pembelahan sel adalah proses yang memungkinkan semua tamu organisme tumbuh dan reproduksi. Pada prokariota dan eukariota, hasil pembelahan sel adalah sel anak yang memiliki informasi genetik yang sama dengan sel aslinya. Ini terjadi karena, sebelum pembelahan, informasi yang terkandung dalam DNA diduplikasi.
Pada prokariota, pembelahan terjadi dengan pembelahan biner. Genom sebagian besar prokariota adalah molekul DNA sirkular. Meskipun organisme ini tidak memiliki nukleus, DNA dalam bentuk kompak yang disebut nukleoid, yang berbeda dari sitoplasma sekitarnya.
Sumber: Retama [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]
Pada eukariota, pembelahan terjadi melalui mitosis dan meiosis. Genom eukariotik terdiri dari sejumlah besar DNA yang terorganisir di dalam nukleus. Organisasi ini didasarkan pada pengemasan DNA dengan protein, membentuk kromosom, yang mengandung ratusan atau ribuan gen.
Eukariota yang sangat beragam, baik uniseluler dan metazoan, memiliki siklus hidup yang bergantian antara mitosis dan meiosis. Siklus ini adalah siklus dengan: a) meiosis gamet (hewan, beberapa jamur dan ganggang), b) meiosis zigotik (beberapa jamur dan protozoa); dan c) silih bergantinya meiosis gamet dan zigotik ( tumbuhan ).
Indeks artikel
Jenis
Pembelahan sel dapat dengan pembelahan biner, mitosis, atau meiosis. Masing-masing proses yang terlibat dalam jenis pembelahan sel ini dijelaskan di bawah ini.
Pembelahan biner
Pembelahan prokariotik, pembelahan biner, adalah bentuk reproduksi aseksual.
Pembelahan biner terdiri dari pembelahan sel yang menghasilkan dua sel anak, masing-masing dengan salinan identik DNA dari sel asli.
Sebelum pembelahan sel prokariotik , terjadi replikasi DNA, dimulai dari tempat spesifik pada DNA untai ganda, yang disebut tempat asal replikasi. Enzim-enzim replikasi bergerak ke dua arah dari asalnya, menghasilkan satu salinan dari masing-masing untai DNA untai ganda.
Setelah replikasi DNA, sel memanjang dan DNA dipisahkan di dalam sel. Segera, membran plasma baru mulai tumbuh di tengah sel, membentuk septum.
Proses ini difasilitasi oleh protein FtsZ, yang secara evolusioner sangat terkonservasi pada prokariota, termasuk Archaea. Akhirnya sel membelah.
Siklus sel dan mitosis
Tahapan yang dilalui sel eukariotik dari antara dua pembelahan sel berturut-turut dikenal sebagai siklus sel. Durasi siklus sel bervariasi dari beberapa menit hingga bulan, tergantung pada jenis selnya.
Siklus sel dibagi menjadi dua tahap, yaitu fase M dan antarmuka. Dua proses terjadi pada fase M, yang disebut mitosis dan sitokinesis. Mitosis terdiri dari pembelahan inti. Jumlah dan jenis kromosom yang sama yang ada dalam nukleus asli ditemukan di nukleus anak. Sel somatik pada organisme multiseluler membelah secara mitosis.
Sitokinesis terdiri dari pembelahan sitoplasma untuk membentuk sel anak.
Antarmuka memiliki tiga fase: 1) G1, sel tumbuh dan menghabiskan sebagian besar waktunya dalam fase ini; 2) S, duplikasi genom; dan 3) G2, replikasi mitokondria dan organel lainnya, kondensasi kromosom, dan perakitan mikrotubulus, di antara peristiwa lainnya.
Tahapan mitosis
Mitosis dimulai dengan akhir fase G2, dan dibagi menjadi lima fase: profase, prometafase, metafase, anafase, dan telofase. Semuanya terjadi terus menerus.
Profase
Profase. Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons
Pada tahap ini perakitan gelendong mitosis, atau aparatus mitosis, adalah peristiwa utama. Profase dimulai dengan pemadatan kromatin, membentuk kromosom.
Setiap kromosom memiliki pasangan kromatid sister, dengan DNA identik, yang terkait erat di sekitar sentromernya. Kompleks protein yang disebut kohesin berpartisipasi dalam penyatuan ini.
Setiap sentromer melekat pada kinetokor, yang merupakan kompleks protein yang mengikat mikrotubulus. Mikrotubulus ini memungkinkan setiap salinan kromosom ditransfer ke sel anak. Mikrotubulus memancar dari setiap ujung sel dan membentuk aparatus mitosis.
Pada sel hewan, sebelum profase, duplikasi sentrosom terjadi, yang merupakan pusat pengorganisasian utama mikrotubulus dan tempat bertemunya sentriol induk dan anak. Setiap sentrosom mencapai kutub sel yang berlawanan, membentuk jembatan mikrotubulus di antara mereka yang disebut aparatus mitosis.
Pada tumbuhan yang berevolusi lebih baru, tidak seperti sel hewan, tidak ada sentrosom dan asal mikrotubulus tidak jelas. Dalam sel fotosintesis asal evolusi yang lebih tua, seperti ganggang hijau, ada sentrosom.
prometafase
Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Mitosis harus memastikan pemisahan kromosom dan distribusi selubung nukleus dari kompleks pori nukleus dan nukleolus. Tergantung pada apakah selubung inti (EN) menghilang atau tidak, dan tingkat densintegrasi EN, mitosis berkisar dari tertutup hingga terbuka sepenuhnya.
Misalnya pada S. cerevisae mitosisnya tertutup, pada A. nidulans semi terbuka, dan pada manusia terbuka.
Dalam mitosis tertutup, badan kutub gelendong ditemukan di dalam selubung nukleus, yang merupakan titik nukleasi mikrotubulus nukleus dan sitoplasma. Mikrotubulus sitoplasma berinteraksi dengan korteks sel, dan dengan kinetokor kromosom.
Dalam mitosis semi-terbuka, karena EN sebagian dibongkar, ruang nuklir diserbu oleh mikrotubulus berinti dari sentrosom dan melalui dua bukaan di EN, membentuk bundel yang dikelilingi oleh EN.
Dalam mitosis terbuka, pembongkaran lengkap EN terjadi, aparatus mitosis selesai, dan kromosom mulai dipindahkan ke tengah sel.
Metafase
Kromosom disejajarkan pada pelat ekuator sel selama metafase mitosis
Pada metafase, kromosom berbaris di ekuator sel. Bidang imajiner yang tegak lurus terhadap sumbu gelendong, melewati keliling bagian dalam sel, disebut pelat metafase.
Dalam sel mamalia, aparatus mitosis diatur menjadi gelendong mitosis pusat dan sepasang aster. Gelendong mitosis terdiri dari bundel mikrotubulus simetris bilateral yang terbagi di ekuator sel, membentuk dua bagian yang berlawanan. Aster terdiri dari sekelompok mikrotubulus di setiap kutub gelendong.
Dalam aparatus mitosis ada tiga kelompok mikrotubulus: 1) astral, yang membentuk aster, mulai dari sentrosom dan menyebar ke korteks sel; 2) dari kinetokor, yang melekat pada kromosom melalui kinetokor; dan 3) polar, yang berinterdigitasi dengan mikrotubulus dari kutub yang berlawanan.
Dalam semua mikrotubulus yang dijelaskan di atas, ujung (-) menghadap ke sentrosom.
Dalam sel tumbuhan, jika tidak ada sentrosom, gelendong mirip dengan sel hewan. Spindel terdiri dari dua bagian dengan polaritas yang berlawanan. Ujung (+) berada di lempeng ekuator.
Anafase
Sumber: Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], dari Wikimedia Commons
Anafase dibagi menjadi awal dan akhir. Pemisahan kromatid saudara terjadi pada anafase awal.
Pemisahan ini terjadi karena protein yang mempertahankan persatuan dibelah dan karena ada pemendekan mikrotubulus kinetokor. Ketika sepasang kromatid saudara berpisah, mereka disebut kromosom.
Selama pergeseran kromosom ke arah kutub, kinetokor bergerak sepanjang mikrotubulus dari kinetokor yang sama saat ujung (+) berdisosiasi. Karena itu, pergerakan kromosom selama mitosis adalah proses pasif yang tidak memerlukan protein motorik.
Pada anafase akhir, pemisahan kutub yang lebih besar terjadi. Sebuah protein KRP, melekat pada ujung (+) mikrotubulus kutub, di wilayah tumpang tindih yang sama, berjalan menuju ujung (+) mikrotubulus kutub antiparalel yang berdekatan. Dengan demikian, KRP mendorong mikrotubulus kutub yang berdekatan menuju ujung (-).
Dalam sel tumbuhan, setelah pemisahan kromosom, ruang dengan mikrotubulus interdigitated atau superimposed tetap berada di tengah gelendong. Struktur ini memungkinkan inisiasi aparatus sitokinetik, yang disebut fragmoplast.
Telofase
Telofase. Leomonaci98 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Dalam telofase, beberapa peristiwa terjadi. Kromosom mencapai kutub. Kinetokor menghilang. Mikrotubulus kutub terus memanjang, mempersiapkan sel untuk sitokinesis. Selubung inti dibentuk kembali dari fragmen selubung induk. Nukleolus muncul kembali. Kromosom mengalami dekondensasi.
Sitokinesis
Sitokinesis adalah fase siklus sel di mana sel membelah. Pada sel hewan, sitosinesis terjadi melalui sabuk penyempitan filamen aktin. Filamen ini meluncur melewati satu sama lain, diameter tali berkurang, dan alur pembelahan terbentuk di sekitar keliling sel.
Saat penyempitan berlanjut, sulkus semakin dalam dan jembatan antar sel terbentuk, yang berisi tubuh bagian tengah. Di wilayah tengah jembatan antar sel adalah kumpulan mikrotubulus, yang ditutupi oleh matriks elektroda.
Kerusakan jembatan antar sel antara sel-sel saudara pasca-mitosis terjadi melalui absisi. Ada tiga jenis absisi: 1) mekanisme kerusakan mekanis; 2) mekanisme pengisian oleh vesikel internal; 3) penyempitan membran plasma untuk pembelahan.
Dalam sel tumbuhan, komponen membran berkumpul di dalamnya dan pelat sel terbentuk. Plak ini tumbuh hingga mencapai permukaan membran plasma, menyatu dengannya dan membelah sel menjadi dua. Kemudian selulosa diendapkan pada membran plasma baru dan membentuk dinding sel baru.
meiosis
Meiosis adalah jenis pembelahan sel yang mengurangi jumlah kromosom menjadi dua. Dengan demikian, sel diploid membelah menjadi empat sel anak haploid. Meiosis terjadi pada sel germinal dan menghasilkan gamet.
Tahapan meiosis terdiri dari dua pembelahan inti dan sitoplasma, yaitu meiosis I dan meiosis II. Selama meiosis I, anggota dari setiap pasangan kromosom homolog terpisah. Selama meiosis II, kromatid saudara terpisah dan empat sel haploid diproduksi.
Setiap tahap mitosis dibagi menjadi profase, prometafase, metafase, anafase, dan telofase.
Meiosis I
– Profase I. Kromosom memadat dan gelendong mulai terbentuk. DNA menjadi dua kali lipat. Setiap kromosom terdiri dari kromatid sister, melekat pada sentromer. Kromosom homolog berpasangan selama sinapsis , memungkinkan crossover, yang merupakan kunci untuk menghasilkan gamet yang berbeda.
– Metafase I. Pasangan kromosom homolog berbaris di sepanjang pelat metafase. Kiasme membantu menyatukan pasangan. Mikrotubulus dari kinetokor di setiap kutub mengikat sentromer dari kromosom homolog.
– Anafase I. Mikrotubulus kinetokor diperpendek dan pasangan homolog dipisahkan. Satu homolog duplikat pergi ke satu kutub sel, sedangkan homolog duplikat lainnya pergi ke sisi kutub yang lain.
– Telofase I. Homolog terpisah membentuk kelompok di setiap kutub sel. Selubung nuklir terbentuk kembali. Sitokinesis terjadi. Sel-sel yang dihasilkan memiliki setengah jumlah kromosom dari sel aslinya.
Meiosis II
– Profase II. Sebuah gelendong baru terbentuk di setiap sel dan membran sel menghilang.
– Metafase II. Pembentukan spindel selesai. Kromosom memiliki kromatid saudara, bergabung di sentromer, sejajar sepanjang pelat metafase. Mikrotubulus kinetokor yang dimulai dari kutub yang berlawanan berikatan dengan sentromer.
– Anafase II. Mikrotubulus memendek, sentromer membelah, kromatid bersaudara berpisah dan bergerak menuju kutub yang berlawanan.
– Telofase II. Selubung nukleus terbentuk di sekitar empat kelompok kromosom: empat sel haploid terbentuk.
Pentingnya
Beberapa contoh menggambarkan pentingnya berbagai jenis pembelahan sel.
– Mitosis. Siklus sel memiliki titik ireversibel (replikasi DNA, pemisahan kromatid saudara) dan pos pemeriksaan (G1/S). Protein p53 adalah kunci ke pos pemeriksaan G1. Protein ini mendeteksi kerusakan DNA, menghentikan pembelahan sel, dan merangsang aktivitas enzim yang memperbaiki kerusakan.
Pada lebih dari 50% kanker manusia, protein p53 mengalami mutasi yang meniadakan kemampuannya untuk mengikat urutan DNA tertentu. Mutasi pada p53 dapat disebabkan oleh karsinogen, seperti benzopyrene dalam asap rokok.
– Meiosis. Ini terkait dengan reproduksi seksual. Dari sudut pandang evolusioner, reproduksi seksual diyakini muncul sebagai proses untuk memperbaiki DNA. Dengan demikian, kerusakan pada kromosom dapat diperbaiki berdasarkan informasi dari kromosom homolog.
Keadaan diploid diyakini bersifat sementara pada organisme purba, tetapi menjadi lebih relevan ketika genom bertambah besar. Pada organisme ini, reproduksi seksual memiliki fungsi komplementasi, perbaikan DNA dan variasi genetik.
Referensi
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., dkk. 2007. Biologi Molekuler Sel. Ilmu Garland, New York.
- Bernstein, H., Byers, GS, Michod, RE 1981. Evolusi reproduksi seksual: pentingnya perbaikan DNA, komplementasi, dan variasi. Naturalis Amerika, 117, 537-549.
- Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Seluler dan biologi molekuler. Editorial Medica Panamericana, Buenos Aires.
- Raven, PH, Johnson, GB, Losos, JB, Penyanyi, SR 2005 Biologi. Pendidikan Tinggi, Boston.
- Solomon, BM, Berg, LR, Martin, DW 2008. Biologi. Thomson, AS.
