Sabtu, 11 September 2010

REPRODUKSI SEL : MITOSIS DAN MEIOSIS

REPRODUKSI SEL : MITOSIS DAN MEIOSIS
I.       TUJUAN
1.     Mengetahui dan mengamati tahapan mitosis pada akar bawang (Alium sp.).
2.     Mengetahui dan mengamati tahapan meiosis pada spermatogenesis tikus (Rattus norvegicus).
3.     Mengetahui dan memahami perbedaan mitosis dan meiosis.
II.         TEORI
Sel dibagi menjadi 2 kelas utama, yaitu sel prokariotik dan sel eukariotik.  Kata prokariota berasal dari bahasa Yunani pro, yang artinya “sebelum”, dan karyon, yang artinya “kernel”, yang di sini disebut nukleus.  Sel prokariotik tidak memiliki nukleus.  Materi genetiknya terkonsentrasi pada suatu daerah yang disebut nukleoid, tetapi tidak ada membran yang memisahkan bagian ini dari bagian sel lainnya.  Sebaliknya sel eukariotik (Yunani eu yang berarti “sebenarnya”, dan karyon) memiliki nukleus sesungguhnya yang di bungkus oleh selubung nukleus (Campbell dkk. 2002: 116).   
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.
Mitosis hanya merupakan satu bagian dari siklus sel .  tahap mitotik(M), yang meliputi mitosis dan sitokinesis, merupakan bagian terpendek dari siklus sel.  Interfase merupakan tahap terlama dalan siklus ini, yang menyumbang sekitar 90% dari siklus.  Hal ini disebabkan karena selama interfase sel tumbuh dan menyalin kromosom sebagai persiapan pembelahan sel.   Interfase dapat dibagi menjadi tiga subfase, yaitu fase G1 , fase S, dan pada fase G2.  Selama tiga subfase sel tumbuh dengan menghasilkan protein dan organel sitoplasma seperti mitokondria dan retikulum endoplasma.  Namun, kromosom  melakukan duplikasi hanya selama fase S.  Dengan demikian, suatu sel tumbuh(G1), terus tumbuh begitu sel tersebut selesai menyalin kromosomnya(S), dan tumbuh lagi sampai sel tersebut menyelesaikan persiapannya untuk pembelahan sel(G2), dan membelah(S) meliputi tahap profase, prometaphase, metafase, anafase, dan telofase.  Sel anak kemudian mengulangi siklus ini kembali.  Sebuah sel manusia tertentu mengalami siklus pembelahan selama 24 jam.  Sebagai gambaran, fase mitotik akan menduduki kurang dari 1 jam, sementara fase S akan menempati sekitar 10--12 jam, atau setengah dari siklus.  Sisa waktu akan dibagi  antara fase G1 dan fase G2.  Fase G2 biasanya membutuhkan waktu 4--6 jam dan G1 akan menduduki sekitar 5--6 jam (Campbell dkk. 2009: 231).  Lihat gambar 1.
Mitosis adalah proses pembelahan kromosom pada sel eukariotik yang secara konvesional dibagi menjadi lima tahapan: profase, prometafase, metafase, anafase, dan telofase.  Mitosis mempertahankan jumlah kromosom anakan dengan cara mengalokasikan kromosom yang di replikasikan secara sama ke masing-masing nukleus anak (Campbell dkk. 2002: G-16). 
Mitosis dibagi menjadi empat tahapan, yaitu profase, metafase, anafase, dan telofase.  Selama profase, perubahan terjadi pada nukleus dan sitoplasma.  Nukleus benang kromatin menjadi tergulung lebih rapat, memadat menjadi kromosom terpisah yang dapat diamati dengan mikroskop cahaya, nukleoli menghilang.  Setiap kromosom terduplikasi tampak sebagai dua kromatid saudara yang identik dan bersatu.  Dalam sitoplasma, gelendong mitotik mulai terbentuk, sentrosom mulai bergerak ke arah kutub.  Selama metafase sentrosom sekarang berada pada kutub yang berlawanan dalam sel tersebut.  Kromosom berada pada sebaris bidang ekuator di tengah sel.  Anafase dimulai ketika pasangan sentromer dari setiap kromosom berpisah, yang akhirnya melepaskan kromatid saudara.  Kromatid saudara yang tadinya menyatu mulai berpisah ke arah kutub sel yang berlawanan.  Akhir anafase, kedua kutub sel memiliki jumlah kromosom yang ekuivalen dan lengkap.  Fase telofase sel baru mulai terbentuk, membran inti mulai terbentuk kembali, kromosom membuka dan membentuk kromatin kembali, Sel terbagi menjadi dua sel melalui sitokinesis (Campbell dkk. 2002: 224—225).  Lihat gambar 2.
Pembelahan mitosis berfungsi untuk pertumbuhan dan perbaikan.  Bahkan setelah organisme itu tumbuh dewasa, pembelahan sel terus berlangsung dan berfungsi dalam pembaharuan dan pergantian sel yang mati akibat pemakaian normal dan sel yang sobek atau mengalami kecelakaan (Campbell dkk.  2002: 220).
Meiosis adalah jenis pembelahan sel dua tahap pada organisme yang bereproduksi secara seksual yang menghasilkan gamet dengan separuh jumlah kromosom dari jumlah kromosom semula (Sadava, David E. 1992: 484).
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 (Postlethwait & Hopson 2006: 161).
Profase I meiosis lebih kompleks dibandingkan profase  dalam mitosis.  Profase I terdiri dari leptonema, zygonema, pakinema, diplonema, dan diakinesis.  Leptonema kromosom berkondensasi dan inti membesar.  Zygonema kromosom homolog saling berpasangan yang disebut bivalen, peristiwanya disebut sinapsis.  Saat pakinema tiap kromosom bereplikasi membentuk tetrad.  Diplonema kromatid yang tidak identik mengalami persinggungan, sehingga terjadi crossing over.  Saat Diakinesis benang spindel terbentuk, sentriol bergerak menuju kutub, dan membran inti mulai menghilang.  Metafase I terjadi ketika tetrad berjajar di bidang ekuatorial  dan benang-benang spindel menempel pada sentromer dari setiap pasangan kromosom yang homolog.  Anafase I terjadi ketika tetrad terpisah dan bergerak menuju kutub yang berlawanan dengan bantuan benang-benang spindel.  Sentromer pada anafase 1 masih tetap utuh.  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.  Meiosis II memiliki kesamaan dengan tahapan pada mitosis.  Akhir pembelahan dihasilkan empat sel anakan dengan jumlah kromosom setengah kromosom induk (Campbell dkk. 2002: 248—249).  Lihat gambar 3.
Meiosis dapat disebut pula pembelahan reduksi yang berarti terjadi pengurangan jumlah kromosomnya.  Meiosis memegang peran penting dalam pembentukan sel kelamin/gamet dalam kelenjar kelamin (Sadava 1992: 484).
Ada beberapa perbedaan diantara mitosis dan meiosis.  Perbedaan pertama adalah ketika mitosis pembagian materi genetik dibagi merata ke dalam dua sel anak, sedangkan meiosis mengalami reduksi.  Jika suatu organisme memiliki dua kromosom di dalam selnya, hasil dari pembelahan mitosisnya adalah dua sel dengan dua kromosom yang sama.  Tetapi dalam pembelahan meiosisnya, hasilnya adalah empat sel dengan kromosom setengah dari sel induknya.  Perbedaan kedua yaitu mitosis terjadi pada pembelahan sel-sel somatik, sedangkan meiosis terjadi pada sel germinal (Sadava 1992: 485).  Perbedaan secara menyeluruh antara mitosis dan meiosis dapat dilihat pada tabel 1.
Pembelahan sel secara mitosis maupun meiosis melibatkan kromatin, kromatid, sister chromatid, kromosom, kromosom homolog, kinetokor, telomer dan sentrosom.
a.     Kromatin adalah Kombinasi dari DNA dan protein histon yang membentuk kromosom eukariota.  Bentuknya berupa serat yang  panjang dan tipis.   Tidak terlihat oleh mikroskop cahaya (Don Rittner & Timothy 2004: 65).
b.     Kromatid adalah duplikat kromosom yang terbentuk dari replikasi DNA yang tetap bersatu dengan duplikat lain pada sentromer (Don Rittner & Timothy 2004: 65).
c.      sister chromatid adalah bentuk replikasi suatu kromosom yang digabungkan bersama oleh sentromer dan akhirnya memisah selama mitosis atau meiosis II (Campbell dkk. 2002: G-13).
d.     Kromosom adalah struktur pembawa gen yang mirip benang yang terdapat di dalam nukleus.  Masing-masing kromosom terdiri atas satu molekul DNA yang sangat panjang dan protein atau disebut kromatin (Don Rittner & Timothy 2004: 65).
e.     Kromosom homolog adalah Sepasang kromosom (homolog) yang mempunyai panjang yang sama, posisi gen yang sama, lokasi sentromer yang sama , dan karakter yang sama yang sesuai lokus, dengan satu homolog yang berasal dari ibu dan satu lagi dari ayah. Kromosom homolog berbaris satu sama lain dan kemudian terpisah selama meiosis (Don Rittner & Timothy 2004: 165).
f.       Kinetokor adalah struktur khusus di sentromer kromosom yang berfungsi untuk menghubungkan kromatid saudara dengan gelendong mitotik (Don Rittner & Timothy 2004: 187).
g.     Telomer adalah Pelindung dan penstabil ujung linier
kromosom pada eukariota yang terlibat dalam replikasi dan stabilitas molekul DNA (Don Rittner & Timothy 2004: 187).
h.     Sentrosom adalah materi yang ditemukan di dalam sitoplasma semua sel eukariotik dan sangat penting selama pembelahan sel (Campbell dkk. 2002: G-16).

Pembelahan pada sel hewan terjadi secara sitokinesis.  Tanda pembelahan ditandai dengan pembentukan galur dangkal di permukaan sel tempat pelat metafase.  Galur itu semakin dalam dan akhirnya membelah sel menjadi dua.  Sedangkan pada pembelahan sel tumbuhan berbeda dengan sel hewan.  Sel tumbuhan tidak membentuk galur di permukaan selnya, melainkan selama telofase terbentuk vesikel-vesikel di pelat metafase.  Vesikel-vesikel itu yang nantinya akan membentuk pelat sel.  Dan pelat sel akan terus berkembang menjadi pembatas antara dua materi sel,  pada akhirnya menjadi dinding sel dan sel terpisah menjadi dua sel anak (Campbell dkk. 2009: 234—236).
Spermatogenesis adalah proses pembentukan sperma yang terjadi di organ tertentu (testes).  Spermatogonium membelah secara mitosis menjadi spermatosit primer(2n), kemudian spermatosit primer mengalami pembelahan meiosis I menjadi spermatosit sekunder(n).  Spermatosit sekunder mengalami meiosis II dan menjadi 4 spermatid(n).  Spermatid kemudian berkembang menjadi sel sperma yang memiliki ekor.  Hasil  dari spermatogonesis adalah empat sel sperma (Campbell dkk. 2009: 1008).  Lihat gambar 10.
Oogenesis adalah proses pembentukan ovum yang terjadi di organ tertentu, yaitu ovarium.  Oogonium membelah secara mitosis menjadi Oosit primer(2n), kemudian spermatosit primer mengalami pembelahan meiosis I menjadi oosit sekunder(n) dan satu badan polar.  Spermatosit sekunder mengalami meiosis II dan menjadi  satu ovum dan tiga badan polar(Campbell dkk. 2009: 1009).  Lihat gambar 11.

III.    ALAT, BAHAN, DAN CARA KERJA
1.     MITOSIS
A.     ALAT
Alat yang digunakan dalam praktikum reproduksi sel mitosis adalah mikroskop, gelas objek dan gelas penutup, gelas arloji, silet, pipet, pinset, dan pembakar spiritus.

B.    BAHAN
Bahan yang digunakan dalam praktikum reproduksi sel mitosis adalah akar umbi bawang bombay (Allium sp.), pewarna asetokarmin, 1M HCL, dan tisu.

C.    CARA KERJA
1.     Siapakan umbi bawang bombay yang sudah berakar.  Umbi hendaknya ditempatkan di dalam air sekitar satu minggu sebelum praktikum dimulai.  Sel-sel yang terdapat di ujung akar ideal untuk praktikum mitosis karena merupakan sel yang aktif membelah.
2.     Akar sepanjang 5mm dipotong dari ujung akar bawang menggunakan silet, kemudian letakan di atas gelas arloji.
3.     Teteskan 1—2 ml 1M HCL di potongan akar bawang.  Diamkan selama 2—3 menit untuk melunakan jaringan akar.
4.     Ujung akar dipindahkan ke gelas objek yang bersih menggunakan pinset.  Setetes pewarna asetokarmin diteteskan pada potongan akar yang berada di gelas objek.
5.     Ujung akar dipotong-potong menggunakan silet sampai menjadi potongan-potongan kecil.
      Catatan: pewarna asetokarmin akan bereaksi dengan besi pada silet, sehingga membantu reaksi pewarnaan.
6.     Gelas penutup diletakan di atas sediaan akar.  Sediaan kemudian dipanaskan dengan cara melewatkan secara hati-hati di atas pembakar spritus.  Hal ini bertujuan agar sel berhenti melakukan pembelahan.
7.     Gelas penutup ditekan dengan ibu jari secara hati-hati.  Sel akan menyebar dan memisah sehingga mudah diamati di bawah mikroskop.
8.     Pemeriksaan di bawah mikroskop dilakukan dengan perbesaran rendah dan secara bertahap diulangi dengan perbesaran yang lebih tinggi.

2.     MEIOSIS
A.     ALAT
Alat yang digunakan dalam praktikum reproduksi sel meiosis adalah mikroskop dan testes Rattus norvegicus yang telah di awetkan dengan pewarnaan hematoxylin eosin.

B.    BAHAN
Tidak ada bahan yang digunakan dalam praktikum reproduksi sel meiosis.

C.    CARA KERJA
1.     Siapkan mikroskop
2.     Preparat awetan Rattus norvegicus diamati di bawah mikroskop.  Sediaan diamati dengan perbesaran rendah dan diulangi dengan perbesaran yang lebih tinggi.
IV.   HASIL PENGAMATAN
A.     MITOSIS
Tahap             : Interfase
Preparat         : Segar
Pewarnaan  : Asetokarmin
Perbesaran   : 10 x 100
Keterangan   :



Tahap             : Profase
Preparat         : Segar
Pewarnaan  : Asetokarmin
Perbesaran   : 10 x 100
Keterangan   :



Tahap             : Metafase
Preparat         : Segar
Pewarnaan  : Asetokarmin
Perbesaran   : 10 x 100
Keterangan   :


Tahap             : Anafase
Preparat         : Segar
Pewarnaan  : Asetokarmin
Perbesaran   : 10 x 100
Keterangan   :



Tahap             : Telofase
Preparat         : Segar
Pewarnaan  : Asetokarmin
Perbesaran   : 10 x 100
Keterangan   :



B.    MEIOSIS
Tahap             : Spermatogonesis
Preparat         : Awetan
Pewarnaan  : hematoxylin eosin
Perbesaran   : 10 x 40
Keterangan   :



V.     PEMBAHASAN
A.     MITOSIS
Akar bawang dipilih sebagai bahan praktikum karena sel-selnya aktif membelah.  Untuk mengamati pembelahan sel secara mitosis diperlukan bagian yang aktif membelah, yaitu sel-sel yang berasal dari jaringan meristem.  Ujung akar dan ujung tunas adalah bahan yang paling sesuai untuk mengamati mitosis(Evert, Ray Franklin 2006: 107).
Larutan yang digunakan dalam praktikum adalah 1M HCL dan pewarna asetokarmin.  Larutan 1M HCL berfungsi untuk melisis dinding sel dan jaringan yang akan diamati.   Golongan asam kuat seperti asam klorida (HCL) digunakan untuk melunakkan jaringan yang akan diamati.  Pewarna asetokarmin berfungsi untuk mewarnai kromosom agar fase-fesenya dapat diamati dengan jelas di bawah mikroskop.  asetokarmin adalah salah satu pewarna yang sering digunakan karena mudah didapat, dan penyerapan warna yang lebih cepat (Jones & Rickards 1991: 16). 
Setelah diteteskan HCL dan asetokarmin, maka langkah berikutnya dilakukan proses fiksasi.  Yaitu dengan cara melewatkan sediaan akar di atas api spiritus.  Proses fiksasi merupakan proses yang bertujuan untuk menghentikan pembelahan sel, sehingga berbagai tahapan pembelahan sel dapat diamati di bawah mikroskop (Jones & Rickards 1991: 18).
Dalam praktikum kelompok praktikan menemukan kelima tahap pembelahan mitosis.  Yaitu interfase, profase, metafase, anafase,dan telofase.  Tahap  interfase menunjukan membran inti masih jelas dan materi genetik masih berbentuk kromatin (lihat gambar 4).   Tahap profase menunjukkan kromosom mulai terkondensasi dan membran inti tidak terlihat lagi (lihat gambar 5).  Tahap metafase menunjukan kromosom berjejer pada pelat metafase atau bidang ekuator sel (lihat gambar 6).  Tahap anafase menunjukkan salah satu kromatid dari setiap kromosom terpisah dari pasangannya dan bergerak menuju kutub yang berlawanan (lihat gambar 7). Tahap telofase menunjukkan kromosom yang telah berada di kedua kutub yang berlawanan dan terurai menjadi kromatin, serta adanya cell plate yang mulai membatasi kedua sel anak (lihat gambar 8).  Hasil pengamatan sesuai dengan literatur.

B.    MEIOSIS
Preparat awetan Rattus norvegicus digunakan karena memiliki struktur penyusun testis yang mirip dengan testis manusia.  Hal tersebut disebabkan karena kekerabatan yang dekat antar sesama mamalia. Oleh karena itu  tahapan spermatogonesis manusia dapat  dipelajari dengan mengamati preparat awetan Rattus norvegicus.
Tahapan yang tidak berhasil diamati adalah spermatosit primer dan spermatosit sekunder, hal ini disebabkan karena kedua tahapan tersebut sulit dibedakan.
Dari hasil pengamatan, proses spermatogenesis pada Rattus norvegicus  menunjukkan bahwa semakin kedalam, sel akan mengalami pematangan.  Spermatogonia terletak dimembran basal, semakin kedalam  terlihat spermatosit primer dan sekunder.  Dan pada bagian lumen terlihat sel sperma.  Sel sertoli dapat diamati pada membran basal dan berbentuk menyerupai segitiga dan berukuran lebih besar dari sel yang lain.  Sel sertoli berfungsi untuk memberikan nutrisi bagi sel sperma.   Pada daerah kosong di antara tubulus seminiferus terdapat sel leydig, sel leydig berfungsi untuk menghasilkan hormon testoteron (lihat gambar 9).  Hasil pengamatan sesuai dengan literatur.

VI.   KESIMPULAN
1.    Pembelahan mitosis akar bawang dapat diamati dengan terlihatnya tahap interfase, profase, metafase, anafase dan telofase.
2.    Pembelahan meiosis dapat diamati dengan terlihatnya spermatogenesis pada preparat awetan tubulus seminiferus Rattus norvegicus.
3.    Dari pengamatan dapat diketahui mitosis terjadi pada sel somatik dan meiosis pada sel germinal.
VII.  DAFTAR ACUAN
Campbell, N.A., J.B. Reece, L.G. Mitchell. 2002. Biologi, ed kelima. Terj dari Biology, Fifth Edition. Oleh lestari, R., E.I. M. Adil, N. Anita, Andri, W.F. Wibowo & W. Manalu. Erlangga. Jakarta : xxi + 438 hlm.
Campbell, N.A., J.B. Reece, L.G. Mitchell. 2009. Biology, Eight Edition. Pearson Benjamin Cummings. San Francisco : xlvi + 1267 hlm.
Evert, Ray F. 2006. Esau’s Plant Anatomy, Third Edition. John Wiley & Sons, Inc. New Jersey : xx + 601 hlm.
Jones R.N. & Rickards G.K. 1991. Practical Genetics. Open University Pers. West Sussex : 278 hlm.
Postlethwait, John H. & Hopson, Janet L. 2006. Modern Biology. Holt, Rinehart, and Winston. Austin, Texas : xxiii + 1130 hlm.
Rittner, Don & McCabe,Timothy L. 2004. Encyclopedia of Biology. Facts On File, Inc. New York : xiv + 400 hlm.
Sadava, David E. 1993. Cell Biology Organelle Structure and Function. Jones and Bartlett Publishers International. London : xvii + 698 hlm.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar