Kehidupan Sel

      Istilah Sel ( cella = ruang kosong ) ditemukan pertama kali oleh Robert Hooke. Sel merupakan unit kehidupan yang terkecil, oleh sebab itu sel dapat menjalankan aktivitas hidup, di antaranya metabolisme.

Apa itu Metabolisme?

       Metabolisme adalah proses-proses kimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup. Metabolisme terjadi selalu menggunakan katalisator enzim, oleh karena itu metabolisme disebut juga reaksi enzimatis.

Berdasarkan prosesnya metabolisme dibagi menjadi dua, yaitu :

1. Anabolisme, yaitu proses penyusunan energi kimia melalui sintesis senyawa-senyawa organik.

             6 CO2 + 6 H2O                                          > C6H12O6  +  6 O2                                                                                                                                 klorofil          glukosa           
                                                         ( energi kimia )         

2. Katabolisme, yaitu proses penguraian dan pembebasan energi dari senyawa-senyawa organik        
    melalui proses respirasi.

                                    Respirasi pada Glukosa, reaksi sederhananya:

              C6H2O6 + 6O2 —————————> 6 H2O + 6 CO2 + Energi
             (glukosa) 

       Reaksi pembongkaran glukosa sampai menjadi H2O + CO2 + Energi, melalui tiga tahap :

1. Glikolisis
2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat
3.  Daur Krebs
4. Transpor elektron respirasi.

1. Glikolisis

• Berlangsung di sitoplasma
• Berlangsung secara anaerob
• Mengubah satu molekul glukosa ( 6C ) menjadi dua molekul asam piruvat ( 3C )
• Untuk setiap molekul glukosa dihasilkan energi 2 ATP dan 2 NADH

2. Dekarboksilasi Oksidatif Asam Piruvat : 

• Berlangsung pada matriks mitokondria
• Mengubah asam piruvat ( 3C ) menjadi Asetil Ko-A ( 2C )
• Dihasilkan energi sebesar 2 ATP dan 2 NADH untuk setiap molekul glukosa

3. Siklus Krebs :

• Berlangsung pada matriks mitokondria
• Mengubah Asetil-KoA ( 2C ) menjadi CO2 ( senyawa berkarbon 1 )
• Untuk setiap molekul Asetil-KoA dihasilkan 1 ATP, 1 FADH dan 2 NADH

4. Transpor elektron respirasi

• NADH2 dan FADH2 merupakan senyawa pereduksi yang menghasilkan ion hidrogen 
• Melalui rantai respirasi hidrogen dari NADH2 dan FADH2 yang dihasilkan pada proses glikolisis, dekarboksilasi oksidatif asam piruvat dan siklus krebs dilepaskan ke Oksigen ( sebagai penerima hidrogen terakhir ) untuk membentuk H2O dengan melepas energi secara bertahap.
• satu molekul NADH2 akan menghasilkan 3 ATP, sedangkan satu molekuk FADH2 menghasilkan 2 ATP.

Siklus Sel

                Siklus sel merupakan tahapan dalam suatu proses berulang dalam masa hidup sel yang diawali dengan pertumbuhan sel muda menjadi sel dewasa, selanjutnya membelah menjadi sel muda lagi untuk bertumbuhn menjadi dewasa.

Pertumbuhan Sel

                 Pertumbuhan sel disebut juga interfase, merupakan tahap yang diperlukan untuk memperbanyak massa sel sebagai persiapan sebelum terjadi pembelahan sel. 

Tahap ini terdiri dari tiga fase, yaitu G1(G=Gap) interval pertama fase pertumbuhan; S (Sintesis); dan G2 (G=Gap) interval kedua yang merupakan fase persiapan pembelahan.

Fase G1 dan G2 disebut gap (interval) karena menyatakan periode sel yang inaktif dalam pembelahan, namun kedua fase ini menyediakan waktu untuk pertumbuhan sel sebelum dan sesudah sintesis DNA

Pembelahan Sel

                 Pembelahan sel disebut juga fase mitosis atau fase M, merupakan tahap yang diperlukan oleh sel untuk memperbanyak diri melalui dua tahapan pembelahan sel, yaitu kariokinesis dan sitokinesis.

Kariokinesis atau siklus kromosom merupakan  pembelahan yang melibatkan inti sel dan kromosom, sedangkan sitokinesis atau siklus sitoplasma merupakan pembelahan yang membagi satu sel menjadi dua anak sel lengkap dengan pembagian organel dan sitoplasma.

- Mitosis -

             Mitosis (mitos=benang) merupakan pembelahan sel untuk menghasilkan sel diploid (2n) dengan susunan genetik dalam kromosom homolog yang identik dengan sel induk.

Pembelahan ini bertujuan untuk memperbanyak jumlah sel somatik sebagai dasar peningkatan ukuran tubuh organisme, regenerasi dan pergantian sel, serta perbaikan jaringan pada organisme eukariotik multiselular.

            Pembelahan mitosis meliputi enam tahapan, yaitu profase, metafase, anafase, telofase, dan sitokinase.

1. Profase 

•  Membran nukleus terdegradasi dan lenyap sehingga kromosom yang awalnya berada dalam nukleus, tidak lagi dipisahkan dengan sitoplasma. Nukleolus ( anak inti ) juga menghilang dari dalam nukleus.
• Benang kromatin telah memendek dan memadat menjadi kromosom diploid (2n) yang terdiri dari dua kromatid yang saling berpasangan dan terikat pada daerah sentromer. Pada sentromer terdapat protein berbentuk lempeng yang disebut kinetokor, sebagai tempat pengikatan mikrotubulus kinetokor.
• Sentriol atau diplosom berupa dua bangunan silindris di daerah sentrosom, yang awalnya terletak di tengah ( dekat nukleus ) bergerak menuju ke kutub sel. Sentriol memancarkan calon jaring mikrotubulus yang menyerupai aster.
• Jaring mikrotubulus semakin memanjang dan membentuk benang pembelah seperti kumparan (spindle) yang menghubung kedua sentriol.

2. Prometafase

• Membran nukleus telah lenyap secara total.
• Kromosom tersebar di seluruh bagian sel.
• Mikrotubulus yang awalnya di luar inti dapat memasuki daerah inti.

 3. Metafase

• Kromosom menempatkan diri pada bidang ekuator di antara dua kutub pembelahan.
• Benang pembelahan yaitu mikrotubulus kinetokor menarik masing-masing kromosom ke arah kutub yang berbeda, sehingga kromosom tetap berada di bidang ekuator.

4. Anafase

• Membran sel tampak lebih memanjang atau lonjong.
• Kromosom terpisah dengan bantuan topoisomerase menjadi dua kromatid yang masing-masing bergerak dari bidang ekuator ke arah kutub pembelahan yang berlawanan.
• Mikrotubulus memanjang dari kutub pembelahan sehingga memisahkan kutub pembelahan.

5. Telofase

• Membran nukleus terbentuk dan melingkupi kromosom pada masing-masing kutub pembelahan, serta nukleolus juga mulai tampak.
• Kromosom mulai terurai, tampak menipis, dan tampak sebagai benang kromatin.
• Mikrotubulus kinetokor menghilang, tetapi mikrotubulus kutub masih tetap ada

6. Sitokinesis

        Tahap sitokinesis merupakan proses pembelahan sitoplasma yang mengakhiri pembelahan mitosis.

• Membran nukleus dan nukleolus terbentuk lengkap.
• Pelekukan sel pada bidang ekuator membentuk cleavage furrow karena aktivitas cincin kontraktil yang terdiri dari aktin dan miosin.
• Mikrotubulus kutub tumpang tindih membentuk midbody sebagai penghubung dua sel anak.
• Pembagian organel yang terdapat di dalam sitoplasma, misalnya badan Golgi dan mitokondria dalam dua sel anak.

- Meiosis -

             Meiosis merupakan pembelahan reduksi untuk menghasilkan sel dengan jumlah kromosom separuh dari kromosom sel induk atau kromosom haploid (n). Tujuannya ialah untuk mendapatkan individu yang berjumlah kromosom normal ( 46 ) berasal dari Ayah ( 23) dan Ibu ( 23 ).

   
         Berdasarkan tahapan yang berlangsung, proses meiosis dibagi menjadi dua, yaitu pembelahan I dan pembelahan II. Tahapan yang terjadi pada pembelahan I merupakan tahap yang spesifik untuk pembelahan meiosis, sedangkan tahapan pada pembelahan II menyerupai pembelahan mitosis.
        Tahap profase I dalam meiosis I merupakan tahap penentu dari tahap yang paling kompleks dalam meiosis. Secara garis besar, pada tahap ini terdapat beberapa perubahan mendasar, yaitu proses berpasangan kromosom homolog dan pertukaran bahan genetik.
            Profase I meliputi 6 tahap, yaitu preleptotene, leptotene, zygotene, pachytene, diplotene dan diakinesis dengan aktivitas sel yang spesifik dan menjadi tanda pengenal setiap tahap.   

1. Preleptotene

• Kromosom tampak tipis dan sulit diamati
• Kromosom yang terlibat jelas merupakan gonosom atau kromosom kelamin

2. Leptotene

• Kromosom mulai memadat menjadi pita tipis.
• Kromosom menempel pada membran dalam nukleus.
• Kromosom terdiri dari dua kromatid.

3. Zygotene

• Kromosom homolog, masing-masing terdiri dari dua kromatid berpasangan dengan rapi (sinapsis) dan membentuk tetrad.
• Setiap kromomer yang homolog akan berdampingan dengna celah yang berjarak sekitar 0.2 mikron.

4. Pachytene

• Kromosom memendek dan menebal kemudian diikat oleh protein synaptonema.
• Pertukaran material genetik melalui persilangan (crossing over) pada kromosom homolog, variasi genetik.

5. Diplotene

• Kromosom homolog memisah dan menjadi renggang.
• Pemisahan kromosom tidak sempurna terjadi pada daerah chiasmata sebagai lokasi terjadi persilangan.
• Duplikasi sentriol sebagai persiapan menuju metafase.

6. Diakinesis

• Kromosom terlepas dari membran nukleus, memendek dan tersebar di dalam nukleus.
• Chiasmata mengalami terminalisasi dengan bergerak menuju ke ujung kromosom.
• Nukleolus menghilang.
• Mikrotubulus mulai terbentuk.

          Tahap meiosis I selanjutnya yaitu prometafase I, metafase I, anafase I, dan telofase I dengan perubahan yang menyerupai perubahan pada tahap mitosis. Perbedaannya terletak pada kromosom yang berada di bidang ekuator merupakan kromosom homolog yang berpasangan dan merupakan hasil persilangan pada tahap profase I. Selanjutnya, pada anafase kromosom I homolog tersebut berpisah dan ditarik menuju ke kutub pembelahan. Hasil dari pembelahan I yaitu dua sel haploid.
            Interfase merupakan tahap antara meiosis I dan meiosis II, berlangsung pendek, dan tidak terjadi replikasi DNA. Kromosom dalam sel merupakan kromosom hasil pembelahan meiosis I yang jumlahnya hanya separuh dari kromosom induknya, walaupun setiap kromosom tetap memiliki  dua kromatid.
                Dua sel haploid hasil pembelahan meiosis I, kemudian masing-masing masuk dalam proses pembelahan meiosis II yang diawali dengan profase II, dilanjutkan dengan prometafase II, metafase II, anafase II, dan telofase II dengan perubahan yang menyerupai perubahan pada tahap mitosis. Tahap ini mengakhiri pembelahan meiosis II dan menghasilkan 4 buah sel haploid yang masing-masing mempunyai jumlah kromosom setengah dari sel induknya dan masing-masing kromosom hanya terdiri dari 1 kromatid.

Gametogenesis 

   

                Meiosis yang terjadi pada organ reproduksi manusia membentuk sel-sel kelamin (gamet) dalam proses gametogenesis. Proses yang terjadi untuk menghasilkan sel kelamin pria disebut Spermatogenesis, sedangkan proses pada wanita disebut Oogenesis.

          Spermatogenesis dimulai saat pria berada pada usia pubertas dan spermatogonium sebagai calon sel sperma diproduksi secara kontinue dalam testis terutama pada bagian tubulus seminiferus. Setiap spermatosit sekunder memiliki 22 buah autosom lengkap dan salah satu kromosom kelamin ( X atau Y.

x

       Berdasarkan proses dan hasil pembelahan, terdapat tiga perbedaan utama antara Spermatogenesis dan Oogenesis, yaitu :

• Oogenesis hanya menghasilkan satu sel ovum sebagai hasil pembelahan meiosis II, sedangkan spermatogenesis menghasilkan empat sel sperma
• Spermatogonium mengalami pembelahan mitosis secara kontiue sepanjang hidup pria, sedangkan Oogonium mengalami pembelahan hanya saat janin belum dilahirkan.
• Oogenesis memiliki periode istirahat yang lama, terutama untuk oosit primer, sedangkan spermatogenesis memproduksi sel sperma secara kontinue.