of 55 /55
dr Budiman Hartono

Kuliah Pembelahan Sel

Embed Size (px)

Text of Kuliah Pembelahan Sel

dr Budiman Hartono

sel Sel dibagi menjadi 2 kelas utama, yaitu eukariot dan prokariot.

Perbedaan utama diantara keduanya terletak pada ada atau tidaknya membran inti yang membatasi inti sel dan sitoplasma. Organisme prokariot tidak memiliki membran inti dan eukariot memiliki membran inti. Semua sel hewan dan tumbuhan adalah eukariot dan bakteri, cyanobacteria dan mycoplasma adalah prokariot (Stafferton J. 2007: 203).

Organisme prokariot tidak mengalami pembelahan sel berupa

mitosis atupun meiosis, ia hanya mengalami pembelahan sel berupa amitosis, salah satu contohnya adalah pembelahan biner. Organisme eukariot mengalami pembelahan sel secara mitosis pada sel somatisnya dan meiosis pada sel gametnya (Joseph S.W. & Rollins D.M. 2000:6).

Organisme eukariot membutuhkan kemampuan untuk dapat

tumbuh, dan proses ini dapat terjadi melalui pembelahan sel dan pertumbuhan sel. Pertumbuhan terkadang merupakan hasil dari satu atau komponen lain saja, tetapi sering terjadi juga bahwa pertumbuhan sel dan perkembangan sel tergabung dalam satu proses yang dinamakan siklus sel (Koning, R.E. 1994:2).

Fungsi utama dari siklus sel adalah menduplikat sejumlah DNA

di dalam kromosom dengan tepat, kemudian membelah menjadi dua sel anak yang identik. Proses ini merupakan dua fase utama dari siklus sel. Proses duplikasi DNA terjadi pada fase S (S= sintesis), yang menghabiskan 10-12 jam dan merupakan separuh waktu siklus sel pada tipe sel mamalia.

Setelah fase S, terjadi pemisahan kromosom dan pembelahan

sel pada fase M (M=Mitotik), yang membutuhkan waktu lebih sedikit ( kurang dari satu jam pada sel mamalia). Mitosis terjadi pada fase M yang dimulai dengan kromosom yang mengalami berkondensasi (Alberts, B. dkk. 2002:2).

Kebanyakan sel membutuhkan waktu lebih lama untuk tumbuh

dan menggandakan massa protein dan organel-organelnya daripada untuk mereplikasi DNA dan mengalami pembelahan. fase G adalah fase yang didalamnya terjadi proses-proses diatas. Fase G dibagi menjadi dua, yaitu fase G1 yang terjadi diantara fase M dan fase S dan fase G2 yang terjadi diantara fase S dan mitosis.

Jadi, eukariotik mengalami siklus sel yang dibagi menjadi

empat fase, yaitu G1, S, G2 dan M. Gabungan dari fase G1, S dan G2 merupakan interfase. Pada sel manusia interfase terjadi sekitar 23 jam dari siklus sel (24 jam), dan satu jamnya adalah mitosis. (Alberts, B. dkk. 2002:3).

Pembelahan Sel Interfase G1 fase Terutama fase pertumbuhan sel

S faseReplikasi DNA

G2 faseSintesa mikrotubul

Mitosis Pembelahan inti

Sitokinesis Pembelahan sitoplasma

Kedua fase G memberikan waktu untuk sel memonitoring

lingkungan luar dan dalam, untuk memastikan bahwa kondisi lingkungannya tersebut sesuai dan persiapan telah selesai sebelum sel tersebut memutuskan untuk memasuki fase S dan melakukan mitosis. Fase G1 sangat berperan dalam hal tersebut. Jumlah waktu yang dihabiskan dalam fase ini bisa sangat lama tergantung dari kondisi luar dan sinyal ekstra selular dari sel lain.

Jika kondisi luar sel buruk, maka sel dapat menunda

kelangsungan fase G1 dan masuk kedalam fase istirahat yang disebut sebagai fase G0. Fase G0 dapat menghabiskan waktu berhari-hari, berminggu-minggu, bahkan bertahun-tahun sebelum melanjutkan proliferasi. Pada kenyataanya sel menghabiskan waktu terlama di fase G0 sampai sel atau organisme tersebut mati. (Alberts, B. dkk. 2002:3).

Interfase

Interfase terdiri dari tiga tahapan yaitu tahap G1, S dan G2. G1 dimana terjadi aktivitas biosintesa yang tinggi.Sel sedang aktif mensintesa ARN (transkripsi) dan protein (transisi) serta membentuk sitoplasma baru, yang nantinya merupakan bahan untuk membina sel anak. Peristiwa ini mendorong inti dan sitoplasma membesar. Lama G1 30-40% dari waktu daur.

Tahap S yaitu merupakan tahap replikasi dan transkripsi DNA,

Dengan demikian sel anak mengandung bahan genetis yang sama dengan sel induk. Lamanya juga 30-40% dari waktu satu daur

Tahap G2 merupakan tahap persiapan diri sel untuk membelah.

Nukleus masih nyata dibungkus membran inti mengandung satu atau lebih nucleolus. Dua sentrosom muncul di luar inti, terbentuk selama awal interfase melalui proses replikasi dari sentrosom tunggal. Mikrotubul meluas dari sentrosom dalam susunan radial dinamakan aster). Kromosom telah menduplikasi (selama fase S) tetapi dalam keadaan ini tidak dapat dibedakan sendiri-sendiri, karena masih dalam bentuk serabut kromatin yang terkemas longgar. Pada periode ini semua bahan sitoplasma dan organel menjadi rangkap dua. Lamanya 10-20% dari waktu daur.

Siklus sel diatur oleh tiga macam molekul sebagai faktor

pengontrol yaitu: 1. S-fase activator yang mengaktifkan fase S dan terdapat hanya pada sitoplasma fase S yang bekerja memulai sintesis DNA (menginduksi untuk memulia terjadinya replikasi DNA). 2. M-fase promoting factor yang hanya ada pada sitoplasma fase M yang menyebabkan kondensasi kromosom 3. M-fase delaying faktor

Kromosom : membawa sifat pewarisan Kromosom pertama kali diamati oleh ahli embriologi Jerman

yang bernama Walther Fleming pada tahun 1882 Kromosom ada dalam sel somatik dalam bentuk berpasangan Kromosom homolog atau homolog

Jumlah kromosom bervariasi dari satu spesies ke spesies

lainnya Setiap spesies organisme mempunyai sejumlah khas kromosom Lalat Drosophila melanogaster mempunyai 8 Bawang = 16 Manusia = 46 Udang = 200 Jumlah kromosom tidak mencerminkan kekomplekan suatu organisme.

Kromosom Manusia Manusia mempunyai 46

kromosom Ke 23 pasang kromosom homolog dapat dikelompokkan berdasarkan ukurannya Gambar disamping disebut kariotipe

Istilah-istilah Dasar Sel-sel diploid mempunyai 2 kopi dari masing-masing kromosom

Kromosom yang mengalami replikasi terdiri dari 2 kromatid anakan atau two sister chromatids Kedua kromatid diikat pada sentromer

Chromosomes: Packaged DNA

The DNA helix is wrapped around positively-charged proteins, called histones 200 nucleotides of DNA coil around a core of eight histones, forming a

nucleosome The nucleosomes coil into solenoids Solenoids are then organized into looped domains The looped domains appear to form rosettes on scaffolds

Kromatin adalah gabungan rantai DNA, protein histon dan

protein non-histon, kromatin dapat ditemukan di nukleus sel eukariot (Alberts, B. dkk. 2002:18). Kromatid adalah duplikat kromosom yang terbentuk dari replikasi DNA yang tetap bersatu dengan duplikat lain pada sentromer (Alberts, B. dkk. 2002:17) Sister chromatid adalah dua kromatid identik hasil proses duplikasi (Alberts, B. dkk. 2002:17)

Kromosom adalah suatu struktur yang tersusun atas rantai

panjang DNA dan tergabung dengan protein.kromosom membawa bagian dari informasi genetik suatu organisme (Alberts, B. dkk. 2002:19) Kromosom homolog adalah kromosom yang membentuk pasangan dengan struktur, ukuran, bentuk, posisi sentromer dan pola pewarnaan yang sama (Campbell 2002:244)

Kinetokor adalah protein yang terletak di sentromer tiap

kromosom (Alberts, B. dkk. 2002:51) Telomer adalah ujung dari kromosom eukariot, telomer berasal dari bahasa yunani yaitu Telos:ujung. Telomer berhubungan dengan rantai karakteristik DNA (Alberts, B. dkk. 2002:88). Sentorosom terletak ditengah organel dari sel hewan yang menjadi pusat pengatur mikrotubulus dan bertindak sebgai kutub spindel selama proses mitosis (Alberts, B. dkk. 2002:17).

Mitosis The phases of mitosis are:Prophase Metaphase Xm Xf Xm Xf Xf XmLine Up

Anaphase Im If Im If If Im Im If Im If If Im

Telophase

Xm Xm XmXf Xf XfCondense

Im I I f Imf IImf

If Imm I Im If If

Separate

Divide

Cytokinesis Cleavage furrow formed in late anaphase by contractile ring Cytoplasm is pinched into two parts after mitosis ends

Profase Pada awal profase, sentrosom dengan sentriolnya

mengalami replikasi dan dihasilkan dua sentrosom. Masing-masing sentrosom hasil pembelahan bermigrasi ke sisi berlawanan dari inti. Pada saat bersamaan, mikrotubul muncul diantara dua sentrosom dan membentuk benangbenang spindle, yang membentuk seperti bola sepak. Pada sel hewan, mikrotubul lainnya menyebar yang kemudian membentuk aster. Pada saat bersamaan, kromosom teramati dengan jelas, yaitu terdiri dua kromatid identik yang terbentuk pada interfase. Dua kromatid identek tersebut bergabung pada sentromernya. Benang-benang spindel terlihat memanjang dari sentromer (Campbell et al. 1999).

Early Prophase

Asters are seen as

chromatin condenses into chromosomes

Early mitotic spindle

Pair of centrioles Centromere

Aster

Chromosome, consisting of two sister chromatids

PLAY

Prophase

Early prophase Figure 3.32.2

Late Prophase membran nukleus menghilang, kromosom

terlihat dan setiap sentriol di sentrosom bergerak menuju kutub berlawanan dan menjadi aster. Pada profase akhir beberapa mikrotubulus membentuk benang-benang spindel. Sepanjang profase, kromosom mengalami penebalan dan pemendekan, kromosom mengalami penggandaan yang terdiri dari kromatid dan sister kromatid. Penggandaan tersebut merupakan hasil replikasi DNA pada interfase lihat gambar (Koning, R. E. 1994:5; Benson H. J. dkk. 1996:28).

Fragments of nuclear envelope

Polar microtubules

Kinetochore

Kinetochore microtubule

Spindle pole

PLAY

Prometaphase

Late prophase Figure 3.32.2

Metaphase Setelah mengalami

penebalan, kromosom akan tersusun di bidang ekuator dan terikat pada mikrotubulus yang terletak di kedua kutub, saat ini disebut dengan metafase.

Metaphase plate

Spindle

PLAY

Metaphase

Metaphase

Figure 3.32.4

Anaphase Masing-masing kromatid

memisahkan diri dari sentromer dan masing-masing kromosom membentuk sentromer. Masingmasing kromosom ditarik oleh benang kinetokor ke kutubnya masing-masing (Campbell et al. 1999).

PLAY

Anaphase

Daughter chromosomesAnaphase Figure 3.32.5

Telofase telofase yang ditandai oleh adanya kromosom yang telah

berada di kutubnya masing-masing, kemudian kromosom tersebut mulai terurai menjadi kromatin. Kariokinesis atau pembelahan inti akan terjadi setelah plasma membran mulai terbentuk. Setelah mengalami kariokinesis, sel tersebut akan mengalami sitokinesis yang ditandai dengan pembentukan cleavage furrow pada hewan dan cell plate pada tumbuhan.

Telophase and Cytokinesis

New sets of

chromosomes extend into chromatin New nuclear membrane is formed from the rough ER Nucleoli reappear Generally cytokinesis completes cell division

Nucleolus forming

Contractile ring at cleavage furrow

Nuclear envelope forming

PLAY

Telophase

Telophase and cytokinesis

Sitokinesis. Selama fase akhir pembelahan mitosis,

muncul lekukan membran sel dan lekukan makin dalam yang akhirnya membagi sel tetua menjadi dua sel anak. Sitokinesis terjadi karena dibantu oleh protein aktin dan myosin (Campbell et al. 1999).

Sitokinesis terdiri atas dua macam, yaitu:

1. Disjunctive Sitokinesis yang disjunctive, menghasilkan sel-sel anak yang lepas-lepas. Contoh: profiliferasi limfosit dalam reaksi immune, sehingga terbentuk klon. Sel tidak berhubungan / berlekatan satu sama lain 2. Astral Sitokinesis astral menghasilkan sel-sel anak yang masih berhubungan / berlekatan. Contoh: cleavage pada zygote membentuk blastula. Tiap sel dalam blastula (blastomer) masih berlekatan dan berhubungan. Hubungan antara sel bersebelahan berupa gap junction, yang merupakan tempat keluar masuk / transport berbagai bahan bermolekul kecil, ion, air, dan juga terjadi perimbangan muatan listrik.

The Sexual Life Cycle in Humans

Spermatogenesis adalah proses gametogenesis pada pria

dengan cara pembelahan meiosis dan mitosis. Spermatogenesis pada sperma biasa terjadi di epididimis. Sedangkan tempat menyimpan sperma sementara, terletak di vas deferens. Spermatogenesis berasal dari kata sperma dan genesis (pembelahan). Pada spermatogenesis terjadi pembelahan secara mitosis dan meiosis. Spermatogenesis merupakan tahap atau fase-fase pendewasaan sperma di epididimis. Setiap satu spermatogonium akan menghasilkan empat sperma matang.

Spermatogonium

Spermatogonium merupakan tahap pertama pada spermatogenesis yang dihasilkan oleh testis. Spermatogoium terbentuk dari 46 kromosom dan 2N kromatid. Spermatosit primer Spermatosit primer merupakan mitosis dari spermatogonium. Pada tahap ini tidak terjadi pembelahan. Spermatosit primer terbentuk dari 46 kromosom dan 4N kromatid.

Spermatosit sekunder

Spermatosit sekunder merupakan meiosis dari spermatosit primer. Pada tahap ini terjadi pembelahan secara meiosis. Spermatosit sekunder terbentuk dari 23 kromosom dan 2N kromatid. Spermatid Spermatid merupakan meiosis dari spermatosit sekunder. Pada tahap ini terjadi pembelahan secara meiosis yang kedua. Spermatid terbentuk dari 23 kromosom dan 1N kromatid.

Sperma

Sperma merupakan diferensiasi atau pematangan dari spermatid. Pada tahap ini terjadi diferensiasi. Sperma terbentuk dari 23 kromosom dan 1N kromatid dan merupakan tahap sperma yang telah matang dan siap dikeluarkan.

Tipe SelSpermatogonium Spermatosit primer Spermatosit sekunder Spermatid Sperma

Kromosom46 46 23 23 23

Kromatid2N 4N 2N 1N 1N

Proses pembelahan Mitosis Meiosis Meiosis Diferensiasi menjadi Sperma -

Oogenesis

Meiosis Meiosis adalah tipe khusus dari pembelahan nukleus yang

melakukan pemisahan tiap kromosom homolog menjadi gamet yang baru. Jika mitosis menghasilkan sel anak yang identik dengan induk, maka meiosis menghasilkan sel anak dengan reduksi jumlah kromosom. Selain itu, meiosis menghasilkan sel anak yang berbeda dengan induknya. (Farabee M.J 2000:1)

Terjadi dua jenis pembelahan pada meiosis, yaitu pembelahan

reduksi (meiosis 1) dan pembelahan sel (meiosis 2). meiosis 2 melakukan pembelahan sel layaknya mitosis, karena itulah perbedaan antara mitosis dan meiosis lebih terlihat pada meiosis 1, (Cooper G. M 2000:5)

Meiosis I Interfase I

Meiosis didahului oleh interfase, dimana setiap kromosom mengalami proses replikasi. Proses ini menyerupai pada replikasi kromososm mitosis. Untuk setiap kromosom, stiap kromatid ( anak) menyerupai sifat genetik yang sama menambat pada sntromer. Ada sepasang sentriol (pada sel hewan) juga mengalami replikasi untuk membentuk dua pasang. .

Meiosis I Profase 1 memiliki kejadian unik, yaitu sinapsis. Sinapsis

adalah suatu proses penghubungan kromosom yang telah tereplikasi. Hasil dari sinapsis tersebut adalah kromosom tetrad yang terdiri dari dua kromatid dari setiap kromosom. Crossing Over sering terjadi pada saat sinapsis.

Selama Crossing over, kromatid akan patah dan menempel

pada kromosom homolog yang berbeda. Adanya Crossing Over ditandai dengan struktur khusus berupa chiasma. Pada akhir profase I, kromosom homolog akan mulai terpisah, tetapi ia tetap menempel pada chiasmata. Kejadian-kejadian lain pada profase I(selain sinapsis dan crossing over) sama dengan profase pada mitosis, seperti kromatin yang terkondensasi menjadi kromosom, membran inti yang hilang dan terbentuknya spindle apparatus (Farabee M.J 2000:3).

Profase I Leptoten Kromosom mula-mula mulai tampak DNA kromatin berpilin rapat dan padat Tiap benang kromatin terdiri atas rangkap dua DNA yang berasal dari replikasi waktu periode S Zigoten Pilinan DNA kian rapat dan padat Kromosom berpasangan pasangan dengan homolognya (sinopsis) Homolog yang berpasangan itu disebut Bivalen pada beberapa tempat terjadi persilangan antara kromatin yang bergandengan disebut chiasma.47

Meiosis I

Pakiten DNA kian rapat dan padat Kromosom homolog yang bergandengan rapat dengan kromatid masing masing rangkap dua disebut dalam susunan tetrad Diploten Kedua homolog saling menjauh Pada setiap chiasma ,kromatid tak seasal bertukaran segmensegmen (alih silang) Fase ini berlangsung agak lama (pada oogenesis pembelahan terhenti pada fase ini pada waktu bayi dan baru dilanjutkan pada masa akil balik.48

Crossing over

Diakinesis Selaput inti & nukleolus hilang (kromosom berada dalam sitoplasma. sentriol menganda dan setiap pasang menuju kutub berseberangan Diantaranya terbentuk gelendongyang terdiri dari mikrofilamen (benang spindel) Kromosom menggantung lewat sentromer pada serat ini dan tersebar seimbang banyaknya diantara kedua kutub.

Dasar Biologi Sel 1 - KBK 2006

50

Metafase I

Selaput inti menghilang, serat gelondong terbentuk anatara kedua pasang sentriol, yang terdiri dari: mikrotubuli dan mikrofilia. Kromosom (berpasangan homolog) bergerak ke bidang ekuator. Anafase I Sel memanjang dari kutub ke kutub. Kromosom homolog berpisah ke kutub berseberangan dan kromatid belum terbentuk. Telofase I Selaput inti terbentuk kembali. Sepasang sentriol berada dipinggir luar selaput. Cytokinesis terjadi, sehingga sel induk menjadi sel anak. Gametosit I pada akhir meiosis I menjadi gametosit II.

The stages of meiotic cell division: Meiosis II

53

A comparison of mitosis and meiosis: summary

54

TERIMA KASIH