Reproduksi Sel

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.

1. Kromatin adalah gabungan rantai DNA, protein histon dan protein non-histon, kromatin dapat ditemukan di nukleus sel eukariot (Alberts, B. dkk. 2002:18).
2. Kromatid adalah duplikat kromosom yang terbentuk dari replikasi DNA yang tetap bersatu dengan duplikat lain pada sentromer (Alberts, B. dkk. 2002:17)
3. Sister chromatid adalah dua kromatid identik hasil proses duplikasi (Alberts, B. dkk. 2002:17)
4. 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)
5. Kromosom homolog adalah kromosom yang membentuk pasangan dengan struktur, ukuran, bentuk, posisi sentromer dan pola pewarnaan yang sama (Campbell 2002:244)
6. Kinetokor adalah protein yang terletak di sentromer tiap kromosom (Alberts, B. dkk. 2002:51)
7. 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).
8. 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.

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.

      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.