MITOSIS: FASE DAN KARAKTERISTIK, FUNGSI, DAN ORGANISMENYA - BIOLOGI - 2025

The mitosis adalah proses pembelahan sel, di mana sel menghasilkan sel anak yang identik secara genetik; dua "putri" dengan beban kromosom yang sama dihasilkan untuk setiap sel. Pembelahan ini terjadi di sel somatik organisme eukariotik.

Proses ini merupakan salah satu tahapan siklus sel organisme eukariotik, yang terdiri dari 4 fase: S (sintesis DNA), M (pembelahan sel), G1 dan G2 (fase perantara dimana mRNA dan protein diproduksi) . Bersama-sama, fase G1, G2, dan S dianggap sebagai antarmuka. Pembelahan nuklear dan sitoplasma (mitosis dan sitokinesis) merupakan tahap terakhir dari siklus sel.

Gambaran umum mitosis. Sumber: Viswaprabha

Pada tingkat molekuler, mitosis dimulai dengan aktivasi kinase (protein) yang disebut MPF (Faktor Promosi Maturasi) dan akibatnya fosforilasi dari sejumlah besar protein komponen sel. Yang terakhir memungkinkan sel untuk menyajikan perubahan morfologi yang diperlukan untuk melakukan proses pembelahan.

Mitosis adalah proses aseksual, karena sel nenek moyang dan anak perempuannya memiliki informasi genetik yang persis sama. Sel-sel ini disebut diploid karena membawa beban kromosom lengkap (2n).

Meiosis, di sisi lain, adalah proses pembelahan sel yang mengarah pada reproduksi seksual. Dalam proses ini, sel punca diploid mereplikasi kromosomnya dan kemudian membelah dua kali berturut-turut (tanpa mereplikasi informasi genetiknya). Akhirnya, 4 sel anak dihasilkan dengan hanya setengah dari beban kromosom, yang disebut haploid (n).

Gambaran umum mitosis

Mitosis pada organisme bersel tunggal umumnya menghasilkan sel anak yang sangat mirip dengan nenek moyangnya. Sebaliknya, selama perkembangan makhluk multiseluler, proses ini dapat memunculkan dua sel dengan beberapa karakteristik berbeda (meskipun identik secara genetik).

Diferensiasi sel ini memunculkan berbagai jenis sel yang membentuk organisme multisel.

Selama hidup suatu organisme, siklus sel terjadi terus menerus, secara konstan membentuk sel-sel baru yang, pada gilirannya, tumbuh dan bersiap untuk membelah melalui mitosis.

Pertumbuhan dan pembelahan sel diatur oleh mekanisme, seperti apoptosis (kematian sel terprogram), yang memungkinkan menjaga keseimbangan, menghindari pertumbuhan jaringan berlebih. Dengan cara ini dipastikan bahwa sel-sel yang rusak diganti dengan sel-sel baru, sesuai dengan kebutuhan dan kebutuhan tubuh.

Seberapa relevan proses ini?

Kemampuan untuk bereproduksi adalah salah satu karakteristik terpenting dari semua organisme (dari uniseluler hingga multiseluler) dan sel yang menyusunnya. Kualitas ini menjamin kelangsungan informasi genetik Anda.

Memahami proses mitosis dan meiosis telah memainkan peran mendasar dalam memahami karakteristik seluler organisme yang menarik. Misalnya, sifat menjaga jumlah kromosom konstan dari satu sel ke sel lain dalam individu, dan antara individu dari spesies yang sama.

Ketika kita menderita luka atau luka pada kulit kita, kita mengamati bagaimana dalam beberapa hari kulit yang rusak pulih. Ini terjadi berkat proses mitosis.

Tahapan dan karakteristiknya

Secara umum, mitosis mengikuti urutan proses (fase) yang sama di semua sel eukariotik. Dalam fase ini banyak perubahan morfologi terjadi di dalam sel. Diantaranya kondensasi kromosom, pecahnya membran inti, pemisahan sel dari matriks ekstraseluler dan sel lain, serta pembelahan sitoplasma.

Dalam beberapa kasus, pembelahan inti dan pembelahan sitoplasma dianggap sebagai fase yang berbeda (masing-masing mitosis dan sitokinesis).

Untuk studi dan pemahaman yang lebih baik tentang proses, enam (6) fase telah ditunjuk, yang disebut: profase, prometafase, metafase, anafase dan telofase, kemudian sitokinesis dianggap sebagai fase keenam, yang mulai berkembang selama anafase.

Telofase adalah fase terakhir mitosis. Diambil dari https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mitosepanel.jpg. Melalui Wikimedia Commons

Fase-fase ini telah dipelajari sejak abad ke-19 melalui mikroskop cahaya, sehingga saat ini fase-fase tersebut mudah dikenali menurut karakteristik morfologi yang ditunjukkan sel, seperti kondensasi kromosom, dan pembentukan gelendong mitosis.

Profase

Profase. Leomonaci98, dari Wikimedia Commons

Profase adalah manifestasi pembelahan sel pertama yang terlihat. Pada fase ini, penampilan kromosom dapat dilihat sebagai bentuk yang dapat dibedakan, karena pemadatan kromatin yang progresif. Kondensasi kromosom ini dimulai dengan fosforilasi molekul Histone H1 oleh MPF kinase.

Proses kondensasi terdiri dari kontraksi dan oleh karena itu pengurangan besaran kromosom. Ini terjadi karena gulungan serat kromatin, menghasilkan struktur yang lebih mudah dipindahkan (kromosom mitosis).

Kromosom yang sebelumnya diduplikasi selama periode S siklus sel, memperoleh penampilan untai ganda, yang disebut kromatid saudara, untaian ini disatukan melalui daerah yang disebut sentromer. Pada fase ini nukleolus juga menghilang.

Pembentukan spindel mitosis

Oleh Silvia3, dari Wikimedia Commons

Selama profase, spindel mitosis terbentuk, terdiri dari mikrotubulus dan protein yang membentuk satu set serat.

Saat spindel terbentuk, mikrotubulus sitoskeleton dibongkar (dengan menonaktifkan protein yang mempertahankan strukturnya), menyediakan bahan yang diperlukan untuk pembentukan spindel mitosis tersebut.

Sentrosom (organel tanpa membran, berfungsi dalam siklus sel), diduplikasi di antarmuka, bertindak sebagai unit perakitan mikrotubulus spindel. Dalam sel hewan, sentrosom memiliki sepasang sentriol di tengah; tetapi ini tidak ada di sebagian besar sel tumbuhan.

Sentrosom yang digandakan mulai terpisah satu sama lain sementara mikrotubulus spindel berkumpul di masing-masing dari mereka, mulai bermigrasi menuju ujung sel yang berlawanan.

Pada akhir profase, pecahnya selubung inti dimulai, terjadi dalam proses terpisah: pembongkaran pori inti, lamina inti, dan membran inti. Istirahat ini memungkinkan gelendong mitosis dan kromosom mulai berinteraksi.

Prometafase

Leomonaci98

Pada tahap ini, selubung inti telah sepenuhnya terfragmentasi, sehingga mikrotubulus dari spindel menyerang area ini, berinteraksi dengan kromosom. Kedua sentrosom telah terpisah, masing-masing terletak di kutub dari gelendong mitosis, di ujung sel yang berlawanan.

Sekarang, gelendong mitosis terdiri dari mikrotubulus (yang memanjang dari setiap sentrosom menuju pusat sel), sentrosom, dan sepasang aster (struktur dengan distribusi radial mikrotubulus pendek, yang terbentang dari setiap sentrosom).

Kromatid masing-masing mengembangkan struktur protein khusus, yang disebut kinetokor, yang terletak di sentromer. Kinetokor ini terletak pada arah yang berlawanan dan beberapa mikrotubulus, yang disebut mikrotubulus kinetokor, melekat padanya.

Mikrotubulus ini, yang menempel pada kinetokor, mulai bergerak ke kromosom dari ujungnya memanjang; beberapa dari satu kutub dan lainnya dari kutub yang berlawanan. Ini menciptakan efek "tarik dan susut" yang, jika distabilkan, memungkinkan kromosom berada di antara ujung-ujung sel.

Metafase

Kromosom disejajarkan di lempeng ekuator sel selama metafase mitosis

Dalam metafase, sentrosom terletak di ujung sel yang berlawanan. Spindel menunjukkan struktur yang jelas, di tengah tempat kromosom berada. Sentromer dari kromosom ini melekat pada serat dan disejajarkan dalam bidang imajiner yang disebut pelat metafase.

Kinetokor kromatid tetap melekat pada mikrotubulus kinetokor. Mikrotubulus yang tidak melekat pada kinetokor dan memanjang dari kutub berlawanan dari spindel sekarang berinteraksi satu sama lain. Pada titik ini mikrotubulus dari aster bersentuhan dengan membran plasma.

Pertumbuhan dan interaksi mikrotubulus melengkapi struktur gelendong mitosis, membuatnya tampak seperti "sangkar burung".

Secara morfologis, fase ini adalah fase dengan perubahan yang paling sedikit, oleh karena itu dianggap fase istirahat. Namun, meski tidak mudah terlihat, banyak proses penting terjadi di dalamnya, selain menjadi tahap mitosis terpanjang.

Anafase

Sumber: Leomonaci98, dari Wikimedia Commons

Selama anafase, setiap pasangan kromatid mulai terpisah (karena inaktivasi protein yang menyatukannya). Kromosom yang terpisah pindah ke ujung sel yang berlawanan.

Pergerakan migrasi ini terjadi karena pemendekan mikrotubulus kinetokor, menghasilkan efek "tarikan" yang menyebabkan setiap kromosom berpindah dari sentromernya. Bergantung pada lokasi sentromer pada kromosom, itu mungkin mengambil bentuk tertentu seperti V atau J.

Mikrotubulus tidak melekat pada kinetokor, tumbuh dan memanjang dengan adhesi tubulin (protein) dan oleh aksi protein motorik yang bergerak di atasnya, memungkinkan kontak di antara mereka untuk berhenti. Saat mereka menjauh satu sama lain, kutub spindel melakukan juga, memperpanjang sel.

Pada akhir fase ini, kelompok kromosom terletak di ujung berlawanan dari gelendong mitosis, meninggalkan setiap ujung sel dengan satu set kromosom yang lengkap dan setara.

Telofase

Telofase. Leomonaci98

Telofase adalah fase terakhir dari divisi nuklir. Mikrotubulus kinetokor hancur sedangkan mikrotubulus polar semakin memanjang.

Membran inti mulai terbentuk di sekitar setiap set kromosom, menggunakan selubung inti sel progenitor, yang seperti vesikel di sitoplasma.

Pada tahap ini, kromosom yang berada di kutub sel terdekondensasi sempurna karena defosforilasi molekul histon (H1). Pembentukan unsur-unsur membran inti diarahkan oleh beberapa mekanisme.

Selama anafase, banyak protein terfosforilasi dalam profase mulai mengalami defosforilasi. Hal ini memungkinkan pada awal telofase, vesikula inti mulai berkumpul kembali, berhubungan dengan permukaan kromosom.

Di sisi lain pori inti disusun kembali sehingga memungkinkan pemompaan protein inti. Protein dari lamina inti mengalami dephosforilasi, memungkinkan mereka untuk berasosiasi kembali, untuk menyempurnakan pembentukan lamina inti tersebut.

Akhirnya, setelah kromosom benar-benar terdekondensasi, sintesis RNA dimulai kembali, membentuk nukleolus lagi dan dengan demikian menyelesaikan pembentukan inti interfase baru dari sel anak.

Sitokinesis

Sitokinesis diambil sebagai peristiwa terpisah dari pembelahan inti, dan biasanya pada sel khas, proses pembelahan sitoplasma menyertai setiap mitosis, dimulai dari anafase. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa pada beberapa embrio, beberapa pembelahan inti terjadi sebelum pembelahan sitoplasma.

Prosesnya dimulai dengan munculnya alur atau celah yang ditandai pada bidang pelat metafase, memastikan bahwa pembagian terjadi di antara kelompok-kelompok kromosom. Situs celah diindikasikan oleh spindel mitosis secara khusus, mikrotubulus aster.

Pada celah yang ditandai, serangkaian mikrofilamen ditemukan membentuk cincin yang diarahkan ke sisi sitoplasma membran sel, sebagian besar terdiri dari aktin dan miosin. Protein ini berinteraksi satu sama lain memungkinkan cincin berkontraksi di sekitar alur.

Kontraksi ini dihasilkan oleh pergeseran filamen protein ini, ketika berinteraksi satu sama lain, dengan cara yang sama seperti yang mereka lakukan, misalnya, dalam jaringan otot.

Kontraksi annulus semakin dalam, memberikan efek "penjepitan" yang akhirnya membelah sel progenitor, memungkinkan pemisahan sel anak, dengan kandungan sitoplasma yang berkembang.

Sitokinesis dalam sel tumbuhan

Sel tumbuhan memiliki dinding sel, sehingga proses pembelahan sitoplasma mereka berbeda dari yang dijelaskan sebelumnya dan dimulai pada telofase.

Pembentukan dinding sel baru dimulai ketika mikrotubulus dari spindel sisa berkumpul, membentuk fragmoplas. Struktur silinder ini terdiri dari dua set mikrotubulus yang dihubungkan di ujungnya, dan kutub positifnya tertanam pada pelat elektronik di bidang ekuator.

Vesikel kecil dari badan Golgi, dikemas dengan prekursor dinding sel, berjalan melalui mikrotubulus dari fragmoplast ke daerah ekuator, bergabung untuk membentuk pelat sel. Isi vesikula disekresikan ke dalam piring ini saat tumbuh.

Plak ini tumbuh, bergabung dengan membran plasma di sepanjang perimeter sel. Hal ini terjadi karena penataan ulang mikrotubulus fragmoplas yang konstan di pinggiran piring, memungkinkan lebih banyak vesikel bergerak menuju bidang ini dan mengosongkan isinya.

Dengan cara ini, terjadi pemisahan sitoplasma dari sel anak perempuan. Akhirnya, isi pelat sel, bersama dengan mikrofiber selulosa di dalamnya, memungkinkan pembentukan dinding sel baru selesai.

fitur

Mitosis adalah mekanisme pembelahan dalam sel, dan merupakan bagian dari salah satu fase siklus sel pada eukariota. Secara sederhana, kita dapat mengatakan bahwa fungsi utama dari proses ini adalah reproduksi sebuah sel dalam dua sel anak.

Untuk organisme uniseluler, pembelahan sel berarti pembentukan individu baru, sedangkan untuk organisme multiseluler proses ini merupakan bagian dari pertumbuhan dan fungsi yang benar dari seluruh organisme (pembelahan sel menghasilkan perkembangan jaringan dan pemeliharaan struktur).

Proses mitosis diaktifkan sesuai dengan kebutuhan tubuh. Pada mamalia, misalnya, sel darah merah (eritrosit) mulai membelah, membentuk lebih banyak sel, ketika tubuh membutuhkan pengambilan oksigen yang lebih baik. Demikian pula, sel darah putih (leukosit) berkembang biak bila diperlukan untuk melawan infeksi.

Sebaliknya, beberapa sel hewan khusus praktis tidak memiliki proses mitosis atau sangat lambat. Contohnya adalah sel saraf dan sel otot).

Secara umum, mereka adalah sel-sel yang merupakan bagian dari jaringan ikat dan struktural tubuh dan yang reproduksinya hanya diperlukan jika sebuah sel mengalami kerusakan atau kerusakan dan perlu diganti.

Pengaturan pertumbuhan dan pembelahan sel.

Pembelahan sel dan sistem kendali pertumbuhan jauh lebih kompleks pada organisme multisel daripada pada organisme uniseluler. Reproduksi pada dasarnya dibatasi oleh ketersediaan sumber daya.

Pada sel hewan, pembelahan ditahan hingga ada sinyal positif untuk mengaktifkan proses ini. Aktivasi ini datang dalam bentuk sinyal kimiawi dari sel tetangga. Hal ini memungkinkan untuk mencegah pertumbuhan jaringan yang tidak terbatas, dan reproduksi sel yang rusak, yang dapat sangat membahayakan kehidupan organisme.

Salah satu mekanisme yang mengontrol penggandaan sel adalah apoptosis, di mana sel mati (akibat produksi protein tertentu yang mengaktifkan penghancuran diri) jika menimbulkan kerusakan yang cukup parah atau terinfeksi oleh virus.

Ada juga regulasi perkembangan sel melalui penghambatan faktor pertumbuhan (seperti protein). Dengan demikian sel tetap berada di antarmuka, tanpa melanjutkan ke fase M dari siklus sel.

Organisme yang melaksanakannya

Proses mitosis terjadi di sebagian besar sel eukariotik, dari organisme uniseluler seperti ragi, yang menggunakannya sebagai proses reproduksi aseksual, hingga organisme multisel yang kompleks seperti tumbuhan dan hewan.

Meskipun secara umum, siklus sel sama untuk semua sel eukariotik, terdapat perbedaan mencolok antara organisme uniseluler dan multiseluler. Pada awalnya, pertumbuhan dan pembelahan sel lebih disukai oleh seleksi alam. Pada organisme multisel, proliferasi dibatasi oleh mekanisme kontrol yang ketat.

Dalam organisme uniseluler, reproduksi terjadi dengan cara yang dipercepat, karena siklus sel beroperasi secara konstan dan sel anak dengan cepat memulai mitosis untuk melanjutkan siklus ini. Sedangkan sel-sel organisme multisel membutuhkan waktu yang lebih lama untuk tumbuh dan membelah.

Ada juga beberapa perbedaan antara proses mitosis sel tumbuhan dan hewan, seperti dalam beberapa fase proses ini, namun pada prinsipnya mekanisme tersebut bekerja dengan cara yang sama pada organisme ini.

Pembelahan sel dalam sel prokariotik

Sel prokariotik

Sel prokariotik umumnya tumbuh dan membelah dengan kecepatan yang lebih cepat daripada sel eukariotik.

Organisme dengan sel prokariotik (umumnya uniseluler atau dalam beberapa kasus multiseluler) kekurangan membran inti yang mengisolasi materi genetik di dalam nukleus, sehingga tersebar di dalam sel, di area yang disebut nukleoid. Sel-sel ini memiliki kromosom utama melingkar.

Pembelahan sel dalam organisme ini karena itu jauh lebih langsung daripada di sel eukariotik, tidak memiliki mekanisme yang dijelaskan (mitosis). Di dalamnya, reproduksi dilakukan melalui proses yang disebut pembelahan biner, di mana replikasi DNA dimulai di situs tertentu pada kromosom melingkar (asal replikasi atau OriC).

Kemudian terbentuk dua asal yang bermigrasi ke sisi berlawanan dari sel saat replikasi terjadi, dan sel meregang hingga dua kali ukurannya. Pada akhir replikasi, membran sel tumbuh menjadi sitoplasma, membelah sel nenek moyang menjadi dua anak perempuan dengan materi genetik yang sama.

Evolusi mitosis

Evolusi sel eukariotik membawa serta peningkatan kompleksitas dalam genom. Ini melibatkan pengembangan mekanisme pembagian yang lebih rumit.

Apa yang mendahului mitosis?

Ada hipotesis yang menyatakan bahwa pembelahan bakteri adalah mekanisme pendahulu mitosis. Hubungan tertentu telah ditemukan antara protein yang terkait dengan pembelahan biner (yang mungkin mengikat kromosom ke situs tertentu pada membran plasma anak perempuan) dengan tubulin dan aktin dalam sel eukariotik.

Beberapa penelitian menunjukkan keanehan tertentu dalam pembagian protista uniseluler modern. Di dalamnya membran inti tetap utuh selama mitosis. Kromosom yang direplikasi tetap berlabuh ke situs tertentu pada membran ini, memisahkan saat nukleus mulai meregang selama pembelahan sel.

Ini menunjukkan beberapa kebetulan dengan proses pembelahan biner, di mana kromosom yang direplikasi menempel pada tempat-tempat tertentu pada membran sel. Hipotesis kemudian menunjukkan bahwa protista yang menunjukkan kualitas ini selama pembelahan sel mereka dapat mempertahankan karakteristik sel prokariotik leluhur ini.

Saat ini, penjelasan belum dikembangkan tentang mengapa dalam sel eukariotik organisme multiseluler perlu untuk membubarkan membran inti selama proses pembelahan sel.

Referensi

1. Albarracín, A., & Telulón, AA (1993). Teori Sel di abad ke-19. Edisi AKAL.
2. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberth, K., & Walter, P. (2008). Biologi Molekuler Sel. Garland Science, Taylor dan Francis Group.
3. Campbell, N., & Reece, J. (2005). Biologi 7 ^th edition, AP.
4. Griffiths, AJ, Lewontin, RC, Miller, JH, & Suzuki, DT (1992). Pengantar analisis genetik. McGraw-Hill Interamericana.
5. Karp, G. (2009). Biologi sel dan molekuler: konsep dan eksperimen. John Wiley & Sons.
6. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
7. Segura-Valdez, MDL, Cruz-Gómez, SDJ, López-Cruz, R., Zavala, G., & Jiménez-García, LF (2008). Visualisasi mitosis dengan mikroskop gaya atom. TIP. Majalah khusus dalam ilmu kimia-biologi, 11 (2), 87-90.