REPRODUKSI
SEL
Reproduksi sel pada organisme
eukariotik terjadi melalui proses pembelahan sel yang diawali dengan
penggandaan materi genetik (replikasi DNA), kemudian diikuti pembelahan
kromosom. Pembelahan kromosom ini akan diikuti oleh pembelahan nukleus, lalu
diakhiri dengan pembelahan sel. Pembelahan sel pada organisme eukariotik dapat
dibagi menjadi dua macam, yaitu mitosis dan meiosis. Mitosis dapat terjadi pada
setiap organ dan berfungsi membentuk sel dengan jumlah kromosom yang sama.
Sedangkan, pembelahan meiosis hanya berlangsung pada jaringan organ seks dan
berfungsi mereduksi jumlah kromosom menjadi separuhnya. Mitosis dan meiosis
merupakan pembelahan sel secara tidak langsung, yaitu melalui tahapan-tahapan
tertentu, dan ditandai dengan penampakan yang berbeda-beda dari kromosom yang
dikandungnya.
A.
Peran Nukleus, Kromosom dan DNA
Nukleus : organel yang paling menonjol pada sebagian besar sel eukariot
adalah nukleus (inti sel), berbentuk bulat dan memiliki membran yang berpori.
Dalam nukleus terdapat kromosom, yang mengandung informasi genetik atau cetakan
untuk membuat protein sel, dan secara tidak langsung untuk berbagai fungsi sel
lainnya.
Pada awal tahun
1870an, para ahli biologi mengamati sebuah sel sperma yang memasuki dan
membuahi sel telur. Dari pengamatan ini disimpulkan bahwa nukleus membawa sifat
genetik orang tuanya ke suatu embrio. Seorang ahli biologi Jerman bernama
Joachim Hammerling pada tahun 1930an , melakukan penelitian terhadap alga hijau
unisel Acetabularia, dari pengamatan
ini diketahui bahwa informasi yang terdapat pada nukleus merupakan dasar dari
bentuk arsitektur sel. Beberapa penelitian yang dilakukan setelah itu,
menyatakan bahwa nukleus dibutuhkan sebagai tempat informasi yang menentukan struktur
sel.
Kromosom : Jika nukleus mengandung informasi genetik, dalam
bentuk apa penyimpanannya?. Melalui
pengamatan mikroskopik diketahui adanya struktur khusus dalam nukleus sebuah
sel yang sedang membelah, yang terwarnai dan terlihat berwarna merah atau ungu.
Struktur ini disebut kromosom. Sel setiap spesies memiliki karakteristik jumlah
kromosom : sel manusia memiliki 46; tanaman kapas, 52; kalkun, 82; dan beberapa
sel memiliki lebih dari 1000.
Beberapa
penelitian menyimpulkan bahwa informasi pada kromosom adalah DNA (deoxyribonucleic acid). Di bawah
mikroskop cahaya, kromosom dalam sel yang sedang membelah dan diwarnai, berupa
batang fleksibel, padat, setiap kromosom disusun oleh lilitan rapat rantai DNA
dan bergabung dengan protein yang membentuk simpul menjadi “batang samar”
dengan suatu patahan yang disebut sentromer
.
Jika kromosom
sepanjang 1 cm, lilitan molekul DNA nya direntangkan dapat memiliki panjang
yang sama dengan lapangan sepakbola. Jelaslah bahwa pengemasan dari “benang”
menjadi “bola” akan menjadi lebih efisien. Dan para ahli biologi sudah
menemukan bahwa lilitan DNA yang
rapat tadi mengelilingi kelompok protein
bermuatan positif yang disebut histon,
keduanya membentuk kompleks yang disebut nukleosom
(gambar 2-2 a dan b). Nukleosom tersebut diperkirakan berinteraksi satu dengan
lainnya untuk membentuk sebuah selenoid,
suatu silinder fleksibel berdiameter 30 nm (gambar 2-2c) yang dililitkan membentuk putaran (loops) (gambar 2-2d) yang melekat pada
pusat penggantungan yaitu suatu protein nonhiston oleh suatu enzim yang disebut
topoisomerase (gambar 2-2e).
Gabungan loops dan topoisomerase membentuk batang melilit berdiameter 250 nm (gambar 2-2f). Lilitan kembar
dengan arah yang berlawanan pada kromatid yang serupa (gambar 2-2g). Ribuan gen
terdapat sepanjang masing-masing molekul DNA, dan enzim topoisomerase membantu
merapihkan simpul pada DNA. Kromosom eukariot, dari tumbuhan, protista , dan
pada manusia memiliki ujung khusus yang disebut telomer, disusun oleh urutan DNA dengan pengulangan yang tidak
biasa. Hal ini rupanya berfungsi untuk melindungi DNA selama berreplikasi.
Gabungan DNA,
protein histon dan protein nonhiston oleh para ahli biologi disebut kromatin. Ketika sel beristirahat
berada diantara fase pembelahan sel, kromatin melekat pada lamina nukleus,
suatu jaringankerja filamen intermediet pada permukaan dalam dekat membran
nukleus. Kromosom dalam nukleus yang sedang tidak membelah tidak memutar dan
kusut seperti kumpulan benang. Mendekati
saat pembelahan sel kromosom terpisah dari kumpulan tadi dan membentuk
superkoil atau lilitan, memadat, yang dianggap sebagai bentuk mirip batang
fleksibel.
DNA : merupakan
tangga tali terpilin (heliks ganda), terdiri dari dua rantai polimer nukleotida yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen
pada basa nitrogen yang berpasangan (A –
T), (G – C). Molekul DNA disusun
oleh :
-
2 Basa Nitrogen yaitu : (1). Purin (terdiri dari Adenin [A], Guanin [G], dan (2). Pirimidin ( terdiri dari Timin [T], dan Sitosin [C]);
-
Gugus Fosfat; dan
-
Gula (Deoksiribosa).
B. Replikasi DNA
Replikasi DNA
adalah proses pengkopian atau pembentukkan DNA baru dari DNA lama, hal ini
diperlukan sebelum sel melakukan pembelahan. Molekul DNA yang panjang dikemas membentuk superkoil
pada kromosom, memiliki ratusan tempat dimana replikasi DNA dapat terjadi dari
dua arah secara simultan. Replikasi DNA dimulai dengan sintesis RNA primer
sebagai rantai pengkopi pemula. Selanjutnya RNA mengkopi dengan arah 5’ menuju
3’, demikian juga pada rantai DNA yang satunya, sehingga terbentuk garpu
replikasi. Proses ini terus berlangsung sampai terbentuk molekul DNA baru.
C. Siklus Sel
Seperti makhluk
hidup melalui siklus hidup, setiap sel melalui siklus sel, tahap –tahap yang teratur selama
pertumbuhan sel, persiapan untuk pembelahan, dan pembelahan menjadi dua sel
anak, yang mengulang tahap-tahap tersebut. Eukariot sel tunggal yang hidup
bebas, seperti Amoeba, siklus sel penting untuk keabadiannya. Dengan pembelahan
sel tersebut, mereka menyebarkan informasi genetik kepada sel anaknya, yang
sama seperti disebarkan pada jutaan generasinya. Dalam tumbuhan dan hewan
multiseluler, sejumlah sel terus-menerus tumbuh dan membelah untuk kehidupan
organisme tersebut. Pada tumbuhan terdapat pada sel-sel di ujung akar yang
selalu memasuki kedalaman tanah. Pada hewan, sel-sel tersebut terdapat pada
usus halus saluran pencernaan dan secara terus-menerus menghasilkan sel baru
yang mengelupas bersamaan dengan makanan yang dicerna.
Pada sebagian
besar organisme multiseluler, terjadi siklus sel sangat lambat atau berhenti
membelah dan tetap, hal ini terjadi pada bagian tahap kehidupan seseorang yang
berumur tua atau sakit atau memasuki kematian. Sel yang termasuk disini adalah
sel otot, dan sel saraf pada hewan, sedangkan pada tumbuhan adalah sel-sel
pembuluh yang mengatur pembentukan gula.
(1).
Tahap-tahap Siklus Sel
Dalam siklus sel yang normal, periode
diantara pembelahan sel dapat berlangsung lama, sedangkan fase pembelahannya
berlangsung secara cepat (gambar 2-5). Siklus sel dimulai dengan suatu periode
metabolisme normal yang disebut G1 (gap 1). Selama fase ini , sel
mensintesis, merangkai dan menggunakan bagian-bagian yang dibutuhkan untuk
fungsinya secara normal. Selanjutnya fase S (fase sintesis), ketika sintesis
berlangsung dan DNA direplikasi, juga disintesis protein histon. Jumlah DNA
dalam nukleus digandakan, sedangkan histon dan protein kromosomal lainnya
disintesis dalam sitoplasma, kemudian memasuki nukleus dan bergabung dengan DNA
untuk membentuk kromatin. Setiap kromosom pada fase S sekarang memiliki dua
rantai DNA yang identik yang asalnya satu rantai pada awal fase G1. Dua rantai kromosom yang serupa hasil duplikasi tersebut digabungkan oleh
sentromer , disebut kromatid. Pada akhir fase S, sel
memasuki fase G2 (gap 2), suatu periode singkat metabolisme normal
dan pertumbuhan selama sel membangun sejumlah protein dan senyawa lainnya.
Selama fase G1, S, dan G2, nukleus dinamakan mengalami
interfase, diantara pembelahan nukleus. Sekali suatu sel memasuki fase S,
secara normal akan melewati fase S dan G2 dan menuju pembelahan sel
selama fase M.
(2). Pengendalian
Siklus Sel
Satu masalah yang penting dalam biologi
yaitu memahami bagaimana siklus sel diatur?. Sebagian besar sel hewan dan
sejumlah tumbuhan memerlukan jumlah jam, hari dan bulan pada fase G1
sebelum memulai fase S dan M. Dan pada sel saraf, otot, dan sel pengangkut
gula, sel dewasa fungsional tetap berada dalam keadaan tidak membelah,
kadang-kadang disebut G0. Apa yang dapat mencegah dan memicu
pembelahan sel pada waktu yang tepat?.
Para ahli biologi sudah
menemukan bahwa ketika nukleus dari sel yang tidak membelah (seperti sel saraf)
ditransplantasikan ke dalam sel inang yang berada pada fase S, dalam beberapa
menit DNA berreplikasi, karakteristik fase S dimulai dalam nukleus sel saraf
yang ditransplantasikan. Percobaan demikian
menyarankan bahwa status (keadaan) sitoplasma sel, mengendalikan aktifitas
nukleus dan membantu menentukan fase tersebut dalam siklus sel.
Selanjutnya, apa penentu status
sitoplasma tersebut?. Satu faktor adalah lingkungan eksternal sel. Contohnya
pada hewan multiseluler, sel normal bergantung-kontak. Sel-sel tersebut dapat
bergerak dan membelah jika hanya berlekatan dengan bentuk senyawa padat
tertentu. Faktor lain adalah Kalsium intraseluler, tipe sel tertentu harus
mengeluarkan Kalsium sebelum melalui siklus mitosis.
Pada hewan dan tumbuhan, faktor luar
dapat memicu atau menghambat siklus sel. Contohnya pada tumbuhan tinggi, hormon yang disebut sitokinin memicu aktifitas mitosis pada akar, batang dan daun,
sedangkan pada hewan tingkat tinggi, hormon somatomedin, insulin, dan faktor
pertumbuhan epidermal dapat memicu semua sel untuk membelah. Sel hewan juga
memiliki penghambat pembelahan sel
yang disebut chalones. Beberapa ahli biologi percaya bahwa chalones
berkurang pada daerah suatu luka jadi pembelahan sel baru dapat memperbaiki luka; kemudian jumlah chalones meningkat sekali luka disembuhkan
untuk mencegah pertumbuhan sel secara berlebih.
Memahami
bagaimana siklus sel dikendalikan sangatlah penting untuk mempelajari kanker.
Pada beberapa tipe kanker, pengendalian mitosis secara normal tertekan.
Sedangkan pembelahan tidak lebih cepatsuatu sel tumor terbesar lebih aktif
membelah dibandingkan dengan sel normal dengan tipe sama, dan sel anak
terus-menerus membelah, siklus setelah siklus. Para peneliti kanker dan ahli
genetik memusatkan perhatiannya pada bahan pengendali siklus sel. Contohnya,
kelompok pertama adalah saat ini telah ditemukan bahwa sel ragi (yeast)
memiliki sebuah gen tertentu yang dapat menghentikan atau memperlambat siklus
sel ketika sel mengalami kerusakan akibat radiasi yang mematikan. Perlambatan
membutuhkan waktu untuk memperbaiki enzim akibat kerusakan tetap dan dianjurkan
bahwa siklus sel dapat berada dibawah pengendalian genetik yang tepat.
D. Beberapa Tipe Reproduksi Sel
(1). Pembelahan Sel
Langsung (Biner)
Inti sel bakteri
dan beberapa alga uniseluler tidak memiliki membran (prokariot), kromosomnya
sirkuler atau berbentuk lingkaran, disebut nukleoid.
Ketika sel akan membelah kromosom dan seluruh isi sel digandakan , selanjutnya
sel membelah menjadi 2 sel yang baru tanpa melalui siklus sel seperti proses
reproduksi pada sel eukariot.
Pada sel bakteri
terjadi pembelahan biner atau pembelahan sel menjadi dua sel anak yang identik
atau serupa. Pembelahan sel secara biner dimulai ketika sel mulai memanjang dan
dinding sel tua membelah pada tempat dekat bagian tengah sel. Pada bagian
tengah, kromosom bakteri yang sirkuler melekat pada membran plasma. Enzim-enzim
segera memisahkan dua rantai DNA. Setelah replikasi DNA dimulai, titik awal
perlekatan terhadap membran plasma menjadi dua titik, membran baru disisipkan diantara
keduanya, dan bergerak menjauh. Bahan
dinding sel baru mulai dibentuk pada tempat tersebut, membentuk septum yang meluas ke arah luar selama sel
membelah menjadi dua.
(2).
Mitosis
Siklus sel terdiri
dari :
(a). Interfase (tahap
persiapan) yaitu : fase G1 berlangsung
selama 15 jam sampai beberapa bulan,
tahap terjadinya metabolisme dan sintesis berbagai komponen sel, untuk
pertumbuhan sel. Dilanjutkan fase S
berlangsung selama 10 jam, tahap terjadinya replikasi DNA kromosom dan sintesis histon. Dilanjutkan fase G2 berlangsung
selama 2 jam, pertumbuhan sel dan metabolisme normal berlanjut sampai terjadi Mitosis.
(b). Mitosis
Profase : membran
inti hancur, kromosom memendek, sentriol bereplikasi dan berpisah, nukleoli (anak inti) menghilang.
Metafase : sentriole
berada pada dua kutub, muncul spindle/ benang-benang gelendong, kromosom berada pada bidang equator, sentromer terbagi
dua
Anafase : tiap
kromosom terbagi dua, berpisah, masing-masing menuju ke arah kutub berlawanan
Telofase : benang
gelendong menyusut, membran inti terbentuk kembali, nukleoli terlihat kembali, kromosom mulai memanjang.
Mitosis selesai
dilanjutkan dengan sitokinesis :
sitoplasma terbagi dua, pada sel hewan membran sel melekuk, kromosom kembali ke
ukuran semula. Pada sel tumbuhan membran sel tidak melekuk, tapi terbentuk
lempengan sel di bagian bidang pembelahan.
(3). Meiosis
Siklus sel terdiri
dari :
(a). Interfase (tahap
persiapan) yaitu : fase G1 berlangsung
selama 15 jam sampai beberapa bulan,
tahap terjadinya metabolisme dan sintesis berbagai komponen sel, untuk
pertumbuhan sel. Dilanjutkan fase S
berlangsung selama 10 jam, tahap terjadinya replikasi DNA kromosom dan sintesis histon. Dilanjutkan fase G2 berlangsung selama 2
jam, pertumbuhan sel dan metabolisme normal
berlanjut sampai terjadi Meiosis.
(b). Meiosis
Profase I : membran
inti hancur, kromosom memendek, sentriol bereplikasi dan berpisah, nukleoli/anak inti menghilang, terdapat kompleks
sinaptik yang
menghubungkan pasangan kromosom yang homolog, dan berperan sebagai
reslueting.
Metafase I : sentriol
berada pada dua kutub, muncul spindle/ benang-benang gelendong, kromosom homolog yang dihungkan kopleks sinaptik berada
pada bidang equator.
Anafase I : kromosom
yang homolog berpisah bergerak ke arah kutub berlawanan, sentromer tidak terbagi dua.
Telofase I : benang
gelendong menyusut, membran inti terbentuk kembali, nukleoli
terlihat kembali, kromosom mulai memanjang , jumlah kromosom sel anak
setengah dari kromosom sel induk.
Meiosis I selesai
dilanjutkan dengan
sitokinesis : sitoplasma terbagi dua, sekarang sel anak hanya
memiliki jumlah kromosom setengah
dari jumlah kromosom sel induk, masing-masing kromosom memiliki dua kromatid.
Interfase meiosis : sel induk menjadi dua sel anak dengan jumlah
kromosom setengah dari induknya.
Profase II :
kromosom memadat, membran inti hancur, sentriol bereplikasi dan
berpisah.
Metafase II : sentriol berada pada dua kutub, terbentuk benang
gelendong, kromosom berada pada
bidang equator/lempeng metafase.
Anafase II : sentromer terbagi, kromosom pada tiap sel terbagi
menjadi dua kromatid, kromatod
berpisah menuju arah berlawanan, dan terjadi sitokinesis.
Telofase II:
terbentuk 4 sel anak, masing-masing memiliki jumlah kromosom setengah dari induknya. Setiap kromosom hanya mengandung
satu kromatid (sel haploid/ n).
Meiosis terjadi pada sel germa atau sel gamet (sperma dan sel
telur/ovum), hal yang penting adalah
jika terjadi pembuahan maka zigot (calon individu baru) akan memiliki jumlah
kromosom yang sama dengan jumlah kromosom orang tuanya ( n + n menjadi 2n).
Meiosis menyebabkan terjadinya variasi genetik pada individu baru. Hal ini
terjadi, karena setiap sel kelamin berisi kromosom yang berbeda dengan kromosom
orang tuanya. Selanjutnya pada pembuahan, kromosom dalam sel sperma akan
bergabung dengan kromosom dalam sel telur selanjutnya menghasilkan sifat
gabungan yang berbeda dengan orang tuanya.
Meiosis juga dapat menimbulkan kelainan genetik, jika pemisahan kromosom
gagal terjadi. Contoh : manusia yang memiliki kromosom no.21 tiga buah, atau
kelainan seksual karena manusia memiliki kromosom sex /penentu jenis kelamin
lebih dari 2 buah ( xxx, xxy), dll.
