Hubungan Gen dengan Kromosom, DNA, dan RNA

82 Biologi Kelas XII Gen adalah unit genetis yang terdapat di dalam kromosom. Dalam satu kromosom terdapat ribuan bahkan puluhan ribu gen. Gen- gen tersebut terdapat di dalam DNA dan merupakan segmen dari DNA yang berperan dalam menentukan sifat individu. Dengan mikroskop elektron, gen tidak akan nampak melainkan struktur berupa asam nu- kleat Deoxyribo Nucleic Acid DNA. Oleh karena itu, gen adalah nama fungsional, sedangkan DNA adalah nama strukturalnya. Di dalam kromosom, gen- gen menempati suatu lokasi yang spesifi k disebut lokus gen. Gen- gen itu terletak berderet di sepanjang kromosom. Pada tahun 1982, berhasil dilaporkan letak gen pada kromosom manusia. Suatu sifat dikendalikan oleh sepasang gen. Anggota dari pasang an gen disebut sebagai alel Gambar 3.10, dimana satu alel diperoleh dari induk jantan dan yang lain dari induk betina. Pasangan alel tersebut merupakan penentu dari suatu sifat. Alel dinyatakan dengan bentuk huruf. Huruf yang dipilih biasanya huruf terdepan dari sifat yang dom- inan. Sifat dominan ditulis dengan huruf kapital. Misalnya, menulis- kan sifat manis pada mangga yang dominan dengan sifat masam, maka alel penentu manis dinyatakan dengan alel M dan sifat masam dengan alel m. Sifat manis dinyatakan dominan, artinya sifat manis ditentukan oleh alel dominan M. Apabila alel dominan M berpasangan dengan alel dominan M, membentuk genotip MM sifat manis. Namun, jika alel dominan M berpasangan dengan alel resesif m maka genotipnya Mm sifat manis. Genotip mangga masam adalah mm. Mangga de- ngan genotip MM dan Mm memiliki fenotip yang sama, yaitu rasanya manis. Mangga dengan genotip mm memiliki fenotip rasanya masam. Jika gen tersebut dua alel dominan, maka disebut gen homozigot dominan. Jika dibentuk oleh dua alel resesif, maka disebut gen ho- mozigot resesif. Sementara itu, jika gen dibentuk oleh sebuah alel domi nan dan sebuah alel resesif maka disebut gen heterozigot. Susunan genetis suatu sifat karakter yang dikandung individu disebut genotip. Genotip dinyatakan dengan sepasang huruf untuk se- tiap sifat. Pasangan huruf dapat disusun oleh 2 huruf yang sama, dapat pula disusun oleh 2 huruf yang berbeda. Genotip yang dinyatakan dengan 2 huruf yang sama, menunjukkan sifat homozigot. Apabila 2 huruf tersebut berbeda menunjukkan sifat heterozigot. Fenotip adalah bentuk luar atau sifat individu yang dapat ditang- kap oleh panca indera kita. Contoh rambut hitam, rasa asin, warna merah, suaranya keras, kulitnya kasar, tubuhnya gemuk, matanya sipit dan lain-lainnya. Selanjutnya, lakukanlah rubrik Telisik dan Uji Kompetensi berikut. Membuat Model DNA dan RNA serta Membedakan Keduanya 1. Cermati kembali uraian tentang DNA dan RNA. Kalian dapat mencari informasi tentang DNA dan RNA dari buku lain. 2. Carilah foto atau gambar struktur DNA dan RNA baik melalui internet atau buku yang mendukung. Foto atau gambar dapat berupa rantai ganda terpilin atau tidak dan dilengkapi dengan basa nitrogennya. T e l i s i k Gambar 3.10 Pasangan alel dalam kromosom a b A B kromosom homolog Genetika 83 3. Buatlah model DNA dan RNA bersama kelompok kalian di luar kelas di rumah sehingga diperoleh struktur seperti pada gambar atau foto struktur DNA dan RNA. Bahan yang dapat kalian pakai adalah kayu, bambu, kawat, dan manik-manik bulat. 4. Buat dan lengkapilah tabel perbedaan antara DNA dengan RNA berikut. No Komponen DNA RNA 1. Gula Deoksiribosa ……………………… 2. Basa nitrogen a purin b pirimidin ………………………. dan ………………….. timin dan ……………. adenin dan ………….. ………………….. ……………… dan ………….. 3. Heliks polinukleotida a ganda berpilin b ukuran …………… a ……………………. b ……………………. 4. Terdapatnya di a ………………… b ………………… c ………………… a ……………………. b ……………………. 5. Kumpulkan model DNA dan RNA yang telah kalian buat dan diskusikan dengan teman kalian. Jelas- kan tentang hasil pada tabel di atas di depan gurumu. Kerjakanlah soal-soal berikut ini. 1. Bedakanlah maksud dari: a. Gen b. DNA c. Kromosom 2. Apakah fungsi dari gen, RNA, DNA, dan kro- mosom? 3. Jelaskan sifat-sifat dari DNA. 4. Jelaskan hubungan antara gen, DNA, RNA, dan kromosom. 5. Sebutkan dan jelaskan macam dan fungsi RNA. 6. Sebutkan bagian-bagian dari stuktur kro- mosom. 7. Apa yang dimaksud dengan kromosom homolog? 8. Jelaskan yang dimaksud dengan gen ho- mozigot dominan dan gen homozigot re- sesif. Berikan contoh masing-masing. 9. Apa yang dimaksud dengan karyotipe? 10. Gambarkan rantai ganda DNA sederhana berserta pasangan basa nitrogennya. Uji Kompetensi B. Sintesis Protein Proses sintesis atau pembentukan protein memerlukan adanya molekul RNA yang merupakan materi genetik di dalam kromosom, serta DNA sebagai pembawa sifat keturunan. Informasi genetik pada double helix DNA berupa kode-kode sandi atau kode genetik. Nah, kode-kode sandi tersebut nantinya akan dibawa atau dicetak untuk membentuk RNA. Informasi berupa urutan kode-kode sandi pada RNA akan dirangkai menjadi asam-asam amino, peptida, polipeptida, sampai terbentuk protein. 84 Biologi Kelas XII Protein-protein yang terbentuk akan menyusun sebagian besar komponen di dalam tubuh. Contoh protein sebagai komponen pe- nyusun tubuh adalah miosin, aktin, keratin, kolagen, hemoglobin, dan insulin. Variasi dari 20 macam asam amino yang ada, dapat memben- tuk protein yang berbeda-beda. Oleh karena itu, setiap individu akan mempunyai bermacam-macam protein yang berbeda pula satu sama lain. Lalu, bagaimana hubungan sintesis protein dengan sifat-sifat indi- vidu? Nah, seperti telah disebutkan sebelumnya, protein akan menyu- sun komponen tubuh. Setiap komponen yang berbeda tentunya akan menghasilkan sifat dan fungsi yang berbeda pula. Dengan demikian, protein dikatakan dapat mengekspresikan sifat pada individu. Sebagai contoh, individu yang mempunyai kadar hemoglobin yang rendah akan menunjukkan sifat atau ciri yang berbeda dengan individu yang berkadar hemoglobin tinggi. Apa sajakah tahapan dalam sintesis pro- tein?

1. Tahapan Sintesis Protein

Pada tahun 1950, Paul Zamecnik melakukan percobaan un- tuk mengetahui tahapan dan tempat terjadinya sintesis protein. Paul menginjeksikan asam amino radioaktif ke tubuh tikus dan berhasil menjelaskan tempat terjadinya sintesis protein, yaitu di dalam ribo- som. Selanjutnya, penelitian dilakukan bersama dengan Mahlon dan menyimpulkan bahwa molekul RNA pemindah RNA t berperan dalam sintesis protein. Akhirnya, Francis Crick menemukan bahwa RNA pemindah harus mengenali urutan nukleotida untuk disusun se- bagai asam amino sesuai pemesanan, yang kemudian dibawa oleh RNA pembawa pesan. Tahapan sintesis protein mengikuti aturan dogma sentral, dimana informasi genetik dipindahkan dari DNA ke DNA melalui tahap replikasi. Dari DNA ke RNA melalui tahap transkripsi. Selanjutnya dari RNA ke protein melalui sintesis protein. Sebelum terjadi sintesis protein, DNA pada struktur nukleosom akan lepas dari protein histon oleh bantuan kerja enzim polimerase. Secara umum, proses sintesis protein meliputi tiga tahapan utama, an- tara lain:

a. Replikasi DNA

Setiap sel dapat memperbanyak diri dengan cara membelah. Se- buah sel membelah menjadi 2 sel, 2 sel membelah menjadi 4 sel, 4 sel membelah menjadi 8 sel dan seterusnya. Sebelum sel membelah, ter- jadi perbanyakan komponen-komponen di dalam sel termasuk DNA. Perbanyakan DNA dilakukan dengan cara replikasi. Dengan demikian, replikasi adalah proses pembuatan sintesis DNA baru atau penggan- daan DNA di dalam nukleus. Pada saat replikasi berlangsung, DNA induk membentuk kopian DNA anak yang sama persis sehingga DNA induk berfungsi sebagai cetakan untuk pembentukan DNA baru. K i l a s Pada pelajaran biologi kelas XI tentang sistem pencernaan makanan, protein merupakan senyawa senyawa organik berukuran besar yang tersusun oleh monomer-monomer berupa asam amino. Asam amino yang satu dengan asam amino yang lain membentuk molekul peptida. Peptida- peptida tersebut akhirnya membentuk polipeptida yang kemudian membentuk protein. Genetika 85 Setelah Watson dan Crick menemukan model DNA yang berupa heliks ganda terpilin pada tahun 1953, munculah 3 macam hipotesis tentang cara atau model DNA bereplikasi Gambar 3.11, antara lain: 1 Model Konservatif Menurut hipotesis ini, rantai ganda DNA induk langsung mem- bentuk salinan berupa rantai ganda DNA baru tanpa ada pemisahan rantai ganda DNA induk terlebih dahulu. Replikasi pertama meng- hasilkan dua rantai ganda DNA, terdiri dari satu rantai ganda DNA in- duk dan satu rantai ganda DNA yang benar-benar baru. Pada replikasi kedua, masing-masing rantai ganda DNA tersebut langsung memben- tuk salinan DNA yang baru lagi. Akhirnya, menghasilkan empat buah DNA. Satu DNA tetap merupakan DNA induk yang utuh dan tiga DNA merupakan DNA baru. 2 Model Semi Konservatif Hipotesis model semi konservatif ini dikemukakan oleh Watson dan Crick, menyatakan bahwa rantai ganda DNA induk membuka atau memisah terlebih dahulu sehingga terbentuk dua buah rantai tunggal DNA. Masing-masing rantai tunggal tersebut berfungsi sebagai cetakan untuk membentuk rantai tunggal DNA baru, melalui pembentukan pasangan basa yang komplementer dengan basa nitrogen DNA induk. Dengan demikian, hasil replikasi pertama adalah dua buah DNA. Masing-masing DNA terdiri dari satu rantai tunggal induk dan satu rantai tunggal yang baru. Pada replikasi kedua, masing-masing rantai ganda DNA tersebut membuka kembali sehingga dihasilkan empat buah DNA. Dua buah DNA mengandung rantai tunggal induk dan dua buah DNA yang lain merupakan rantai DNA baru. 3 Model Dispersif Rantai ganda DNA hasil replikasi pertama maupun replikasi ke dua dari DNA induk mengandung segmen campuran antara ran- tai DNA induk dan rantai DNA baru. Artinya, rantai ganda DNA salinannya terdiri dari dua rantai tunggal DNA yang masing-masing mengandung segmen bagian atau potongan DNA induk dan segmen DNA baru. Pada akhir tahun 1950-an, Mat- thew Meselson dan Franklin Stahl melakukan percobaan untuk mengu- ji ketiga hipotesis tersebut. Ternyata, hasil percobaannya mendukung hipo- tesis atau ide dari Watson dan Crick yaitu model semi konservatif. Gambar 3.11 Tahapan transkripsi RNA a. konservatif b. semi konservatif c. dispersif Galeri RNA Virus dapat Membentuk DNA Menurut Baltimore, Mizushi- ma, dan Temin 1970, bebe- rapa virus dapat mensintesis DNA dari RNA hasil cetakan yang berantai tunggal. Enzim yang berperan disebut DNA polimerase bergantung RNA atau Transkriptase Seba- liknya. Suryo, Genetika, hlm. 101 a b c Campbell, R eece, M itchell, B iologi 1, hlm. 305