Biologi sel adalah studi tentang struktur, fungsi, dan perilaku sel. Semua organisme hidup terdiri dari sel, yang secara garis besar dapat dibagi menjadi prokariota (bakteri dan archaea) dan eukariota (protista, jamur, tumbuhan, dan hewan).

Struktur Sel Prokariotik

Nukleoid adalah wilayah di dalam sitoplasma yang mengandung satu kromosom melingkar (dsDNA) yang disuperkoil oleh topoisomerase; tidak seperti eukariota, tidak ada membran inti. Ribosom adalah 70S (subunit 50S + 30S) yang terdiri dari rRNA dan protein, bertanggung jawab untuk sintesis protein, dan ukuran 70S membedakannya dari ribosom 80S eukariotik. Membran sitoplasma adalah lapisan ganda fosfolipid dengan protein tertanam yang berfungsi sebagai penghalang permeabilitas selektif, tempat transpor elektron dan sintesis ATP (fosforilasi oksidatif), dan alat sekresi. Dinding sel merupakan lapisan peptidoglikan (Gram positif atau Gram negatif) yang mempertahankan bentuk sel dan menahan tekanan osmotik. Flagela memberikan motilitas melalui motor putar, sementara pili (fimbriae) memediasi adhesi ke permukaan dan sel lain.

Struktur Sel Eukariotik

Membran plasma adalah lapisan ganda fosfolipid dengan kolesterol (tidak ada pada prokariota) yang mengandung protein tertanam untuk transportasi, sinyal, dan pengenalan sel; model mosaik fluida menggambarkan sifat dinamisnya. Nukleus dibungkus oleh membran inti ganda (amplop) dengan pori-pori inti yang mengatur lalu lintas molekul dan mengandung kromatin (DNA + histon), nukleolus (sintesis rRNA), dan nukleoplasma.

Sistem Endomembran

Retikulum endoplasma ada dalam dua bentuk: RE kasar (bertabur ribosom) untuk sintesis dan pelipatan protein, dan RE halus untuk sintesis lipid, metabolisme karbohidrat, dan penyimpanan kalsium. Aparat Golgi adalah tumpukan sisterna pipih yang memodifikasi, menyortir, dan mengemas protein untuk disekresi (konstitutif atau diatur) atau dikirim ke organel lain. Lisosom adalah vesikel terikat membran yang mengandung enzim hidrolitik (hidrolase asam, pH optimal ~5) untuk degradasi makromolekul, patogen, dan organel yang rusak melalui autophagy.

Organel Penghasil Energi

Mitokondria adalah organel bermembran ganda dengan membran bagian dalam terlipat menjadi krista; mereka adalah tempat fosforilasi oksidatif, menghasilkan ATP melalui rantai transpor elektron dan kopling kemiosmotik. Mereka mengandung DNA sirkularnya sendiri (mtDNA) dan ribosom 70S, bukti asal usul endosimbiotiknya. Kloroplas (pada alga dan tumbuhan) juga merupakan organel membran ganda dengan tumpukan tilakoid (grana) untuk fotosintesis dan mengandung DNA dan ribosomnya sendiri.

Sitoskeleton

Mikrofilamen (aktin) berdiameter 7 nm, terlibat dalam pergerakan sel, sitokinesis, dan mempertahankan bentuk sel, berpolimerisasi dari monomer ATP-aktin. Mikrotubulus adalah tabung berongga berdiameter 25 nm yang terdiri dari dimer α/β-tubulin yang membentuk gelendong mitosis, silia, dan flagela (susunan 9+2), dan berfungsi sebagai jalur untuk transportasi intraseluler melalui motor kinesin dan dynein. Filamen perantara berdiameter 10 nm dan terdiri dari beragam protein (keratin, vimentin, lamin) yang memberikan kekuatan mekanik dan dukungan struktural nuklir.

Pembelahan Sel

Mitosis adalah pembelahan inti yang menghasilkan dua sel anak yang identik secara genetik (profase, metafase, anafase, telofase) dan digunakan untuk pertumbuhan dan perbaikan jaringan. Meiosis melibatkan dua putaran pembelahan (meiosis I dan II) menghasilkan empat gamet haploid yang tidak identik dengan variasi genetik dari persilangan dan pemilahan independen. Sitokinesis adalah pembelahan sitoplasma, yang dilakukan melalui cincin kontraktil aktin-miosin pada sel hewan atau pelat sel pada sel tumbuhan.