ketika pembelahan sel berakhir, lamina nukleus terikat kembali.

Dengan adanya struktur seperti ini, dapat dipahami bahwa nukleus bukanlah struktur yang mengapung bebas di dalam sel, namun ditahan pada posisinya oleh filamen-filamen yang memanjang dari permukaan ke seluruh bagian dalam sel.

Ruang perinukleus memiliki lebar 10-70 nm, umumnya kira-kira 20 nm. Ruang ini  mengandung cairan, serabut, deposit kristal, tetes lipid dan bahan-bahan padat elektron.

 

  1. Nukleolus

Nukleolus merupakan struktur yang berada di dalam nukleus, berbentuk agak bulat, dinyatakan sebagai organel tanpa membran, ukurannya bervariasi dan dapat berubah-ubah seiring perubahan fisiologis sel. Pada sel yang tidak aktif, ukuran nukleolus sangat kecil, sementara pada sel yang sedang aktif dalam sintesis protein, ukurannya bisa mencapai 25% dari keseluruhan volume nukleus.

Hasil gambar untuk nucleus micrograph

Gambar Nukleolus

Nukleolus berada pada daerah pengorganisasian nukleolus (nucleolus organizer regions/ NORs). Jumlah nukleolus tergantung pada jumlah kromosom yang mengandung NORs. Pada daerah inilah gen-gen rRNA disalin dengan cepat oleh enzim RNA polimerase.

Terdapat 3 daerah nukleolus, yaitu:

  1. Pusat yang terdiri dari fibrila yang mempunyai daya serap terhadap warna sangat lemah yang mengandung DNA yang belum disalin
  2. Kelompok padat yang terdiri dari fibrila yang mengandung molekul-molekul RNA yang sudah disalin
  3. Kelompok bahan yang berbentuk granula, yang mengandung butir ribosom.

Fungsi nukleolus adalah tempat pembentukan dan akumulasi prekursor ribosom (rRNA dan protein ribosom)sebelum dibawa ke sitosol. Untuk menjalankan fungsi ini, pada nukleolus terjadi beberapa hal berikut.

  1. Tranksripsi gen-gen yang mengkode RNA ribosom

DNA yang membentuk NORs (rDNA) mengandung gen-gen yang mengkode rRNA. Proses transkripsi rDNA menjadi rRNA dibantuk oleh enzim RNA polimerase I. Hasil transkripsi adalah pre rRNA 45 S.

  1. Pengolahan pre rRNA

Pre rRNA ukurannya direduksi menjadi tiga unit yang lebih kecil; rRNA 18 S, rRNA 5,8 S, dan rRNA 28 S.

  1. Perakitan subunit-subunit Pre ribosom

Ribosom yang matang terdiri dari 2 subunit dan 4 tipe rRNA, namun tidak dirakit di dalam inti namun di sitoplasma pada saat translasi.

Bentuk nukleolus berubah selama siklus sel. Pada tahap interfase, nukleosom terlihat sangat jelas dengan bentuk tidak teratur. Pada profase, nukleolus tidak terlihat, pada metafase kromosom sangat terkondensasi dan nukleolus tidak terlihat. Pada telofase, kembali nukleolus terlihat.

  1. Nukleoplasma

Seperti halnya sel memiliki sitoplasma, nucleus juga memiliki substansi seperti sitoplasma. Karena letaknya di dalam nucleus, maka disebut nukleoplasma. Nukleoplasma merupakan substansi transparan dan semisolid. Di dalamnya terdapat kromatin dan nucleolus. Komposisinya tersusun atas asam nukleat (DNA dan RNA) yang merupakan materi genetic, protein, dan garam-garam mineral.

 

  1. Kromatin

Pada sel eukariotik, materi genetic dikemas dalam genom-genom. Di sebagian besar genom tersaji dalam kesatuan-kesatuan kromatin. Bentuk padat dari kromatin merupakan kromosom. Ukuran dan bentuk kromosom berubah-ubah. Kromosom memiliki sepasang lengan, masing-masing berada sebelah menyebelah yang dipisahkan oleh satu lekukan. Pada stadium metaphase, kromosom mengalami replikasi sehingga setiap kromosom tersusun dari dua kromatida. Dua kromatida tersebut diikat oleh mikrotubula kinetokor pada daerah sentromer, membentuk suatu lekukan sehingga tampak memiliki dua lengan.

Sentromer berperan sebagai pusat pergerakan kromosom selama stadium anaphase. Bentuk kromosom seperti sudah diterangkan hanya tampak pada saat mitosis. Saat interfase bentuk kromosom tersebut akan hilang. Benarkan menghilang, ternyata tidak. Kromosom pada saat interfase, berubah menjadi filament-filamen halus. Filament tersebut adalah kromatin.

Kromatin dibedakan atas dasar daya serapnya terhadap zat warna. Kromatin dengan daya serap warna kuat, dinamakan heterokromatin. Sebaliknya, kromatin dengan daya serap warna lemah dinamakan eukromatin.

 

Heterokromatin

Merupakan bentuk rapat (condensed) dan kromatin sehingga  terlihat seperti  noda  yang  rapat.  Kadang  terdapat  pada  permukaan  membran  inti, hanya saja keberadaan pada permukaan membran ini akan segera dihilangkan untuk memfasilitasi transport molekul. Heterokromatin banyak terlihat pada sel yang sedang istirahat seperti limfosit atau sel memori yang menanti adanya antigen asing. Heterokromatin adalah inaktif dalam transkripsi.

Eukromatin

Eukromatin berbentuk halus dan banyak terdapat dalam keadaan aktif, sel yang aktif melakukan transkripsi. Keberadaan eukromatin adalah signifikan karena DNA harus dalam keadaan uncoil untuk dapat dibaca kode genetiknya.

 

Kromatin terdiri dari DNA, RNA, dan protein. Protein pada kromatin dibedakan atas protein histon dan nonhiston.

  • Histon merupakan protein yang sangat basa, susunannya sederhana (terdiri atas arginine dan lisin) dalam  jumlah cukup besar (sekitar 24% mol)
  • Non histon merupakan protein yang bersifat asam, merupakan 50% penyusun protein structural. Protein non histon ada yang memiliki peran sebagai enzim (RNA polymerase, asetil transferase, ligase, dll), serta sebagai protein kontraktil (aktin).

Jika diamati dengan mikroskop electron, kromatin tampak seperti untaian  manik-manik yang dihubungkan oleh filament. Manik tersebut berdiameter 10 nm, dan filament penghubungnya berdiameter 2 nm. Manik-manik tersebut disebut nukleosom

Nukleosom tersusun dari oktamer histon (4 pasang) yang disebut molekul pusat, dan dililit oleh DNA setebal 2 nm. DNA mengelilingi histon dalam 2 lilitan, setiap lilitan mengandung 83 pasang basa. Jadi jumlah keseluruhan adalah 166 pasang basa dan 1 oktamer histon.

Oktamer histon terdiri dari 4 pasang, yaitu: H2A, H2B, H3, dan H4. H1 tidak berada di pusat melainkan pada DNA yang terjulur di antara dua buah nukleoson, sehingga H1 berfungsi sebagai pengunci. Jika H1 dihilangkan, maka pilinan DNA akan cenderung lepas.

Kesatuan molekul pusat, DNA perentang, dan Histon H1 disebut mononukleosom.

Gambar terkait

Gambar Mononukleosom

 

Nukleosom untaian lurus membentuk solenoid. Kumpulan dari solenoid membentuk kromatin dengan garis tengah 10 nm, sedangkan pilinan untaian lurus membentuk kromatin dengan garis tengah 30 nm. Setiap putaran pilinan terdiri dari sekitar 6 nukleosom. Kumpulan dari putaran pilin membentuk solenoid. Pembentukan solenoid dipengaruhi oleh histon H1, solenoid satu dengan yang lain dihubungkan oleh DNA tanpa nukleosom.    

Gambar terkait

Gambar terkait

Gambar Solenoid

 

Kromosom

Sebelum pembelahan sel (setelah sintesis DNA), kromatin mengalami kondensasi membentuk individu  kromosom metafase. Kromosom ini tampak sebagai dua kromatid.