Materi Bilogi Kelas XII tentang Pembelahan Sel

Wawasan Edukasi – Sahabat Cendekia, setelah kalian mempelajari mengenai sel dan organel-organelsel, pada kesempatan kali ini Wawasan Edukasi akan membahas mengenai Pembelahan Sel. Karena sebagaimana yang telah kalian pelajari, di dalam sel terdapat berbagai organel yang melakukan berbagai bentuk aktivitas untuk menunjang keberlangsungan hidup organisme. Proses pembelahan sel ini menjadi sangat penting bagi organisme, karena pemahaman mengenai pembelahan sel ini akan menjadi pengantar bagi kita untuk dapat memahami proses pewarisan sifat pada materi selanjutnya. Pada pembahasan kali ini, Wawasan Edukasi akan membahas mengenai Interfase, Mitosis dan Meiosis sebagai bagian dalam pembelahan Sel.  

A. INTERFASE
Dalam siklus sel, bukan hanya sitoplasma saja yang memiliki peran karena melakukan pembelahan. Namun, nukleus pun memiliki peranan yang besar dalam pembelahan sel. Karena tidak hanya berkaitan dengan pembelahan sitoplasma, namun sel juga melakukan pembelahan nukleus atau materi inti. Pembelahan nukleus ini tidak semata-mata hanya membelah, melainkan melalui pembelahan sel ini juga terdapat proses pewarisan sifat dari satu sel ke sel lain melalui pembelahan kromosom.

Pembelahan yang terjadi pada sel eukariotik dikenal dengan peristiwa mitosis dan meiosis. Namun, sebelum melakukan pembelahan secara mitosis, sel mengalami fase persiapan pembelahan terlebih dahulu, yang dikenal dengan nama Interfase. Walaupun dikatakan sebagai proses persiapan, namun bukan berarti sel tidak melakukan apapun. Karena ternyata pada tahap ini, terjadi pengubahan materi genetika menjadi protein melalui proses replikasi (duplikasi DNA), transkripsi dan translasi.Selainitu, tahap interfase ini menjadi cukup penting karena di akhirfaseini, diproduksi enzim-enzim yang diperlukan selama mitosis.

Sebelum melakukan mitosis atau meiosis, selmelakukan proses persiapan pembelahan sel, sebagai berikut:

Ket: Dalam suatu sel yang membelah, fase mitotik (M) bergantian dengan interfase, periode pertumbuhan. Bagian pertama interfase, yang disebut G1 diikuti oleh fase S, ketika kromosom bereplikasi; bagian terakhir interfase ini disebut G2. Dalam fase M, mitosis membelah nukleus dan mendistribusikan kromosomnya ke nukleus anak, dan sitokinesis membelah sitoplasma, menghasilkan dua sel anak.

Interfase merupakan fase sebelum pembelahan sel, fase ini terjadi di dalam nukleus. Karena pada dasarnya, Mitosis hanya merupakan satu bagian dari siklus sel. Sebenarnya fase mitotik (M), yang mencakup mitosis dan sitokinesis, biasanya merupakan bagian tersingkat dari siklus sel tersebut. Pembelahan sel mitotik yang berurutan bergantian dengan interfase yang jauh lebih lama, yang sering kali meliputi 90% dari siklus ini. Selama interfase inilah sel tumbuh dan menyalin kromosom dalam persiapan untuk pembelahan sel. Interfase dapat dibagi menjadi sub-fase: Fase G1 (“Gap Pertama”), fase S, dan G2 (“Gap 2”). Selama ketiga sub fase ini, sel tumbuh dengan menghasilkan protein dan organel dalam sitoplasma. Kromosom diduplikasi hanya selama fase S (S untuk singkatan Sintesis DNA). Dengan demikian, suatu sel tumbuh G1, terus tumbuh begitu sel tersebut sudah menyalin kromososmnya (S) dan tumbuh lagi sampai sel (G2), dan membelah (M). Sel anak kemudian dapat mengulangi siklus ini.

Secara sederhana dapat dipahami, bahwa dalam interfase tahap G1, organel sel yang terlibat dalam pertumbuhan adalah nukleus, sitoplasma dan enzim-enzim pendukung sintesis protein. Fase G1 ini cukup lama karena terjadi dalam waktu 24 jam. Sedangkan pada siklus S (Sintesis), terjadi replikasi DNA yang memakan waktu kurang-lebih 9 jam. Sedangkan pada fase G2, protein telah disintesis dalam waktu 2 jam. Pada fase G2  atau interfase terakhir ini, nukleus telah terbentuk dengan jelas dan dibungkus oleh selubung nukleus. Nukleus itu mempunyai satu atau lebih nukleolus. Kemudian, setelah fase G2 selesai, sel siap memasuki fase pembelahan. Hal ini ditandai dengan tepat di luar nukleus terdapat dua sentrosom yang terbentuk sebelumnya oleh sentrosom tunggal. Dalam sel hewan, dalam setiap sentrosom terdapat sepasang sentriol. Kromosom telah melakukan duplikasi (selama fase S), tetapi pada tahap ini kromosom tersebut tidak dapat dibedakan secara individual karena kromosom tersebut masih berada dalam bentuk benang.

 

1. DNA
Sebelum sel melakukan mitosis. Sel mengalami interfase yang merupakan fase persiapan pembelahan sel. Pada persiapan pembelahan tersebut terdapat peristiwa sintesis protein. Salah satu peristiwa yang mendukung sintesis protein adalah replikasi atau duplikasi DNA. Pada bagian ini, akan dibahas mengenai replikasi atau duplikasi tersebut.

Watson dan Crick (1953) menyatakan bahwa molekul DNA berbentuk seperti tangga tali berpilin (double helix), dengan ibu tangga terdiri atas gula deoksiribosa dan gugus fosfat, sedangkan anak tangga terdiri atas pasangan basa nitrogen yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen lemah.

a. Karakteristik DNA

  1. Berupa rantai panjang ganda (double helix)
  2. Fungsi berhubungan dengan penurunan sifat dan sintesis protein
  3. Keadaannya tidak dipengaruhi oleh aktivitas sintesis protein
  4. Komponen gula: Deoksiribosa
  5. Basa N: Purin (Adenin dan Guanin) Pirimidin (Sitosin dan Timin)

 

DNA tersusun atas nukleotida-nukleotida. Nukleotida sendiri tersusun atas basa nitrogen, gula deoksiribosa (gula 5 karbon) dan fosfat. Adenin dan Guanin adalah Purin basa nitrogen dengan dua cincin, dengan satu cicncin pirimidin dan satu cincin imidazol. Sedangkan, Sitosin dan Timin adalah anggota basa nitrogen Pirimidin yang mempunyai satu cincin tunggal. Dalam pengamatan awal, muncul berbagai dugaan mengenai ikatan antar basa nitrogen, namun setelah dianalisis dipahami bahwa basa nitrogen yang berikatan pasti purin dengan pirimidin, seperti Adenin dengan Timin serta Guanin dan Sitosin untuk dapat membentuk rantai polinukleotida. Ikatan antara basa nitrogen dengan satu gula dan satu fosfat adalah ikatan fosfodiester yang kuat, sedangkan ikatan antar nukleotida adalah ikatan hidrogen yang lemah.
Karakteristik lain dari untai DNA adalah, setiap untai DNA ini memiliki ujung gula 5’ fosfat dan ujung 3’ Hidroksil. Pemahaman akan ujung ini akan beperan dalam proses replikasi DNA.
b. Karakteristik Replikasi DNA
  1. Merupakan  penggandaan materi DNA
  2. Terjadi  di dalam nukleus
  3. Terjadi pada saat interfase
  4. Enzim yang dibutuhkan:
  • Helikase: Membuka rantai ganda DNA
  • DnaA: Protein yang mengenali pangkal replikasi (wilayah replikasi) dan berperan dalam mengikat DNA sehingga mengendur yang berfungsi untuk perakitan protein dan enzim-enzim yang digunakan untuk replikasi
  • SSB: Single Strand Binding Protein, merupakan protein pengikat untai tunggal yang berperan untuk menstabilkan rantai tunggal DNA yang telah terbuka agar tidak menyatu kembali
  • Primase: Menambahkan primer RNA di beberapa tempat sepanjang untai terbuka
  • Polimerase: Pemanjangan nukleotida baru dan menggabungkan deoksiribonukleosida  trifosfat
  • Ligase: Menyambung bagian-bagian rantai tunggal DNA yang baru
  • Tus: Protein yang mengidentifikasi terminal replikasi

 

c. Replikasi DNA (Replikasi Menggunakan Model Semikonservatif)
DNA bereplikasi menggunakan model semi konservatif, yakni  kedua molekul induk berpisah, dan setiap untai berfungsi sebagai cetakan untuk mensintesis untai komplementer yang baru.
2. Tahapan Replikasi DNA
Tahap replikasi adalah sebagai berikut:
a. Inisiasi
Replikasi DNA dimulai pada tempat-tempat khusus yang disebut pangkal replikasi. Tempat ini dikenali oleh protein yang disebut inisiator DnaA. DnaA mengikat untai DNA di tempat asal, sehingga mengendur untuk perakitan protein lain dan enzim-enzim untuk replikasi. Enzim Helikase digunakan untuk membuka ikatan hidrogen antar polinukleotida. Kemudian, SSB (Single Strand Binding protein) atau protein pengikat untai tunggal berperan untuk menstabilkan DNA induk yang terbuka agar tidak menyatu kembali.
Kemudian, proses replikasi akan dimulai. Proses replikasi ini sering dikenal sebagai garpu replikasi yang dilakukan dengan arah yang berlawanan sepanjang molekul DNA.
b. Sintesis Primer
Sintesis baru, untai komplementer DNA menggunakan untai yang ada sebagai cetakan yang dibawa oleh enzim, yang dikenal dengan enzim Polimerase. Enzim Polimerase ini pada dasarnya berperan dalam perpanjangan nukleotida yang baru terbentuk. Namun, Polimerase ini tidak dapat memulai sintesis DNA secara independen, namun membutuhkan 3’ gugus hidroksil untuk memulai penambahan Nukleotida Komplementer. Dengan kata lain, untuk dapat menjadi nukleotida baru membutuhkan sumber energi. Nukleotida-nukleotida yang menjadi substrat untuk untai DNA polimerase sebenarnya adalah nukleosida trifosfat, yaitu nukleotida-nukleotida dengan tiga gugus fosfat. Ketika nukleosida trifosfat terjalin dengan tulang belakang gula-fosfat dari untai DNA yang sedang terbentuk, senyawa ini kehilangan dua fosfatnya dalam bentuk pirofosfat. Enzim yang mengkatalisis reaksi terbentuk adalah DNA Polimerase dan hidrolisis dari ikatan antar gugus fosfat yeng menyediakan energi untuk reaksi.
c. Sintesis Leading Strand
DNA Polimerase hanya dapat menambahkan nukletida baru untuk ujung 3’ dari untai yang ada, karena satu gugus Hidroksil menempel pada karbon 3’ Deoksiribosa ujung. Pada ujung yang berlawanan polimerase menambahkan nukleotida hanya pada ujung 3’ yang bebas dari untai DNA yang sedang terbentuk, tidak pernah dari ujung 5’. Jadi untai DNA baru dapat memanjang hanya pada arah 5’-3’ dan ini terjadi secara terus-menerus, ,maka proses ini dinamakan Leading Strand.
Pada saat ini DNA Polimerase III mengenali 3’ OH ujung RNA primer, dan kemudian menambahkan nukleotida komplementer baru. Saat garpu replikasi berlangsung, nukleotida baru ditambahkan secara terus-menerus, sehingga menghasilkan untai baru.
d. Sintesis Lagging Strand (Untai Tertinggal)
Pada untai berlawanan, DNA disintesis secara terputus dengan menghasilkan serangkaian fragmen kecil dari DNA baru dalam arah 5’-3’. Fragmen ini disebut Fragmen Okazaki, yang kemudian bergabung untuk membentuk sebuah rantai terus-menerus Nukleotida, yang dinamakan Lagging Strand.
Di sini, Primase menambahkan primer di beberapa tempat sepanjang untai terbuka.
e. Penghapusan Primer
Meskipun untai DNA baru telah disintesis, primer RNA yang ada pada untai yang baru terbentuk harus digantikan oleh DNA. Kegiatan ini dilakukan oleh enzim DNA Polimerase I, yang khusus menghilangkan primer RNA melalui 5’-3’ aktivitas eksonukleasenya dan menggantikan mereka dengan deoksiribo nukleotida baru dengan 5’-3’ aktivitas polimerase DNA.
f. Ligase
Setelah primer RNA digantikan oleh DNA. DNA ligase menggabungkan fragmen Okazaki ke untai yang sedang tumbuh.
g. Pemutusan (Terminasi)
Replikasi ini terhenti di lokasi terminasi khusus yang terdiri dari urutan nukleotida yang unik. Urutan ini diidentifikasi oleh protein khusus yang disebut Tus.
Loading...

Add a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *