Mitosis: Satu Sel Menjadi Dua - Sains untuk Semua

Salah faham yang lazim ialah menganggap sel membahagi dengan cara "berkongsi" kromosomnya secara sama rata, seolah-olah sel dengan 46 kromosom terbahagi kepada dua sel yang masing-masing mendapat 23. Sebenarnya, sebelum sel membahagi, ia salin sepenuhnya setiap kromosomnya dahulu, menghasilkan dua salinan yang hampir identik bagi setiap kromosom, yang dipanggil kromatid saudara. Hanya selepas penyalinan lengkap inilah sel membahagi. Setiap sel anak menerima satu set kromosom penuh (bukan separuh), sama seperti sel induk asal.

Salin dahulu, baru bahagi

Proses ini berlaku dalam beberapa peringkat berturutan. Mula-mula, sel menyalin setiap kromosomnya sepenuhnya (peringkat yang dipanggil fasa-S dalam kitaran sel), menghasilkan kromosom tereplikasi yang terdiri daripada dua salinan yang dipanggil kromatid saudara, dipegang bersama terutama di kawasan yang dipanggil sentromer. Kemudian, semasa mitosis, kromosom yang telah disalin ini berjajar di tengah sel. Kromatid saudara bagi setiap kromosom kemudian ditarik ke arah yang bertentangan oleh struktur yang dipanggil gelendong mitosis. Proses ini mengasingkan kromosom yang telah disalin kepada dua set. Mitosis biasanya diikuti atau disertai sitokinesis, iaitu pembahagian sitoplasma yang menghasilkan dua sel anak. Setiap sel anak membawa satu set kromosom penuh yang identik dengan sel induk.

Nota Istilahmitosis: Proses pembahagian nukleus apabila kromosom yang telah direplikasi diasingkan kepada dua set; mitosis biasanya diikuti atau disertai sitokinesis yang membahagikan sel menjadi dua sel anak, masing-masing membawa set kromosom lengkap dan identik dengan sel induk.

Kromosom disalin sepenuhnya sebelum sel membahagi: setiap sel anak menerima satu set kromosom penuh yang identik dengan sel induk, bukan separuh daripadanya.

Kromosom disusun sebelum dipisahkan

Semasa mitosis, kromosom memadat (pemadatan ini bermula sebelum metafasa) dan gelendong mitosis terbentuk daripada mikrotubul. Interaksi mikrotubul dengan kinetokor pada kromosom berkembang sebelum dan menjelang metafasa. Menjelang metafasa, kromosom tersusun pada satah metafasa di kawasan tengah sel, dan kromatid saudara berorientasi ke arah kutub yang bertentangan.

Nota Istilahkinetokor: Kompleks protein di kawasan sentromer yang menjadi tapak interaksi antara kromosom dengan mikrotubul gelendong semasa pembahagian sel.

Kromatid dipisahkan ke dua kutub

Pada anafasa, ikatan yang mengekalkan kromatid saudara bersama dilepaskan, dan setiap kromatid dianggap sebagai kromosom tersendiri yang bergerak ke kutub bertentangan. Pada telofasa, nukleus baharu terbentuk semula selepas kromosom tiba di kutub. Sitokinesis (pembahagian sitoplasma kepada dua sel anak) ialah proses yang berasingan daripada pembahagian kromosom dalam mitosis, walaupun masanya boleh bertindih dengan anafasa lewat dan telofasa. Dalam banyak sel, sitokinesis bermula sebelum mitosis selesai sepenuhnya.

Penggandaan DNA berlaku sebelum mitosis; semasa mitosis kromatid saudara berasingan dan bergerak ke kutub bertentangan. Sitokinesis ialah pembahagian sitoplasma, bukan fasa kelima mitosis. Skema ringkas.

Ketepatan pemisahan penting untuk sel anak

Ketepatan proses ini amat penting. Jika DNA tidak disalin dengan tepat, sel anak boleh mewarisi mutasi atau kerosakan DNA. Jika kromosom atau kromatid tidak diasingkan dengan betul semasa pembahagian, sel anak boleh mempunyai bilangan kromosom yang tidak normal, keadaan yang dipanggil aneuploidi. Kesilapan pembahagian kromosom dan gangguan kawalan kitaran sel juga sering dikaitkan dengan penyakit, termasuk banyak jenis kanser. Inilah sebabnya sel mempunyai beberapa "titik semakan" (checkpoint) semasa kitaran sel untuk memastikan setiap peringkat selesai dengan betul sebelum meneruskan ke peringkat seterusnya.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?

Bagaimana kita tahu?

Pemerhatian
Ahli biologi pada penghujung abad ke-19, termasuk Walther Flemming, memerhatikan melalui mikroskop bahawa struktur berbenang dalam nukleus sel (kini dikenali sebagai kromosom) berubah bentuk secara berperingkat semasa sel membahagi, dan setiap sel anak yang terhasil kelihatan mempunyai bilangan struktur berbenang yang sama seperti sel induk.
Bukti
Kajian pewarnaan sel dan mikroskopi moden mengesahkan bahawa sebelum pembahagian, setiap kromosom kelihatan sebagai struktur berkembar (dua salinan bersambung di sentromer), dan struktur berkembar ini berpisah dengan tepat semasa mitosis, satu salinan ke setiap sel anak. Kajian sel hidup dan pelabelan struktur gelendong menunjukkan bahawa kromosom yang telah digandakan berinteraksi dengan mikrotubul sebelum kromatid saudara bergerak ke kutub bertentangan.
Inferens
Oleh sebab pemerhatian secara konsisten menunjukkan bahawa setiap sel anak mempunyai bilangan kromosom yang sama seperti sel induk (bukan separuh), dan kromosom kelihatan berkembar sebelum pembahagian, mestilah berlaku penyalinan penuh sebelum pembahagian, bukan perkongsian bahan sedia ada.
Model
Model "salin dahulu, baru bahagi" ini berjaya meramal bahawa gangguan pada mana-mana peringkat (seperti gangguan pada gelendong mitosis) sepatutnya menghasilkan sel anak dengan bilangan kromosom yang tidak sekata. Ramalan ini disahkan dalam kajian sel yang mengalami gangguan genetik atau ubat tertentu, menghasilkan keadaan yang dipanggil aneuploidi.
Batasan
Model asas mitosis ini menerangkan pembahagian sel biasa dengan tepat, tetapi sel reproduktif (sperma dan telur) menggunakan proses berbeza (meiosis) yang menghasilkan sel dengan hanya separuh bilangan kromosom. Proses berasingan ini diperlukan supaya penggabungan sperma dan telur semasa persenyawaan menghasilkan bilangan kromosom yang betul, bukan dua kali ganda. Selain itu, sempadan antara peringkat mitosis tidak benar-benar mendadak, dengan perubahan struktur sel berlaku secara berterusan, dan organisasi gelendong boleh berbeza antara kumpulan organisma.

Uji KefahamanSoalan 1 daripada 2

Bagaimana sel memastikan setiap sel anak mendapat set kromosom yang lengkap semasa mitosis?