Siklus Sel

BAB II

PEMBAHASAN

A.  Peran Utama Pembelahan Sel

Suatu organisme uniseluler seperti Amoeba membelah diri untuk membentuk keturunannya yang sama dengan Amoeba induk. Pembelahan sel juga terjadi pada organisme multiseluler seperti manusia. Pembelahan dimulai dari satu sel telur yang dibuahi sperma. Bahkan ketika organisme itu tumbuh dewasa, pembelahan sel terus berlangsung yang berfungsi untuk pembaruan dan perbaikan, mengganti sel yang mati. Contoh sel yang terus membelah adalah sel darah dalam sum-sum tulang.

Reproduksi dalam sel tidak berlangsung dengan mudah. Pembelahan sel melibatkan distribusi materi genetik yang identik – DNA – kepada kedua sel anak. Hal yang istimewah dalam pembelahan sel adalah saat dimana ketepatan dalam penyampaian DNA, dari satu generasi ke generasi berikutnya.

Genom prokariot pada umumnya berupa molekul DNA tunggal sedangkan genom eukariot tersusun atas sejumlah tertentu molekul DNA. Panjang kesuluruhan DNA sel eukariot sangatlah mengagumkan. Sel manusia sebagai contohnya memiliki DNA sepanjang 2 meter (250.000 kali lipat diameter sel) dan sebelum sel membelah untuk membentuk sel anak identik, keseluruhan DNA tersebut haruslah diduplikasi dan kedua duplikat tersebut selanjutnya dipisahkan sehingga tiap-tiap sel anak memiliki genom yang lengkap.

Replikasi dan distribusi dari sebegitu banyak DNA dapat dikendalikan karena molekul DNA terkemas dalam kromosom. Setiap spesies eukariot memiliki jumlah kromosom tertentu di dalam nukleusnya. Sebagai contoh sel somatik manusia memiliki 46 kromosom yang tersusun atas 23 pasang, setiap pasang diwarisi dari ayah atau ibu. Sel reproduktif (gamet) yaitu sel telur dan sel sperma, memiliki separuh jumlah kromosom yang dimiliki sel somatik (satu set terdiri dari 23 pada manusia). Jumlah kromoson sel somatik bervariasi diantara spesies misalnya 18 pada tumbuhan kubis, 56 pada gajah, dan 148 pada salah satu spesies alga.

Kromosom sel eukariot terbuat dari kromatin, yaitu komponen DNA yang berasosiasi dengan molekul protein. Setiap kromosom terdiri atas molekul DNA linier yang sangat panjang dan membawa beberapa ratus hingga beberapa ribu gen (unit yang membawa sifat yang diturunkan).

Pada saat sel tidak membelah, atau sel dalam keadaan menduplikasi DNAnya untuk mempersiapkan pembelahan sel, setiap kromosom di dalam sel tersebut berbentuk serat kromatin yang panjang dan tipis. Sesudah terjadi duplikasi DNA, kromosom memadat. Tiap serabut kromatin menjadi sangat padat, melilit dan melipat menjadikan kromosom yang berbentuk lebih pendek dan tebal sehingga dapat diamati di bawah mikroskop cahaya.

Setiap kromosom yang terduplikasi memiliki dua sister chromatids. Ke-dua kromatid tersebut (masing-masing mengandung molekul DNA yang identik) pada awalnya saling menempel karena adanya protein cohesins (penempelan ini dikenal sebagai sister chromatid cohesion). Dalam bentuknya yang padat, kromosom yang terduplikasi memiliki sentromer, yaitu suatu area khusus dimana ke dua kromatid melekat. Bagian lain dari kromatid diluar sentromer disebut lengan kromatid. Pada tahap pembelahan sel selanjutnya, ke dua sister chromatid terpisah dan bergerak menuju nucleus baru yang terbentuk di tiap-tiap ujung sel. Ketika sister chromatid terpisah, sister kromatid tersebut dianggap sebagai kromosom sehingga tiap nukleus baru memiliki koleksi kromosom yang identik dengan sel induk. Mitosis yaitu pembelahan nucleus yang pada umumnya disertai dengan sitokinesis, pembelahan sitoplasma. Sel yang semula satu menjadi dua sel yang memiliki genetik yang sama dengan sel induk.

 

Gambar 1. Duplikasi dan Distribusi Kromoson Selama Mitosis

Manusia mewarisi 46 kromosom, 23 dari ayah dan 23 lagi dari ibu. Kedua set kromosom tersebut (masing-masing 23) bergabung di dalam nucleus sebuah sel ketika sel sperma bersatu dengan sel telur membentuk sel telur yang terfertilisasi atau zigot. Mitosis dan sitokinesis akan menghasilkan 200 biliun sel somatik yang menyusun tubuh manusia, dan proses yang sama berlanjut untuk menghasilkan sel-sel baru menggantikan sel-sel yang mati atau rusak. Manusia juga menghasilkan sel gamet yaitu sel sperma dan sel telur yang memiliki gen bervariasi melalui pembelahan meiosis.

Meisosis menghasilkan sel-sel anak yang tidak identik dan hanya memiliki satu set kromosom (pada manusia 23), jadi hanya memiliki separuh jumlah kromosom sel induk. Meiosis hanya terjadi di dalam gonad (ovary dan testis). Pada setiap generasi manusia, meiosis mereduksi jumlah kromosom dari 46 (dua set kromosom) menjadi 23 (satu set). Fertilisasi menggabungkan ke dua gamet dan mengembalikan jumlah kromosom menjadi 46, dan mitosis menjaga jumlah tersebut dalam tiap nukleus sel somatik individu baru.

B.  Siklus Sel

Pembelahan sel terjadi untuk reproduksi, pertumbuhan dan perkembangan. Pembelahan sel dibagi atas dua yakni pembelahan sel secara langsung dan pebelahan sel secara tidak langsung. Pembelahan sel secara langsung yakni Amitosis atau yang dikenal dengan nama pembelahan biner (Bynnari fission). Sementara pembelahan sel cara tidak langsung terbagi atas mitosis dan meiosis. Dibawah ini akan dijelaskan secara terperinci pembelahan diatas.

a)   Amitosis

Amitosis merupakan pembelahan sel yang terjadi pada sel prokariotik. Proses pembelahannya terjadi dimana sel induk membelah menjadi dua sel, dari dua sel tersebut masing-masing membelah lagi dan seterusnya. Hasil pembelahan sel ini identik dengan induknya. Proses pembelahannya pun relatif sederhana daripada pembelahan pada sel eukariotik yang rumit dan kompleks. Sirkular kromosom DNA tunggal pada bakteri tidak tertutup dalam ini melainkan menempati lokasi tertentu dalam sel.

Kromosom bakteri melekat pada membrane plasma di sekitar titik tengah sel. Titik awal replikasi, dekat dengan lokasi pengikatan kromosom pada membran plasma. Replikasi DNA terjadi dua arah, masing-masing bergerak menjauh dari asal di kedua helai loop secara bersamaan. Sebagai untaian ganda baru terbentuk, setiap titik asal bergerak menjauh menuju ujung-ujung sel. Untuk pemanjangan sel, perpindahan kromosom membantu pemanjangan membrane. Setelah kromosom selesai membela di titik tengah, sel memanjang, pemisahan sitoplasma dimulai. Pembentukan dua cincin dari protein FtsZ, mengarahkan partisi antara nucleoids. Pembentukan cincin FtsZ memicu akumulasi protein lain yang bekerja sama untuk membentuk membran dan dinding sel baru. Sebuah septum terbentuk antara nukleoid, memperluas secara bertahap dari pinggiran menuju pusat sel. Sel baru terbetntuk.

                                                                                  Gambar 2. Proses Amitosis

  

b)   Mitosis

   Fase-fase siklus sel

Mitosis merupakan bagian kecil dalam dalam siklus sel. Kenyataannya fase mitotik yang mencakup fase mitotic dan sitokinesis merupakan fase terpendek dalam siklus sel. Pembelahan sel bergantian membelah pada fase interfase. Pada fase ini sel tumbuh dan membuat salinan kromosom-kromosom sebagai persiapan untuk membelah sel. Interfasi dibagi dalam beberapa subfase yakni : fase G₁ (first gap), fase S (sintesis), dan fase G₂ (second gap). Selama ketiga subfase ini sel bertumbuh dengan cara menghasilkan protein dan organel sitoplasma seperti mitokondria dan retikulum endoplasma. Namu kromosom diduplikasi hanya pada fase sintesis. Lalu tumbuh lagi hingga menghasilkan sel anak.

Gambar 3 : Siklus Sel

Secara konvensional mitosis dibagi dalam lima tahap : prophase, prometaphase, metaphase, anaphase, dan telophase. Sitokinesis terjadi bertumpang tindih dengan tahap akhir mitotik.

   Gelondong Mitotik

Peristiwa mitotik bergantung pada mitotic spindle, yang mulai terbentuk dalam sitoplasma selama profase. Struktur ini terdiri dari serat-serat yang terbuat dari mikrotubulus dan protein-protein terkait. Ketika gelondong mitotik dirakit, mikrotubulus lain pada sitoskeleton dibongkar sebagian. Mikrotubulus membentuk memanjang dengan menyambungkan lebih banyak subunit protein tubulin dan memendek dengan cara melepaskan tubulin.

Pada sel hewan perakitan mikrotubulus gelondong dimulai dari sentrosom. Sepasang sentriol terletak di tengah sentrosom, namun tidak esensial untuk pembelahan sel.

Selama interfase pada sel hewan, sentrosom tunggal bereplikasi, membentuk dua sentrosom, yang tetap bersama-sama didekat nukleus. Kedua sentrosom bergerak memisah saat profase dan prometafase pada mitotis ketika mikrotubulus gelondong tumbuh keluar dari sentrosom. Pada akhir prometafase, kedua sentrosom berada dikedua kutub gelondong dan berlawanan. Aster, susunan radial mikrotubulus pendek, membentang dari setiap kromosom. Gelondong mencakup sentrosom, mikrotubulus gelondong dan aster.

Masing-masing kedua kromatid saudara pada kromosom tereplikasi memiliki kinetokor, struktur protein-protein yang berasosiasi dengan bagian-bagian spesifik DNA kromosom di sentromer. Kedua kinetokor memiliki kromosom menghadap ke daerah yang berlawanan. Selama prometafase beberapa mikrotubulus gelondong melekat pada kinetokor. Ketika salah satu kinetokor ditangkap oleh mikrotubulus, kromosom mulai bergerak kearah kutub mikrotubulus tersebut. Namun pergerakan itu terhenti setelah mikrotubulus yang berlawanan melekat ke kinetokor yang satu lagi. Pada metaphase, sentromer dari kedua kromosom  terduplikasi berada ditengah-tengah antara kedua kutub gelondong/plate metaphase. Sementara itu mikrotubulus yang tidak melekat pada kinetokor telah memanjang, dan pada saat metaphase bertumpang tindih dan berinteraksi dengan mikrotubulus nonkinetokor lain dari kutub gelondong yang berlawanan.

Gambar 4 : Gelondong Mitotik Saat Metaphase

Berikut adalah tahapan pembelahan dalam sel hewan :

G₂ Intephase : Selaput nukleus membatasi nukleus, nukleus mengandung satu atau lebih nukleolus, dua sentrosom telah terbentuk melalui replikasi sentrosom tunggal, memiliki dua sentriol, kromosom belum terkondensasi.

Prophase : Serat kromatin terkumpar lebih rapat, sudah terkondensasi, nukleolus lenyap, setiap kromosom terduplikasi tampak sebagai kromatid saudara identik yang yang tersambung pada sentromernya dan sepanjang lengan oleh kohesin, gelondong mitotik mulai terbentuk, sentrosom bergerak saling menjauhi.

Prometaphase : selaput nukleus terfragmentasi, mikrotubulus yang menjulur dari sentrosom mulai memasuki nukleus, kromosom semakin terkondensasi, kromastid saudara memiliki kinetokor, beberapa mikrotubulus mulau melekat pada kinetokor dan bergerak maju-mundr mikrotubulus nonokinetokor akan berinteraksi dengan mikrotubulus nonkinetokor dari kutub yang bersebrangan.

Gambar 5 : (Berurut-urut) G₂ Interphase, Prophase, dan Prometaphase

Metaphase : sentrosom berada pada kutubnya masing-masing, kromosom berjejer pada lempeng metaphase, untuk setiap kromosom, kromatid saudara melekat ke mikrotubulus kinetokor yang berasal dari kutub yang berseberangan.

Anaphase : Protein kohesin terbelah menyebabkan kromatid saudara terpisah secara tiba-tiba. Setiap kromatid pun menjadi satu kromosom utuh, kedua kromosom anakan yang terbebas mulai bergerak ke ujung-ujung sel yang berlawanan saat mikrotubulus kinetokor memendek, sel memanjang saat mikrotubulus nonkinetokor memanjang, kedua ujung sel memiliki koleksi kromosom yang sama lengkap.

Telophase : Dua nukleus anakan terbentuk pada sel, selaput nukleus muncul dari fragmen-fragmen selaput nukleus sel induk dan bagian dari sistem endomembrane. Nukleus mulai muncul kembali, kromosom menjadi kurang terkondensasi.

   Sitokinesis

Padas sel hewan, sitokinesis menjadi proses yang dikenal sebagai penyibakan (cleavage). Awal munculnya penyibakan adalah lekukan penyibakan (cleavage furrow), lekukan dangkal dipermukaan sel dekat lempeng metaphase. Pada sisi lekukan yang menghadap ke sitoplasma terdapat cicin mikrofilamen aktin yang berasosiasi dengan molekul protein miosin (Aktin dan miosin menyebabkan kontraksi otot dan berbagai macam pergerakan sel). Mikrofilamen aktin berinteraksi dengan molekul miosin, menyebabkan cicin itu berkontraksi. Lekukan penyibakan semakin lekuk ke dalam hingga sel induk terbagi menjadi dua, yang sepenuhnya terpisah masing-masing dengan nukleus, sitosol, organel, dan berbagai struktur subseluler lainnya.

Gambar 6 : (Berurut-urut) Metaphase, Anaphase, Telophase dan Sitokinesis

Gambar 7 : Sitokonesis pada sel hewan dan tumbuhan

Pada sel tumbuhan juga melakukan pembelahan melalui lima tahapan pembelahan seperti pada sel hewan. Proses yang terjadi seperti berikut :

Prophase : kromatin berkondensasi dan nukleolus mulai hilang, gelondong mitotic mulai terbentuk.

Prometaphase : kromosom diskret mulai terlihat, masing-masing terdiri dari dua kromatid saudara yang identik dan berjejer, selaput nukleusterfragmentasi.

Metaphase : gelondong telah lengkap dan semua gelondong yang melekat pada mikrotubulus dibagian kinetokornya berada pada lempeng metaphase.

Anaphase : kromatid dari masing-masing kromosom telah terpisah, dan kromosom anakn bergerak ke ujung-ujung sel saat mikrotubulus kinetokor memendek.

Telophase : Nukleus anakan terbentuk. Sitokinesis terjadi.

Gambar 8 : Mitosis pada sel tumbuhan (Berurutan : Prophase, Prometphase, Metaphase, Anaphase, Telophase)

c)    Meiosis

Meiosis awalnya melalui tahapan yang sama dengan mitosis yaitu replikasi kromosom, namun selanjutnya diikuti dengan duakali pembelahan yakni Meiosis I dan Meiosis II. Pembelahan ini akan menghasilkan sel anak yang memiliki kromosom yang separuh dari induknya. Berikut tahapan pembelahan sel secara meiosis :

Prophase I : kromosom mulai berkondensasi, dan homolog mulai berpasangan disepanjang lengan, berjejer, pindah silang telah selesai saat homolog berada dalam sinapsis, tergabung erat oleh protein disepanjang lengan kromosom, sinapsis berakhir dipertengahan prophase dan kromosom-kromosom pasangan bergerak sedikit memisah, setiap pasangangn homolog memiliki satu atau lebih kiasmata, pergerakan sentrosom membentuk gelondong menghancurkan selaput nukleus, akhirnya mikrotubulus dari salah satu kutub melekat kekedua kinetokor, pasangan homolog bergerak ke lempeng metaphase.

Metaphase I : pasangan kromosom homolog tersusun pada lempeng metaphase, dengan satu kromosom pada setiap pasangan menghadap kekutubyang berbeda, kedua kromatid dari satu homolog melekat ke mikrotubulus kinetokor dari salah satu kutub, kromatid homolog yang satu lagi melekat ke mikrotubulusdari kutub yang bersebrangan.

Anaphase I : penguraian protein-protein yang menyebabkan kohesi kromatid saudara disepanjang lengan-lengan kromatid memungkinkan homolog-homolog memisah, kedua homolog bergerak ke kutub-kutub yang berlawanan, dipandu oleh apparatus gelondong, kohesi kromatid saudara masih bertahan di sentromer, menyebabkan kedua kromatid bergerak sebagai satu-kesatuan yang sama.

Telophase I & Sitokinesis : setiap paruhan sel memiliki satu set haploid lengkap yang terdiri atas kromosom-kromosom yang tereplikasi. Setiap kromosom terdiri atas kromatid saudara. Salah satu atau kedua kromatid mengandung bagian DNA kromatid nonsaudara, sitokinesis terjadi bersamaan membentuk sel anak yang haploid, tidak ada replikasi antara meiosis I dan meiosis II.

Gambar 9 : Meiosis I (Prophase I, Metaphase I, Anaphase I, Telophase I dan Sitokinesis)

Prophase II : apparatus gelondong terbentuk, akhir prophase II, kromosom masing-masing terdidi atas dua kromatid yang tergabung disentromer bergerak kearah lempeng metaphase II.  

Metaphase II : kromoso-kromosom berjejer dilempeng metaphase, karena pindah silang pada meiosis I, dua kromatid saudara dari masing-masing kromosom tidak identik secara genetik, kinetokor kromatid saudara melekat ke mikrotubulus yang menjulur dari kutub-kutub yang bersebrangan.

Anaphase II : kromatid bias terpisah karena penguraian protein-protein yang menggabungkan kromatid-kromatid saudara di sentromer.

Telophase II dan Sitokinesis : nukleus terbentuk, kromosom mulai terurai, dan sitokinesis terjadi, pembelahan satu sel induk menghasilkan empat sel anakan, masing-masing dengan satu set haploid kromosom. Masing-masing keempat sel anaan berbeda secara genetik dari sel-sel anakan lain dan juga dari sel induk.

Gambar 10 : Meiosis II (Prophase II, Metaphase II, Anaphase II, Telophase II & Sitokinesis)

Perbandingan pembelahan mitosis dan meiosis :

Gambar 11 : Perbandingan Mitosis dan Meiosis

Rangkuman perbandingan :

Properti	Mitosis	Meiosis
Replikasi DNA	Terjadi saat Interphase sebelum mitosis dimulai	Terjadi saat Interphase sebelum meiosisi dimulai
Jumlah pembelahan	Satu kali (Prophase, Metaphase, Anaphase, dan Telophase)	Dua kali (Prophase, Metaphase, Anaphase, dan Telophase)
Sinapsis dari Kromosom homolog	Tidak terjadi	Terjasi, saat Prophase I bersama pindah silang antara kromatid nonsaudara, kiasmata yang dihasilkan menjaga pasangan kromosom tetap bersama akibat kohesi kromatid saudara
Jumlah sel anakan & komposisi genetik	Dua, masing-masing diploid (2n) dan identik secara genetik dengan sel induk	Empat, masing-masing haploid (n), mengandung separuh jumlah kromosom sel induk, berbeda secara genetik dari sel induk dan dari satu sama lain
Peran dalam tubuh hewan	Memungkinkan dewasa multiseluler bertumbuh kembang dari zigot, menghasilkan sel-sel untuk pertumbuhan, perbaikan dan, pada beberapa spesies reproduksi aseksual	Menghasilkan gamet, mengurangi jumlah kromosom menjadi separuh dan menyebabkan variabilitas genetik diantara gamet.

C.  Pengaturan Siklus Sel

Siklus sel digerakan oleh molekul sinyal spesifik yang ada dalam sitoplasma. Untuk membuktikannya dua sel pada fase siklus sel yang berbeda difusikan, membentuk satu sel tunggal dengan dua nukleus. Jika salah satu sel awal berada pada fase Sintesis, sedangkan yang satu lagi berada pada fase G_1, nukleus G₁ segera memasuki fase Sintesis, seolah dirangsang oleh zat kimia yang berada pada sitoplasma sel pertama. Hal yang sama pula jika satu sel yang sedang mengalami mitosis difusikan dengan sel lain pada tahap apapun dari siklus sel, G₁ sekalipun, nukleus kedua segera memasuki mitosis, dengan kondensasi kromatin dan pembentukan gelondong mitotik.

Checkpoint pada siklus sel adalah titik kontrol saat sinyal berhenti dan sinyal maju terus dapat meregulasi siklus. Banyak sinyal diterima pada titik pemeriksaan berasal dari mekanisme mengawasan seluler dalam sel, sinyal itu melaporkan apakah prose-proses seluler krusial yang seharusnya terjadi pada titik itu memang telah berlangsung dengan benar dan apakah siklus itu boleh dilanjutkan.

Untuk banyak sel, titik pemeriksaan G₁ (retriksi) pada mamalia merupakan paling penting. Jika sel menerima sinyal maju terus pada titik pemeriksaan G_1, sel biasanya akan menyelesaikan fase G_1, S, G₂ dan M yang akan membelah. Jika tidak menerima sinyal maju terus pada titik itu, sel akan keluar dari siklus, beralih ke kondisi yang tak membelah G₀ phase.  

Gambar 12 : Analogi Sistem control siklus sel dan Checkpoint G1

Fluktuasi ritmik dalam hal kemelimpahan dan aktivitas dari molekul-molekul kontrol siklus sel mengatur langkah urutan peristiwa siklus sel. Molekul-molekul peregulasi ini terutama terdiri dari dua tipe protein yakni protein kinase dan protein siklin. Protein kinase adalah enzim yang mengaktivasi atau menginaktivasi dengan cara memfosforilasinya. Protein kinase memberikan sinyal maju terus pada titik pemeriksaan G₁ dan G₂.

Kinase yang menggerakan siklus sel terdapat pada konsentrasi konstan dalam sel yang sedang bertumbuh, namun dalam sebagian besar waktunya berada dalam bentuk inaktif. Agar aktif kinase harus melekat ke siklin, protein yang memperoleh nama dari konsentrasinya yang berfluktuasi secara siklik di dalam sel. Karena keharusannya ini disebut Cyclin-dependent kinase (Cdk). Aktivitas Cdk naik-turun menurut perubahan konsentrasi mitra siklinnya. Aktivitas fluktuatif dari dari Maturation-promoting factor (MPF) sesuai dengan puncak konsentrasi siklin. Kadar siklin naik selama fase S dan G₂ dan kemudian menurun tajam selama fase M.

Kita dapat pula menganggap MPF sebagai M-phase promoting factor karena memicuh lewatnya sel melalui titik pemeriksaan G₂ untuk memasuki fase M. Ketika siklin yang terakumulasi selama G₂ berasosiasi dengan molekul Cdk, komplek MPF yang dihasilkan akan memfosforilasi berbagai protein, dan mitosis pun terinisiasi. MPF bertindak sebagai kinase secara langsung sekaligus bertindak secara tak langsung dengan cara mengaktivasi kinase lain.

MPF menyebabkan fosforilasi berbagai protein pada lamina nukleus yang mendorong fragmentasi selaput nukleus selama prometafase mitosis. Selain itu MPF juga berkontribusi dalam peristiwa-peristiwa molekuler yang dibutuhkan untuk kondensasi kromosom dan pembentukan gelondong selama profase.

Selama anaphase, MPF membantu memadamkan dirinya sendiri dengan cara menginisiasi proses yang menyebabkan kehnacuran siklinnya. Bagian non-siklin dari MPF, Cdk, tertahan di sel dalam bentuk inaktif sehingga berasosiasi dengan molekul siklin baru yang disintesis selama fase S dan G₂ pada putaran siklus sel berikut.

Gambar 13 : Fluktuasi dari aktivitas MPF dan konsentrasi siklin selama siklus sel

Gambar 14 : Mekanisme molekuler yang membantu meregulasi siklus sel

Penelitian ilmuwan saat ini berkonsentrasi pada jalur-jalur yang menautkan sinyal dari dalam dan dari luar sel dengan respon oleh kinase bergantung-siklin dan protein lain. Contohnya : sinyal internal terjadi pada titik pemeriksaan fase M. Anafase, pemisahan kromatid saudara, tidak dimulai sebelum semua kromosom melekat dengan benar ke gelondong pada lempeng metaphase. Selama beberapa kinetokor belum melekat ke mikrotubulus gelondong, kromatid-kromatid saudara tidak akan terpisah sehingga anaphase tertunda. Kinetokor dari semua kromosom melekat ke gelondong, priotein peregulasi yang sesuai akan teraktivasi. Begitu teaktivasi, protein tersebut mulai memulai serangkaian peristiwa molekuler yang akhirnya menghasilkan pembelahan enzimatik oleh kohesin, sehinga memungkinkan kromatid-kromatid saudara untuk memisah.

Pada penelitian menggunakan kultur hewan mengarahkan bahwa telah teidentifikasi banyak factor eksterna baik kimia maupun fisika dapat mempengaruhi pembelahan sel. Pembelahan sel bergantung pada ; factor pertumbuhan, density-dependent inhibition dan anchorage dependent.

Hilangnya kontrol siklus sel pada sel kanker dipengaruhi oleh sel kanker mengabaikan sinyal-sinyal yang meregulasi siklus sel. Sel kanker juga membelah secara berlebihan dan bahkan menginvasi jaringan lain. Sel kanker tidak berhenti membelah meskipun faktor pertumbuhan telah habis.   

D.  Mitogen-Activated Protein Kinases Mengatur Setiap Tahapan Siklus Sel

Merupakan bagian dari kinase yang menghubungkan rangsangan ekstraseluler dengan respon seluler mulai dariaktivasi atau penekanan ekspresi gen, pengaturan kematian sel, pertumbuhan dan diferensiasi. Famili MAPK telah dipelajari secara ekstensif, peran kinase ini dalam pertumbuhan sel dan mengatur siklus sel semakin kompleks.  

Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) dapat dibagi adalam empat sub-famili yakni : the extracellular signal-regulated kinase (ERK), big mitogen-activated kinase (BMK1/ERK5), stress-activated kinase of 38 kDa (p38), dan c-Jun N-terminal kinase (JNK). Dalam tema penghematan setiap MAPKs diaktifkan oleh fosforilasi treonin dan tirosin, dalam sebuah lingkaran aktivasi kinase, Thr-X-Tyr. Substrat MAPK mengandung prolines segera mengikuti setelah serin atau treonin menjadi sasaran fosforilasi. Induksi aktifitas kinase akan mengalir mencapai sinyal kinase yang ditunjuk berurutan dari kinase ke substrat MAP4K, MAP3K, MAP2K, dan MAPK. Bagaimanapun sinyal dari atas dapat mengaktifkan beberapa MAPK3Ks atau MAP4Ks, dan ada yang menyilang diantara jalur. Karena jalur spesifik dapat menjadi evolusi yang mencakup beberapa mekanisme yakni :

a.    Pola ekspresi diferensial dalam jaringan dan selama tahap perkembangan,

b.    Hirarki yang jelas tergantung konsentrasi substrat spesifik antara kinase dan substratnya yang disediakan oleh tempat melekat,

c.    Peraturan lokasi kinase, dan

d.   Organisasi perancah jalur tersebut yang meningkatkan konsentrasi lokal kinase dan substrat yang dipilih.

ERK dalam Pengaturan Siklus Sel

ERK sub-famili dinyatakan dalam ubiquitously yang terdiri dari ERK1 44 dan ERK2 42 kDa dan diaktifkan oleh fosforilasi dalam tema Thr-Glu-Tyr. ERK1 dan ERK2  diaktifkan oleh rangsangan yang beragam seperti faktor pertumbuhan, karsinogen, dan sitokin. Oleh karena itu, ERK1 dan ERK2 berpartisipasi dalam jalur sinyal yang mengontrol hasil yang beragam, namun umumnya berperan aktif dalam kelangsungan hidup sel, pertumbuhan, dan diferensiasi. Peran ERK dan ERK-activating kinases dalam siklus sel menunjukan ERK bertindak sebagai pengatur siklus sel pada interphase. Namun rangsangan mitogenik menyebabkan fosforilasi ERK dan perpindahalan lokasi aktif ERK ke nukleus. Translokasi ini diperlukan ERK-dependent activation untuk sintesis DNA dan perkembangan dari G1 ke fase S.

ERK memiliki peranan penting dalam mengatur perkembangan G1 ke S-phase dalam menanggapai rangsangan mitogenik dan sangat penting untuk transformasi Ras-mediated. Mitogen mengaktifkan small GTPase, Ras, yang nanti akan mengaktifkan aliran prototipe MAPK sinyal (Ras-Raf-MEK-ERK) yang berakhir pada aktivasi ERK-mediated faktor transkripsi diantaranya Elk1, c-Juni, c-Myc, dan c-Fos. Faktor transkripsi ini mengontrol ekspresi gen yang penting untuk perkembangan siklus sel, termasuk cyclin D1 dan p21^{WAF1 / CIP1}.

Diluar checkpoint G1 ERK juga memberikan kontribusi untuk perkembangan S-phase yang dikenal dua mekanisme yakni; Pertama, ERK berkontribusi untuk transkripsi dengan membangun regulasi dari faktor transkripsi E2F, yang diperlukan untuk ekspresi cyclin A. Cyclin A diperlukan untuk stimulasi sintesis DNA selama S-phase dari siklus sel. Kedua, ERK berperan mengatur sintesis DNA dan transformasi dengan mempromosikan biosintesis pirimide melalui fosforilasi langsung dari carbamoyl-phosphate synthetase, aspartate transcarbamylase, dihydroorotase polypeptide. Selain berfungsi dalam G1/S transisi dan S-phase, ERK juga dapat berpartisipasi dalam kondensasi kromosom selama G2 dalam siklus sel. ERK dikenal memfosforilasi MSK1, yang memfosforilasi histone H3 pada residu diketahui penting untuk fungsi histon H3 di kromosom kondensasi.

Pembelahan sel berlanjut dari G2 ke M-phase, pola lokasi ERK aktif berubah. ERK aktif membatasi ke kinetochores, centrosomes, aster spindle, dan midbodies selama mitosis. MEK kinase hulu langsung mengaktifkan ERK, juga diterjemahkan ke centrosomes dan midbodies. Ada bukti menunjukkan bahwa ERK centromeric dapat berfungsi pada checkpoint perakitan spindel. Pertama, peran ERK-dependent/actin-dependent dalam checkpoint perakitan spindel dijelaskan pada Schizosaccharomyces pombe. Kedua, ERK fosforilasi protein bermotor kinesin, CENP-E, komponen sentromer kromosom diperlukan untuk berkumpul di pelat metafase selama prometaphase dan untuk checkpoint kumpulan spindel.

BMK1/ERK5 dalam Pengaturan Siklus Sel

BMK1 atau yang juga dikenal sebagai ERK5, adalah satu-satunya anggota dari MAPK yang terbagi sub-kelas sendiri. BMK1 adalah ekspresi ubiquitously yang muncul dalam jaringan dewasa, namun luar biasa diungkapkan dalam sistem kardiovaskular yang berkembang di embrio dan diperlukan untuk pengembangan kardiovaskular. Mengaktifkan fosforilasi pada tema Thr-Glu-Tyr dari 90-kDa BMK1 diprakarsai oleh faktor pertumbuhan, stres oksidatif, dan tekanan osmotik, tetapi tidak di sitokin inflamasi. Satu substrat BMK1 dipercaya telah diidentifikasi sampai saat ini yakni; faktor transkripsi penambah faktor miosit 2C (MEF2C). BMK1 juga diperlukan untuk factor-mediated pertumbuhan perkembangan siklus sel dan bekerja sama dengan ERK dalam transformasi Ras-mediated dalam sistem kultur sel. Hal ini diketahui bahwa BMK1 terlokalisir terutama dalam inti selama interfase.   

Stress-Activated Protein Kinase dari 38 kDa (p38) dalam Pengaturan Siklus Sel

p38 sub-famili dari 38 kDa MAPKs terdiri p38 α, β, γ, dan δ, yang diaktifkan oleh fosforilasi pada tema Thr-Gly-Tyr. Ada bukti yang berkembang p38 juga dapat mengatur siklus sel, isoform p38α sangat penting untuk perkembangan embrio dan memiliki peran dalam perkembangan pembuluh darah.

p38 mengatur checkpoint G1/S-phase dalam menanggapi stres pada sel mamalia; Namun, p38 dapat juga mengaktifkan checkpoint G1/S-phase dan mempromosikan perkembangan melalui checkpoint  ini.

JNK dalam Peraturan Siklus Sel

JNK sub-famili mengandung 10 isoform dari 46 atau 54 kDa (JNK1α1, JNK1α2, JNK1β1, JNK1β2, JNK2α1, JNK2α2, JNK2β1, JNK2β2, JNK3α1, dan JNK3α2) yang dihasilkan oleh sambungan tiga gen alternatif (JNK1, JNK2, JNK3) dalam jalur katalitik dan pada carboxylterminus.

JNK telah terlibat dalam regulasi basal transisi G1/S-phase, perkembangan S-phase, dan mitosis oleh beberapa penelitian. Dalam siklus sel degradasi p21^WAF1/CIP1 protein regulasi diperlukan untuk perkembangan dari G1 ke fase S dan untuk menyelesaikan fase S. JNK diketahui berinteraksi dengan cara memfosforilasi, dan meningkatkan stabilitas regulasi siklus sel, p2^WAF1/CIP1. Dalam model T-sel manusia, JNK dinamis mengaitkan dengan p21^WAF1/CIP1 selama siklus sel, dengan gangguan asosiasi berkorelasi dengan penurunan p21^WAF1/CIP1 stabilitas protein dan aktivasi JNK pada transisi G1/S-phase. Hal ini menunjukkan bahwa aktivasi JNK berperan dalam perkembangan ke dalam dan melalui fase S.

JNK menempati centrosomes dalam sel mamalia sepanjang siklus sel dan aktivitas JNK di lokasi ini mencapai maksimum pada metafase mitosis. JNK berpartisipasi dalam regulasi G1/S dan checkpoint S-fase. Pertumbuhan penerima rangsang faktor-α trombosit yang diturunkan telah terbukti melawan perkembangan G1/S-fase dengan mengaktifkan JNK, yang memberikan kontribusi untuk peningkatan ekspresi p21^WAF1/CIP1. Jalur antiproliferasi ini muncul untuk menyeimbangkan sinyal mitogenik dari platelet-derived growth factor receptor-α yang mencegah transformasi. 

BAB III

PENUTUP

A.  Simpulan

Setelah menyelesaikan makalah ini penulis dapat menyimpulkan bahwa, pembelahan sel terdiri dari pembelahan amitosis, pembelahan mitosis, dan pembelahan meiosis. Siklus sel juga diregulasi oleh sistem kontrol molekuler yang terdiri dari checkpoint, siklin dan kinase bergantung-siklin, dan sinyal internal dan eksternal pada checkpoint.

MAPK merupakan bagian dari kinase yang menghubungkan rangsangan ekstraseluler dengan respon seluler mulai dariaktivasi atau penekanan ekspresi gen, pengaturan kematian sel, pertumbuhan dan diferensiasi. Mitogen-activated protein kinases (MAPKs) dapat dibagi adalam empat sub-famili yakni : the extracellular signal-regulated kinase (ERK), big mitogen-activated kinase (BMK1/ERK5), stress-activated kinase of 38 kDa (p38), dan c-Jun N-terminal kinase (JNK).

B.  Saran

Setelah penulis menyelesaikan makalah ini, ada pun saran yang ingin disampaikan yakni:

ü Siklus sel baiknya dipelajari dengan seksama sehingga dapat dijadikan bekal untuk masa yang akan datang.

ü Pembelajaran siklus sel baiknya dilaksanakan dengan inquiri.

  

DAFTAR PUSTAKA

Becker, Wayne M. (2012). Becker’s, World of the Cell_8^th Edition. Benjamin Cummings

Campbell, Neil A. et all. (2011). Biology_10th Edition. Pearson

Clark, David. (2005). Molecular Biology. Elsevier Academic Press

Fatchiyah. (2011). Biologi Molekular: Prinsip Dasar Analisis. Jakarta: Erlangga

MacCorkle, Rebecca A. and Tse-Hua Tan. (2005). Mitogen-Activated Protein Kinases in Cell-Cycle Control. Cell Biochemistry and Biophysics. Volume 43

Subowo. (2011). Biologi Sel_6th Edition. Jakarta: Sagung Seto

https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/cell-reproduction-10/prokaryotic-cell-division-91/binary-fission-402-11629/

Weaver,Robert F. (2008). Molecular Biology_5^th Edition. The McGraw-Hill Companies, Inc.