Siklus Sel: Tahapan dan Fase dalam Diri Manusia

Siklus Sel – Halo Sahabat Gramedia, apakah kalian tahu jika siklus sel memungkinkan makhluk hidup berkembang biak, tumbuh kembang, dan menyembuhkan luka? Yuk, belajar mengenai tahapan atau fase siklus sel dalam tubuh manusia di artikel ini.

Ada satu kegiatan penting yang selalu terjadi di dalam tubuh kita dan mungkin tidak terlalu kita sadari. Apakah kalian tahu bahwa sel-sel yang ada di dalam diri kita terus mengalami pertumbuhan? Sel-sel baru senantiasa bermunculan dan ada sel-sel yang harus dikorbankan. Kegiatan ini disebut dengan istilah siklus sel.

Sejak kita masih berada di dalam kandungan, tubuh terus mengalami perubahan, mulai dari bentuknya yang masih antah-berantah hingga terus mengalami perubahan sampai menjadi bentuk manusia sempurna. Setelah lahir, kita terus tumbuh, dari yang awalnya hanya beberapa puluh sentimeter saat dilahirkan bisa tumbuh sampai lebih dari satu meter. Saat tubuh mengalami luka, sel-sel juga ikut bekerja untuk menutup luka di tubuh kita.

Semua itu tak akan bisa terjadi seandainya sel yang ada dalam tubuh tidak mengalami perkembangan. Sel-sel terus memproduksi sel baru dengan cara membelah dirinya. Tanpa adanya siklus sel tersebut, manusia tidak akan tumbuh dan luka-luka tidak akan pernah sembuh. Reproduksi pun tidak mungkin terjadi, bahkan mungkin manusia sudah sejak dahulu kala mengalami kepunahan. Itulah yang menyebabkan siklus sel penting bagi kita.

Perlu ditekankan bahwa siklus sel ini sangat penting bagi kelangsungan hidup dan peradaban manusia. Selanjutnya, akan dijelaskan mengenai fase siklus sel manusia. Sudah siap? Simak baik-baik dan selamat membaca.

Pengertian Siklus Sel

Siklus sel adalah fungsi sel yang paling mendasar berupa duplikasi akurat sejumlah besar asam deoksiribonukleat atau lebih dikenal dengan singkatan DNA (bahasa Inggris: deoxyribonucleic acid) di dalam kromosom, yang kemudian memisahkan hasil duplikasi tersebut hingga terjadi dua sel baru yang identik.

Siklus sel yang berlangsung kontinu dan berulang (siklik), disebut proliferasi. Keberhasilan sebuah proliferasi membutuhkan transisi unidireksional dan teratur dari satu fase siklus sel menuju fase berikutnya. Jenjang reaksi kimia organik yang terjadi seyogianya diselesaikan sebelum jenjang berikutnya dimulai. Sebagai contoh, dimulainya fase mitosis sebelum selesainya tahap replikasi DNA akan menyebabkan sel tereliminasi.

Jenjang reaksi yang terjadi di dalam siklus sel sangat mirip dengan relasi substrat-produk dari sebuah lintasan metabolik. Produk dari sebuah jenjang reaksi akan berfungsi sebagai substrat di jenjang berikutnya. Demikian pula dengan laju reaksi jenjang yang pertama akan menjadi batas maksimal laju reaksi di jenjang berikutnya.

Transisi antara jenjang reaksi ditentukan oleh lintasan pengendali ekstrinsik dan intrinsik yang terdiri atas beberapa cekpoin, sebagai konfirmasi selesainya reaksi di suatu jenjang sebelum jenjang berikutnya dimulai. Kedua lintasan kendali dapat memiliki cekpoin yang sama.

Lintasan kendali instrinsik akan menentukan setiap tahap berjalan sebagaimana mestinya. Fase S, G2, dan M di dalam sel mamalia dikendalikan oleh lintasan ini, sehingga waktu yang diperlukan untuk fase tersebut tidak jauh bervariasi antara satu sel dengan sel lain.

Lintasan kendali ekstrinsik akan berfungsi sebagai respon terhadap kondisi di luar sel atau telisik defisiensi sel. Defisiensi lintasan kendali intrinsik sering kali menyebabkan kanker. Penyimpangan protein yang mengendalikan cekpoin siklus fase sering ditemukan pada penderita kanker.

Sederhananya, siklus sel adalah siklus kehidupan sebuah sel. Siklus ini bertujuan untuk perkembangan dan pertumbuhan dari sel itu sendiri. Siklus sel diawali dengan pembelahan sebuah sel induk (mother cell) dan diakhiri dengan terbentuknya sel anak (daughter cells) atau kematian sel.

Fase yang Terjadi di Siklus Sel

Gambar skematik fase siklus sel yang dikendalikan oleh enzim CDK.

Pada sel prokariota yang tidak memiliki inti sel, siklus sel terjadi melalui suatu proses yang disebut pembelahan biner, sedangkan pada sel eukariota yang memiliki inti sel, siklus sel terbagi menjadi dua fase fungsional, yaitu fase S dan M serta fase persiapan G1 dan G2.

1. Fase S (Sintesis)

Fase ini merupakan tahap terjadinya replikasi DNA. Pada umumnya, sel tubuh manusia membutuhkan waktu sekitar delapan jam untuk menyelesaikan tahap ini. Hasil replikasi kromosom yang telah utuh segera dipilah bersama dengan dua nuklei masing-masing guna proses mitosis pada fase M.

2. Fase M (Mitosis)

Interval waktu fase M kurang lebih satu jam. Tahap ini terjadi pembelahan sel, baik pembelahan biner atau pembentukan tunas. Pada mitosis, sel membelah dirinya membentuk dua sel anak yang terpisah. Dalam fase M terjadi beberapa jenjang fase, yaitu:

• Profase, yaitu fase terjadinya kondensasi kromosom dan pertumbuhan pemintalnya. Pada saat ini kromosom terlihat di dalam sitoplasma.
• Prometafase, yaitu fase ketika sampul inti sel terlarut dan kromosom yang mengandung dua kromatid mulai bermigrasi menuju bidang ekuatorial (piringan metafase).
• Metafase, yaitu kondensasi kromosom di bidang ekuatorial mencapai titik puncaknya.
• Anafase, yaitu tiap sentromer mulai terpisah dan tiap kromatid dari masing-masing kromosom tertarik menuju pemintal kutub.
• Telofase, yaitu kromosom di tiap kutub mulai mengalami dekondensasi, yang diikuti dengan terbentuknya kembali membran inti sel dan sitoplasma perlahan mulai membelah.
• Sitokinesis, yaitu pembelahan sitoplasma selesai setelah terjadi oleh interaksi antara pemintal mitotik, sitoskeleton aktomiosin, dan fusi sel yang menghasilkan dua sel anak identik.

3. Fase G (Gap)

Fasa G yang terdiri atas G₁ dan G₂ adalah fase sintesis zat yang diperlukan pada fase berikutnya. Pada sel mamalia, interval fase G₂ sekitar 2 jam, sedangkan interval fase G₁ sangat bervariasi antara enam jam hingga beberapa hari. Sel yang berada di fase G₁ terlalu lama, dikatakan berada di fase G₀ atau “quiescent”.

Pada fase ini, sel tetap menjalankan fungsi metabolisnya dengan aktif, tetapi tidak lagi melakukan proliferasi secara aktif. Sebuah sel yang berada pada fase G₀ dapat memasuki siklus sel kembali atau tetap berada di fase tersebut hingga terjadi apoptosis. Pada umumnya, sel orang dewasa berada di fase G₀. Sel tersebut dapat masuk kembali ke fase G₁ oleh stimulasi antara lain perubahan kepadatan sel, mitogen atau faktor pertumbuhan, serta asupan nutrisi.

4. Interfase

Interfase merupakan sebuah jeda panjang antara satu mitosis dengan yang lain. Jeda tersebut termasuk fase G₁, S, dan G₂.

Transisi Fase yang Terjadi di Siklus Sel

Aktivitas seluler yang terjadi di cekpoin tidak dapat berlangsung tanpa enzim intraselular yang disebut dengan cyclin-dependent kinase (CDK). Holoenzim CDK aktif terdiri atas sub-unit katalitik dan sub-unit kendali siklin. Tiap siklin disintesis pada tahap terkait dari fase siklus sel.

Sebagai contoh, siklin E disintensis pada akhir fase G₁ hingga awal fase S, sedangkan siklin A disintesis sepanjang interval fase S dan G₂, dan siklin B disintesis sepanjang fase G₂ dan M. Oleh sebab itu, sub-unit katalitik tidak dapat teraktivasi hingga siklin yang diperlukan selesai disintesis. Ikatan yang dibentuk antara sub-unit siklin dan sub-uni katalitik membutuhkan proses fosforilasi pada treonina oleh enzim lain yang disebut CAK, yang terdiri atas siklin H dan CDK7.

Regulasi yang lain adalah deaktivasi CDK oleh fosforilasi domain pengikat ATP oleh enzim kinase yang lain. Deaktivasi tersebut dapat diaktivasi kembali oleh fosfatase dari jenis CDC25. Keberadaan protein inhibitor CDK juga merupakan bentuk regulasi terhadap CDK. Satu jenis penghambat CDK termasuk p21CIP1, p27KIP1, dan p57KIP2; sedangkan jenis yang lain menghambat siklin D/CDK4 atau siklin-6 CDK, antara lain p16INK4, p15INK4B, p18INK4C, dan p19INK4D.

Sintesis, aktivitas dan degradasi penghambat ini berada dalam regulasi yang merespon sinyal mitogenik dan antimitogenik, seperti sinyal parakrin dari TGF-β. Regulasi terhadap CDK di atas menentukan kecepatan terpicunya transisi fase dalam siklus sel, setelah CDK teraktivasi, transisi ke fase berikutnya akan segera terjadi, walaupun jenjang reaksi pada fase berlangsung, belum selesai.

1. Transisi G₀ ke G₁

Fase transisi dari fase G₀ ke fase G₁ disebut dengan fase prima atau fase kompetensi replikatif, pada hepatosit, fase prima dipicu oleh sekresi sitokina IL-6 dan TNF-α oleh sel Kupffer yang menyebabkan hepatosit kehilangan sebagian massanya. Potensi proliferasi hepatosit setelah kehilangan sebagian massanya. Berbagai protein disintesis pada fase G₁ setelah sel meninggalkan fase G₀, beberapa ribosom baru dibuat untuk mempercepat sintesis protein.

Sejumlah protein yang dihasilkan berupa enzim untuk mengembalikan fungsi metabolik yang hilang saat sel berada pada fase G₀, seperti enzim yang dibutuhkan untuk sintesis isoprenoid, zat yang diperlukan untuk aktivitas onkogen ras dan sintesis poliamina, yang mempunyai banyak fungsi termasuk menyediakan ikatan ionik dengan asam nukleat.

Onkogen ras disintesis sebagai protein prekursor dan membutuhkan proses setelah translasi sebelum dapat menjadi aktif dan melakukan transformasi sel. Enzim lain yang berperan dalam sintesis DNA, seperti timidina kinase, DNA polimerase dan histon juga dihasilkan ribosom pada fase G₁.

2. Transisi ke Fase S

Transisi ke fase S dari fase G₁ dikendalikan oleh dua buah cekpoin, yaitu “kompetensi” dan “restriksi” yang terletak sekitar 12 dan 2 jam sebelum fase S dimulai. Paling tidak diperlukan tiga faktor pertumbuhan untuk melewati dua cekpoin ini, yaitu PDGF, EGF, dan IGF-1.

Pencerap faktor pertumbuhan merupakan protein kompleks yang terbentak seluas membran sel dengan domain yang dapat mengenali faktor pertumbuhan di dalam periplasma dengan sangat khusus. Ligasi yang terjadi dengan ligan akan menginduksi transmisi sinyal ke dalam sitoplasma melalui aktivasi enzim tirosina kinase.

Sinyal sitoplasmik yang disebut “kurir sekunder”, dapat berupa berbagai protein yang telah mengalami fosforilasi oleh enzim kinase, seperti molekul kecil inositol fosfatase dan AMP; atau ion, seperti Ca²⁺, H⁺, dan Zn²⁺; kemudian diteruskan oleh menuju inti sel. Gen kemudian teraktivasi di dalam inti sel sebagai respon terhadap “kurir sekunder” ini.

3. Fase S

Pada eukariota, berbagai aktivator (bahasa Inggris: multiple points of origin) diperlukan sebagai persiapan untuk memasuki fase S guna melakukan replikasi DNA, pada prokariota hanya terdapat aktivator tunggal. Fase S dimulai dengan terjadinya paparan pulsa (bahasa Inggris: pulse exposure) dengan [³H] timidina pada sel, kemudian terjadi paparan lanjutan (bahasa Inggris: chase procedure) non-radioaktif dengan timidina “dingin”. Kedua prosedur tersebut menghasilkan beberapa titik replikasi yang mulai tampak terjadi pada beberapa kromosom pada rantai ganda DNA.

Pada titik replikasi, rantai ganda DNA memisahkan diri menjadi dua untai tunggal, sehingga tampak seperti garpu. Pada tiap untai, terjadi sintesis untai DNA yang baru, dengan dimulai oleh molekul primer, atau molekul oligonukleotida pendek, dan diikuti oleh molekul-molekul lain dengan enzim DNA polimerase, membentuk rantai ganda DNA yang baru.

Molekul primer itu disebut RNA primer, yang disintesis dengan enzim RNA polimerase atau dikenal sebagai enzim primase, dari RNA tertentu yang bersifat komplemen dengan salah satu area kromosom pada untai DNA. Primosom merupakan sebutan bagi seluruh kompleks yang berikatan dengan RNA primer.

Polimerisasi untai DNA yang baru bergerak dari tiap-tiap primosom pada titik 5′ untai baru ke titik 3′ untai baru. Untai baru yang bergerak dengan arah dari titik 3′ untai induk ke 5′ untai induk disebut untai awal, sedangkan untai baru yang bergerak sebaliknya disebut untai akhir. Untaian DNA baru dari RNA primer hingga tepat sebelum RNA primer berikutnya disebut fragmen Okazaki, sesuai nama ilmuwan Reiji Okazaki yang pertama kali berhasil mengamati proses polimerasi pada replikasi DNA.

Saat polimerasi untai DNA yang baru menyentuh RNA primer pada fragmen Okazaki berikutnya, aktivitas eksonuklease enzim DNA polimerase akan menghancurkan RNA primer pada fragmen tersebut untuk meneruskan untai polimernya hingga menyentuh untai polimer berikutnya, setelah itu enzim DNA ligase akan menyambung kedua untai polimer itu menjadi satu. Titik 5′ merupakan letak gugus 5′ fosfat, sedang titik 3′ merupakan letak gugus 3′ OH dari molekul gula deoksiribosa. Ikatan yang terjadi antara kedua gugus ini disebut ikatan fosfodiester.

Polimerasi untai DNA yang baru terhenti hingga bagian ujung kromosom yang disebut telomer. Pada bagian ini, enzim telomerase akan menyambung untaian tersebut dengan deretan molekul RNA sebagai penanda antar kromosom. Pada manusia, berkas yang disisipkan antar kromosom adalah TTAGGG. Penelitian terakhir menunjukkan bahwa rentang telomer pada manusia lambat laun menjadi lebih pendek dengan pertambahan usia, pengamatan ini membuahkan teori penuaan telomer yang masih diteliti hingga saat ini.

Tujuan Siklus Sel

Sebelumnya telah dijelaskan di awal jika siklus sel ini penting bagi kita. Nah, sekarang akan kami buat ringkasan untuk kalian agar lebih enak dan membaca dan memahaminya.

1. Reproduksi

Siklus sel pada reproduksi sel memiliki tujuan yang penting untuk menjaga kelestarian makhluk hidup. Jadi, sel-sel yang berkaitan dengan sistem reproduksi akan mengalami pembelahan secara meiosis untuk makhluk hidup yang berkembang biak secara seksual dan mitosis untuk yang aseksual. Dalam diri manusia, kalau laki-laki ada sperma, sedangkan wanita ada ada sel telur. Nah, sifat yang diwariskan di  meiosis itu hanya setengah dari sel induknya saja.

2. Pertumbuhan dan Perkembangan

Ingat, tumbuh dan berkembang itu berbeda!. Sel yang tumbuh berarti membelah diri untuk jadi lebih banyak, sedangkan berkembang berarti sel tersebut yang sebelumnya bertugas mengalami perkembangan ke tugas yang lain, misalnya sel yang bertransformasi menjadi sel neuron dan sel epitel.

3. Perbaikan dan Regenerasi

Saat kita tertidur lelap pada malam hari, sel-sel yang ada dalam tubuh sibuk memperbaiki diri dan beregenerasi. Itulah yang membuat kita tidak disarankan untuk begadang. Soalnya kalau begadang bisa membuat regenerasi sel ditunda.

Nah begitulah siklus yang dialami sel di dalam tubuh kita dan makhluk-makhluk hidup lain. Binatang, tanaman, manusia, dan semua makhluk hidup mengalaminya. Hanya saja mungkin memang sukar untuk disaksikan karena ukuran sel yang sangat kecil, sehingga sulit untuk dilihat menggunakan mata telanjang.

Rekomendasi Buku & Artikel Terkait