Nur
Lailatul Hasanah (11008149)
P.Biologi / C
Reproduksi
Sel
Setiap organisme yang tinggal di planet
Bumi ini tersusun dari salah satu dari dua jenis sel yang secara struktural
berbeda, yaitu sel prokariotik atau sel eukariotik. Jenis sel prokariotik hanya
dimiliki oleh bakteri dan arkea. Umumnya, Arkea (Archaea) hidup di lingkungan
yang ekstrem, seperti danau yang berkadar garam tinggi dan sumber-sumber air
panas. Ini telah dibuktikan dengan molekuler bahwa arkea sangat tidak mempunyai
kesamaan dengan eukariota sebanyak kesamaan yang dimilikinya dengan anggota
domain bakteri. Perbedaan utama antara sel prokariotik dan eukariotik ditandai
dengan namanya. Kata prokariota (prokaryote) berasal dari bahasa Yunani pro,
yang berarti “sebelum”, dan karyon, yang berarti “kernel”, atau biasa disebut
nukleus ( Sumber: Campbell, dkk. 2002: 115--116). Sel prokariotik tidak
memiliki nukleus, melainkan materi genetiknya (DNA) terpusat pada suatu daerah
yang disebut nukleoid, tetapi tidak ada membran yang memisahkan daerah ini dari
bagian sel lainnya. Namun sebaliknya, sel eukariotik (bahasa Yunani, eu, yang
berarti “sebenarnya”, dan karyon) mempunyai nukleus sesungguhnya yang dibungkus
oleh membran nukleus. Dengan demikian baik ada mahupun tidak nukleus sesungguhnya,
hanya merupakan contoh dari perbedaan kompleksnya suatu struktural dari kedua
jenis sel tersebut . Perkembangan sel prokariotik dan eukariotik memiliki
beberapa fase. Pada sel prokariotik adalah amitosis atau pembelahan biner,
secara harfiah berarti “pembelahan menjadi separuh”. Sebagian besar gen bakteri
terdapat pada kromosom tunggal yang terdiri atas molekul DNA sirkular dan
protein yang terkait. Walaupun bakteri lebih kecil dan lebih sederhana daripada
sel eukariotik, masalah replikasi genomnya secara teratur dan pendistribusian
salinannya secara ke kedua sel anak masih sulit dimengerti sepenuhnya. Kromosom
bakteri dilekatkan pada membran plasma. Setelah sel bakteri mereplikasi
kromosomnya dalam persiapan untuk pembelahan, kedua salinannya tetap melekat
pada membran di tempat yang bersebelahan. Pertumbuhan membran di antara kedua
tempat pelekatan itu akan memisahkan kedua salinan kromosom tadi. Ketika
bakteri telah mencapai sekitar dua kali ukuran awalnya, membran plasmanya
melekuk ke dalam, memisahkan sel induk menjadi dua sel anak. Setiap sel
mewarisi genom yang lengkap ( Sumber: Campbell, dkk. 2002: 228--230).
Sebaliknya, pada sel eukariotik, terjadi perbedaan jenis pembelahan. Pertama,
pada sel somatik (sel tubuh) terjadi secara mitosis dan yang kedua pada sel
gamet (kelamin) terjadi secara meiosis. Proses berlangsungnya pembelahan
tersebut diperlukan waktu dan laju pembelahan sel (siklus sel) pada bagian
tumbuhan dan hewan yang berbeda merupakan hal yang penting untuk pertumbuhan
dan perkembangan yang normal. Misalnya antara sel kulit manusia dengan sel
hati, frekuensi pembelahannya berbeda, ini disebabkan sel kulit manusia di
program agar terus membelah sepanjang hidup, sedangkan pada sel hati
mempertahankan kemampuannya tetapi hanya menggunakannya pada saat yang tepat
misalnya untuk menyembuhkan luka. Perbedaan siklus sel ini disebabkan oleh
pengaturan pada tingkatan molekuler ( Sumber: Campbell, dkk. 2002: 231). Tahap yang pertama kali dilakukan dalam
siklus sel ini adalah dengan fase Interfase yaitu periode saat sel tidak sedang
melakukan aktifitas pembelahan. Selama Interfase, aktivitas metabolisme sangat
tinggi, kromosom dan organel mengalami duplikasi (penggandaan) dan ukuran sel
dapat meningkat. Interfase meliputi sekitar 90 % dari keseluruhan waktu setiap
siklus sel. Untuk satu sel membutuhkan waktu ± 24 jam untuk satu kali proses
pembelahan, G1 (Gap 1) selama 11 jam, S (Sintesis DNA) selama 8 jam, G2 (Gap 2)
selama 4 jam dan M (Mitotik) selama 1 jam ( Sumber: Brooker, dkk. 2008: 185).
Selama ketiga sub-fase ini yaitu G1, S, dan G2, sel mengalami pertumbuhan
dengan menghasilkan organel dan protein-protein di dalam sitoplasma. Kromosom
direplikasi hanya pada sub-fase S. Dengan demikian, suatu sel tumbuh (G1),
terus tumbuh saat sel tersebut sudah menyalin kromosomnya (S), dan tumbuh lagi
sampai sel tersebut menyelesaikan persiapannya untuk melakukan pembelahan (G2)
yang ditandai dengan kromosom berkondensasi, dua pasang sentromer terbentuk,
dan nukleolus mulai menghilang, kemudian dilanjutkan dengan fase M. Pembelahan mitosis merupakan proses
pembelahan inti sel menjadi dua inti sel baru, melalui tahapan dan proses
tertentu menghasilkan dua jenis sel anak yang jumlah kromosomnya sama dengan
induknya. Sedangkan pada meiosis adalah pembelahan inti sel dengan cara
mereduksi kromosom. Pada meiosis, terjadi perpasangan dari kromosom homolog
serta terjadi pengurangan jumlah kromosom induk terhadap sel anak. Disamping
itu, pada meiosis terjadi dua kali periode pembelahan sel, yaitu pembelahan I (meiosis
I) dan pembelahan II (meiosis II).
Setiap pembelahan-pembelahan yang akan dilakukan oleh sel harus melalui
beberapa tahap fase. Pembelahan sel secara mitosis melalui beberapa fase,
diantaranya fase Interfase, Profase, Metafase, Anafase, dan yang terakhir
Telofase. Pembelahan mulai terjadi saat fase Profase dengan ciri-ciri membran
nukleus melebur, nukleolus menghilang, kedua sentriol bergerak ke kutub
berlawanan , dan kromosom mereplikasi hingga memproduksi sebanyak 12 kromatid,
kemudian membentuk 6 pasang sister chromatids (sepasang kromatid identik).
Kemudian, sebelum sel memasuki fase Metafase terlebih dahulu fase pro-Metafase
dengan ciri-ciri membran inti berubah menjadi vesikel-vesikel dan benang
spindel telah sempurna. Sister chromatids akan mengikat “garis-garis” spindel
melalui mirotubul kinetotor, kemudian pada Metafase-nya sudah berada sejajar di
bidang ekuator. Dilanjutkan fase Anafase, sister chromatids berpisah dari
pasangannya dan bergerak menuju kutub-kutub berlawanan, kemudian selama fase
Telofase kromosom sudah berada di setiap kutub masing-masing dan membran inti
akan membentuk kembali serta kromosom membentuk kromatin kembali dan terakhir
sel akan terbagi menjadi dua sel anakan setelah sitokinesis selesai (Sumber:
Brooker, dkk. 2008: 310-312). Namun pada pembelahan sel secara meiosis
dilakukan melalui beberapa tahap. Pada Meiosis I, yaitu profase I dengan
ciri-ciri kromosom homolog bersinapsis membentuk bivalen dan terjadi crossing
over ( pertukaran genetik). Kromosom berkodensasi dan membran inti kembali
membentuk vesikel-vesikel. Fase kedua yaitu pro-Metafase I dengan ciri-ciri
membran inti telah menjadi vesikel-vesikel, dan bivalen menuju garis ekuator
dan pada Metafase I-nya bivalen sudah berada di garis ekuator. Kemudian, pada anaphase
I kromosom yang homolog bergerak ke kutub berlawanan dan pada Telofase I
membran inti terbentuk kemblai dan kromosom berdekondensasi sel menjadi dua sel
anakan. Pada Meiosis II, didahului dengan profase II dengan ciri-ciri sister
chromatids berkondensasi dan benang spindel terbentuk dan membran inti kembali
menjadi vesikel-vesikel. Kemudian, dilanjutkan dengan pro-Metafase II membran
inti secara keseluruhan telah berubah menjadi vesikel. Sister chromatids
bergerak menuju ke garis ekuator dan pada Metafase II berada di sepanjang garis
ekuator. Pada Anafase II sister chromatids berpisah dan menjadi kromosom
individu dan bergerak ke kutub berlawanan dan sitokinesis terjadi sehingga pada
akhirnya terdapat 4 sel anak dengan jumlah kromosom haploid (Sumber: Brooker,
dkk. 2008: 314-315). Dari kedua pembelahan tersebut yaitu mitosis dan meiosis
mempunyai tujuan. Pada pembelahan mitosis bertujuan untuk memperbaiki sel-sel
somatik (sel tubuh selain sel kelamin) yang mati dan sel yang mengalami
kerusakan serta sebagai regenerasi aseksual (vegetatif). Sebaliknya pada
pembelahan meiosis, sel yang dihasilkan merupakan sel gamet yang bertujuan
dalam proses fertilisasi untuk memproduksi individu baru dengan gen gabungan
dari kedua induk ( reproduksi seksual). Beberapa perbedaan yang ada pada
pembelahan mitosis dan meiosis. Pertama, berdasarkan tempat terjadinya mitosis
pada sel somatik sedangkan meiosis pada sel kelamin. Kedua, berdasarkan
tujuannya mitosis untuk mengganti sel-sel yang rusak sedangkan pada meiosis untuk
membentuk sel kelamin. Ketiga, berdasarkan pembelahannya mitosis hanya terjadi
satu kali pembelahan saja sedangkan pada meiosis terjadi dua kali pembelahan.
Keempat, berdasarkan hasilnya mitosis menghasilkan dua sel anak yang identik
sedangkan pada meiosis menghasilkan 4 sel anak yang berbeda dan yang kelima,
berdasarkan sel anaknya mitosis bersifat diploid (2n) sedangkan pada meiosis
bersifat haploid (n). Di setiap pembelahan, kita dapat menemukan beberapa
tahapan pembentukan materi genetik pada membran inti. Kromatid merupakan dua
molekul DNA yang identik (Sumber: Edward Willett. 2006: 18) dan membentuk dua
kromatid yang identik yang kita kenal dengan nama sister chromatids. Kemudian,
molekul DNA tersebut di dalam inti sel diorganisasikan bersama dngan protein
histon yang dinamakan dengan kromatin, lalu kromatin mengalami pemendekan dan
penebalan hingga akhirnya membentuk kromosom. Kemudian, kromosom tersebut
membentuk kromosom homolog yaitu pasangan kromosom dengan panjang, posisi
sentromer, dan pola pewarnaan yang sama yang memiliki gen untuk karakter yang
sama pada lokus yang berkaitan (Sumber: Campbell, dkk. 2005: 244). Kromosom
juga memilki bagian-bagiannya yaitu kinetokor yaitu daerah khusus sentromer
yang menghubungkan masing-masing sister chromatids dengan gelendong mitotik
(Sumber: Campbell, dkk. 2005: 244-246), lalu yang kedua yaitu telomer merupakan
bagian ujung pada kromosom (Sumber: Edward Willett. 2006: 200) dan yang
terakhir yaitu sentrosom adalah pusat pengorganisasian mikrotubul pada kromosom
(Sumber: Edward Willett. 2006: 18). Pembelahan sel berbeda antara sel hewan dan
tumbuhan. Ini ditandai dengan pada tahap akhir pembelahan yaitu fase Telofase,
lebih tepatnya pada proses sitokinesis (pembelahan sitoplasma). Pada sel hewan
sitokinesis diawali dengan berakhirnya proses mitosis, kemudian “gelondong”
(vesikel) melakukan pembongkaran sitoplasma dari luar. Kemudian membentuk garis
ekuator, sebuah cincin mikrofilamen melakukan kontraksi membran plasma.
Kemudian diameter tersebut menyusut dan membuat kerutan ke arah dalam.
Kontraksi terus terjadi secara kontinu sampai tersebut memotong sel menjadi dua
aanakan sel baru. Sebaliknya pada sel tumbuhan sitokinesis diawali dengan
vesikel berkumpul di garis ekuator dan mereka juga mengandung material sejenis
“semen” dan struktur materialnya untuk membentuk dinding sel yang baru.
Kemudian, vesikel tersebut membentuk sumbu membran vesikel. Kemudian, enzim
selulosa diendapkan di sebelah dalam membentuk “sandwich” (enzim tersebut
berguna untuk membantu memisahkan sel) dan pada akhirnya sel menjadi dua anakan
sel yang baru (Sumber: Starr. 2003: 134). Pada proses pembelahan sel-sel gamet
dikenal dengan istilah spermatogenesis dan oogenesis. Spermatogenesis merupakan
proses pembentukan spermatozoa. Proses ini diawali dengan spermatogonium
diploid membentuk spermatosit primer. Kemudian, meiosis I membentuk spermatosit
sekunder dan membelah kembali dengan proses meiosis II dan menghasilkan 4
spermatid bersifat haploid dan menjadi sel spermatozoa. Oogenesis merupakan
proses pembentukan ovum. Sebelum wanita lahir ke dunia, sebuah sel kelamin
oogonium sudah ada sejak lahir dan membentuk oosit primer sampai wanita
tersebut memasuki masa pubertas. Ketika masa pubertas terjadi, oosit primer
aktif kembali karena dipengaruhi oleh hormon progesteron. Meiosis I terjadi dan
menghasilkan dua sel anakan, yang pertama disebut badan kutub dan yang lainnya
disebut oosit sekunder. Kemudian, pembelahan meiosis II menghasilkan 4 sel
anakan. Kemudian, badan kutub menghasilkan dua badan kutub (haploid) dan oosit
sekunder menghasilkan dua sel anak, yaitu badan kutub dan ovum, tetapi yang
akan aktif hanya ovum saja dan untuk 3 badan kutub tadi akan didegradasi
(Sumber: David Krogh.2009: 186-187).
Meiosis berperan dalam proses gametogenesis
pada sel hewan. Gametogenesis adalah proses pembentukan gamet (n) oleh germ
line (2n). Spermatogenesis adalah proses pembentukan sperma yang terjadi di
organ tertentu (testes). Sel anak hasil pembelahan meiosis akan berkembang
menjadi gamet, kemudian sel yang dihasilkan akan terdiferensiasi menjadi sperma
(gambar 6). pembentukan sperma dimulai saat manusia memasuki tahap pubertas.
Laki-laki dewasa normal dapat memproduksi 200.000.000 sperma per harinya.
Setelah sperma terbentuk, maka ia akan bergerak ke epididimis dan mengalami pematangan
(Farabee M.J 2000:12). Oogenesis adalah proses pembentukan ovum yang terjadi di
organ tertentu, yaitu ovarium. sel tumbuhan melakukan oogenesis secara mitosis
pada gametofit. Jika spermatogenesis menghasilkan empat sel anak, maka
oogenesis hanya menghasilkan satu sel anak (sel telur). Hal tersebut terjadi
karena tiga badan polar yang dihasilkan tidak mengalami perkembangan (gambar
7). Ketika baru lahir, setiap wanita membawa simpanan oosit yang akan
berkembang menjadi oosit sekunder dan akan dikeluarkan sebagai sel telur setiap
bulannya sejak pubertas sampai menopause. (Farabee M.J 2000:15).
Pembelahan
sel secara mitosis maupun meiosis melibatkan kromatin, kromatid, sister
chromatid, kromosom, kromosom homolog, kinetokor, telomer dan sentrosom.
- 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).
A. MITOSIS
Mitosis terjadi di dalam sel somatik yang bersifat meristematik, yaitu sel-sel yang hidup terutama sel-sel yang sedang tumbuh (ujung akar). Proses pembelahan secara mitosis menghasilkan dua sel anak yang identik dan bertujuan untuk mempertahankan pasangan kromosom yang sama melalui pembelahan inti secara berturut-turut.
Mitosis terjadi di dalam sel somatik yang bersifat meristematik, yaitu sel-sel yang hidup terutama sel-sel yang sedang tumbuh (ujung akar). Proses pembelahan secara mitosis menghasilkan dua sel anak yang identik dan bertujuan untuk mempertahankan pasangan kromosom yang sama melalui pembelahan inti secara berturut-turut.
B. MEIOSIS
Meiosis terjadi di dalam sel kelamin yang bersifat mereduksi, yaitu sel-sel yang dihasilkan merupakan sel hasil dari pengurangan materi genetik dari induk jantan maupun betina. Proses pembelahan secara meiosis menghasilkan 4 sel anak yang berbeda, tetapi lain halnya pada mamalia betina. Mereka menghasilkan 4 sel anak, tetapi yang berfungsi menjadi telur hanya satu dan yang lainnya mengalami degradasi. Meiosis bertujuan untuk menghasilkan sel sperma dan ovum untuk memperbanyak keturunan.
Meiosis terjadi di dalam sel kelamin yang bersifat mereduksi, yaitu sel-sel yang dihasilkan merupakan sel hasil dari pengurangan materi genetik dari induk jantan maupun betina. Proses pembelahan secara meiosis menghasilkan 4 sel anak yang berbeda, tetapi lain halnya pada mamalia betina. Mereka menghasilkan 4 sel anak, tetapi yang berfungsi menjadi telur hanya satu dan yang lainnya mengalami degradasi. Meiosis bertujuan untuk menghasilkan sel sperma dan ovum untuk memperbanyak keturunan.
Gametogenesis adalah
proses pembentukan gamet atau sel kelamin. Sel gamet terdiri dari gamet jantan
(spermatozoa) yang dihasilkan di testis dan gamet betina (ovum) yang dihasilkan
di ovarium. Terdapat dua jenis proses pembelahan sel yaitu mitosis dan meiosis.
Mitosis yaitu pembelahan sel dari induk menjadi 2 anakan tetapi tidak terjadi
reduksi kromosom contoh apabila ada sel tubuh kita yang rusak maka akan terjadi
proses penggantian dengan sel baru melalui proses pembelahan mitosis, sedangkan
pembelahan meiosis yaitu pembelahan sel dari induk menjadi 2 anakan dengan
adanya reduksi kromosom, contohnya pembelahan sel kelamin atau gamet sebagai
agen utama dalam proses reproduksi manusia. Pada pembelahan mitosis
menghasilkan sel baru yang jumlah kromosomnya sama persis dengan sel induk yang
bersifat diploid (2n) yaitu 23 pasang/ 46 kromosom, sedangkan pada meiosis
jumlah kromosom pada sel baru hanya bersifat haploid (n) yaitu 23 kromosom.
Gametogenesis terdiri 4 tahap : perbanyakan, pertumbuhan, pematangan dan
perubahan bentuk. Gametogenesis ada dua yaitu spermatogenesis dan oogenesis.
1.
Spermatogenesis
Spermatogenesis
adalah proses pembentukan sel spermatozoa (tunggal : spermatozoon) yang terjadi
di organ kelamin (gonad) jantan yaitu testis tepatnya di tubulus seminiferus.
Sel spermatozoa, disingkat sperma yang bersifat haploid (n) dibentuk di dalam
testis melewati sebuah proses kompleks. Spermatogenesis mencakup pematangan sel
epitel germinal dengan melalui proses pembelahan dan diferensiasi sel.
Pematangan sel terjadi di tubulus seminiferus yang kemudian disimpan dalam
epididimis. Tubulus seminiferus terdiri dari sejumlah besar sel germinal yang
disebut spermatogonia (jamak). Spermatogonia terletak di dua sampai tiga lapis
luar sel-sel epitel tubulus seminiferus. Spermatogonia berdiferensiasi melalui
tahap-tahap perkembangan tertentu untuk membentuk sperma.
2.
Oogenesis
Oogenesis
adalah proses pembentukan sel telur (ovum) di dalam ovarium. Oogenesis dimulai
dengan pembentukan bakal sel-sel telur yang disebut oogonia (tunggal:
oogonium). Pembentukan sel telur pada manusia dimulai sejak di dalam kandungan,
yaitu di dalam ovari fetus perempuan. Pada akhir bulan ketiga usia fetus, semua
oogonia yang bersifat diploid telah selesai dibentuk dan siap memasuki tahap
pembelahan. Semula oogonia membelah secara mitosis menghasilkan oosit primer.
Pada perkembangan fetus selanjutnya, semua oosit primer membelah secara miosis,
tetapi hanya sampai fase profase. Pembelahan miosis tersebut berhenti hingga bayi
perempuan dilahirkan, ovariumnya mampu menghasilkan sekitar 2 juta oosit primer
mengalami kematian setiap hari sampai masa pubertas. Memasuki masa pubertas,
oosit melanjutkan pembelahan miosis I. hasil pembelahan tersebut berupa dua sel
haploid, satu sel yang besar disebut oosit sekunder dan satu sel berukuran
lebih kecil disebut badan kutub primer.
Pada
tahap selanjutnya, oosit sekunder dan badan kutub primer akan mengalami
pembelahan miosis II. Pada saat itu, oosit sekunder akan membelah menjadi dua
sel, yaitu satu sel berukuran normal disebut ootid dan satu lagi berukuran
lebih kecil disebut badan polar sekunder. Badan kutub tersebut bergabung dengan
dua badan kutub sekunder lainnya yang berasal dari pembelahan badan kutub
primer sehingga diperoleh tiga badan kutub sekunder. Ootid mengalami
perkembangan lebih lanjut menjadi ovum matang, sedangkan ketiga badan kutub
mengalami degenerasi (hancur). Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pada
oogenesis hanya menghasilkan satu ovum.