Phases of the Cell Cycle

Back to IF3211 Komputasi Domain Spesifik

Phases of the Cell Cycle

Questions/Cues

• Apa dua fase besar dalam cell cycle dan proporsi waktunya?
• Apa yang terjadi pada subfase G1, S, dan G2 dari interphase?
• Pada fase mana kromosom diduplikasi?
• Apa saja lima tahap mitosis, dan kapan cytokinesis berlangsung?
• Mengapa cell cycle dipandang sebagai siklus yang berurutan (ordered)?

Reference Points

• IF3211 — Cell Cycle (PPT 8, bagian Phases of the Cell Cycle)
• IF3211 — Cell Cycle (PPT 8, Figure 9.6 The Cell Cycle)

Dua Fase Besar: Interphase dan M Phase

Cell cycle terdiri dari dua bagian besar. Mitotic (M) phase mencakup mitosis (pembagian inti) dan cytokinesis (pembagian sitoplasma). Interphase mencakup pertumbuhan sel dan penyalinan kromosom sebagai persiapan membelah. Yang sering mengejutkan: interphase memakan ~90% durasi siklus, sedangkan M phase relatif singkat. Sel menghabiskan sebagian besar hidupnya “bekerja dan tumbuh”, bukan membelah.

Subfase Interphase: G1, S, G2

Interphase dibagi menjadi tiga subfase berurutan:

• G1 phase (“first gap”) — sel tumbuh, menjalankan fungsi normal, dan bersiap menyalin DNA.
• S phase (“synthesis”) — DNA direplikasi; di sinilah, dan hanya di sinilah, kromosom diduplikasi sehingga muncul sister chromatids.
• G2 phase (“second gap”) — sel terus tumbuh dan menyiapkan komponen untuk mitosis (mis. protein spindle).

Sel tumbuh selama ketiga subfase, tetapi duplikasi kromosom hanya terjadi di S phase. Pembedaan ini penting: G1 dan G2 adalah jeda persiapan, S adalah peristiwa penyalinan inti data.

Lima Tahap Mitosis dan Posisi Cytokinesis

Secara konvensional mitosis dibagi menjadi lima tahap berurutan: Prophase → Prometaphase → Metaphase → Anaphase → Telophase. Cytokinesis tidak berdiri sebagai tahap mitosis tersendiri melainkan menumpang (overlaps) pada tahap-tahap akhir mitosis (mulai anaphase/telophase). Rincian mekanis tiap tahap dibahas di Mitosis and the Mitotic Spindle dan Cytokinesis and Prokaryotic Binary Fission.

Framing Komputasional: Cell Cycle sebagai Finite State Machine

Cell cycle adalah contoh nyata Finite State Machine (FSM): himpunan state berhingga (G1, S, G2, M, plus state istirahat G0) dengan transisi berurutan yang searah. Sel tidak boleh “melompat” sembarangan — urutan G1 → S → G2 → M bersifat deterministik dan dijaga oleh checkpoints yang berlaku seperti guard condition (lihat Cell Cycle Control, Checkpoints, and Cancer). S phase berperan sebagai critical section tunggal di mana state terbesar (genome) disalin; G1/G2 adalah state persiapan/validasi sebelum dan sesudah penyalinan itu.

Diagram lifecycle berikut memodelkan siklus sebagai mesin state dengan posisi checkpoint sebagai gerbang transisi:

stateDiagram-v2
    [*] --> G1
    G1 --> S : G1/restriction<br/>checkpoint (go)
    G1 --> G0 : no go-ahead<br/>(exit cycle)
    G0 --> G1 : re-entry signal
    S --> G2 : DNA fully<br/>replicated
    G2 --> M : G2/M<br/>checkpoint
    state M {
      [*] --> Prophase
      Prophase --> Prometaphase
      Prometaphase --> Metaphase
      Metaphase --> Anaphase : M (spindle)<br/>checkpoint
      Anaphase --> Telophase
      Telophase --> Cytokinesis
      Cytokinesis --> [*]
    }
    M --> G1 : two daughter<br/>cells

Setiap panah berlabel checkpoint adalah precondition: transisi hanya terjadi jika sinyal “go-ahead” diterima — persis seperti assertion yang harus true sebelum mesin berpindah state.

Summary

Cell cycle = Interphase (≈90% waktu) + Mitotic (M) phase. Interphase terbagi menjadi G1 (pertumbuhan, “first gap”), S (synthesis — satu-satunya fase tempat DNA direplikasi), dan G2 (“second gap”, persiapan mitosis). M phase berisi mitosis dengan lima tahap (Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase, Telophase) dan cytokinesis yang menumpang tahap-tahap akhir. Siklus ini paling baik dipahami sebagai Finite State Machine berurutan dengan checkpoints sebagai guard, sebagaimana dirinci di Cell Cycle Control, Checkpoints, and Cancer.

Additional Information

Deeper Dive: G0 dan Variasi Durasi Siklus

Banyak sel terdiferensiasi (mis. neuron, sel otot) keluar dari siklus ke state G0 yang non-membelah dan bisa bertahan permanen. Durasi siklus sangat bervariasi: sel embrio awal dapat membelah tiap beberapa puluh menit (G1/G2 nyaris hilang), sedangkan sel hati manusia bisa berbulan-bulan. Ini menunjukkan bahwa “lama” tiap state bukan konstanta melainkan bergantung sinyal lingkungan.

CS Angle: Modeling dengan State Pattern

Implementasikan cell cycle dengan State design pattern: tiap fase adalah kelas yang mengetahui satu-satunya transisi next() yang sah dan kondisi yang harus dicek. Ini mencegah transisi ilegal pada compile/run time, mencerminkan bagaimana sel “secara struktural” tidak bisa membelah sebelum melewati S. G0 dimodelkan sebagai terminal/parked state dengan transisi balik kondisional.

Proyek Eksplorasi Mandiri

1. Implementasikan FSM cell cycle (G1→S→G2→M→G1, dengan jalur G0) di bahasa pilihanmu; tambahkan log transisi dan tolak transisi yang melanggar urutan.
2. Cari data durasi tiap fase pada beberapa tipe sel dan visualisasikan sebagai pie chart untuk membuktikan dominasi interphase.

Bacaan Lanjutan

• Campbell Biology in Focus, 3rd ed., Chapter 9 — Phases of the Cell Cycle.
• Morgan, D. O., The Cell Cycle: Principles of Control.