Siklus Sel: Definisi, Fase, Regulasi & Fakta

Pembelahan sel sangat penting untuk pertumbuhan dan kesehatan suatu organisme. Hampir semua sel terlibat dalam pembelahan sel; beberapa melakukannya beberapa kali dalam rentang hidup mereka. Organisme yang sedang tumbuh, seperti embrio manusia, menggunakan pembelahan sel untuk meningkatkan ukuran dan spesialisasi organ individu. Bahkan organisme dewasa, seperti pensiunan manusia dewasa, menggunakan pembelahan sel untuk memelihara dan memperbaiki jaringan tubuh. Siklus sel menggambarkan proses di mana sel melakukan pekerjaan yang ditentukan, tumbuh dan membelah, dan kemudian memulai proses lagi dengan dua sel anak yang dihasilkan. Pada abad ke-19, kemajuan teknologi dalam mikroskop memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan bahwa semua sel muncul dari sel lain melalui proses pembelahan sel. Ini akhirnya menyangkal kepercayaan yang tersebar luas sebelumnya bahwa sel-sel dihasilkan secara spontan dari materi yang tersedia. Siklus sel bertanggung jawab untuk semua kehidupan yang sedang berlangsung. Terlepas dari apakah itu terjadi di sel-sel ganggang yang menempel pada batu di gua atau di sel-sel kulit di lengan Anda, langkah-langkahnya sama.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Pembelahan sel sangat penting untuk pertumbuhan dan kesehatan suatu organisme. Siklus sel adalah ritme pertumbuhan dan pembelahan sel yang berulang. Ini terdiri dari tahap interfase dan mitosis, serta subfase mereka, dan proses sitokinesis. Siklus sel diatur secara ketat oleh bahan kimia di pos pemeriksaan di setiap langkah untuk memastikan bahwa mutasi tidak terjadi dan pertumbuhan sel tidak terjadi lebih cepat dari apa yang sehat untuk sekitarnya jaringan.

Siklus sel pada dasarnya terdiri dari dua fase. Fase pertama adalah interfase. Selama interfase, sel bersiap untuk pembelahan sel dalam tiga subfase yang disebut G₁ tahap, fase S dan G₂ tahap. Pada akhir interfase, kromosom dalam inti sel semuanya telah diduplikasi. Melalui semua tahapan ini, sel juga terus menjalankan fungsinya sehari-hari, apa pun itu. Interfase dapat berlangsung berhari-hari, berminggu-minggu, bertahun-tahun - dan dalam beberapa kasus, untuk seluruh umur organisme. Kebanyakan sel saraf tidak pernah meninggalkan G₁ tahap interfase, sehingga para ilmuwan telah menetapkan tahap khusus untuk sel seperti mereka yang disebut G₀. Tahap ini untuk sel saraf dan sel lain yang tidak akan masuk ke proses pembelahan sel. Kadang-kadang ini karena mereka tidak siap atau tidak ditunjuk, seperti sel saraf atau sel otot, dan itu disebut keadaan diam. Di lain waktu, mereka terlalu tua atau rusak, dan itu disebut keadaan penuaan. Karena sel saraf terpisah dari siklus sel, kerusakannya sebagian besar tidak dapat diperbaiki, tidak seperti a unlike patah tulang, dan inilah alasan mengapa orang dengan cedera tulang belakang atau otak sering mengalami cedera permanen cacat.

Fase kedua dari siklus sel disebut mitosis, atau fase M. Selama mitosis, nukleus membelah menjadi dua, mengirimkan satu salinan dari setiap kromosom yang diduplikasi ke masing-masing dari dua nukleus. Ada empat tahapan mitosis, dan ini adalah profase, metafase, anafase dan telofase. Kira-kira pada saat mitosis terjadi, proses lain terjadi, yang disebut sitokinesis, yang hampir merupakan fasenya sendiri. Ini adalah proses di mana sitoplasma sel, dan semua yang ada di dalamnya, membelah. Dengan begitu, ketika nukleus terbelah menjadi dua, ada dua dari semua yang ada di sel sekitarnya untuk pergi bersama setiap nukleus. Setelah pembelahan selesai, membran plasma menutup di sekitar setiap sel baru dan mencubit, membagi dua sel identik baru satu sama lain sepenuhnya. Segera, kedua sel berada di tahap pertama interfase lagi: G₁.

G₁ singkatan dari Gap fase 1. Istilah "celah" berasal dari saat para ilmuwan menemukan pembelahan sel di bawah mikroskop dan menemukan tahap mitosis sangat menarik dan penting. Mereka mengamati pembelahan inti dan proses sitokinetik yang menyertainya sebagai bukti bahwa semua sel berasal dari sel lain. Itu tahapan interfase, bagaimanapun, tampak statis dan tidak aktif. Oleh karena itu, mereka menganggapnya sebagai periode istirahat, atau jeda dalam aktivitas. Kenyataannya, bagaimanapun, adalah bahwa G₁ – dan G₂ pada akhir interfase – adalah periode pertumbuhan yang ramai untuk sel, di mana sel tumbuh dalam ukuran dan berkontribusi pada kesejahteraan organisme dengan cara apa pun yang "dilahirkan" untuk dilakukan. Selain tugas seluler regulernya, sel membangun molekul seperti protein dan asam ribonukleat (RNA).

Jika DNA sel tidak rusak dan sel telah cukup tumbuh, ia melanjutkan ke tahap kedua interfase, yang disebut fase S. Ini adalah kependekan dari fase Sintesis. Selama fase ini, seperti namanya, sel mencurahkan banyak energi untuk mensintesis molekul. Secara khusus, sel mereplikasi DNA-nya, menggandakan kromosomnya. Manusia memiliki 46 kromosom dalam sel somatiknya, yang semuanya merupakan sel yang bukan sel reproduksi (sperma dan ovum). 46 kromosom diatur menjadi 23 pasangan homolog yang bergabung bersama. Setiap kromosom dalam pasangan homolog disebut homolog yang lain. Ketika kromosom diduplikasi selama fase S, mereka melingkar sangat erat di sekitar protein histon untaian yang disebut kromatin, yang membuat proses duplikasi kurang rentan terhadap kesalahan replikasi DNA, atau mutasi. Dua kromosom identik baru sekarang masing-masing disebut kromatid. Untaian histon mengikat dua kromatid identik sehingga membentuk semacam bentuk X. Titik di mana mereka terikat disebut sentromer. Selain itu, kromatid masih terikat pada homolognya, yang sekarang juga merupakan sepasang kromatid berbentuk X. Setiap pasangan kromatid disebut kromosom; aturan praktisnya adalah bahwa tidak pernah ada lebih dari satu kromosom yang melekat pada satu sentromer.

Tahap terakhir dari interfase adalah G₂, atau Gap fase 2. Fase ini diberi nama untuk alasan yang sama dengan G₁. Sama seperti saat G₁ dan fase S, sel tetap sibuk dengan tugas-tugas khasnya sepanjang tahap, bahkan ketika ia menyelesaikan pekerjaan interfase dan bersiap untuk mitosis. Untuk mempersiapkan mitosis, sel membagi mitokondrianya, serta kloroplasnya (jika ada). Ini mulai mensintesis prekursor serat gelendong, yang disebut mikrotubulus. Itu membuat ini dengan mereplikasi dan menumpuk sentromer dari pasangan kromatid dalam nukleusnya. Serat gelendong akan sangat penting untuk proses pembelahan inti selama mitosis, ketika kromosom harus dipisahkan menjadi dua inti yang memisahkan; memastikan bahwa kromosom yang benar sampai ke nukleus yang benar dan tetap berpasangan dengan homolog yang benar sangat penting, untuk mencegah mutasi genetik.

Penanda pemisah antara fase siklus sel dan subfase interfase dan mitosis adalah kecerdasan yang digunakan para ilmuwan untuk dapat menggambarkan proses pembelahan sel. Di alam, prosesnya cair dan tidak pernah berakhir. Tahap pertama mitosis disebut profase. Ini dimulai dengan kromosom dalam keadaan mereka berada di akhir G₂ tahap interfase, direplikasi dengan kromatid saudara yang dilekatkan oleh sentromer. Selama profase, untaian kromatin mengembun, yang memungkinkan kromosom (yaitu, setiap pasangan kromatid saudara) menjadi terlihat di bawah mikroskop cahaya. Sentromer terus tumbuh menjadi mikrotubulus, yang membentuk serat gelendong. Pada akhir profase, membran nukleus rusak, dan serat gelendong terhubung untuk membentuk jaringan struktural di seluruh sitoplasma sel. Karena kromosom sekarang mengambang bebas di sitoplasma, serat gelendong adalah satu-satunya penopang yang menjaganya agar tidak mengambang.

Sel bergerak ke metafase segera setelah membran inti larut. Serat gelendong memindahkan kromosom ke ekuator sel. Bidang ini dikenal sebagai ekuator spindel atau pelat metafase. Tidak ada yang nyata di sana; itu hanyalah sebuah bidang di mana semua kromosom berbaris, dan yang membagi dua sel baik secara horizontal atau vertikal, tergantung pada bagaimana Anda melihat atau membayangkan sel (untuk representasi visual ini, lihat Sumberdaya). Pada manusia, ada 46 sentromer, dan masing-masing sentromer melekat pada sepasang saudara perempuan kromatid. Jumlah sentromer tergantung pada organisme. Setiap sentromer terhubung ke dua serat gelendong. Dua serat gelendong menyimpang begitu mereka meninggalkan sentromer, sehingga mereka terhubung ke struktur di kutub yang berlawanan dari sel.

Sel bergeser ke anafase, yang merupakan fase tersingkat dari empat fase mitosis. Serat gelendong yang menghubungkan kromosom ke kutub sel memendek dan menjauh menuju kutub masing-masing. Dengan melakukan itu, mereka memisahkan kromosom tempat mereka melekat. Sentromer juga terbelah menjadi dua saat satu setengah berjalan dengan masing-masing saudara kromatid menuju kutub yang berlawanan. Karena setiap kromatid sekarang memiliki sentromernya sendiri, itu disebut kromosom lagi. Sementara itu, serat gelendong berbeda yang menempel pada kedua kutub memanjang, menyebabkan jarak antara kedua kutub sel bertambah, sehingga sel mendatar dan memanjang. Proses anafase terjadi sedemikian rupa sehingga pada akhirnya, setiap sisi sel berisi satu salinan dari setiap kromosom.

Telofase adalah tahap keempat dan terakhir dari mitosis. Pada tahap ini, kromosom yang sangat padat – yang dipadatkan untuk meningkatkan akurasi replikasi – terurai sendiri. Serat gelendong larut, dan organel seluler yang disebut retikulum endoplasma mensintesis membran nuklir baru di sekitar setiap set kromosom. Ini berarti bahwa sel sekarang memiliki dua inti, masing-masing dengan genom lengkap. Mitosis selesai.

Sekarang nukleus telah dibagi, sisa sel perlu membelah juga sehingga kedua sel dapat berpisah. Proses ini dikenal sebagai sitokinesis. Ini adalah proses yang terpisah dari mitosis, meskipun sering terjadi bersamaan dengan mitosis. Ini terjadi secara berbeda pada sel hewan dan tumbuhan, karena di mana sel hewan hanya memiliki membran sel plasma, sel tumbuhan memiliki dinding sel yang kaku. Di kedua jenis sel, sekarang ada dua inti berbeda dalam satu sel. Pada sel hewan, cincin kontraktil terbentuk di titik tengah sel. Ini adalah cincin mikrofilamen yang melingkari sel, mengencangkan membran plasma di bagian tengah seperti korset sampai menciptakan apa yang dikenal sebagai alur pembelahan. Dengan kata lain, cincin kontraktil menyebabkan sel membentuk bentuk jam pasir yang menjadi semakin jelas, sampai sel terjepit menjadi dua sel yang terpisah seluruhnya. Dalam sel tumbuhan, organel yang disebut kompleks Golgi menciptakan vesikel, yang merupakan kantong cairan yang terikat membran di sepanjang sumbu yang membagi sel antara dua inti. Vesikel tersebut mengandung polisakarida yang dibutuhkan untuk membentuk pelat sel, dan pelat sel pada akhirnya menyatu dengan dan menjadi bagian dari dinding sel yang pernah menampung sel tunggal asli, tetapi sekarang menjadi rumah bagi dua sel sel.

Siklus sel membutuhkan banyak regulasi untuk memastikan bahwa itu tidak berjalan tanpa kondisi tertentu yang dipenuhi di dalam dan di luar sel. Tanpa regulasi itu, akan terjadi mutasi genetik yang tidak terkendali, pertumbuhan sel yang tidak terkendali (kanker), dan masalah lainnya. Siklus sel memiliki sejumlah pos pemeriksaan untuk memastikan bahwa semuanya berjalan dengan benar. Jika tidak, perbaikan dilakukan, atau kematian sel terprogram dimulai. Salah satu regulator kimia utama dari siklus sel adalah cyclin-dependent kinase (CDK). Ada berbagai bentuk molekul ini yang beroperasi pada titik yang berbeda dalam siklus sel. Misalnya protein hal.53 diproduksi oleh DNA yang rusak di dalam sel, dan yang akan menonaktifkan kompleks CDK di G₁/S checkpoint, sehingga menghentikan kemajuan sel.