GENETIKA REPRODUKSI

Kromosom

Kromosom manusia merupakan struktur kompleks yang terdiri dari asam deoksiribonukleat – DNA dan asam ribonukleat – RNA serta protein. Setiap helix tunggal DNA terikat dengan telomer pada masing masing ujungnya, dan memiliki sentromer disuatu tempat sepanjang kromosom. Telomer melindungi ujung kromosom selama replikasi DNA. Pemendekan telomer berhubungan dengan penuaan. Sentromer merupakan tempat dimana gelondong mitosis akan melekat dan penting untuk regenerasi kromosom yang sesuai selama pembelahan sel. Sentromer membagi kromosom menjadi dua lengan, disebut lengan p (petit) untuk lengan pendek dan q untuk lengan yang panjang. Sentromer dapat berada dimana saja sepanjang lengan kromosom dan lokasinya digunakan untuk mengelompokkan kromosom sejenis menjadi sentral (metasentrik) , distal (akosentrik), atau lainnya (submetasentrik). Panjang kromosom ditambah dengan posisi sentromernya digunakan untuk melakukan identifikasi kromosom satu individu dalam 22 otosom dan satu pasang kromosom seks. Kromosom diberi nomor dalam urutan menurun sesuai ukurannya: 1 terbesar dan seterusnya. Terdapat satu pengecualian terhadap aturan ini adalah kromosom 21 dan 22 dimana kromosom 22 lebih besar dari 21. Hal ini disebabkan oleh aturan historis terhadap sindroma Down pada trisomi 21 dimana pasangan kromosom ini tidak dinamai ulang saat terjadi perbedaan ukuran.

Kariotipe merupakan gambaran kromosom yang tersusun dari 1 sampai 22 ditambah dengan kromosom seks, dengan setiap kromosom disesuaikan sehingga lengan p berada diatas. Wanita memiliki kariotipe 46XX dan pria kariotipe 46XY.

Mitosis dan Meiosis

Mitosis merupakan proses rumit dan sangat teratur. Rangkaian kejadian dibagi menjadi sejumlah fase yang berlangsung secara berurutan. Fase dalam mitosis : profase – prometafase – metafase- anafase dan telofase.

Mitosis dan meiosis merupakan dua tipe pembelahan sel yang berbeda, dengan beberapa ciri yang sama. Persamaan pertama adalah perlunya duplikasi seluruh isi kromosom sel sebelum pembelahan dan keduanya juga menggunakan mesin sel dari sel induk untuk membuat DNA, RNA dan protein baru yang akan terlibat dalam pembelahan sel. Persamaan kedua, kedua proses bergantung pada penggunaan gelondong mitosis untuk memisahkan kromosom menjadi dua kutub sel yang nantinya akan menjadi turunan dari sel tersebut. Mitosis dan meiosis berbeda dalam hal perilaku kromosom hasil duplikasi setelah replikasi DNA. Pada mitosis tidak terdapat perbedaan pada isi total kromosom antara sel induk dan turunannya sedangkan pada meiosis jumlah kromosom sel anak berkurang dari 46 menjadi 23, yang diperlukan untuk menguah prekursor sel germinal diploid yang berasal dari embrio menjadi sel germinal haploid ( 1n ). Sel germinal haploid ini akan menghasilkan organisme baru pada saat fertilisasi. Meiosis menyebabkan pertukaran materi genetik melalui persilangan kromatid ; namun mitosis tidak demikian halnya.

Selama interfase yang terjadi sebelum pembelahan sel, DNA pada setiap kromosome di duplikasi menjadi 4n sehingga setiap kromosom mengandung dua kromatid yang identik yang bergabung pada sentromer.

Pada mitosis, pertama terjadi pemendekan dan penebalan kromosom, selanjutnya nukleolus dan membran nukelolus memisahkan diri ( profase ). Selama metafase, gelondong gelondong mitosis terbentuk di antara dua sentrile sel dan semua kromosom berbaris pada ekuatornya. Sentromer tiap kromosom membelah dan satu kromatid dari tiap kromosom ber pindah ke ujung kutub gelondong mitosis ( anafase ). Akhirnya, pada tahap telofase, terbentuk nukleolus dan membran nukleus yang baru. Sel induk membelah menjadi 2 sel anak dan gelondong mitosis saling terpisah. Dua sel yang identik secara genetik kini menggantikan sel induk. Mitosis diperkirakan merupakan bentuk reproduksi nonseksual atau vegetatif .

Meiosis meliputi pembelahan dua sel yang berturutan, yang kembali dimulai dengan DNA 4n yang diproduksi pada tahap interfase. Pada tahap propase dari pembelahan yang pertama ( profase I ) terjadi beberapa peristiwa spesifik yang dapat dilihat. Pada tahap leptoten, kromosom menjadi hampir tidak terlihatdisepanjang struktur ini. Pasangan kromosom homolog kemudian terletak berdampingan disepanjang kromosom, membentuk tetrad ( tahap zigoten ). Kromosom kemudia menebal dan memendek seperti yang terjadi pada profasemitosis ( tahap pakiten ) ; akan tetapi pasangan yang terbentuk pada tahap zigoten memungkinkan terjadinya sinapsis, pindah silang dan pertukaran kromatid. Pada tahap diploten / diakinesis , terjadi pemendekan kromosom. Adanya pasangan kromosom yang homolog menunjukkan bukti adanya penyilangan dan pertukaran kromatid yang menggambarkan ciri kiasma yang bergabung dengan lengan kromosom. Lingkaran dan bentuk yang tidak biasa dalam kromosom dapat terlihat pada tahapan ini. Pada metafase 1 proses meiosis, membran nukleus terpisah dan pasangan kromosom homolog yang bergabung berbaris ekuator pada aparatus gelondong. Satu dari tiap pasang kromosom homolog kemudian bergerak ke ujung sel masing masing di sepanjang gelondong ( anafase 1 ). Pada pembelahan meiosis kedua, sel sel haploid ini membelah seperti pada mitosis. Pembelahan kedua ini menghasilkan empat sel haploid yang masing – masing mengandung 23 kromosom 1n. Tidak seperti sel-sel yang diproduksi pada mitosis, sel sel germinal anak ini secara genetik unik dan berbeda dari sel sel induk karena adanya pertukaran genetik pada tahap diploten. Sel germinal haploid akan terlibat dalam reproduksi seksual dimana sel sperma dan oosit bersatu untuk membentuk zigote diploid yang baru.

Meskipun urutan kejadian meiosis selama spermatogenesis dan oogenesis pada dasarnya sama, namun terdapat sejumlah perbedaan penting. Pada pria prepubertas, sel sel germinal primordial tertahan pada tahap interfase. Saat pubertas, sel sel ini di reaktivasi untuk masuk tahap mitosis pada kompartemen basal di tubulus seminiferus, sel sel yang di reaktivasi ini dikenal dengan nama sel stem spermatogonium. Dari tempat penyimpanan sel stem ini, spermatogonium muncul dan membelah beberapa kali lagi untuk menghasilkan suatu “klon” spermatogonium dengan genotipe yang identik. Semua spermatogonium dari “klon” ini kemudian masuk ke tahap meiosis 1 dan 2 untuk menghasilkan sperma haploid. Sel stem baru secara konstan memasuki siklus spermatogenik sehingga ketersediaan sperma selalu diperbarui dengan sendirinya. Karena waktu yang relatif pendek bagi spermatosit untuk maju ketahapan meiosis dan karena kompetisi yang ketat diantara spermatozoa untuk mencapai satu oosit dalam saluran reproduksi wanita, maka fertilisasi telur oleh sperma aneuoploid sangat jarang.

Berbeda dengan testis, ovarium wanita saat lahir mengandung semua sel germinal yang ada. Oosit ini tetap tertahan pada profase 1 dari meiosis sampai “LH surge” saat ovulasi yang memulai tahapan metafase 1. Oleh karena itu, materi genetik yang di duplikasi dalam oosit terdapat dalam bentuk berpasangan dengan kromsom homoloognya selama 10 – 50 tahun sebelum sel tersebut dipanggil untuk pembelahan. Karena alasan ini, oosit lebih mudah mengalami kelainan kromosom dibandingkan sperma.

Nondisjungsi

Keadaan ini merupakan kegagalan pasangan kromosom untuk memisahkan diri selama meiosis dan dapat terjadi pada meiosis 1 atau 2. Ketika kromosom tunggal terlibat, zigot aneuloid merupakan monosomi atau trisomi untuk pasangan kromsom yang gagal membelah sebagamana mestinya. Kecuali monosomi X atau sindroma Turner, embrio monosomi biasanya akan mengalami abortus. Sebagian besar janin trisomi juga akan mengalami abortus. Jika semua kromosom berada dalam keadaan ganda selain 2n , maka embrio atau janin akan menjadi polipoid.

Pencetakan

Walaupun merupakan hal yang penting bahwa zygote memiliki kromosom 2n, namun penting juga bahwa satu set kromosom berasal dari masing masing induk. Kista dermoid dan mola hidatidosa ( penyakit trofoblas gestasional ) masing masing memiliki 46 kromosome dari satu induk. Penelitian sitogenetik dari penyakit ini memperlihatkan betapa pentingnya pencetakan pada awal perkembangan embrio.

Pencetakan ( imprinting ) merupakan proses dimana gen spesifik mengalami metilasi sehingga mereka tidak dapat lagi di transkripsi. Perkembangan embrio normal membutuhkan satu set gen yang dicetak secara maternal dan gen lain dicetak secara paternal. Jika tidak, langkah langkah yang penting dalam perkembangan tidak akan terjadi dan zygote tidak dapat terbentuk dengan normal. Misalnya, dua set gen yang dicetak secara maternal terdapat tumor dermoid ovarium yang menghasilkan perkembangan jaringan janin yang tidak teratur dan tidak disertai plasenta atau selaput amnion. Sebaliknya, dua set gen yang dicetak secara paternal terjadi pada kasus mola hidatidosa. Pada keadaan ini terjadi displasia trofoblas dan tidak terjadi pembentukan janin.

Referensi

1. De Souza CP, Osmani SA (2007). "Mitosis, not just open or closed". Eukaryotic Cell 6 (9): 1521–7. doi:10.1128/EC.00178-07. PMID 17660363.
2. Blow J, Tanaka T (2005). "The chromosome cycle: coordinating replication and segregation. Second in the cycles review series". EMBO Rep 6 (11): 1028–34. doi:10.1038/sj.embor.7400557. PMID 16264427.
3. Rubenstein, Irwin, and Susan M. Wick. "Cell." World Book Online Reference Center. 2008. 12 January 2008 <http://www.worldbookonline.com/wb/Article?id=ar102240>
4. Snustad, D. Peter and Simmons, Michael J. 2006. Principles of Genetics. 4th ed, Wiley.