Reproduksi Sel

Reproduksi Sel - Pernahkah Anda merasakan bahwa kulit Anda terasa kering dan mengelupas? Atau pernahkah tangan Anda teriris pisau? Apakah yang terjadi? Tentu saja kulit yang terkelupas tersebut diganti oleh kulit baru sehingga luka di tangan Anda akan menutup dan sembuh. Kulit baru tersebut terbentuk dari sel-sel kulit yang membelah atau bereproduksi.

Anda tentu mengenal penyakit kanker. Penyakit ini disebabkan oleh pembelahan sel yang tidak terkendali. Pada sel normal, pembelahan akan berlangsung secara normal dan berhenti setelah keseimbangan jumlah sel terpenuhi.

Reproduksi sel merupakan salah satu ciri utama makhluk hidup. Pada makhluk hidup bersel satu (uniseluler), proses tersebut merupakan cara untuk menghindar dari kepunahan. Adapun pada makhluk hidup bersel banyak (multiseluler), reproduksi sel bertujuan memperbaiki jaringan tubuh yang rusak, pertumbuhan, dan perkembangan sel. Melalui pembentukan sel-sel gamet (sel kelamin), reproduksi sel merupakan cara makhluk hidup mewariskan sifat kepada keturunannya. Pewarisan sifat ini akan Anda pelajari pada bab berikutnya.

Bagaimanakah mekanisme reproduksi sel? Apakah manfaatnya? Setelah anda menyimak penjelasan berikut, Anda diharapkan dapat memahami mekanisme reproduksi sel sebagai aturan yang ditetapkan Yang Mahakuasa.

A. Mitos

Reproduksi seksual maupun reproduksi aseksual bergantung pada pembelahan sel. Pembelahan sel dilakukan dengan bermacam-macam cara bergantung pada jenis sel dan makhluk hidupnya. Pada makhluk hidup yang inti selnya tidak memiliki selaput (prokariot), misalnya pada bakteri pembelahannya dilakukan secara langsung, tidak melalui tahapan-tahapan pembelahan. Pembelahan sel seperti ini dinamakan amitosis (Gambar 4.1).

Pembelahan pada sel prokariotik (bakteri) terjadi secara amitosis

Pembelahan amitosis merupakan pembelahan yang umum terjadi pada semua tipe pembelahan, termasuk proses membelah diri pada Amoeba. Sifat keturunan yang dihasilkan akan mirip dengan induknya, mengapa? Adapun pada makhluk hidup yang inti selnya memiliki selaput (eukariot), pembelahan selnya dilakukan melalui tahapan-tahapan pembelahan. Pada sel tubuh (somatis), pembelahannya dilakukan secara mitosis, sedangkan pada sel kelamin (germinal) pembelahannya dilakukan secara meiosis. Apa perbedaan mitosis dan meiosis?

Lihat juga

Substansi Genetik

Seluruh materi genetik yang dimiliki oleh induk akan diduplikasi dan dibagikan sama rata pada anakannya. Terdapat beberapa tahapan dalam proses mitosis, yaitu profase, metafase, anafase, dan telofase. Dalam siklus sel terjadi empat fase, yaitu fase G1 (first gap), fase S (sintesis DNA), fase G2 (second gap), dan fase M (mitosis). Fase G1, fase S, dan fase G2 dinamakan

interfase. Fase M merupakan fase pembelahan (Gambar 4.2).

Siklus sel merupakan rangkaian perkembangan sel. Apakah pembelahan sel terjadi?

Interfase merupakan fase yang paling panjang dari siklus sel karena terdiri atas tiga fase, yaitu fase G1, fase S, dan fase G2. Pada fase G1, terjadi proses transkripsi RNA, tRNA, mRNA, dan sintesis berbagai jenis protein. Pada fase S, terjadi replikasi dan duplikasi DNA. Pada fase ini terjadi pembentukan penyusun sitoplasma berupa organel dan molekul makro (Campbell, et al, 2006: 129).

1. Profase

Tahap profase adalah tahap awal dimulainya pembelahan. Profase ditandai dengan mulai menghilangnya membran inti sel dan benang kromatin mulai mengalami penebalan dan pemendekan membentuk kromosom. Kromosom membentuk pasangan dari hasil duplikasinya membentuk kromatid. Pada tahap ini dengan menggunakan mikroskop cahaya, Anda dapat melihat dengan jelas bentuk kromosom.

Membran inti yang menghilang akan diikuti dengan terbentuknya benang gelendong yang berasal dari mikrotubula di sitoplasma. Benang spindel ini akan membentang dari kutub-kutub pembelahan sel dan memegang sentromer dari setiap kromosom. Bagian sentromer yang berikatan dengan spindel ini dinamakan kinetokor yang merupakan bagian dari protein sentromer. Benang spindel akan berusaha untuk menarik kromosom menuju bidang pembelahan (bidang ekuator). Perhatikan Gambar 4.3.

Pada tahap profase, kromosom mulai terbentuk

2. Metafase

Pada tahap metafase, pasangan kromatid bergerak ke arah bidang pembelahan. Kromatid terbentuk bergerak ke arah kutub yang berlawanan, namun tetap berikatan pada benang spindel. Kromatid akan membentuk garis hitam di sepanjang bidang pembelahan. Setelah kromatid tiba di bidang pembelahan, kinetokor akan memisah. Perhatikan Gambar 4.4.

Tahap metafase

3. Anafase

Pada tahap anafase, sentromer mulai berpisah dan bergerak ke arah berlawanan menuju kutub masing-masing. Benang spindel menggerakan kedua kromosom yang berpisah ini menuju kutub berlawanan meninggalkan bidang pembelahan. Tahap ini diakhiri jika setiap kromosom yang berpisah telah mencapai kutub masing-masing. Perhatikan Gambar 4.5.

Tahap anafase

4. Telofase

Tahap telofase diawali dengan berhentinya gerakan kromosom menuju kutub pembelahan. Pada tahap ini, keadaan sel kembali normal. Membran inti kembali terbentuk dan benang spindel akan menghilang menjadi mikrotubula biasa. Pada bidang pembelahan akan terjadi penebalan plasma yang dilanjutkan dengan proses sitokinesis atau pembelahan sitoplasma sel. Perhatikan Gambar 4.6.

Tahap telofase diawali dengan gerakan kromatid menuju kutub pembelahan. Apakah sitokinesis terjadi?

Sitokinesis adalah proses pemisahan sitoplasma yang menghasilkan dua sel anak dengan terbentuknya membran baru. Di dalam proses sitokinesis termasuk pula pembagian organel-organel sel. Dua sel anak hasil mitosis akan memiliki sifat yang sama (identik) dengan induk dan dengan satu sama lainnya. Mengapa?

Pada sekitar bidang pembelahan terdapat mikrotubula yang keadaannya tidak terorganisir dan bercampur dengan gelembung yang disebut mid body (lapisan pemisah). Lapisan ini akan membentuk membran sel baru. Mekanisme pembelahan sitoplasma ini terjadi pada pembelahan (cleavage) sel hewan. Pada sel tumbuhan tidak terdapat mid body, tetapi terdapat fragmoplas yang mengandung aparatus Golgi. Fragmoplas berfungsi membentuk lempeng sel (cell plate) yang akan menjadi dinding sel. Perhatikan Gambar 4.7.

Proses sitokinesis yang terjadi pada (a) hewan dan (b) tumbuhan. Apakah perbedaannya?

B. Meiosis

Meiosis merupakan pembelahan sel yang menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom setengah dari induknya. Pembelahan meiosis disebut juga sebagai pembelahan reduksi karena dalam proses pembelahannya terjadi pengurangan atau reduksi jumlah kromosom akibat pembagian. Pengurangan jumlah kromosom tersebut bertujuan memelihara jumlah kromosom yang tetap dalam satu spesies.

Pada sel tumbuhan dan hewan, meiosis terjadi di dalam alat-alat reproduksi, yakni pada pembentukan sel kelamin atau sel gamet. Pada tumbuhan berbiji, meiosis terjadi pada putik dan kepala sari, sedangkan pada manusia dan hewan terjadi pada testis dan ovarium. Untuk men- dapatkan gambaran tahapan selama meiosis, Anda dapat memerhatikan skema berikut (Gambar 4.8).

Bagan pembelahan meiosis.ase apakah yang terjadi sebelum meiosis?

Pembelahan meiosis meliputi dua kali pembelahan secara lengkap dan menghasilkan 4 sel anak yang haploid (n). Pada manusia dengan 46 kromosom diploid akan dihasilkan 4 buah sel kelamin haploid dengan 23 kromosom.

Pada pembelahan meiosis I, pembelahan disertai dengan profase yang cukup panjang dan terjadi pencampuran kromosom homolog. Pada pembelahan reduksi terjadi faktor hereditas menghasilkan dua sel anak yang haploid. Pada pembelahan meiosis II, sel haploid mengalami pembelahan secara mitosis dan dihasilkan 4 sel anak yang masing-masing haploid. Setiap sel anak ini akan memiliki sifat yang berbeda-beda, mengapa? perhatikan penjelasan berikut.

1. Meiosis I

Pada awal pembelahan meiosis I (Gambar 4.9), nukleus membesar yang menyebabkan penyerapan air dari sitoplasma oleh inti sel meningkat sampai tiga kali lipat. Perubahan tersebut merupakan awal dari profase I.

Meiosis I meliputi profase I, metafase I, anafase I, dan telofase I. Di manakah terjadi peristiwa pindah silang?

a. Profase I

Pada tahap ini benang kromatin akan memendek dan menebal sehingga membentuk kromosom. Setiap kromosom yang terdiri atas dua kromatid akan bergabung dengan homolognya. Proses ini dinamakan dengan sinapsis. Pasangan-pasangan kromosom homolog ini tampak memiliki empat kromatid sehingga dinamakan tetrad. Pada saat pembentukan tetrad, pertukaran bagian dari kromatid dapat terjadi. Hal ini dinamakan dengan pindah silang atau crossing over. Inti kemudian akan menghilang dan benang spindel dibentuk. Benang spindel akan membawa tetrad menuju bidang pembelahan.

Peristiwa pindah silang pada profase I merupakan penyebab terjadinya perbedaan sifat pada sel-sel hasil meiosis. Hal tersebut menyebabkan tidak ada kromosom yang benar-benar mirip. Tentunya hal ini berpengaruh terhadap sifat sel-sel keturunannya. Perhatikan kembali Gambar 4.9.

Peristiwa pindah silang akan Anda pelajari pada bab selanjutnya.

b. Metafase I

Metafase I dimulai dengan berjajarnya tetrad di bidang pembelahan dengan posisi saling berhadapan menuju kutub masing-masing. Namun, posisi kromatid masih tetap tertahan di sentromernya.

c. Anafase I

Pada tahap anafase I, tetrad (2 kromosom homolog) ini kemudian akan terpisah, namun kromatid masih melekat pada benang spindel di sentromer. Setiap anak kromosom akan bergerak menuju kutub yang belawanan. Pada tahap ini terjadi pengurangan atau reduksi jumlah kromosom akibat pemisahan kromosom homolog.

d. Telofase I

Kromosom telah menuju kutub masing-masing pada tahap telofase I. Setiap kutub kini memiliki kromosom haploid dengan dua kromatid. Nukleolus tampak kembali dan dalam satu sel terbentuk 2 inti yang lengkap. Setelah itu, terjadi sitokinesis, yaitu pembentukan plasma membran untuk memisahkan sitoplasma sehingga terbentuk 2 sel anak yang haploid.

Setelah telefase I, pada beberapa organisme, kromosom terurai dan membran inti terbentuk kembali. Selanjutnya, terdapat interfase sebelum meiosis II dimulai. Pada beberapa spesies lainnya, sel-sel yang dihasilkan dari meiosis I segera melakukan persiapan untuk pembelahan meiosis II. Pada kedua cara tersebut tidak terjadi duplikasi kromosom pada proses antara telofase I dan awal meiosis II (Campbell et al, 2006: 139; Hopson & Wessells, 1990: 166)

2. Meiosis II

Pembelahan meiosis II adalah pembelahan mitosis, yakni dari satu sel yang haploid menjadi 2 sel anak yang haploid (Gambar 4.10). Berbeda dengan meiosis I, pembelahan meiosis II diawali dengan sel anak yang haploid.

Meiosis II meliputi profase II, metafase II, anafase II, dan telofase II

a. Profase II

Profase II diawali dengan pembelahan dua buah sentriol menjadi 2 pasang sentriol baru. Setiap pasang sentriol akan bergerak menuju kutub yang berlawanan. Benang spindel dan membran inti dibentuk, sementara nukleus lenyap. Pada tahap ini kromosom berubah menjadi kromatid.

b. Metafase II

Pasangan kromatid dari kromosom haploid berada di bidang pembelahan. Kinetokor dari setiap kromatid ini akan menghadap kutub yang berlawanan. Benang spindel menghubungkan sentromer dengan kutub pembelah.

c. Anafase II

Sentromer akan membelah sehingga kromatid bergerak menuju kutub yang berlawanan.

d. Telofase II

Pada tahap ini, masing-masing kutub telah memiliki sebuah kromosom haploid. Benang spindel akan menghilang dan diikuti dengan sitokinesis menghasilkan 4 sel anak yang haploid.

Untuk lebih memahami tentang mitosis dan meiosis, perhatikan tabel perbandingan berikut ini.

Tabel 4.1 Perbandingan antara Mitosis dan Meiosis

C. Pembentukan Gamet (Gametogenesis)

Gametogenesis adalah proses pembentukan sel kelamin (gamet). Pembentukan gamet ini terjadi secara meiosis di dalam alat reproduksi. Gamet ini dibentuk pada individu yang telah dewasa.

1. Gametogenesis pada Hewan dan Manusia

Pada individu jantan dewasa, peristiwa pembentukan gamet jantan (spermatozoa) disebut spermatogenesis. Pada individu betina dewasa, pembentukan gamet betina (sel telur) disebut oogenesis.

a. Spermatogenesis

Sel induk sperma atau spermatogonium bersifat diploid. Satu sel spermatogonium mengalami diferensiasi menjadi spermatosit primer yang diploid. Spermatosit primer membelah menjadi 2 sel spermatosit sekunder yang haploid. Setiap sel spermatosit sekunder membelah secara meiosis membentuk 2 sel spermatid haploid. Jadi, 1 spermatosit primer akan menjadi 4 spermatid yang haploid.

Setiap spermatid mengalami perubahan inti dan terjadi pembentukan akrosom. Akrosom ini mengandung enzim proteinase dan hialuronidase yang berperan untuk menembus lapisan pelindung sel telur. Dari salah satu sentriolnya dibentuk flagel. Peristiwa ini dinamakan spermiogenesis. Akhir dari spermatogenesis adalah dihasilkan 4 sel sperma matang (Gambar 4.10a).

b. Oogenesis

Oogenesis adalah proses pembentukan sel telur. Pembentukan sel telur dimulai ketika sel germinal primordial mengadakan pembelahan secara mitosis menjadi 4 sel oogonia (2n) (tunggal oogonium).

Pada banyak hewan betina, pembelahan mitosis ini terjadi pada awal perkembangan individu. Pada mamalia terjadi sebelum dilahirkan. Setiap satu sel oogonium akan mengalami pematangan menjadi oosit primer. Selanjutnya, oosit primer melakukan pembelahan meiosis I menjadi 1 oosit sekunder (n) dan 1 sel badan polar (n). Oosit sekunder dan sel badan polar mengalami pembelahan meiosis II. Oosit sekunder menjadi 1 ootid (n) dan 1 badan polar (n), 1 sel badan polar (n) akan membelah menjadi 2 sel badan polar (n). Secara keseluruhan dari 1 sel oogonium (2n), dihasilkan 1 ootid (n) dan 3 badan polar (n). Selanjutnya, ootid akan mengalami pematangan menjadi sel telur (ovum). Agar lebih memahaminya, perhatikan Gambar 4.10b.

(a) Spermatogenesis menghasilkan empat buah spermatozoa.(b) Pada peristiwa oogenesis akan dihasilkan satu buah sel telur

Pada manusia (wanita), pematangan oosit primer terjadi hingga memasuki masa pubertas. Selanjutnya akan terjadi pematangan akhir, ovulasi, dan pembelahan meiosis I. Sekitar satu sel telur matang dan dilepaskan melalui ovulasi dalam satu bulan. Pola ovulasi ini terus berlangsung hingga menopause, berhentinya siklus menstruasi. Jika pada sel telur yang diovulasikan terjadi fertilisasi, pembelahan meiosis II terjadi dan sel telur berkembang menjadi embrio.

2. Pembentukan Gamet pada Tumbuhan

Pembentukan gamet (gametogenesis) pada tumbuhan berlangsung pada jaringan khusus yang terletak pada alat reproduksi gamet jantan dibentuk pada serbuk sari, sedangkan gamet betina pada bakal biji (ovul).

a. Pembentukan Gamet Jantan

Kepala sari (anther)memiliki empat kantung serbuk sari yang disebut sporangium. Di dalam sporangium terdapat sel-sel induk (mikrosporosit) yang diploid. Sel-sel induk tersebut akan mengalami meiosis membentuk empat mikrospora yang haploid. Kemudian, setiap mikrospora membelah secara mitosis menjadi dua sel, yakni sel generatif dan sel tabung. Pembelahan mitosis tersebut tanpa disertai sitokinesis. Sel generatif akan membelah secara mitosis untuk menghasilkan dua sperma dan terbentuklah serbuk sari. Perhatikan Gambar 4.11.

Pembentukan Gamet Betina

b. Pembentukan Gamet Betina

Gamet betina dibentuk di dalam bakal biji (ovul). Sel-sel terluar dari ovul membentuk lapisan pelindung (integumen) yang membentuk suatu bukaan (mikrofil).

Di dalam ovul terdapat sporangium yang mengandung sel-sel induk (megasporosit). Megasporosit tersebut akan membelah secara meiosis membentuk empat megaspora yang haploid. Dari empat megaspora tersebut, tiga di antaranya akan mengalami degenerasi dan mati. Satu megaspora yang tersisa mengalami pembelahan secara mitosis sebanyak tiga kali, tetapi tanpa diikuti pembelahan sitoplasma (sitokinesis). Sel megaspora tersebut menjadi besar karena memiliki delapan inti yang haploid.

Dari delapan inti tersebut, tiga buah menuju mikrofil sehingga tersisa dua inti di tengah yang disebut inti kutub. Dua dari tiga inti yang berada dekat mikropil disebut sinergid dan satu inti lainnya disebut sel telur. Adapun inti kutub akan melebur menjadi inti kandung lembaga sekunder Perhatikan Gambar 4.12.

Pembentukan gamet betina pada tumbuhan