Pembelahan Sel pada Prokariot dan Eukariot - Reproduksi Sel

Semua makhluk hidup, baik itu makhluk hidup uniselular maupun multiselular, tersusun atas sel. Unit fungsional terkecil ini dapat melakukan berbagai aktivitasnya sebagai makhluk hidup. Salah satunya adalah tumbuh dan melakukan reproduksi.

Tumbuh adalah proses bertambahnya ukuran. Pada tingkat sel, terjadi penambahan ukuran sel. Seiring penambahan ukuran, kebutuhan sel pun akan meningkat. Sel semakin banyak membutuhkan nutrisi dan bahan lain dari lingkungannya serta menghasilkan banyak zat buangan. Agar lebih efisien, sel harus membelah diri, menghasilkan dua sel baru. Secara umum, dua sel baru tersebut mirip dengan sel sebelumnya.

Pada makhluk hidup uniselular, pembelahan sel merupakan cara reproduksi. Menghasilkan dua individu baru dari satu individu. Pada multiselular, pembelahan sel memungkinkan satu sel, sel zigot, terus membelah dan berkembang hingga menjadi satu individu. Meskipun makhluk hidup multiselular telah dewasa, pembelahan sel tetap terjadi untuk memperbarui sel-sel mati atau rusak. Misalnya, sel-sel sumsum tulang belakang terus membelah untuk menghasilkan sel darah merah baru.

Pola pembelahan sel sebenarnya sederhana. Sel yang telah melalui fase penambahan ukuran, selanjutnya membelah diri menjadi dua. Pada proses tersebut tedapat dua hal penting yang terjadi.

1. Proses duplikasi, yang menyebabkan setiap sel yang dihasilkan memiliki struktur sel yang sama, termasuk gen-gen yang dikodekan menjadi DNA.
2. Proses pemisahan sel yang dilakukan secara hati-hati dan tepat sehingga setiap sel hasil pembelahan memiliki struktur yang lengkap.

Bentuk informasi paling penting bagi sel adalah DNA. Pada pembelahan sel, DNA diturunkan kepada keturunannya. DNA membawa informasi bagi sintesis protein. Bahkan, hampir semua informasi pembentukan molekul penting dikodekan menjadi DNA. Oleh karena itu, saat kritis pembelahan sel adalah ketika duplikasi molekul DNA. Tentunya, terdapat suatu mekanisme yang menyalurkan molekul DNA antara dua sel hasil pembelahan.

1. Pembelahan Sel pada Prokariot

Sel prokariot, sel tanpa membran inti, mampu membelah diri secara sederhana. Setelah sel tumbuh dan mampu melakukan pembelahan, serta telah menduplikasi molekul DNA-nya, terjadi pelekukan pada membran sel. Molekul DNA prokariot menempel pada beberapa titik membran sel. Dengan demikian, molekul DNA tersebut dapat terpisah dengan arah yang berlawanan ketika pelekukan membran sel semakin dalam. Ketika molekul DNA terpisah, membran sel dan dinding sel semakin melekuk ke dalam hingga mulai terlihat pemisahan dua sel baru.

(a) Sel bakteri yang sedang membelah dan (b) proses pembelahan sel pada sel prokariot.

Proses sel yang terbagi dua secara sederhana ini disebut juga pembelahan biner. Sel prokariot, seperti sel bakteri, dapat melakukan pembelahan biner setiap 20 menit. Hal tersebut memberikan bakteri kemampuan memperbanyak diri yang menakjubkan.

2. Pembelahan Sel pada Eukariot

Proses pembelahan sel pada eukariot dikenal dengan mitosis. Pembelahan sel pada eukariot lebih kompleks dibandingkan pembelahan sel pada prokariot. Pada sel eukariot molekul DNA terkumpul dalam struktur yang disebut kromosom. Masih ingatkah Anda dengan kromosom?

Kromosom dapat ditemukan di dalam nukleus (inti sel). Kromosom kali pertama ditemukan pada sel eukariot karena penampakannya yang jelas pada saat mitosis. Kromosom tersusun atas rangkaian protein dan DNA yang terpilin dan membentuk badan kromosom. Namun, rangkaian tersebut lebih sering tercerai berai di dalam nukleus selama siklus hidup sel. Rangkaian protein dan DNA ini disebut juga benang kromatin. Ketika memasuki mitosis benang kromatin tersebut terkondensasi dan mengumpul membentuk struktur kromosom.

Siklus hidup sel eukariot dapat dibagi menjadi dua fase, yakni mitosis dan interfase. Mitosis adalah fase pembelahan sel, sedangkan interfase adalah fase persiapan sebelum memasuki mitosis. Oleh karena banyak sel yang mampu melakukan pembelahan sel dari satu mitosis ke mitosis lain secara cepat, proses tersebut dapat diilustrasikan sebagai suatu siklus. Proses pembelahan sel pada eukariot dapat disebut juga  siklus sel.

a. Interfase

Istilah interfase atau fase antara terkadang salah dimaknai. Karena memberikan pengertian seolah-olah pada fase ini tidak terjadi apa-apa. Padahal pada fase ini sel sedang mempersiapkan semua kebutuhan untuk melakukan pembelahan mitosis. Pada fase ini sel terus tumbuh, bertambah ukuran, membentuk struktur dan molekul baru.

Secara umum, interfase dapat dibedakan lagi menjadi beberapa tahap, yaitu tahap G1 , S, dan G2 . Tahap G1 (gap 1) merupakan tahap pembentukan macam-macam protein dan transkripsi RNA. Hal tersebut menyebabkan pertumbuhan sel terus membesar.

Proses selanjutnya adalah tahap S (sintesis). Pada tahap S terjadi sintesis DNA, berupa replikasi DNA dan sintesis protein histon. Jumlah DNA dalam inti sel bertambah dua kali lipat dan protein histon serta protein kromosom lain yang disintesis di sitoplasma bergabung dengan DNA setelah melewati membran inti sel. Gabungan DNA serta protein tersebut membentuk kromatin.

Pada akhir tahap S, sel memasuki tahap G2  (gap 2). Pada tahap ini terjadi metabolisme normal dan pertambahan pertumbuhan akibat pembentukan protein yang terus terjadi. Ketika sel memasuki tahap M (mitosis), benang-benang kromatin terkondensasi, dan berkumpul membentuk kromosom.

 Siklus sel eukariot

b. Mitosis

Fase mitosis merupakan fase paling pendek dari siklus sel. Pada proses ini terjadi pembagian informasi genetis kepada setiap sel hasil pembelahan. Informasi genetis yang dibagikan terlebih dahulu telah melalui proses replikasi pada interfase sehingga DNA sel hasil pembelahan mirip dengan DNA induk.

Para ahli biologi telah membagi proses mitosis menjadi beberapa tahap berdasarkan ciri utama yang dapat diamati, sebagai berikut.

1. Profase, persiapan untuk pembelahan sel. Kromosom terkondensasi dan membran inti sel melebur.
2. Metafase, kromosom berada di bidang ekuator.
3. Anafase, kromosom terbagi dan bergerak ke arah kutub yang berlawanan
4. Telofase, akhir dari mitosis. Membran inti terbentuk dan kedua sel terpisah.

Pada akhir mitosis dan meiosis, biasanya diikuti oleh pembagian sitoplasma. Proses ini disebut juga  sitokinesis. Sitokinesis membagi sitoplasma dan membentuk membran atau dinding sel baru bagi setiap sel hingga kedua sel terpisah. Berikut ini penjelasan terperinci dari tahap- tahap tersebut.

1) Profase

Seperti yang telah Anda pelajari, pada interfse, terjadi replikasi DNA. Memasuki profase, benang-benang kromatin tersebut terkondensasi membentuk kromosom. DNA asal dan DNA hasil replikasi membentuk kromosom dan merekat pada sentromer. Kromosom tersebut tersusun atas dua kromatid. 

Profase, kromosom mulai terlihat sebagai pasangan kromatid.

Kromosom dengan dua kromatid ini disebut juga  kromosom dupleks. Melalui mitosis ini, setiap pasangan kromatid dari kromosom nantinya akan terbagi ke sel anak. Dengan demikian, setiap kromatid tersebut merupakan kromosom bagi setiap sel. Bentuk kromosom tanpa pasangan kromatidnya disebut  kromosom simpleks.

Jika sel baru tersebut akan melakukan pembelahan sel, setiap kromosom akan menggandakan diri melalui proses duplikasi menjadi kromosom dupleks. Sebenarnya, proses duplikasi merupakan hasil replikasi DNA yang terjadi pada tahap S interfase.

Tahap profase ditandai juga oleh penggandaan jumlah sentriol. Sentriol berada di luar membran inti. Setelah terbentuk kromatid, sentriol- sentriol bergerak ke kutub yang berlawanan.

Dari sekitar sentriol tersebut muncul benang-benang halus yang disebut benang spindel (mitotic spindle). Benang-benang spindel ini menyelimuti inti sel dan akan memegang kromosom tepat pada struktur protein komplek yang disebut kinetokor. Benang-benang spindel ini terbuat dari mikrotubulus.

2) Metafase

Ketika sentromer setiap kromosom sejajar bidang ekuator, menandakan mitosis memasuki tahap metafase. Pada metafase, semua kromosom sel bergerak ke arah bidang ekuator atau bidang pembelahan. Pergerakan ini dibantu oleh benang spindel. Kromosom dengan dua kromatid identik dapat diamati secar jelas pada tahap ini.

Tahap metafase

3) Anafase

Anafase dimulai ketika sentromer yang menggabungkan kedua kromatid terpisah. Kromatid tunggal ini sekarang disebut kromosom simpleks, bergerak menuju kutub-kutub pada arah yang berlawanan. Anafase berakhir ketika setiap sel kromosom sampai pada kutub-kutubnya.

 Tahap Anafase

4) Telofase

Telofase dimulai saat benang-benang spindel menghilang dan membran inti mulai terbentuk di sekeliling daerah kromosom. Membran inti akhirnya membungkus kromosom-kromosom tersebut.

Lilitan kromosom mulai terurai menjadi kromatin. Pada saat ini jika sel diamati menggunakan mikroskop, kromosom terlihat menghilang dan inti sel menjadi jernih. Setelah tahap telofase, biasanya diikuti oleh tahap sitokinesis, pemisahan sitoplasma. Pada beberapa sel, sitokinesis terjadi sebelum telofase berakhir.

c. Sitokinesis

Sitokinesis umumnya tejadi setelah sel sedang membelah sudah memiliki dua inti sel pada kutub yang berbeda. Sitokinesis dilakukan untuk memisahkan sitoplasma dan membran sel agar terbentuk dua sel anak utuh.

Terdapat beberapa perbedaan mekanisme sitokinesis antara sel hewan dan sel tumbuhan. Pada sel hewan dengan membran sel yang lentur, sitokinesis terjadi karena adanya pelekukan yang membagi sel menjadi dua. Pelekukan tersebut terjadi di bidang pembelahan dan disebabkan oleh kontraksi cincin filamen.

Pada sel tumbuhan yang memiliki dinding sel kaku, tidak terjadi pelekukan membran sel. Oleh karena itu, setelah materi sel terbagi dua, pada bidang pembelahan terbentuk  lempeng sel. Lempeng sel ini merupakan vesikula-vesikula dari badan Golgi yang bersatu dan memanjang pada bidang pembelahan. Dinding sel baru terbentuk pada lempeng sel tersebut. Dinding sel terus terbentuk hingga bersatu dengan membran dan dinding sel lama. Akhirnya, terbentuklah dua sel tumbuhan yang terpisah serta memiliki membran dan dinding sel sendiri.

Sitokinesis pada (a) sel hewan dan (b) sel tumbuhan.