Prokariota adalah salah satu dari dua jenis sel yang membentuk organisme hidup. Sel prokariotik tidak memiliki inti dan organel lain yang ditemukan dalam sel eukariotik. Prokariota mencakup bentuk kehidupan uniseluler yang ditemukan dalam dua dari tiga domain kehidupan, Archaea dan Bacteria, sedangkan semua protista, alga, fungi, tanaman, dan hewan adalah organisme eukariotik, bersama-sama membentuk domain Eukarya.
Ada dua tipe sel yang berbeda secara arsitektural dari organisme hidup: sel prokariotik dan sel eukariotik. Perbedaan yang menentukan antara kedua tipe sel ini adalah bahwa sel prokariotik tidak memiliki struktur internal yang terbungkus membran (organel) yang ditemukan dalam sel eukariotik, seperti inti, mitokondria, kloroplas, retikulum endoplasma, dan aparatus Golgi.
Struktur Sel Prokariotik
Meskipun sel prokariotik tidak mengandung organel yang dibungkus membran, mereka memiliki organisasi dan struktur yang sangat kompleks. Seperti semua sel, prokariota dikelilingi oleh membran sitoplasma.
Membran ini terdiri dari protein dan lipid serta bersifat semipermeabel. Lapisan semipermeabel ini mengatur aliran materi masuk dan keluar dari sel.
Bagi sebagian besar prokariota, membran sel dikelilingi oleh dinding sel. Dinding sel dari hampir setiap sel bakteri mengandung peptidoglikan, struktur yang terikat silang yang terdiri dari rantai molekul gula, dengan rantai yang melekat satu sama lain melalui jembatan yang terdiri dari asam amino.
Dinding sel ini melindungi sel bakteri dari syok osmotik. Beberapa sel bakteri juga memiliki membran luar yang terhubung dengan lapisan peptidoglikan melalui lipoprotein.
Membran luar adalah lapisan lipid yang mengandung gula dan lipid dan dikenal sebagai lipopolisakarida (LPS). LPS sering disebut endotoksin karena molekul ini dapat menyebabkan demam, syok, dan kematian pada hewan.
Sel arkea mungkin memiliki dinding sel yang terdiri dari pseudo peptidoglikan, yang sangat mirip dengan lapisan peptidoglikan yang ditemukan dalam sel bakteri, atau mereka mungkin memiliki dinding sel yang terdiri dari protein, polisakarida, atau bahan kimia lainnya. Beberapa bakteri dan arkea tidak memiliki dinding sel sama sekali.
Beberapa sel prokariotik memiliki struktur eksternal yang terletak di luar dinding sel. Struktur ini termasuk kapsul, lapisan lendir, dan lapisan S. Kapsul biasanya terdiri dari polisakarida, meskipun beberapa sel memiliki kapsul yang terbuat dari protein.
Kapsul adalah lapisan pelindung yang sangat penting dalam memungkinkan bakteri penyebab penyakit menghindari serangan oleh sistem kekebalan mamalia.
Lapisan lendir terdiri dari polisakarida dan menyerupai kapsul yang kurang terorganisir. Lapisan lendir membantu bakteri melekat pada permukaan, mencegah pengeringan, dan membantu dalam menjebak nutrisi dekat dengan sel. Lapisan S adalah lapisan protein kristalin dengan fungsi yang belum diketahui.
Banyak sel prokariotik bersifat bergerak karena keberadaan flagela. Beberapa bakteri memiliki flagela yang melekat hanya di satu atau kedua ujung sel. Flagela ini dikenal sebagai flagela polar.
Bakteri lain memiliki flagela di sekitar sel secara keseluruhan, susunan yang dikenal sebagai peritrikus. Setiap flagelum adalah struktur heliks yang kaku terdiri dari molekul protein flagelin. Flagela berputar seperti baling-baling, menyebabkan bakteri bergerak dengan cara melingkar.
Beberapa prokariota menghasilkan spora, struktur khusus yang sangat tahan terhadap panas, dingin, dan pengeringan. Spora metabolik inaktif dan dapat bertahan selama periode yang panjang, mungkin selama ribuan tahun. Spora terbentuk dalam sel prokariotik ketika kondisi lingkungan menjadi tidak menguntungkan untuk kelangsungan hidup.
Setelah spora terbentuk, sel yang memproduksi spora itu pecah, melepaskan spora. Ketika spora menemukan dirinya dalam kondisi pertumbuhan yang menguntungkan, spora itu berkecambah dengan membengkak, keluar dari mantel spora, dan melanjutkan fungsi metabolik.
Reproduksi
Sel prokariotik bereproduksi dengan pembelahan biner. Siklus sel prokariota memiliki tiga bagian: elongasi, sintesis DNA, dan pembelahan sel. Selama elongasi, sel mensintesis dan mengeluarkan bahan membran sitoplasma dan dinding sel.
Prokariota biasanya memiliki satu kromosom DNA berpilin ganda, lingkar yang terhubung dengan membran sitoplasma di satu titik. Sintesis DNA, yang terjadi secara kontinu pada sel-sel yang tumbuh secara aktif, menghasilkan dua salinan lengkap kromosom, masing-masing terikat pada membran sitoplasma.
Saat bahan membran baru dimasukkan ke dalam membran sitoplasma selama elongasi, kedua kromosom tersebut terpisah satu sama lain. Selama pembelahan sel, sebuah septum terbentuk di tengah sel yang akhirnya membagi sel menjadi dua sel anak.
Pembelahan biner adalah jenis reproduksi aseksual. Setiap sel anak identik dengan sel induk, dan tidak ada pertukaran materi genetik. Namun, beberapa prokariota terlibat dalam rekombinasi genetik melalui proses yang disebut konjugasi.
Konjugasi membutuhkan keberadaan potongan DNA ekstrakromosom yang disebut plasmid. Plasmid adalah molekul DNA kecil dan melingkar yang ditemukan di sitoplasma banyak sel prokariotik. Beberapa plasmid ini mengandung gen yang mengkode struktur khusus, pilus F.
Pilus F adalah batang protein yang memanjang dari permukaan sel. Sel yang memiliki pilus F adalah sel donor dan dapat melekat, melalui pilus F, pada sel penerima yang tidak memiliki pilus F.
Setelah melekat, pilus F menyusut, menarik donor dan penerima menjadi dekat satu sama lain. Donor kemudian mentransfer DNA ke penerima. Meskipun konjugasi menghasilkan transfer gen dari satu sel ke sel lain, itu bukan metode reproduksi itu sendiri.
Metabolisme
Prokariota memiliki keragaman metabolik. Ada dua jalur nutrisi dasar: autotrofi dan heterotrofi. Prokariota autotrof mampu mensintesis senyawa yang menghasilkan energi mereka sendiri dari senyawa anorganik sederhana seperti karbon dioksida dan air.
Beberapa autotrof prokariotik, seperti cyanobacteria serta bakteri hijau dan ungu, memanfaatkan energi dari sinar matahari dalam proses yang dikenal sebagai fotosintesis untuk membuat molekul makanan.
Telah dikemukakan bahwa kloroplas dalam sel tanaman berevolusi dari cyanobacteria yang ditelan oleh sel eukariotik lebih dari satu miliar tahun yang lalu. Autotrof lainnya mengekstraksi energi dari menguraikan senyawa anorganik seperti hidrogen sulfida, besi sulfida, dan amonia.
Prokariota heterotrof mendapatkan energi dari metabolisme senyawa organik. Berbagai prokariota mampu menguraikan berbagai molekul organik, termasuk gula, lipid, protein, produk petroleum, antibiotik, dan metanol.
Heterotrof dapat menguraikan molekul makanan dengan salah satu dari tiga metode: fermentasi, respirasi aerob, dan respirasi anaerob.
Fermentasi dan respirasi anaerob tidak memerlukan keberadaan oksigen, sedangkan respirasi aerob memerlukan oksigen. Fermentasi sering menghasilkan produk akhir metabolisme yang meliputi asam, karbon dioksida, alkohol, atau kombinasi dari ketiganya.
Proses respirasi anaerob mirip dengan respirasi aerob, kecuali bahwa molekul seperti nitrat, sulfat, dan besi digunakan sebagai pengganti oksigen. Produk akhir respirasi aerob adalah karbon dioksida dan air; untuk respirasi anaerob, mereka adalah nitrit, hidrogen sulfida, atau senyawa yang direduksi lainnya.
Peran dalam Ekosistem Global
Prokariota memainkan peran penting dalam pembusukan materi organik serta dalam tiga siklus penting alam: siklus karbon, sulfur, dan nitrogen.
Kategori utama makromolekul biologis (karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat) semuanya merupakan senyawa yang mengandung karbon. Organisme fotosintesis, termasuk prokariota fotosintetik, mengambil karbon dioksida dan mengubahnya menjadi karbohidrat.
Karbohidrat tersebut dapat digunakan untuk energi dan biosintesis oleh organisme fotosintesis serta oleh heterotrof, yang mengonsumsi organisme fotosintesis. Baik heterotrof maupun autotrof juga menguraikan molekul yang mengandung karbon, melepaskan karbon dioksida kembali ke atmosfer.
Sulfur adalah komponen dari beberapa asam amino yang ditemukan dalam protein. Sebagai pengurai, prokariota menguraikan protein yang terdeposit di air dan tanah oleh organisme mati dan melepaskan sulfur dari asam amino yang mengandung sulfur, sering dalam bentuk hidrogen sulfida.
Beberapa prokariota mengonversi hidrogen sulfida menjadi sulfat selama metabolisme mereka. Sulfat kemudian dapat diambil oleh tanaman, di mana mereka diintegrasikan kembali ke dalam asam amino yang mengandung sulfur.
Nitrogen adalah unsur penting dalam asam nukleat dan protein. Beberapa prokariota, terutama mikroba tanah, mencerna protein dan melepaskan amonia. Denitrifikasi terjadi ketika kelompok prokariota simbiotik menguraikan amonia, pertama menjadi nitrit, kemudian menjadi nitrat, dan akhirnya menjadi nitrogen atmosfer.
Fiksasi nitrogen terjadi ketika prokariota fiksasi nitrogen di tanah menangkap nitrogen atmosfer dan mengubahnya menjadi amonia yang dapat digunakan oleh tanaman untuk mensintesis protein dan asam amino baru.
Penyakit
Penyakit menular adalah gangguan dalam fungsi normal organisme yang disebabkan oleh agen penyebab infeksi. Meskipun sebagian besar prokariota tidak menyebabkan penyakit, beberapa bakteri mampu menjadi parasit pada inang dan mengganggu fungsi normal.
Prokariota yang mampu menyebabkan penyakit pada tanaman tersebar luas dan menyebabkan sejumlah penyakit, termasuk layu, busuk, penyakit layu, dan kanker. Beberapa penyakit ini disebabkan oleh prokariota yang tinggal di tanah, sementara yang lain ditularkan melalui biji atau disebabkan oleh parasit obligat, yang tidak dapat bertahan di luar jaringan tanaman.
Penggunaan Komersial
Prokariota mudah dimanipulasi dan oleh karena itu berguna untuk banyak aplikasi komersial. Prokariota telah digunakan selama berabad-abad dalam produksi makanan. Yogurt, sauerkraut, poi, kimchi, sosis kering dan semi-kering, serta cuka adalah contoh makanan yang diproduksi oleh bakteri.
Rekayasa genetika lebih mudah dilakukan pada prokariota daripada pada eukariota. Prokariota sekarang menghasilkan insulin manusia, antibiotik, hormon tumbuhan, dan pelarut industri.
Prokariota telah direkayasa untuk melindungi tanaman dari kerusakan akibat embun beku, sementara tanaman telah direkayasa genetik, menggunakan vektor bakteri, untuk mengembangkan ketahanan terhadap herbisida dan untuk menghasilkan racun yang menghancurkan hama serangga.