Siklus sel adalah proses pembelahan sel yang terdiri dari dua fase utama, yaitu interfase dan mitosis. Interfase adalah fase persiapan sel sebelum membelah, sedangkan mitosis adalah fase pembelahan inti sel. Siklus sel dikontrol oleh berbagai molekul yang berfungsi sebagai sinyal, pengatur, atau pengecek. Artikel ini akan membahas mekanisme kontrol siklus sel secara lengkap, beserta sub judulnya.
Sinyal-sinyal yang Memengaruhi Siklus Sel
Siklus sel dipengaruhi oleh berbagai sinyal eksternal dan internal yang berasal dari lingkungan atau dari dalam sel itu sendiri. Sinyal-sinyal ini dapat berupa faktor pertumbuhan, hormon, sitokin, nutrisi, oksigen, kontak antar sel, atau stres. Sinyal-sinyal ini dapat merangsang atau menghambat siklus sel, tergantung pada kondisi dan kebutuhan sel.
Faktor pertumbuhan adalah protein yang berikatan dengan reseptor di permukaan sel dan mengaktifkan jalur sinyal intraseluler yang mengarah ke sintesis DNA dan pembelahan sel. Hormon adalah senyawa kimia yang dihasilkan oleh kelenjar endokrin dan beredar di dalam darah. Hormon dapat mempengaruhi siklus sel dengan cara mengubah ekspresi gen tertentu atau mengaktivasi protein-protein tertentu yang terlibat dalam siklus sel. Sitokin adalah protein yang dihasilkan oleh sel-sel sistem kekebalan tubuh dan berperan dalam komunikasi antar sel. Sitokin dapat merangsang atau menghambat siklus sel, tergantung pada jenis dan konsentrasinya.
Nutrisi, oksigen, kontak antar sel, dan stres adalah faktor-faktor lingkungan yang dapat mempengaruhi siklus sel dengan cara memodifikasi aktivitas enzim-enzim atau protein-protein yang terlibat dalam siklus sel. Nutrisi dan oksigen diperlukan untuk menyediakan energi dan bahan baku bagi sintesis DNA dan protein. Kontak antar sel dapat menghambat siklus sel melalui mekanisme yang disebut kontak inhibisi, yaitu ketika sel berhenti membelah ketika mencapai kepadatan tertentu. Stres dapat menghambat siklus sel melalui mekanisme yang disebut senesens, yaitu ketika sel berhenti membelah setelah jumlah pembelahan tertentu atau karena kerusakan DNA.
Pengatur-pengatur Siklus Sel
Siklus sel diatur oleh sekelompok protein yang disebut siklin dan kinase dependen siklin (CDK). Siklin adalah protein yang berfluktuasi tingkatnya sepanjang siklus sel, sedangkan CDK adalah protein yang memiliki aktivitas enzim kinase, yaitu mengfosforilasi protein lain. CDK hanya aktif jika berikatan dengan siklin tertentu. Kompleks siklin-CDK dapat mengaktifkan atau menonaktifkan protein-protein lain yang terlibat dalam siklus sel, seperti enzim-enzim DNA, protein-protein struktural mikrotubulus, atau faktor transkripsi.
Terdapat empat jenis siklin utama pada eukariot, yaitu siklin D, siklin E, siklin A, dan siklin B. Siklin D berperan dalam fase G1 interfase, yaitu fase pertumbuhan dan persiapan sintesis DNA. Siklin D berikatan dengan CDK4 atau CDK6 dan merangsang ekspresi gen-gen yang diperlukan untuk sintesis DNA. Siklin E berperan dalam transisi G1/S, yaitu transisi dari fase G1 ke fase S interfase. Fase S adalah fase sintesis DNA. Siklin E berikatan dengan CDK2 dan merangsang aktivitas enzim-enzim DNA seperti helikase, primase, polimerase, dan ligase.
Siklin A berperan dalam fase S interfase dan transisi G2/M, yaitu transisi dari fase G2 interfase ke fase M mitosis. Fase G2 adalah fase persiapan pembelahan sel, sedangkan fase M adalah fase pembelahan inti sel. Siklin A berikatan dengan CDK2 atau CDK1 dan merangsang aktivitas enzim-enzim DNA yang diperlukan untuk menyelesaikan replikasi DNA dan memeriksa adanya kerusakan DNA. Siklin B berperan dalam fase M mitosis, yaitu fase pembelahan inti sel. Siklin B berikatan dengan CDK1 dan merangsang aktivitas protein-protein struktural mikrotubulus yang diperlukan untuk membentuk gelendong pembelahan dan memisahkan kromosom.
Pengecek-pengecek Siklus Sel
Siklus sel memiliki beberapa titik pengecekan (checkpoint) yang berfungsi untuk memastikan bahwa sel siap untuk memasuki fase berikutnya. Titik pengecekan ini dapat mendeteksi adanya kerusakan DNA, ketidakseimbangan kromosom, atau sinyal-sinyal yang menghambat siklus sel. Jika terdapat masalah, titik pengecekan ini akan menghentikan siklus sel sementara sampai masalah tersebut diperbaiki atau diatasi. Jika masalah tersebut tidak dapat diperbaiki atau diatasi, titik pengecekan ini dapat menginduksi apoptosis, yaitu kematian sel terprogram.
Terdapat tiga titik pengecekan utama pada siklus sel, yaitu titik pengecekan G1/S, titik pengecekan G2/M, dan titik pengecekan metafase/anafase. Titik pengecekan G1/S berada di akhir fase G1 interfase, sebelum memasuki fase S interfase. Titik pengecekan ini bertugas untuk memeriksa apakah sel memiliki nutrisi dan oksigen yang cukup, apakah sel mendapatkan sinyal pertumbuhan yang positif, dan apakah DNA sel utuh tanpa kerusakan. Jika semua syarat terpenuhi, titik pengecekan ini akan mengaktifkan siklin E-CDK2 yang akan merangsang sintesis DNA. Jika ada masalah, titik pengecekan ini akan menghentikan siklus sel dan memperbaiki atau mengatasi masalah tersebut.
Titik pengecekan G2/M berada di akhir fase G2 interfase, sebelum memasuki fase M mitosis. Titik pengecekan ini bertugas untuk memeriksa apakah replikasi DNA telah selesai dan tidak ada kerusakan DNA. Jika semua syarat terpenuhi, titik pengecekan ini akan mengaktifkan siklin B-CDK1 yang akan merangsang pembelahan inti sel. Jika ada masalah, titik pengecekan ini akan menghentikan siklus sel dan memperbaiki atau mengatasi masalah tersebut.
Titik pengecekan metafase/anafase berada di tengah fase M mitosis, antara metafase dan anafase. Metafase adalah tahap dimana kromosom berbaris di bidang ekuator gelendong pembelahan, sedangkan anafase adalah tahap dimana kromosom terpisah menjadi dua set kromatid yang bergerak ke kutub-kutub sel. Titik pengecekan ini bertugas untuk memeriksa apakah semua kromosom telah terpasang dengan benang-benang gelendong pembelahan secara benar. Jika semua syarat terpenuhi, titik pengecekan ini akan mengaktifkan enzim separase yang akan memutus kohesin yang menghubungkan kromatid-kromatid saudara. Jika ada masalah, titik pengecekan ini akan menghentikan siklus sel dan memperbaiki atau mengatasi masalah tersebut.