CELL CYCLE AND ITS CONTROL: Molecular Mechanism For Regulating Mitotic Events Oleh: Laili Munawarah
Pembelahan Sel
Kelangsungan hidup didasarkan pada reproduksi sel, atau pembelahan sel. Pada organisme uniseluler, pembelahan satu sel untuk menghasilkan keseluruhan organisme itu kembali, Organisme multiseluler bergantung pada tujuan untuk pengembangan dari sel yg telah dibuahi, pertumbuhan dan perbaikan (jaringan). Pembelahan sel merupakan bagian tak terpisahkan dari siklus sel, krn kehidupan sel berasal dr bagian pembelahan itu sendiri.
Hasil Pembelahan Sel
Kebanyakan hasil pembelahan sel menghasilkan sel anak dengan informasi genetik (DNA) yang identik. Pengecualian terjadi pada meiosis, suatu jenis khusus pembelahan yang dapat menghasilkan gamet (sperma dan sel telur).
Materi Genetik
Semua DNA dalam sel merupakan genom sel. Sebuah genom dapat terdiri dari satu molekul DNA (sel prokariotik) atau sejumlah molekul DNA (sel eukariotik). Molekul DNA dalam sel disimpan dalam kromosom. Kromosom pada eukariotik terdiri dari kromatin; DNA kompleks dan protein yang terbentuk selama pembelahan sel Setiap organisme eukariotik memiliki sejumlah karakteristik kromosom di setiap inti sel.
Figure 12.3 Eukaryotic chromosomes.
20 m
Penyebaran Kromosom selama Pembelahan Sel pada Eukariotik
Tahap persiapan pembelahan sel, DNA direplikasi dan kromosom memadat. Setiap kromosom diduplikasi memiliki dua kromatid (salinan kromosom asli yg bergabung), yang memisahkan diri selama pembelahan sel. Sentromer adalah bagian sempit dari kromosom yg digandakan, di mana dua kromatid saling melekat. Selama pembelahan sel, dua kromatid dari masingmasing kromosom diduplikasi scr terpisah dan pindah ke dua inti. Setelah terpisah, kromatid disebut kromosom.
Figure 12.4 A highly condensed, duplicated human chromosome (SEM).
Sister chromatids
Centromere
0.5 m
Figure 12.5
Chromosomes 1
Chromosomal DNA molecules
Centromere
Chromosome arm Chromosome duplication (including DNA replication) and condensation 2
Sister chromatids Separation of sister chromatids into two chromosomes 3
Fase-Fase Siklus Sel Siklus sel terdiri dari: Mitosis (M) fase (mitosis dan sitokinesis). Interfase (pertumbuhan sel dan penyalinan kromosom untuk persiapan pembelahan sel). Interfase (sekitar 90% dari siklus sel) dapat dibagi menjadi subfase: -Fase G1 (“jeda pertama") -Fase S ("sintesis") -Fase G2 (“jeda kedua") Sel tumbuh selama tiga fase, tetapi kromosom diduplikasi hanya selama fase S.
Figure 12.UN01
INTERPHASE
Cytokinesis
G1
Mitosis
S G2
MITOTIC (M) PHASE
Prophase Telophase and Cytokinesis Anaphase
Prometaphase Metaphase
Figure 12.6
INTERPHASE
S (DNA synthesis)
G1
si s
i s ne
( M)
M ito
i k o t y MI T C OTI PHA C SE
s
G2
Mitosis
Mitosis secara konvensional dibagi menjadi lima fase: -Profase -Prometafase -Metafase -Anafase -Telofase Sitokinesis terjadi bersamaan dengan tahap terakhir dari mitosis.
Mitosis
Figure 12.7a
G2 of Interphase
Prophase
Prometaphase
Fragments Centrosomes of nuclear Nonkinetochore (with centriole Chromatin Early mitotic Aster envelope spindle microtubules (duplicated) pairs) Centromere
Plasma membrane Nucleolus Chromosome, consisting Nuclear of two sister chromatids envelope
Kinetochore
Kinetochore microtubule
Figure 12.7b
Metaphase
Anaphase
Metaphase plate
Spindle
Centrosome at Daughter one spindle pole chromosomes
Telophase and Cytokinesis Cleavage furrow
Nuclear envelope forming
Nucleolus forming
10 m
Figure 12.7c
G2 of Interphase
Prophase
Prometaphase
10 m
Figure 12.7d
Metaphase
Anaphase
Telophase and Cytokinesis
Mengenal Spindel Pada Mitosis
Spindel adalah struktur yang terbuat dari mikrotubulus yang mengontrol gerakan kromosom selama mitosis. Pada sel hewan, perakitan mikrotubulus dimulai di Sentrosom; pusat pengatur mikrotubula. Sentrosom bereplikasi selama interfase, membentuk dua sentrosome yang berpindah ke ujung-ujung sel selama profase dan prometaphase.
Selama prometaphase, beberapa mikrotubulus melekat ke kinetokor kromosom dan mulai menggerakkan kromosom. Kinetokor adalah protein kompleks yg berkaitan dengan sentromer. Pada metafase, semua kromosom berjajar di piringan metafase; struktur imajiner pada titik tengah antara dua kutub spindel.
Figure 12.8
Aster
Centrosome
Sister chromatids
Metaphase plate (imaginary) Microtubules
Chromosomes Kinetochores
Centrosome 1 m
Overlapping nonkinetochore microtubules Kinetochore
microtubules
0.5 m
Pada anafase, kromatid kembar berpisah dan bergerak sepanjang mikrotubulus kinetokor ke ujung sel berseberangan. Mikrotubulus diperpendek oleh depolimerisasi di masing-masing ujung kinetokor mereka.
Figure 12.9
EXPERIMENT Kinetochore Spindle pole
Mark
RESULTS
CONCLUSION Chromosome movement Microtubule Motor protein Chromosome
Kinetochore Tubulin subunits
Figure 12.9b
CONCLUSION Chromosome movement Kinetochore
Microtubule Motor protein Chromosome
Tubulin subunits
Mikrotubulus nonkinetokor dari kutub yang berlawanan saling tumpang tindih dan mendorong satu sama lain, memanjangkan sel. Pada telofase, inti sel anak yang identik terbentuk di ujung-ujung sel. Sitokinesis dimulai selama anafase atau telofase dan poros akhirnya dilepaskan.
Sitokinesis
Figure 12.10
(a) Cleavage of an animal cell (SEM)
Cleavage furrow
Contractile ring of microfilaments
100 m
(b) Cell plate formation in a plant cell (TEM)
Vesicles Wall of parent cell 1 m forming cell plate Cell plate New cell wall
Daughter cells Daughter cells
Figure 12.11
Nucleus
Chromatin condensing
Nucleolus
1 Prophase
Chromosomes
2 Prometaphase 3 Metaphase
Cell plate
4 Anaphase
10 m
5 Telophase
Pembelahan Biner pada Bakteri
Prokariota (bakteri dan archaea) berkembang biak dengan pembelahan biner Pada pembelahan biner, kromosom replikasi dan dua kromosom anak aktif bergerak terpisah. Membran plasma menjepit ke dalam, membagi sel menjadi dua.
Figure 12.12-4
Origin of replication E. coli cell
1 Chromosome replication begins. 2 Replication continues.
3 Replication finishes.
4Two daughter cells result.
Cell wall Plasma membrane Bacterial chromosome
Two copies of origin
Origin
Origin
Evolusi Mitosis
Karena prokariota berevolusi sebelum eukariota, mitosis mungkin diduga berevolusi dari pembelahan biner. Jenis protista tertentu menunjukkan pembelahan sel yang tampak seperti perantara antara pembelahan biner dan mitosis.
Figure 12.13
(a) Bacteria
Bacterial chromosome Chromosomes
(b) Dinoflagellates
Microtubules Intact nuclear envelope
(c)Diatoms and some yeasts
Kinetochore microtubule Intact nuclear envelope Kinetochore microtubule
(d) Most eukaryotes Fragments of nuclear envelope
Siklus Sel Eukariotik Diatur oleh Sistem Kontrol Molekuler
Frekuensi pembelahan sel bervariasi pada tiap jenis sel. Perbedaan ini terjadi akibat regulasi pada tingkat molekuler Sel-sel kanker dapat lolos pada kontrol biasa pada siklus sel -- sel kanker tidak diatur dgn sistem kontrol siklus sel biasa, kemungkinan sistem kontrol abnormal.
Bukti Sinyal Sitoplasmik
Siklus sel tampaknya didorong oleh sinyal kimia tertentu yg hadir dalam sitoplasma. Beberapa bukti untuk hipotesis ini berasal dari eksperimen di mana sel-sel kultur mamalia pada fase berbeda dari siklus sel yg menyatu untuk membentuk satu sel dengan dua inti.
Figure 12.14
EXPERIMENT Experiment 1
S
G1
S
S
Experiment 2
M
G1
RESULTS
M
M
When a cell in the SWhen a cell in the phase was fused M phase was fused with with a cell in G1, a cell in G1, the G1 the G1 nucleus nucleus immediately began mitosis—a spindle immediately entered the S phase—DNA formed and chromatin was synthesized. condensed, even though the chromosome had not been duplicated.
Sistem Kontrol untuk Siklus Sel
Peristiwa berurutan dari siklus sel diarahkan oleh sistem kontrol yang berbeda, yang mirip dengan sebuah jam. Sistem kontrol siklus sel diatur oleh kontrol internal dan eksternal. Jam ini memiliki “checkpoint” pos-pos pemeriksaan tertentu di mana siklus sel berhenti sampai sinyal lampu hijau diterima.
Figure 12.15
G1 checkpoint
Control system
G1
M
G2
M checkpoint G2 checkpoint
S
Pada sel kebanyakan, checkpoint G1 tampaknya menjadi yang paling penting. Jika sel menerima sinyal lampu hijau di checkpoint G1, biasanya akan menyelesaikan fase S, G2, dan M fase dan terjadi pembelahan. Jika sel tidak menerima sinyal lampu hijau, maka siklus berakhir, lalu beralih ke keadaan tidak membelah yg disebut fase G0
Figure 12.16
G0 G1 checkpoint
G1
G1
(a) Cell receives a go-ahead (b) Cell does not receive a signal. go-ahead signal.
The Cell Cycle Clock: Cyclins and CyclinDependent Kinases
Dua jenis protein regulator yang terlibat dalam kontrol siklus sel: cyclin dan cyclin-dependent kinase (Cdks) Aktivitas Cdks berfluktuasi selama siklus sel karena dikontrol oleh siklin, dinamakan demikian karena konsentrasi mereka bervariasi pada siklus sel. MPF (maturation-promoting factor) adalah cyclin-Cdk kompleks yang memicu bagian sel melewati checkpoint G2 ke fase M.
Figure 12.17a
M
G1
S
M
G2
G1
S
G2
M
G1
MPF activity Cyclin concentration
Time (a) Fluctuation of MPF activity and cyclin concentration during the cell cycle
G
Cdk Degraded cyclin Cyclin is degraded
M G2
G2 Cdk checkpoint MPF
Cy c l i n a c c u m u lation
S
1
Figure 12.17b
Cyclin
(b) Molecular mechanisms that help regulate the cell cycle
Stop and Go Signs: Internal and External Signals at the Checkpoints
Contoh dari sinyal internal adalah kinetokor tidak melekat pada mikrotubulus spindel dan mengirim sinyal molekul yang menunda anafase. Beberapa sinyal eksternal adalah faktor pertumbuhan, protein yang dilepaskan oleh sel-sel tertentu yg merangsang selsel lain membelah. Sebagai contoh, platelet-derived growth factor (PDGF); merangsang pemisahan sel fibroblast manusia dalam kultur.
Figure 12.18
1 A sample of human connective tissue is cut up into small pieces.
Scalpels
Petri dish
2Enzymes digest the extracellular matrix, resulting in a suspension of free fibroblasts.
3Cells are transferred to culture vessels.
Without PDGF
4 PDGF is added to half the vessels.
With PDGF
10 m
Sebuah contoh yang jelas dari sinyal eksternal adalah density-dependent inhibition, di mana kerumunan sel berhenti membelah. Kebanyakan sel-sel hewan juga menunjukkan anchorage dependence, di mana mereka harus melekat pada suatu substrat untuk membelah. Sel-sel kanker tidak menunjukkan adanya density-dependent inhibition maupun anchorage dependence.
Figure 12.19
Anchorage dependence
Density-dependent inhibition
Density-dependent inhibition
20 m (b) Cancer cells (a) Normal mammalian cells
20 m
Hilangnya Kontrol Siklus Sel pada Sel Kanker
Sel-sel kanker tidak merespon secara normal mekanisme kontrol tubuh. Sel-sel kanker mungkin tidak perlu faktor pertumbuhan untuk tumbuh dan membelah. -Mereka dapat membuat faktor pertumbuhan mereka sendiri -Mereka mungkin membawa sinyal faktor pertumbuhan tanpa kehadiran faktor pertumbuhan -Mereka mungkin memiliki sistem kontrol siklus sel yang abnormal
Kemajuan terbaru dalam memahami siklus sel dan sinyal siklus sel telah menyebabkan kemajuan dalam pengobatan kanker.
Terima Kasih Atas Perhatiannya
