Materi Genetik Kajian Keilmuan

18 pasang kromosom gonosom Hartanto Nugroho dan Isserep Sumadi, 2004: 69. Gamet sperma dan sel telur mengandung satu set kromosom. Sel-sel itu disebut sel haploid, dan masing-masing memiliki jumlah haploid kromosom n. Perempuan memiliki sepasang kromosom X homolog XX, namun laki- laki memiliki satu kromosom X dan satu kromosom Y XY Campbell dan Reece, 2010: 270. Ukuran kromosom bervariasi dari satu spesies ke spesies lainnya. Panjang kromosom berkisar antara 0,2-50 µ, diameternya antara 0,2 – 20 µ. Pada umumnya makluk dengan jumlah kromosom sedikit memiliki kromosom dengan ukuran lebih besar daripada kepunyaan makhluk dengan jumlah kromosom lebih banyak. Pada umumnya tumbuh-tumbuhan mempunyai kromosom lebih besar daripada hewan Suryo, 1986: 9. Sentromer kromosom, umumnya hanya 1 pada setiap kromosom. Lengan kromosom ada yang sama panjang, ada yang satu pendek, ada pula yang satu pendek sekali Wildan Yatim, 1996: 141. Berdasarkan letak sentromer dapat dibedakan beberapa bentuk kromosom, yaitu metasentrik, kedudukan sentromer lebih kurang berada di tengah-tengah kromosom sehingga memberikan kenampakan kromosom seperti huruf V. Submetasentrik, sentromer terletak di antara tengah dan ujung kromosom, bentuk submetasentrik menghasilkan dua lengan kromosom yang tidak sama panjangnya. Akrosentrik, apabila sentromer terletak hampir di ujung kromosom sehingga memberikan kenampakan kromosom seperti huruf I, dan kedua lengan kromosom semakin jelas beda panjangnya Agus Hery Susanto, 19 2011: 50. Telosentris merupakan kromsom yang memiliki sentromer di salah satu ujungnya, sehingga kromosom tetap lurus dan tidak terbagi atas dua lengan Suryo, 2007: 60. Berdasarkan ada tidaknya dan jumlah sentromer dibedakan beberapa bentuk kromosom yaitu, asentrik merupakan potongan kromosom yang tidak memiliki sentromer Klug, 2000: 269. Monosentris merupakan kromosom yang memiliki satu sentromer, disentris merupakan kromsom yang memiliki dua sentromer, dan polisentris merupakan kromsom yang memiliki banyak sentromer Suryo, 2007:95 Gambar 3. Gambar 3. Berbagai bentuk kromosom berdasarkan letak sentromer. A= Metasentris; B= Submetasentris; C= Akrosentris; D= Telosentris; S= Sentromer Sumber: Suryo, 2008: 10 Sentromer merupakan suatu daerah pada kromosom yang merupakan tempat melekatnya benang-benang spindel dari sentriol selama berlangsungnya pembelahan sel Agus Hery Susanto, 2011: 49. Setiap lengan kromosom terdiri dari dua bagian yang serupa dan dinamakan kromatid. Di dalam kromatid tampak adanya dua pita berbentuk spiral yang disebut kromonema Suryo, 2007: 58. Kromonema dikelilingi oleh sitoplasma yang 20 memadat seakan-akan merupakan bungkus wadah bagi kromonema, wadah ini disebut matriks Dwijoseputro, 1977: 75. Pada kromonema terdapat penebalan-penebalan dibeberapa tempat yang dikenal dengan kromomer. Beberapa ahli sel menganggap kromomer ini sebagai bahan nukleosom yang mengendap Suryo, 2008: 17. Bagian lain dari kromosom berupa telomer, merupakan DNA tandem yang berulang repetitif diujung molekulDNA pada kromosom eukariot yang melindungi gen-gen organisme dari pengikisan akibat beberapa kali karena replikasi berturut-turut Campbell dan Reece, 2010: 344. Suryo 2008: 18 mengungkapkan bahwa telomer berfungsi untuk menghalang-halangi bersambungnya kromosom satu dengan kromosom lainnya. Satu lagi bagian dari kromosom yaitu satelit. Satelit merupakan bagian kecil di ujung kromosom. Struktur kromosom ditunjukkan dengan Gambar 4. Gambar 4. Struktur Kromosom Sumber: Strickberger, Monroe W, 1985: 24 21 Cara mempelajari kromosom manusia telah digunakan bermacam- macam jaringan, tetapi yang paling umum digunakan ialah kulit, sumsum tulang atau darah perifer. Penemuan penting dan sangat popular saat ini ialah dengan pembuatan kultur jaringan. Mula-mula mengambil 5 cc darah vena. Sel-sel darah dipisahkan, kemudian dibubuhkan pada medium kultur yang mengandung zat phytohaemagglutinin PHA. Kemudian sel-sel lekosit dipelihara dalam keadaan steril pada temperatur 37 o C untuk kira-kira 3 hari. Dalam waktu ini sel-sel membelah dan kemudian dibubuhkan zat kolkisin sedikit. Kira-kira satu jam kemudian, ditambahkan larutan hipotonik salin, sehingga sel-sel membesar dan kromosom-kromosom menyebar letaknya, sehingga kromosom-kromosom dapat dihitung dan dapat dibedakan satu dengan lainnya Suryo, 1996: 123. Langkah berikutnya ialah memotret kromosom-kromosom yang letaknya tersebar itu dengan sebuah kamera yang dipasang pada mikroskop. Kemudian tiap-tiap kromosom pada foto itu digunting, diatur dalam pasangan- pasangan mulai dari yang paling besar ke yang paling kecil. Pada manusia didapatkan 22 pasang autosom dan sepasang kromosom kelamin. Pengaturan kromosom secara standar berdasarkan panjang, jumlah serta bentuk kromosom dari sel somatik suatu individu dinamakan karyotipe Suryo, 1996: 123. Skema karyotipe dapat dilihat pada gambar 5. 22 Gambar 5. Karyotipe Sumber: Jenkins, John B, 1983: 67 b. Gen Gen adalah unit pewarisan sifat yang meneruskan informasi dari induk ke keturunan. Golongan darah misalnya, adalah akibat gen-gen tertentu yang dimiliki sesorang yang diwariskan oleh orangtuanya Campbell dan Reece, 2010: 9. Bukti genetik menunjukkan bahwa gen terletak secara linier pada kromosom Crowder, 2006: 3. Lokasi spesifik suatu gen pada suatu kromosom kemudian dikenal dengan nama lokus Campbell dan Reece, 2010: 268. Ekspresi suatu gen dapat dipengaruhi oleh faktor-faktor lingkungan, umur, jenis kelamin, species, fisiologis, genetik dan macam-macam faktor lainnya Crowder, 2006: 61. Gen menumbuhkan karakter sifat keturunan baik struktural dan fungsional. Ada 1 gen yang menumbuhkan 1 karakter, ada banyak gen menumbukan 1 karakter, ada pula 1 gen yang menumbukan banyak karakter Wildan Yatim, 1996: 147. Sebagian besar sel dalam suatu organisme memiliki rangkaian gen yang identik, pada setiap saat, dalam sel 23 hanya sejumlah kecil gen yang diekspresikan, gen lainnya tidak aktif. Organisme eukariotik mengatur ekspresi gennya dalam periode perkembangan. Sewaktu sebuah telur yang telah dibuahi berubah menjadi multisel, terjadi sintesis bermacam-macam protein, dalam jumlah yang berbeda. Pada manusia, sewaktu anak berkembang menjadi remaja lalu dewasa, perubahan fisik dan fisiologis yang terjadi adalah akibat variasi ekspresi gen dan dengan demikian, variasi sintesis protein. Bahkan setelah organisme mencapai tahap perkembangan dewasa, tetap terjadi pengaturan ekspresi gen yang memungkinkan sel tertentu menjalani diferensiasi untuk memperoleh fungsi baru Marks dkk, 2000: 212. c. DNA Pada 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. 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 polinukleatida Agus Hery Susanto, 2011: 149. Asam nukleat terdiri dari dua tipe, yaitu; asam deoksiribonukleat atau DNA deoxyribonucleic acid dan asam ribonukleat atau RNA ribonucleic acid Suryo, 2008: 25. DNA deoxyribonucleic acid, asam deoksiribonukleat merupakan molekul asam nukleat beruntai ganda dan berbentuk heliks yang tersusun atas 24 monomer-monomer nukleotida dengan gula deoksiribosa, mampu bereplikasi dan menentukan struktur terwariskan dari protein-protein suatu sel Campbell dan Reece, 2010: 332. Berbagai penelitian telah diketahui bahwa DNA adalah bahan genetik dari hampir seluruh organisme prokariotik dan eukariotik. DNA terdapat di dalam inti sel terutama pada kromosom. Setiap kromosom mengandung satu molekul DNA panjang, biasanya mengandung ratusan gen atau lebih yang tersusun di sepanjang DNA Campbell dan Reece, 2010: 93. DNA manusia mengandung sekitar 50.000 sampai 100.000 gen, 10- 30 kali dari jumlah pada E. coli Marks dkk, 2000: 155-156. Sebagian besar DNA terdapat di dalam kromosom, sedikit DNA terdapat di dalam mitokondria dan kloroplas dari ganggang dan tumbuhan tingkat tinggi Suryo, 2008: 29. DNA merupakan polimer dari berbagai tipe nukleotida sebagai unit berulang dengan jumlah ratusan sampai jutaan nukleotida Yohanis Ngili, 2009: 227. Setiap nukleotida tersusun oleh tiga bagian: basa nitrogen, gula bergugus lima pentosa dan gugus fosfat. Nukleotida yang tanpa gugus fosfat disebut nukleosida Campbell dan Reece, 2010: 93. Basa-basa nitrogen yaitu purin dan pirimidin dapat. Purin terdiri dari dua macam basa yaitu adenin A guanin G. Pirimidin terdiri dari tiga basa yaitu timin T, urasil U, dan cytosin C Suleman Rondonowu, 1989: 136. Dalam molekul nukleotida, gugus fosfat terikat oleh pentose pada atom C-5. Basa purin dan purimidin terikat pada pentose oleh ikatan glikosidik, yaitu pada atom karbon nomor 1 Pai, 1994: 129-131 Gambar 6. 25 Gambar 6. Basa purin Adenin dan Guanin dan Pirimidin Timin,Sitosin dan Urasil Sumber: BSCS, 2006: 41 Molekul-molekul DNA memiliki dua polinukleotida yang membentuk spiral di sekeliling sumbu khayalan, membentuk heliks ganda Campbell dan Reece, 2010:95. Kedua untai polinukleotida saling memilin sepanjang sumbu yang sama. Satu sama lain arahnya sejajar tetap berlawanan antiparalel Agus Hery S., 2011: 152. Tiap rantai nukleotida di bentuk oleh molekul- molekul deoksiribosafosfat gula-fosfat yang seakan-akan membentuk induk tangga dan dihubungkan oleh ikatan hidrogen diantara basa-basa purin dan pirimidin sebagai anak tangga Suleman Rondonowu, 1989: 140. Dua rantai polinukleotida saling berikatan melalui ikatan hidrogen antara basa-basa nitrogen dari rantai yang berbeda Fatchiyah ddk, 2011: 14. Setiap jenis basa tertentu dalam heliks ganda hanya dapat membentuk pasangan dengan satu jenis basa spesifik yang lain. Adenin A selalu berpasangan dengan timin T sedangkan guanin G selalu berpasangan dengan sitosin C Campbell dan Reece, 2010: 95. Ikatan antara adenin A Basa Purin Basa Pirimidin 26 dan timin T dihubungkan oleh dua ikatan hidrogen sedangkan untuk sitosin C dan guanin G dihubungkan oleh tiga ikatan hidrogen Suleman Rondonowu, 1989: 140 Gambar 7. Gambar 7. Struktur Double Heliks DNA Sumber: BSCS, 2006: 45 Polaritas dari rantai DNA ditunjukkan dengan sebutan ujung 5‟ dan ujung 3‟. Arah pembacaan basa nukleotida dari ujung 5‟ menuju ujung 3‟. Ujung 3‟ membawa gugus OH bebas pada posisi 3‟ dari cincin gula, dan ujung 5‟ membawa gugus fosfat bebas pada posisi 5‟ dari cincin gula Fatchiyah, ddk, 2011: 15. DNA pada umumnya terdapat di dalam kromosom dan kromosom terdapat di dalam inti sel. Seperti diketahui sel yang membelah selalu didahului oleh pembelahan inti sel. Berarti kromosom itu membelah, demikian 27 pula molekul DNA Suryo, 2008: 36. Menurut Albert 1994: 145 pada proses pembelahan sel, gen mengalami penggandaan agar setiap sel hasil pembelahan memiliki gen-gen secara lengkap. Melalui pembelahan sel, menghasilkan sel-sel anakan dengan kandungan kromosom dan materi genetik DNA yang sama Agus Hery S., 2011: 54. DNA menjadi pusat pengendali jalannya metabolisme di dalam sel, yaitu dengan menyandikan protein Muhammad Jusuf dan Sagung Seto, 2001: 182. DNA mempunyai kemampuan untuk menggandakan diri sendiri atau replikasi, kemampuan ini disebut autokatalik Suleman Rondonowu, 1989: 142. Pembelahan DNA sintesis DNAduplikasi sudah dimulai sejak interfase yaitu pada fase sintesis S pada siklus sel Subowo, 2011: 156. Replikasi sendiri membutuhkan energi berupa ATP Wildan Yatim,1996: 151. Replikasi DNA bakteri : 1 helikase membuka uliran heliks induk DNA. 2 molekul protein pengikatan untai-tunggal menstabilkan untai- cetakan yang terbuka 3 untai maju leading strand disintesis terus menerus dengan arah 5‟  3‟ oleh DNA polimerase III. Untai maju leading strand mulai disintesis oleh DNA polimerase III, setelah primer RNA dibuat oleh enzim primerase. Rantai nukleotida awal yang dihasilkan selama sintesis DNA sebenarnya merupakan bentangan pendek RNA, bukan DNA, rantai ini disebut primer. Untuk memperpanjang untai baru DNA yang satu lagi ke arah yang menjauhi garpu replikasi. Untai DNA yang memanjang ke arah ini disebut untai lamban lagging strand. Untai lamban disintesis secara 28 tersendat-sendat. 4 Enzim primerase menggabungkan nukleotida-nukleotida RNA ke dalam primer, DNA polimerase III menambahkan nukleotida DNA ke primer untuk membentuk fragmen Okazaki. 5 DNA polimerase III menyelesaikan sintesis fragmen keempat. Saat mencapai primer RNA di fragmen ketiga, DNA polimerase III melepaskan diri, bergerak ke garpu replikasi dan menambahkan nuklotida DNA ke ujung 3‟ primer fragmen kelima. 6 DNA polimerase 1 menyingkirkan primer dari ujung 5‟ fragmen kedua, menggantikan primer dengan nukleotida DNA yang ditambahkan satu demi satu ke ujung 3‟ fragmen ketiga. Penggantian nukleotida RNA berakir dengan DNA mengasilkan tulang p unggung gugus fosfat dengan ujung 3‟ bebas.7 DNA ligase mengikatkan ujung 3‟ fragmen kedua ke ujung 5‟ fragmen pertama Campbell dan Reece, 2010: 342 Gambar 8. Gambar 8. Replikasi DNA Bakteri Sumber: Campbell dan Reece, 2010: 342 Beberapa enzim yang dibutuhkan dalam replikasi DNA beserta fungsinya sebagai berikut, helikase merupakan enzim yang dapat menguraikan heliks ganda DNA, memisahkan dan menjadikan kedua untai siap sebagai untai cetakan baru. Topoisomerase membantu mengurangi tegangan 29 „pembukaan berlebihan‟ di depan garpu replikasi dengan cara mematahkan, memutir dan menggabungkan kembali untai-untai DNA. DNA polimerase berfungsi mengkatalis sintesis DNA baru dengan cara menambahkan nukleotida-nukleotida ke rantai yang telah ada sebelumnya. DNA ligase berfungsi menggabungkan 3‟ dari DNA yang menggantikan primer ke bagian lain dari untai maju dan menggabungkan fragmen-fragmen Okazaki menjadi untai DNA tak terputus Campbell dan Reece, 2010: 338-342 Gambar 9. Gambar 9.Beberapa enzim yang terlibat dalam replikasi DNA Sumber: Strickberger, Monroe W, 1985: 77 Berdasarkan pengamatan-pengamatan diduga terdapat tiga hipotesa cara replikasi DNA Gambar 10. 1 Semikonservatif, yaitu dua rantai spiral dari double helix memisahkan diri. Tiap rantai dari DNA berlaku sebagai pencetak membentuk rantai pasangan komplemen yang baru. 30 2 Konservatif yaitu double helix DNA induk tetap utuh, tetapi keseluruhan molekul DNA dapat mencetak molekul DNA baru. 3 Dispersif yaitu kedua rantai DNA induk terputus-putus kemudian segmen-segmen induk saling bersambungan dengan yang baru membentuk dua molekul DNA baru dengan urutan basa-basa yang sama dengan molekul DNA induk Suleman Rondonowu, 1989: 145. Gambar 10: Model Replikasi DNA Sumber: Lewis, 2010: 137 Menurut Watson dan Crick molekul DNA mempunyai struktur double helix dimana basa-basa komplementer letaknya berpasang-pasangan yang dihubungkan oleh ikatan hidrogen, sehingga membenarkan replikasi DNA adalah berlangsung secara semikonservatif. Replikasi cara semikonservatif adalah berlaku untuk semua organisme, prokariot maupun eukariotik; jadi berlaku universal. Kemudian telah dibuktikan pula bahwa duplikasi atau 31 replikasi pada kromosom adalah juga berlaku sama dengan cara semikonservatif Suleman Rondonowu, 1989: 145-147. d. RNA Molekul RNA merupakan untaian molekul nukleotida yang bentuknya komplementer dengan molekul yang mempunyai berbagai kepentingan, namun umumnya diperlukan untuk sintesis protein. RNA berbentuk untai tunggal Subowo, 2011: 154 Gambar 11. Gambar 11. Struktur Nukleotida RNA Sumber : Solomon, Eldra P, 2008: 282 Seperti halnya DNA molekul RNA terdiri dari nukleotida-nukletida dari gula, fosfat, dan basa-basa purin dan pirimidin, hanya perbedaannya pada RNA terdapat gula ribosa dan basa timin diganti dengan urasil Suleman 32 Rondonowu, 1989: 145. Molekul RNA biasanya lebih pendek daripada molekul DNA Crowder, 2006: 93 Transfer RNA dibentuk menggunakan DNA sebagai cetakan dengan dibantu enzim RNA polimerase Suleman Rondonowu, 1989: 150. Dalam sel eukariotik, tRNA, seperti mRNA dibuat di dalam nukleus dan harus berpindah dari nuleus ke sitoplasma, tempat translasi terjadi. tRNA berfungsi menstransfer asam amino dari sekumpulan asam amino di sitoplasma ke ribosom. Suatu molekul tRNA terdiri dari seutas untai RNA tunggal yang panjangnya hanya sekitar 80 nukleotida. Rentangan basa komplementer yang dapat saling berikatan hidrogen, untaian tunggal ini dapat menggulung dan membentuk struktur tiga dimensi. Dengan dipipihkan ke dalam satu bidang untuk menunjukkn perpasangan basa ini, molekul tRNA terlihat seperti daun semanggi. Karena keberadaan tRNA sebenarnya memuntir dan menggulung menjadi struktur berdimensi tiga padat berbentuk kira-kira seperti huruf L Campbell dan Reece, 2010: 365. Ribosom RNA atau rRNA terutama terdapat di dalam ribosom Suryo, 1986: 42. Sekitar dua per tiga massa ribosom terdiri atas rRNA, yang bisa terdiri atas tiga molekul pada bakteri atau empat pada eukariot. Karena sebagian besar sel mengandung ribuan ribosom, rRNA adalah tipe RNA seluler yang paling melimpah Campbell dan Reece, 2010: 365. rRNA membentuk bagian dari ribosom. rRNA memiliki hubungan dengan protein untuk membentuk unit ribosom Crowder, 2006: 103. rRNA sendiri bertugas mensintesis protein dengan menggunakan bahan asam amino. Prosesnya 33 berlangsung di ribosom dan hasilnya berupa polipeptida Suryo, 2008: 41-43. rRNA dibuat menggunakan DNA sebagai cetakan dibantu oleh enzim RNA polimerase, proses ini terjadi di dalam inti sel Suleman Rondonowu, 1989: 150. e. Kodon Dalam tahun 1968 Nirenberg, Khorana dan Holley menerima hadiah Nobel untuk pekerjaan mereka dalam menciptakan kode genetik, yaitu menerangkan bagaimana sebuah gen mengontrol pengaturan asam amino dalam protein tertentu Suryo, 2008: 43. Kodon terbentuk oleh tiga basa pada dRNA mRNA Pai, 1992: 127. Kode tripletkodon menentukan satu jenis asam amino pada urutan polipeptida dalam molekul protein Suleman Rondonowu, 1989: 147. Oleh karena basa pada RNA ada empat buah yaitu A, U, C, G maka akan terdapat 4 3 kombinasi atau 64 buah kodon. Mengingat jumlah asam amino hanya 20 buah, maka tidak setiap kodon disediakan bagi satu macam asam amino. Umumnya beberapa jenis kodon disediakan untuk satu macam asam amino. Hanya triptofan dan metionin yang mempunyai satu jenis kodon Pai, 2004: 328 Tabel 1. Kodon AUG disebut kodon permulaan, karena kodon ini memulai untuk sintesis polipeptida. Juga ada beberapa kodon yang tidak berarti karena tidak merupakan suatu kode untuk salah satu asam amino sehingga disebut kodon stop Suleman Rondonowu, 1989: 152-153. Kodon stop misalnya UAA, UAG dan UGA Suryo, 2008: 46. 34 Tabel 1. Kode Genetik Pada ribosom akan terjadi proses penerjemahan kode-kode genetik kodon yang dibawa mRNA. Dalam penerjemahan tersebut akan terlibat tRNA yang membawa antikodon, tRNA tersebut menggandeng asam amino Sumadi dan Aditya Marianti, 2007: 147. Kodon yang berupa 3 basa mRNA berpasangan dengan 3 basa dari tRNA yang disebut antikodon Suryo, 2008: 47. Ketika suatu molekul tRNA tiba di ribosom, molekul tersebut membawa suatu asam amino spesifik pada salah satu ujungnya. Pada ujung lain tRNA terdapat suatu triplet nukleotida yang disebut antikodon, yang berpasangan basa dengan kodon komplementer pada mRNA. Proses pengenalan melibatkan antikodon tRNA dengan kodon mRNA yang sesuai. Jika terdapat satu varietas tRNA untuk setiap kodon mRNA yang menspesifikan asam amino, akan ada 61 tRNA. Pada kenyataannya, hanya ada sekitar 45, yang menandakan bahwa 35 sebagian tRNA pastilah bisa mengikat lebih dari satu macam kodon Campbell dan Reece, 2010: 365-367. f. Sintesis Protein Gen menyediakan instruksi untuk membuat protein spesifik. Akan tetapi, gen tidak membangun protein secara langsung. Pelaksana sintesis protein adalah mRNA, dan tRNA Wildan Yatim, 1996: 240. Dalam proses sintesisi protein molekul DNA berperan sebagai cetakan bagi terbentuknya RNA, sedangkan molekul RNA kemudian mengarahkan urutan asam amino dalam pembentukan molekul protein yang berlangsung dalam ribosom Pai.2006:326. Sintesis protein berlangsung dalam sitoplasma terutama pada struktur sitologik yaitu ribosom Suleman Rondonowu, 1989: 154. Sintesis protein adalah proses pembentukan protein, dengan cara pembentukan ikatan peptide antara dua buah asam amino; ujung –COOH pada sebuah asam amino mengadakan ikatan dengan ujung –NH 2 pada asam amino yang lain, dengan mengeluarkan H 2 O Wayan Bawa, 1988: 116-117. Bahan sintesis protein adalah asam amino Wildan Yatim, 1996: 240. Tahapan sintesis protein meliputi dua tahap yaitu transkripsi dan translasi: 1 Transkripsi: Transkripsi adalah transfer informasi genetik yang berasal dari DNA untuk membentuk RNA dengan menggunakan cetakan DNA Klug, 2000: 284. Dalam proses transkripsi DNA mensintesis RNA, yang terdiri dari tRNA, rRNA, mRNA Wildan Yatim, 1996: 150. Bagian DNA yang 36 ditranskripsikan menjadi satu molekul RNA disebut unit transkripsi Campbell dan Reece, 2010: 359. Tahap transkripsi secara umum diawali dengan double helix DNA membuka di bawah pengaruh RNA polimerase. Setelah double helix DNA sebagian membuka, maka mRNA dibentuk sepanjang salah satu pita DNA itu. mRNA ini komplememter dengan basa yang menyusun pita DNA itu. mRNA dikatakan telah disalin dari DNA, artinya mRNA telah membawa pesaninformasiketerangan dari gen. Pita DNA yang dapat mencetak mRNA disebut pita sens, sedangkan pita DNA yang tidak mencetak mRNA disebut pita antisens Campbell dan Reece, 2010: 359. mRNA yang telah selesai menerima pesan genetik dari DNA segera meninggalkan nukleus melalui pori-pori dari membran nukleus dan menuju ke ribosom dalam sitoplasma. mRNA menempatkan diri pada leher ribosom. Sementara itu tRNA dalam sitoplasma mengikat asam amino yang telah berenergi ATP. Sebuah molekul tRNA mengikat satu asam amino saja, sehingga paling sedikit ada 20 tRNA. Proses pengikatan asam amino ini diperlukan enzim amino asil sintetase, paling sedikit sejumlah 20 enzim amino asil sintetase semacam ini. Selanjutnya tRNA yang telah mengikat asam amino akan menuju ke ribosom Campbell dan Reece, 2010: 360. Transkripsi Gambar 12 memiliki beberapa tahap yaitu inisiasi, elongasi dan terminasi a Tahap inisiasi transkripsi: setelah RNA polimerase berikatan ke promoter sekuensbagian DNA tempat RNA polimerase melekat dan menginisiasi transkripsi disebut promoter, untai-untai DNA 37 membuka, dan RNA polimerase menginisiasi sintesis RNA di titik mulai pada untai cetakan Campbell dan Reece, 2010: 359-360. b Tahap pemanjangan transkripsi: RNA polimerase bergerak di sepanjang DNA, membuka putiran heliks ganda DNA, mengekspos membuka sekitar 10 sampai 20 basa DNA dalam satu waktu untuk perpasangan dengan nukleotida RNA. RNA polimerase menambahkan nukleotida ke ujung 3‟ RNA yang sedang tumbuh sambil terus menyusuri heliks ganda memperpanjang RNA dari ujung 5‟ ke 3‟. Setelah gelombang sintesis RNA yang maju ini, molekul RNA baru akan melepaskan diri dari cetakan DNA-nya, dan heliks ganda DNA terbentuk kembali Campbell dan Reece, 2010: 360. Molekul mRNA komplementer dengan cetakan DNA, karena basa-basa RNA dirakit pada cetakan berdasarkan aturan perpasangan basa Campbell dan Reece, 2010: 357. Gugus basa T DNA disalin menjadi A dari RNA, G menjadi C, C menjadi G, kecuali A tidak disalin menjadi T, karena RNA tidak memiliki gugus T. Untuk untaian molekul RNA T diganti dengan gugus U. Sebagai contoh, apaabila DNA dengan urutan basa nukleotida sebagai: TAC-CAA-TTG-GAC-ATT maka akan ditranskripsi menjadi mRNA dengan urutan : AUG-GUU-AAC-CUG- UAA Subowo, 2011: 180. c Tahap terminasi transkripsi: transkripsi berlanjut melalui sekuens terminator pada DNA. Terminator yang ditranskripsikan suatu sekuens RNA berfungsi sebagai sinyal terminasi, menyebabkan RNA 38 polimerase melepaskan diri dari DNA dan mengakhiri transkripsi, yang bisa digunakan langsung sebagai mRNA Campbell dan Reece, 2010: 361. Gambar 12. Mekanisme Transkripsi Sumber: Campbell dan Reece, 2011: 360 Pada bakteri, transkripsi berlanjut melalui sekuens terminator pada DNA. Terminator yang ditranskripsikan suatu sekuens RNA berfungsi sebagai sinyal terminasi, menyebabkan RNA polimerase melepaskan diri dari DNA dan mengakhiri transkripsi, yang bisa digunakan langsung sebagai mRNA. Pada eukariot, RNA polimerase II menstranskripsikan sekuens pada DNA yang disebut sekuens sinyal poliadenilasi, yang mengkode sinyal poliadenilasi AAUAAA pada pre-mRNA. Kemudian, pada suatu titik kira-kira 10 sampai 35 39 nukleotida yang mengarah ke hilir sinyal AAUAAA, protein-protein yang berasosiasi dengan transkrip RNA yang sedang tumbuh memotong bagian itu hingga terlepas dari polimerase, dan pre-mRNA dilepaskan. Sebagian besar gen eukariotik dan transkrip RNAnya mengandung rentangan panjang nukleotida bukan wilayah-wilayah yang tidak ditranslasikan. Sebagian besar sekuens bukan pengkode ini berselang-seling dengan segmen-segmen pengkode pre-mRNA. Campbell dan Reece, 2010: 361-362. 2 Translasi: Translasi adalah proses dimana urutan kode pada mRNA di terjemahkan ke urutan-urutan asam amino pada rantai polipeptida Suleman Rondonowu, 1989: 153. Translasi dilaksanakan dalam ribosom yang terdapat dalam sitoplasma, untuk translasi dilibatkan 2 jenis RNA yaitu tRNA dan rRNA Subowo, 2011: 186. Energi dibutuhkan untuk aspek tertentu dari inisiasi, pemanjangan dan terminasi translasi. Energi tersebut disediakan oleh hidrolisis GTP guanine trifosfat. Sel menggunakan energi dalam bentuk molekul GTP untuk membentuk kompleks inisiasi. Pada tahap elongasi dibutuhkan 2 energi berupa GTP, yaitu saat pengenalan kodon dan translokasi. Pada tahap terminasi dibutuhkan 2 molekul GTP untuk penguraian rakitan translasi Campbell dan Reece, 2011: 368-369. Proses translasi diawali dengan tRNA yang berada di sitoplasma mengikat asam amino yang berenergi dengan ATP. Asam amino melekat ke tRNA oleh enzim yang sangat spesifik yang dikenal sebagai aminoasil – 40 tRNA sintetase. Pengaktifan asam amino dengan cara bereaksi dengan ATP menghasilkan kompleks enzim aminoasil AMP dan pirofosfat. Asam amino yang telah diaktifkan dipindahkan ke gugus 2‟- hidroksil atau 3‟ hidroksil urutan CCA di ujung - 3‟ tRNA, dan AMP dilepaskan Marks, 2000: 199. Translasi Gambar 13 memiliki beberapa tahap yaitu inisiasi, elongasi dan terminasi. a Inisiasi translasi: subunit ribosom kecil berikatan dengan sebuah molekul mRNA sekaligus tRNA inisiator spesifik yang mengangkut asam amino metionin. Pada bakteri, subunit kecil berikatan dengan mRNA pada sekuens RNA spesifik yang terletak tepat di bagian hulu dari kodon mulai yaitu AUG. Pada eukariota, subunit kecil, yang telah berikatan dengan tRNA inisator, berikatan dengan ujung 5‟ mRNA dan bergerak, atau memindai, ke arah hilir di sepanjang mRNA hingga mencapai kodon mulai, dan tRNA inisator membentuk iktan hidrogen dengan kodon tersebut. tRNA inisator dengan antikodon UAC, berpasangan basa dengan kodon mulai AUG. tRNA ini mengangkut asam amino metionon Met Campbell dan Reece, 2010: 368. b Pada tahap pemanjangan dari translasi, asam amino ditambahkan satu per satu ke asam amino sebelumnya. Siklus pemanjangan memakan waktu kurang dari sepersepuluh detik pada bakteri, dan diulangi setiap kali asam amino ditambahkan ke rantai itu sampai polipeptida selesai dibentuk. Siklus pemanjangan translasi : 41 1 pengenalan kodon, antikodon dari tRNA aminoasil yang datang akan berpasangan basa dengan kodon mRNA komplementer di siklus A. Hidrolisis GTP meningkatkan akurasi dan efisiensi dari langkah ini. 2 pembentukan ikatan peptide : molekul rRNA subunit ribosom besar mengkatalis pembentukan sebuah ikatan peptide di antara asam amino baru di situs A dan ujung karboksil polipeptida yang sedang tumbuh di situs P. Langkah ini menyingkirkan polipeptida dari tRNA di situs P dan melekatkanya ke asam amino tRNA di situs A. 3 translokasi: ribosom mentranslokasikan tRNA di situs A ke situs P. tRNA kosong di situs P bergerak ke situs E, dan dilepaskan di situ. mRNA bergerak terus bersama tRNA- tRNA yang berikatan dengannya, membawa kodon berikut untuk ditranslasikan ke dalam situs A. Ribosom siap untuk tRNA aminoasil berikutnya Campbell dan Reece, 2010: 369. c Terminasi translasi: pemanjangan berlanjut sampai kodon stop pada mRNA mencapai situs A di ribosom. Tripet basa UAG, UAA, dan UGA tidak mengkodekan asam amino, melainkan bekerja sebagai sinyal untuk menghentikan translasi. suatu protein yang disebut faktor pelepasan berikatan langsung dengan kodon stop di situs A. Faktor pelepasan menyebabkan penambahan molekul air, sebagai pengganti asam amino, ke rantai polipeptida. Reaksi ini memutus menghidrolisis ikatan antara polipeptida yang sudah selesai dengan tRNA di situs P, sehingga melepaskan polipeptida melalui terowongan keluar pada subunit besar 42 ribosom. Kedua subunit ribosom dan komponen-komponen rakitan lain memisahkan diri. Penguraian rakitan translasi membutuhkan hidrolisis dua molekul GTP lagi Campbell dan Reece, 2010: 370. Gambar 13. Mekanisme Translasi Sumber: Campbell dan Reece.2010: 368-370

2. Pola-pola Hereditas

a. Terminologi Untuk mengerti jalannya penelitian Mendel perlu dikenal beberapa istilah, antara lain: 1 Parental P ialah tetua, orang tua atau induk. Suryo, 1996: 7 43 2 Filial ialah generasi keturunan hasil persilangan, disingkat F Agus Hery Susanto, 2011: 318 3 Genotipe adalah susunan atau konstitusi genetik dari suatu individu yang ada hubungannya dengan fenotipe. Genotipe suatu individu diberi simbol dengan huruf dobel, karena individu itu umumnya diploid. Misal: RR = genotipe untuk tanaman berbunga merah, rr = genotipe untuk tanaman berbunga putih Suryo, 1996: 7. 4 Fenotipe adalah kenampakan atau sifat yang teramati pada organisme Campbell dan Reece, 2010: 287. 5 Homozigot adalah sifat suatu individu yang genotipenya terdiri dari gen-gen yang sama dari tiap jenis gen misalnya RR, rr, AA, aa, AABB, aabb dan sebagainya. Homozigot ada dua yaitu homozigot dominan dan homozigot resesif. Homozigot dominan misalnya RR, sedangkan homozigot resesif misalnya rr. 6 Heterozigot adalah sifat suatu individu yang genotipenya terdiri dari gen-gen yang berlainan dari tiap jenis gen misalnya Rr, Aa, AaBb dan sebagainya Suryo, 2008: 89. 7 Karakter adalah sifat terwariskan yang berbeda-beda di antara individu. 8 Sifat merupakan varian karakter genetik apa pun yang bisa dideteksi. Campbell dan Reece, 2011: 283 9 Alel adalah bentuk alternatif suatu gen yang terdapat pada lokus tempat tertentu. Misalnya R= gen untuk warna bunga merah, r= gen 44 untuk warna bunga putih, T= gen untuk tanaman tinggi, t= untuk tanaman rendah Agus Hery Susanto, 2011:16. b. Hukum Hereditas 1 Hukum Mendel Pada pertengahan abad ke 18, Gregor Mendel, seorang rahib dari sebuah biara di Austria, mengkombinasikan pemikiran yang logis, perhatian yang besar terhadap hibridasi tanaman penyilangan varietas- varietas berlainan, dan bakat dalam analisa statistik, sampai pada suatu kesimpulan yang dikenal sebagai hukum-hukum genetika klasik Pai, 1992: 4. Dalam penelitiannya selama delapan tahun 1856-1863. Mendel menggunakan tanaman kapri atau ercis Pisum Sativum, L. Ia memilih menggunakan tanaman ini karena terdapat berbagai sifat yang menguntungkan, sebagai tanaman percobaan dengan alasan: a mempunyai daur hidup yang relatif pendek tanaman semusim b memiliki sifat-sifat yang bervariasi, yaitu bentuk biji: bulat dan kisut, warna biji: kuning dan hijau, warna bunga: ungu dan putih, bentuk polong: gembung dan kempis, warna polong: hijau dan kuning, kedudukan bunga: axial dan terminal, tinggi tanaman : tinggi dan pendek. c memiliki bunga sempurna, artinya pada satu bunga terdapat benang sari dan putik sehingga mudah terjadi penyerbukan sendiri maupun penyerbukan silang.