Siklus Hidup Sel

I.    PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang
Pada dasarnya setiap organisme hidup akan mengalami perkembangbiakan atau reproduksi karena hal tersebut merupakan suatu hal yang kompleks dan merupakan cara untuk menghasilkan individu yang baru. Tidak terkecuali pada sel sebagai unit terkecil penyusun suatu organisme, sel juga mengalami perkembang biakan atau reproduksi karena ciri-ciri sesuatu yang hidup adlah berkembangbiak atau reproduksi. Salah satu ciri sel yang hidup adalah melakukan siklus kehidupannya dengan melakukan pembelahan sel-sel indukan menjadi beberapa sel anakan yang baru. Ada tiga cara pembelahan atau reproduksi sel yaitu secara amitosis,mitosis dan meiosis. Pembelahan sel secara amitosis berlangsung tanpa melalui tahap-tahap pembelahan sel sehingga disebut juga pembelahan langsung. Pembelahan mitosis dan meiosis merupakan pembelahan yang berlangsung melalui beberapa fase atau tahapan pembelahan.

Reproduksi sel merupakan suatu contoh lain dari peran yang dimainkan oleh system DNA-genetik, di dalam seluruh proses kehidupan. Gen dan mekanisme pengaturan menentukan karakteristik pertumbuhan sel dan juga kapan sel-sel ini membelah diri atau apakah untuk membentuk sel-sel baru. Dengan cara ini, semua system genetik yang penting dapat mengendalikkaan setiap tahap perkembangan organisme. Pada makalah ini akan dibahas mengenai siklus kehidupan sel dan diferensiasi sel juga proses-proses yang terjadi yang berkaitan dengan reproduksi sel.

B.    Identifikasi materi
Pada makalah ini akan dibahas mengenai siklus hidup sel melalui perkembangbiakan sel atau reproduksinya.
Hal hal yang ingin diketahui dalam siklus hidup sel ini yaitu:
1.    Peristiwa-peristiwa yang terjadi pada tahapan pembelahan sel baik pada pembelahan mitosis maupun pembelahan meiosis.
2.    Membedakan antara pembelahan mitosis dan pembelahan meiosis.


II.    PEMBAHASAN
Siklus kehidupan sel adalah periode dari reproduksi sel sampai reproduksi
berikutnya. Bila sel mamalia tidak dihambat dan diproduksi secepat kemampuannya, siklus kehidupan ini berlangsung selama 10 sampaai 30 jam. Siklus kehidupan sel dihentikan oleh serangkaian kejadian fisik atau tahapan pembelahan sel yang berbeda, disebut mitosis (terjadi pada sel somatis) yang menyebabkan pembagian sel menjadi dua sel anak baru dan disebut meiosis (terjadi pada sel kelamin)  yang menyebabkan pembagian sel menjadi empat sel anak baru. Akan tetapi, tahapaan mitosis yang sesungguhnya berlangsung hanya kira-kira 30 menit, sehingga lebih dari 95% siklus kehidupan sel yang bereproduksi dengan cepat dan diwakili oleh interval di antara
mitosis yag disebut interfase.
Kecuali pada keadaan khusus reproduksi sel yang cepat, faktor-fakktor
penghambat hampir selalu memperlambat atau menghentikan siklus hidup sel yang tidak terhambat. Oleh karena itu, berbagai sel tubuh yang berbeda dalam keadaan yang sebenarnya, memiliki periode siklus hidup yang bervariasi daari paling singkat 10 jam samppai seluruh masa hidup sel yang bervariasi tergantung fungsi dan umur sel itu sendiri.

Reproduksi sel dimulai dengan replikasi DNA. Seperti halnya dengan hampir semua peristiwa penting lain dalam sel, reproduksi berawal di dalam nukleus sendiri. Tahap pertama adalah replikasi (duplikasi) semua DNA
di dalam kromosom. Hanya setelah tahap ini dilalui, maka mitosis dapat berlangsung. DNA mulai berduplikasi 5 sampai 10 jam sebelum mitosis, dan proses ini diselesaikan dalam waktu 4 sampai 8 jam. DNA hanya berduplikasi sekali saja, sehingga hasil akhir adalah tepat dua replikat dari semua DNA. Replikat ini selanjutnya menjadi DNA dari kedua sel anak yang akan terbentuk sewaktu mitosis. Setelah replikasi DNA, masih ada waktu 1 sampai 2 jam sebelum mitosis dimulai dengan tiba-tiba. Bahkan selama periode ini, perubahan-perubahan awal sudah mulai berlangsung yang nantinya akan menuju pada proses mitosis.

Peristiwa Kimiawi dan Fisik Replikasi DNA direplikasi dengan cara yang sebagian besar sama dengan transkripsi RNA oleh DNA kecuali untuk beberapa perbedaan penting :
1.    Kedua rantai DNA pada setiap kromosom direpikasi, tidak hanya satu rantai saja.
2.    Kedua rantai heliks DNA seluruhnya direplikasi dari ujung keujung dan bukan hanya beberapa bagian dari rantai, seperti yang terjadi pada transkripsi RNA oleh gen.
3.    Enzim utama untuk replikasi DNA adalah sebuah kompleks dari beberapa enzim yang disebut DNA polimmerase, yang sebanding dengan RNA polimerase. DNA polimerase melekat dan bergerak sepanjang rantai cetakkan DNA, sementara enzim lain, DNA ligase, menyebabkan pengikatan nukleotida berikutnya satu sama lain, menggunakan ikatan fosfat berenergi tinggi untuk memberi energi pelekatan tersebut.
4.    Pembentukan setiap ranntai DNA baru terjadi secara bersamaan dalam beratus-ratus segmen sepanjang setiap dua rantai spiral sampai seluruh rantai direplikasi. Kemudian akhir subunit digabung bersama-sama oleh enzim DNA ligase.
5.    Setiap rantai DNA yang baru dibantuk tetap dilekatkan oleh ikatan hidrogen longgar dengan rantai DNA asli, yang digunakan sebagai cetakan. Oleh karena itu, kedua ranntai heliks DNA yang baru dibentuk merupakan duplikat dari masing-masing rantai DNA dan masih terikat bersama.
6.    Karena rantai heliks DNA dalam setiap kromosom kira-kira 6 sentimeter panjangnya dan memiliki berjuta-juta belokan dalam setiap heliks, kedua rantai heliks DNA yang baru dibentuk ini tidak mungkin dapat diuraikan satu sama lain bila tidak menggunakan mekanisme khusus. Penguraian ini dapat dicapai oleh enzim yang secara periodik memotong setiap heliks pada seluruh panjangnya, merotasikan setiap segmen sehingga cukup untuk menyebabkan pemisahan, dan kemudian menyambung kembali heliks tadi. Jadi, kedua heliks yang baru dibentuk menjadi terurai.


Perbaikan DNA Dan “Koreksi Cetakan” DNA
Selama beberapa jam di antara replikasi DNA dan dimulainya mitosis, terdapat
suatu masa dimana terjadi perbaikan yang sangat aktif, dan “pengkoreksian cetakan” dari  rantai DNA. Jadi, bila adaa nukleotida DNA yang tidak tepat dipasangkan dengan nukleotida yang terdapat pada rantai asli, maka akan ada suatu enzim khusus yang akan memotong daerah yang cacat tersebut, dan menggantikannyaa dengan nukleotida pelengkap yang tepat. Proses ini dilakukan oleh DNA polimerase dan DNA ligase yang sama, yang dipakai pada proses replikasi. Proses perbaikan ini diseebut sebaagai bukti cetak DNA.
Oleh karena perbaikan dan koreksi ini, maka proses transkripsi jarang sekali
melakukan kesalahan. Tetapi bila terjadi kesalahan, ini yang desebut sebagai mutasi. Mutasi ini kemudian akan menyebabkan pembentukan beberapa protein abnormal di dalam sel dan bbukan pembentukan protein yang dibutuhkan, yang seringkali menjurus kepada fungsi sel yang abnormal, dan bahkan kadang-kadang menyebabkan kemaatian sel. Namun, bila seseorang menyadari baahwa ada 100.000 atau lebih gen di dalam genom manusia dan bahwa periode dari satu generasi manusia ke generasi lain kira-kira 30 tahun, seseorang masih akan mengharapkan mutasi sebanyak 10 kali atau lebih dalam peneriman genom dari orang tua ke anak. Akan tetapi, karena masih ada proteksi lebih lanjut, setiap genom manusia diwakili oleh dua perangkat kromosm yang terpisaah dengan gen yang hampir identik. Oleh karena itu, satu gen fungsional dari setiap pasang kromosom hampir selalu tersedia untuk anak, walaupun ada mutasi.

2.3.     Kromosom dan Replikasinya
Masing-masing heliks DNA yang terdapat di dalam nukleus dikemas sebagai
kromosom tunggal. Sel manusia mengandung 46 kromosom yang tersusun dalam 23 pasang. Kebanyakan gen dalam kedua kromosom dari setiap pasang itu identik atau hampir identik  satu sama lainnya, sehingga dinyatakan bahwa gen yang berbeda juga terdapat dalam pasangan walaupun umumnya pernyataan ini bukan pada tempatnya. Selain DNA yang teerdapat di dalam kromosom, juga dijumpai banyak sekali protein, yang terutama terdiri atas banyak sekali molekul-molekul kecil bermuatan positif yang disebut histon. Histon ini tersusun menjadi inti kecil, yang menyerupai kumpaan.. Segmen dari setiap heliks DNA secara berurutan mengelilingi inti satu persatu. Selama mitosis, inti berikutnya dikemas oleh inti yang lain, sehingga memungkinkan terbentuknya molekul DNA yang sangat panjang, dengan panjang linear 6 sentimeter dan berat molekul kira-kira 60 biliun, yang dikemas dalam abentuk kromosom mitotik dan yang tergulung dan terlipat, sehingga panjangnya hanya beberapa mikrometer, 1/1000.000 dari panjang DNA yang diregangkan. Inti histon seperti yang telah dibahas sebelumnya, memainkan peranan penting dalam regulasi aktivitas DNA karena selama DNA dikemas secara ketat, DNA tidak dapat berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan RNA atau replikasi DNA yang baru. Lebih lanjut, beberapa protein pengatur dapat mencairkan kemasan histon terhaadap DNA dan memungkinkan segmen-segmen kecil membentuk RNA pada suat waktu. Beberapa protein nonhiston juga merupakan komponen utama kromosom, berfungsi sebagai protein struktural kromosomal dan, berhubungan dengan mesin pengatur genetik, sebagai aktivator, inhibitor, dan enzim. Replikasi kromosom secara keseluruhan terjadi selama beberapa menit berikutnya setelah replikasi rantai heliks DNA; rantai heliks DNA mengumpulkan molekul-molekul protein baru yang dibutuhkan. Kedua kromosom yang baru terbentuk tetap melekat secara temporer satu sama lain (sampai waktu mitosis) pada tempat yang disebut sentromer, terletak dekat dengan pusatnya. Duplikat ini, walaupun masih merupakan kromosom yang melekat disebut sebagai kromatid.

2.4.    Mitosis
Proses pemecahan sel yang sesungguhnya menjadi dua sel baru disebut sebagai
mitosis. Sekali kromosom telah bereplikasi membentuk dua kromatik, mitosis akan terjadi secara otomatis dalam waktu 1 sampai 2 jam.

2.4.1.    Aparatus mitosis dan Interfase
Salah satu peristiwa awal dari proses mitosis yang terjadi di dalam sitoplasma,
terjadi pada bagian akhir interfase, di dalam atau sekeliling struktur-strukstur kecil yang disebut sebaagai sentriol. Dua pasang sentriol terletak berdekatan satu sama lain, dekat daengan salah satu kutub nucleus. (sentriol ini, seperti DNA dan kromosom, juga telah bereplikasi selama interfase, biasanya segera sebelum replikasi DNA.) Setiap sentriol adalah suatu badan silindris kecil, panjangnya kira-kira 0,4 mikrometer dan diameternya kira-kira 0,15 mikrometer, yang terutama terdiri atas sembilan struktur sejajar berbentuk tubulus, tersusun dalam bentuk sebuah silinder. Kedua sentriol dari setiap pasang kromosom terletak tegak lurus satu sama lain. Setiap pasang sentriol bersama dengan bahan perisentriol yang melekat, disebut sebuah sentrosom. Segera sebelum mitosis berlangsung, keduaa pasang sentriol mulai bergerak menjauhi satu sama lain. Hal ini disebabkan oleh polimerasi berikutnya dari protein mikrotubulus yang tumbuh diantara pasangan sentriol yang berurutan dan sesungguhnya mendorong keduanya menjauh. Pada waktu yang sama, mikrotubulus lain secara radial
tumbuh menjauhi setiap pasang sentriol, membentuk suatu bintang berduri, disebut aster, pada setiap bagian akhir dari sel. Beberapa duri menembus nukleus dan memainkan sebuah peran dalam memisahkan keua perangkat kromatid selama mitosis. Kompleks mikrotubulus yang meluas dianntara kedua pasang sentriol disebut gelendong, dan seluruh perangkat mikrotubulus ditambah dua pasang sentriol disebut apparatus mitosis.

2.4.2.    Profase
Tahap pertama dari mitosis, disebut profase. Sewaktu kumparan sedang dibentuk,
kromosom dalam nukleus, yang dalam fase interfase terdiri atas rangkaian kumparan longgar, dipadatkan menjadi bentuk kromosom yang lebih mantap. Pada wakyu prometafase selama fase ini, duri-duri mikrotubulus yang sedang tumbuh dari aster menusuk dan memecahkan pembungkus nukleus. Pada waktu yang sama, berbagai mikrotubulus dari aster melekat pada kromatid di sentromer, dimana kromatid yang berpasangan masih berikatan satu sama lain; tubulus kemudian menarik satu kromatid dari setiap pasang menuju satu kutub sel dan pasangannya menuju kutub yang berlawanan.

2.4.3.    Metafase
Selama metafase, kedua aster dari aparatus mitosis akan didorong lebih jauh
lagi. Keadaan ini diyakini terjadi karena duri-duri mikrotubulus dari kedua aster,
dimana duri-duri tersebut saling berinterdigitasi selama mitosis, sesungguhnya didorong menjauhi satu sama lain. Ada alasan untuk mempercayai bahwa sejumlah kecil molekul protein kontraktil yang disebut “molekul motor”, yang mungkin terdiri atas protein otot aktin, akan meluas diantara duri-duri yang berurutan dan, dengan menggunakan kerja bertahap seperti dalam otot, secara aktif akan menggeser duri masing-masing dalam arah yang berlawanan. Secara bersamaan, kromatid ditarik dengan ketat oleh mikrotubulus ke bagian pusat sel, tersusun membentuk lempeng ekuatorial dari gelendong mitosis.

2.4.4.    Anafase
Selama fase ini, kedua kromatid dari setiap kromosom ditarik terpisah pada
sentromer. Semua 46 pasang kromatid dipisahkan membentuk dua perangkat 46
kromosom anak yang terpisah. Satu dari perangkat ini ditarik menuju satu aster mitotik dan yang lain menuju aster yang lain sewaktu kedua kutub yang berurutan daari sel yang membelah didorong menjauh.

2.4.5.    Telofase
Dalam telofase, kedua perangkat kromosom anak sekarang secara menyeluruh
ditarik menjauh. Kemudian aparatus mitosis menghilang, dan terbentuk sebuah
membran nukleus yang baru terbentuk di sekitar setiap perangkat kromosom. Membran ini dibentuk dari bagian retikulum endoplasmik yang sudah terdapat di dalam sitoplasma. Segera setelah itu, sel akan terjepit pada bagian pertengahan antara kedua nukleus. Proses ini disebabkan oleh cincin kontraktil mikrofilamen yang terrdiri atas aktin dan mungkin miosin, dua ptotein kontraktil otot, yang terbentuk pada persambungan dari sel yang baru terbentuk dan menjepitnya satu sama lain.


2.5.    Pengendalian Pertumbuhan Sel dan Reproduksi
Kita semua mengetahui bahwa sel-sel tertentu tumbuh dan bereproduksi setiap
waktu, seperti sel-sel pembentuk darah dari sumsum tulang, lapisan germinativum
kulit, dan epitel usus. Akan tetapi, banyak sel lain, seperti sel otot polos, mungkin
tidak bereproduksi selama bertahun-tahun. Beberapa sel, seperti neuron dan sebagian besar sel otot lurik, tidak bereproduksi sepanjang kehidupan seseorang, keduali selama masa kehidupan fetus. Pada beberapa jaringan, insufisiensi dari beberapa jenis sel menyebabkan sel-sel ini tumbuh dan bereproduksi dengan cepat sampai jumlah sel yang sesuai tersedia kembali. Sebagai contoh, tujuh perdelapan hati dapat diangkat melalui pembedahan, dan sel-sel sisa yang berjumlah seperdelapan akan tumbuh dan membelah sampai massa hati kembali hampir normal. Hal yang sama terjadi untuk hampir semua sel kelenjar, sel sumsum tulang, jaringan subkutan, epitel intestinal, dan hampir jaringan lain apapun kecuali sel yang berdiferensi baik, seperti sel saraf dan sel otot. Kita hanya mengetahui sedikit mengenai mekanisme yang mempertahankan
jumlah berbagai jenis sel yang berbeda dalam tubuh dengan tepat. Akan tetapi, penelitian telah menunjukkan paling sedikit ada tiga cara pengendali pertumbuhan.

1.    Faktor-faktor pertumbuhan yang berasal dari bagian tubuh yang lain. Beberapa faktor pertumbuhan ini bersirkulasi dalam darah, tetapi yang lain berasal dari jaringan yang berdekatan. Sebagai contoh, sel epitel daari beberapa kelenjar, seperti pankreas, akan gagal tumbuh tanpa fakktor pertumbuhan dari jaringan penyambung yang terletak di bawah kelenjar.
2.    Sebagian besar sel akan berhenti tumbuh bila sel kehabisan ruangan untuk tumbuh. Keadaan ini terjadi saat sel tumbuh dalam kultur jaringan. Sel tumbuh sampai sel berkontak dengan benda padat dan kemudian pertumbuhan berhenti.
3.    Sel yang tumbuh dalaam kultur jaringan sering berhenti tumbuh bila sejumlah kecil sekret sel sendiri terkumpul dalam medium kultur.

2.5.1.    Pengaturan Ukuran Sel
Ukuran sel ditentukan hampir seluruhnya oleh jumlah DNA yang berfungsi di
dalam sel. Bila replikasi DNA tidak terjadi, sel tumbuh sampai ukuran tertentu dan selanjurnya bertahan pada ukuran tersebut. Sebaliknya, dengan menggunakan bahan kimia kolkisin, pencegahan pembentukan gelendong mitosis dapat dimungkinkan dan oleh karena itu, dapat mencegah mitosis walaupun replikasi DNA berlanjut terus. Pada kejadian ini, nukleus mengandung jumlah DNA yang jauh lebih besar dari jumlah normal dan sel tumbuh lebih besar menurut perbandingan. Diduga bahwa keadaan ini semata-mata dihasilkan dari peningkatan produksi RNA dan protein sel, yang selanjutnya akan menyebabkan sel tumbuh lebih besar.


III. KESIMPULAN
Hal-hal yang dapat disimpulkan dari diferensiasi sel adalah :
Karakteristik khusus pertumbuhan sel dan pembelahan sel adalah direrensiasi sel,
yang berarti perubahan sifat fisik dan fungsi sel sewaktu sel berproliferasi dari embrio untuk membentuk struktur tubuh yang berbeda-beda.
Teori yang paling awal dan paling sederhana untuk menjelaskan diferenssiasi
adalah bahwa kemposisi genetik dari nukleus mengalami perubahan selama generasi sel berikutnya dalam cara yang sedemikian rupa sehingga satu sel anak mewarisi sebuah perangkat gen yang berbeda dari sel anak yang lain.
Teori ini sekarang sudah disangkal dalam banyak hal tetapi dilukiskan paling baik
khususnya melalui penelitian sederhana berikut ini. Nukleus dari sebuah sel mukosa intestinal kodok, bila diimplantasikan melalui pembedahan ke dalam ovum kodok dimana nukleus yang sebenarnya telah diangkat, sering menyebabkan pembentukan kodok yang normal. Hal ini mendemonstrasikan bahwa bahkan sel mukosa intestinal, yang merupakan sel yang berdiferensiasi baik, masih membawa semua informasi genetik yang dibutuhkan untuk perkembangan semua struktur yang dibutuhkan dalam tubuh kodok.

Oleh karena itu, sudah jelas bahwa diferensiasi tidak dihasilkan dari hilangnya
gen tetapi dari penekanan secara selektif operon genetik yang berbeda. Sesungguhnya, dengan mikrograaf elektron dapat diduga bahwa beberapa segmen rantai heliks DNA yang bergulung di sekitar inti histon menjadi begitu padat sehingga rantai heliks DNA tidak akan terurai lagi untuk membentuk molekul RNA. Satu dugaan penyebab efek ini adalah sebagai berikut :Diduga bahwa genom sel berawal pada tahap diferensiasi sel tertentu untuk menghasilkan sebuah protein regulator yang kemudian akan menekan sekelompok gen terseleksi selamanya. Oleh karena itu, gen yang ditekan tidak akan berfungsi lagi. Tanpa memperhaatikan mekanismenya, sebagian besar sel manusia yang matang menghasilkan kira-kira 8000 sampai 10.000 protein, namun bila seluruh gen aktif
maka dapat dihasilkan protein sebanyak 100.000 atau lebih.