Pembelahan sel: mitosis & meiosis
Satu sel menjadi dua: cara tubuh tumbuh, memperbaiki luka, dan membentuk sel kelamin.
Jenjang yang disarankan: SMP, SMA, kuliah.
Penjelasan untuk SD
Dulu tubuhmu sangat kecil. Sekarang kamu jauh lebih besar. Bagaimana bisa? Tubuh bertambah besar karena sel-selnya membelah: satu sel menjadi dua, dua menjadi empat, dan seterusnya.
Sel juga membelah untuk memperbaiki tubuh. Saat lututmu luka, sel-sel kulit di sekitarnya membelah dan menutup luka sedikit demi sedikit. Rambut dan kuku pun terus tumbuh karena sel-sel di pangkalnya membelah.
Makhluk bersel satu seperti bakteri berkembang biak dengan membelah diri. Dari satu bakteri bisa terbentuk sangat banyak bakteri dalam waktu singkat. Karena itu, makanan yang dibiarkan terlalu lama di tempat hangat bisa cepat basi.
Poin kunci
- Tubuh tumbuh karena sel-selnya membelah.
- Sel membelah untuk menyembuhkan luka dan menumbuhkan rambut serta kuku.
- Bakteri berkembang biak dengan membelah diri.
Aktivitas
Tanam beberapa biji kacang hijau di kapas basah. Ukur panjang akarnya setiap hari selama 5 hari dan gambar grafiknya. Akar memanjang karena sel-sel di ujungnya terus membelah.
Penjelasan untuk SMP
Sel membelah untuk tumbuh, mengganti sel yang rusak atau mati, dan berkembang biak. Sebelum membelah, sel menggandakan materi genetiknya.
Materi genetik tersimpan dalam kromosom, yaitu gulungan DNA dan protein. Sel tubuh manusia memiliki 46 kromosom (23 pasang); keadaan ini disebut diploid (2n). Sel kelamin (sperma dan sel telur) hanya memiliki 23 kromosom, disebut haploid (n).
Mitosis menghasilkan dua sel anak yang identik dengan sel induk, dengan jumlah kromosom sama. Mitosis terjadi pada sel tubuh, misalnya di ujung akar tumbuhan, kulit, dan sumsum tulang. Tahapannya: profase (kromosom memadat), metafase (kromosom berjajar di tengah), anafase (kromosom ditarik ke kedua kutub), dan telofase (terbentuk dua inti baru), diikuti pembelahan sitoplasma.
Meiosis menghasilkan empat sel haploid yang berbeda-beda. Meiosis terjadi saat pembentukan sel kelamin: di testis dan ovarium pada manusia, serta di kepala sari dan bakal biji pada tumbuhan berbunga. Meiosis membuat jumlah kromosom tetap sama dari generasi ke generasi, karena saat pembuahan sel sperma (n) dan sel telur (n) bergabung menjadi zigot (2n). Meiosis juga menghasilkan variasi, sehingga saudara kandung tidak persis sama.
Bakteri membelah dengan cara yang lebih sederhana, yaitu pembelahan biner. Ragi berkembang biak dengan bertunas.
Pembelahan sel diatur dengan ketat. Jika pengaturannya rusak, sel dapat membelah tanpa kendali dan membentuk tumor, yang bisa berkembang menjadi kanker.
Poin kunci
- Mitosis: 2 sel anak identik, jumlah kromosom tetap (untuk tumbuh dan memperbaiki).
- Meiosis: 4 sel haploid berbeda (untuk membentuk sel kelamin).
- Sel tubuh manusia 46 kromosom (2n); sel kelamin 23 kromosom (n).
- Pembelahan yang tidak terkendali dapat menyebabkan kanker.
Aktivitas
Buat model kromosom dari kawat bulu atau manik-manik berwarna. Peragakan mitosis dan meiosis, lalu bandingkan jumlah sel dan jumlah kromosom pada hasil akhirnya.
Penjelasan untuk SMA
Siklus sel terdiri atas interfase dan fase M.
- G1: sel tumbuh dan menjalankan fungsinya.
- S: DNA direplikasi; setiap kromosom kini terdiri atas dua kromatid saudara yang terhubung di sentromer.
- G2: sel bersiap membelah.
- Fase M: mitosis dan sitokinesis.
Sel yang tidak lagi membelah, seperti kebanyakan sel saraf dewasa, keluar ke fase G0.
Mitosis secara rinci:
- Profase: kromatin memadat menjadi kromosom, gelendong (spindel) terbentuk, dan membran inti mulai hilang.
- Metafase: benang spindel melekat pada kinetokor di sentromer; kromosom berjajar di bidang ekuator.
- Anafase: kromatid saudara berpisah dan bergerak ke kutub berlawanan.
- Telofase: membran inti terbentuk kembali.
- Sitokinesis: pada sel hewan terbentuk alur pembelahan; pada sel tumbuhan terbentuk lempeng sel yang menjadi dinding sel baru.
Meiosis terdiri atas dua pembelahan:
- Meiosis I (reduksi): pada profase I, kromosom homolog berpasangan dan dapat bertukar bagian melalui pindah silang di kiasma. Pada metafase I, pasangan homolog berjajar di ekuator; pada anafase I, kromosom homolog (bukan kromatid) berpisah. Hasilnya dua sel haploid.
- Meiosis II: mirip mitosis; kromatid saudara berpisah sehingga terbentuk empat sel haploid.
Variasi genetik berasal dari pindah silang, pemilahan bebas kromosom homolog (pada manusia 2²³ ≈ 8,4 juta kombinasi per gamet, belum termasuk pindah silang), dan pembuahan acak.
Kegagalan kromosom berpisah (nondisjungsi) menghasilkan jumlah kromosom tidak normal (aneuploidi), misalnya sindrom Down (trisomi 21), sindrom Turner (45,X), dan sindrom Klinefelter (47,XXY).
Siklus sel dikendalikan di titik periksa (G1, G2, dan titik periksa spindel) oleh protein siklin dan kinase bergantung siklin (CDK). Protein p53 dapat menghentikan siklus sel bila DNA rusak atau memicu apoptosis, yaitu kematian sel terprogram. Apoptosis juga membentuk tubuh normal, misalnya memisahkan jari-jari pada embrio. Kanker muncul ketika mutasi menumpuk pada proto-onkogen (pemacu pembelahan) dan gen penekan tumor (penghambat pembelahan).
Poin kunci
- Siklus sel: G1 → S (replikasi DNA) → G2 → M.
- Meiosis I memisahkan kromosom homolog; meiosis II memisahkan kromatid.
- Variasi: pindah silang, pemilahan bebas, dan pembuahan acak.
- Titik periksa, p53, dan apoptosis menjaga keamanan pembelahan.
Aktivitas
Amati preparat ujung akar bawang merah yang diwarnai (misalnya dengan asetoorsein). Hitung sel pada setiap tahap mitosis dalam satu bidang pandang, lalu hitung indeks mitosis (jumlah sel yang membelah ÷ jumlah seluruh sel).
Penjelasan untuk kuliah
Kendali molekuler: aktivitas CDK naik-turun mengikuti sintesis dan penguraian siklin. Kompleks siklin B–CDK1 (dahulu disebut faktor pemicu pematangan, MPF) mendorong sel memasuki mitosis. Pada transisi metafase–anafase, kompleks pemicu anafase (APC/C) menandai sekurin untuk diuraikan, sehingga enzim separase aktif dan memotong kohesin yang menyatukan kromatid saudara. Titik periksa perakitan spindel menunda anafase sampai semua kinetokor terpasang dengan benar.
Kekhasan meiosis: kompleks sinaptonemal menyatukan kromosom homolog; protein Spo11 memotong DNA untai ganda untuk memulai rekombinasi; kiasma menjaga pasangan homolog tetap terhubung sampai anafase I. Protein shugoshin melindungi kohesin di sentromer selama meiosis I sehingga kromatid saudara baru berpisah pada meiosis II.
Usia ibu dan aneuploidi: oosit manusia tertahan di profase I selama bertahun-tahun hingga puluhan tahun. Risiko nondisjungsi meningkat dengan usia ibu; salah satu penjelasan yang didukung data adalah melemahnya kohesin seiring waktu.
Batas pembelahan: sel somatik manusia dalam kultur hanya dapat membelah sejumlah terbatas (batas Hayflick), antara lain karena telomer memendek setiap replikasi. Telomerase aktif pada sel germinal, sebagian sel punca, dan banyak sel kanker.
Kanker sebagai proses evolusi: tumor berkembang melalui mutasi dan seleksi klonal di dalam tubuh. Ciri-ciri kanker (hallmarks of cancer) meliputi sinyal pertumbuhan yang terus aktif, lolos dari penekan pertumbuhan, menghindari apoptosis, replikasi tanpa batas, angiogenesis, serta invasi dan metastasis.
Perbandingan: bakteri membelah biner dengan bantuan protein FtsZ, kerabat evolusi tubulin, yang membentuk cincin di tengah sel. Mitokondria dan kloroplas juga memperbanyak diri dengan membelah, sesuai asal-usul bakterinya. Sel tumbuhan tingkat tinggi membentuk spindel tanpa sentriol.
Poin kunci
- APC/C → penguraian sekurin → separase memotong kohesin → anafase.
- Spo11, kompleks sinaptonemal, dan shugoshin khas meiosis.
- Risiko aneuploidi meningkat dengan usia ibu.
- Kanker berkembang melalui mutasi dan seleksi klonal.
Aktivitas
Hitung jumlah kombinasi gamet dari pemilahan bebas (2ⁿ) untuk n = 23. Jelaskan mengapa pindah silang membuat keragaman sebenarnya jauh lebih besar, lalu diskusikan secara kualitatif mengapa risiko aneuploidi berhubungan dengan usia ibu.