[10-a] BAB X. MATERI GENETIK

  • 4. Genetika Maret 2013
  • MATERI POKOK BAHASAN :
    1. Bidang Kajian Genetika ……………………………………………………
    2. Cabang-Cabang Genetika ………………………………………………..
    3. Perkembangan Tentang Konsep Genetika ………………………….
    4. Hubungan antara Kromosom, Gen dan DNA ………………………
    5. Dogma Central dalam Genetika ………………………………………..
    6. DNA ………………………………………………………………………………
    7. RNA ………………………………………………………………………………
    8. Ekspresi Gen ………………………………………………………………….
    9. Kode Genetik ………………………………………………………………….
    10. Sintesis Protein ……………………………………………………………….
    11. Bioteknologi ……………………………………………………………………
    12. Ringkasan ………………………………………………………………………
    13. Umpan Balik ………………………………………………………………….
  • BAB X. MATERI GENETIK
  • 10.1. Bidang Kajian Genetika 
  • Bidang kajian genetika dimulai dari wilayah subseluler (molekuler) hingga populasi.
  • g12-2
  • Secara lebih rinci, genetika berusaha menjelaskan:
    1. material pembawa informasi untuk diwariskan (bahan genetik),
    2. bagaimana informasi itu diekspresikan (ekspresi genetik), dan
    3. bagaimana informasi itu dipindahkan dari satu individu ke individu yang lain (pewarisan genetik).
  • Bahan / Materi genetik (Inggris: genetic material) adalah material atau substansi yang menyimpan informasi genetik dari suatu organisme hidup. Bahan ini diwariskan secara generatif dari satu individu ke individu lain. Dalam transmisi ini, bahan genetik harus kekal (tidak berubah). Hampir semua organisme hidup di bumi menyimpan informasi genetik dalam bentuk DNA. Sejumlah virus dan organisme subvirus menyimpan bahan genetik dalam bentuk RNA
  • Ekspresi gen merupakan rangkaian proses penerjemahan informasi genetik (dalam bentuk urutan basa pada DNA atau RNA) menjadi protein, dan lebih jauh lagi: fenotipe.
  • Informasi yang dibawa bahan genetik tidak bermakna apa pun bagi suatu organisme apabila tidak diekspresikan menjadi fenotipe.
  • Ekspresi genetik beserta dinamika yang mempengaruhinya dipelajari dalam genetika molekuler beserta cabang-cabangnya seperti genomika, transkriptomika, proteomika serta metabolomika.
  • Pewarisan genetik (Inggris genetic inheritance) adalah aspek pertama yang dipelajari orang dalam genetika karena berkaitan langsung dengan fenotipe. Sebagai contoh, Gregor Johann Mendel mempelajari pewarisan tujuh sifat pada tanaman kapri, atau Karl Pearson (salah satu pelopor genetika kuantitatif) mempelajari pewarisan ukuran tubuh orang tua dan anaknya.
  • Kajian genetika yang mempelajari aspek ini dijuluki genetika transmisional, karena membahas bagaimana bahan genetik dialihkan dari satu generasi ke generasi lainnya beserta implikasi yang menyertainya
  • g12-1
  • 10.2. Cabang-Cabang Genetika
  • Dalam usaha untuk menelaah keilmuan Genetika sebagai bagian dari Ilmu Biologi, maka berkembang cabang-cabang genetika, yaitu :
    1. Genetika Sel (Sitogenetika)
      1. Sitogenetika adalah ilmu yang mempelajari tentang genetika sel. Ilmu sito genetika berhubungan dengan ilmu dasar seperti biologi molekuler. Pada sitogenetika, terutama dipelajari mengenai kromosom dan perubahan yang terjadi pada kromosom serta senyawa kimia yang terkandung didalamnya yaitu DNA, dimana senyawa ini dapat dimanipulasi dan direkayasa sehingga nantinya akan memperbaiki sifat /karakter serta produktivitas suatu makhluk hidup dalam, mendapatkan suatu varietas unggul dan menentukan perkembangan genetika modern.
      2. Dengan mempelajari sitogenetika diharapkan agar dapat mengetahui dan mengerti mengenai peranan sel yang mengatur hereditas dari suatu individu,terutama pada makhluk hidup dalam menentukan  berbagai karakter sifat yang diturunkan pada keturunannya dan hubungan dibidangnya.
    2. Genetika Molekuler
      • Genetika molekular merupakan cabang genetika yang mengkaji bahan genetik dan ekspresi genetik di tingkat subselular (di dalam sel). Subjek kajiannya mencakup struktur, fungsi, dan dinamika dari bahan-bahan genetika serta hasil ekspresinya.
      • Seringkali genetika molekular disamakan dengan biologi molekular. Hal ini tidak sepenuhnya bisa disalahkan, karena biologi molekular lahir dari kajian genetika dan  keduanya memakai teknik-teknik analisis yang sama. Sampai sekarang pun genetika molekular masih merupakan kajian biologi molekular yang terpenting. Namun sekarang dapat dilihat bahwa biologi molekular telah merambah bidang biologi lain, khususnya fisiologi dan ekologi, dalam arti teknik-teknik biologi molekular dipakai untuk menjelaskan gejala-gejala fisiologi dan ekologi.
      • Genetika molekular berkembang di tahun 1930-an ketika teknik kristalografi sinar-X dikembangkan untuk mendeskripsi biomolekul. Namun umumnya orang menyebut kelahiran ilmu ini sejak publikasi model struktur DNA oleh James D. Watson dan Francis Crick (1953) di majalah Nature, berdasarkan foto-foto difraksi sinar-X dari kristal DNA yang dibuat Rosalind Franklin.
      • Genetika molekular menggunakan teknik-teknik analisis dengan ukuran volume bahan yang sangat kecil dan banyak sehingga memerlukan bantuan mesin automatik untuk mengerjakannya. Dari sisi ini, genetika molekular mendorong berkembangnya robotika. Volume data yang sangat besar juga mendorong berkembangnya bio-informatika, ilmu yang mempelajari penerapan analisis data molekular dan pengolahan-nya dengan bantuan komputer
      • Karena perkembangannya yang pesat dan subjek kajiannya yang “berat” untuk diamati, sejak tahun 1990-an orang memilah-milah genetika molekular berdasarkan subjek kajiannya (sering disebut sebagai omics science karena semuanya berakhiran demikian dalam bahasa Inggris): Genomika, Transkriptomika, Proteomika, Metabolomika dan biologi sistem.
    3. Genetika Populasi
      • Pengertian Genetika populasi adalah cabang genetika yang membahas transmisi bahan genetik pada ranah populasi. Dari objek bahasannya, genetika populasi dapat dikelompok kan sebagai cabang genetika yang berfokus pada pewarisan genetik.
      • Ilmu ini membicarakan implikasi hukum pewarisan Mendel apabila diterapkan pada sekumpulan individu sejenis di suatu tempat. Berbeda dengan genetika Mendel, yang mengkaji pewarisan sifat untuk perkawinan antara dua individu (atau dua kelompok individu yang memiliki genotipe yang sama), genetika populasi berusaha menjelaskan implikasi yang terjadi terhadap bahan genetik akibat saling kawin yang terjadi di dalam satu atau lebih populasi.
      • Genetika Populasi didasarkan pada Hukum Hardy-Weinberg, yang diperkenalkan pertama kali oleh Wilhelm Weinberg (1908) dan, hampir bersamaan tetapi secara independen, Godfrey Hardy (1908).
    4. Genetika Kuantitatif
      • Ilmu Genetika kuantitatif adalah Cabang genetika yang membahas pewarisan sifat-sifat terukur (kuantitatif atau metrik), yang tidak bisa dijelaskan secara langsung melalui hukum pewarisan Mendel. Sifat-sifat yang tergolong sifat kuantitatif misalnya tinggi atau berat badan, hasil panen, atau produksi susu.
      • Genetika kuantitatif menerapkan hukum pewarisan Mendel untuk gen dengan pengaruh yang kecil/lemah (minor gene). Selain itu, diasumsikan pula bahwa tidak hanya sedikit gen yang mengendalikan suatu sifat melainkan banyak gen. Karena itu, sifat kuantitatif sering dasamakan dengan sifat poligenik.
      • Ilmu ini banyak menggunakan matematika dan statistika dalam menjelaskan prinsip-prinsip yang dipakai maupun dalam metodologinya. Namun demikian, penerapan ilmu ini dalam ilmu pemuliaan sangat bermanfaat dalam bidang pertanian
    5. Genetika Terapan
      • genetika kedokteran
      • ilmu pemuliaan
      • rekayasa genetika atau rekayasa gen
        • Rekayasa genetika (Ing. genetic engineering) dalam arti paling luas adalah penerapan genetika untuk kepentingan manusia. Dengan pengertian ini kegiatan pemuliaan hewan atau tanaman melalui seleksi dalam populasi dapat dimasukkan.
      • Demikian pula penerapan mutasi buatan tanpa target dapat pula dimasukkan. Walaupun demikian, masyarakat ilmiah sekarang lebih bersepakat dengan batasan yang lebih sempit, yaitu penerapan teknik-teknik biologi molekular untuk mengubah susunan genetik dalam kromosom atau mengubah sistem ekspresi genetik yang diarahkan pada kemanfaatan tertentu.
      • Obyek rekayasa genetika mencakup hampir semua golongan organisme, mulai dari bakteri, fungi, hewan tingkat rendah, hewan tingkat tinggi, hingga tumbuh-tumbuhan. Bidang kedokteran dan farmasi paling banyak berinvestasi di bidang yang relatif baru ini. Sementara itu bidang lain, seperti ilmu pangan, kedokteran hewan, pertanian (termasuk peternakan dan perikanan), serta teknik lingkungan juga telah melibatkan ilmu ini untuk mengembangkan bidang masing-masing.
      • Ilmu terapan ini dapat dianggap sebagai cabang biologi maupun sebagai ilmu-ilmu rekayasa (keteknikan). Dapat dianggap, awal mulanya adalah dari usaha-usaha yang dilakukan untuk menyingkap material yang diwariskan dari satu generasi ke generasi yang lain. Ketika orang mengetahui bahwa kromosom adalah material yang membawa bahan terwariskan itu (disebut gen) maka itulah awal mula ilmu ini. Tentu saja, penemuan struktur DNA menjadi titik yang paling pokok karena dari sinilah orang kemudian dapat menentukan bagaimana sifat dapat diubah dengan mengubah komposisi DNA, yang adalah suatu polimer bervariasi.
      • Tahap-tahap penting berikutnya adalah serangkaian penemuan enzim restriksi (pemotong) DNA, regulasi (pengaturan ekspresi) DNA (diawali dari penemuan operon laktosa pada prokariota), perakitan teknik PCR, transformasi genetik, teknik peredaman gen (termasuk interferensi RNA), dan teknik mutasi terarah (seperti Tilling). Sejalan dengan penemuan-penemuan penting itu, perkembangan di bidang biostatistika, bioinformatika dan robotika/automasi memainkan peranan penting dalam kemajuan dan efisiensi kerja bidang ini.
      • Bioteknologi merupakan ilmu terapan yang tidak secara langsung merupakan cabang genetika tetapi sangat terkait dengan perkembangan di bidang genetika.
    6. Genetika arah-balik (reverse genetics)
      • Kajian genetika klasik dimulai dari gejala fenotipe (yang tampak oleh pengamatan manusia) lalu dicarikan penjelasan genotipiknya hingga ke aras gen. Berkembangnya teknik-teknik dalam genetika molekular secara cepat dan efisien memunculkan filosofi baru dalam metodologi genetika, dengan membalik arah kajian. Karena banyak gen yang sudah diidentifikasi sekuensnya, orang memasukkan atau mengubah suatu gen dalam kromosom lalu melihat implikasi fenotipik yang terjadi. Teknik-teknik analisis yang menggunakan filosofi ini dikelompokkan dalam kajian genetika arah-balik atau reverse genetics, sementara teknik kajian genetika klasik dijuluki genetika arah-maju atau forward genetics.
  • 10.3. Perkembangan Tentang Konsep Genetika
    g10-1
  • Perkembangan konsep tentang genetika dapat diikuti semenjak awal abad ke-20 ketika seorang dokter sekaligus ahli biokimia dari Inggris, Sir Archibald E. Garrod, mengajukan konsep satu gen mutan – satu hambatan metabolisme. Garrod mempelajari sejumlah penyakit metabolik bawaan pada manusia dan menyimpulkan bahwa setiap gangguan metabolisme bawaan yang menimbulkan penyakit tertentu, misalnya alkaptonuria,  disebabkan oleh satu gen mutan resesif.
  • Sekitar 50 tahun kemudian dua orang peneliti, G. W. Beadle dan E.L. Tatum, mempelajari mutasi gen pada jamur Neurospora crassa dengan menumbuhkan berbagai strain mutan hasil iradiasi menggunakan sinar X atau sinar ultraviolet pada medium lengkap dan medium minimal. Medium minimal adalah medium untuk pertumbuhan mikroorganisme yang hanya mengandung garam-garam anorganik, sebuah gula sederhana, dan satu macam vitamin. Mutan yang digunakan adalah mutan dengan hanya satu kelainan, yang untuk mendapatkannya dilakukan silang balik dengan strain tipe liar. Mutan hasil silang balik dengan nisbah keturunan tipe liar : mutan = 1 : 1 dipastikan sebagai mutan dengan hanya satu kelainan (mutasi).
  • Strain tipe liar, sebagai kontrol, mampu tumbuh baik pada medium lengkap maupun pada medium minimal, sedangkan strain mutan hanya mampu tumbuh pada medium lengkap. Strain-strain mutan ini kemudian dianalisis lebih lanjut untuk mengetahui macam faktor pertumbuhan yang diperlukannya dengan cara melakukan variasi penambahannya ke dalam medium minimal. Sebagai contoh, mutan yang hanya tumbuh pada medium minimal yang ditambah dengan tiamin adalah mutan yang mengalami mutasi pada gen untuk biosintesis tiamin. Dengan cara seperti ini Beadle dan Tatum memperlihatkan bahwa tiap mutasi menyebabkan kebutuhan akan pemberian satu macam faktor pertumbuhan. Selanjutnya, dengan mengorelasikan hasil analisis genetik dengan hasil analisis biokimia terhadap strain-strain mutan Neurospora tersebut dapat diketahui bahwa tiap mutasi menyebabkan hilangnya satu aktivitas enzim. Maka, konsep satu gen mutan – satu hambatan metabolisme bergeser menjadi satu gen – satu enzim.
  • Dalam perkembangan berikutnya, setelah diketahui bahwa sebagian besar enzim tersusun dari beberapa polipetida, dan masing-masing polipeptida merupakan produk gen yang berbeda, maka konsep terbaru tentang gen yang dianut hingga kini adalah satu gen – satu polipeptida. Sebagai contoh, enzim triptofan sintetase pada Escherichia coli  terdiri atas dua buah polipeptida, yaitu polipeptida α dan polipeptida β. Polipeptida α merupakan produk gen trpA, sedangkan polipeptida β merupakan produk gen trpB.
  • g10-2
  • 10.4. Hubungan antara Kromosom, Gen dan DNA
  • Ciri yang paling menonjol dari mahluk hidup adalah kemampuannya untuk memproduksi jenisnya. Hanya manusia yang melahirkan manusia, dan hanya kucing yang mampu memproduksi anak kucing. Selain itu, seorang anak akan lebih mirip dengan kedua orang- tuanya dari pada dengan individu lain yang sejenis.
  • Amatilah diri Anda secara saksama di depan cermin! Perhatikan bentuk bibir, mata, warna kulit, dan bentuk tubuh Anda. Apa yang membuat diri Anda memiliki semua ciri-ciri yang Anda lihat? Pernahkah Anda mengatakan kepada seseorang bahwa ia memiliki rambut lurus seperti ibunya tetapi berkulit gelap seperti ayahnya? Kemiripan anak dengan orang-tuanya pada dasarnya terjadi karena replikasi yang persis dari DNA dan transmisi DNA ini dari satu generasi ke generasi berkutnya.
  • Bagian utama sebuah sel adalah nukleus, di dalam nukleus terdapat benang-benang halus yang disebut kromatin. Pada saat sel akan mulai membelah diri, benang-benang halus tersebut menebal, memendek dan mudah menyerab warna membentuk kromosom. Kromosom adalah struktur padat yang terdiri dari dua komponen molekul, yaitu DNA dan protein.
  • Secara struktural perubahan DNA dan protein menjadi kromosom di awali pada saat profase. Molekul DNA akan berikatan dengan protein histon dan nonhiston membentuk sejumlah nukleosom. Unit-unit nukleosom bergabung memadat membentuk benang yang lebih padat dan terpilin menjadi lipatan-lipatan solenoid. Lipatan solenoid tersusun padat menjadi benang-benang kromatin. Benang-benang kromatin akan tersusun memadat membentuk lengan kromatin. Selanjutnya kromatin akan mengganda membentuk kromosom
  • Dalam pokok bahasan ini tentang Struktur Kimia Materi Genetik, kita akan mempelajari mekanisme sederhana bahwa DNA merupakan molekul hereditas yang dengan bantuan RNA bertugas mengendalikan proses “Sintesa Protein” untuk menunjang semua proses kehidupan suatu individu. Mekanisme Proses Materi Genetik yang di Ekspresikan ini dikenal dengan Istilah Dogma Sentral atau Dogma Inti.
  • g10-3
  • 10.5. Dogma Central dalam Genetika
  • Proses Ekspresi genetik mengikuti tahapan yang sama untuk semua bentuk kehidupan, dan disebut dogma inti (central dogma) dalam genetika. Dengan demikian Dogma sentral adalah proses ekspresi gen yang mengikuti tahapan-tahapan dalam info genetik yang terdiri proses dasar replikasi DNA, transkripsi DNA menjadi RNA, dan translasi RNA menjadi protein atau polipeptida.
  • Dalam sentral dogma, bahwa semua sel memiliki DNA yang merupakan kode genetik yang dapat dipergunakan untuk memproduksi protein dengan cara memproduksi mRNA. Perlunya mRNA dalam produksi protein karena DNA merupakan kode genetik yang sangat berharga sehingga perlu dibuat salinannya, yaitu dengan proses transkripsi. Setelah diperoleh salinan, maka salinan tersebut ditranslasi (diterjemahkan) menjadi urutan AA (asam amino).
  • Secara Skematis Proses Dogma Central dalam Genetika dapat dilihat dibawah ini.
  • g10-4
  • g10-5
  • 10.6. DNA
  •  A. Sejarah DNA
  • g10-6Pada tahun 1868 seorang mahasiswa kedokteran di Swedia, J.F. Miescher, menemukan suatu zat kimia bersifat asam yang banyak mengandung nitrogen dan fosfor. Zat ini diisolasi dari nukleus sel nanah manusia dan kemudian dikenal dengan nama nuklein atau asam nukleat. Meskipun ternyata asam nukleat selalu dapat diisolasi dari nukleus berbagai macam sel, waktu itu fungsinya sama sekali belum diketahui.
  • Dari hasil analisis kimia yang dilakukan sekitar empat puluh tahun kemudian ditemukan bahwa asam nukleat ada dua macam, yaitu asam deoksiribonukleat atau deoxyribonucleic acid (DNA) yang bahasa indonesianya, asam deoksiribosa dan asam ribonukleat atau ribonucleic acid (RNA).  Pada tahun 1924 studi mikroskopis menunjukkan bahwa DNA terdapat di dalam kromosom, yang waktu itu telah diketahui sebagai organel pembawa gen (materi genetik). Akan tetapi, selain DNA di dalam kromosom juga terdapat protein sehingga muncul perbedaan pendapat mengenai hakekat materi genetik, DNA atau protein.
  • B. Pengertian DNA
  • DNA ( deoxyribonucleic acid ) merupakan tempat penyimpanan informasi genetik yang dikodekan dalam bahasa kimiawi dan diproduksi di dalam semua sel tubuh Anda. Program DNA inilah yang mengendalikan perkembangan sifat anatomi, fisiologi, biokimia.
    1. Deoksiribose Nucleic Acid (DNA) atau Asam Deoksiribosa Nukleat (ADN)
    2. DNA ditemukan pada tahun 1869 (Friedrich Miescher) Rahasia kehidupan dapat diungkapkan melalui penelitian kimia pada sel-sel’
    3. DNA Adalah asam nukleat yang mengandung informasi genetic yang terdapat dalam semua makluk hidup kecuali virus (Pembawa sifat keturunan)
    4. DNA merupakan ‘blueprint’ yang berisi instruksi yang diperlukan untuk membangun komponen-komponen sel seperti protein dan molekul ARN (RibonucleicAcid=RNA)
    5. Segmen DNA yang membawa informasi genetic disebut gen
    6. Wujud sebagai untaian yang sangat halus
    7. Disusun oleh asam nukleat (polinukleotida) Polinukleotida adalah polimer dari nukleotida Berarti: DNA disusun oleh nukleotida-nukleotida
  • C. Fungsi DNA
  • DNA memiliki beberapa fungsi yaitu :
    1. Sebagai pembawa informasi genetik dari satu generasi ke generasi lainnya
    2. Mengontrol aktifitas dalam sel, baik secara langsung maupun tidak langsung
    3. Menentukan proses pembentukan protein (sintesis protein)
    4. Membentuk RNA
  • D. Struktur DNA
  • g10-7
    1. Terdapat dalam kromosom (inti sel). Inti sel dapat membelah diri, berarti DNA juga.
    2. Proses berlipatgandanya DNA disebut Replikasi.
    3. Berbentuk double heliks (dua rantai berpilin) sehingga saling berpasangan (komplimen) : A=T dan C=G.
    4. Kedua rantai bisa menjadi template/ cetakan untuk membentuk molekul DNA baru
    5. Arah polimerisasi : dari 5’ ke 3’ (Atom C ke 5 dari gula pada satu nukleotida berikatan dengan atom C ke 3 dari gula nukleotida yang lain). Arah cetakan adalah dari 3’ ke 5’
  • Pada organisme eukariotik (hewan, tumbuhan jamur,dan protista) DNA tersimpan dalam intisel dan sebagian DNA juga disimpan dalam organela sel seperti mitokondria atau kloroplas Pada organisme prokariotik (bakteri) DNA tersimpan di sitoplasma.
  • DNA pada sel eukariotik berbentuk seperti benang dan tidak bercabang, tetapi  DNA pada sel prokariotik, mitokondria, dan plastida berbentuk sirkuler. Struktur DNA terdiri atas 2 rantai polinukleotida yang antara basa nitrogennya dihubungkan oleh ikatan hidrogen. Dua rantai polinukleotida tersebut tersusun secara  double helix.
  • g10-8
  • g10-9
  • E. Susunan DNA
  • g10-10Di dalam sel, DNA tersusun dalam suatu struktur panjang berikatan dengan protein seperti histon membentuk kromosom (Kromosom itu adalah struktur mirip benang yang berada di inti sel). Molekul DNA merupakan sebuah polimer panjang dari nukleotida, yang dinamakan polinukleotida. Rangkaian Poli nukleotida berupa Gugus fosfat yang terikat pada atomC No.5 dari gula berhubungan dengan atom C No.3 dari gula milik nukleotida berikutnya., Begitu seterusnya sehingga terdapat seri panjang rangkaian 5’–3’ sepanjang polimer.
  • Nukleotida tanpa gugus fosfat disebut Nukleosida
  • Dengan demikian, maka DNA merupakan polimer yang terdiri dari tiga komponen utama, yaitu gugus fosfat, gula deoksiribosa, dan basa nitrogen. Rantai DNA memiliki lebar 22-24, sementara panjang satu unit nukleotida 3,3. Walaupun unit monomer ini sangatlah kecil, DNA dapat memiliki jutaan nukleotida yang terangkai seperti rantai. Misalnya, kromosom terbesar pada manusia terdiri atas 220 juta nukleotida.
  • Hasil analisis kimia asam nukleat menunjukkan bahwa makromolekul ini tersusun dari subunit-subunit berulang (monomer) yang disebut nukleotida sehingga asam nukleat dapat juga dikatakan sebagai polinukleotida. Nukleotida yang satu dengan nukleotida berikutnya dihubungkan oleh ikatan fosfodiester yang sangat kuat. Tiap nukleotida terdiri atas tiga komponen, yaitu gugus fosfat, gula pentosa (gula dengan lima atom karbon), dan basa nukleotida atau basa nitrogen (basa siklik yang mengandung nitrogen). Pada DNA basa nitrogen berikatan secara kimia dengan gula pentosa membentuk molekul yang disebut nukleosida sehingga setiap nukleotida pada DNA dapat disebut juga sebagai nukleosida monofosfat.
  • Gula pentosa pada DNA adalah 2-deoksiribosa, sedangkan pada RNA adalah ribosa. Menurut kebiasaan, penomoran atom C pada gula pentosa dilakukan menggunakan tanda aksen (’) untuk membedakannya dengan penomoran atom C pada basa nitrogen. Atom C pada gula pentosa yang berikatan dengan basa nitrogen ditentukan sebagai atom C pertama (1’).  Atom C nomor 2’ pada DNA tidak mengikat gugus OH seperti halnya pada RNA, tetapi mengikat gugus H sehingga gula pentosanya dinamakan deoksiribosa.
  • Sementara tu, basa nitrogen ada dua macam, yakni basa dengan cincin rangkap atau disebut purin dan basa dengan cincin tunggal atau disebut pirimidin. Basa purin, baik pada DNA maupun RNA, dapat berupa adenin (A) atau guanin (G), sedangkan basa pirimidin pada DNA dapat berupa sitosin (C) atau timin (T). Pada RNA tidak terdapat basa timin, tetapi diganti dengan urasil (U).
  • Biasanya DNA mempunyai struktur sebagai molekul polinukleotida untai ganda, sedangkan RNA adalah polinukleotida untai tunggal. Ini merupakan perbedaan lain di antara kedua macam asam nukleat tersebut.
  • g10-11
  • g10-12
  • Basa Nitrogen
    1. Basa nitrogen terdiri dari kelompok senyawa Purin dan Pirimidin
    2. Basa nitrogen penyusun DNA dari kelompok Purin yaitu Adenin (A) & Guanin (G)
    3. Basa nitrogen penyusun DNA dari kelompok Pirimidin yaituTimin (T) & Sitosin (C)
    4. Maka DNA tersusun dari A,T,C,G
  • g10-13
  • F. Pembuktian DNA sebagai Materi Genetik
  • Ada dua bukti percobaan yang menunjukkan bahwa DNA adalah materi genetik. Masing-masing akan diuraikan berikut ini.
  • [A] Percobaan transformasi
  • Griffith pada tahun 1928 melakukan percobaan infeksi bakteri pneumokokus (Streptococcus pneumonia) pada mencit. Bakteri penyebab penyakit pneumonia ini dapat menyintesis kapsul polisakarida yang akan melindunginya dari mekanisme pertahanan tubuh hewan yang terinfeksi sehingga bersifat virulen (menimbulkan penyakit). Jika ditumbuhkan pada medium padat, bakteri pneumokokus akan membentuk koloni dengan kenampakan halus mengkilap.
  • Sementara itu, ada pula strain mutan pneumokokus yang kehilangan kemampuan untuk menyintesis kapsul polisakarida sehingga menjadi tidak tahan terhadap sistem kekebalan tubuh hewan inangnya, dan akibatnya tidak bersifat virulen. Strain mutan ini akan membentuk koloni dengan kenampakan kasar apabila ditumbuhkan pada medium padat. Pneumokokus yang virulen sering dilambangkan dengan S, sedangkan strain mutannya yang tidak virulen dilambangkan dengan R.
  • Mencit yang diinfeksi dengan pneumokokus S akan mengalami kematian, dan dari organ paru-parunya dapat diisolasi strain S tersebut. Sebaliknya, mencit yang diinfeksi dengan strain R dapat bertahan hidup. Demikian juga, mencit yang diinfeksi dengan strain S yang sebelumnya telah dipanaskan terlebih dahulu akan dapat bertahan hidup. Hasil yang mengundang pertanyaan adalah ketika mencit diinfeksi dengan campuran antara strain S yang telah dipanaskan dan strain R yang masih hidup. Ternyata dengan perlakuan ini mencit mengalami kematian, dan dari organ paru-parunya dapat diisolasi strain S yang masih hidup.
  • Dengan hasil tersebut Griffith menyimpulkan bahwa telah terjadi perubahan (transformasi) sifat strain R menjadi S.  Transformasi terjadi karena ada sesuatu yang dipindahkan dari sel-sel strain S yang telah mati (dipanaskan) ke strain R yang masih hidup sehingga strain R yang semula tidak dapat membentuk kapsul berubah menjadi strain S yang dapat membentuk kapsul dan bersifat virulen. Percobaan Griffith sedikit pun tidak memberikan bukti tentang materi genetik. Namun, pada tahun 1944 tiga orang peneliti, yakni O. Avery, C. MacLeod, dan M. McCarty melakukan percobaan untuk mengetahui hakekat materi yang dipindahkan dari strain S ke strain R.Mereka melakukan percobaan transformasi secara in vitro, yaitu dengan menambahkan ekstrak DNA dari strain S yang telah mati kepada strain R yang ditumbuh kan di medium padat. Di dalam ekstrak DNA ini terdapat juga sejumlah protein kontaminan, dan penambahan tersebut ternyata menyebabkan strain R berubah menjadi S seperti pada percobaan Griffith.  Jika pada percobaan Avery dan kawan-kawannya itu ditambahkan enzim RNase (pemecah RNA) atau enzim protease (pemecah protein), transformasi tetap berjalan atau strain R berubah juga menjadi S.  Akan tetapi, jika enzim yang diberikan adalah DNase (pemecah DNA), maka transformasi tidak terjadi. Artinya, strain R tidak berubah menjadi strain S.
  • Hal ini jelas membuktikan bahwa materi yang bertanggung jawab atas terjadinya transformasi pada bakteri pneumonia, dan ternyata juga pada hampir semua organisme, adalah DNA, bukan RNA atau protein
  • g10-14
  • [B] Percobaan infeksi bakteriofag
  • Percobaan lain yang membuktikan bahwa DNA adalah materi genetik dilaporkan pada tahun 1952 oleh A. Hershey dan M. Chase. Percobaan dilakukan dengan mengamati reproduksi bakteriofag (virus yang menyerang bakteri) T2 di dalam sel bakteri inangnya, yaitu Escherichia coli.  Sebelumnya, cara berlangsungnya infeksi T2 pada E. coli telah diketahui (lihat Bab XII). Mula-mula partikel T2 melekatkan ujung ekornya pada dinding sel E. coli, diikuti oleh masuknya materi genetik T2 ke dalam sel E. coli sehingga memungkinkan terjadinya penggandaan partikel T2 di dalam sel inangnya itu. Ketika hasil penggandaan partikel T2 telah mencapai jumlah yang sangat besar, sel E. coli akan mengalami lisis. Akhirnya, partikel-partikel T2 yang keluar akan mencari sel inang yang baru, dan siklus reproduksi tadi akan terulang kembali.
  • Bakteriofag T2 diketahui mempunyai kandungan protein dan DNA dalam jumlah yang lebih kurang sama. Untuk memastikan sifat kimia materi genetik yang dimasukkan ke dalam sel inang dilakukan pelabelan terhadap molekul protein dan DNAnya.  Protein, yang umumnya banyak mengandung sulfur tetapi tidak mengandung fosfor dilabeli dengan radioisotop 35S.  Sebaliknya, DNA yang sangat banyak mengandung fosfor tetapi tidak mengandung sulfur dilabeli dengan radioisotop 32P.
  • g10-15
  • Bakteriofag T2 dengan protein yang telah dilabeli diinfeksikan pada E. coli.  Dengan sentrifugasi, sel-sel E. coli ini kemudian dipisahkan dari partikel-partikel T2 yang sudah tidak melekat lagi pada dinding selnya. Ternyata di dalam sel-sel E. coli sangat sedikit ditemukan radioisotop 35S, sedangkan pada partikel-partikel T2 masih banyak didapatkan radioisotop tersebut. Apabila dengan cara yang sama digunakan bakteriofag T2 yang dilabeli DNAnya, maka di dalam sel-sel E. coli ditemukan banyak sekali radiosiotop 32P, sedangkan pada partikel-partikel T2 hanya ada sedikit sekali radioisotop tersebut. Hasil percobaan ini jelas menunjukkan bahwa materi genetik yang dimasukkan oleh bakteriofag T2 ke dalam sel E. coli adalah materi yang dilabeli dengan 32P atau DNA, bukannya protein.
  • G. Replikasi DNA
  • G.1. Pengertian Replikasi DNA
  • DNA mempunyai kemampuan yang ajaib untuk membuat tiruannya sendiri dengan ketepatan yang ajaib, prosesnya disebut replikasi DNA. Jadi Replikasi DNA adalah proses penggandaan rantai ganda DNA. Pada Sel Prokariota terus-menerus melakukan replikasi DNA, Namun pada Sel eukariota, waktu terjadinya replikasi DNA sangatlah diatur, yaitu pada fase S siklus sel, sebelum mitosis atau meosis.
  • Replikasi DNA terjadi pada Interfase dalam setiap siklus sel. Dengan demikian setiap sel melakukan mitosis akan dihasilkan dua sel anak yang memiliki DNA lengkap persis seperti DNA pada sel induknya.
  • G.2. Macam Replikasi DNA
  • Mengenai replikasi DNA ini, terdapat tiga hipotesis yaitu :
    1. Hipotesis konservatif yang menyatakan bahwa heliks ganda tetap dalam keadaan utuh dan sebuah salinan kedua yang sama sekali baru telah dibuat. Dengan kata lain bahwa Pada replikasi konservatif seluruh tangga berpilin DNA awal tetap dipertahankan dan akan mengarahkan pembentukan tangga berpilin baru.
    2. Hipotesis semikonservatif menyatakan bahwa kedua rantai molekul induk berpisah, dan setiap untai berfungsi sebagai cetakan untuk mensintesis untai komplementer yang baru. Dengan kata lain bahwa Pada replikasi semikonservatif tangga berpilin mengalami pembukaan terlebih dahulu sehingga kedua untai polinukleotida akan saling terpisah. Namun, masing-masing untai ini tetap dipertahankan dan akan bertindak sebagai cetakan (template) bagi pembentukan untai polinukleotida baru.
    3. Hipotesis dispersif menyatakan setiap untai dari kedua molekul anak terdiri dari campuran antara untai lama dan untai yang baru disintesis. Dengan kata lain bahwa pada replikasi dispersif kedua untai polinukleotida mengalami fragmentasi di sejumlah tempat. Kemudian, fragmen-fragmen polinukleotida yang terbentuk akan menjadi cetakan bagi fragmen nukleotida baru sehingga fragmen lama dan baru akan dijumpai berselang-seling di dalam tangga berpilin yang baru.
  • g10-16
  • Di antara ketiga cara replikasi DNA yang diusulkan tersebut, hanya cara semi konservatif yang dapat dibuktikan kebenarannya melalui percobaan yang dikenal dengan nama sentrifugasi seimbang dalam tingkat kerapatan atau equilibrium density-gradient centrifugation.
  • Percobaan ini dilaporkan hasilnya pada tahun 1958 oleh M.S. Meselson dan F.W. Stahl. Meselson dan Stahl membiakkan E. coli untuk beberapa generasi di dalam medium yang mengandung isotop berat nitrogen N15. Bakteri akan memasukkan nitrogen berat tersebut ke dalam nukleotidanya dan kemudian ke dalam DNA-nya.
  • Kemudian biakan bakteri tersebut dipindahkan ke medium yang mengandung N14 yang mengandung isotop yang lebih ringan. Jadi DNA baru yang dibuat akan lebih ringan dibandingkan dengan DNA lama yang dibuat dalam medium N15. Dengan cara mensentrifugasi ekstrak DNA bakteri tersebut dihasilkan pita DNA hibrid yang mengandung ( N15 – N14 ). Hasil percobaan itu mematahkan hipotesis konservatif dan dispersif dan mendukung hipotesis semikonservatif.
  • G.3. Replikasi Θ dan Replikasi Lingkaran Menggulung
  • Pada percobaan Meselson dan Stahl ekstrak DNA yang diperoleh dari sel-sel E. coli berada dalam keadaan terfragmentasi sehingga replikasi molekul DNA dalam bentuknya yang utuh sebenarnya belum diketahui. Replikasi DNA kromosom dalam keadaan utuh _ yang pada prokariot ternyata berbentuk melingkar atau sirkular _ baru dapat diamati menggunakan teknik autoradiografi dan mikroskopi elektron. Dengan kedua teknik ini terlihat bahwa DNA berbagai virus, khloroplas, dan mitokhondria melakukan replikasi yang dikenal sebagai replikasi θ (theta) karena auto radiogramnya menghasilkan gambaran seperti huruf Yunani tersebut.
  • Selain replikasi θ, pada sejumlah bakteri dan organisme eukariot dikenal pula replikasi yang dinamakan replikasi lingkaran menggulung (rolling circle replication). Replikasi ini diawali dengan pemotongan ikatan fosfodiester pada daerah tertentu yang menghasilkan ujung 3’ dan ujung 5’. Pembentukan (sintesis) untai DNA baru terjadi dengan penambahan deoksinukleotida pada ujung 3’ yang diikuti oleh pelepasan ujung 5’ dari lingkaran molekul DNA.
  • Sejalan dengan berlangsungnya replikasi di seputar lingkaran DNA, ujung 5’ akan makin terlepas dari lingkaran tersebut sehingga membentuk ’ekor’ yang makin memanjang.
  • g10-17
  • Dimulainya (inisiasi) replikasi DNA terjadi di suatu tempat tertentu di dalam lingkaran molekul DNA yang dinamakan titik awal replikasi atau origin of replication (ori). Proses inisiasi ini ditandai oleh saling memisahnya kedua untai DNA, yang masing-masing akan berperan sebagai cetakan bagi pembentukan untai DNA baru sehingga akan diperoleh suatu gambaran yang disebut sebagai garpu replikasi. Biasanya, inisiasi replikasi DNA, baik pada prokariot maupun eukariot, terjadi dua arah (bidireksional). Dalam hal ini dua garpu replikasi akan bergerak melebar dari ori menuju dua arah yang berlawanan. Pada eukariot, selain terjadi replikasi dua arah, ori dapat ditemukan di beberapa tempat.
  • G.4. Konsep Dasar Replikasi DNA
  • Diagram di samping menggambarkan sebuah segmen pendek DNA. Ibu tangganya terbuat dari gula-fosfat dari kedua untai DNA, sedangkan anak tangganya adalah pasangan basa nitrogen yang dilambangkan dengan empat macam bentuk sederhana. Warna biru menunjukkan untai DNA asli yang ada di sel induk sedangkan DNA yang baru disintesis diberi warna ungu. Sebelum melakukan replikasi molekul induk mempunyai dua untai DNA komplementer. Setiap basa nitrogen dihubungkan oleh ikatan hidrogen dengan pasangan tetap A dengan T dan G dengan C. Langkah pertama dalam replikasi adalah pemisahan kedua untai DNA. Setiap untai yang lama akan menjadi cetakan yang menentukan urutan nukleotida di sepanjang untai komplementer yang baru sehingga dihasilkan dua molekul DNA. Setiap molekul DNA sekarang terdiri dari satu untai “lama” dan satu untai “baru”
  • G.5. Mekanisme Replikasi DNA
  • Langkah-Langkah Replikasi DNA adalah sebagai berikut :
    1. Dua (2) rantai DNA yang saling berpilin dipisahkan (terbuka) melalui reaksi hidrolisis oleh enzim helikase (enzim ini memutus ikatan Hidrogen yang menyatu kan kedua untaian DNA) sehingga terbentuk 2 rantai tunggal mono-nukleotida
    2. Setiap rantai tersebut menjadi acuan (template) pembentukan 2 rantai DNA yang baru dengan bantuan enzim DNA Polimerase
    3. DNA Polimerase akan bergerak di sepanjang rantai DNA template.
    4. Satu rantai DNA yang baru terbentuk akan tersintesis secara kontinu, sedangkan satu rantai lagi terbentuk secara tidak kontinu (berupa potingan – potongan)
    5. DNA Polimerase akan bergerak di sepanjang rantai DNA template dengan arah 5’ → 3’ sehingga arah pembentukan rantai DNA baru adalah 3’→ 5’
    6. Fragmen – fragmen (potongan) DNA tersebut dibentuk menjadi rantai DNA baru yang utuh dengan bentuan enzim DNA ligase berdasarkan urutan Nukleotida komplementernya.
  • g10-18
  • Secara Rinci Tahapan Replikasi DNA adalah sebagai berikut :
  • A. Permulaan.
  • Replikasi molekul DNA dimulai pada tempat- tempat khusus yang disebut pangkal replikasi (origin of replication).
    1. Bakteri yang mempunyai kromosom melingkar memiliki satu pangkal, yaitu satu bagian DNA yang mempunyai urutan nukleotida yang spesifik. Replikasi DNA kemudian berjalan dua arah sampai seluruh molekul tersalin.
    2. Berbeda dengan kromosom bakteri, setiap kromosom eukariotik mempunyai ratusan bahkan ribuan pangkal replikasi. Replikasi dimulai pada tempat-tempat spesofik di mana kedua untai DNA induk terpisah membentuk “gelembung” replikasi. gelembung replikasi terentang secara lateral. Replikasi berjalan dua arah dari setiap pangkal. Disetiap ujung gelembung terdapat cabang replikasi (replikatio fork). Replikasi dimulai pada tempat-tempat spesofik di mana kedua untai DNA induk terpisah membentuk “gelembung” replikasi. Akhirnya gelembung replikasi menyatu dan sintesis untai DNA anak selesai
  • g10-19
  • B. Pemanjangan untai DNA
  • Pemanjangan DNA baru dikatalisis oleh enzim- enzim DNA-polimerase. Saat nukleotida -nukleotida berjejer dengan basa-basa komplementer sepanjang untai pola cetakan DNA, nukleotida- nukleotida ini ditambahkan oleh DNA-polimerase satu per satu ke ujung untai DNA yang baru tumbuh. DNA polimerase mengkatalisis untai DNA baru, bekerja dalam arah 5′ 3′.
  • Sintesis DNA pada cabang replikasi menghasilkan leading strand yang kontinu, diskontinu dari lagging strand. Fragmen-fragmen ini kemudian disambung oleh DNA ligase. Pada manusia laju pemanjangan DNA baru dapat mencapai 50 nukleotida per detik. Sumber energi yang menggerakkan polimerase nukleotida menjadi DNA baru adalah nukleosida trifosfat. Ketika nukleosida trifosfat terjalin dengan tulang belakang gula-fosfat dari untai DNA yang sedang terbentuk, senyawa ini kehilangan dua fosfatnya dalam bentuk molekul pirofosfat.
  • g10-20
  • DNA polimerasi memanjangkan untai hanya dalam arah 5′ 3′. Salah satu untai baru disebut leading strand, yang dapat memanjang secara berkelanjutan dalam arah 5′ 3′. Sementara untai DNA baru lainnya yang disebut lagging strand harus tumbuh dalam arah 3′ 5′ dengan penambahan segemen-segmen pendek yang diperpanjang oleh Dna polimerase membentuk fragmen Okazaki yang tumbuh dengan arah 5′ 3′
  • G.6. Enzim-enzim yang berperan dalam replikasi DNA
  • Replikasi DNA, atau sintesis DNA, melibatkan sejumlah reaksi kimia yang diatur oleh beberapa enzim. Salah satu diantaranya adalah enzim DNA polimerase, yang mengatur pembentukan ikatan fosfodiester antara dua nukleotida yang berdekatan sehingga akan terjadi pemanjangan untai DNA (polinukleotida).
  • Agar DNA polimerase dapat bekerja mengatalisis reaksi sintesis DNA, diperlukan tiga komponen reaksi, yaitu
    1. Deoksinukleosida trifosfat, yang terdiri atas deoksiadenosin trifosfat (dATP), deoksiguanosin trifosfat (dGTP), deoksisitidin trifosfat (dCTP), dan deoksitimidin trifosfat (dTTP). Keempat molekul ini berfungsi sebagai sumber basa nukleotida.
    2. Untai DNA yang akan digunakan sebagai cetakan (template).
    3. Segmen asam nukleat pendek, dapat berupa DNA atau RNA, yang mempunyai gugus 3’- OH bebas. Molekul yang dinamakan primer ini diperlukan karena tidak ada enzim DNA polimerase yang diketahui mampu melakukan inisiasi sintesis DNA.
  • Reaksi sintesis DNA secara skema dapat dilihat pada Gambar dibawah ini. Dalam gambar tersebut sebuah molekul dGTP ditambahkan ke molekul primer yang terdiri atas tiga nukleotida (A-C-A). Penambahan dGTP terjadi karena untai DNA cetakannya mempunyai urutan basa T-G-T-C- . . . . .  Hasil penambahan yang diperoleh adalah molekul DNA yang terdiri atas empat nukleotida (A-C-A-G).  Dua buah atom fosfat (PPi) dilepaskan dari dGTP karena sebuah atom fosfatnya diberikan ke primer dalam bentuk nukleotida dengan basa G atau deoksinukleosida monofosfat (dGMP).  Kita lihat bahwa sintesis DNA (penambahan basa demi basa) berlangsung dari ujung 5’ ke ujung 3’.
  • g10-21
  • Enzim DNA polimerase yang diperlukan untuk sintesis DNA pada E. coli ada dua macam, yaitu DNA polimerase I (Pol I) dan DNA polimerase III (Pol III). Dalam sintesis DNA, Pol III merupakan enzim replikasi yang utama, sedangkan enzim Pol I memegang peran sekunder.  Sementara itu, enzim DNA polimerase untuk sintesis DNA kromosom pada eukariot disebut polimerase α.
  • Selain mampu melakukan pemanjangan atau polimerisasi DNA, sebagian besar enzim DNA polimerase mempunyai aktivitas nuklease, yaitu pembuangan molekul nukleotida dari untai polinukleotida. Aktivitas nuklease dapat dibedakan menjadi (1) eksonuklease atau pembuangan nukleotida dari ujung polinukleotida dan (2) endonuklease atau pemotongan ikatan fosfodiester di dalam untai polinukleotida.
  • Enzim Pol I dan Pol III dari E. coli mempunyai aktivitas eksonuklease yang hanya bekerja pada ujung 3’.  Artinya, pemotongan terjadi dari ujung 3’ ke arah ujung 5’. Hal ini bermanfaat untuk memperbaiki kesalahan sintesis DNA atau kesalahan penambahan basa, yang bisa saja terjadi meskipun sangat jarang (sekitar satu di antara sejuta basa !).  Kesalahan penambahan basa pada untai polinukleotida yang sedang tumbuh (dipolimerisasi) menjadikan basa-basa salah berpasangan, misalnya A dengan C. Fungsi perbaikan kesalahan yang dijalankan oleh enzim Pol I dan III tersebut dinamakan fungsi penyuntingan (proofreading). Khusus enzim Pol I ternyata juga mempunyai aktivitas eksonuklease 5’→ 3’ di samping aktivitas eksonuklease 3’→5’. Enzim lain yang berperan dalam proses sintesis DNA adalah primase. Enzim ini bekerja pada tahap inisiasi dengan cara mengatur pembentukan molekul primer di daerah ori. Setelah primer terbentuk barulah DNA polimerase melakukan elongasi atau pemanjangan untai DNA.
  • Tahap inisiasi sintesis DNA juga melibatkan enzim DNA girase dan protein yang mendestabilkan pilinan (helix destabilizing protein).  Kedua enzim ini berperan dalam pembukaan pilinan di antara kedua untai DNA sehingga kedua untai tersebut dapat saling memisah.
  • Pada bagian berikut ini akan dijelaskan bahwa sintesis DNA baru tidak hanya terjadi pada salah satu untai DNA, tetapi pada kedua-duanya. Hanya saja sintesis DNA pada salah satu untai berlangsung tidak kontinyu sehingga menghasilkan fragmen yang terputus-putus.  Untuk menyambung fragmen-fragmen ini diperlukan enzim yang disebut DNA ligase.
  • G.7. Replikasi pada kedua untai DNA
  • Proses replikasi DNA yang kita bicarakan di atas sebenarnya barulah proses yang terjadi pada salah satu untai DNA. Untai DNA tersebut sering dinamakan untai pengarah (leading strand).  Sintesis DNA baru pada untai pengarah ini berlangsung secara kontinyu dari ujung 5’ ke ujung 3’ atau bergerak di sepanjang untai pengarah dari ujung 3’ ke ujung 5’.
  • Pada untai DNA pasangannya ternyata juga terjadi sintesis DNA baru dari ujung 5’ ke ujung 3’ atau bergerak di sepanjang untai DNA cetakannya ini dari ujung 3’ ke ujung 5’.  Namun, sintesis DNA pada untai yang satu ini tidak berjalan kontinyu sehingga menghasilkan fragmen terputus-putus, yang masing-masing mempunyai arah 5’→ 3’.  Terjadinya sintesis DNA yang tidak kontinyu sebenarnya disebabkan oleh sifat enzim DNA polimerase yang hanya dapat menyintesis DNA dari arah 5’ ke 3’ serta ketidakmampuannya untuk melakukan inisiasi sintesis DNA.
  • Untai DNA yang menjadi cetakan bagi sintesis DNA tidak kontinyu itu disebut untai tertinggal (lagging strand). Sementara itu, fragmen-fragmen DNA yang dihasilkan dari sintesis yang tidak kontinyu dinamakan fragmen Okazaki, sesuai dengan nama penemunya. Seperti telah dikemukakan di atas, fragmen-fragmen Okazaki akan disatukan menjadi sebuah untai DNA yang utuh dengan bantuan enzim DNA ligase.
  • g10-22
  • G.8. Penggunaan DNA dalam Teknologi
  • g10-23
    1. DNA dalam Forensik
      1. Ilmuwan Forensik dapat menggunakan DNA yang terletak dalam darah, sperma, kulit, liur atau rambut yang tersisa di tempat kejadian kejahatan untuk mengidentifikasi kemungkinan tersangka, sebuah proses yang disebut  finger printing genetika atau pemrofilan DNA (DNA profiling).
      2. Dalam pemrofilan DNA panjang relatif dari bagian DNA yang berulang seperti short tandem repeats dan minisatelit, dibandingkan pemrofilan DNA dikembangkan pada 1984 oleh genetikawan Inggris Alec Jeffreys dari Universitas Leicester, dan pertama kali digunakan untuk mendakwa  Colin Pitchfork pada tahun 1988 dalam kasus pembunuhan Enderby di Leicestershire Inggris.
      3. Banyak yurisdiksi membutuhkan terdakwa dari kejahatan tertentu untuk menyediakan sebuah contoh DNA untuk dimasukkan ke dalam data base computer.
      4. Hal ini telah membantu investigator menyelesaikan kasus lama di mana pelanggar tidak diketahui dan hanya contoh DNA yang diperoleh dari tempat kejadian (terutama dalam kasus perkosaan antar orang tak dikenal). Metode ini adalah salah satu teknik paling tepercaya untuk mengidentifikasi seorang pelaku kejahatan, tetapi tidak selalu sempurna, misalnya bila tidak ada DNA yang dapat diperoleh, atau bila tempat kejadian terkontaminasi oleh DNA dari banyak orang.
    2. DNA dalam Komputasi
      1. DNA memainkan peran penting dalam ilmu komputer, baik sebagai masalah riset dan sebagai sebuah cara komputasi.
      2. Riset dalam alogaritma pencarian string, yang menemukan kejadian dari urutan huruf di dalam urutan huruf yang lebih besar, dimotivasi sebagian oleh riset DNA, dimana algoritma ini digunakan untuk mencari urutan tertentu dari nukleotida dalam sebuah urutan yang besar.
      3. Dalam aplikasi lainnya seperti editor text, bahkan algoritma sederhana untuk masalah ini biasanya mencukupi, tetapi urutan DNA menyebabkan algoritma-algoritma ini untuk menunjukkan sifat kasus-mendekati-terburuk dikarenakan jumlah kecil dari karakter yang berbeda.
      4. Teori database juga telah dipengaruhi oleh riset DNA, yang memiliki masalah khusus untuk menaruh dan memanipulasi urutan DNA.
      5. Database yang dikhususkan untuk riset DNA disebut database genomik, dan harus menangani sejumlah tantangan teknis yang unik yang dihubungkan dengan operasi pembandingan kira-kira, pembandingan urutan, mencari pola yang berulang, dan pencarian homologi
  • 10.7. RNA 
  • 10.7.1. Pengertian RNA
  • Asam Ribonukleat (Bahasa Inggris: ribonucleic acid, RNA) senyawa yang merupakan bahan genetik dan memainkan peran utama dalam ekspresi genetik. Dalam dogma pokok (central dogma) genetika molekular, RNA menjadi perantara antara informasi yang dibawa DNA dan ekspresi fenotipik yang diwujudkan dalam bentuk protein. Dengan demikian RNA  merupakan hasil sintesis atau transkripsi dari DNA
  • g10-24
  • 10.7.2. Struktur RNA
  • g10-25
    1. Struktur dasar RNA mirip dengan DNA. RNA merupakan polimer yang tersusun dari sejumlah nukleotida.
    2. Setiap nukleotida memiliki satu gugus fosfat, satu gugus pentose, dan satu gugus basa nitrogen (basa N).
    3. Basa nitrogen purin pada RNA terdiri atas adenin (A) dan guanin (G), sedangkan pirimidinnya terdiri atas sitosin (S) dan urasilL (U).
    4. Jadi Basa timin dari golongan pirimidin tidak terdapat dalam ARN melainkan digantikan oleh basa urasil (U)
    5. Polimer tersusun dari ikatan berselang-seling antara gugus fosfat dari satu nukleotida dengan gugus pentosa dari nukleotida yang lain.
    6. Molekul RNA (Asam Ribo nukleat) berbentuk pita tunggal atau pita dobel namun tidak
  • 10.7.3. Perbedaan DNA dengan RNA
  • Perbedaan RNA dengan DNA antara lain :
    1. Ukuran dan bentuk : Pada umumnya molekul RNA lebih pendek dari molekul DNA. DNA berbentuk double helix, sedangkan RNA berbentuk pita tunggal. Meskipun demikian pada beberapa virus tanaman, RNA merupakan pita double namun tidak terpilih sebagai spiral.
    2. Susunan kimia Molekul RNA juga merupakan polimer nukleotida, perbedaannya dengan DNA yaitu: Gula yang menyusunnya bukan dioksiribosa, melainkan ribosa. b. Basa pirimidin yang menyusunnya bukan timin seperti DNA, tetapi urasil
    3. Lokasi : DNA pada umumnya terdapat di kromosom, sedangkan RNA tergantung dari macamnya, yaitu: RNA d(RNA duta), terdapat dalam nukleus, RNA d dicetak oleh salah satu pita DNA yang berlangsung didalam nukleus. b. RNA p(RNA pemindah) atau RNA t(RNA transfer), terdapat di sitoplasma. c. RNA r(RNA ribosom), terdapat didalam ribosom.
    4. Fungsinya : DNA berfungsi memberikan informasi atau keterangan genetik, sedang kan fungsi RNA tergantung dari macamnya, yaitu: RNA d, menerima informasi genetik dari DNA, prosesnya dinamakan transkripsi, berlangsung didalam inti sel. b. RNA t, mengikat asam amino yang ada di sitoplasma. c. RNA t, mensintesa protein dengan menggunakan bahan asam amino, proses ini berlangsung di ribosom dan hasil akhir berupa polipeptida.
    5. Lebih Jelasnya Lihat Tabel berikut :
  • g10-26
  • 10.7.4. RNA Genetik dan RNA Non Genetik
  • RNA Genetik dimiliki oleh beberapa virus seperti virus mozaik tembakau, virus influensa, virus kaki dan mulut, dll ,juga dimiliki oleh bakteriofag. Virus-virus tersebut tidak memiliki DNA sehingga RNA merupakan molekul yang membawa informasi genetic seperti DNA ,sehingga RNA-nya disebut sebagai RNA Genetik.
  • g10-27
  • Pada makhluk hidup dimana keterangan genetic terdapat dalam DNA maka RNA-nya disebut sebagai RNA Non Genetik. RNA non genetic berdasarkan tempat terdapat nya serta fungsinya disebut Tipe
  • 10.7.5. Fungsi RNA
    1. Pada sekelompok virus  (misalnya bakteriofag), RNA merupakan bahan genetik. Ia berfungsi sebagai penyimpan informasi genetik, sebagaimana DNA pada organisme hidup lain. Ketika virus ini menyerang sel hidup, RNA yang dibawanya masuk ke sitoplasma sel korban, yang kemudian ditranslasi oleh sel inang untuk menghasilkan virus-virus baru.
    2. Namun demikian, peran penting RNA terletak pada fungsinya sebagai perantara antara DNA dan protein dalam proses ekspresi genetik karena ini berlaku untuk semua organisme hidup. Dalam peran ini, RNA diproduksi sebagai salinan kode urutan basa nitrogen DNA dalam proses transkripsi. Kode urutan basa ini tersusun dalam bentuk ‘triplet’, tiga urutan basa N, yang dikenal dengan nama kodon. Setiap kodon berelasi dengan satu asam amino (atau kode untuk berhenti), monomer yang menyusun protein.
    3. Penelitian mutakhir atas fungsi RNA menunjukkan bukti yang mendukung atas teori dunia RNA, yang menyatakan bahwa pada awal proses evolosi, RNA merupakan bahan genetik universal sebelum organisme hidup memakai DNA.
  • 10.7.6. Tipe RNA
  • Transkripsi DNA menghasilkan molekul RNA (RNA Non Genetic) yang kemudian akan mengalami diferensiasi struktur sesuai dengan fungsinya masing-masing. RNA hadir di alam dalam berbagai macam/tipe. Sebagai bahan genetik, RNA berwujud sepasang pita (Inggris double-stranded RNA, dsRNA).
  • Genetika molekuler klasik mengajarkan, pada eukariota terdapat tiga tipe RNA yang terlibat dalam proses sintesis protein, yaitu :
    1. mRNA (RNA messenger/Kurir) RNA-kurir (bahasa Inggris: messenger-RNA, mRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase.
      • mRNA bertugas menerima informasi/keterangan genetik dari DNA. Proses ini dinamakan transkripsi dan berlangsung dalam nukleus. Berfungsi sebagai perantara antara DNA krom dan asam amino sitoplasma. Berperan penting dalam pembuatan protein
    2. rRNA (RNA ribosom) RNA-ribosom (bahasa Inggris: ribosomal-RNA, rRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase II
      • rRNA bertugas mensintesa protein dengan menggunakan asam amino. Proses ini berlangsung dalam ribosom dan hasil akhirnya adalah polipeptida
    3. tRNA (RNA transfer) RNA-transfer (bahasa Inggris: transfer-RNA, tRNA), yang disintesis dengan RNA polimerase III.
      • tRNA bertugas mengikat asam amino yang terdapat dalam sitoplasma. Sebelum dapat diikat oleh tRNA, asam animo berekasi terlebih dahulu dengan ATP supaya berenergi dan aktif. tRNA membawa asam amino yang diikat itu ke ribosom. Disinilah berlansung perubahan informasi genetik yang dinyatakan oleh urutan basa dari mRNA ke urutan asam amino dalam protein yang dibentuk. Proses perubahan ini disebut Translasi
  • Pada akhir abad ke-20 dan awal abad ke-21 diketahui bahwa RNA hadir dalam berbagai macam bentuk dan terlibat dalam proses pascatranslasi.
  • Dalam pengaturan ekspresi genetik orang sekarang mengenal RNA-mikro (miRNA) yang terlibat dalam “peredaman gen” atau gene silencing dan small-interfering RNA (siRNA) yang terlibat dalam proses pertahanan terhadap serangan virus.
    1. mRNA (RNA messenger)
      • mRNA dibentuk didalam nucleus dan ukurannya sangat bervariasi. RNA duta atau messenger RNA (mRNA), yang mempunyai struktur linier kecuali bagian ujung terminasinya yang berbentuk batang dan kala.
      • Molekul mRNA membawa urutan basa yang sebagian di antaranya akan ditranslasi menjadi urutan asam amino. Kode genetik mRNA bergantung pada kode genetik DNA yang harus dibawa. mRNA berperan membawa kode genetik DNA dari inti sel menuju ribosom.
      • Urutan basa yang dinamakan urutan penyandi (coding sequences) ini dibaca tiga demi tiga. Artinya, tiap tiga basa akan menyandi pembentukan satu asam amino sehingga tiap tiga basa ini dinamakan triplet kodon. Pada prokariot bagian mRNA yang tidak ditranslasi terletak di depan urutan penyandi (disebut pengarah atau leader) dan di antara dua urutan penyandi (disebut spacer sequences atau noncoding sequences).
      • Sementara itu, pada eukariot di samping kedua bagian tadi ada juga bagian di dalam urutan penyandi yang tidak ditranslasi. Bagian inilah yang dinamakan intron seperti telah dijelaskan di atas. Molekul mRNA pada prokariot sering kali membawa sejumlah urutan penyandi bagi beberapa polipeptida yang berbeda. Molekul mRNA seperti ini dinamakan mRNA polisistronik. Dengan adanya mRNA polisistronik, sintesis beberapa protein yang masih terkait satu sama lain dapat diatur dengan lebih efisien karena hanya dibutuhkan satu sinyal. Pada eukariot hampir tidak pernah dijumpai mRNA polisistronik.
    2. tRNA (RNA transfer)
      1. RNA pemindah atau transfer RNA (tRNA), yang strukturnya mengalami modifikasi hingga berbentuk seperti daun semanggi. Seperti halnya struktur ujung terminasi mRNA, struktur seperti daun semanggi ini terjadi karena adanya urutan palindrom yang diselingi oleh beberapa basa.
      2. tRNA berperan dalam mengangkut asam amino ke tempat sintesis protein, yaitu ribosom melalui translasi dari mRNA
      3. Pada salah satu kalanya, tRNA membawa tiga buah basa yang komplemeter dengan triplet kodon pada mRNA. Ketiga basa ini dinamakan antikodon.
      4. Sementara itu, pada ujung 3’-nya terdapat tempat pengikatan asam amino tertentu. Pengikatan yang membentuk molekul aminoasil-tRNA ini terjadi dengan bantuan enzim aminoasil-tRNA sintetase. Dalam hal ini gugus hidroksil (OH) pada ujung 3’ tRNA terikat sangat kuat dengan gugus karboksil (COOH) asam amino. Macam asam amino yang dibawa ditentukan oleh urutan basa pada antikodon. Jadi, ada beberapa macam aminoasil-tRNA sesuai dengan antikodon dan macam asam amino yang dibawanya.
        • g10-28
    3. rRNA (RNA ribosom)
      • rRNA ribosom dapat mencapai sekitar 80% dari jumlah RNA dalam sel dan banyak ditemukan dalam ribosom dan yang lainnya berupa protein. Molekul RNA ribosom berupa rantai tunggal tidak bercabang dan fleksibel.
      • Molekul rRNA, dan juga tRNA, dapat dikatakan sebagai RNA struktural dan tidak ditranslasi menjadi asam amino/protein
      • Peran rRNA adalah sebagai pengatur sintesis protein dan sebagai penyusun ribosom.
      • Jadi rRNA adalah bagian mesin sel yang menyintesis protein
  • RNA merupakan sintesis produk awal ekspresi genom, tetapi tidak semua RNA merupakan transkriptom/coding RNA dan kebanyakan RNA merupakan non-coding RNA.
  • Perbedaan kedua macam RNA tersebut adalah:
    1. Coding RNA
      • Cara membedakan kandungan RNA melalui fungsi dalam sel. Pembagian utama adalah coding RNA dan non-coding RNA. Coding RNA terdiri atas transkriptom dan satu kelas molekul messager RNA (mRNAs) fungsinya untuk mengkode protein. mRNAs masa hidupnya pendek.
    2. Non-coding RNA
      • Baik prokariot maupun eukariot dibagi menjadi dua tipe:
        1. Ribosomal RNA (rRNA) merupakan tipe RNA yang paling banyak yang berfungsi untuk sintesis protein.
        2. Transfer RNA (tRNA) adalah molekul yang terlibat dalam sintesis protein. Eukariot memiliki non-coding RNA pendek seperti:
          • Small nuclear RNA (snRNA) atau URNA. Molekul ini kaya nukleotida uridin.
          • Small nucleolar RNA (snoRNA) penting dalam pemrosesan molekul rRNA.
          • Small cytoplasmic RNA (scRNA) belum diketahui fungsinya.
  • 10.7.7. Pembuktian RNA sebagai Materi Genetik pada Virus Tertentu
  • Beberapa virus tertentu diketahui tidak mempunyai DNA, tetapi hanya tersusun dari RNA dan protein. Untuk memastikan di antara kedua makromolekul tersebut yang berperan sebagai materi genetik, antara lain telah dilakukan percobaan rekonstitusi yang dilaporkan oleh H. Fraenkel-Conrat dan B. Singer pada tahun 1957.
  • Mereka melakukan penelitian pada virus mozaik tembakau atau tobacco mozaic virus (TMV), yaitu virus yang menyebabkan timbulnya penyakit mozaik pada daun tembakau. Virus ini mengandung molekul RNA yang terbungkus di dalam selubung protein. Dengan perlakuan kimia tertentu molekul RNA dapat dipisahkan dari selubung proteinnya untuk kemudian digabungkan (direkonstitusi) dengan selubung protein dari strain TMV yang lain.
  • g10-29
  • RNA dari strain A direkonstitusi dengan protein strain B. Sebaliknya, RNA dari strain B direkonstitusi dengan protein dari strain A. Kedua TMV hasil rekonstitusi ini kemudian diinfeksikan ke inangnya (daun tembakau) agar mengalami penggandaan. TMV hasil penggandaan ternyata merupakan strain A jika RNAnya berasal dari strain A dan merupakan strain B jika RNAnya berasal dari strain B. Jadi, faktor yang menentukan strain hasil penggandaan adalah RNA, bukan protein. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa materi genetik pada virus-virus yang tidak mempunyai DNA, seperti halnya TMV, adalah RNA.
  • BERLANJUT KE MATERI BERIKUTNYA
  • Penutup10.8. Ekspresi Gen
  • 10.9. Kode Genetik
  • 10.10. Sintesis Protein
  • 10.11. Bioteknologi
  • 10.12. Ringkasan
  • 10.13. Umpan Balik
Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout /  Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout /  Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout /  Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout /  Ubah )

w

Connecting to %s