BIOLOGI MOLEKULER SIKLUS SEL Anwari Adi Nugroho, S.Pd.,M.Pd.

Fungsi sel yang paling mendasar berupa duplikasi akurat sejumlah besar DNA di dalam kromosom, dan kemudian memisahkan hasil duplikasi tersebut hingga terjadi dua sel baru yang identik.

Phases of the Cell Cycle Siklus sel terdiri dari Mitotic (M) phase (mitosis and cytokinesis) Interphase (cell growth and copying of chromosomes in preparation for cell division) Interphase (terdiri dari sekitar 90% dari siklus sel) yang dapat dibagi dalam sub fase: G1 phase (“first gap”) S phase (“synthesis”) G2 phase (“second gap”)

Pada sel prokariota yang tidak memiliki inti sel, siklus sel terjadi melalui suatu proses yang disebut pembelahan biner, sedang pada sel eukariota yang memiliki inti sel, siklus sel terbagi menjadi dua fase fungsional, fase S dan M, dan fase persiapan, G1 dan G2:

Fase S (Sintesis) Terjadi replikasi DNA. Pada umumnya, sel tubuh manusia membutuhkan waktu sekitar 8 jam untuk menyelesaikan tahap ini. Hasil replikasi kromosom yang telah utuh, segera dipilah bersama dengan dua nuklei masing-masing guna proses mitosis pada fase M.

0.5 µm Chromosome duplication (including DNA synthesis) Centromere Separation of sister chromatids Sister chromatids Centromeres A eukaryotic cell has multiple chromosomes, one of which is represented here. Before duplication, each chromosome has a single DNA molecule. Once duplicated, a chromosome consists of two sister chromatids connected at the centromere. Each chromatid contains a copy of the DNA molecule. Mechanical processes separate the sister chromatids into two chromosomes and distribute them to two daughter cells. Figure 12.4

Amitosis (Pembelahan biner) Mitosis (tidak terjadi reduksi jumlah kromosom) PEMBELAHAN SEL Meiosis (terjadi reduksi jumlah kromosom)

Fase M (mitosis) Pada tahun 1882, ahli anatomi Jerman Walther Flemming mengembangkan pewarna untuk mengamati kromosom selama mitosis dan sitokinesis Bagi Flemming, terlihat sel tumbuh membesar Sekarang dapat diketahui banyak peristiwa kritis terjadi selama tahapan siklus sel

Fase M (mitosis) Terjadi pada sel tubuh (somatis) dan menghasilkan sel anak dengan jumlah kromosom sama dengan sel induk. Kromosom hasil pembelahan mitosis berpasangan sehingga disebut diploid (2n). Hasil akhir pembelahan ini adalah 2 sel anak yang masing-masing memiliki sifat dan jumlah kromosom yang sama dengan induknya.

Fase M (mitosis)

Centrosomes (with centriole pairs) Chromatin (duplicated) G2 OF INTERPHASE PROPHASE PROMETAPHASE Centrosomes (with centriole pairs) Chromatin (duplicated) Early mitotic spindle Aster Centromere Fragments of nuclear envelope Kinetochore Nucleolus Nuclear envelope Plasma membrane Chromosome, consisting of two sister chromatids Kinetochore microtubule Nonkinetochore microtubules

Centrosome at one spindle pole Daughter chromosomes Metaphase plate ANAPHASE TELOPHASE AND CYTOKINESIS Spindle Metaphase plate Nucleolus forming Cleavage furrow Nuclear envelope forming

THE SPINDLE The mitotic spindle mikrotubul yang mengontrol pergerakan kromosom selama mitosis 2. Spindle muncul dari sentromer spindle microtubules Asters 3. Perakitan spindle microtubules dimulai dari sentrosom – microtubule organizing center 4. Sentrosom bereplikasi membentuk dua sentrosom yang bermigrasi ke kutub yang berlawanan, dan spindle microtubules tumbuh dari sentrosom 5. Aster (a radial array of short microtubules) muncul dari tiap sentrosom

THE SPINDLE Spindle memiliki struktur seperti web terbuat dari microtubule . Sangat penting pada mitosis karena mengatur kromosom untuk berada pada posisi yang benar A cell at metaphase Mitotic center Microtubule a spindle

Some spindle microtubules : Berikatan dengan kinetochores chromosomes Centrosome Aster Sister chromatids Metaphase Plate Kinetochores Overlapping nonkinetochore microtubules Kinetochores microtubules Chromosomes Microtubules 0.5 µm 1 µm

Chromosomes attached to spindle during nuclear division

Pada anafase, sister chromatid berpisah dan bergerak sepanjang kinetochore microtubules menuju arah berlawanan ujung sel Spindle pole Kinetochore

CYTOKINESIS Pada sel hewan Cytokinesis terjadi oleh proses yang disebut cleavage, membentuk sebuah a cleavage furrow Cleavage furrow Contractile ring of microfilaments Daughter cells 100 µm (a) Cleavage of an animal cell (SEM)

selama cytokinesis terbentuk plat sel (cell plate) Pada sel tumbuhan selama cytokinesis terbentuk plat sel (cell plate) Daughter cells 1 µm Vesicles forming cell plate Wall of patent cell Cell plate New cell wall (b) Cell plate formation in a plant cell (SEM)

Mitosis In A Plant Cell Nucleus Chromatine condensing Chromosome 1 Prophase. The chromatin is condensing. The nucleolus is beginning to disappear. Although not yet visible in the micrograph, the mitotic spindle is staring to from. Prometaphase. We now see discrete chromosomes; each consists of two identical sister chromatids. Later in prometaphase, the nuclear envelop will fragment. Metaphase. The spindle is complete, and the chromosomes, attached to microtubules at their kinetochores, are all at the metaphase plate. Anaphase. The chromatids of each chromosome have separated, and the daughter chromosomes are moving to the ends of cell as their kinetochore microtubles shorten. Telophase. Daughter nuclei are forming. Meanwhile, cytokinesis has started: The cell plate, which will divided the cytoplasm in two, is growing toward the perimeter of the parent cell. 2 3 4 5 Nucleus Nucleolus Chromosome Chromatine condensing Figure 12.10

Meiosis Meiosis dan mitosis hampir sama caranya hanya yg berbeda perilaku pembelahan kromosom pada meiosis I Pembelahan sel gamet

Meiosis I Metafase I Profase I Prometafase I Anafase I Telofase I Sitokinesis I

Profase I Leptoten (ramping) kromosom berkelompok dan memendek Zygoten (berpasangan) Kromosom homolog membentuk pasanganya yg disebut bivalen dan membentuk komplek sinoptik , gen mengalami rekombinasi melalui pindah silang Pakiten :bivalen memendek dan tebal Diploten : kromosom homolog sedikit tertarik , kromatid dan kiasmata terpisah Diakinesis: Sentromer menjauh kromatid terus memendek

Lima Tahapan Profase I Leptoten Zigoten Pakiten Diploten Diakinesis

Meiosis II Profase II Telofase I Anafase II Metafase II Telofase II

SPERMATOGENESIS

OOGENESIS

Fase G (gap) Fasa G yang terdiri dari G1 dan G2 adalah fase sintesis zat yang diperlukan pada fase berikutnya. Pada sel mamalia, interval fase G2 sekitar 2 jam, sedangkan interval fase G1 sangat bervariasi antara 6 jam hingga beberapa hari. Sel yang berada pada fase G1 terlalu lama, dikatakan berada pada fase G0 atau “quiescent”. Pada fase ini, sel tetap menjalankan fungsi metabolisnya dengan aktif, tetapi tidak lagi melakukan proliferasi secara aktif. Sebuah sel yang berada pada fase G0 dapat memasuki siklus sel kembali, atau tetap pada fase tersebut hingga terjadi apoptosis. Pada umumnya, sel pada orang dewasa berada pada fase G0. Sel tersebut dapat masuk kembali ke fase G1 oleh stimulasi antara lain berupa: perubahan kepadatan sel, mitogen atau faktor pertumbuhan, atau asupan nutrisi.