pembelahan sel - Karya Tulis Ilmiah

MAKALAH BIOLOGI
Reproduksi Sel
dan
Variasi pada Makhluk Hidup
Oleh:
ridhoanwar.blogspot.com
REPRODUKSI SEL
Semua organisme eukariotik yang berkembang biak secara seksual tergantung
dari reproduksi sel. Hal ini karena zigot yang terbentuk berasal dari sel telur yang dibuahi
oleh sel sperma. Zigot yang bersel tunggal harus mengalami pembelahan atau reproduksi
untuk mencapai ukuran tertentu. Bagaimanakah caranya?
Pada dasarnya, pembelahan sel dibedakan menjadi 2 macam, yaitu pembelahan
sel secara langsung dan secara tak langsung. Pembelahan sel secara langsung jika proses
pembelahan tidak didahului dengan pembentukan gelondong pembelahan dan
penampakan kromosom. Adapun pembelahan sel secara tak langsung jika proses
pembelahan didahului dengan pembentukan gelondong pembelahan dan penampakan
kromosom. Pembelahan sel secara langsung disebut amitosis, sedangkan pembelahan
secara tidak langsung meliputi pembelahan mitosis dan pembelahan meiosis.
Pembelahan amitosis terjadi pada bakteri, Protozoa, dan ganggang bersel satu.
Proses pembelahan ini tidak melalui tahapan-tahapan pembelahan. Satu sel induk akan
membelah secara langsung menjadi dua, dua menjadi empat, empat menjadi delapan, dan
seterusnya hingga sel tersebut bertambah banyak. Proses pembelahan langsung didahului
oleh pembelahan inti menjadi dua, diikuti oleh pembelahan sitoplasma dan akhirnya sel
terbagi menjadi dua sel anak.
A. Siklus Sel
Siklus sel adalah peristiwa pertumbuhan sel menurut tahapan tertentu, dan setelah
melalui semua tahapan akan kembali kepada tahapan semula. Siklus sel dapat dibagi
menjadi dua tahapan, yaitu tahapan interfase dan tahapan mitotik (fase pembelahan).
a. Interfase
Interfase sering disebut tahap istirahat. Hal ini tidak tepat, karena dalam tahap ini
sel dalam keadaan aktif melakukan metabolisme, termasuk mempersiapkan diri sebelum
pembelahan. Pada tahap ini, di dalam sel terdapat membran yang membungkus inti sel.
Page 1 of 16
Kromosom tidak tampak karena kromosom dalam bentuk utas molekul DNA yang halus
dan tidak menggulung sehingga tidak dapat dilihat di bawah mikroskop cahaya.
Interfase dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu:
1) Fase G1 : Sel hasil pembelahan memasuki pertumbuhan sel baru dan terus
menerus melakukan pembelahan organel.
2) Fase S : Dalam sel terjadi proses replikasi DNA sebagai materi genetik yang akan
diturunkan.
3) Fase G2 : Sel tumbuh membesar dan menyiapkan segala keperluan untuk
pembelahan sel.
Fase ini disebut juga fase mitotik. Pada fase ini terjadi proses pembelahan sel,
baik proses mitosis maupun meiosis. Untuk lebih mengetahui tentang siklus sel. Mari kita
cermati gambar di bawah ini.
Page 2 of 16
B. Pembelahan Mitosis
Pembelahan mitosis merupakan pembelahan sel yang terjadi apabila sel anak
mempunyai jumlah kromosom sama dengan jumlah kromosom induknya. Fase-fase
pembelahan mitosis adalah profase, metafase, anafase, dan telofase. Dalam sekali
membelah terdapat interfase. Selama interfase tidak tampak adanya struktur kromosom .
a) Interfase
Pada fase ini sel belum melakukan kegiatan pembelahan tetapi sel sudah siap
untuk membelah. Selama interfase sel tampak keruh dan benang-benang kromatin
halus lama-kelamaan akan kelihatan. Beberapa ahli menganggap interfase bukan
merupakan salah satu tahap dalam mitosis sehingga interfase sering disebut fase
istirahat.
b) Profase
 Fase terlama dan paling banyak memerlukan energi-energi yang terkumpul
selama interfase digunakan untuk membentuk gelondong-gelondong pembelahan.
 Pada profase selaput inti dan membran inti melebur sehingga sel tidak tampak
memiliki membran inti.
 Benang kromatin memendek dan menebal membentuk kromosom. Setiap
kromosom melakukan duplikasi menjadi kromatid.
 Pada sel manusia dan sel hewan, sentriol berpisah kemudian menuju kutub
berlawanan dan terbentuk benang spindel.
c)
Metafase
Membran inti sudah menghilang dan kromosom-kromosom berkumpul pada
bidang ekuator, yaitu bidang tengah dari sel sehingga kromosom tampak paling jelas.
Sentromer dari seluruh kromosom membuat formasi sebaris. Kromatid menggantung
pada benang-benang spindel melalui sentromer. Pada metafase, tampak adanya dua
kromatid hasil penggandaan pada profase yang sedang mengalami pembagian
menjadi dua.
d) Anafase
Pada fase ini sentromer membelah dan kedua kromatid dari setiap kromosom
berpisah. Selanjutnya kromatid bergerak menuju ke kutub sel melalui benang-benang
spindel. Karena benang spindel melekat pada sentromer maka sentromer bergerak
Page 3 of 16
terlebih dahulu pada pergerakan kromosom ke kutub sel. Tiap kromatid hasil
pembelahan mempunyai sifat yang sama dengan induknya sehingga setiap kromatid
merupakan kromosom baru.
e)
Telofase
Kromosom yang telah berada di daerah kutub masing-masing makin lama
makin menipis, kemudian berubah menjadi benang-benang kromatin yang tipis.
Serabut gelondong lenyap, sedangkan membran inti dan inti mulai terbentuk
kembali. Selanjutnya terjadi peristiwa pembagian inti (kariokinesis) dan sitoplasma
terbagi menjadi dua bagian (sitokinesis). Masing-masing bagian mengandung satu
nukleus yang memiliki 2n kromosom (diploid). Terbentuknya 2 sel anak yang
mempunyai jumlah kromosom sama dengan induknya.
C. Pembelahan Meiosis
Pembelahan meiosis merupakan pembelahan sel yang menghasilkan sel anak
dengan jumlah kromosom setengah dari jumlah kromosom sel induknya. Meiosis terjadi
pada alat reproduksi, yaitu pada gametosit (sel kelamin jantan dan sel kelamin betina).
Pembelahan kromosom berlangsung dua kali berurutan tanpa diselingi interfase, yaitu
meiosis I dan meiosis II.
Page 4 of 16
a) Meiosis I
Profase I
Pada profase I terjadi beberpa tahapan, yaitu sebagai berikut.
 Leptoten : merupakan tahap pertama profase, kromatin membentuk benang halus
leptonema (kromosom) sehingga kromosom tampak seperti massa
yang tidak teratur.
 Zigoten
: Proses penebalan berjalan terus dan kromosom mulai berpasangan
dengan homolognya.
 Pakiten
: Kromosom yang homolog terdiri atas 4 kromatid yang disebut tetrad.
Pasangan 2 kromosom homolog disebut bivalen. Pasangan 3 atau 4
kromosom homolog disebut trivalen atau tetravalen.
 Diploten : Kromatid pada kromosom homolog dapat saling melilit dan bertukar
ruas satu dengan yang lain, disebut pindah silang. Dua kromatid yang
disatukan oleh satu sentromer disebut kromatid bersaudara. Kontak
antar kromatid bersaudara disebut kiasma.
 Diakinesis: Tahap akhir profase I, membran inti melarut.
Metafase I
Pasangan kromosom homolog mengatur diri dan saling berhadapan di daerah
ekuator. Setengah dari pasangan kromosom homolog mengarah ke kutub yang satu
dan setengah pasangan kromosom homolog lainnya mengarah ke kutub yang lain.
Anafase I
 Kromosom homolog berpisah dan menuju kutub yang berlawanan.
 Kromatid belum berpisah karena sentromer masih satu untuk satu kromosom.
Telofase I
Kromosom yang masih terdiri dari dua kromatid berada di kutub. Selanjutnya
terbentuk membran nukleus yang diikuti oleh proses sitokinesis. Akhir telofase I
terbentuk dua sel anak. Setiap sel anak mengandung n kromosom sehingga pada
akhir meiosis I terbentuk dua sel anak yang haploid.
Page 5 of 16
b) Meiosis II
Profase II
 Benang-benang kromatin kembali menebal menjadi kromosom.
 Kromosom yang terdiri dari 2 kromatid tidak mengalami duplikasi lagi.
 Nukleus dan dinding inti melebur.
 Sepasang sentriol bergerak menuju ke kutub yang berlawanan, kemudian mulai
terbentuk benang-benang spindel.
Metafase II
 Kromosom yang telah membelah menjadi dua kromatid berjajar pada bidang
pembelahan. Selanjutnya sentromer menempatkan diri di tengah sel.
Anafase II
 Sentromer membelah menjadi dua. Masing-masing kromatid berpisah dan
bergerak ke kutub yang berlawanan.
 Kromatid tersebut merupakan kromosom baru.
Telofase II
 Kromatid sampai di kutub dan berubah menjadi benang kromatin.
 Terbentuk kembali membran inti dan anak inti.
 Terjadi sitokinesis dan terbentuk 4 sel anakan yang memiliki kromosom setengah
dari induknya.
Page 6 of 16
Skema Meiosis
Agar lebih jelas lagi inilah garis besar perbandingan Mitosis dan Meiosis.
Page 7 of 16
D. Gametogenesis
Gametogenesis
adalah
peristiwa
pembentukan
gamet
(sel
kelamin).
Gametogenesis dibedakan menjadi dua, yaitu spermatogenesis (pembentukan sel kelamin
jantan) dan oogenesis (pembentukan sel kelamin betina). Gametogenesis merupakan awal
perkembangbiakan individu secara seksual baik pada hewan dan tumbuhan.
a) Spermatogenesis
Gamet jantan atau sperma dibentuk dalam kelenjar yang disebut testis. Testis
berfungsi membentuk sperma dan androgen (hormon jantan). Sperma dibentuk dalam
epitelium nutfah (Seminiferus tubules) yang terdapat dalam testis. Jaringan epitelium
nutfah disusun oleh lapisan-lapisan sel yang memproduksi sperma yang tersusun
berdasarkan urutan perkembangan spermatogenesis, mulai spermatogonium pada lapisan
dasar sampai sperma pada lumen tubuh. Spermatogonium tidak langsung bermeiosis
membentuk gamet, tetapi melakukan mitosis terlebih dahulu untuk memperbanyak
spermatogonium, kemudian membelah secara meiosis.
Page 8 of 16
Hasil pembelahan meiosis spermatogonium adalah spermatosit primer.
Spermatosit primer mengalami meiosis I menjadi dua spermatosit sekunder, kemudian
masing-masing spermatosit sekunder mengalami meiosis II, menjadi 4 spermatid yang
sama besarnya dan jumlah kromosomnya haploid. Kemudian, sel spermatid akan
berkembang menjadi sperma atau spermatozoa. Dalam proses perkembangan ini,
spermatid akan kehilangan hampir seluruh sitoplasmanya, tetapi sperma memperoleh
organ berupa ekor yang berfungsi untuk bergerak dalam proses pembuahan sperma
mengandung mitokondria yang menyediakan ATP sebagai sumber energi untuk bisa
beberapa minggu atau bulan (pada manusia berlangsung 74 hari).
b) Oogenesis
Pembentukan gamet betina atau oogenesis
berlangsung di dalam ovarium organ kelamin betina.
Gamet betina atau ovum dibentuk di dalam satu paket
sel yang disebut folikel yang terdapat dalam ovarium.
Folikel disusun oleh satu sel yang dapat bermeiosis
disebut oogonium (sel induk ovum) yang mempunyai
kromosom diploid. Oogonium ini dikelilingi satu
lapis sel folikel yang akan melindungi dan memberi
nutrisi sel telur yang dewasa. Oogonium (2n) akan
bermitosis dan berkembang menjadi sel yang siap
bermeiosis, disebut oosit primer. Oosit primer ini
akan mengalami pembelahan meiosis I menjadi oosit
sekunder dan badan kutub primer, kemudian pada
akhir meiosis II, dari oosit sekunder dihasilkan satu
sel oosit dan satu badan kutub sekunder. Sedangkan,
dari badan kutub primer menghasilkan 2 badan kutub
sekunder. Jadi, oosit primer mengalami pembelahan
meiosis dan menghasilkan 1 ootid (sel telur) dan 3
badan kutub.
Dalam pembelahan meiosis I (oosit primer
menjadi oosit sekunder) pembagian sitoplasma tidak
sama sehingga menghasilkan satu sel besar yang
disebut oosit sekunder dan satu sel kecil yang disebut
badan kutub primer. Begitu pula pada saat meiosis II
(oosit sekunder menjadi ootid). Oosit sekunder yang
mengandung hampir semua sitoplasma dan kuning
telur membelah secara tidak sama membentuk sebuah
ootid besar dan sebuah badan kutub sekunder yang berukuran kecil. Pada saat bersamaan,
badan kutub primer membelah menjadi 2 badan kutub sekunder. Selanjutnya, ootid akan
mengalami pertumbuhan dan perkembangan menjadi sel telur yang masak, sedangkan 3
badan kutub sekunder akan hancur. Telur merupakan sel paling besar karena telur
merupakan sumber persediaan makanan, ribosom, RNA, dan komponen sitoplasma
lainnya untuk membantu perkembangan embrio.
Page 9 of 16
c)
Pembentukan Gamet pada Tumbuhan Biji
1) Mikrosporogenesis
Mikrosporogenesis adalah pembentukan gamet di dalam organ jantan bunga yang
menghasilkan serbuk sari. Dalam kepala sari (anther) terdapat empat
mikrosporangium. Setiap mikrosporangium mengandung mikrosporosit (diploid).
Mikrosporosit ini mengalami pembelahan meiosis I dan meiosis II. Pembelahan
meiosis ini menghasilkan empat mikrospora haploid dan berkelompok menjadi
satu yang disebut tetrad. Inti sel setiap mikrospora mengalami pembelahan inti
(kariokinesis) sehingga menghasilkan 2 nukleus haploid, yaitu nukleus saluran
serbuk sari dan nukleus generatif. Setelah serbuk sari terbentuk, nukleus generatif
mengalami pembelahan mitosis menghasilkan dua nukleus sperma, tetapi tidak
diikuti sitokinesis. Jadi, satu serbuk sari yang masak mempunyai tiga nukleus
haploid, yaitu satu nukleus vegetatif (saluran serbuk sari) dan dua nukleus
generatif (sperma).
Page 10 of 16
2) Megasporogenesis
Megasporogenesis adalah pembentukan gamet betina di dalam bakal buah
atau ovarium. Di dalam satu ovari (bakal buah) terdapat sel induk megaspora
(megasporosit). Sel induk megaspora yang bersifat diploid akan bermeiosis
menghasilkan empat sel haploid (tetrad). Dari keempat sel tersebut hanya satu
yang hidup menjadi sel megaspora. Sel megaspora ini, kemudian mengalami
serangkaian mitosis menghasilkan delapan inti haploid. Delapan inti ini berada di
dalam satu sel besar bernama kantung embrio (kandung lembaga muda) yang
dilingkupi oleh kulit dan bagian ujungnya terdapat sebuah lubang kecil yang
disebut mikrofil. Mikrofil berfungsi sebagai jalan masuk saluran serbuk sari ke
Page 11 of 16
dalam kandung lembaga. Tiga nukleus terletak di dekat mikrofil dan dua di
antaranya sinergid (mati). Nukleus yang mengalami pertumbuhan dan
perkembangan menjadi ovum (sel telur). Tiga nukleus yang lain terletak di
seberang mikrofil yang disebut antipoda, selanjutnya akan mati pula karena
degenerasi. Dua nukleus yang terletak di tengah akan bersatu di tengah kandung
lembaga menjadi satu nukleus diploid (2n) atau inti kandung lembaga sekunder.
VARIASI PADA MAKHLUK HIDUP
Proses perkembangbiakan pada makhluk hidup ada dua macam, ada yang secara
seksual dan aseksual. Pada makhluk hidup yang berreproduksi secara seksual, perilaku
kromosom selama meiosis dan fertilisasi akan menimbulkan variasi pada spesies disetiap
generasi. Hal ini dikarenakan pada proses meiosis dan fertilisasi terjadi penggabungan
gen antaran induk jantan dan induk betina sehingga keturunan akan memiliki kromosom
yang berbeda dengan kedua induknya.
Terdapat tiga mekanisme yang memberi kontribusi pada variasi genetik yang
muncul akibat reproduksi seksual, yaitu:
1. Pemilahan kromosom secara independen (bebas)
2. Pindah silang
3. Fertilisasi random.
1.
PEMILAHAN KROMOSOM
Pada peristiwa metafase I, setiap kromosom induk akan memilih kromosom
induk lainnya secara bebas. Hal ini dikarenakan kromosom tersebut bersifat haploid yang
memiliki setengah sifat dari induknya, sehingga untuk menjadi zigot (bersifat diploid)
kromosom-kromosom tersebut harus menyatu (dari induk jantan dan betina).
Masing-masing gamet yang terdapat dalam kromosom akan mewakili satu dari
semua kemungkinan kombinasi gamet dari kedua-induknya yang akan terbentuk. Rumus
jumlah kemungkinan kombinasi secara independen adalah 2n. Dengan n merupakan nilai
haploid kromosom di suatu organisme. Manusia memiliki jumlah haploid 23, sehingga
Page 12 of 16
jumlah kemungkinan penggabungan yang terjadi pada manusia adalah 223 atau sekitar 8
juta lebih kemungkinan yang akan terjadi.
Pada
kemungkinan
yang
akan
ke-2
menyebabkan
variasi pada genetik
2.
PINDAH SILANG
Pindah silang merupakan proses
penukaran segmen dari kromatin-kromatin
bukan kakak beradik (nonsister chromatids)
dari sepasang kromosom homolog.
Peristiwa pindah silang terjadi pada
setiap gametogenesis makhluk hidup yaitu
pada tahap meiosis profase I, atau ketika
kromosom telah mengganda menjadi dua
kromatid. Yang digabungkan oleh suatu
protein
yang
sinaptonemal
dinamakan
kompleks
(synaptonemal
complex),
sehingga kromosom terikat kuat satu dengan
yang lainnya.
Pada waktu kromosom-kromosom
hendak memisah pada anafase I, kromatidPage 13 of 16
kromatid yang bersilang itu melekat dan putus dibagian kiasma, kemudian tiap potongan
itu melekat pada kromatid sebelahnya secara timbal balik. Berhubung dengan itu gen-gen
yang terletak pada bagian yang pindah itu akan berpindah pula tempatnya ke kromatid
sebelahnya (homolognya).
Pindah silang dikelompokan atas 2, yaitu :
1.
Pindah silang tunggal, ialah pindah silang yang terjadi pada satu tempat. Pindah
silang ini akan terbentuk 4 macam gamet, dua gamet yang bertipe parental dan dua
gamet tipe rekombinasi. Gamet-gamet tipe parental dibentuk jauh lebih banyak
dibandingkan dengan gamet-gamet tipe rekombinasi.
KIASMA
Tipe parental
Bagian yang
berpindah
Tipe rekombinan
2.
Pindah silang ganda, ialah pindah silang yang terjadi pada dua tempat. Jika pindah
silang ganda (double crossing over) berlangsung diantara dua buah gen yang
terangkai (misalnya gen A dan B), maka terjadinya pindah silang ganda itu tidak
Page 14 of 16
akan nampak dalam fenotip, sebab gamet-gamet yang dibentuk hanya dari tipe
parental saja, atau keduanya akibat pindah silang tunggal. Akan tetapi jika diantara
gen A dan B masih ada gen ketiga, misalnya gen C, maka terjadinya pindah silang
ganda antara gen A dan B akan tampak.
Faktor yang mempengaruhi pindah silang :
1.
Temperatur, temperatur yang lebih atau kurang dari temperatur biasa dapat
memperbesar kemungkinan terjadinya pindah silang.
2.
Usia, makin tua suatu individu makin kurang kemungkinan untuk mengalami pindah
silang.
3.
Zat kimia
4.
Penyinaran dengan sinar X
5.
Jarak antara gen-gen yang terangkai.
Page 15 of 16
3.
FERTILISASI RANDOM
Sifat dari fertilisasi random akan menambah variasi genetik yang ditimbulkan dari
meiosis. Hal ini dikarenakan zigot yang dihasilkan dari perkembangbiakkan secara
seksual. Peleburan antara sel telur dan sel sperma pada manusia, masing-masing memiliki
satu dari 8 juta kemungkinan kombinasi kromosom.
Jadi, tanpa mempertimbangkan pindah silang sekalipun, pasangan orangtua akan
menghasilkan zigot dengan salah satu dari sekitar 64 triliun (8 juta X 8 juta) kombinasi
diploid yang mengakibatkan berbedanya duaorang kakak beradik.
KESIMPULAN
Tiga sumber variabilitas genetik dalam populasi organisme yang bereproduksi
secara seksual:
1. Pemilahan indepanden dari kromosom-kromosom homolog selama meiosis I
2. Pindah silang antara kromosom-kromosom selama profase meiosis I
3. Fertilisasi random sel telur oleh sel sperma
Ketiga mekanisme tersebut mengubah susunan variasi gen yang dibawa oleh
setiap anggota suatu populasi. Tetapi, pada akhirnya mutasi akan menciptakan diversitas
gen dalam suatu populasi.
Page 16 of 16