MAKALAH BIOLOGI
Reproduksi Sel
dan
Variasi pada Makhluk Hidup
Oleh:
REPRODUKSI SEL
Semua organisme eukariotik yang berkembang biak secara seksual tergantung dari reproduksi sel. Hal ini karena zigot yang terbentuk berasal dari sel telur yang dibuahi oleh sel sperma. Zigot yang bersel tunggal harus mengalami pembelahan atau reproduksi untuk mencapai ukuran tertentu. Bagaimanakah caranya?
Pada dasarnya, pembelahan sel dibedakan menjadi 2 macam, yaitu pembelahan sel secara langsung dan secara tak langsung. Pembelahan sel secara langsung jika proses pembelahan tidak didahului dengan pembentukan gelondong pembelahan dan penampakan kromosom. Adapun pembelahan sel secara tak langsung jika proses pembelahan didahului dengan pembentukan gelondong pembelahan dan penampakan kromosom. Pembelahan sel secara langsung disebut amitosis, sedangkan pembelahan secara tidak langsung meliputi pembelahan mitosis dan pembelahan meiosis.
Pembelahan amitosis terjadi pada bakteri, Protozoa, dan ganggang bersel satu. Proses pembelahan ini tidak melalui tahapan-tahapan pembelahan. Satu sel induk akan membelah secara langsung menjadi dua, dua menjadi empat, empat menjadi delapan, dan seterusnya hingga sel tersebut bertambah banyak. Proses pembelahan langsung didahului oleh pembelahan inti menjadi dua, diikuti oleh pembelahan sitoplasma dan akhirnya sel terbagi menjadi dua sel anak.
A. Siklus Sel
Siklus sel adalah peristiwa pertumbuhan sel menurut tahapan tertentu, dan setelah melalui semua tahapan akan kembali kepada tahapan semula. Siklus sel dapat dibagi menjadi dua tahapan, yaitu tahapan interfase dan tahapan mitotik (fase pembelahan).
a. Interfase
Kromosom tidak tampak karena kromosom dalam bentuk utas molekul DNA yang halus dan tidak menggulung sehingga tidak dapat dilihat di bawah mikroskop cahaya.
Interfase dapat dibagi menjadi 3 tahap, yaitu:
1) Fase G1 : Sel hasil pembelahan memasuki pertumbuhan sel baru dan terus menerus melakukan pembelahan organel.
2) Fase S : Dalam sel terjadi proses replikasi DNA sebagai materi genetik yang akan diturunkan.
3) Fase G2 : Sel tumbuh membesar dan menyiapkan segala keperluan untuk pembelahan sel.
B. Pembelahan Mitosis
Pembelahan mitosis merupakan pembelahan sel yang terjadi apabila sel anak mempunyai jumlah kromosom sama dengan jumlah kromosom induknya. Fase-fase pembelahan mitosis adalah profase, metafase, anafase, dan telofase. Dalam sekali membelah terdapat interfase. Selama interfase tidak tampak adanya struktur kromosom . a) Interfase
Pada fase ini sel belum melakukan kegiatan pembelahan tetapi sel sudah siap untuk membelah. Selama interfase sel tampak keruh dan benang-benang kromatin halus lama-kelamaan akan kelihatan. Beberapa ahli menganggap interfase bukan merupakan salah satu tahap dalam mitosis sehingga interfase sering disebut fase istirahat.
b) Profase
Fase terlama dan paling banyak memerlukan energi-energi yang terkumpul selama interfase digunakan untuk membentuk gelondong-gelondong pembelahan.
Pada profase selaput inti dan membran inti melebur sehingga sel tidak tampak memiliki membran inti.
Membran inti sudah menghilang dan kromosom-kromosom berkumpul pada bidang ekuator, yaitu bidang tengah dari sel sehingga kromosom tampak paling jelas. Sentromer dari seluruh kromosom membuat formasi sebaris. Kromatid menggantung pada benang-benang spindel melalui sentromer. Pada metafase, tampak adanya dua kromatid hasil penggandaan pada profase yang sedang mengalami pembagian menjadi dua.
d) Anafase
terlebih dahulu pada pergerakan kromosom ke kutub sel. Tiap kromatid hasil pembelahan mempunyai sifat yang sama dengan induknya sehingga setiap kromatid merupakan kromosom baru.
e) Telofase
Kromosom yang telah berada di daerah kutub masing-masing makin lama makin menipis, kemudian berubah menjadi benang-benang kromatin yang tipis. Serabut gelondong lenyap, sedangkan membran inti dan inti mulai terbentuk kembali. Selanjutnya terjadi peristiwa pembagian inti (kariokinesis) dan sitoplasma terbagi menjadi dua bagian (sitokinesis). Masing-masing bagian mengandung satu nukleus yang memiliki 2n kromosom (diploid). Terbentuknya 2 sel anak yang mempunyai jumlah kromosom sama dengan induknya.
C. Pembelahan Meiosis
a) Meiosis I Profase I
Pada profase I terjadi beberpa tahapan, yaitu sebagai berikut.
Leptoten : merupakan tahap pertama profase, kromatin membentuk benang halus leptonema (kromosom) sehingga kromosom tampak seperti massa yang tidak teratur.
Zigoten : Proses penebalan berjalan terus dan kromosom mulai berpasangan dengan homolognya.
Pakiten : Kromosom yang homolog terdiri atas 4 kromatid yang disebut tetrad. Pasangan 2 kromosom homolog disebut bivalen. Pasangan 3 atau 4 kromosom homolog disebut trivalen atau tetravalen.
Diploten : Kromatid pada kromosom homolog dapat saling melilit dan bertukar ruas satu dengan yang lain, disebut pindah silang. Dua
kromatid yang disatukan oleh satu sentromer disebut kromatid bersaudara. Kontak antar kromatid bersaudara disebut kiasma.
Diakinesis: Tahap akhir profase I, membran inti melarut.
Metafase I
Pasangan kromosom homolog mengatur diri dan saling berhadapan di daerah ekuator. Setengah dari pasangan kromosom homolog mengarah ke kutub yang satu dan setengah pasangan kromosom homolog lainnya mengarah ke kutub yang lain. Anafase I
Kromosom homolog berpisah dan menuju kutub yang berlawanan.
Kromatid belum berpisah karena sentromer masih satu untuk satu kromosom. Telofase I
b) Meiosis II Profase II
Benang-benang kromatin kembali menebal menjadi kromosom.
Kromosom yang terdiri dari 2 kromatid tidak mengalami duplikasi lagi.
Nukleus dan dinding inti melebur.
Sepasang sentriol bergerak menuju ke kutub yang berlawanan, kemudian mulai terbentuk benang-benang spindel.
Metafase II
Kromosom yang telah membelah menjadi dua kromatid berjajar pada bidang pembelahan. Selanjutnya sentromer menempatkan diri di tengah sel.
Anafase II
Sentromer membelah menjadi dua. Masing-masing kromatid berpisah dan bergerak ke kutub yang berlawanan.
Kromatid tersebut merupakan kromosom baru. Telofase II
Kromatid sampai di kutub dan berubah menjadi benang kromatin.
Terbentuk kembali membran inti dan anak inti.
Skema Meiosis
D. Gametogenesis
Gametogenesis adalah peristiwa pembentukan gamet (sel kelamin). Gametogenesis dibedakan menjadi dua, yaitu spermatogenesis (pembentukan sel kelamin jantan) dan oogenesis (pembentukan sel kelamin betina). Gametogenesis merupakan awal perkembangbiakan individu secara seksual baik pada hewan dan tumbuhan.
a) Spermatogenesis
membentuk gamet, tetapi melakukan mitosis terlebih dahulu untuk memperbanyak spermatogonium, kemudian membelah secara meiosis.
Hasil pembelahan meiosis spermatogonium adalah spermatosit primer. Spermatosit primer mengalami meiosis I menjadi dua spermatosit sekunder, kemudian masing-masing spermatosit sekunder mengalami meiosis II, menjadi 4 spermatid yang sama besarnya dan jumlah kromosomnya haploid. Kemudian, sel spermatid akan berkembang menjadi sperma atau spermatozoa. Dalam proses perkembangan ini, spermatid akan kehilangan hampir seluruh sitoplasmanya, tetapi sperma memperoleh organ berupa ekor yang berfungsi untuk bergerak dalam proses pembuahan sperma mengandung mitokondria yang menyediakan ATP sebagai sumber energi untuk bisa beberapa minggu atau bulan (pada manusia berlangsung 74 hari).
b) Oogenesis
Pembentukan gamet betina atau oogenesis berlangsung di dalam ovarium organ kelamin betina. Gamet betina atau ovum dibentuk di dalam satu paket sel yang disebut folikel yang terdapat dalam ovarium. Folikel disusun oleh satu sel yang dapat bermeiosis disebut oogonium (sel induk ovum) yang mempunyai kromosom diploid. Oogonium ini dikelilingi satu lapis sel folikel yang akan melindungi dan memberi nutrisi sel telur yang dewasa. Oogonium (2n) akan bermitosis dan berkembang menjadi sel yang siap bermeiosis, disebut oosit primer. Oosit primer ini akan mengalami pembelahan meiosis I menjadi oosit sekunder dan badan kutub primer, kemudian pada akhir meiosis II, dari oosit sekunder dihasilkan satu sel oosit dan satu badan kutub sekunder. Sedangkan, dari badan kutub primer menghasilkan 2 badan kutub sekunder. Jadi, oosit primer mengalami pembelahan meiosis dan menghasilkan 1 ootid (sel telur) dan 3 badan kutub.
Dalam pembelahan meiosis I (oosit primer menjadi oosit sekunder) pembagian sitoplasma tidak sama sehingga menghasilkan satu sel besar yang disebut oosit sekunder dan satu sel kecil yang disebut
merupakan sumber persediaan makanan, ribosom, RNA, dan komponen sitoplasma lainnya untuk membantu perkembangan embrio.
c) Pembentukan Gamet pada Tumbuhan Biji 1) Mikrosporogenesis
2) Megasporogenesis
disebut mikrofil. Mikrofil berfungsi sebagai jalan masuk saluran serbuk sari ke dalam kandung lembaga. Tiga nukleus terletak di dekat mikrofil dan dua di antaranya sinergid (mati). Nukleus yang mengalami pertumbuhan dan perkembangan menjadi ovum (sel telur). Tiga nukleus yang lain terletak di seberang mikrofil yang disebut antipoda, selanjutnya akan mati pula karena degenerasi. Dua nukleus yang terletak di tengah akan bersatu di tengah kandung lembaga menjadi satu nukleus diploid (2n) atau inti kandung lembaga sekunder.
VARIASI PADA MAKHLUK HIDUP
Proses perkembangbiakan pada makhluk hidup ada dua macam, ada yang secara seksual dan aseksual. Pada makhluk hidup yang berreproduksi secara seksual, perilaku kromosom selama meiosis dan fertilisasi akan menimbulkan variasi pada spesies disetiap generasi. Hal ini dikarenakan pada proses meiosis dan fertilisasi terjadi penggabungan gen antaran induk jantan dan induk betina sehingga keturunan akan memiliki kromosom yang berbeda dengan kedua induknya.
Terdapat tiga mekanisme yang memberi kontribusi pada variasi genetik yang muncul akibat reproduksi seksual, yaitu:
1. Pemilahan kromosom secara independen (bebas) 2. Pindah silang
3. Fertilisasi random.
1. PEMILAHAN KROMOSOM
Pada peristiwa metafase I, setiap kromosom induk akan memilih kromosom induk lainnya secara bebas. Hal ini dikarenakan kromosom tersebut bersifat haploid yang memiliki setengah sifat dari induknya, sehingga untuk menjadi zigot (bersifat diploid) kromosom-kromosom tersebut harus menyatu (dari induk jantan dan betina).
Masing-masing gamet yang terdapat dalam kromosom akan mewakili satu dari semua kemungkinan kombinasi gamet dari kedua-induknya yang akan terbentuk. Rumus jumlah kemungkinan kombinasi secara independen adalah 2n. Dengan n merupakan nilai
jumlah kemungkinan penggabungan yang terjadi pada manusia adalah 223 atau sekitar 8
juta lebih kemungkinan yang akan terjadi.
Pada kemungkinan ke-2 yang akan menyebabkan variasi pada genetik
2. PINDAH SILANG
Pindah silang merupakan proses penukaran segmen dari kromatin-kromatin bukan kakak beradik (nonsister chromatids) dari sepasang kromosom homolog.
Peristiwa pindah silang terjadi pada setiap gametogenesis makhluk hidup yaitu pada tahap meiosis profase I, atau ketika kromosom telah mengganda menjadi dua kromatid. Yang digabungkan oleh suatu protein yang dinamakan kompleks sinaptonemal (synaptonemal complex), sehingga kromosom terikat kuat satu dengan yang lainnya.
Tipe rekombinan
itu melekat pada kromatid sebelahnya secara timbal balik. Berhubung dengan itu gen-gen yang terletak pada bagian yang pindah itu akan berpindah pula tempatnya ke kromatid sebelahnya (homolognya).
Pindah silang dikelompokan atas 2, yaitu :
1. Pindah silang tunggal, ialah pindah silang yang terjadi pada satu tempat. Pindah silang ini akan terbentuk 4 macam gamet, dua gamet yang bertipe parental dan dua gamet tipe rekombinasi. Gamet-gamet tipe parental dibentuk jauh lebih banyak dibandingkan dengan gamet-gamet tipe rekombinasi.
2. Pindah silang ganda, ialah pindah silang yang terjadi pada dua tempat. Jika pindah silang ganda (double crossing over) berlangsung diantara dua buah gen yang terangkai (misalnya gen A dan B), maka terjadinya pindah silang ganda itu tidak akan nampak dalam fenotip, sebab gamet-gamet yang dibentuk hanya dari tipe
Tipe parental
Bagian yang
berpindah
parental saja, atau keduanya akibat pindah silang tunggal. Akan tetapi jika diantara gen A dan B masih ada gen ketiga, misalnya gen C, maka terjadinya pindah silang ganda antara gen A dan B akan tampak.
Faktor yang mempengaruhi pindah silang :
1. Temperatur, temperatur yang lebih atau kurang dari temperatur biasa dapat memperbesar kemungkinan terjadinya pindah silang.
2. Usia, makin tua suatu individu makin kurang kemungkinan untuk mengalami pindah silang.
3. Zat kimia
4. Penyinaran dengan sinar X
5. Jarak antara gen-gen yang terangkai.
Sifat dari fertilisasi random akan menambah variasi genetik yang ditimbulkan dari meiosis. Hal ini dikarenakan zigot yang dihasilkan dari perkembangbiakkan secara seksual. Peleburan antara sel telur dan sel sperma pada manusia, masing-masing memiliki satu dari 8 juta kemungkinan kombinasi kromosom.
Jadi, tanpa mempertimbangkan pindah silang sekalipun, pasangan orangtua akan menghasilkan zigot dengan salah satu dari sekitar 64 triliun (8 juta X 8 juta) kombinasi diploid yang mengakibatkan berbedanya duaorang kakak beradik.
KESIMPULAN
Tiga sumber variabilitas genetik dalam populasi organisme yang bereproduksi secara seksual:
1. Pemilahan indepanden dari kromosom-kromosom homolog selama meiosis I 2. Pindah silang antara kromosom-kromosom selama profase meiosis I
3. Fertilisasi random sel telur oleh sel sperma
