pertumbuhan dan regenerasi sel serta faktor-faktor yang mempengaruhinya
DESCRIPTION
PPT Biologi Sel Tahun Ajar 2015/2016 (Created by Kelompok 3, Teknologi Bioproses Universitas Indonesia, Angkatan 2014)TRANSCRIPT
PERTUMBUHAN DAN
REGENERASI SEL SERTA FAKTOR-
FAKTOR YANG
MEMPENGARUHINYA Oleh: Kelompok 2
Adinda Kemala Eka (1406605742)
Desti Octavianthy (14065335860)
Dicky Irawan (1406563922)
Matthew Hardhi (1406567984)
Mauhibah Yumna (1406577650)
Siti Ambar Khalis (1406533434)
1. MEKANISME PEMBELAHAN
SEL PADA SEL PROKARIOTIK
BESERTA POLA
PERTUMBUHANNYA
Pembelahan Sel pada Prokariotik
Pembelahan pada sel prokariotik dikenal dengan pembelahan biner yang artinya
pembelahan ini berlangsung secara sederhana dan spontan. Proses pembelahan ini
juga dikenal dengan proses pembelahan amitosis. Amitosis artinya pembelahan
yang tidak melibatkan kromosom. Pembelahan biner adalah reproduksi aseksual
oleh pemisahan tubuh menjadi dua badan baru. Dalam proses pembelahan biner,
organisme menduplikasi materi genetik, atau asam deoksiribonukleat (DNA), dan
kemudian membagi menjadi dua bagian (sitokinesis), dengan masing-masing
organisme baru menerima satu salinan DNA. Pembelahan biner dapat ditemukan
pada sel bakteri, proses pertumbuhan sel, duplikasi materi genetik, pembagian
kromosom, dan pembelahan sitoplasma.
Selama pembelahan biner, molekul DNA tunggal bereplikasi
dan sel asli dibagi menjadi dua sel yang identik. Prosesnya
yaitu sebagai berikut :
Pembelahan biner dimulai dengan molekul tunggal DNA
mereplikasi dan kedua salinan melekat pada membran sel.
Selanjutnya, membran sel mulai tumbuh antara dua molekul
DNA. Setelah bakteri hampir menggandakan ukuran aslinya,
munculnya sekat diikuti oleh pertumbuhan dinding sel yang
melintang.
Sebuah dinding sel kemudian terbentuk antara dua molekul
DNA membagi sel asli menjadi dua sel anak yang identik.
(cont)
Pembelahan biner adalah metode utama reproduksi organisme
prokariotik. Pada protista, pembelahan biner sering dibedakan menjadi
jenis, seperti melintang atau longitudinal, tergantung pada sumbu
pemisahan sel. secara umum pembelahan melintang di beberapa
organisme, seperti cacing pita dan polip scyphostome, disebut Strobilasi.
Umumnya, hasil ini dalam bentuk rantai, disebut Strobilus, produk-
pembelahan proglottid dari cacing pita dan ephyrae dari ubur-ubur
Scyphozoan; setiap proglottid atau Ephyra dewasa pada gilirannya
dan memisahkan dari akhir Strobilus tersebut.
Pembelahan Biner
Pembelahan Biner
pada Sel Prokariotik
Pola Pertumbuhan Sel Prokariotik
Pembelahan biner berlangsung dengan interval yang teratur dengan
penambahan atau kelipatan secara eksponensial. Pada setiap pertumbuhan
bakteri dalam suatu medium terdapat fase-fase atau tahapan
pertumbuhan, tahapan tersebut antara lain fase lag, fase eksponensial, fase
stasioner dan fase kematian.
Lag Phase
Fase lag adalah kondisi dimana bakteri baru saja
di inokulasikan atau dibiakan dalam medium. Pada
fase ini bakteri belum melakukan pembelahan,
tetapi terjadi peningkatan massa volume, sintesis
enzim, protein, RNA dan peningkatan aktifitas
metabolik. Pada fase tersebut bakteri lebih banyak
melakukan adaptasi dengan lingkungan.
Log Phase
Fase eksponensial adalah fase dimana bakteri
melakukan pembelahan secara biner dengan jumlah
kelipatan (eksponensial). Pada fase ini, terjadi
lonjakan peningkatan jumlah biomassa sel, sehingga
bisa diketahui seberapa besar terjadi pertumbuhan
secara optimal dan tingkatan produktifitas
biomassa sel.
Stationary Phase
Stationary phase adalah fase dimana bakteri sudah
tidak melakukan pembelahan lagi.
Ada 3 penyebab utama yang menyebabkan fase
tersebut, yaitu :
- Ketidaktersediaan nutrient,
- Penumpukan metabolit penghambat dan produk
akhir,
- Kekurangan ruang gerak.
Death Phase
Fase kematian adalah fase
dimana akan terjadi
pengurangan jumlah sel bakteri
yang hidup.
Pembelahan bakteri dapat
ditentukan dalam hitungan
waktu.
Pembelahan (waktu) bakteri
tergantung pada :
1. jenis dan strain bakteri
2. faktor lingkungan,
a. nutrient
b. pH
c. temperature
d. kelembaban
Ada beberapa contoh bakteri
yang membelah dengan satuan
waktu, misalnya :
a. E. coli 17 menit.
b. Staphylococcus aureus 27-30
menit
c. Treponema pallidum 1980
menit.
Dengan demikian pertumbuhan
bakteri berdasarkan waktu bisa
diperkirankan.
Contoh Pola Pertumbuhan Bakteri
Konsep pertumbuhan bakteri
Istilah pertumbuhan pada bakteri dan mikroorganisme lain
biasanya mengacu pada perubahan di dalam hasil panen sel
(pertambahan total massa sel) dan bukan perubahan individu
organisme. Jadi bila kita mulai dengan satu bakteri tunggal,
maka populasi bertambah secara geometric:
1 2 4 8 16 32 ….
Selang waktu yang dibutuhkan bagi sel untuk membelah
diri atau untu populasi menjadi dua kali lipat dikenal sebagai
waktu generasi. Akan tetapi, tidak semua spesies bakteri
mempunyai waktu generasi yang sama.
Daur pertumbuhan normal (kurva pertumbuhan)
Andaikanlah satu bakteri tunggal diinokulasikan pada suatu
medium dan memperbanyak diri dengan laju yang konstan.
Kita dapat memetakan data tersebut dengan dua cara
(logaritma jumlah bakteri terhadap waktu, dan jumlah bakteri
terhadap waktu). Namun, ini tidak mewakili pola pertumbuhan
yang normal, yaitu fase pertumbuhan eksponensial atau
logaritma (biasanya disebut fase log). Disini, populasi
bertambah secara teratur, menjadi dua kali lipat pada interval
waktu tertentu (waktu generasi) selama inkubasi. Pertumbuhan
ini disebut juga pertumbuhan seimbang.
Pengukuran kuantitatif pertumbuhan
Kita telah melihat bahwa istilah pertumbuhan sebagaimana digunakan
pada bakteri mengacu pada perubahan dalam populasi total dan
bukannya perubahan dalam suatu individu organisme saja.
Beberapa ciri pertumbuhan bakteri pada setiap fase pertumbuhan
2. MEKANISME PEMBELAHAN
SEL PADA SEL EUKARIOTIK
BESERTA POLA
PERTUMBUHANNYA
Pembelahan Sel pada Eukariot
Proses pembelahan sel pada eukariot dikenal dengan mitosis. Pembelahan sel pada eukariot lebih kompleks dibandingkan pembelahan sel pada prokariot. Pada sel eukariot molekul DNA terkumpul dalam struktur yang disebut kromosom.
Kromosom tersusun atas rangkaian protein dan DNA yang terpilin dan membentuk badan kromosom. Namun, rangkaian tersebut lebih sering tercerai berai di dalam nukleus selama siklus hidup sel.
Rangkaian protein dan DNA ini disebut juga benang kromatin. Ketika memasuki mitosis benang kromatin tersebut terkondensasi dan mengumpul membentuk struktur kromosom.
Siklus hidup sel eukariot dapat dibagi menjadi dua
fase:
1. Interfase (fase sebelum pembelahan sel).
2. Mitosis (fase pembelahan sel).
Interfase
Pada fase ini sel sedang mempersiapkan semua kebutuhan untuk melakukan pembelahan mitosis. Pada fase ini sel terus tumbuh, bertambah ukuran, membentuk struktur dan molekul baru.
Secara umum, interfase dapat dibedakan lagi menjadi beberapa tahap, yaitu tahap G1, S, dan G2.
(cont)
Tahap G1 (Gap 1)
Tahap pembentukan macam-macam protein dan transkripsi RNA. Hal tersebut menyebabkan pertumbuhan sel terus membesar.
Tahap S
Pada tahap S terjadi sintesis DNA, berupa replikasi DNA dan sintesis protein histon. Jumlah DNA dalam inti sel bertambah dua kali lipat dan protein histon serta protein kromosom lain yang disintesis di sitoplasma bergabung dengan DNA setelah melewati membran inti sel. Gabungan DNA serta protein tersebut membentuk kromatin.
(cont)
Tahap G2 (Gap 2)
Pada akhir tahap S, sel memasuki tahap G2 (gap
2). Pada tahap ini terjadi metabolisme normal dan
pertambahan pertumbuhan akibat pembentukan
protein yang terus terjadi. Ketika sel memasuki
tahap M (mitosis), benang-benang kromatin
terkondensasi, dan berkumpul membentuk
kromosom.
Mitosis
Fase mitosis merupakan fase paling pendek dari
siklus sel. Pada proses ini terjadi pembagian
informasi genetis kepada setiap sel hasil
pembelahan. Informasi genetis yang dibagikan
terlebih dahulu telah melalui proses replikasi pada
interfase sehingga DNA sel hasil pembelahan mirip
dengan DNA induk.
(cont)
Para ahli biologi telah membagi proses mitosis menjadi
beberapa tahap berdasarkan ciri utama yang dapat diamati,
sebagai berikut:
1. Profase, persiapan untuk pembelahan sel. Kromosom
terkondensasi dan membran inti sel melebur.
2. Metafase, kromosom berada di bidang ekuator.
3. Anafase, kromosom terbagi dan bergerak ke arah kutub
yang berlawanan
4. Telofase, akhir dari mitosis. Membran inti terbentuk dan
kedua sel
terpisah.
1. Profase
Memasuki profase, benang-benang kromatin tersebut
terkondensasi membentuk kromosom.
Tahap profase ditandai juga oleh penggandaan
jumlah sentriol. Setelah terbentuk kromatid, sentriol-
sentriol bergerak ke kutub yang berlawanan.
Dari sekitar sentriol tersebut muncul benang-benang
halus yang disebut benang spindel (mitotic spindle).
Benang-benang spindel ini menyelimuti inti sel dan
akan memegang kromosom tepat pada struktur
protein komplek yang disebut kinetokor.
Gambar Proses Profase
2. Metafase
Ketika sentromer setiap kromosom sejajar bidang
ekuator, menandakan mitosis memasuki tahap
metafase.
Pada metafase, semua kromosom sel bergerak ke
arah bidang ekuator atau bidang pembelahan.
Pergerakan ini dibantu oleh benang spindel.
Kromosom dengan dua kromatid identik dapat
diamati secar jelas pada tahap ini.
ATahap metafase
3. Anafase
Anafase dimulai ketika sentromer yang
menggabungkan kedua kromatid terpisah.
Kromatid tunggal ini sekarang disebut kromosom
simpleks, bergerak menuju kutub-kutub pada arah
yang berlawanan.
Anafase berakhir ketika setiap sel kromosom
sampai pada kutub-kutubnya.
Tahap anaphase
4. Telofase
Telofase dimulai saat benang-benang spindel
menghilang dan membran inti mulai terbentuk di
sekeliling daerah kromosom. Membran inti akhirnya
membungkus kromosom-kromosom tersebut.
Lilitan kromosom mulai terurai menjadi kromatin.
Setelah tahap telofase, biasanya diikuti oleh tahap
sitokinesis, pemisahan sitoplasma.
Telofase
Sitokinesis
Sitokinesis dilakukan untuk memisahkan sitoplasma
dan membran sel agar terbentuk dua sel anak utuh.
Pada sel hewan dengan membran sel yang lentur,
sitokinesis terjadi karena adanya pelekukan yang
membagi sel menjadi dua. Pelekukan tersebut
terjadi di bidang pembelahan dan disebabkan oleh
kontraksi cincin filamen.
(cont)
Pada sel tumbuhan yang memiliki dinding sel kaku, tidak
terjadi pelekukan membran sel.
Oleh karena itu, setelah materi sel terbagi dua, pada bidang
pembelahan terbentuk lempeng sel.
Lempeng sel ini merupakan vesikula-vesikula dari badan Golgi
yang bersatu dan memanjang pada bidang pembelahan.
Dinding sel baru terbentuk pada lempeng sel tersebut. Dinding
sel terus terbentuk hingga bersatu dengan membran dan
dinding sel lama.
Pola Pertumbuhan Sel Eukariot
Pada Sel Hewan
Pada sel hewan, perkembangan dan pertumbuhan
dibedakan menjadi 2 fase:
1. Fase Embrionik
2. Fase Pasca Embrionik
Fase Embrionik
1. Pembelahan Zigot
Zigot akan mengalami pembelahan secara mitosis, yaitu dari
satu sel menjadi dua sel, dua sel menjdi empat sel, dan
seterusnya. Pembelahan tersebut berlangsung cepat dan
akan menghasilkan sel-sel anak yang terkumpul menjadi satu
kesatuan yang menyerupai buah anggur yang disebut
morula.
Selanjutnya, morula akan menjadi blastula yang memiliki
suatu rongga yang disebut blastosol. Proses pembentukan
morula menjadi blastula disebut blastulasi.
2. Gastrulasi
Pada bentuk gastrula ini, embrio telah terbentuk menjadi tiga
lapisan embrionik, yaitu lapisan dalam (endoderm), tengah
(mesoderm), dan lapisan luar (eksoderm). Dalam
perkembangan selanjutnya, laisan embrionik ini akan
mengalami pertumbuhan dan perkembangan menghasilkan
berbagai organ tubuh.
3. Organogenesis
Organogenesis merupakan proses pembentukan alat-alat
tubuh atau organ seperti otak, jantung, paru-paru, ginjal, dan
sebagainya. Organ-organ tersebut merupakan perkembangan
lebih lanjut dari ketiga lapisan embrionik yang terbentuk saat
gastrulasi.
Ektoderm mengalami diferensiasi menjadi kulit, rambut,
system saraf, dan alat-alat indera.
Mesoderm mengalami diferensiasi menjadi otot, rangka,
alat reproduksi, alat peredaran darah, dan alat ekskresi
seperti ginjal.
Endoderm mengalami diferensiasi menjadi alat
pencernaan, kelenjar yang berhubungan dengan
pencernaan, dan alat-alat pernapasan seperti paru-paru.
Fase Pasca Embrionik
Pada pertumbuhan dan perkembangan pasca embrionik,
pertumbuhan dan perkembangan yang terjadi terutama
penyempurnaan alat-alat reproduksi (alat-alat kelamin).
Pada pertumbuhan dan perkembangan pasca embrionik
biasanya hanya terjadi peningkatan ukuran bagian-bagian
tubuh saja.
Pada golongan hewan tertentu, sebelum tumbuh menjadi
hewan dewasa, membentuk beberapa tahap larva terlebih
dahulu. Pada golongan hewan tersebut. Pertumbuhan dan
perkembangan pasca embrionik merupakan tahap
pembentukan larva sebelum tumbuh dan berkembang
menjadi hwan dewasa. Tahap ini disebut tahap
metamorfosis.
Pada Sel Tumbuhan
Pertumbuhan dan perkembangan tanaman dibagi
menjadi 3 fase, yaitu:
1. Fase Embrionis (Eksponensial).
2. Fase Muda atau Vegetatif (Linier).
3. Fase Penuaan (Senescence).
1. Fase Embrionik (Eksponensial)
Fase embrionik dimulai dari pembentukan zygot
sampai terjadinya embrio yang terjadi di dalam
bakal biji (ovule). Fase zygot diikuti dengan
pembelahan sel sesudah itu terjadi pengembangan
sel. Fase embrionis tidak terlihat nyata dalam
pertumbuhan tanaman karena berlangsungnya di
dalam biji.
2. Fase muda atau fase vegetatif (Linier)
Fase muda dimulai sejak biji mulai berkecambah,
tumbuh menjadi bibit dan dicirikan oleh pembentukan
daun-daun yang pertama dan berlangsungterus
sampai masa berbunga atau berbuah yang pertama.
Proses perkecambahan meliputi imbibisi, perombakan
cadangan makanan di dalam endosperm menjadi
energi untuk pertumbuhan. Munculnya radikula dan
plamula dari kulit benih.
3. Fase penuaan (senescence)
Fase ini dipengaruhi oleh beberapa faktor luar yang
dapat menghambat atau mempercepat proses
penuaan, antara lain:
1) Kenaikan suhu, kurangnya intensitas cahaya dan
kekurangan air dapat mempercepat proses
penuaan daun.
2) Kurang terrsediannya unsur hara dalam tanah.
Bentuk penuaan (senescence) tumbuhan mengikuti
beberapa pola, antara lain:
1) Overall senescence, yaitu pola penuaan yang
meliputi keseluruhan tubuh tanaman. Tanaman akan
mati setelah menyelesaikan satu siklus
kehidupannya.
2) Top senescence yaitu pola penuaan pada tanaman
yang terjadi pada tanaman bagian atas tanah
sedangkan bagian yang berada dalam tanah tetap
hidup.
(cont)
3) Deciduous senescence, yaitu pola penuaan yang
terjadi hanya pada bagian daun sementara organ
lainnya tetap hidup
4) Progessive senescence, yaitu pola penuaan meliputi
daun-daun yang terdapat dibagian bawah
tanaman. Tanaman hanya menggugurkan daun-
daunnya yang terdapat di bagian bawah saja
(daun-daun yang tua), sedangkan daun-daun yang
lebih atas dan organ tanaman lainnya tetap hidup.
(cont)
3. MEKANISME
REGENERASI VIRUS DAN
POLA PERTUMBUHANNYA
REPRODUKSI DAN PERTUMBUHAN
VIRUS
(cont)
Virus adalah agen penginfeksi kecil
yang berkembang-biak dan hidup
hanya apabila di dalam sel mahluk
hidup lainnya atau organisme lain. Virus
dapat menginfeksi semua jenis
kehidupan, dari binatang, tumbuh-
tumbuhan, hingga bakteri, dan
archaebacteria.
Karena virus aseluler dan tidak
menggunakan ATP, mereka harus
memanfaatkan jalur sintesis protein dan
jalur metabolisme yang terdapat pada
sel inang untuk bereproduksi, hal ini
menyebabkan virus disebut dengan
parasit obligat intraseluler.
Siklus Hidup Virus
1. Adsorpsi
Adsorpsi adalah tahap pertama yang
terjadi saat virus hendak menginfeksi sel
dimana terjadinya pengikatan spesifik
antara protein kapsid pada virus dengan
reseptor pada permukaan sel inang. Hal ini
yang secara spesifik menentukan range sel
inang yang mungkin ditempati virus.
Contohnya pada virus HIV yang secara
spesifik menginfeksi leukosit. Hal ini karena
protein gp120 pada permukaan virus
berinteraksi secara khusus dengan molekul
CD4, sebuah reseptor kemokin(chemokine)
yang terdapat pada permukaan sel CD4+ T.
Adsorpsi selanjutnya dapat menginduksi
perubahan pada protein kapsid untuk
melebur dengan membran sel.
2. Penetrasi
Penetrasi terjadi
setelah adsorpsi /
pengikatan.
Partikel virus/virion
akan masuk ke dalam
sel antara endositosis
atau fusi membran,
yang akan dijelaskan
pada bagian
selanjutnya.
3. Replikasi
Replikasi virus meliputi sintesis mRNA virus, sintesis protein virus, dan replikasi genom virus yang dibutuhkan agar virus dapat mengendalikan ekspresi gen pada sel. Replikasi genom virus berikutnya adalah kemudian untuk memproduksi penyusun structural dari partikel virion.
4. Peralihan/Assembly
Pada tahap ini,
komponen-
komponen penyusun
DNA dan materi
genetik sudah
disintesis oleh sel
inang. Komponen-
komponen ini pun
kemudian akan
dirakit untuk
menjadi virion yang
“matang”.
5. Pelepasan
Ada dua cara virus dapat
dilepas dari sel inang, yang
pertama ialah dengan lysis
yaitu memecahkan membran
sel pada sel inang (bila ada,
dan dinding sel) yang
mengakibatkan kematian sel.
Virus yang dilepas dengan
cara ini secara spesifik ialah
virus bacteriophage.
(cont)
Cara kedua ialah secara
lisogenik, dimana genom virus akan
dimasukkan ke dalam kromosm sel
inang secara rekombinan. Ketika sel
inang membelah diri, maka genom
dari virus juga akan direplikasi.
Genom virus dalam sel inang
biasanya tetap dorman/inaktif,
namun suatu saat dapat aktif kembali
menjadi virus, lalu keluar dari sel
inang secara lisis. Virus HIV dilepas
secara “bertunas”, dimana dalam
proses lisis virus akan mendapatkan
selaput pelindungnya yang terbuat
dari membran sel inang yang telah
dimodifikasi.
Tahap Pertama : Viral Entry
Fusi Membran
Pada virus dengan lapisan pembungkus terdapat reseptor-reseptor protein, adsorpsi dapat dilakukan dengan menempel pada membran sel inang, lalu bergabung dengan membran sel inang.
Setelah bergabung dengan membran sel, maka virus akan melepaskan isi materi genetiknya kedalam sel inang. Contohnya seperti pada virus HIV dan herpes simplex.
Endositosis
Virus yang tidak memiliki lapisan
pembungkus masuk melalui mekanisme
endositosis. Virus-virus ini “menipu” sel
inang dengan membuat sel berpikir
bahwa virus yang berada di luar
membran sel tidak lain adalah nutrisi
penting atau makanan. Sel inang yang
biasa menerima nutrisi melalui
endositosis pun akan menelan virus
tersebut.
Setelah di dalam sel inang, maka
virus akan melepaskan sendiri dari
vesikel yang digunakan sel untuk
membawanya masuk. Contoh virus
yang menggunakan metode ini yaitu
virus polio dan Hepatitis C.
Injeksi Bahan Genetik
Teknik ini digunakan oleh virus Bacteriophage. Bakteriophage akan
menempel pada permukaan membran sel melalui reseptor sel, lalu
menginjeksi genom daripada virus tersebut ke dalam sel dan menyisakan virus tersebut di luar sel.
(cont)
Setelah berhasil masuk ke
dalam sel, virus akan
memproduksi protein melalui
mekanisme sintesis protein yang
tedapat pada sel inang dan
mengambil alih fungsi seluruh
sel. Mekanisme control yang
digunakan virus diantara lain
adalah penekanan sistem
pertahanan sel, penekanan
signal-signal sel, penghentian
proses transkripsi dan translasi
pada sel inang, dan lain-lain.
Hal inilah yang dapat
menyebabkan kematian dari sel
yang terinfeksi virus.
Viral Mutation
Antigenic Drift
Dalam sel, genome dari virus
mengalami mutasi melalui berbagai
mekanisme, salah satunya disebut antigenic
drift dimana basa-basa dalam DNA atau
RNA bermutasi menjadi basa lain.
Biasanya, mutasi titik(point mutation) dalam
sel tidak terlihat ataupun mengubah
ekspresi gen, namun kadang kala dapat
menjadi titik evolusioner bagi virus tersebut
saat mutasi basa tersebut terjadi secara
besar-besaran dan memberikan keuntungan
bagi virus berupa misalkan, resistensi
terhadap obat antiviral.
Antigenic drift dapat disebabkan oleh 2
mekanisme.
Rekombinasi
Rekombinasi adalah proses dimana sebuah untaian DNA putus dan digabungkan kembali dalam ujung-ujung molekul DNA yang berbeda. Rekombinasi sangat umum terjadi pada baik virus DNA maupun RNA.
Reassortment
Reassortment adalah proses
pencampuran material genetik
dari suatu spesies menjadi
kombinasi baru dalam individu-
individu berbeda. Proses-proses
yang berkontribusi dalam
mekanisme ini antara lain ialah
pindah-silang kromosom dan
penyampuran kromosom.
Mekanisme ini terutama dipakai
diantara 2 virus yang serupa
dan menginfeksi sel yang sama
dimana mereka bertukar materi
genetik
(cont)
Virus influenza adalah salah
satu contoh virus yang sangat
memanfaatkan proses ini,
dimana genom virus influenza
terdiri dari 8 segmen RNA.
Segmen-segmen RNA ini
berfungsi sebagai kromosom
miniature dan setiap kali virus
dirakit ulang di dalam sel,
maka setiap partikel individu
virus mendapatkan duplikat
dar setiap segmen.
(cont)
Penyusunan ulang dapat berujung
pandemik, seperti yang terjadi pada tahun 1857,
1968, dan 2009 dimana terjadi pandemik virus
influenza yang terjadi karena terjadinya
penyusunan ulang antara virus burung dan
manusia. Pada tahun 2009, pandemik H1N1
virus memiliki susunan gen unik dimana
terdapat campuran antara materi genetik virus
influenza avian, manusia, dan babi.
Hal ini terjadi karena saat sebuah sel inang
terinfeksi oleh 2 virus sama yang berbeda strain,
maka kemungkinan saat proses perakitan ulang
maka partikel virus yang baru memiliki sifat dari
2 strain yang berbeda tersebut. Strain baru yang
terbentuk akan memiliki kemampuan dari 2
strain induknya.
Viral Replication
Virus DNA
Replikasi genom dalam
virus DNA pada
umumnya terjadi
dalam nukleus sel
inang dan sangat
bergantung pada
mekanisme sintesis
DNA dan RNA serta
mekanisme pemroses
RNA dari sel inang.
Contoh virus DNA ialah
virus herpes.
Virus RNA
Pada virus RNA, replikasi materi
genetik biasa terjadi di sitoplasma.
Virus RNA dibagi menjadi
beberapa grup. Polaritas
mereka(apakah RNA virus dapat
dipakai langsung untuk membuat
protein pada ribosom) menentukan
mekanisme replikasi virus tersebut
dan kriteria penting lainnya
adalah apakah materi genetik
yang tersedia dalam untai ganda
atau tunggal. Semua virus RNA
memiliki enzim bernama RNA
replikase unuk menghasilkan
kopian-kopian RNA virus.
Virus Transkripsi Balik
Virus-virus ini biasa cenderung berupa
virus jenis retrovirus. Retrovirus ini
memiliki enzim bernama transcriptase
balik untuk mensintesis rantai
komplementer DNA agar informasi
genetik virus disimpan dalam bentuk
DNA dan bukan RNA. Mekanisme ini
merupakan salah satu tahap dalam
siklus hidup mereka dimanavirus
kemudian akan mengintegrasikan DNA
yang dihasilkan dari transkripsi balik
ini ke dalam genom sel inang. DNA
virus kemudian dapat direplikasi
menggunakan mekanisme dari sel
inang sumber. Contoh retrovirus
misalkan HIV/AIDS.
Viral Release
Budding
Pada mekanisme ini virus akan
keluar dari membran sel
sembari mengambil sebagian
dari membran sel untuk
dijadikan selaput pelindung
dari sel. Mekanisme ini sangat
efektif bagi virus-virus yang
butuh selaput pelindung
karena mereka tidak perlu
membuatnya sendiri. Contoh
dari virus dengan mekanisme
keluar seperti ini ialah HIV,
cacar air, dan SARS.
Apoptosis
Sel hewan diprogram untuk
menghancurkan dirinya sendiri ketika
mereka terkena serangan virus atau
rusak. Saat apoptosis, sel akan
menghasilkan badan apoptosis dari sel
mati untuk ditelan oleh makrofag. Dengan
memaksa sel untuk berapoptosis, virus-
virus dalam sel inang dapat ditelan oleh
makrofag karena berada dalam badan
apoptosis. Cara ini digunakan oleh virus
untuk menginfeksi makrofag itu sendiri
atau untuk berpindah ke jaringan tubuh
yang lain. Contoh virus dengan
mekanisme ini biasa adalah virus-virus
tanpa selaput pelindung(viral envelope)
dan HIV.
Eksositosis
Dalam mekanisme ini, sel inang tidak mati ketika virus keluar. Hal ini dikarenakan virus memanfaatkan sistem transport sel inang untuk menutup partikel virus dalam vesikel untuk dieksositosis melalui membran sel. Contoh virus dengan mekanisme ini ialah virus varicella-zoster.
Lysis
Mekanisme terakhir
yang paling umum
adalah dengan cara
lisis, dimana sel inang
akan mati saat virus
keluar karena
membran sel dirusak
oleh virus.
Bakteriophage
memanfaatkan cara
ini untuk keluar dari
dalam sel.
4. FAKTOR-FAKTOR YANG
MEMPENGARUHI
PERTUMBUHAN SEL
Pertumbuhan Sel
Pertumbuhan dapat didefinisikan sebagai
peningkatan komponen - komponen seluler. Terdapat
dua macam pertumbuhan sel, yaitu pertumbuhan
yang berakibat peningkatan ukuran sel tetapi tidak
jumlah sel. Dan yang kedua adalah pertumbuhan
yang diikuti dengan peningkatan jumlah sel. Dalam
hal yang pertama, inti sel membelah tetapi tidak
diikuti oleh pembelahan sel.
(cont)
Pertumbuhan mikroorganisme dipengaruhi oleh
berbagai faktor, salah satunya yaitu faktor yang
berasal dari lingkungannya. Adapun kondisi
lingkungan yang mempengaruhi pertumbuhan sel
yaitu :
1. Suhu
2. Derajat Keasaman (pH)
3. Oksigen
1. Suhu
Suhu merupakan salah satu faktor lingkungan yang
berpengaruh terhadap pertumbuhan sel. Semua makhluk
hidup membutuhkan suhu yang sesuai untuk menunjang
pertumbuhan dan perkembangannya. Adapun berdasarkan
suhu pertumbuhannya, mikroorganisme dibedakan atas 3
kelompok, yaitu :
Psikrofil, yaitu mikroorganisme yang dapat tumbuh pada
rentang suhu antara 0 oC – 20 oC dengan suhu optimumnya
sekitar 15 oC
Mesofil, yaitu mikroorganisme yang dapat tumbuh pada
rentang suhu antara 20 oC – 45 oC.
Termofil, yaitu mikroorganisme yang dapat tumbuh pada
suhu 35 oC atau lebih.
2. Derajat Keasaman (pH)
Pertumbuhan dan kelangsungan hidup mikroorganisme dipengaruhi oleh pH habitat. Derajat keasaman dinyatakan dalam skala pH dengan rentang nilai 0 – 14. Derajat keasaman air murni yaitu 7 (netral). Nilai pH yang semakin menurun mendekati nol, maka keasamannya semakin meningkat, sedangkan nilai pH yang meningkat hingga mencapai 14 maka nilai kebasaan (alkalinitas) semakin meningkat. Selama proses pertumbuhan nilai pH dapat berubah. Adapun rentang pH bagi pertumbuhan bakteri antara 4 – 9 dengan pH optimum 6,5 – 7,5. Sedangkan jamur lebih menyukai pH asam, dengan rentang pH pertumbuhannya yaitu 1 – 9 dan pH optimumnya 4 – 6.
3. Oksigen
Gas atmosfer yang mempengaruhi pertumbuhan sel
yaitu gas oksigen dan karbondioksida, tetapi yang
terpenting adalah gas oksigen. Oksigen tidak mutlak
dibutuhkan oleh mikroorganisme karena pada
beberapa mikroorganisme, oksigen itu sendiri dapat
menjadi racun bagi pertumbuhannya.
(cont)
Berdasarkan kebutuhan atas oksigen, mikroorganisme dapat dibagi
atas 4 kelompok, yaitu :
Mikroorganisme aerob, yaitu mikroorganisme yang memerlukan
oksigen.
Mikroorganisme anaerob, yaitu mikroorganisme yang tidak
memerlukan oksigen karena oksigen tersebut dapat membentuk
hidrogen peroksida (H2O2) yang dapat menjadi racun dan
menyebabkan kematian.
Mikroorganisme fakultatif anaerob, yaitu mikroorganisme yang tetap
tumbuh dalam lingkungan fakultatif anaerob.
Mikroorganisme aerofilik, yaitu mikroorganisme yang membutuhkan
oksigen dalam jumlah yang terbatas karena jumlah oksigen yang
berlebih dapat menghambat kinerjanya dan menyebabkan kematian.
Faktor Dalam yang Memengaruhi Pertumbuhan
dan Perkembangan pada Tumbuhan
a. Faktor gen
Faktor penurunan sifat pada keturunan terkandung di dalam gen. Informasi genetik pada gen mengendalikan terbentuknya sifat penampakan secara fisik (fenotip) melalui interaksinya dengan faktor lingkungan.
b. Zat pengatur tumbuh (hormon)
Zat pengatur tumbuh (hormon) pada tanaman merupakan faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan berupa senyawa organik yang dalam jumlah sedikit dapat mendukung, menghambat, dan mengubah proses fisiologis tumbuhan. Pada konsentrasi tertentu hormon dapat memacu pertumbuhan, tetapi pada konsentrasi yang tinggi dapat menekan pertum- buhan.
Macam-macam Hormon Tumbuhan
1. Auksin
2. Giberelin
3. Sitokinin
4. Etilen
5. Inhibitor
1. Auksin
Auksin mula-mula ditemukan oleh Darwin,
dengan percobaan pengaruh penyinaran
terhadap koleoktil. Auksin adalah hormone
yang berperan merangsang pembelahan
sel dan pengembangan sel. Hormon
auksin/IAA memiliki sifat menjauhi cahaya.
Hormon ini diproduksi pada ujung tunas
akar dan batang. Pengaruh hormon auksin
dalam konsentrasi yang berbeda pada
bagian tubuh tanaman mengakibatkan
terjadinya pertumbuhan yang tidak
seimbang. Bagian yang mengandung
auksin lebih banyak memiliki kecepatan
tumbuh yang lebih besar.
(cont)
Adapun bagian yang kekurangan akan mengalami pertumbuhan lebih lambat.
Jika ini terjadi pada pucuk batang, terjadi pembengkokan arah pertumbuhan.
Pengaruh auksin terhadap perkembangan sel memperlihatkan bahwa auksin
dapat menaikkan tekanan osmotik, meningkatkan permeabilitas sel terhadap air,
menyebabkan pengurangan tekanan pada dinding-dinding sel, meningkatkan
sintesis protein, meningkatkan plas-tisitas, mengembangnya dinding sel.
Dilihat dari segi fisiologi, hormon auksin berpengaruh pada:
Pengembangan sel
Fototropisme
Geotropisme
Pertumbuhan akar
Partenokarpi
Pembentukan batang.
2. Giberelin
Giberelin merupakan jenis hormon sebagai faktor
yang mempengaruhi pertumbuhan dan
perkembangan yang mula-mula ditemukan oleh
Kuroshawa dari Jepang. Hormon ini berpengaruh
terhadap sifat genetik, pembungaan, penyinaran,
dan mobilisasi karbohidrat selama perkecambahan.
Hormon ini berperan dalam mendukung
perpanjangan sel, aktivitas kambium mendukung
pembentukan RNA baru, dan sintesis protein.
3. Sitokinin
Sitokinin ditemukan oleh Kinetin. Sitokinin berfungsi
untuk:
Merangsang pembelahan sel
Merangsang pembentukan tunas
Menghambat efek dominasi apikal oleh auksin
pada batang
Mempercepat pertumbuhan memanjang.
4. Etilen
Dalam keadaan normal, etilen akan berbentuk gas
dan berperan apabila terjadi perubahan secara
fisiologis pada suatu tanaman. Hormon ini berperan
pada proses pematangan buah. Hubungan etilen
dengan auksin yaitu etilen memengaruhi pembentukan
protein yang diperlukan dalam aktivitas
pertumbuhan.
5. Inhibitor
Inhibitor adalah faktor yang mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan yang dapat menghambat pertumbuhan pada tanaman inhibitor. Sering dijumpai pada proses perkecambahan, pertumbuhan pucuk, atau dalam dormansi. Beberapa jenis inhibitor yaitu asam absisat dan plant growth retardant. Asam absisat terdapat pada daun, batang, akar, umbi, tunas, buah, dan endosperm. Zat ini mempunyai fungsi berlawanan dengan auksin, giberelin, dan sitokinin. Plant growth retardant adalah inhibitor yang berlawanan dengan kegiatan giberelin pada perpanjangan batang.
Faktor Luar yang Memengaruhi Pertumbuhan
dan Perkembangan pada Tumbuhan
a. Nutrisi
Nutrisi terdiri atas unsur-unsur atau senyawa-senyawa kimia sebagai sumber energi dan sumber materi untuk sintesis berbagai komponen sel yang diperlukan selama pertumbuhan. Nutrisi umumnya diambil dari dalam tanah dalam bentuk ion dan kation, sebagian lagi diambil dari udara.
Unsur-unsur yang dibutuhkan dalam jumlah yang banyak disebut unsur makro (C, H, O, N, P, K, S, Ca, Fe, Mg). Adapun unsur-unsur yang dibutuhkan dalam jumlah sedikit disebut unsure mikro (B, Mn, Mo, Zn, Cu, Cl). Jika salah satu kebutuhan unsur-unsur tersebut tidak terpenuhi, akan mengakibatkan kekurangan unsur yang disebut defisiensi. Defisiensi mengakibatkan pertumbuhan menjadi terhambat.
(cont)
b. Air
Air berperan di dalam melarutkan unsur hara dalam proses penyerapan. Air dibutuhkan tumbuhan sebagai pelarut bagi kebanyakan reaksi dalam tubuh tumbuhan dan sebagai medium reaksi enzimatis. Sebagai pelarut, air juga memengaruhi kadar enzim dan substrat sehingga secara tidak langsung memengaruhi laju metabolisme. Kekurangan air pada tanah menyebabkan terhambatnya proses osmosis. Proses osmosis akan terhenti atau berbalik arah yang berakibat keluarnya materi-materi dari protoplasma sel-sel tumbuhan, sehingga tanaman kering dan mati.
(cont)
c. Cahaya
Cahaya mutlak diperlukan dalam proses fotosintesis. Cahaya secara langsung berpengaruh terhadap pertumbuhan setiap tanaman. Pengaruh cahaya secara langsung dapat diamati dengan membandingkan tanaman yang tumbuh dalam keadaan gelap dan terang. Pada keadaan gelap, pertumbuhan tanaman mengalami etiolasi yang ditandai dengan pertumbuhan yang abnormal (lebih panjang), pucat, daun tidak berkembang, dan batang tidak kukuh. Sebaliknya, dalam keadaan terang tumbuhan lebih pendek, batang kukuh, daun berkembang sempurna dan berwarna hijau.
(cont)
Dalam fotosintesis,
cahaya berpengaruh
langsung terhadap
ketersediaan makanan.
Tumbuhan yang tidak
terkena cahaya tidak
dapat membentuk
klorofil, sehingga daun
menjadi pucat.
(cont)
d. Suhu
Suhu sebagai faktor yang mempengaruhi
pertumbuhan dan perkembangan, berpengaruh
terhadap fisiologi tumbuhan, antara lain
memengaruhi kerja enzim. Suhu yang terlalu tinggi
atau terlalu rendah akan menghambat proses
pertumbuhan. Suhu yang paling baik untuk
pertumbuhan disebut suhu optimum (100–38
derajat Celcius).
(cont)
e. Kelembapan
Tanah dan udara yang lembap berpengaruh terhadap pertum-buhan. Pada keadaan lembap, banyak air yang diserap oleh tumbuhan dan sedikit penguapan yang terjadi sehingga meng-akibatkan pertumbuhan menjadi cepat. Akibat pemanjangan sel-sel yang cepat, tumbuhan bertambah besar.
Pada kondisi ini, faktor kehilangan air sangat kecil karena transpirasi yang kurang. Adapun untuk mengatasi kelebihan air, tumbuhan beradaptasi dengan memiliki permukaan helaian daun yang lebar.
5. REKAYASA MAKANAN SEL
UNTUK MENDAPATKAN
KARAKTER SEL YANG
DIHARAPKAN
Rekayasa makanan sel untuk
mendapatkan sel yang diharapkan
Sel adalah unit struktural dan fungsional terkecil
penyusun kehidupan. Setiap organisme hidup
terbuat dari sel, yang memiliki fungsi khusus.
Beberapa reaksi kimia terjadi di dalam setiap sel,
dan reaksi ini sangat penting untuk kelangsungan
hidup organisme. Oleh karena itu, banyak peneliti
yang melakukan penelitian untuk mendapatkan sel
yang di harapkan salah satunya dengan menjaga
kualitas kelangsungan hidup sel tersebut.
(cont)
Kelangsungan hidup sel tersebut dapat
diatur salah satunya dengan memberi-
kan asupan makanan yang tepat untuk
sel tersebut. Asupan sel tersebut ber-
gantung terhadap kondisi substratnya.
Substrat adalah molekul organik yang
telah berada dalam kondisi siap/segera
bereaksi, karena telah mengandung
enzim.
Enzim adalah protein khusus yang
ditemukan dalam sel-sel dari organisme
hidup. Enzim memainkan peran
penting dalam melakukan atau
mengendalikan sejumlah reaksi kimia
yang terjadi dalam tubuh organisme.
(cont)
Keberlangsungan hidup sel ini bergantung pada enzim
yang meng-katalisnya. Seiring dengan perkembangan
ilmu pengetahuan dan teknologi, para ahli telah
menemukan bagaimana sebuah sel dapat berkerja
secara optimal dengan bantuan enzim yang
ditambahkan di sel tersebut. Metode tersebut dapat
berupa rekaya genetika.
Ada beberapa prinsip dasar dalam rekayasa genetika.
Pada bab ini kita akan mempelajari2 prinsip dasar,
yaitu DNA rekombinan dan fusi protoplasma
(cont)
DNA (Deoxyribonucleic acid) bertanggung jawab
menentukan sifat makhluk hidup. DNA mempunyai
susunan yang khas untuk tiap organisme. Untaian
DNA ini dapat diubah susunannya, sehingga
diperoleh untaian baru yang mengekspresikan sifat-
sifat yang diinginkan. Perubahan susunan DNA ini
diperoleh melalui teknik DNA rekombinan.
(cont)
Teknologi DNA rekombinan banyak melibatkan bakteri
atau virus sebagai vektor (perantara). Proses DNA rekombinan
melalui 3 tahapan.
1. Mengisolasi DNA,
2. Memotong dan menyambung DNA (transplantasi gen/DNA),
3. Memasukkan DNA ke dalam sel hidup. Isolasi DNA dilakukan
untuk memilih dan memisahkan DNA maupun gen yang
dikehendaki. Isolasi ini dilakukan dengan mengekstrak
kromosom dari organisme donor. DNA dalam kromosom yang
dipilih harus dipotong terlebih dahulu. Pemotongan gen dalam
satu untaian DNA menggunakan enzim endonuklease restriksi
yang berperan sebagai gunting biologi.
DNA rekombinan
DNA baru yang telah membawa
segmen DNA cangkokan selanjutnya
memasuki tahap akhir, yaitu
dimasukkan ke dalam vektor sel
bakteri maupun virus. Pemasukan ini
melalui pemanasan dalam larutan
NaCl atau melalui
elektroporasi. Selanjutnya, bakteri ini
(misal: Escherichia coli)
melakukan replikasi dengan cara
membelah diri. Melalui proses ini,
diperoleh plasmid-plasmid hasil
transplantasi gen (DNA rekombinan)
dalam jumlah banyak
Fusi Protoplasma
Fusi protoplasma adalah
penggabungan dua sel
dari jaringan yang sama atau
dua sel dari organisme yang
berbeda dalam suatu medan
listrik.
Hal ini akan mengakibatkan
kedua sel akan tertarik satu
sama lain dan akhirnya
mengalami fusi (melebur).
Prinsip ini dapat dilakukan
pada sel tumbuhan maupun sel
hewan.
(cont)
Fusi protoplasma pada tumbuhan dilakukan
melalui serangkaian tahap. Tahap-tahap
tersebut diawali dengan menyiapkan
protoplasma. Protoplasma biasanya diambil
dari sel-sel yang masih muda karena
mempunyai dinding sel tipis
serta protoplasma yang banyak dan utuh.
(cont)
Fusi protoplasma pada sel hewan dan manusia sangat berguna terutama untuk menghasilkan hibridoma. Hibridoma merupakan hasil fusi yang terjadi antara sel pembentuk antibodi dan sel mieloma. Sel pembentuk antibodi ini adalah sel limfosit B, sedangkan sel mieloma sendiri merupakan sel kanker. Sel hibridoma yang dihasilkan dapat membelah secara tidak terbatas seperti sel kanker, tetapi juga menghasilkan antibodi seperti selsel limfosit B. Hibridoma yang dihasilkan diseleksi karena setiap sel menghasilkan antibodi yang sifatnya khas. Satu antibodi yang dihasilkan spesifik untuk satu antigen. Setiap hibrid ini kemudian diperbanyak (dikloning). Oleh karena antibodi ini berasal dari satu klon maka antibodi ini disebut antibodi monoklonal.
Media Pertumbuhan Sel
Media Pertumbuhan
Media pertumbuhan sel adalah substansi cair atau
gel yang dibuat untuk mendukung pertumbuhan sel,
seperti sel bakteri dan sel hewan/tumbuhan
Kategori Media Pertumbuhan Sel
1. Media Nutrien
2. Media Minimal
3. Media Selektif
4. Media Diferensial
5. Media Transpor
Media Nutrien
Media pertumbuhan yang mengandung semua zat
yang dibutuhkan untuk pertumbuhan dan tidak
bersifat selektif. Media nutrient terbagi menjadi:
Media tentu
Diketahui seluruh komposisi kimiawi-nya dan tidak
ada sel lain
Media tak tentu
Tidak diketahui komposisi kimiawi-nya
Media Minimal
Media yang mengandung sedikit mungkin zat untuk
pertubuhan sel yang diinginkan.
Tujuan: Untuk menghambat pertumbuhan exkombinan
dan konjugan.
Media Selektif
Media yang biasa dipakai untuk mengkultur 1 jenis
sel
Prinsip dasar:
Resistivitas sel terhadap suatu zat
Respon sel terhadap keberadaan zat tertentu
Media Diferensial
Media yang digunakan untuk membedakan sel yang
satu dan yang lain dalam media pertumbuhan
Media Transpor
Media yang digunakan untuk menyimpan dan
memindahkan kultur sel yang sudah kita inginkan
sifatnya, agar tidak mengalami perubahan baik sifat
maupun jumlah
Rekayasa Media Pertumbuhan
Rekayasa atau modifikasi dari media pertumbuhan
sel dilakukan dengan mengetahui sifat sifat dari sel
yang kita inginkan. Selain itu, apabila kita ingin sel
menghasilkan suatu sifat tertentu, kita juga dapat
menambah bahan kimia yang dibutuhkan ke dalam
media tersebut (contoh: Asam Amino tertentu).
Referensi
Barman, S., Ali, A., Hui, E., Adhikary, L. and Nayak, D. (2001). Transport of viral proteins to
the apical membranes and interaction of matrix protein with glycoproteins in the assembly of
influenza viruses. Virus Research, [online] 77(1), pp.61-69. Available at:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11451488 [Accessed 27 Oct. 2015].
Campadelli-Fiume, G., Amasio, M., Avitabile, E., Cerretani, A., Forghieri, C., Gianni, T. and
Menotti, L. (2007). The multipartite system that mediates entry of herpes simplex virus into
the cell. Rev. Med. Virol., 17(5), pp.313-326.
Sebestyén, M., Budker, V., Budker, T., Subbotin, V., Zhang, G., Monahan, S., Lewis, D.,
Wong, S., Hagstrom, J. and Wolff, J. (2006). Mechanism of plasmid delivery by
hydrodynamic tail vein injection. I. Hepatocyte uptake of various molecules. The Journal of
Gene Medicine, 8(7), pp.852-873.
Stewart, S., Poon, B., Song, J. and Chen, I. (2000). Human Immunodeficiency Virus Type 1
Vpr Induces Apoptosis through Caspase Activation. Journal of Virology, [online] 74(7),
pp.3105-3111. Available at: http://jvi.asm.org/content/74/7/3105.full [Accessed 26 Oct.
2015].
Hamdiyati, Yanti. 2011. Pertumbuhan dan Pengendalian Mikroorganisme. Universitas
Pendidikan Indonesia
Doran, Pauline M. 1995. Bioprocess Engineering Principles. USA: Elsevier Science &
Technology Books.