REPRODUKSI SEL: MITOSIS DAN MEIOSIS

I. TUJUAN

1. Mengetahui dan mengamati tahapan mitosis pada akar bawang (Allium sp.). 2. Mengetahui dan mengamati tahapan meiosis pada spermatogenesis tikus (Rattus norvegicus) dan katak (Rana sp.). 3. Mengetahui dan memahami perbedaan antara mitosis dan meiosis.

II. TEORI

Setiap organisme tersusun salah satu dari dua jenis sel yang secara struktural berbeda: sel prokariotik atau sel eukariotik. Hanya bakteri dan arkea yang memiliki sel prokariotik. Protista, tumbuhan, jamur, dan hewan semuanya mempunyai sel eukariotik (Campbell dkk. 2002:116). Perbedaan utama antara sel prokariotik dan eukariotik ditandai dengan namanya. Kata prokariota (prokaryote) berasal dari bahasa Yunani pro, yang artinya sebelum, dan karyon, yang artinya kernel, yang disini disebut nukleus. Sel prokariotik tidak memiliki nukleus. Materi genetiknya (DNA) terkonsentrasi pada suatu daerah yang disebut nukleoid, tetapi tidak ada membran yang membersihkan daerah ini dari bagian sel lainnya. Sebaliknya, sel eukariotik (Yunani, eu, yang berarti sebenarnya, dan karyon) memiliki nukleus 1

2

sesungguhnya yang dibungkus oleh selubung nukleus dan membran yang membatasi sel disebut sitoplasma. Sitoplasma ini terdiri atas medium semi cair yang disebut sitosol, yang didalamnya terletak organel-organel yang mempunyai bentuk dan fungsi terspesialisasi, sebagian besar organel tersebut tidak ada dalam sel prokariotik. Ada atau tidak adanya nukleus sesungguhnya, hanya merupakan contoh perbedaan kerumitan struktural diantara kedua jenis sel tersebut (Campbell dkk. 2002: 116). Selain nukleus yang menjadi tempat DNA berbentuk linear double helix dan dikemas sedemikian rupa oleh protein Histon beserta protein lainnya seperti pada eukariotik, sel prokariotik juga tidak mempunyai organel bermembran lainnya. Prokariotik memiliki DNA dengan struktur sirkular double helix tanpa dukungan protein Histon terkonsentrasi pada bagian tengah sitoplasma yang disebut nukleoid. Ukuran sel prokariotik lebih kecil (0,5--10mm) bila dibandingkan dengan sel eukariotik. Ribosom yang dimiliki prokariotik pun cenderung lebih kecil dibandingkan ribosom eukariotik. Sel prokariotik memiliki dinding sel dari mukopeptida sedangkan dinding sel pada eukariotik tersusun atas selulosa. Flagela yang muncul di kedua tipe sel berbeda penyusunnya. Flagella prokariotik tidak memiliki susunan 9+2 dari mikrotubulus seperti yang terdapat pada flagella eukariotik. Kesederhanaan struktur prokariotik hanya mendukung pembelahan biner atau amitosis sedangkan pembelahan sel pada eukariotik telah berevolusi menjadi lebih kompleks yaitu mitosis dan meiosis. Beberapa prokariotik memiliki

3

kemampuan yang tidak dimiliki eukariotik manapun yaitu kemampuan memfiksasi nitrogen (Clegg & Mackean 2000: 169; Snustad & Simmons 2003: 23--26). Reproduksi sel dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu pembelahan sel secara langsung (amitosis) dan secara tak langsung (mitosis dan meiosis). Reproduksi sel eukariotik berlangsung secara tak langsung dan dikenal dua sistem pembelahan sel yaitu mitosis dan meiosis. Mitosis dapat terjadi pada setiap organ dan berfungsi dalam pembentukan sel dengan jumlah kromosom sel anak sama dengan sel induknya. Berbeda dengan meiosis hanya berlangsung pada jaringan organ seks dan berfungsi mereduksi jumlah kromosom menjadi separuhnya (Jusuf 2001: 51). Molekulmolekul DNA kromosomal eukariotik memiliki urutan nukleotida khusus yang disebut telomer. Telomer merupakan struktur pelindung pada setiap ujung kromosom eukariotik (Campbell dkk. 2002: 312). Eukariotik mengalami suatu siklus sel untuk mengatur waktu pembelahannya. Fase saat sel tidak membelah disebut interfase yang terbagi menjadi fase Gap1 (G1), fase Synthesis (S), dan fase Gap2 (G2). Masa pembelahan sel disebut fase mitotik. Persiapan meiosis pun serupa dengan siklus sel tersebut (Campbell dkk. 2002: 223). Interfase dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu fase G1, S, dan G2. Fase G1 (Gap 1) volume inti pada sel tubuh hewan dan tumbuhan bisa menjadi dua kali lipat dan

4

makromolekul banyak disintesis. Kemungkinan-kemungkinan yang dapat terjadi pada tahap G1 adalah: a. Sel dapat melanjutkan siklus dan membelah b. Sel dapat berhenti membelah, misalnya pada neuron (sel saraf) c. Sel dapat berhenti dalam tahap G1 dan dapat disebut G0. Sel tersebut dapat kembali membelah setelah ada stimulus dari luar, misalnya sel-sel induk (stem cells) pada sum-sum tulang (Helendra & Nisyawati 1999: 155). Fase S (sintesis) terjadi sintesis DNA. Fase G2 (Gap 2) merupakan periode untuk mempersiapkan kondensasi (pemendekan) kromosom dan mitosis (Helendra & Nisyawati 1999: 155). Sel akan memasuki fase mitotik setelah persiapan selesai. Pembelahan mitosis tersebut terbagi menjadi beberapa tahap. Tahap pertama adalah profase yang ditandai dengan migrasi sentriol ke masing-masing kutub. Sentriol dapat ditemukan dimatriks khusus pada sitoplasma yang disebut sentrosom. Migrasi bertanggung jawab atas organisasi mikrotubul menjadi benang spindel (Klug & Cummings 1994: 27). Pembentukan benang spindel dimulai dari radiasi mikrotubul dengan pusat sentriol membentuk aster. Baik sentriol maupun aster merupakan struktur yang muncul hanya pada sel hewan, sel tumbuhan tidak memiliki keduanya (Raven & Johnson 1996: 244; Mader 1998: 153; Snustad & Simmons 2003: 30). Mitosis hanya merupakan satu bagian dari siklus sel. Sebenarnya, fase mitotik (M), yang mencakup mitosis dan sitokinesis, biasanya merupakan

5

bagian tersingkat dari siklus sel. Pembelahan sel mitotik yang berurutan bergantian dengan interfase yang jauh lebih lama, yang sering kali meliputi 90% dari siklus sel (Campbell dkk. 2002: 223). Selama interfase akhir, nukleus telah terbentuk dengan jelas dan dibungkus oleh selubung nukleus. Nukleus itu mempunyai satu atau lebih nukleoli (tunggal, nukleolus). Tepat di luar nukleus terdapat dua sentrosom, yang terbentuk sebelumnya oleh replikasi sentrosom tunggal. Sel hewan, dalam setiap sentrosom terdapat sepasang sentriol. Kromosom tidak dapat dibedakan secara individual pada tahap ini karena kromosom tersebut masih berada dalam bentuk benangbenang kromatin yaitu molekul DNA di dalam inti sel diorganisasikan bersama dengan protein histon. Kromatin tersusun longgar (Campbell dkk. 2002: 224). Pembelahan secara mitosis terjadi pada sel somatik dan menghasilkan dua sel anak yang sama dengan induknya. Tujuan pembelahan secara mitosis adalah untuk pertumbuhan dan perbaikan sel-sel tubuh. Pembelahan secara mitosis terdiri dari empat fase yaitu fase profase, metafase, anafase, dan telofase. Selama tahapan-tahapan tersebut sentromer terbagi dan dengan cara tersebut kromosom terduplikasi menghasilkan dua kromosom anakan. Kromosom tersebut hanya memiliki satu kromatid (kromosom yang telah terduplikasi) yang didistribusikan secara merata ke setiap sel anakan, dengan demikian setiap sel anakan akan mendapatkan salinan lengkap dari materi genetik induknya (Mader 1993: 157). Selama profase, perubahan terjadi pada nukleus dan sitoplasma.

6

Benang kromatin didalam nukleus menjadi tergulung lebih rapat, memadat menjadi kromosom (Campbell dkk. 2002: 224). Saat profase, terjadi penggulungan kromosom, hancurnya atau hilangnya nukleolus dan pecahnya membran inti. Kromosom yang telah memadat membentuk dua kromatid dan berikatan satu sama lainnya pada daerah yang tidak banyak mengandung DNA tapi kaya akan protein disebut sentromer (Helendra & Nisyawati 1999: 156157). Selama prometafase, selubung nukleus terfragmentasi. Mikrotubula pada gelendong sekarang dapat memasuki nukleus dan berinteraksi dengan kromosom, yang telah menjadi padat. Berkas mikrotubula memanjang dari setiap kutub kearah pertengahan sel. Masingmasing dari kedua kromatid yang berasal dari satu kromosom sekarang memiliki struktur khusus yang disebut kinetokor yang terletak di daerah sentromer. Sebagian mikrotubula melekat pada kinetokor (Campbell dkk. 2002: 224). Profase akhir ditandai dengan benang spindel terbentuk dan kedua pasang sentriol kekutub yang berlawanan. Saat metafase, masingmasing kromatid menempel pada spindel didaerah ekuator melalui kinetokor. Setiap benang spindel akan menempel pada satu kinetokor dari satu kromatid yang membentuk pasangan suatu kromosom. Benang spindel lainnya menempel pada kromatid yang lain pula. Kromosom berpisah menjadi dua kromatid dan masing-masing kromatid memungkinkan dapat bergerak menuju masing-masing kutub spindel. Kromatid bergerak menuju masing-masing kutub pada saat anafase. Setelah anafase, masing-masing

7

kutub spindel memiliki komplemen kromosom yang lengkap. Selama telofase, kedua inti yang baru dibentuk mengembalikan hal-hal yang penting yang hilang pada saat profase. Membran inti dibentuk kembali, begitu pula dengan nukleolus dan struktur-struktur lain yang sebelumnya ada. Spindelspindel terlarut kembali dan sentriol dalam sel hewan kembali berada di tepi inti (Helendra & Nisyawati 1999: 156--157). Meiosis terjadi pada sel germinal yang merupakan pembelahan inti yang menghasilkan pengurangan jumlah kromosom. Tujuan dari pembelahan secara meiosis adalah untuk menjaga agar jumlah kromosom pada sel anak tetap diploid setelah terjadi fertilisasi. Pembelahan secara meiosis meliputi produksi sel-sel gamet, sel telur, dan sel sperma (Mader 1993: 157). Pembelahan meiosis terdiri dari dua tahapan, yaitu meiosis I dan meiosis II. Tahapan meiosis II disebut juga dengan mitotik meiosis karena tahapan-tahapannya sama dengan fase mitosis (Jusuf 2001: 52). Tahap profase I meiosis cukup kompleks bila dibandingkan dengan proses mitosis selain hilangnya inti, nukleolus, dan membran inti. Selama kromosom yang homolog berpasangan, rekombinasi diantara kromosom-kromosom tersebut berlangsung pula. Fase awal dari profase I adalah leptonema inti mulai membesar dan kromosom berkondensasi, beberapa jam kemudian memasuki tahap zigonema terjadi penggabungan disepanjang kromosom yang homolog serta dibentuknya kompleks sinaptonema. Tahap berikutnya yaitu pakinema dibentuk pasangan kromosom dengan dua kromatid. Tahap selanjutnya diplonema, pasangan

8

kromosom tampak memisah dan saling menempel pada beberapa tempat yang disebut chiasmata. Saat inilah terjadi rekombinasi potongan kromatid yang homolog. Tahap berikutnya adalah diakinesis. Kromosom tampak makin memendek dan tebal, chiasmata masih ada, nukleolus dan membran inti hilang, dan spindel mulai dibentuk. Metafase I, kromosom homolog berderet pada bidang ekuator. Anafase I, benang spindel mengalami pemendekan, kromosom homolog berpisah. Telofase I, sepasang kromatid identik atau yang disebut pasangan sister kromatid mencapai masing-masing kutub sel, membran nukleus terbentuk kembali, sel memasuki tahap meiosis II (Helendra & Nisyawati 1999: 162--165). Perbedaan antara pembelahan secara mitosis dan meiosis adalah jumlah sel kromosom sel anak yang dihasilkan. Pembelahan secara meiosis menghasilkan sel anak yang haploid, sedangkan pembelahan secara mitosis menghasilkan sel anak yang diploid. Selain itu jumlah sel anak yang dihasilkan juga berbeda. Pada mitosis menghasilkan dua sel anak, sedangkan pada meiosis menghasilkan empat sel anak yang fungsional. Tempat terjadinya mitosis adalah pada sel-sel somatik yang aktif membelah untuk pertumbuhan, sedangkan pada meiosis terjadi pada sel germinal yang akan menghasilkan gamet. Tahap pembelahan pada meiosis terdiri atas dua tahap pembelahan, yaitu tahapan meiosis I dan meiosis II, sedangkan pada pembelahan secara mitosis hanya terjadi satu kali pembelahan saja. Mitosis tidak terjadi pindah silang, tidak terdapat pasangan kromosom homolog,

9

namun pada meiosis terjadi proses pindah silang yang terdapat kromosom homolog yang akan bermigrasi menuju kutub yang berbeda (Jusuf 2001: 59). Pembelahan sel hewan dan sel tumbuhan memiliki perbedaan yaitu pada tahapan sitokinesis. Sitokinesis pada tumbuhan merupakan proses pembentukan cakram sel/cell plate. Terbentuknya cell plate ditandai dengan terbentuknya agregat dari vesikula-vesikula golgi pada daerah ekuator. Vesikula-vesikula itu mengandung polisakarida yang merupakan matriks dinding sel. Vesikula-vesikula terus berkumpul dan meluas ke tepi sel, dan kemudian terbentuk dinding sel baru, sedangkan sitokinesis pada sel hewan merupakan proses penyempitan sel/furrowing (Wartomo 2001: 18).

III. ALAT, BAHAN, DAN CARA KERJA

A. ALAT Alat yang digunakan dalam mengamati tahapan mitosis pada akar bawang dan tahapan meiosis pada spermatogenesis Rattus norvegicus dan Rana sp. adalah mikroskop, pembakar spirtus, gelas objek dan gelas penutup, gelas arloji, scalpel atau pisau bedah, kertas hisap/tisu.

B. BAHAN

Bahan yang digunakan dalam mengamati tahapan mitosis pada akar bawang adalah akar umbi bawang Bombay (Alium sp.), 1 M HCL, dan pewarna asetokarmin. Bahan yang digunakan dalam mengamati tahapan

10

meiosis pada spermatogenesis adalah preparat awetan testis Rattus norvegicus dan Rana sp. C. CARA KERJA

1. MITOSIS PADA AKAR BAWANG

1. Akar umbi bawang ditempatkan di dalam air selama beberapa hari, lebih kurang sekitar 4--5 hari sebelum praktikum dimulai.

2. Sebanyak 1--2 mL 1 M HCL ditempatkan di dalam kaca arloji, dan dijaga agar tidak mengenai tangan atau pakaian. 3. Akar bawang Bombay (Alium sp.) dipotong sepanjang 5 mm dari ujung akar dengan menggunakan scalpel atau pisau bedah, kemudian ditempelkan diatas gelas arloji berisi HCL selama 2--3 menit untuk melunakkan jaringan akar. 4. Setelah 2--3 menit didiamkan, ujung akar bawang Bombay (Alium sp.) dipindahkan dengan menggunakan pinset atau sonde ke atas gelas objek yang bersih, dan kemudian diberikan setetes pewarna asetokarmin. 5. Ujung akar dicacah dengan menggunakan scalpel atau pisau bedah menjadi potongan-potongan kecil. 6. Gelas penutup diletakkan di atas sediaan dan kemudian dipanaskan dengan cara melewatkan secara hati-hati di atas pembakar spirtus (dijaga agar tidak mendidih). Sediaan ditutup dengan kertas hisap/tisu. Sediaan ditekan dengan ibu jari secara hati-hati, namun dengan tekanan yang kuat.

11

7. Sediaan diperiksa dengan perbesaran rendah dan diulangi dengan perbesaran yang lebih tinggi.

2. MEIOSIS PADA SPERMATOGENESIS Rattus norvegicus dan Rana sp. Preparat awetan testis Rattus norvegicus dan Rana sp. diletakkan di bawah mikroskop dan kemudian diperiksa dengan perbesaran rendah dan diulangi dengan perbesaran yang lebih tinggi.

IV. HASIL PENGAMATAN

A. MITOSIS

Tahap Preparat

: Interfase : Ujung akar Alium sp.

Pewarnaan : Asetokarmin Perbesaran : 10 x 40 Keterangan : 1. Nukleus

Tahap Preparat

: Profase : Ujung akar Alium sp.

Pewarnaan : Asetokarmin Perbesaran : 10 x 40

12

Keterangan : 1. Benang-benang kromatin menebal dan memendek menjadi kromosom.

Tahap Preparat

: Metafase : Ujung akar Alium sp.

Pewarnaan : Asetokarmin Perbesaran : Keterangan :

Tahap Preparat

: Anafase : Ujung akar Alium sp.

Pewarnaan : Asetokarmin Perbesaran : 10 x 100 Keterangan : 1. Kromatid yang bergerak menuju kutub yang berlawanan.

13

Tahap Preparat

: Telofase : Ujung akar Alium sp.

Pewarnaan : Asetokarmin Perbesaran : 10 x 100 Keterangan : 1. Kromosom terurai menjadi kromatin 2. cell plate 3. Membran nukleus kembali terbentuk

B. MEIOSIS

Tahap Preparat

: Spermatogenesis tikus : Awetan Rattus novergicus

Pewarnaan : Hematoxylin eosin Perbesaran : 10 x 40 Keterangan : 1. Tubulus semineferus 2. Sel Leydig 3. Sel sertoli

14

4. Lumen 5. Spermatosit 6. Spermatogonium 7. Spermatozoa

Tahap Preparat

: Spermatogenesis katak : Awetan Rana sp.

Pewarnaan : Hematoxylin eosin Perbesaran : 10 x 40 Keterangan : 1. Tubulus semineferus 2. Spermatogonium 3. Spermatosit 4. Spermatozoa

V. PEMBAHASAN VI. KESIMPULAN

Tahapan mitosis dapat diamati pada ujung akar bawang (Allium sp.) menghasilkan sel anakan yang sama dengan sel induk. Akar bawang (Allium sp.) terdapat jaringan meristem yang aktif membelah untuk pertumbuhan sehingga dapat diamati proses pembelahan secara mitosis, sedangkan proses pembelahan secara meiosis dapat diamati pada proses spermatogenesis pada testis tikus jantan (Rattus norvergicus) mirip dengan proses spermatogenesis manusia merupakan pembelahan meiosis untuk

15

membentuk sel kelamin jantan dengan jumlah kromosom setengah dari sel spermatogonium.

VII. DAFTAR ACUAN

Campbell, N. A., J.B. Reece & L.G. Mitchell. 2002. Biologi. Ed. Ke-5. Terj. dari Biology. 5th edition, oleh Lestari, R., Ellyzar I.M.A. & N. Anita. Penerbit Erlangga, Jakarta: xxi + 438 hlm. Clegg, C.J. & D.G. Mackean. 2000. Advance biology: Principles and application. 2nd edition. John Murray Ltd., London: vii + 712 hlm. Helendra, M.S. & Nisyawati. 1999. Bahan kuliah biologi sel. FMIPA UI, Depok: 185 hlm. Klug, W.S. & M.R. Cummings. 1994. Concepts of genetics. 4th edition. Prentice Hall, inc., New Jersey: xvi + 779 hlm. Mader, S.S. 1998. Biology. 6th edition. The MacGraw-Hill Companies, Inc., New York: xxii + 944 hlm.

16

LAMPIRAN

Gambar 1. Siklus Sel [Sumber: Campbell: 1999: 1.]

Gambar 2. Profase mitosis ujung akar Alium sp. [Sumber: Dokumentasi pribadi]

17

Gambar 3. Metafase mitosis ujung akar Allium sp. [Sumber: ]

Gambar 4. Anafase mitosis ujung akar Alium sp. [Sumber: Dokumentasi pribadi]

18

Gambar 5. Telofase mitosis ujung akar Alium sp. [Sumber: Dokumentasi pribadi]

Gambar 6. Interfase ujung akar Alium sp. [Sumber: Dokumentasi pribadi]

19

Gambar 7. Spermatogenesis testis katak (Rana sp.) [Sumber: Dokumentasi pribadi]

Gambar 8. Spermatogenesis testis tikus (Rattus norvegicus) [Sumber: Dokumentasi pribadi]

20