SIKLUS PEMBELAHAN SEL
Keberlanjutan kehidupan didasarkan pada reproduksi dari sel-sel atau pembelahan sel
Figure 12.1
Proses pembelahan sel Merupakan bagian terintegrasi dari siklus sel
Ada tiga macam pembelahan sel : 1. Amitosis (pembelahan langsung) Pada proses pembelahan ini tidak tampak adanya kromosom. Inti akan memanjang sepanjang sumbu panjangnya dan diikuti konstriksi di bagian tengah sehingga timbul pola sebagai halter. Akhirnya dua bagian inti tersebut akan terpisah yang diikuti oleh pembelahan sitoplasmanya (sitokinesis). Beberapa peneliti menyatakan bahwa pembelahan ini terjadi pada keadaan normal, kadang-kadang diikuti oleh sitokinesis yang tidak sempurna. Dalam pembelahan amitosis, tidak ada mekanisme yang membuat pembagian kromosom menjadi sama dalam masing-masing anak selnya.
Organisme Unicellular melakukan reproduksi melalui pembelahan sel secara langsung. 100 µm
Figure 12.2 A
(a) Reproduction. An amoeba, a single-celled eukaryote, is dividing into two cells. Each new cell will be an individual organism (LM).
2. Mitosis (pembelahan tidak langsung)
Mitosis pada dasarnya juga terdiri dari dua proses yaitu kariokinesis (pembelahan inti) dan sitokinesis (pembelahan sitoplasma). Dalam mitosis terlibat berbagai badan yang disebut mitotic apparatus (perangkat mitosis)yang meliputi aster dan kumparan di sekeliling sentirol. Kumparan tersebut terdiri atas benang-benang kromosom, continuos fibers dan interzonal fibers.
3. Meiosis Disebut juga sebagai:
Pembelahan reduksi Pembelahan maturasi gametogenesis
Parental (2n) diploid meiosis gamet haploid (1n)
Pembelahan sel Eukaryot terdiri dari Mitosis dan Meiosis: Mitosis
Pembelahan pada sel-sel tubuh Terdiri dari Kariokinesis/pembelahan inti dan Sitokinesis/pembelahan sitoplasma Menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom yang sama dengan sel induk (diploid) Menghasilkan sel anak yang identik secara genetik dengan sel induk
Meiosis
Pembelahan pada sel-sel kelamin atau sel gamet. Kariokinesis diikuti oleh Sitokinesis yang tidak sama banyak (pada betina) atau tidak sempurna (pada jantan) Menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom setengah dari jumlah kromosom sel induk (haploid) Menghasilkan sel anak yang tidak identik secara genetik dengan sel induk
MITOSIS
• Mitosis adalah suatu proses pembelahan sel yang menghasilkan selsel baru dengan kopian DNA yang identik dengan sel asalnya
• Organisme multiselular sangat tergantung pada pembelahan sel untuk tujuan : Perkembangan dari sel yang telah difertilisasi Tumbuh Perbaikan 200 µm
(b) Growth and development. This micrograph shows a sand dollar embryo shortly after the fertilized egg divided, forming two cells (LM). Figure 12.2 B, C
20 µm
(c) Tissue renewal. These dividing bone marrow cells (arrow) will give rise to new blood cells (LM).
Pembelahan sel mitosis menghasilkan sel-sel anak yang identik secara genetik Sel-sel menduplikasi material genetiknya sebelum membelah,
dipastikan bahwa masing-masing sel anak akan menerima copi material genetik (DNA) yang persis sama
Molekul DNA di dalam sel dikemas menjadi kromosom
Figure 12.3 50 µm
Kromosom-kromosom Eukaryot Terdiri dari kromatin, suatu komplek DNA dan protein yang memadat selama pembelahan sel. Sel-sel somatik mempunyai dua set kromosom. Gamet-gamet mempunyai satu set kromosom.
Dalam persiapan pembelahan sel: DNA di replikasi dan kromosom dimampatkan • Selama pembelahan sel, benang-benang kromatin memadat (menggulung) membentuk kromosom • Kromosom hanya tampak sebagai struktur batang selama pembelahan sel • Tiap-tiap kromosom adalah duplikat, terdiri dari dua kromatid yang digabungkan oleh sentromer.
Chromosome Structure P Arm Centromere
Q Arm
• Masing-masing kromosom diduplikasi menjadi dua sister kromatid yang akan memisah selama pembelahan sel A eukaryotic cell has multiple chromosomes, one of which is represented here. Before duplication, each chromosome has a single DNA molecule.
Once duplicated, a chromosome consists of two sister chromatids connected at the centromere. Each chromatid contains a copy of the DNA molecule.
Mechanical processes separate the sister chromatids into two chromosomes and distribute them to two daughter cells.
Figure 12.4
0.5 µm
Chromosome duplication (including DNA synthesis) Centromere
Separation of sister chromatids
Centromeres
Sister chromatids
Sister chromatids
Fase-fase pada siklus sel • Fase mitosis • Interphase INTERPHASE
Fase mitosis Terdiri dari mitosis dan cytokinesis Figure 12.5
S (DNA synthesis)
G1
G2
Mitosis terdiri dari lima fase yang berbeda 1. Prophase 2. Prometaphase
G2 OF INTERPHASE Centrosomes Chromatin (with centriole pairs) (duplicated)
Figure 12.6
Nucleolus
Nuclear Plasma envelope membrane
PROMETAPHASE
PROPHASE Early mitotic spindle
Aster
Centromere
Chromosome, consisting of two sister chromatids
Fragments of nuclear envelope
Kinetochore Nonkinetochore microtubules
Kinetochore microtubule
3. Metaphase 4. Anaphase 5. Telophase
METAPHASE
ANAPHASE
Metaphase plate
Figure 12.6
Spindle
Centrosome at one spindle pole
TELOPHASE AND CYTOKINESIS Cleavage furrow
Daughter chromosomes
Nuclear envelope forming
Nucleolus forming
Siklus Sel
Siklus Sel Interphase • G1, S, G2
– Tumbuh dan Replikasi DNA
• G0 = Sel tanpa aktifitas
KEJADIAN MITOSIS • BERLANGSUNG PADA SEL JARINGAN YANG MERISTEMATIS ATAU AKTIF MEMBELAH • CONTOH: – Pada tumbuhan : • prokambium, kambium vasikular/interfasikular, meristem apeks/interkalar
– Pada hewan : • Jaringan limpoid, sumsum tulang, testis, folikel rambut
MITOSIS TERJADI PADA FASE M Selama fase M terjadi perubahan-perubahan morfologi sebagai berikut: 1) kromosom memadat; 2) membran inti hancur/fragmentasi; 3) retikulum endoplasma dan golgi kompleks terfragmentasi; 4) pelekatan sel dengan sel lainnya dan matriks ekstraseluler melemah; dan 5) sitoskleton ditransformasi menjadi spindel mitosis untuk mengarahkan & mensegregasi krromosom.
• Segregasi kromosom dijalankan oleh spindle mitosis yang dibangun oleh mikrotubul. • Spindel dibentuk diluar inti, jika membran inti melebur pada saat prometafase maka mikrotubul spindle menangkap kromosom dan meluruskan posisinya. • Pada saat anafase, kromatid anak membelah dan ditarik ke kutub spindle yang berlawanan. • Spindel selalu memanjang sampai telofase dan berhenti setelah kromosom sampai pada kutub, kemudian spindel melepaskan kromosom dan membran inti dibentuk kembali pada saat telofase.
Prophase • Bagian terlama dalam mitosis • Sentriol bergerak kedepan menuju kutub sel yang berlawanan – Sentriol ditemukan di luar membran inti di area yang disebut sbg Sentrosom – Bertanggung jawab dalam mengatur benang spindel
• Membran inti mulai fragmentasi dan menghilang dalam sitoplasma • Nucleolus berdisintegrasi • Kromatin mulai memadat membentuk kromosom
Prometaphase/Metaphase • Benang spindle terikat pada kinetochore di tiap kromosom – Kinetochore = keping2 berlapis dari protein yang terbentuk pada sisi yang berlawanan dari masing2 centromere – Benang Spindle fibers merupakan mikotubul yang dibuat dari tubulin yang tumbuh di luar wilayah centrosome dan mengarahkan pergerakan dari kromosom
• Kromosom bermigrasi ke bidang equitorial /bidang metaphase di dalam sel • Masing-masing sentromer disusun pada bidang metafase dengan lengan-lengan yang terentang ke luar secara random .
The Mitotic Spindle/Spindle fiber
–Merupakan perangkat terdiri dari mikrotubul yang mengontrol pergerakan kromosom seIama mitosis
• Spindel muncul dari sentrosom , termasuk mikrotubul spindel dan aster
• Beberapa spindle microtubules – Melekat pada kinetochores dari chromosomes dan mengarahkan chromosomes ke bidang metaphase Aster Sister chromatids
Centrosome Metaphase Plate Kinetochores
Overlapping nonkinetochore microtubules Kinetochores microtubules Microtubules
Figure 12.7
0.5 µm
Centrosome 1 µm
Chromosomes
Ada tiga jenis mikrotubul, antara lain: 1. Mikrotubul kutub, yaitu mikrotubul yang saling bersambungan pada bagian tengah sell dan berperan untuk mendorong kutub spindel 2. Mikrotubul kinetokor, yaitu mikrotubul yang melekat ke kinetokor pada sentromer setiap kromosom dan berfungsi untuk menarik kromosom pada kutub yang berlawanan 3. Mikrotubull bintang, yaitu mikrotubul yang muncul ke seluruh arah dari sentrosom dan berfungsi membantu penekanan spindel selama pemisahan ke arah kutub
Anaphase
• Stadium paling singkat dalam mitosis • Sister chromatids disjoin/berpisah dan bermigrasi ke arah yang berlawanan di dalam sel
– Pergerakan ini tergantung pada pelekatan benang spindel sentromer – Pergerakan ini di atur secara molekuler dengan menghasilkan energi melalui hidrolisis ATP. – Sentromer bergerak jauh ke kutub masing2 dengan lengan2 kromosom bersamanya
• Pada anaphase, sister chromatid memisah dan bergerak sepanjang mikrotubul kinetochore menuju kutub sel yang berlawanan EXPERIMENT
1 The microtubules of a cell in early anaphase were labeled with a fluorescent dye that glows in the microscope (yellow).
Kinetochore
Spindle pole
Figure 12.8
Mikrotubul nonkinetechore dari kutub yang berlawanan saling tangkup dan mendorong kearah yang berlawanan satu sama lain Pada telophase Terbentuk inti anak yang identik secara genetik pada kutub yang berlawanan
• Karyokinesis
Telophase
– Pembelahan inti
• DNA idibagi ke dalam sel2 anak
• Cytokinesis
– Sitoplasma sel induk dibagi – Pada sel2 hewan = pembentukan alur – Pada sel tanaman = keping sel
• Kromosom merenggang membentuk kromatin • Membran inti muncul kembali • Nucleolus dibentuk kembali • Benang spindel menghilang
SITOKINESIS Meskipun pembelahan inti (kariokinesis) dan sitoplasma (sitokinesis) pada umumnya saling terkait tetapi juga merupakan dua kejadian yang terpisah. Pada beberapa kasus, kariokinesis tidak diikuti oleh sitokinesis. Contoh kasus ini ditemukan pada: - embrio awal Drosophilla - endosperm tahap awal dari Glycine dan Brassica. Kasus tersebut menyebabkan sel memiliki banyak inti (multinukleat).
Sitokinesis Pada Sel Hewan • Sitokinesis terjadi melalui proses yang dikenal sebagai pembelahan, membentuk alur pembelahan (cleavage furrow) • Tanda awal yang tampak pada pembelahan sel hewan adalah pengkerutan membrane plasma. • Pengkerutan itu terjadi pada bidang metaphase dan tegak lurus dengan sumbu spindle mitosis. • Pembelahan disertai dengan kontraksi cincin kontraktil, dimana cincin ini terdiri dari filament-filamen aktin yang dibentuk pada saat anafase. • Cincin kontraktil terikat pada membrane sitoplasma dan dia menghasilkan tekanan kea rah dalam sel sehingga membrane sitoplasma memisahkan dua sitoplasma sebagai hasil pembelahan. • Dengan demikian sitokinesis pada sel hewan dimulai dari luar ke arah dalam sel.
Penyempitan (furrow) pada bidang pembelahan sel hewan
Cleavage furrow
Contractile ring of microfilaments
Figure 12.9 A
100 µm
Daughter cells
(a) Cleavage of an animal cell (SEM)
Sitokinesis Pada Sel Tumbuhan • Pada sel tumbuhan, selama cytokinesis terbentuk cell plate • Sel tumbuhan diselubungi oleh dinding sel yang kaku dan mekanisme sitokinesisnya berbeda dengan sel hewan. • Sitoplasma sel tumbuhan dibagi oleh dinding sel baru yang dimulai dari arah dalam ke arah luar sel.
• Dinding baru yang disebut papan sel mulai dibentuk pada suatu bidang antara dua inti anak. • Asosiasi papan sel dengan mikrotul tersebut disebut fragmoplas. • Vesikula-vesikula kecil yang dihasilkan oleh golgi kompleks bergabung dengan mikrotubul pada setiap sisi fragmoplas, kemudian ditranspor sepanjang fragmoplas sampai dia mencapai bidang ekuator. • Selajutnya dia menyatu membentuk struktur terikat membran seperti cawan yang disebut papan sel awal. • Molekul-molekul polisakarida yang diberikan oleh vesikula disusun dalam papan sel awal untuk membentuk material matriks dinding sel primer.
Vesicles forming cell plate
Figure 12.9 B
Wall of patent cell
1 µm
Cell plate New cell wall
Daughter cells (b) Cell plate formation in a plant cell (SEM)
• Mitosis pada sel tumbuhan Nucleus
Chromatine Nucleolus condensing
1 Prophase. The chromatin is condensing. The nucleolus is beginning to disappear. Although not yet visible in the micrograph, the mitotic spindle is staring to from.
Figure 12.10
Chromosome
2 Prometaphase. We now see discrete chromosomes; each consists of two identical sister chromatids. Later in prometaphase, the nuclear envelop will fragment.
3
Metaphase. The 4 spindle is complete, and the chromosomes, attached to microtubules at their kinetochores, are all at the metaphase plate.
Anaphase. The 5 chromatids of each chromosome have separated, and the daughter chromosomes are moving to the ends of cell as their kinetochore microtubles shorten.
Telophase. Daughter nuclei are forming. Meanwhile, cytokinesis has started: The cell plate, which will divided the cytoplasm in two, is growing toward the perimeter of the parent cell.
Sitokinesis Pada Sel Prokariot • Pada sel prokariot, pembelahan DNA sejalan dengan pembelahan sitoplasma. • Bila DNA direplikasi, dua kopian kromosom melekat ke bagian daerah membran plasma yang telah terspesialisasi dan berangsur-angsur dipisahkan oleh membran yang tumbuh di antaranya. • Pembelahan terjadi antara dua tempat pelekatan kromosom sehingga tiap-tiap sel anak menerima satu kromosom.
Binary Fission (Pembelahan biner)
• Prokaryote (bacteria) – Dihasilkan melalui tipe pembelahan sel yang disebut dengan pembelahan biner (binary fission)
• Pada pembelahan biner Kromosom bakteri direplikasi Dua kromosom anak bergerak secara aktif Origin of replication
Cell wall
E. coli cell 1 Chromosome replication begins. Soon thereafter, one copy of the origin moves rapidly toward the other end of the cell. 2 Replication continues. One copy of the origin is now at each end of the cell.
3 Replication finishes. The plasma membrane grows inward, and new cell wall is deposited.
Figure 12.11
4 Two daughter cells result.
Two copies of origin
Origin
Plasma Membrane Bacterial Chromosome
Origin
