Penelitian biologi sel mencakup keragaman organisme bersel tunggal (Contoh: bakteri dan protozoa) dan keragaman sel organisme multiseluler (Contoh: manusia dan tumbuhan). Pengetahuan tentang komponen sel dan cara kerja sel merupakan dasar bagi ilmu biologi. Mengetahui persamaan dan perbedaan antara jenis sel sangat penting dalam bidang sel dan biologi molekuler serta bidang biomedis seperti penelitian kanker dan biologi perkembangan. Penelitian dalam bidang biologi sel berkaitan erat dengan genetika, biokimia, biologi molekuler, imunologi, dan biologi perkembangan.
1. Pergerakan Protein di Dalam Sel
Setiap jenis protein biasanya dikirim ke bagian tertentu dari sel. Bagian penting dari biologi sel adalah penelitian mekanisme molekul memindahkan protein ke tempat yang berbeda di dalam sel atau dikeluarkan dari sel. Sebagian protein disintesis oleh ribosom di retikulum endoplasma kasar (RE kasar). Ribosom mengandung RNA yang berfungsi merakit dan menggabungkan asam amino untuk membuat protein. Ribosom dapat ditemukan melayang di sitoplasma dan menempel di RE kasar. Proses penggabungan asam amino tersebut disebut sintesis protein. Biosintesis (disebut juga biogenesis) adalah proses katalis enzim dalam sel organisme dimana substrat diubah menjadi produk yang lebih kompleks (dikenal sebagai translasi protein).
Beberapa protein, seperti protein membran, diangkut ke RE kasar selama sintesis. Proses ini dilanjutkan dengan transportasi dan pengolahan di badan golgi (aparatus golgi). Badan golgi adalah organel besar yang memprotein protein dan mempersiapkan protein tersebut untuk digunakan baik di dalam dan di luar sel. Sekilas fungsinya mirip seperti kantor pos yaitu menerima item (protein dari RE), mempaketkannya, memberi label, dan kemudian mengirimkannya ke tujuannya (ke berbagai bagian sel atau ke membran sel untuk transportasi ke luar sel).
Beberapa protein yang dibuat di dalam sitoplasma memiliki fitur struktural yang membuat mereka dapat melakukan transportasi ke mitokondria atau inti sel. Beberapa protein mitokondria yang dibuat di dalam mitokondria dikodekan oleh DNA mitokondria. Dalam tumbuhan, kloroplas juga mensintesis protein. Protein pada bagian permukaan sel dan di dalam sel dapat mengalami degradasi dan dimasukkan ke dalam vesikel yang telah terendositosit, beberapa diantaranya menyatu dengan lisosom kemudian protein dipecah menjadi beberapa asam amino. Degradasi protein membran dilakukan oleh enzim sekretase, sedangkan degradasi protein di dalam sitoplasma dilakukan oleh proteasom.
2. Proses Seluler Lainnya
Selain pergerakan protein, ada beberapa proses seluler lainnya yaitu:
1. Transpor aktif dan transpor pasif, adalah gerakan molekul ke dalam dan keluar dari sel.
2. Autofagi adalah proses dimana sel “memakan” komponen internalnya sendiri atau mikroba yang akan menyerangnya.
3. Adesi adalah ikatan antara sel dan jaringan.
4. Divisi adalah cara sel mereproduksi baik itu mitosis (menghasilkan dari sel induk) atau meiosis (menghasilkan gamet haploid).
5. Beberapa pergerakan sel seperti kemotaksis, kontraksi, silia, dan flagela.
6. Sinyal sel adalah yang mengatur perilaku sel dengan pengaruh sinyal dari luar.
7. Perbaikan DNA yaitu berupa kematian sel dan penuaan sel.
8. Beberapa jenis metabolisme seperti glikolisis, respirasi, fotosintesis, dankemosintesis.
9. Ekspresi gen seperti transkripsi dan penggabungan mRNA.
3. Struktur Sel
Selengkapnya: Struktur Sel (Artikel Lengkap)
1. Kloroplas adalah tempat terjadinya fotosintesis yang hanya ditemukan di sel tumbuhan.
2. Dinding sel adalah lapisan tambahan perlindungan sel yang hanya ditemukan di sel tumbuhan.
3. Membran sel adalah bagian dari sel yang memisahkan sel dari lingkungan luar dan juga berfungsi untuk melindungi sel serta mengatur apapun yang hendak masuk dan keluar dari sel.
4. Silia adalah struktur motil (alat gerak) dari sel eukariota yang memiliki sitoskeleton berupa aksonema.
5. Sitoplasma adalah ruang di dalam sel yang berisi cairan seperti jeli dan mengandung beberapa zat kimia. Beberapa reaksi kimia juga terjadi di dalam sitoplasma.
6. Sitoskeleton adalah filamen protein di dalam sel. Sitoskeleton merupakan “rangka” bagi sel.
7. Retikulum endoplasma adalah tempat utama terjadinya sintesis protein.
8. Flagela adalah struktur motil pada bakteri, arkea (archaebacteria), dan eukariota.
9. Badan golgi (aparatus golgi) adalah tempat terjadinya glikosilasi protein pada sistem endomembran.
10. Dua lapisan lipid (lemak) adalah bagian penting dari membran sel.
11. Lisosom adalah organel yang berfungsi memecah hasil buangan sel supaya menjadi senyawa yang lebih sederhana (hanya ditemukan pada sel hewan).
12. Membran lipid dan protein penghalang.
13. Mitokondria adalah penghasil energi utama organel dengan melepaskan ATP.
14. Organel adalah istilah yang digunakan untuk menyebut struktur subseluler berukuran besar. Organel adalah “organ” bagi sel.
15. Ribosom mengandung RNA dan protein kompleks yang diperlukan untuk melakukan sintesis protein.
16. Vesikel adalah bagian sel berupa membran terikat kecil berbentuk bola.
17. Inti sel (nukleus) mengandung kromosom yang mengandung DNA.
18. Vakuola mengandung getah sel yang hanya ditemukan di sel tumbuhan.
4. Teknik yang Digunakan untuk Mempelajari Sel
Sel dapat diamati dengan mikroskop seperti mikroskop optik, mikroskop elektron transmisi, mikroskop elektron pemindai, dan mikroskop fluoresensi. Terdapat beberapa metode yang dapat digunakan dalam studi sel:
1. Kultur sel adalah teknik dasar penumbuhan sel organisme di laboratorium.
2. Immunostaining yang juga dikenal sebagai immunohistochemistry (IHC) adalah metode histologis khusus yang digunakan untuk melokalisasi protein di dalam sel atau irisan jaringan. Tidak seperti teknik histologi biasa yang menggunakan pewarnaan untuk mengidentifikasi sel, komponen seluler, dan jenis-jenis protein, immunostaining memerlukan reaksi antibodi terhadap protein di dalam jaringan atau sel.
3. Komputasi genomik digunakan untuk menemukan pola dalam informasi genomik.
4. DNA microarray digunakan untuk mengidentifikasi perubahan kadar transkrip antara kondisi eksperimental yang berbeda.
5. Hibridisasi in situ digunakan untuk menunjukkan sel mana yang mengekspresikan transkrip RNA tertentu.
6. PCR dapat digunakan untuk menentukan berapa banyak salinan gen yang ada di dalam sel.
7. Transfeksi digunakan untuk memperkenalkan gen baru ke dalam sel. Proses pemurnian sel atau komponennya dapat dilakukan dengan menggunakan metoda berikut:
1. Fraksinasi sel adalah pelepasan organel seluler dan pemisahan organel yang berbeda dengan sentrifugasi.
2. Sitometri arus
3. Imunopresipitasi: protein diekstrak dari membran sel dengan deterjen dan garam atau bahan kimia lain.
5. Daftar Ahli Biologi Sel Terkenal
1. Jean Baptiste Carnoy
2. Peter Agre
3. Günter Blobel
4. Robert Brown
5. Geoffrey M. Cooper
6. Christian de Duve
7. Robert Hooke
8. H. Robert Horvitz
9. Marc Kirschner
10. Anton van Leeuwenhoek
11. Ira Mellman
12. Peter D. Mitchell
13. Rudolf Virchow
14. Paul Nurse
15. George Palade
16. Keith R. Porter
17. Jan Evangelista Purkyně
18. Ray Rappaport
19. Michael Swann
20. Roger Tsien
21. Edmund Beecher Wilson
22. Kenneth R. Miller
23. Matthias Jakob Schleiden
24. Theodor Schwann
