Sedikit tentang Pertumbuhan Sel

Sel diproduksi dengan penggandaan organel-organel di dalamnya kemudian melakukan pembelahan. Pada hewan atau tumbuhan tingkat tinggi, pembelahan sel dibutuhkan untuk menggantikan sel-sel yang telah usang (rusak). Pada sorang manusia dewasa diproduksi berjuta-juta sel tiap detiknya agar kondisinya tetap normal, dan jika semua pembelahan sel tertahan (misalnya oleh radiasi ion yang tinggi), dia akan mati hanya dalam beberapa hari saja. 
 

Penggandaan pada sebagian besar unsur pokok dalam sel tidak membutuhkan untuk dikontrol secara tepat. Jika terdapat banyak tiruan dari molekul atau organel, jumlahnya dapat diperkirakan, yaitu dua kali jumlah semula, dalam satu siklus pembelahan, induk sel memberikan kurang-lebih separuh bagian untuk setiap anak sel. 

Tapi paling tidak ada satu pengecualian yang jelas, yaitu: DNA pasti selalu digandakan secara tepat kemudian dibagi secara tepat pula diantara kedua anak sel yang dihasilkan dari prose pembelahan dan hal itu membutuhkan mekanisme khusus. Dalam pendiskusian siklus sel, terkadang terdapat kesulitan untuk membedakan antara siklus kromosom dan siklus paralel sitoplasma. Di dalam siklus kromosom, sintesis DNA, yang mana DNA inti digandakan, dilanjutkan oleh mitosis, dimana tiruan dari penggandaan genom dipisahkan. Dalam siklus sitoplasmik, sel berkembang, dimana banyak komponen sel jumlahnya digandakan, dilanjutkan dengan sitokinesis, dimana seluruh sel dibagi menjadi dua.

Kita memulai bagian ini dengan mendiskusikan koordinasi dan kontrol dari siklus yang saling bergantung. Kita meneliti mekanisme-mekanisme yang memastikan bahwa seluruh DNA inti melakukan replikasi sebanyak satu kali dan hanya satu kali dalam proses pembelahan sel. Dan kita menganggap bagaimana kejadian dari siklus kromosom dihubungkan dengan siklus sitoplasmik. Kita kemudian mengeksplor regulasi dari pembagian sel dalam hewan multi selular dengan menggunakan faktor-faktor yang ada di dalam ligkungan sel-sebuah topik yang telah menjelaskan secara gamblang bagi penelitian kanker tingkat lanjut. Akhirnya kita mendiskusikan tanggapan mekanisme molekul dalam mitosis dan sitokinesis. Pada dua proses tersebut menunjukkan bahwa sentrosom benar-benar dapat diwariskan dan digandakan secara tepat untuk membentuk dua kutub dalam kumparan mitosis. Siklus sentrosom dapat dianggap sebagai komponen ketiga di dalam siklus sel. 

Tahapan-tahapan Siklus Sel dan Hubungannya.

Pembelahan sel eukaryot dapat diamati dibawah mikroskop. Pada peristiwa mitosis kromosom di dalam nukleus mengalami kondensasi sehingga kromosom tersebut dapat diamati, kemudian kromosom tersebut mengganda menjadi dua set kromosom yang sama. Kemudian, terjadi peristiwa sitokinesis, yaitu sel itu sendiri membelah menjadi dua sel anak, yang masing-masing memiliki satu set kromosom. Karena mitosis dan sitokinesis begitu mudah untuk diamati, sehingga mitosis dan sitokinesis menjadi fokus awal ketertarikan bagi seorang peneliti. Dua hal ini, bagaimanapun juga,saling mengisi hanya dalam waktu yang singkat, yang dikenal sebagai fase M (mitosis) dalam siklus perkembangbiakan selama waktu yang melewati antara satu fase M and fase berikutnya disebut sebagai interfase. Interfase terlihat ketika diamati menggunakan mikroskop, pada fase ini seolah-olah tak banyak terjadi aktivitas di dalam sel, padahal secara pelan-pelan sel tumbuh mengem bangkan ukuran. Sebagian besar teknik yang lain menyatakan bahwa interfase merupakan masa persiapan sel menuju pembelahan, pada masa ini disiapkan tahapan-tahapan menuju pembelahan sel tersebut. Pada bagian ini, kita akan membahas bagaimana tahapan-tahapan padainterfase dapat diketahui dan bagaimana langkah-langkah pada siklus sel saling terhubung. 

Penggandaan DNA Inti Terjadi pada Sebagian Waktu Interfase

Pada sebagian besar sel, DNA inti mengganda pada suatu bagian yang terbatas dari interfase; periode pembentukan DNA ini dinamakan Fase S dari siklus sel. Antara berakhirnya fase M dengan dimulainya sintesis DNA memiliki interval atau jeda yang dinamakan fase G₁ (Gap/jarak), sedangkan interval kedua dinamakan fase G₂ yaitu jeda antara berakhirnya proses sintesis DNA dengan dengan dimulainya fase M. Interfase terdiri atas fase G_1,, S dan G₂, dan secara umum fase ini terjadi sebanyak 90% atau lebih dari total waktu siklus sel.

Gambar 1. Empat urut-urutan fase yang terjadi pada siklus sel eukariyot. Setelah fase M yang terdiri dari fase mitosis dan sitokinesis sel anak akan memulai interfase pada siklus sel yang barikutnya. 

Waktu dari sintesis DNA pada siklus sel pertama kali ditubjukkan pada awal 1950an dengan menggunakan teknik autoradigrafi untuk menandai sel tertentu yang sedang mensintesis DNA. Metode standar yang digunakan adalah menggunakan ³H-timidin, yaitu procusor radioaktif yang digunakan setiap sel dalam sintesis DNA. ³H-timidin ini dapat diinjeksikan kedalam sel hewan untuk mempelajari proses pembelahan sel di dalam jaringan atau menambahnya ke dalam medium kultur sel. Untuk masalah yang tadi, jaringan dilepas dari hewannya pada beberapa saat setelah penyuntikan ³H-timidin, kemudian dilakukan autoradiografi. Sel yang sedang melakukan sintesis DNA yang ditandai dengan adanya labeling period (sedang berada di dalam fase S) diketahui dengan adanya bintik-bintik perak yang terdapat disekitar inti sel. Dari bagian sel yang tertandai, dalah hal ini periode setelah pembukaan sel hewan oleh ³H-timidin, dan dengan penghitungan sel tersebut berada dalam fase M, hal ini memungkinkan untuk mengetahui bahwa sel memiliki 4 fase berbeda yang memiliki durasi yang berbeda pula. 

Gambar 2. Autoradiograf dari sel yang diberi ³H-timidin. Munculnya bintik-bintik perak di sekitar inti sel (area nerwarna hitam) mengindikasikan bahwa sel mengandung ³H-timidin pada DNAnya. 

Siklus Sel Lebih Mudah Diamati Melalui Kultur

Adalah sulit jika kita harus menganalisa mekanisme yang terjadi dalam siklus sel pada jaringan lengkap yang masih berada di dalam hewanlengkap. Untuk mengamati mekanisme tersebut akan lebih mudah jika dilakukan pada kuktur sel. Dengan kultur, memungkinkan kita untuk mengamati 1 sel saja, mulai dari bagaimana dia tumbuh, berkembang dan membelah, juga kita dapat menghitung langsung berapa lamanya fase-fase dalam siklus sel. Sintesis DNA pada sel yang dikultur juga dapat dideteksi sebagaimana pada sel hewan yang lengkap, sebagaimana diterangkan di atas. Selain itu perkembangan siklus sel dapat diikuti dengan mengukur keadaan DNA di dalamnya, hal ini dapat difasilitasi dengan menggunakan “fluorescence-activated cell analizer” yaitu suati teknik fluoresensi sehingga DNA berpendar di tempat gelap sehingga dengan mudah dapat diamati. 

Gambar 3. Hasil yang didapatkan dari pengamatan pertumbuhan populasi sel dengan menggunakan bantuan Fluoresense. 

Analisis siklus sel lebih lanjut menggunakan populasi kultur sel dalam jumlah besar yang mana semuanya berada di fase yang sama dalam siklus sel. Untuk membuat kultur sel dengan fase yang sama dapat dilakukan dengan berbagai cara. Salah satu teknik tua yaitu dengan memberikan obat kepada sel yang dapat menghambat perkembangan pada tahap-tahap tertentu dalam siklus sel dan menghentikan perkembangan sel, jadi ketika penghalang tersebut dilepaskan sel dapat melanjutkan pertumbuhannya secara bersama-sama, sehingga didapatkan kultur sel dengan fase yang sama. 

Gambar 4. Metode yang biasa dipakai untuk membuat kultur sel hewan dengan fase yang sama. Sel-mitotic dikumpulkan dan dipindahkan ke tempat lain sehingga sel yang tersisa hanya sel dalam fase interfase.

Pengaktivan Sintesis DNA dengan Perubahan pada Sitoplasma:

Pengaktivan Fase-S

Pada penggabungan dua kultur sel yang berbeda fase pertumbuhannya, dapat terjadi penggabungan antara satu sel dengan sel yang lainnya. Hasilnya adalah informasi yang luar biasa.

Ketika sel dengan fase S menyatu (fusi) dengan sel pada fase G₁ tahap awal, inti dari sel G₁ dengan cepat memulai untuk melakukan replikasi DNA. Terang saja nukleus sel G₁ sudah siap untuk melakukan replikasi namun pada sel yang masih dalam tahap G₁ (dalam keadaan normal) belum tersedia sinyal yang dibutuhkan untuk mengaktifkan sintesis DNA. Sedangkan sel fase-S memiliki sinyal tersebut secara melimpah di sitoplasmanya. Sehingga antara sel G₁ dengan sel fase-S terbentuk semacam batas diantara keduanya.

Berbeda dengan ketika yang bergabung adalah antara sel fase-S dengan sel G₂, pada sel G₂ telah tersedia sinyal untuk sintesis DNA sehingga proses sintesis DNA dapat terus berjalan selama fusi. 

Gambar 5. Hasil dari penggabungan sel mamalia antara dua sel pada fase yang berbeda-beda.

Semua Genom Mengalami Replikasi Satu kali dan Hanya Satu Kali pada Setiap Siklus

Dalam satu siklus sel genom mengalami replikasi hanya satu kali saja. Setiap nukleotida di dalam DNA hanya akan didreplikasi satu kali saja, sehingga dihasilkan dua set genom yang sama. Proses replikasi ini juga terjadi hanya satu kali di dalam stu siklus sel. DNA yang telah direplikasi kemudian akan dibagi merata pada dua sel anak yang dihasilkan. 

Penundaan Sinyal untuk Persiapan Mitosis Sampai Tuntasnya Replikasi DNA

Nukleus yang sudah melewati fase-S dan memasuki fase G₂ secara normal kromosomnya dalam keadaan terkondensasi dan segera melakukan mitosis beberapa waktu setelahnya. Ketika sintesis DNA sengaja dihalangi, bagaimanapun juga mitosis akan tertunda sampai penghalang sintesis DNA tersebut dihilangkan sehingga sintesis DNA dapat terselasaikan. Begitu juga jetika sel G₂ digabungkan dengan sel fase-S, sel G₂ akan menunda terjadinya mitosis sampai sel fase-S mencapai fase yang sama dan telah sama-sama siap melakukan mitosis. Pada penelitian dengan menggunakan radiasi sehingg terjadi kerusakan pada sel G₂, sel G₂ tersebut tidak segera melakukan mitosis tetapi masih menyelesaikan kerusakannya, kemudian setelah beres, baru melakukan mitosis. 

Fase-M Promoting Factor sebagai Pemicu Peristiwa Mitosis

Dalam proses hilangnya sinyal penundaan mitosis, tidak terjadi semata-mata karena sel itu sendiri melainkan karena adanya faktor lain dari sitoplasma. Sel pada fase G₂ memiliki periode tertentu untuk persiapan mitosis, yang mana disana terjadi penghilangan faktor penunda mitosis. 

Ketika sel fase-M berfusi dengan sel pada interfase, misalnya G_1, S, atau G₂ nukleus yang berada dalam fase interfase segera menuju fase-M, mengalami kondensasi kromosam lalu bersiap untuk membelah, namun pada beberapa kasus, yaitu pada sel fase G₂ atau fase-S, hal ini merupakan bencana dalam siklus pembelahannya. Tidak demikian pada sel fase-M, pada sel ini sitoplasmanya mengandung MPF (M-phase Promoting Faktor) yang kuat sehingga membuat nukleus dapat berada pada berbagai fase. 

 Gambar 6. Kondensasi yang terlalu dini yang terjadi pada kromosom interfase hasil fusi antara sel marsupial dalam fase interfase dan sel manusia dalam fase mitosis.