SIKLUS SEL & MITOSIS

Sri Sofiati Umami

Peranan Kunci Pembelahan Sel

Pembelahan sel : Mitosis

• Diperlukan untuk tumbuh, regenerasi, dan reproduksi

• Dikoordinasi/diselaraskan dengan pertumbuhan dan replikasi DNA menjadi sel baru yang mempunyai genotip identik dengan sel induk

• Sel mengalami siklus: periode yang diperlukan atau dialami sel hasil pembelahan sebelumnya sampai terbentuk sel generasi berikutnya.

Mitosis Mekanisme pembelahan sel somatis secara normal dan menghasilkan 2 sel anak dengan jumlah kromosom/materi genetik yang sama (identik) Tujuan Mitosis :

Memperbanyak sel (manusia 1014 sel)

Tumbuh dan berkembang Mengganti sel yang rusak (Penyembuhan luka) Regenerasi Membentuk individu baru individu bersel tunggal

Satu siklus sel terdiri dari beberapa fase yang sangat terkoordinasi antara satu fase dengan fase yang lain :

-pertumbuhan sel

-Replikasi DNA

-Duplikasi kromosom dan distribusinya ke sel baru

-Pembelahan sel/sitokinesis/cleavage

PROKARIOTA :

Pertumbuhan dan replikasi DNA terjadi sepanjang siklus sel (tidak ada stadium siklus sel), duplikasi kromosom dan distribusinya ke sel generasi berikutnya dilakukan melalui asosiasi kromosom dengan membran sel pada waktu segmentasi sel.

EUKARIOTA:

Tiap fase merupakan satu periode siklus sel. Pengaturan siklus sel dipengaruhi o/ growth factor sehingga pembelahan dan proliferasi sel disesuaikan dengan kebutuhan fisiologi (u/ homeostatis)

Fase Siklus Sel 1. Mitosis/Meiosis2. Interfase

INTERFASE :Interval antara akhir mitosis hingga dimulai mitosis berikutnya. 95% waktu siklus selBervariasi pada setiap jenis sel.Dipengaruhi oleh faktor eksternal : hormon dan growth factor

INTERFASE terdiri dari :

Fase G-1 (GAP-1) : interval antara akhir M dan permulaan S- persiapan memasuki fase S, sel dalam keadaan aktif melakukan biosintesis untuk pertumbuhan sel selain replikasi DNA. Pada akhir fase S masa sel menjadi 2x sel awal. Fase G1 bervariasi pada setiap jenis sel.

Fase S (SINTESIS): Sel mensintesis DNA dengan replikasi DNA nukleus menjadi 2 x mula-mula pada akhir fase S.

Fase G2 (GAP 2): interval antara akhir fase S dan awal mitosis (fase M) persiapan memasuki fase M, sel mempersiapkan perangkat untuk mitosis seperti bosintesis histon dan tubulin.

Siklus sel tanpa fase G1 & G2 adalah perkembangan zygot menjadi blastosis. Siklus sel hanya terdiri dari fase M & S menghasilkan sel ukuran lebih kecil (1/2 ukuran sel awal).

Siklus Sel & Mitosis

Gambaran Sel Dalam Interfase

Membran nukleus terlihat jelas Di dalam nukleus terlihat kromatin yang

berstruktur halus seperti jala & kelak akan menjadi kromosom Terlihat 1 atau lebih bulatan kecil Nukleolus Di dalam sitoplasma terlihat bulatan

Sentrosoma & didalamnya terdapat 2 titik Sentriol

Fase MITOSIS :

Fase M meliputi proses reorganisasi intrasel secara intensif, melibatkan banyak sekali protein yang difosforilasi dan konsumsi ATP/GTP meningkat.

Fosforilasi protein pada fase M diperlukan untuk perubahan struktur seluler seperti :

-kondensasi kromosom

-Lisis membran sel

-Fragmentasi RE dan AG

-Transformasi sitoskeleton yang akan mensegregasi kromosom & pemisahan sel

-Berkurangnya daya adhesi sel ke sel atau matriks ekstraseluler di sekitarnya.

Mitosis Dapat Dipelajari Secara : Hidup mikroskop fasekontras Mati akar bawang yang diwarnai dengan hematoxylin (mikroskop cahaya)

Tahap2 Pada Pembelahan Mitosis :

Kariokinesis : pembelahan materi hereditas (dalam inti).

Profase Metafase Anafase

Sitokinesis : pembelahan sitoplasma

Telofase

Profase : Kromosom terlihat sebagai benang panjang (kromatid/sister kromatid) yang kemudian menjadi pendek & tebal karena mengalami spiralisasi (Coiling) Kromosom terlihat ganda, kecuali pada kinetochor/sentromer (bukti terjadi replikasi kromatid pada interfase) Membran inti & nukleolus mulai hilang Sentriol pada sitoplasma membelah menjadi 2 & bergerak ke kutub berlawanan membentuk benang2 spindel (mikrotubul)

3 spindel yang berperan dalam mitosis :

1. Polar mycrotubulus : mengadakan overlap pada bagian tengah (mid point) sel, berfungsi mendorong sentriol ke ujung-ujung sel.

2. Kinetochore mycrotubulus : mengikat kromosom pada kinetokor yang terbentuk pada sentrosom kromosom yang mengalami duplikasi.

3. Astral mycrotubulus : keluar dan mengarah ke segala jurusan dari sentriol (aster) membentuk sitoskeleton yang menentukan morfologi sel.

Di ujung manakah mikrotubulus kinetokor memendek saat anafase ?

Metafase

Spiralisasi kromosom semakin sempurna sehingga kromosom menjadi pendek & terlihat tebal

Terdapat 3 proses kegiatan : 1. Distribusi : Kromosom menyebar ke perifer 2. Kongregasi : Kromosom bergerak & berkumpul di ekuatorial (kinetochor menempel pada dinding ekuatorial) 3. Orientasi : Kinetochor melekatkan diri pada benang2 spindel Stadium terbaik untuk menghitung & analisis kromosom

Anafase Sentromer/kinetokor membelah menjadi 2 Kromatid tunggal bergerak ke kutub berlawanan akibat tarikan benang2 spindel Daughter Chromosome

Telofase

Kromatid tunggal sampai di kutub masing2

Membran inti terbentuk kembali di sekitar kromatin, nukleus, nukleolus mulai tampak Kromatid terurai kembali menjadi panjang & tipis membentuk kromatin halus Sitokinesis berlangsung sehingga dihasilkan 2 sel anak yang identik (Furrowing)

SITOKINESIS :

Sitokinesis melalui proses yang disebut cleavage yang dibentuk cincin kontraktil yang membagi sel menjadi 2 bagian.

Cincin kontraktil terdiri dari aktin dan miosin yang berasosiasi dengan membran plasma yang berbatasan dengan sitoplasma. Cleavage biasanya akan menghasilkan 2 sel baru yang identik dan simetri.

Waktu Yang Dibutuhkan Untuk Mitosis :

Tergantung pada Suhu, Bakteri dalam suhu & nutrisi

yang baik dapat membelah menjadi 2 sel (5-20 menit)

Kultur sel hewan dari profase- telofase (+ 1 jam)

Tumbuhan Tradescantia pd suhu 450c

(30 menit); 25 0C (75 menit).

Metafase & anafase waktunya paling

pendek

Profase & telofase waktunya lebih

panjang.

Pengatur (Pengontrol) Siklus Sel :I. Maturation Promoting Factor (MPF)II. Start Point : START (Saat masuk fase S) MPF : suatu protein kompleks yang

terdiri dari 2 sub unit : cdc2 Cdc terdapat dalam bentuk

inaktif pada interfase, dapat

diaktifkan oleh cyclin selama mitosis &

fosforilasi ser dan thre cyclin protein yang disintesis selama interfase dan didegradasi selama mitosis (M & G-cyclin).

Cyclin bergabung dengan Cdc-P (inaktif), kompleks Cdc-cyclin menfosforilasi protein target. Sehingga terjadi :

- kondensasi kromosom

- Fragmentasi membran nukleus/lamin

- Perubahan sel hingga siap mitosis

- assembly membran inti pada waktu interfase.

II. Start Point : START (saat masuk fase S) Kontrol ini melibatkan protein Cdc yang membentuk kompleks dengan G-cyclin yang disintesis pada G1.

Sintesis G-cyclin dipengaruhi oleh : Nutrisi/makanan

Hormon Growth factor

Sel yang kekurangan makanan tidak dapatmasuk ke interfase (START) untuk memulai

replikasi DNA (masuk ke Go).

Pembentukan MPF :

Selama siklus sel, Cdc inaktif. Aktivasinya mesti dikombinasi dengan M-cyclin yang akan membentuk kompleks pre- MPF

pre-MPF mengaktifkan MPF dipicu oleh defosforilasi gugus Thr 14 dan Tyr 15

oleh protein fosfatase (Cdk 25) MPF menginisiasi mitosis dengan membentuk aparatus spindel, dll. inaktivasi MPF melibatkan enzim pendegradasi cyclin (proteolitik) sehingga cyclin dapat disintesis lagi untuk inisiasi siklus sel berikut

Kontrol Siklus Sel

M- cyclin , bergabung dengan Cdc-P pada fase G2, diperlukan untuk masuk fase M

G1-cyclin, bergabung dengan Cdc-P pada fase G1, diperlukan untuk masuk ke fase S.

Degradasi cyclin berperan dalam finalisasi proses mitosis

Jika cyclin mengalami delesi/mutasi dan tidak dapat didegradasi Cdk, sehingga cyclin resisten terhadap degradasi maka siklus sel terus dipertahankan, akibatnya pembelahan sel menjadi tidak terkontrol (kelainan)

Cdk Cyclin in Cycles

Kontrol Siklus Sel

PENGATURAN DAN KONTROL SIKLUS SEL

Interfase stadium antara mitosis (3 periode) Gap 1 (G1) Periode sebelum sintesis DNA (10 jam) Sintesis (S) Periode sintesis DNA/replikasi DNA &

replikasi kromatid dari kromosom (8 jam)

Gap 2 (G2) Periode sintesis histon, tubulin, dll. & siap bermitosis (5 jam) Pramitosis

Pd interfase sentriol dalam sentrosom membelah organel dalam sitoplasma yang memulai pembelahan sentrosom & mengatur komponen

(aparatus) mitotik (aster, spindel, traction fiber)

Lama Waktu G1, S, dan G2 Pada Beberapa Hewan

G1 S G2 M

Mammalia 8 6 4,5 1 jam

Embrio - 3,6 dtk

Sea Urchin - 15 dtk 20 dtk 40 dtk

Peran MPF Pada Sel

Kelainan Pada Mitosis :

1. Endomitosis : Kariokinesis (+), Sitokinesis (-)

2. Poliploid (2n 4n)

3. Non disjunction a. Diploid (2n=4 kromosom) b. Aneuploid (2n-1 atau 2n+1)

4. Kromosom Iso : Pembelahan sentromer abnormal

5. Mitosis tak terkendali : Kanker