Siklus Sel, Pendalaman Biologi Molekuler
Sel memiliki kemampuan untuk memperbanyak diri sehingga dapat mempertahankan jenis dan sifatnya. Proses perbanyakan diri memiliki fungsi untuk perkembangbiakan maupun pertumbuhan. Perkembangbiakan yang terjadi pada sel eukariotik melibatkan adanya pembuahan dari sel gamet jantan dengan gamet betina, sedangkan perkembangbiakan pada sel prokariotik lebih tepatnya disebut dengan pembelahan/perbanyakan diri.
Pembelahan sel pada prokariotik tidak melalui tahap tahap pembelahan yang rumit, misalnya mikroorganisme Amoeba proteus. Sel Amoeba proteus akan memperbanyak diri dengan cara pembelahan biner (satu sel menjadi 2) apabila lingkungan di sekitarnya menguntungkan. Sebaliknya, apabila lingkungan ekstrem maka sel Amoeba proteus memanfaatkan pengaturan metabolismenya untuk mempertahankan diri.
Sel eukariotik selain memiliki kemampuan untuk berkembang biak, juga memiliki kemampuan untuk memperbaiki sel yang telah rusak dengan cara pembelahan sel. Perbaikan sel terjadi pada sel yang rusak akibat kecelakaan dari luar tubuh, maupun sel yang rusak karena faktor dari dalam tubuh (apoptosis).
Fungsi perbaikan sel juga dapat terjadi pada sel yang sudah tua sehingga harus diganti dengan sel baru karena sudah tidak dapat menjalankan aktivitas sel dengan baik.
Proses pembelahan sel diawali dengan penggandaan organel sel, sintesis materi genetik, dan menentukan kesiapan sel dalam membelah. Semua proses yang terjadi pada pembelahan untuk tujuan regenerasi, perbanyakan atau perkembangbiakan individu, maupun pertumbuhan ukuran tubuh diatur dalam Siklus Sel. Sel prokariotik maupun sel eukariotik sama-sama memiliki siklus sel, namun terdapat berbagai perbedaan di antara keduanya. Untuk dapat memahami lebih jelas bagaimana mekanisme siklus sel dan tahapannya, berikut penjelasannya.
1. Siklus Sel Pada Sel Eukariotik
Siklus sel terbagi menjadi 2 tahapan penting yaitu tahapan pertumbuhan dan tahapan perkembangan. Tahapan pertumbuhan terdiri dari 3 fase yaitu fase istirahat / G0 (Gap 0), fase G1, fase S (sintesis), fase G2. Pada fase pertumbuhan sel, terjadi penggandaan kromosom yaitu pada fase G1, S, G2. Pada fase perkembangan yaitu fase M/Mitosis (kariokinesis dan sitokinesis), terjadi pembelahan sel menjadi dua secara sempurna dan setiap sel anakan membawa kromosom yang jumlahnya sama dengan sel induknya. Perhatikan Gambar 2.1.
 |
| Gambar 2.1. Siklus Sel Pada Sel Eukaryot. (Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts 2008) |
Proses penggandaan kromosom terjadi pada fase S membutuhkan waktu sekitar 10 - 12 jam. Fase S merupakan fase terlama karena membutuhkan waktu separo dari waktu siklus sel. Pada saat sel memasuki fase S, kromosom akan mengganda karena terjadinya replikasi DNA. Bila pada manusia, replikasi sel yang semula kromosom jumlahnya 46, berubah menjadi dua kali lipatnya (2X46).
Selain itu terdapat sintesis berbagai protein yang dibutuhkan untuk pengaturan pertumbuhan sel dengan melibatkan proses transkripsi. Dalam proses transkripsi terjadi proses sintesis mRNA dengan DNA sebagai cetakannya dan dilanjutkan ke proses translasi. Dalam proses translasi terjadi proses sintesis protein dengan mRNA sebagai cetakannya. Protein yang disintesis pada fase G1 dan fase S dibutuhkan dalam proses persiapan untuk menuju fase M, selain itu kromosom yang disintesis juga membutuhkan protein histon.
Kromosom yang telah mengganda selanjutnya akan dibagi sama rata pada anakan sel. Selain proses perbanyakan kromosom, terdapat proses pembelahan sel. Pembelahan sel terjadi pada fase M dan membutuhkan waktu sekitar 1 jam pada sel mamalia. Waktu pembelahan sel cukup singkat jika dibandingkan dengan waktu perbanyakan kromosom. Jika Anda melihat aktivitas sel dengan bantuan mikroskop cahaya, maka perbanyakan kromosom dapat dibagi menjadi fase interfase yang meliputi (G0, G1, S, G2) dan fase pembelahan mitosis maupun meiosis.
Pembelahan mitosis terjadi pada sel tubuh/autosom, sedangkan pembelahan meiosis terjadi di sel gamet. Kenampakan kromosom di setiap fase yang terdapat pada mitosis maupun meiosis, dapat diamati menggunakan mikroskop cahaya. Pada tahap interfase, sel tidak terlihat menjalankan aktivitas apapun, namun ternyata di fase interfase sel mempersiapkan kebutuhan pembelahan dimulai dari perbanyakan organel, perbanyakan kromosom, hingga sel siap membelah.
2. Mitosis
 |
| Gambar 2.2.Mitosis Pada Sel Eukaryot. (Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts 2008) |
Mitosis adalah proses pembelahan sel induk menjadi dua sel anakan secara sempurna, dimana setiap sel anakan membawa kromosom yang jumlahnya sama dengan sel induknya, pada fase inilah yang disebut sebagai perkembangan karena dari satu sel berkembang menjadi dua sel, yang terdiri dari dua peristiwa besar yaitu: 1) mitosis: dimana pada peristiwa ini terjadi pembagian kromosom pada dua inti sel dari calon sel anakan. 2) Sitokenesis: yaitu terjadinya pembagian sitoplasma menjadi dua bagian sama untuk dua sel anakan. Pada fase M ini membutuhkan waktu kurang dari satu jam. untuk sel eukaryot. Fase M ini terdiri dari empat tahapan, berurutan mulai dari profase, metafase, anafase dan telofase (Gambar. 2.2.). 1) Profase: Pada fase ini terjadi proses penebalan pada benang-benang kromosom menjadi kromatid, namun membran inti sel masih menyelimuti kromatid tersebut. 2) Metafase: yang ditandai dengan hilangnya membran inti, kemudian benang-benang kromatid berada pada bagian ekuator. 3) Anafase: benang-benang kromatid ditarik pada posisi dua kutub yang berlawanan oleh benang-benang spindel. 4) Telofase: Benang-benang kromatid pada masing-masing kutub tersebut kemudian dibungkus oleh membran yang disebut sebagai membran inti. Sehingga pada fase telofase ini sudah terbentuk dua inti sel (kariokinesis) yang ditandai terbentuknya membran inti, dan ditandai dengan adanya pemisahan sitoplasma (sitokinesis), dan akhirnya dihasilkan dua sel anakan yang sempurna, dimana setiap sel anakan membawa 23 pasang kromosom yang sama persis dengan jumlah kromosom sel induknya.
3. Interfase
Interfase, pada fase ini sel hasil dari mitosis mengalami pertambahan ukuran baik volume maupun massanya, karena terjadi pertambahan pada semua komponen sel. Interfase dibagi menjadi fase G1 (gape 1), fase S (sintesis) dan fase G2 (gap 2). Pada fase inilah yang disebut sebagai pertumbuhan, karena sel bertambah besar ukurannya. Fase Interfase ini pada manusia berlangsung selama 23-24 jam.
Fase G1 dan G2 pada siklus sel tidak hanya melakukan perbanyakan organel, namun juga bertugas mengatur dan memonitor lingkungan internal maupun eksternal sel, serta memastikan bahwa kondisi sudah sesuai dan persiapan sudah lengkap untuk sel membelah. G1 memiliki peran untuk memonitor lingkungan eksternal. Jika lingkungan di luar sel belum memungkinkan untuk melakukan penggandaan organel, maka sel akan masuk ke fase istirahat atau G0.
Analisis siklus sel dapat digunakan untuk menentukan adanya apoptosis (program kematian sel), mutasi sel, maupun menguji keberhasilan poliploidi. Salah satu organism eukariotik uniseluler yaitu Schizosaccharomyces pombe yang mengalami pengaruh suhu ekstrem dari luar (ekstraseluler) dalam siklus selnya akan bertahan pada G1. Pada suhu yang sesuai dengan sel, sel akan mengalami siklus yang lengkap seperti Gambar 2.3. Siklus sel yang berjalan normal seperti ditunjukkan pada Gambar 2.4.
 |
| Gambar 2.4. Siklus sel pada Schizosaccharomyces pombe Pembelahan sel, B. Membentuk tunas). (Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts 2008) |
4. Sistem Kontrol Untuk Siklus Sel
 |
| Gambar 2.5. Sistem Kontrol Pada Siklus Sel Terjadi Pada 3 Tahapan (Pada akhir fase G1 akan masuk fase S, 2. Pada akhir fase G2 mau masuk fase M, 3. Pada fase M). (Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts 2008)Gambar 2.5. Sistem Kontrol Pada Siklus Sel Terjadi Pada 3 Tahapan (Pada akhir fase G1 akan masuk fase S, 2. Pada akhir fase G2 mau masuk fase M, 3. Pada fase M). (Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts 2008) |
Sistem kontrol pada siklus sel memiliki pengaturan yang sangat kompleks dengan melibatkan protein untuk mengaktivasi setiap siklus. Siklus sel memiliki ketepatan waktu dalam pengaturannya, misalnya zigot menjadi morula kemudian blastula memiliki jangka waktu tertentu yang terjadi juga pada semua mamalia. Fase G1 pada siklus sel akan dimulai checkpoint kontrol, yaitu kontrol untuk mengecek kesiapan apakah sel sudah siap memasuki fase berikutnya atau tidak. Fase ini dilanjutkan ke fase berikutnya yaitu S di mana terjadi penggandaan materi genetik. Kemudian, menuju fase selanjutnya yaitu G2.
Fase G2 merupakan checkpoint yang sangat penting, karena fase ini menentukan apakah sel sudah siap membelah atau belum. Jika terjadi mutasi pada sel dan tidak terjadi perbaikan atau repair, maka harus di checkpoint pada fase G2 dan diapoptosis atau sel tidak akan membelah. Agar Anda lebih mudah memahami sistem kontrol pada siklus sel, perhatikan gambar 2.5. Mutasi yang tidak terdeteksi pada fase G2 dan dilanjutkan ke fase M atau pembelahan, maka semua hasil pembelahan sel tersebut juga mengalami mutasi.
5. Kontrol Siklus Sel Cdks (Cyclin-Dependent Protein Kinases)
Komponen utama pada siklus sel diatur oleh protein kinase yang dikenal sebagai cyclin-dependent kinases (Cdks). Aktivitas kinase mengalami kenaikan atau penurunan sehingga mempengaruhi perubahan siklus dalam fosforilasi protein interseluler yang terlibat dalam pengaturan siklus sel. Sebagai contoh, bila terjadi peningkatan aktivitas Cdks pada checkpoint G2/M, maka akan menyebabkan kromosom berkondensasi, membrane inti akan menghilang, perakitan benang spindle dan akan segera terjadi proses mitosis. Cdks tidak bisa melakukan proses fosforilasi jika tidak terdapat protein cyclin, sehingga kerja Cdks sangat bergantung dengan protein cyclin. Aktivitas protein kinase Cdks akan berjalan jika berikatan dengan cyclin.
Terdapat 4 kelas protein cyclin, masing-masing memiliki peran pada siklus sel tertentu yang akan berikatan pada Cdks yang spesifik sehingga dapat berfungsi. Semua sel eukariotik membutuhkan protein Cyclin. Empat macam protein cyclin tersebut adalah:
- G1-Cdk
- G1/S-cyclin mengaktivasi Cdks pada akhir fase G1, memicu sel untuk masuk ke tahap sintesis. Konsentrasinya akan menurun pada fase S
- S-cyclin berikatan dengan Cdk menstimulasi penggandaan kromosom, S-cyclin akan meningkat hingga masuk ke fase mitosis, cyclin ini juga memiliki peran untuk mengontrol awal pembelahan mitosis (profase)
- M-cyclin mengaktivasi Cdks untuk menstimulasi ke fase mitosis pada checkpoint G2/M, konsentrasi M-cyclin akan menurun pada pertengahan mitosis.
Adapun mekanisme hubungan antara protein cyclin dengan Cdk pada proses siklus sel ditunjukkan pada Tabel 2.1. dan Gambar 2.6.
 |
| Tabel 2.1. Cyclin dan Cdks dari kelompok vertebrata dan Budding Yeast |
Sebagai contoh mikroorganisme yang sering mengkontaminasi alat-alat kesehatan antara lain adalah: Pseudomonas aeruginosa (yang habitatnya di air, tanah), Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus (habitatnya pada kulit manusia), Bacillus sp. (habitatnya udara, air, tanah), apabila mikroorganisme tersebut masuk ke dalam tubuh manusia melalui tindakan invasif akan menyebabkan terjadinya infeksi.
Post a Comment