ITP UNS SEMESTER 1 Fisiologi sel (pertumbuhan dan pembelahan sel)

04/12/231 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/20121

Fisiologi SelPertumbuhan dan Perkembangan Sel Pembelahan Sel

Biologi Sel

Semester Gasal 2011/2012

Esti Widowati,S.Si.,M.P

04/12/232 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/20122

Pertumbuhan Sel

Pertumbuhan dan perkembangan sel tergantung dari pertumbuhan, perbanyakan dan perbaikan sel

Uniseluler : untuk reproduksi Multiseluler : untuk pertumbuhan

sampai dewasa karena mempengaruhi perbanyakan sel penyusun jaringan

04/12/233

Tipe Pembelahan Sel

Mitosis: Growth, development and repair Asexual reproduction (yields identical cells) Occurs in somatic (body) cells

Meiosis: Sexual reproduction (yields different cells) Occurs in specific reproductive cells

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/234 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/20124

Pertumbuhan pada uniseluler terjadi setelah mengalami pembelahan sel

Pertumbuhan dan pembelahan sel merupakan suatu siklus sel

Siklus sel terdiri atas interfase dan fase mitotik (mitosis dan cytokinesis)

Siklus sel terjadi pada sel embrionik atau sel yang mengalami regenerasi

Siklus sel dapat terhenti (degenerasi dan kematian)

Regenerasi dapat dengan mudah terjadi pada suatu jaringan atau sebaliknya

04/12/235 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/236 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/20126

Interfase Tahap G1/ first gap phase : dimulai dari sel yang baru membelah. 3-4 jam

sampai tahunan. Terjadi sintesis RNA diikuti sintesis protein sehingga sitoplasma semakin banyak dan sel tumbuh. Sintesis RNA dimulai di nukleus dan spesifik sesuai DNA

Tahap S/ Synthetic phase : proses sintesis DNA (replikasi) sehingga

kromosom bersifat diploid. 7-8 jam. Replikasi sentriol. Sintesis RNA masih berjalan walaupun tidak dominan. Pembentukan molekul histon (protein dasar kromosom)

04/12/237 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/20127

Tahap G2/ second gap phase :

tahap akhir pertumbuhan yang dilanjutkan dengan pembelahan sel. 2-5 jam. Masih terjadi sintesis RNA dan berhenti saat pembelahan sel dimulai. Telah ada kromosom diploid dan sepasang unit sentriol. Sel siap membelah

04/12/238 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/20128

Pembelahan Sel

Pembelahan sel dapat terjadi secara mitosis dan meiosis

Setiap pembelahan terjadi kariokinesis dan sitokinesis

Sitokinesis terjadi lebih sederhana karena kariokinesis melibatkan kromosom

04/12/239 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/20129

Mitosis

1 sel induk menjadi 2 sel anak Jumlah kromosom sel induk sama

dengan jumlah kromosom sel anak Pada sel soma Untuk memperbanyak sel supaya

organisme dapat tumbuh Tahapannya : profase, metafase,

anafase dan telofase

04/12/2310 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2311

G2 OF INTERPHASE PROPHASE PROMETAPHASE

Centrosomes(with centriole pairs) Chromatin

(duplicated)

Early mitoticspindle

AsterCentromere

Fragmentsof nuclearenvelope

Kinetochore

Nucleolus Nuclearenvelope

Plasmamembrane

Chromosome, consistingof two sister chromatids

Kinetochore microtubule Figure 12.6

Nonkinetochoremicrotubules

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2312

Centrosome at one spindle pole

Daughter chromosomes

METAPHASE ANAPHASE TELOPHASE AND CYTOKINESIS

Spindle

Metaphaseplate Nucleolus

forming

Cleavagefurrow

Nuclear envelopeforming

Figure 12.6

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2313

• The mitotic spindle– mikrotubul yang mengontrol pergerakan kromosom

selama mitosis

• Spindle muncul dari sentromer– spindle microtubules – asters

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2314

Perakitan spindle microtubules dimulai dari sentrosom - microtubule organizing center

Sentrosom bereplikasi membentuk dua sentrosom yang bermigrasi ke kutub yang berlawanan, dan spindle microtubules tumbuh dari sentrosom

Aster (a radial array of short microtubules) muncul dari tiap sentrosom

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2315

The Spindle

Spindle memiliki struktur seperti web terbuat dari microtubule . Sangat penting pada mitosis karena mengatur kromosom untuk berada pada posisi yang benar

A cell at metaphase a spindle

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2316

Some spindle microtubules Berikatan dengan kinetochores chromosomes

CentrosomeAster

Sisterchromatids

MetaphasePlate

Kinetochores

Overlappingnonkinetochoremicrotubules

Kinetochores microtubules

Centrosome

ChromosomesMicrotubules 0.5 µm

1 µm

Figure 12.7 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2317

Chromosomes attached to spindle Chromosomes attached to spindle during nuclear divisionduring nuclear division

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2318

Kinetochore microtubules : berikatan dengan kinetochores chromosomes dan menggerakkan kromosom ke daerah metafase Nonkinetochores: overlap satu sama lain tetapi tidak berikatan dengan chromosome

Two kinds of microtubules

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2319 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2320

0.5 µm

Chromosomeduplication(including DNA synthesis)

Centromere

Separation of sister chromatids

Sisterchromatids

Centromeres Sister chromatids

A eukaryotic cell has multiplechromosomes, one of which is

represented here. Before duplication, each chromosome

has a single DNA molecule.

Once duplicated, a chromosomeconsists of two sister chromatids

connected at the centromere. Eachchromatid contains a copy of the

DNA molecule.

Mechanical processes separate the sister chromatids into two chromosomes and distribute

them to two daughter cells.

Figure 12.4 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2321 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201221

Profase

1. Didahului interfase

2. Sentriol telah bereplikasi dan di dekat nukleus bergerak ke tepi diikuti mikrotubuli yang membentuk aster

3. Sentriol dengan aster bergerak terus ke tepi. Mikrotubuli membentuk bangunan penghubung dua sentriol yaitu spindel

04/12/2322

1. Benang kromatin terlihat menebal

2. Nukleolus mengecil dan mulai menghilang

3. Membran inti sel menghilang

4. Sentriol mencapai kutub pembelahan sel dengan memiliki aster dan spindel yang menghubungkan kedua unit sentriol

5. Kromosom terlihat jelas dan memiliki sentromer lengkap dengan lengannya

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201222

04/12/2323

Metafase

1. Kromosom menempatkan diri di bidang ekuator antara dua buah kutub pembelahan

2. Terbentuk benang penghubung antara kinetokor dengan kutub pembelahan sel (chromosomal fibers) untuk menarik kromatid kearah kutub pembelahan sel

3. Kromatid mulai terpisah dari pasangannya

4. Kromatid yang mulai terpisah dihubungkan dengan kutub pembelahan sel pada setiap sisi

5. Tahap ini diakhiri dengan tertariknya bagian kinetokor kearah kutub pembelahan sel dan bagian lengan kromatidnya masih melekat satu sama lain

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201223

04/12/2324

Anafase1. Pemisahan lengan-lengan kromatid secara

sempurna dan bergerak menuju kutub pembelahan sel

2. Gerakan diduga disebabkan oleh tarikan benang spindel penghubung kinetokor dengan kutub pembelahan sel

3. Gerakan diketahui disebabkan pemendekan chromosomal fibers yang tersusun dari mikrotubuli yang mengandung tubulin yang berpolimerisasi dan memendek

4. Kromosom berkumpul mengelompokpada tiap kutub dan membran plasma mulai berubah

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201224

04/12/2325

Pada anafase, sister chromatid berpisahDan bergerak sepanjang kinetochore

microtubules menuju arah berlawanan ujung sel

Spindlepole

Kinetochore

Figure 12.8

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2326 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2327

Telofase

1. Membran inti mulai tampak melingkupi kromosom pada tiap kutub

2. Kromosom tampak menipis dan tampak sebagai kromatin

3. Pemisahan sitoplasma dan organel didahului pelekukan membran sel kedalam

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201227

04/12/2328

Terbentuk dua sel yang sama bentuk dan sifatnya dengan jumlah kromosom yang sama

Kromosom diploid Sel baru/anak akan mengalami

pertumbuhan sel yaitu interfase dan siap membelah lagi

Kematian sel dapat digantikan dengan sel baru

Organisme dapat terus tumbuh dengan pembelahan mitosis

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201228

04/12/2329

Cytokinesis Pada sel hewan

Cytokinesis terjadi oleh proses yang disebut cleavage, membentuk sebuah cleavage furrow

Cleavage furrow

Contractile ring of microfilaments Daughter cells

100 µm

(a) Cleavage of an animal cell (SEM)S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2330

Pada sel tumbuhan, selama cytokinesisTerbentuk plat sel (cell plate)

Daughter cells

1 µmVesiclesforming cell plate

Wall of patent cell Cell plate New cell wall

(b) Cell plate formation in a plant cell (SEM)Figure 12.9 B S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2331

1 Prophase. The chromatinis condensing. The nucleolus is beginning to disappear.Although not yet visible in the micrograph, the mitotic spindle is staring to from.

Prometaphase.We now see discretechromosomes; each consists of two identical sister chromatids. Laterin prometaphase, the nuclear envelop will fragment.

Metaphase. The spindle is complete,and the chromosomes,attached to microtubulesat their kinetochores, are all at the metaphase plate.

Anaphase. Thechromatids of each chromosome have separated, and the daughter chromosomesare moving to the ends of cell as their kinetochoremicrotubles shorten.

Telophase. Daughternuclei are forming. Meanwhile, cytokinesishas started: The cellplate, which will divided the cytoplasm in two, is growing toward the perimeter of the parent cell.

2 3 4 5

NucleusNucleolus

ChromosomeChromatinecondensing

Figure 12.10 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2332

Pembelahan sel dapat dihentikan pada tahap metafase untuk karyotyping (melihat bentuk kromosom dan melihat adanya kelainan)

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201232

04/12/2333 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201233

Meiosis 1 sel induk menjadi 4 sel anak Jumlah kromosom sel anak adalah separuh dari

jumlah kromosom sel induk (reduksi) Sel anak memiliki gabungan sifat sel jantan dan sel

betina Pada sel gonosom Kelainan kromosom disebabkan meiosis yang tidak

sempurna Meiosis sebenarnya adalah pembelahan sel

(terjadi replikasi DNA) diikuti pembelahan sel dua kali sehingga jumlah kromosom sel anak separuh jumlah kromosom sel induk

04/12/2334 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2335

Profase I Tahap penentu, paling lama dan paling kompleks Pembentukan pasangan kromosom homolog,

pertukaran bahan genetik dan lain-lain

a. Preleptotene

Benang kromosom masih tampak tipis dan sulit diamati. Hanya kromosom seks yang tampak nyata

b. Leptotene

Benang kromosom menebal. Tampak sebagai dua kromatid yang saling menempel

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201235

04/12/2336

c. Zygotene

Kromosom tampak jelas. Kromosom homolog akan berpasangan secara rapi. Kromomer yang homolog akan berpasangan

d. Pachytene

Pasangan kromosom lebih sempurna, pemendekan kromosom dan lebih jelas, ada sentromer dan terjadi crossing over pada kromosom homolog

e. Diplotene

Pemisahan kromosom homolog yang tidak sempurna karena diantara kedua kromosom terdapat bagian yang menempel (chiasmata) dan terjadi proses crossing over

f. Diakenesis

Kromosom mengalami pemendekan sehingga tampak lebih jelas dan masih tersebar dalam inti. Terjadi terminalisasi chiasmata (chiasmata bergerak menuju ujung kromosom). Nukleolus mulai menghilang 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201236

04/12/2337

Tahap pachytene dan diplotene adalah penentu

Terjadi pertukaran bahan genetik dalam kromosom dan menjadi penentu sifat

Proses dapat berlangsung bulanan sampai tahunan

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201237

04/12/2338

Prometafase I

1. Tahap yang pendek yang mendahului interfase I

2. Membran inti mulai menghilang

3. Kromosom tampak lebih pendek dan menebal sehingga kromosom tampak memiliki 4 lengan (dua kromosom berpasangan)

Metafase I

1. Kromosom tersusun di bidang ekuator dan mulai terjadi pemisahan kromosom

2. Pasangan kromosom tidak terpisah tetapi satu kesatuan

3. Pasangan kromosom akan berada pada satu sisi sedangkan pasangan homolog lainnya di sisi yang lain

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201238

04/12/2339

Anafase I

1. Kromosom mulai bergerak ke kutub pembelahan

2. Pasangan kromosom sebelah kiri akan menuju kutub disebelah kiri begitu juga yang kanan

Telofase I

1. Tahap terakhir meiosis I

2. Kromosom berkumpul di kutub pembelahan

3. Pembentukan membran inti dan pemisahan sitoplasma

4. Kromosom membentuk benang tipis

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201239

04/12/2340

Interfase

1. Tahap antara meiosis I dan II

2. Berlangsung sangat pendek dan tidak terjadi replikasi kromosom

3. Kromosom berasal dari hasil pembelahan meiosis I yang jumlahnya hanya separuh dari kromosom induknya

04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201240

04/12/2341

Profase II

1. Tahap awal meiosis II

2. Dimulai dengan terbentuknya spindel, aster, pergeseran sentriol ke kutub pembelahan dan perubahan lain seperti dalam mitosis

Metafase II

1. Kromosom di bidang ekuator 04/12/23S1-ITP Biologi Sel 2011/201241

04/12/2342

Anafase II

1. Pergeseran kromosom kearah kutub pembelahan

2. Membran sel mulai berubah bentuk menjadi lebih lonjong

Telofase II

1. Kromosom berkumpul pada kutub pembelahan dan diikuti pembentukan membran inti serta pemisahan sitoplasma

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2343 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2344 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2345

Allium cepa

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2346 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2347

Bacteria

Prokaryotes (bacteria and archaea) reproduce by a type of cell division called binary fissionIn binary fission– The bacterial chromosome replicates– The two daughter chromosomes actively move apart

S1-ITP Biologi Sel 2011/2012

04/12/2348 S1-ITP Biologi Sel 2011/2012