mitosis adalah proses pembelahan sel, di mana sel menghasilkan sel anak yang identik secara genetik; untuk setiap sel dua “anak perempuan” dihasilkan dengan muatan kromosom yang sama. Pembelahan ini terjadi di sel somatik organisme eukariotik .
Proses ini merupakan salah satu tahapan siklus sel organisme eukariotik, yang terdiri dari 4 fase: S ( Sintesis DNA ), M (Pembelahan sel), G1 dan G2 (fase perantara di mana mRNA dan protein diproduksi) . Bersama-sama, fase G1, G2, dan S dianggap sebagai antarmuka. Pembelahan inti dan sitoplasma (mitosis dan sitokinesis) merupakan tahap terakhir dari siklus sel.
Sekilas tentang mitosis. Sumber: Viswaprabha [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]
Pada tingkat molekuler, mitosis diprakarsai oleh aktivasi kinase (protein) yang disebut MPF (Maturation Promoting Factor) dan akibat fosforilasi sejumlah besar komponen protein sel. Yang terakhir memungkinkan sel untuk menyajikan perubahan morfologi yang diperlukan untuk melakukan proses pembelahan.
Mitosis adalah proses aseksual, karena sel nenek moyang dan anak perempuannya memiliki informasi genetik yang persis sama. Sel-sel ini dikenal sebagai diploid karena mereka membawa muatan kromosom lengkap (2n).
meiosis , bagaimanapun, adalah proses pembelahan sel yang mengarah ke reproduksi seksual. Dalam proses ini, sel induk diploid mereplikasi kromosomnya dan kemudian membelah dua kali berturut-turut (tanpa mereplikasi informasi genetiknya). Akhirnya, 4 sel anak dihasilkan dengan hanya setengah beban kromosom, yang disebut haploid (n).
Indeks artikel
Sekilas tentang mitosis
Mitosis pada organisme bersel tunggal umumnya menghasilkan sel anak yang sangat mirip dengan nenek moyangnya. Sebaliknya, selama perkembangan makhluk multiseluler, proses ini dapat menghasilkan dua sel dengan beberapa karakteristik berbeda (meskipun secara genetik identik).
Diferensiasi sel ini memunculkan berbagai jenis sel yang membentuk organisme multiseluler.
Selama kehidupan suatu organisme, siklus sel terjadi terus menerus, terus-menerus membentuk sel-sel baru yang, pada gilirannya, tumbuh dan bersiap untuk membelah melalui mitosis.
Pertumbuhan dan pembelahan sel diatur oleh mekanisme, seperti apoptosis (kematian sel terprogram), yang memungkinkan menjaga keseimbangan, menghindari pertumbuhan jaringan yang berlebihan. Dengan cara ini, dipastikan sel-sel yang rusak akan digantikan oleh sel-sel baru, sesuai dengan kebutuhan dan kebutuhan tubuh.
Seberapa relevan proses ini?
Kemampuan untuk bereproduksi adalah salah satu karakteristik terpenting dari semua organisme (dari uniseluler hingga multiseluler) dan sel-sel yang menyusunnya. Kualitas ini memastikan kesinambungan informasi genetik Anda.
Memahami proses mitosis dan meiosis telah memainkan peran mendasar dalam memahami karakteristik seluler organisme yang menarik. Misalnya, sifat menjaga jumlah kromosom tetap konstan dari satu sel ke sel lain dalam satu individu, dan di antara individu-individu dari spesies yang sama.
Ketika kita menderita beberapa jenis luka atau luka pada kulit kita, kita mengamati bagaimana dalam hitungan hari kulit yang rusak pulih. Ini terjadi berkat proses mitosis.
Fase dan karakteristiknya
Secara umum, mitosis mengikuti urutan proses (fase) yang sama di semua sel eukariotik. Pada fase-fase tersebut banyak terjadi perubahan morfologi di dalam sel. Diantaranya kondensasi kromosom, pecahnya membran nukleus, pemisahan sel dari matriks ekstraseluler dan sel lainnya, dan pembelahan sitoplasma .
Dalam beberapa kasus, pembelahan inti dan pembelahan sitoplasma dianggap sebagai fase yang berbeda (mitosis dan sitokinesis, masing-masing).
Untuk studi dan pemahaman proses yang lebih baik, enam (6) fase telah ditetapkan, yang disebut: profase , prometafase , metafase , anafase dan telofase , mengingat kemudian sitokinesis sebagai fase keenam, yang mulai berkembang selama anafase.
Telofase adalah fase terakhir dari mitosis. Diambil dari https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. Melalui Wikimedia Commons
Fase-fase ini telah dipelajari sejak abad kesembilan belas melalui mikroskop cahaya, jadi hari ini mereka mudah dikenali sesuai dengan karakteristik morfologi yang disajikan sel, seperti kondensasi kromosom, dan pembentukan gelendong mitosis.
Profase
Profase. Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons
Profase adalah manifestasi pertama yang terlihat dari pembelahan sel. Pada fase ini, penampilan kromosom dapat dilihat sebagai bentuk yang dapat dibedakan, karena pemadatan kromatin yang progresif. Kondensasi kromosom ini dimulai dengan fosforilasi molekul Histon H1 oleh MPF kinase.
Proses kondensasi terdiri dari kontraksi dan karenanya pengurangan besarnya kromosom. Ini terjadi karena penggulungan serat kromatin, menghasilkan struktur yang lebih mudah dipindahkan (kromosom mitosis).
Kromosom yang sebelumnya diduplikasi selama periode S dari siklus sel, memperoleh penampilan untai ganda, yang disebut kromatid saudara, untaian ini disatukan melalui daerah yang disebut sentromer. Pada fase ini nukleolus juga menghilang.
Pembentukan gelendong mitosis
Oleh Silvia3 [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) atau CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons
Selama profase, gelendong mitosis terbentuk , terdiri dari mikrotubulus dan protein yang membentuk satu set serat.
Saat gelendong terbentuk, mikrotubulus sitoskeleton dibongkar (dengan menonaktifkan protein yang mempertahankan strukturnya), menyediakan bahan yang diperlukan untuk pembentukan gelendong mitosis tersebut.
Sentrosom (organel tanpa membran, berfungsi dalam siklus sel), diduplikasi pada antarmuka, bertindak sebagai unit perakitan mikrotubulus gelendong. Dalam sel hewan , sentrosom memiliki sepasang sentriol di tengah; tetapi ini tidak ada di sebagian besar sel tumbuhan.
Sentrosom yang diduplikasi mulai terpisah satu sama lain sementara mikrotubulus gelendong berkumpul di masing-masing sentrosom, mulai bermigrasi ke ujung sel yang berlawanan.
Pada akhir profase, pecahnya selubung nukleus dimulai, terjadi dalam proses yang terpisah: pembongkaran pori nukleus, lamina nukleus dan membran nukleus. Pemutusan ini memungkinkan gelendong mitosis dan kromosom mulai berinteraksi.
prometafase
Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Pada tahap ini, selubung nukleus telah sepenuhnya terfragmentasi, sehingga mikrotubulus gelendong menginvasi area ini, berinteraksi dengan kromosom. Kedua sentrosom telah terpisah, masing-masing terletak di kutub gelendong mitosis, di ujung sel yang berlawanan.
Sekarang, gelendong mitosis terdiri dari mikrotubulus (yang memanjang dari setiap sentrosom menuju pusat sel), sentrosom, dan sepasang aster (struktur dengan distribusi radial mikrotubulus pendek, yang terbentang dari setiap sentrosom).
Kromatid masing-masing mengembangkan struktur protein khusus, yang disebut kinetokor, yang terletak di sentromer. Kinetokor ini terletak di arah yang berlawanan dan beberapa mikrotubulus, yang disebut mikrotubulus kinetokor, melekat padanya.
Mikrotubulus ini, yang melekat pada kinetokor, mulai bergerak ke kromosom dari ujungnya memanjang; beberapa dari satu kutub dan yang lain dari kutub yang berlawanan. Ini menciptakan efek “tarik dan susut” yang, ketika distabilkan, memungkinkan kromosom berakhir terletak di antara ujung sel.
Metafase
Kromosom disejajarkan pada pelat ekuator sel selama metafase mitosis
Dalam metafase, sentrosom terletak di ujung sel yang berlawanan. Gelendong menunjukkan struktur yang jelas, di tengahnya kromosom berada. Sentromer kromosom ini melekat pada serat dan disejajarkan dalam bidang imajiner yang disebut pelat metafase.
Kinetokor kromatid tetap melekat pada mikrotubulus kinetokor. Mikrotubulus yang tidak menempel pada kinetokor dan memanjang dari kutub berlawanan dari gelendong sekarang berinteraksi satu sama lain. Pada titik ini mikrotubulus dari aster bersentuhan dengan membran plasma .
Pertumbuhan dan interaksi mikrotubulus ini melengkapi struktur gelendong mitosis, memberikannya penampilan “kandang burung”.
Secara morfologis, fase ini merupakan fase yang paling sedikit mengalami perubahan, sehingga dianggap sebagai fase istirahat. Namun, meskipun tidak mudah terlihat, banyak proses penting terjadi di dalamnya, selain menjadi tahap mitosis yang paling lama.
Anafase
Sumber: Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons
Selama anafase, setiap pasangan kromatid mulai terpisah (karena inaktivasi protein yang menyatukan mereka). Kromosom yang terpisah bergerak ke ujung sel yang berlawanan.
Pergerakan migrasi ini disebabkan pemendekan mikrotubulus kinetokor, menghasilkan efek “tarik” yang menyebabkan setiap kromosom bergerak dari sentromernya. Bergantung pada lokasi sentromer pada kromosom, sentromer dapat berbentuk tertentu seperti V atau J.
Mikrotubulus tidak melekat pada kinetokor, tumbuh dan memanjang oleh adhesi tubulin (protein) dan oleh aksi protein motorik yang bergerak di atasnya, memungkinkan kontak di antara mereka berhenti. Saat mereka menjauh satu sama lain, kutub gelendong juga melakukannya, memperpanjang sel.
Pada akhir fase ini, kelompok kromosom terletak di ujung yang berlawanan dari gelendong mitosis, meninggalkan setiap ujung sel dengan satu set kromosom yang lengkap dan setara.
Telofase
Telofase. Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Telofase adalah fase terakhir dari pembelahan inti. Mikrotubulus kinetokor hancur sedangkan mikrotubulus kutub semakin memanjang.
Membran nukleus mulai terbentuk di sekitar setiap set kromosom, menggunakan selubung nukleus sel progenitor, yang seperti vesikel di sitoplasma.
Pada tahap ini, kromosom yang berada di kutub sel benar-benar terdekondensasi karena defosforilasi molekul histon (H1). Pembentukan unsur-unsur membran nuklir diarahkan oleh beberapa mekanisme.
Selama anafase, banyak protein terfosforilasi dalam profase mulai mengalami defosforilasi. Hal ini memungkinkan bahwa pada awal telofase, vesikel nuklir mulai berkumpul kembali, berhubungan dengan permukaan kromosom.
Di sisi lain, pori nuklir dipasang kembali memungkinkan pemompaan protein nuklir. Protein dari lamina nukleus mengalami defosforilasi, memungkinkan mereka untuk bergabung kembali, untuk melengkapi pembentukan lamina nukleus tersebut.
Akhirnya, setelah kromosom benar-benar terdekondensasi, sintesis RNA dimulai kembali , membentuk nukleolus lagi dan dengan demikian menyelesaikan pembentukan inti interfase baru dari sel anak.
Sitokinesis
Sitokinesis diambil sebagai peristiwa terpisah dari pembelahan nukleus, dan umumnya dalam sel yang khas, proses pembelahan sitoplasma menyertai setiap mitosis, dimulai pada anafase. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa pada beberapa embrio, pembelahan inti multipel terjadi sebelum pembelahan sitoplasma.
Prosesnya dimulai dengan munculnya alur atau celah yang ditandai pada bidang pelat metafase, memastikan bahwa pembelahan terjadi di antara kelompok-kelompok kromosom. Situs celah ditunjukkan oleh gelendong mitosis khususnya, mikrotubulus aster.
Di celah yang ditandai, serangkaian mikrofilamen ditemukan membentuk cincin yang diarahkan ke sisi sitoplasma membran sel, sebagian besar terdiri dari aktin dan miosin. Protein ini berinteraksi satu sama lain yang memungkinkan cincin berkontraksi di sekitar alur.
Kontraksi ini dihasilkan oleh geseran filamen protein ini, saat mereka berinteraksi satu sama lain, dengan cara yang sama seperti yang mereka lakukan, misalnya, di jaringan otot.
Kontraksi cincin semakin dalam, memberikan efek “penjepit” yang akhirnya membelah sel progenitor, memungkinkan pemisahan sel anak, dengan isi sitoplasma yang berkembang.
Sitokinesis pada sel tumbuhan
Sel tumbuhan memiliki dinding sel, sehingga proses pembelahan sitoplasmanya berbeda dari yang dijelaskan sebelumnya dan dimulai pada telofase.
Pembentukan dinding sel baru dimulai ketika mikrotubulus dari sisa gelendong dirakit, membentuk fragmoplas. Struktur silinder ini terdiri dari dua set mikrotubulus yang terhubung di ujungnya, dan kutub positifnya tertanam dalam pelat elektronik di bidang ekuator.
Vesikel kecil dari aparatus Golgi, dikemas dengan prekursor dinding sel, berjalan melalui mikrotubulus fragmoplast ke daerah ekuator, bergabung untuk membentuk pelat sel. Isi vesikel disekresikan ke piring ini saat tumbuh.
Plak tersebut tumbuh, menyatu dengan membran plasma di sepanjang batas sel. Hal ini terjadi karena penataan ulang konstan mikrotubulus fragmoplast di pinggiran piring, memungkinkan lebih banyak vesikel bergerak menuju bidang ini dan mengosongkan isinya.
Dengan cara ini, pemisahan sitoplasma sel anak terjadi. Akhirnya, isi pelat sel, bersama dengan serat mikro selulosa di dalamnya, memungkinkan pembentukan dinding sel baru selesai.
Fitur
Mitosis adalah mekanisme pembelahan pada sel, dan merupakan bagian dari salah satu fase siklus sel pada eukariota. Secara sederhana, kita dapat mengatakan bahwa fungsi utama dari proses ini adalah reproduksi sel dalam dua sel anak.
Untuk organisme uniseluler, pembelahan sel berarti generasi individu baru, sedangkan untuk organisme multiseluler proses ini adalah bagian dari pertumbuhan dan fungsi yang benar dari seluruh organisme (pembelahan sel menghasilkan perkembangan jaringan dan pemeliharaan struktur).
Proses mitosis diaktifkan sesuai dengan kebutuhan tubuh. Pada mamalia , misalnya, sel darah merah (eritrosit) mulai membelah, membentuk lebih banyak sel, ketika tubuh membutuhkan pengambilan oksigen yang lebih baik. Demikian pula, sel darah putih (leukosit) bereproduksi ketika diperlukan untuk melawan infeksi.
Sebaliknya, beberapa sel hewan khusus praktis tidak memiliki proses mitosis atau sangat lambat. Contohnya adalah sel saraf dan sel otot).
Secara umum, mereka adalah sel-sel yang merupakan bagian dari jaringan ikat dan struktural tubuh dan yang reproduksinya diperlukan hanya ketika sel memiliki cacat atau kerusakan dan perlu diganti.
Pengaturan pertumbuhan dan pembelahan sel.
Pembelahan sel dan sistem kontrol pertumbuhan jauh lebih kompleks pada organisme multiseluler daripada pada organisme uniseluler. Dalam yang terakhir, reproduksi pada dasarnya dibatasi oleh ketersediaan sumber daya.
Pada sel hewan, pembelahan dihentikan sampai ada sinyal positif yang mengaktifkan proses ini. Aktivasi ini datang dalam bentuk sinyal kimia dari sel tetangga. Ini memungkinkan untuk mencegah pertumbuhan jaringan yang tidak terbatas, dan reproduksi sel-sel yang rusak, yang dapat secara serius membahayakan kehidupan organisme.
Salah satu mekanisme yang mengontrol multiplikasi sel adalah apoptosis, di mana sel mati (karena produksi protein tertentu yang mengaktifkan penghancuran diri) jika menimbulkan kerusakan yang cukup besar atau terinfeksi oleh virus.
Ada juga regulasi perkembangan sel melalui penghambatan faktor pertumbuhan (seperti protein). Dengan demikian sel tetap pada antarmuka, tanpa melanjutkan ke fase M dari siklus sel.
Organisme yang melaksanakannya
Proses mitosis terjadi di sebagian besar sel eukariotik, dari organisme bersel tunggal seperti ragi, yang menggunakannya sebagai proses reproduksi aseksual , hingga organisme multiseluler yang kompleks seperti tumbuhan dan hewan.
Meskipun siklus sel umumnya sama untuk semua sel eukariotik, ada perbedaan mencolok antara organisme uniseluler dan multiseluler. Pada yang pertama, pertumbuhan dan pembelahan sel disukai oleh seleksi alam. Pada organisme multiseluler, proliferasi dibatasi oleh mekanisme kontrol yang ketat.
Pada organisme uniseluler, reproduksi terjadi dengan cara yang dipercepat, karena siklus sel beroperasi secara konstan dan sel anak dengan cepat memulai mitosis untuk melanjutkan siklus ini. Sedangkan sel-sel organisme multiseluler membutuhkan waktu lebih lama untuk tumbuh dan membelah.
Ada juga beberapa perbedaan antara proses mitosis sel tumbuhan dan hewan, seperti dalam beberapa fase proses ini, namun, pada prinsipnya, mekanisme ini bekerja dengan cara yang sama pada organisme ini.
Pembelahan sel pada sel prokariotik
Sel prokariotik
Sel prokariotik umumnya tumbuh dan membelah lebih cepat daripada sel eukariotik.
Organisme dengan sel prokariotik (umumnya uniseluler atau dalam beberapa kasus multiseluler) tidak memiliki membran inti yang mengisolasi materi genetik di dalam nukleus, sehingga tersebar di dalam sel, di area yang disebut nukleoid. Sel-sel ini memiliki kromosom utama melingkar.
Pembelahan sel dalam organisme ini jauh lebih langsung daripada di sel eukariotik, tidak memiliki mekanisme yang dijelaskan (mitosis). Di dalamnya, reproduksi dilakukan dengan proses yang disebut pembelahan biner, di mana replikasi DNA dimulai di situs tertentu pada kromosom melingkar (asal replikasi atau OriC).
Dua asal kemudian terbentuk yang bermigrasi ke sisi berlawanan dari sel saat replikasi terjadi, dan sel diregangkan hingga dua kali ukurannya. Pada akhir replikasi, membran sel tumbuh ke dalam sitoplasma, membagi sel progenitor menjadi dua anak perempuan dengan materi genetik yang sama.
Evolusi mitosis
Evolusi sel eukariotik membawa serta peningkatan kompleksitas dalam genom. Ini melibatkan pengembangan mekanisme pembagian yang lebih rumit.
Apa yang mendahului mitosis?
Ada hipotesis yang menyatakan bahwa pembelahan bakteri adalah mekanisme pendahulu dari mitosis. Sebuah hubungan tertentu telah ditemukan antara protein yang terkait dengan pembelahan biner (yang mungkin mereka yang mengikat kromosom ke situs tertentu pada membran plasma anak perempuan) dengan tubulin dan aktin dari sel eukariotik.
Beberapa penelitian menunjukkan kekhasan tertentu dalam pembagian protista uniseluler cararn. Di dalamnya, membran nukleus tetap utuh selama mitosis. Kromosom yang direplikasi tetap berlabuh ke situs tertentu pada membran ini, memisahkan ketika nukleus mulai meregang selama pembelahan sel.
Ini menunjukkan beberapa kebetulan dengan proses pembelahan biner, di mana kromosom yang direplikasi menempel pada tempat-tempat tertentu pada membran sel. Hipotesis kemudian mengusulkan bahwa protista yang menunjukkan kualitas ini selama pembelahan sel mereka dapat mempertahankan karakteristik sel prokariotik leluhur ini.
Saat ini, penjelasan belum dikembangkan mengapa membran nukleus perlu hancur selama proses pembelahan sel dalam sel eukariotik organisme multiseluler.
Referensi
- Albarracín, A., & Telulón, AA (1993). Teori sel pada abad ke-19. edisi AKAL.
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Biologi Molekuler Sel. Garland Science, Taylor dan Francis Group.
- Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologi 7 th edition, AP.
- Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH, & Suzuki, DT (1992). Pengantar analisis genetik. McGraw-Hill Interamericana.
- Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekuler: konsep dan eksperimen. John Wiley & Sons.
- Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
- Segura-Valdez, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, LF (2008). Visualisasi mitosis dengan mikroskop kekuatan atom. TIP. Jurnal khusus dalam ilmu kimia-biologi, 11 (2), 87-90.
