REPRODUKSI SEL: MITOSIS DAN MEIOSIS

I. TUJUAN

1. Mengetahui dan mengamati tahapan mitosis pada akar bawang Bombay (Allium cepa).
2. Mengetahui dan mengamati tahapan meiosis pada katak (Rana sp.).
3. Mengetahui perbedaan pembelahan secara mitosis dan pembelahan secara meiosis.

4.      II. TEORI

5.      Sel dibagi menjadi 2 kelas utama, yaitu eukariot dan prokariot. Perbedaan utama diantara keduanya terletak pada ada atau tidaknya membran inti yang membatasi inti sel dan sitoplasma. Organisme prokariot tidak memiliki membran inti dan eukariot memiliki membran inti. Semua sel hewan dan tumbuhan adalah eukariot dan bakteri, cyanobacteria dan mycoplasma adalah prokariot (Stafferton J. 2007: 203). Perbandingan secara menyeluruh lihat tabel 1.

6.      Organisme prokariot tidak mengalami pembelahan sel berupa mitosis atupun meiosis, ia hanya mengalami pembelahan  sel berupa amitosis, salah satu contohnya adalah pembelahan biner. Organisme eukariot mengalami pembelahan sel secara mitosis pada sel somatisnya dan meiosis pada sel gametnya (Joseph S.W. & Rollins D.M. 2000:6).

7.      Organisme eukariot membutuhkan kemampuan untuk dapat tumbuh, dan proses ini dapat terjadi melalui  pembelahan sel dan pertumbuhan sel. Pertumbuhan terkadang merupakan hasil dari satu atau komponen lain saja, tetapi sering terjadi juga bahwa pertumbuhan sel dan perkembangan sel tergabung dalam satu proses yang dinamakan siklus sel (Koning, R.E. 1994:2).

8.      Fungsi utama dari siklus sel adalah menduplikat sejumlah DNA di dalam kromosom dengan tepat, kemudian membelah menjadi dua sel anak yang identik. Proses ini merupakan dua fase utama dari siklus sel. Proses duplikasi DNA terjadi pada fase S (S= sintesis), yang menghabiskan 10-12 jam dan  merupakan separuh waktu siklus sel pada tipe sel mamalia. Setelah fase S, terjadi pemisahan kromosom dan pembelahan sel pada fase M (M=Mitotik), yang membutuhkan waktu lebih sedikit ( kurang dari satu jam pada sel mamalia). Mitosis terjadi pada fase M yang dimulai dengan kromosom yang mengalami berkondensasi (Alberts, B. dkk. 2002:2).

9.      Kebanyakan sel membutuhkan waktu lebih lama untuk tumbuh dan menggandakan massa protein dan organel-organelnya daripada untuk mereplikasi DNA dan mengalami pembelahan. fase G adalah fase yang didalamnya terjadi proses-proses diatas. Fase G dibagi menjadi dua, yaitu fase G1 yang terjadi diantara fase M dan fase S dan fase G2 yang terjadi diantara fase S dan mitosis. Jadi, eukariotik mengalami siklus sel yang dibagi menjadi empat fase, yaitu G1, S, G2 dan M (gambar 1). Gabungan dari fase G1, S dan G2 merupakan interfase. Pada sel manusia interfase terjadi sekitar 23 jam dari siklus sel (24 jam), dan satu jamnya adalah mitosis. (Alberts, B. dkk. 2002:3).

10.  Kedua fase G memberikan waktu untuk sel memonitoring lingkungan luar dan dalam, untuk memastikan bahwa kondisi lingkungannya tersebut sesuai dan persiapan telah selesai sebelum sel tersebut memutuskan untuk memasuki fase S dan melakukan mitosis. Fase G1 sangat berperan dalam hal tersebut. Jumlah waktu  yang dihabiskan dalam fase ini bisa sangat lama tergantung dari kondisi luar dan sinyal ekstra selular dari sel lain. Jika kondisi luar sel buruk, maka sel dapat menunda kelangsungan fase G1 dan masuk kedalam fase istirahat yang disebut sebagai fase G0. Fase G0 dapat menghabiskan waktu berhari-hari, berminggu-minggu, bahkan bertahun-tahun sebelum melanjutkan proliferasi. Pada kenyataanya sel menghabiskan waktu terlama di fase G0 sampai sel atau organisme tersebut mati. (Alberts, B. dkk. 2002:3).

11.  Fase mitotik merupakan tempat terjadinya mitosis. Kondensasi kromosom dan pembatasan kromosom replikan terjadi dalam mitosis. Mitosis terbagi menjadi empat fase, yaitu profase, metafase, anafase dan telofase, lihat gambar 2 (Koning, R.E. 1994:6; Benson H. J. dkk. 1996:27; Farabee M.J. 2000:9).

12.  Pada profase yang terjadi di mitosis, membran nukleus menghilang, kromosom terlihat dan setiap sentriol di sentrosom bergerak menuju kutub berlawanan dan menjadi aster. Setiap aster terdiri dari sentriol dan mikrotubulus. Pada profase akhir beberapa mikrotubulus membentuk benang-benang spindel. Sepanjang profase, kromosom mengalami penebalan dan pemendekan,  kromosom mengalami penggandaan  yang terdiri dari kromatid dan sister kromatid. Penggandaan tersebut merupakan hasil replikasi DNA pada interfase lihat gambar  (Koning, R. E. 1994:5; Benson H. J. dkk. 1996:28).

13.  Setelah mengalami penebalan, kromosom akan tersusun di bidang ekuator dan terikat pada mikrotubulus yang terletak di kedua kutub, saat ini disebut dengan metafase. Salah satu kromatid dari setiap kromosom terpisah dari pasangannya dan bergerak menuju kutub yang berlawanan,  hal ini terjadi pada anafase (Benson H. J. dkk. 1996:28). Selanjutnya sel akan mengalami telofase yang ditandai oleh adanya kromosom yang telah berada di kutubnya masing-masing, kemudian kromosom tersebut mulai terurai menjadi kromatin. Kariokinesis atau pembelahan inti akan terjadi setelah plasma membran mulai terbentuk. Setelah mengalami kariokinesis, sel tersebut akan mengalami sitokinesis yang ditandai dengan pembentukan cleavage furrow pada hewan (gambar 3) dan cell plate pada tumbuhan (gambar 4).

14.  Tujuan dari pembelahan mitosis adalah regenerasi dan perbaikan sel-sel tubuh yang rusak, karena mitosis menghasilkan sel anak yang identik (Benson H. J. dkk. 1996:28).

15.  Meiosis adalah tipe khusus dari pembelahan nukleus yang melakukan pemisahan tiap kromosom homolog menjadi gamet yang baru. Jika mitosis menghasilkan sel anak yang identik dengan induk, maka meiosis menghasilkan sel anak dengan reduksi jumlah kromosom. Selain itu, meiosis menghasilkan sel anak yang berbeda dengan induknya. (Farabee M.J 2000:1)

16.  Terjadi dua jenis pembelahan pada meiosis, yaitu pembelahan reduksi (meiosis 1) dan pembelahan sel (meiosis 2). meiosis 2 melakukan pembelahan sel layaknya mitosis, karena itulah perbedaan antara mitosis dan meiosis lebih terlihat pada meiosis 1, lihat gambar 5 (Cooper G. M 2000:5)

17.  Meiosis I:

18. Profase 1

PROFASE 1

 memiliki kejadian unik, yaitu sinapsis. Sinapsis adalah suatu proses penghubungan kromosom yang telah tereplikasi. Hasil dari sinapsis tersebut adalah kromosom tetrad yang terdiri dari dua kromatid dari setiap kromosom. Crossing Over sering terjadi pada saat sinapsis. Selama Crossing over, kromatid akan patah dan menempel pada kromosom homolog yang berbeda. Adanya Crossing Over ditandai dengan struktur khusus berupa chiasma. Pada akhir profase I, kromosom homolog akan mulai terpisah, tetapi ia tetap menempel pada chiasmata. Kejadian-kejadian lain pada profase I(selain sinapsis dan crossing over) sama dengan profase pada mitosis, seperti kromatin yang terkondensasi menjadi kromosom, membran inti yang hilang dan terbentuknya spindle apparatus (Farabee M.J 2000:3).

1.     METAFASE 1

Metafase I terjadi ketika tetrad berjajar di bidang ekuatorial  dan benang-benang spindel menempel pada sentromer dari setiap pasangan kromosom yang homolog (Farabee M.J 2000:4).

1.     ANAFASE 1

Anafase I terjadi ketika tetrad terpisah dan bergerak menuju kutub yang berlawanan dengan bantuan benang-benang spindel. Sentromer pada anafase 1 masih tetap utuh (Farabee M.J 2000:6).

1.     TOLIFASE 1

Telofase 1 memiliki kesamaan dengan telofase mitosis, tetapi hanya satu set kromosom yang berada didalam sel anak. Membran inti baru mempunyai kemungkinan terbentuk atau tidak, hal tersebut tergantung pada jenis spesies. Beberapa sel hewan mempuyai kemungkinan untuk mengalami pemisahan sentriol pada tahap ini (Farabee M.J 2000:8).

Meiosis II memiliki kesamaan dengan tahapan pada mitosis. Perbedaan secara menyeluruh antara mitosis dan meiosis dapat dilihat pada tabel 2.

Meiosis berperan dalam proses gametogenesis pada sel hewan. Gametogenesis adalah proses pembentukan gamet (n) oleh germ line (2n). Spermatogenesis adalah proses pembentukan sperma yang terjadi di organ tertentu (testes). Sel anak hasil pembelahan meiosis akan berkembang menjadi gamet, kemudian sel yang dihasilkan akan terdiferensiasi menjadi sperma (gambar 6). pembentukan sperma dimulai saat manusia memasuki tahap pubertas. Laki-laki dewasa normal dapat memproduksi 200.000.000 sperma per harinya. Setelah sperma terbentuk, maka ia akan bergerak ke epididimis dan mengalami pematangan (Farabee M.J 2000:12).

Oogenesis adalah proses pembentukan ovum yang terjadi di organ tertentu, yaitu ovarium. sel tumbuhan melakukan oogenesis secara mitosis pada gametofit. Jika spermatogenesis menghasilkan empat sel anak, maka oogenesis hanya menghasilkan satu sel anak (sel telur). Hal tersebut terjadi karena tiga badan polar yang dihasilkan tidak mengalami perkembangan (gambar 7). Ketika baru lahir, setiap wanita membawa simpanan oosit yang akan berkembang menjadi oosit sekunder dan akan dikeluarkan sebagai sel telur setiap bulannya sejak pubertas sampai menopause. (Farabee M.J 2000:15).

Pembelahan sel secara mitosis maupun meiosis melibatkan kromatin, kromatid, sister chromatid, kromosom, kromosom homolog, kinetokor, telomer dan sentrosom.

1. Kromatin adalah gabungan rantai DNA, protein histon dan protein non-histon, kromatin dapat ditemukan di nukleus sel eukariot (Alberts, B. dkk. 2002:18).
2. Kromatid adalah duplikat kromosom yang terbentuk dari replikasi DNA yang tetap bersatu dengan duplikat lain pada sentromer (Alberts, B. dkk. 2002:17)
3. Sister chromatid adalah dua kromatid identik hasil proses duplikasi (Alberts, B. dkk. 2002:17)
4. Kromosom adalah suatu struktur yang tersusun atas rantai panjang DNA dan tergabung dengan protein.kromosom membawa bagian dari informasi genetik suatu organisme (Alberts, B. dkk. 2002:19)
5. Kromosom homolog adalah kromosom yang membentuk pasangan dengan struktur, ukuran, bentuk, posisi sentromer dan pola pewarnaan yang sama (Campbell 2002:244)
6. Kinetokor adalah protein yang terletak di sentromer tiap kromosom (Alberts, B. dkk. 2002:51)
7. Telomer adalah ujung dari kromosom eukariot, telomer berasal dari bahasa yunani yaitu Telos:ujung. Telomer berhubungan dengan rantai karakteristik DNA (Alberts, B. dkk. 2002:88).
8. Sentorosom terletak ditengah organel dari sel hewan yang menjadi pusat pengatur mikrotubulus dan bertindak sebgai kutub spindel selama proses mitosis (Alberts, B. dkk. 2002:17).

III. ALAT,BAHAN DAN CARA KERJA

A. ALAT

Alat yang digunakan dalam praktikum adalah mikroskop, gelas objek dan gelas penutup, silet, pinset, gelas arloji, pembakar spiritus korek dan kertas hisap/tisu.

B. BAHAN

Bahan yang digunakan dalam praktikum adalah akar umbi bawang Bombay (Alium sp.), pewarna asetokarmin, 1M HCL.

C. CARA KERJA

1. HCL 1M sebanyak 1-2 mL ditempatkan di dalam gelas arloji
2. Ujung akar bawang bombay sepanjang ± 5 mm dipotong dengan silet dan diletakkan di dalam gelas arloji yang telah berisi HCL 1M selama 2–3 menit.
3. Ujung akar dipindahkan ke atas gelas objek dengan menggunakan pinset.
4. Ujung akar dipotong dengan menggunakan silet menjadi potongan-potongan kecil.
5. Sediaan diberikan pewarna asetokarmin sebanyak satu tetes.
6. Gelas penutup diletakkan di atas sediaan.
7. Sediaan dipanaskan dengan cara dilewatkan di atas pembakar spiritus.
8. Sediaan ditutup dengan tisu
9. Sediaan ditekan dengan ibu jari secara hati-hati
10. Sediaan diamati di bawah mikroskop.

IV.PEMBAHASAN

A. MITOSIS

Materi yang digunakan dalam praktikum ini adalah tumbuhan, sebenarnya materi hewani dapat pula digunakan, tetapi karena alasan etika, maka tumbuhan lebih sering dipakai. Bagian tumbuhan yang ingin diamati harus mengandung jaringan meristematik. Ujung akar dan tunas adalah bahan yang paling sesuai untuk mengamati mitosis, sedangkan untuk mengamati meiosis anther yang lebih sesuai (Jurèák J. 1999:9).

Akar  bawang mempunyai jumlah kromosom sedikit, sehingga lebih memungkinkan untuk mendapatkan hasil percobaan yang lebih baik. Waktu pemotongan akar merupakan faktor penting dalam melakukan pengamatan mitosis, karena pembelahan sel tidak terjadi spanjang hari, biasanya pagi hari mempunyai tingkat pembelahan sel tertinggi (Jurèák J. 1999:9).

Untuk memudahkan mengamati pembelahan sel, maka kromosom harus diberikan pewarnaan yang dapat mempejelas kehadiran kromosom tersebut. asetokarmin adalah salah satu pewarna yang sering digunakan karena mudah didapat, dan penyerapan warna yang lebih cepat. Golongan asam kuat seperti asam klorida (HCL) digunakan untuk melunakkan jaringan yang akan diamati (Jurèák J. 1999:9).

Setelah sediaan akar diberikan HCL dan asetokarmin, maka langkah berikutnya adalah melakukan proses fiksasi. Proses fiksasi merupakan proses yang bertujuan untuk menghentikan pembelahan sel, sehingga praktikan dapat mengamati berbagai tahapan mitosis (Jones & Rickards 1991:17; Jurèák J. 1999:12)

Praktikan dapat menemukan tiga tahapan mitosis pada sediaan akar, yaitu profase, anaphase dan telofase. Tahap profase menunjukkan kromosom yang terkondensasi dan membran inti tidak terlihat lagi. Tahap anafase menunjukkan salah satu kromatid dari setiap kromosom terpisah dari pasangannya dan bergerak menuju kutub yang berlawanan. Tahap telofase menunjukkan kromosom yang telah terurai menjadi kromatin dan adanya cell plate. Hasil pengamatan praktikan sesuai dengan literatur.

Tahap metafase tidak berhasil diamati oleh praktikan karena waktu fiksasi yang terlalu cepat, waktu pemotongan sediaan akar tidak tepat dan pemotongan sediaan akar tidak pada ujung akar yang masih aktif membelah (Jurèák J. 1999:13).

B. MEIOSIS

Praktikan mengamati tahapan meiosis pada Rana sp. Menggunakan preparat awetan. Penggunaan preparat awetan bertujuan untuk mempermudah pengamatan dan efisiensi waktu. Praktikan berhasil mengamati sebagian tahap profase 1. Proses spermatogenesis pada Rana sp. menunjukkan bahwa semakin kedalam, sel akan mengalami pematangan. Spermatogonia terletak dimembran basal, semakin kedalam terlihat spermatosit primer dan sekunder. Sel sertoli dapat di amati pada membran basal dan berbentuk tidak beraturan. Sperma Rana sp. berbeda dengan sperma manusia, bentuk kepala sperma Rana sp. seperti tanda koma.

V. KESIMPULAN

1. Pembelahan mitosis dapat diamati dengan terlihatnya tahap profase, metafase, anafase dan telofase.
2. Pembelahan meiosis dapat diamati dengan terlihatnya spermatogenesis pada Rana sp.
3. Pembelahan mitosis menghasilkan dua sel anak, hal tersebut dibuktikan dengan hasil pengamatan pada tahap telofase dan pembelahan meiosis menghasilkan empat sel anak pada proses pembentukan sperma.