Problem Based Learning: Pertumbuhan dan Perkembangan Tubuh Manusia melalui Proses Pembelahan SelHazwani binti Mohamad102012477 / B1Alamat Korespondensi: hazwani.mohamad@civitas.ukrida.ac.idAbstrak:Makalah ini ditulis untuk memberi penjelasan tentang proses dan perbedaan pembelahan sel melalui proses mitosis dan meiosis. Selain itu, ia juga ditulis untuk menerangkan siklus sel dan proses pembelahan sel pada tubuh manusia. Dalam mencapai objektif ini, perbahasan tentang proses mitosis yang dilengkapi dengan 4 fase yang berfungsi untuk menjamin konsistensi informasi genetik pada sesuatu spesies, mengembangkan organ-organ tubuh dan membaiki sel-sel yang rusak dan mati dengan menggantikan dengan sel yang baru. Seterusnya, fase-fase meiosis I dan meiosis II dijelaskan serta fungsi meiosis yang penting untuk mengekalkan jumlah kromosom sesuatu spesies, mengurangkan kerentanan sesuatu populasi terhadap serangan patogen dan meningkatkan variasi dalam kalangan spesies yang dicapai melalui tiga cara yaitu pengikatan silang, penyusunan independen dan fertilisasi secara rawak. Kesimpulan yang dicapai setelah melakukan pembahasan ini adalah pertumbuhan dan perkembangan tubuh manusia terjadi melalui proses pembelahan sel.Kata Kunci: mitosis, meiosis, siklus sel, pengikatan silang, penyusunan independen, fertilisasi secara rawak, kromosomAbstract:This article was written to account the process of cell division and the differences between meiosis and mitosis. Besides that, it was written to enlighten about cell cycle and cell division on human body. To achieve these objectives, some discussions about 4 stages in mitosis was provided with the benefits of mitosis which were to secure the genetic consistency for certain species, to develop organs in human body and to repair the damage or died cells by replacing them with the new cells. Then, all the stages in meiosis I and meiosis II were explained with the function of the meiosis itself which were to maintain the number of chromosomes in a certain species, to reduce the susceptibility of a population to pathogen attack and introduce genetic variation in three ways which were crossing over, independent assortment and random chance fertilization. After all the discussions, it would come out with one conclusion which was, the development and growth of human body occurs via proses of cell division.Keywords: mitosis, meiosis, cell cycle, crossing over, independent assortment, random chance fertilization, chromosomePendahuluan:Makalah ini membahaskan tentang proses pembelahan sel pada pertumbuhan dan perkembangan tubuh manusia yang dipicu oleh sebuah kasus seperti yang tertera di bawah:Skenario BPelajaran di sekolah hari ini tentang bagaimana pertumbuhan dan perkembangan yang tejadi pada tubuh manusia. Novi dan teman-temannya mendapat tugas untuk mengamati mengapa rambut, kuku dan bagian tubuh yang lain dapat mengalami pertumbuhan dan perkembanagan. Apakah hubungannya dengan proses pembelahan sel yang terjadi di dalam tubuh.

Setelah meneliti kasus di atas dengan menggunakan teknik seven jumps, satu rumusan masalah telah dapat dikecapi. Masalah yang dihadapi kasus adalah proses pembelahan sel pada pertumbuhan dan perkembangan tubuh manusia. Dalam menganalisis masalah ini, suatu gambaran mind map seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1 telah dirangka bagi melancarkan lagi proses pencerahan dalam menjelaskan tentang proses pembelahan sel.

FungsiDefinisiMeiosisPembelahan SelMitosisSiklus SelDefinisiSiklus SelFase-faseFase-fase Fungsi

Gambar 1: Mind Map tentang Pembelahan Sel

Sebelum dibahaskan tentang proses pembelahan sel di dalam tubuh manusia, sebuah hipotesis dibuat dimana hipotesis ini akan diubah sama ada diterima atau ditolak di akhir perbincangan berdasarkan eviden-eviden yang didiskusikan. Hipotesis bagi kasus dalam makalah ini adalah pertumbuhan dan perkembangan pada tubuh manusia terjadi melalui proses pembelahan sel. Terdapat dua perkara utama yang menjadi sasaran makalah ini dihasilkan. Pertama adalah supaya pembaca dapat menjelaskan proses serta perbedaan pembelahan mitosis dan meiosis. Manakala sasaran pembelajaran yang kedua adalah agar pembaca dapat mengetahui bagaimana proses pembelahan sel pada tubuh manusia terjadi.Isi:1. Siklus Sel.Siklus sel merupakan suatu putaran hidup bagi sesebuah sel daripada melakukan persiapan untuk membelah sehinggalah sampainya waktu untuk sel itu membelah. Ia juga merupakan siklus pertumbuhan sel, proses replikasi bahan-bahan genetik di dalam sel dan pembelahan nuklear serta sitoplasmik.1 Siklus sel seperti yang ditunjukkan di dalam Gambar 2 terbagi kepada dua bagian besar yaitu interfase yang merupakan tiada pembelahan sel yang berlaku dan mitosis yang merupakan fasa pembelahan sel aktif. Interfase terdapatnya fase G1, fase sintesis Deoxyribonucleic acid (DNA) dan fase G2. Interfase merupakan suatu saat di mana sel menambahkan berat serta saiznya, mereplikasi DNA dan melakukan aktivitas sel yang normal. Panjang interfase tergantung kepada tugas sel tersebut. Contohnya, pada sel hati di mana sel-sel hati akan membelah sekali setiap satu atau dua tahun dikarenakan fase G1 yang dipanjangkan. Sesetengah sel seperti sel saraf atau sel otot tidak akan membelah lagi dan kekal dalam kondisi yang tidak mungkin akan membelah. Fase S terletak di antara G1 dan G2. Pada fase S, DNA akan disintesis untuk menggandakan jumlahnya sebelum melakukan pembelahan. Pada saat ini, DNA akan terurai dan proses replikasi DNA berlangsung. Ini membolehkan protein-protein baru dapat dihasilkan. Selain menghasilkan protein yang mencukupi untuk dua sel baru, DNA juga akan diduplikasi agar dua sel baru memiliki struktur dan jumlah bahan genetik yang sama. Pada fase G2, organel-organel dan protein-protein mengganda agar ianya mencukupi untuk dibagikan kepada dua sel baru. Setelah kesemua bahan-bahan di dalam sel mencukupi, barulah sel itu masuk ke fase pembelahan sel.2 G1Sintesis DNAProfaseMetafaseAnafaseTelofaseSitokinesisPembelahan SelG2InterfaseGambar 2: Siklus Sel

Setiap perkembangan sel daripada satu fase ke fase lainnya adalah tergantung kepada beberapa sinyal kimia yang mengawal aktivitasnya. Pengontrol kimia ini merupakan protein-protein kecil yang dipanggil cyclins. Protein ini akan terbentuk dan melekat pada enzim yang dikenali sebagai cyclin-dependent kinase (CDKs). CDKs inilah yang akan menjadi sinyal kepada sel untuk bergerak ke fase seterusnya di dalam siklus sel.3

2. Pembelahan Sel.Pada akhir interfase, sel sudah mempunyai cukup sitoplasma, oraganel dan DNA untuk menbentuk dua sel baru. Fase seterusnya adalah saat pembelahan sel di mana sel akan berkongsi DNA dan isi sitoplasmanya kepada setiap sel barunya yang selepas ini akan berfungsi dengan sendirinya. Pada saat sel membelah, terdapat dua bagian yang dinamakan pembelahan nuklear dan pembelahan sitoplasmik. DNA akan membagi dua pada saat pembelahan nuklear dan diiukuti oleh pembagian sitoplasma pada saat pembelahan sitoplasmik. Pembelahan sel berlaku secara kontinyu di mana satu sel yang memiliki dua kali ganda isi dalamnya daripada jumlah biasa membelah menjadi dua sel. Terdapat dua jenis pembelahan sel yaitu mitosis dan meiosis. Proses pembelahan nuklear sel ini dibagi kepada 4 fase berdasarkan pergerakan kromosom dan perbedaan struktur lain di dalam sel.2

3. Mitosis.Mitosis adalah suatu proses penghasilan dua sel baru yang setiap sel mengandungi bahan gentika yang sama antara satu sama lain dan juga sama dengan sel induknya. Di dalam tubuh manusia, mitosis penting untuk pertumbuhan badan. Kepentingan utama mitosis adalah dapat menjamin konsistensi genetik karena setiap sel baru yang dihasilkan adalah sama identiti genetiknya dengan sel induk.2 Seperti yang kita tahu, manusia mempunyai 46 kromosom. Jadi, setiap sel tubuh manusia yang melakukan mitosis, jumlah kromosomnya pada sel yang baru kekal sama yaitu 46 kromosom. Jika dibandingkan jumlah kromosom dengan orang tua, teman sejawat dan pelancong, jumlah kromosom masih sama yaitu 46. Dan hanya manusia yang memiliki 46 kromosom. Inilah contoh yang dapat dilihat dalam menjelaskan konsistensi genetik. Selain itu, ia juga penting untuk perkembangan organ-organ tubuh. Mitosis juga membolehkan perbaikan sel-sel yang rusak atau mati diganti kepada sel yang sehat. Dengan adanya mitosis, tubuh manusia dapat membesar dan organ-organ di dalam tubuh juga dapat berkembang dan berfungsi dengan baik dan dianggap organ yang matang. Luka-luka pada kulit juga dapat disembuhkan dengan adanya mitosis. Seperti yang kita tahu, bayi mempunyai organ yang kecil sesuai saiznya. Sekiranya tiada proses mitosis, saiz organ dan tubuh manusia kekal seperti saiz bayi. Kebanyakan sel pada organ tubuh manusia mengalami mitosis seperti kuku, rambut, kulit, tulang dan jantung. Mitosis tidak berlaku secara berterusan sampai manusia itu tua. Pada sesetengah sel seperti pada sel hepar, mitosis terhenti pabila hepar itu matang dan sesuai dengan umur manusia. Namun, pabila adanya sinyal seperti berlaku kerusakan pada sel tersebut yang mengarahkan pembelahan sel berlaku, mitosis akan berfungsi kembali. Terdapat 4 fase dalam mitosis yang berlangsung secara berterusan tanpa henti dan tanpa sinyal kimia yang mengarahkan. Fase-fase dalam mitosis adalah profase, metafase, anafase dan telofase.

3.1. ProfaseKetika terjadinya profase, kromosom memadat, memendek, dan menebal dengan setiap kromosom terbentuk menjadi dua untai yang dikenali sebagai kromatid. Sekiranya tidak berlaku sebarang mutasi ketika saat replikasi DNA, kedua-dua untai kromatid ini adalah identik. Kedua kromosom ini tercantum pada satu titik yang dikenali sebagai sentromer. Pada saat profase juga, mikrotubul di dalam sitoplasma membentuk struktur 3 dimensi yang dipanggil gelendung. Sentriol akan bergerak ke kutub berlawanan sel tersebut dan membentuk dua punca gelendung. Gelendung-gelendung yang terbentuk akan memanjang dan menjadikan dirinya sebagai serat gelendung. Posisi yang paling luas antara serat gelendung disebut ekuator. Pabila membran nuklear mulai menghilang, ia menandakan akhir profase dan sel akan melangkah ke fase seterusnya.23.2. MetafasePabila membrane nuklear hilang dari pandangan, metafase bermula. Pada fase ini, kromosom akan menyusun dirinya pada ekuator. Sentromer pada kromosom akan melekat pada gelendung serat di ekuator. Pabila kesemua kromosom berada pada ekuator dan sentromernya melekat pada serat gelendung, berakhirlah metafase dan sel siap untuk melangkah ke fase yang selanjutnya.3.3. AnafasePada fase ini, dapat kelihatan sentromer pada kromosom membelah kepada dua. Gelendung serat yang melekat dengan sentromer tadi akan memendek dan membawa setengah dari kromosom yang dipanggil kromatid, ke kutub yang berlawanan. Pada waktu yang sama, gelendung yang tidak melekat pada sentomer akan memanjang dan menolak kedua-dua ujung sel menyebabkan saiz sel membesar dari saiz normal sel. Pabila kromatid tiba di ujung kutub masing-masing, gelendung serat memecah dan menghilang. Ini menandankan akhir anafase dan sel bersedia untuk ke fase terakhir dalam mitosis.3.4. TelofaseFase terakhir dalam mitosis ini terjadi pabila kromatid mengurai kembali seperti saat sebelum masuk fase profase yaitu dalam bentuk kromatin. Pada fase ini juga, membran nuklear mulai membentuk kembali. Justru, dua set informasi genetik dilindungi dalam nukleus yang berbeda. Setelah berlangsungnya telofase, berakhirlah proses pembelahan nuklear dan diteruskan lagi dengan pembelahan sitoplasmik yang dikenali dengan sitokinesis. Pada saat sitokinesis, filamen protein terbentuk di tengah-tengah sel dan ianya mengecut sehingga terputusnya membran sel menjadi dua. Akhirnya, terbentuklah dua sel baru yang memiliki informasi gentik yang sama.2

4. Meiosis.Meiosis berbeda dengan mitosis. Walaupun melakukan proses pembelahan sel, namun, sel baru yang dihasilkan berbeda jumlah kromosomnya dan bilangannya bukan dua seperti mitosis, tetapi empat. Meiosis sendiri merupakan proses mereduksi jumlah kromosom kepada setengah daripada jumlah asal. Meiosis juga unik karena hanya berlaku pada sel gamet yaitu dalam kontek tubuh manusia ia terjadi dalam sel pada ovari dan testes manusia. Walaupun jumlah kromosom telah dibagi dua dari sel induk, ia bukan bererti tidak lagi menjamin konsistensi genetik, namun ia masih mengekalkan jumlah genetik sesuatu spesies pabila berlaku fertilisasi antara gamet jantan dan betina. Sebab itulah meiosis hanya terjadi pada sel gamet. Jika dibayangkan sekiranya meiosis tidak berlaku pada sel gamet tetapi mitosis yang berlaku, sel gamet manusia akan mempunya 46 kromosom, bukan 23. Dan apabila ovum dan sperma disenyawakan yang masing-masing memiliki 46 kromosom, hasil persenyawaan tersebut akan menghasilkan 92 kromosom. Dan zigot tersebut akan berkembang menjadi embrio yang membawa kromosom sebanyak 92. Mungkin perkembangan embrio tadi tidak akan menjadi manusia tetapi spesies lain. Hal ini dikarenakan semua saintis bersetuju bahwa yang digelar spesies homo sapiens itu mempunyai 46 kromosom kecuali berlaku mutasi yang menyebabkan kromosom zigot yang dihasilkan kurang lebih 1 kromosom dari kromosom normal manusia yang mengakibatkan kecacatan kepada bayi yang dilahirkan. Selain itu, meiosis dapat mengurangkan terkenanya serangan patogen dalam sesuatu populasi tertentu. Contohnya pabila sesuatu populasi yang rentan terhadap sesuatu serangan penyakit dan mereka tidak mempunyai protein yang boleh melawan infeksi tersebut. Dengan melakukan fertilisasi antara gamet yang tidak memiliki protein untuk melawan penyakit dengan gamet yang memiliki protein untuk melawat penyakit akan menghasilkan anak yang boleh menhasilkan proteion untuk melawan infeksi tersebut. Justru, populasi tersebut akhirnya akan terselamat daripada infeksi sesuatu penyakit.Seterusnya, meiosis dapat mengekalkan spesies sesuatu organisma, meiosis juga penting dalam memperbanyakkan variasi genetik sesuatu spesies. Hal ini menjadi penyebab kenapa wajah, warna kulit dan rambut seorang anak berbeda dengan saudaranya walaupun daripada hasil fertilisasi gamet orang tua yang sama. Variasi genetik ini dapat diperoleh dengan 3 cara yaitu fertilisasi secara rawak, independent assortment dan crossing over. Fertilisasi secara rawak berlaku pabila satu ovum difertilisasi oleh jutaan sperma, independent assortment berlaku pada metafase I pabila kromosom menyusun dirinya pada ekuator pabila kromosom punyai dua pilihan untuk memilih pasangan dan crossing over berlaku saat profase I pabila kromosom melakukan ikat silang pada kaki kromosomnya dengan kromosom yang lain pada suatu titik yang disebut chiasma.34.1. Profase IPada fase ini, kromosom akan memadat, dan kelihatan jika dilihat dibawah mikroskop. Seterusnya, sepasang sentriol akan terbentuk dan setiap satunya bergerak ke kutub yang berlawanan. Kromosom akan berpasang-pasangan membentuk tetrad. Pada saat ini proses crossing over terjadi dan setiap kromosom akan bertukar-tukar bahan genetik pada tempat persilangan. Pada masa yang sama, membran nuklear mula menghilang. Sel pada saat ini dengan muatan diploid yaitu bersamaan 46 kromosom bagi manusia.44.2. Metafase IPada metafase I, mikrotubul terbentuk daripada sentriol and melekat pada sentromer. Dan tetrad mengantri sepanjang ekuator, siap untuk ke fase seterusnya.4.3. Anafase IPada saat ini, sentromer membelah dan terputus. Tetrad juga digelar homolog kromosom pada saat ini, terpisah ditarik oleh serat gelendung ke kutub yang berlawanan. Pabila kromosom tiba di kutub masing-masing, serat gelendung mulai menghilang. Pada fase ini juga, sitokinesis bermula.4.4. Telofase IPada fase ini, membran nuklear terbentuk dan informasi genetik selamat dalam bungkusan nukleus. Sitokinesis sampai pada penghujungnya pabila sel terputus menjadi dua sel. Pada saat ini, setiap sel mempunyai muatan genetik haploid bersamaan 23 kromosom yaitu setengah daripada jumlah kromosom induk.Sebelum masuk ke profase II, sel mengalami waktu peralihan dari meiosis I ke meiosis II. Istirahat ini dinamakan interkinesis.4.5. Profase IIFase in berlaku dalam jangka masa yang singkat. Membran nuklear menghilang dan sentirol mengganda. Setiap satu sentriol bergerak ke kutub yang berlawanan.4.6. Metafase IISerat gelendung terbentuk. Kromosom yang terdiri daripada sepasang kromatid tergantung kepada serat gelendung pada sentromer. Kromosom disusun di ekuator.4.7. Anafase IISel memanjang. Pada masa yang sama, serat gelendung memendek dan memutuskan sentromer. Serat gelendung menarik kromatid ke kutub berlawanan.4.8. Telofase IIAkhirnya, pilinan kromatid terurai menjadi kromatin. Membran nuklear terbentuk menempatkan informasi genetik di dalam nukleus pabila nukleolus muncul dan melekat pada kromatin. Sitokinesis terjadi. Pabila sempurnanya sitokinesis, 4 sel baru muncul dari 2 sel hasil meiosis I yang setiap satunya memiliki haploid kromosom bersamaan 23 kromosom bagi manusia.

5. Perbedaan antara mitosis dan meiosis.MitosisCiri-ciriMeiosis

Meiosis IMeiosis II

Gambaran sel sewaktu proses pembelahan

2Jumlah sel anak4

Diploid, 2nmanusia: 46Jumlah kromosom pada sel anakHaploid, nManusia: 23

Menjamin konsistensi genetikPerkembangan dan pertumbuhan organismaMembaiki sel rusak dan matiKepentinganMengekalkan jumlah kromosomMenggalakkan variasiMengurangkan risiko serangan patogen

Semua sel kecuali sel gametSel yang terlibatSel gamet sahaja

Kesimpulan:Daripada hasil perbahasan di dalam bagian isi, jelaslah pertumbuhan dan perkembangan tubuh manusia adalah melalui proses pembelahan sel. Hal ini jelas diceritakan bahwa dari sebuah sel, mampu menghasil sel yang lain. Dengan penambahan sel pada tubuh manusia sudah pasti akan menyebabkan tubuh manusia membesar. Hipotesis yang mengatakan bahwa pertumbuhan dan perkembangan pada tubuh manusia terjadi melalui proses pembelahan sel dapat diterima.

Daftar Pustaka:1. Mark L. Definition of cell cycle. 11 Juni 2004. Diunduh dari http://groups.molbiosci.northwestern.edu/holmgren/Glossary/Definitions/Def-C/cell_cycle.html. 15 Desember 2012.2. University of York Science Education Group Staff, Nuffield Curriculum Centre Staff. Salters Nuffield advanced biology AS student book. United Kingdom: Pearson Education; 2008.3. Ann F. Biology AS student book. United Kingdom: Pearson Education; 2008.4. Cell division, mitosis and meiosis. Bios 100 Lecture Material Online. 2004. Diunduh dari http://www.uic.edu/classes/bios/bios100/lecturesf04am/lectures_f04am.htm. 19 Desember 2012.Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana (UKRIDA) 9